Brevet FR2449845A1 — publié le 19800919

La présente invention se rapporte à une chaudière de production de vapeur chauffée par des fumées prélevées sur un four. La chaudière selon l'invention peut être utilisée pour recupérer la chaleur des fumées d'un four de verrerie. On cherche à récupérer la chaleur des fumes des fