Brevet FR2404800A1 — publié le 19790427

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux chaudières à tubes deau. Une-chaudière connue comprend deux longs réservoirs cylindriques à axes horizontaux, disposés parallèlement l'un audessus de ltautre avec un certain écartement, un faisceau de convection constitué par des tubes verticaux reliant lesdits réservoirs, et une chambre de combustion de forme générale pa rallélépipédique, attenante au faisceau de convection et de même longueur que celuiwei. Ltune des deux faces de la chambre qui sont à la fois verticales et perpendiculaires aux axes des réservoirs, est choisie pour l'implantation des brûleurs Cette face est désignée face avant. Lorsque la chaudière est en service, les gaz de combustion pénètrent dans le faisceau de convection à 12 extrémité de la chambre opposée aux brûleurs, c'-est-â-dire du côté de la face arrière. Ils traversent le faisceau de l'carrière vers lavant en suivant un parcours horizontal perpendiculaire aux tubes. En chemin, ils cèdent leur chaleur à l'eau de la chaudière et ils se refroidissent progressivement Une partie de l'eau se vaporise et il se forme à I'intérieur des tubes une émulsion de vapeur et d'eau. Ltémulsion monte par thermosiphon dans les tubes les plus chauffés, parce que, plus riche en vapeur, elle est aussi plus légère que 12 émulsion peu chargée de vapeur des tubes les moins chauffes.Ces tubes dits tubes froids" du faisceau de convection, situés vers l'avant, du coté de la sortie des gaz, sont donc les tubes de descente dteau. En régime permanent la chaudière est ainsi le siège dlune circulation active dlémulsion dont le débit est de lO à 40 fois plus important que le débit de vapeur transporté. Ce débit de vapeur est prélevé dans le réservoir supérieur au-dessus dgun niveau de séparation eau-vapeur, généralement maintenu suivant ltaxe du réservoir, et il constitue la production de vapeur de la chaudière. il est remplacé en permanence par un débit égal deau alimentaire La vapeur produite peut encore être surchauffée dans un échangeur tubulaire qui, dans ce type de chaudière, prend la place des premiers tubes du faisceau de convection situés à arrière du côté de l'entrée des gaz chauds. Il est clair que le réservoir supérieur doit permettre de véhiculer de l'arriére vers lavant, en direction des tubes de descente, un débit d'eau longitudinal important, équivalent au débit de ltémulsion en circulation. L'invention a surtout pour but de remédier à cet inconvénient grâce à une disposition suivant laquelle les tubes de descente d'veau sont placés sensiblement a egale distance de la face avant et de la face arrière Elle vise en outre â réaliser une chaudière de faible encombrement, surtout en largeur, pour une puissance donnée-et offrant des possibilités accrues d'accessibilité en vue de Irin spection et du nettoyage. Elle se propose également de prévoir l'adjonction d'un surchauffeur sans augmenter 11 encombrement en largeur et sans nécessiter des modifications des parties sous pression. L'invention a plus précisément pour objet une chaudière à tubes d'eau comprenant deux reservoirs cylindriques horizontal lement allonges et disposés l'un au-dessus de ltautre, une pluralité de tubes de convection verticaux reliant lesdits réservoirs, une chambre de combustion disposée parallèlement aux tubes et aux réservoirs, et au moins un brûleur aménagé sur la face avant de la chambre de combustion, ladite face avant étant l'une des deux faces verticales perpendiculaires aux axes des réservoirs, caractérisée en ce que les tubes de convection sont répartis en deux faisceaux distincts, longitudinalement écartes l'un de l'autre par un certain intervalle, et en ce que lesdits faisceaux sont séparés de la chambre de combustion par un passage longitudinal dont les parois verticales présentent, côté chambre de combustion, une ouverture aménagée à ltextrémité du passage voisine de la face arrière de la chambre de combustion, et, côté tubes de convection, deux ouvertures respectivement aménagées aux deux extrémités du passage, de telle sorte que le débit de gaz entrant dans le passage se divise en deux parties parcourant respectivement les deux faisceaux en sens opposés, le débit total étant ensuite évacué par une ouverture de sortie pratiquée dans itenveloppe de la chaudière en face de l'intervalle séparant les deux faisceaux. Les deux faisceaux de convection sont avantageusement de morne longueur La chaudière peut comporter un surchauffeur logé au fond de la chambre de combustion entre la face arrière et une cloison parallèle à celle-ci, en face de lEouverture d'entrée des gaz dans le passage longitudinal. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite -en regard des dessins annexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre dXexem- ple non limitatif La figure 1 est une vue en plan de la chaudière selon l'invention. La figure 2 en est une vue en élévation. La figure 3 est une coupe suivant A-A de la figure 1 illustrant la disposition d'un surchauffeur. Sur les figures It et 2, on voit deux longs réservoirs cylindriques à axes horizontaux, respectivement l et 2, disposés l'un au-dessus de l'autre avec un certain écartement. Lesdits réservoirs sont relies par une pluralité de tubes verticaux, tels que 3, dont il sera parlé plus explicitement par la suite. Le réservoir inférieur l est rempli eau, Le réservoir supérieur 2 contient de liteau et de la vapeur, le niveau de séparation des deux fluides étant maintenu sensiblement suivant l'axe dudit réservoir Le prélèvement à la partie supérieure du réservoir 2 de la vapeur produite est compensé par un apport d'eau alimentaire dans lesdits réservoirs. Parallèlement aux réservoirs t et 2 et aux tubes 3 est aménagée une chambre-de combustion 4 Cette chambre de forme générale parallélépipédique est délimitée par la sole 5, le plafond 6 et quatre faces verticales, à savoir : les faces avant 7 et arrière 8 perpendiculaires aux axes des réservoirs 1 et 2, et les faces latérales, respectivement 9 et lO, parallèles aux dits axes Les faces 7, 8 et 9 font partie de l'enveloppe de la chaudière. La face i0 est formée par une cloison interne de la chaudière. Des brûleurs ll, au nombre de quatre par exemple, sont aménagés sur la face avant 7. Les tubes 3 sont répartis en deux faisceaux distincts, respectivement 3 a et 3 b, longitudinalement écartés l'un de l'autre par un certain intervalle qui définit une cavité intermédiaire 12. Le faisceau 3 a est disposé du côté de la face avant 7 tandis que le faisceau 3 b, sensiblement de même longueur que le précédent, est disposé du côté de la face arrière 8. Les deux faisceaux 3 a et 3 b sont séparés de la chambre de combustion 4 par un passage de gaz 13 en forme de couloir longitudinal limité latéralement, côté chambre 4, par la cloison 10, et, côté tubes 3, par une cloison 14 parallèle à la précédente. Le passage longitudinal 13 est limité à ses extrémités par les faces 7 et 8. Le passage 13 communique avec la chambre 4 par une ouverture 15 pratiquée dans la cloison 10 à l'extrémité du passage voisine de la face 8.Le passage 13 communique d'autre part, avec les faisceaux 3 a et 3 b par des ouvertures, respectivement 16 et 17, pratiquées aux extrémités de la cloison 14. Les gaz de combustion qui sortent de la chambre 4 pénè- trent dans le passage 13 par l'ouverture 15. Le débit de gaz est alors divisé en deux parties sensiblement égales. Une première partie s t écoulé de l'arrière vers l'avant le long du passage 13 et pénètre dans le faisceau 3 a par l'ouverture 16. Une deuxième partie est admise directement dans le faisceau 3 b par l'ouver- ture 17. Les deux parties du débit parcourent respectivement, en sens opposés, les faisceaux 3a et 3b avant d'atteindre la cavité 12.On remarquera que les tubes de descente d'eau se trouvent situés au voisinage de la cavité 12 donc pratiquement à égale distance des faces 7 et 8. Le débit total de gaz est ensuite évacué de la chaudière par une ouverture 18 pratiquée, en face de la cavite 12, à travers la face 19 de ltenveloppe de la chaudière opposée a la face 9. La chaudière est avantageusement équipée d'un surchauffeur 20 dispose en face de llouverture 15, entre la face arrière 8 et une cloison 21 parallèle à ladite face et perpendiculaire à la cloison 10. Sur la figure 3, on voit la disposition du surchauffeur 20 qui est formé par un faisceau de tubes 22 respectivement raccordés à des collecteurs dtentrée 23 et de sortie 24 Les tubes de la face 8 relient directement les deux collecteurs 25 et 26 limitant ladite face, et eux mêmes reliés aux réservoirs 1 et 2 par des tubes d'alimentation et de dégagement, respectivement 27 et 28.Au droit du surchauffeur 20, les tubes de la face 8 sont suffisamment espacés pour laisser passer les tubes 22 du surchauffeur 20, et ceux de la cloison 21 Ces derniers sont également reliés aux collecteurs 25 et 26 En l'absence de surchauffeur, la cloison 21 est inexistante La chaudière que lton vient de décrire présente, par rapport à la technique antérieure, un grand nombre dlavantages. Un premier avantage concerne le dimensionnement du réservoir supérieur. Le choix du diamètre de ce réservoir est fonction de l'importance du débit d'eau longitudinal qui le parcourt. La disposition suivant l'invention permet de doubler la capacité en débit d'eau du réservoir supérieur. Il devient alors possible d'adopter pour une chaudière de puissance donnée, un réservoir supérieur de diamètre plus faible.Inversement avec un diamètre de réservoir donné, on peut assurer une puissance très supérieure Un deuxième avantage concerne 11 encombrement de la chau diète Cet encombrement est réduit en largeur du fait que le surchauffeur ntest pas aligné avec les faisceaux de tubes mais est reporté latéralement à l'arrière de la chaudière Ceci est particulièrement intéressant dans le cas des chaudières monoblocs transportables, surtout lorsque la puissance est élevée.Par contre, si la contrainte d'encombrement en largeur n'est pas primordiale, la disposition conforme à l'invention permet de construire des chaudières de forte puissance, relativement compactes Un troisième avantage concerne la perte de charge des gaz de combustionO Du fait de la réduction de longueur de par- cours des gaz de combustion à travers les faisceaux, la perte de charge des gaz est réduite à vitesse égale. Ceci permet une économie de puissance consommée par le ventilateur de soufflage associé aux brûleurs, ainsi qutune réduction de la pression maximale de fonctionnement à l'intérieur de la chambre de combustion. Un quatrième avantage résulte de lZindépendance du surchauffeur et des faisceaux de tubes de convection Le surchauffeur étant simplement ajouté dans le fond de la chambre de combustion, son adjonction ne modifie que la conception de la face arrière sans réagir sur le reste des parties sous pression de la chaudière donc sans nécessiter d'étude spécifique supplémen tairé Ceci procure à moindre frais une grande souplesse de conception du surchauffeur. Un cinquième avantage réside dans les possibilités d'inspection et de nettoyage éventuel des tubes qui se trouvent améliorées, En effet, le.surchauffeur et les deux faisceaux sont accessibles à la fois du côté entrée et du côté sortie des gaz. La cavité comprise entre les deux faisceaux étant située dans la zone des gaz les plus froids, il devient possi ble dtéconomiser les pièces d'accrochage et le revêtement réfractaire des réservoirs, nécessaires lorsque la température des gaz est plus élevée, De plus, cette cavité est accessible depuis la gaine de sortie des gaz sans adjonction d'une porte spéciale qui nécessite des déformations de tubes de la paroi, et dont la réalisation est toujours onéreuse On peut aussi envisager depuis cette cavité un accès facile au passage de gaz compris entre les faisceaux et la chambre de combustion sans 11 adjonction de portes dans les parois extérieures, Un sixième avantage est relatif au ramonage des faisceaux.Alors que le ramonage des faisceaux suivant l'art anté- rieur pose souvent un problème de disposition des lances et de portée de ramonage, les faisceaux plus étroits de la chaudière suivant l'invention permettent l'utilisation de lances de ramo- nage disposées parallèlement aux réservoirs avec de plus grande chance d'efficacité grâce à la faible portée de ramonage néces saire Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qutelle n'y est en rien limitée et que des modifications peuvent lui être appor tées sans sortir de son domaine On pourra notamment remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre ltexemple représenté, ses différentes variantes de réalisation possible. REVENDICATIONS 1. Chaudière à tubes dteau comprenant deux réservoirs cy lindriques horizontalement allongés et disposés l'un au-dessus de l t autre, une pluralité de tubes de convection verticaux reliant lesdits réservoirs, une chambre de combustion disposée parallèlement aux tubes et aux réservoirs, et au moins un brûleur aménagé sur la face avant de la chambre de combustion, ladite face avant étant lune des deux faces verticales per pendiculaires aux axes des réservoirs, caractérisée en ce que les tubes de convection sont répartis en deux faisceaux dis tincts, longitudinalement écartés l'un de l'autre par un certain intervalle, et en ce que lesdits faisceaux sont sépa rés de la chambre de combustion par un passage longitudinal dont les parois verticales présentent, côté chambre de com bustion, une ouverture aménagée à extrémité du passage voisine de la face arrière de la chambre de combustion, et, côté tubes de convection, deux ouvertures respectivement amé nages aux deux extrémités du passage, de telle sorte que le débit de gaz entrant dans le passage se divise en deux parw ties parcourant respectivement'les deux faisceaux en sens opposés, le débit total étant ensuite évacué par une ouver ture de sortie pratiquée dans l'enveloppe de la chaudière en face de l'intervalle séparant les deux faisceaux. 2. Chaudière à tubes d'eau suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux faisceaux de convection sont sensiblement de même longueur 3. Chaudière à tubes dteau suivant llune des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce quelle comporte en outre un sur chauffeur logé au fond de la chambre de combustion entre la face arrière et une cloison parallèle à celle-ci, en face de l'ouverture d'entrée des gaz dans le passage longitudinal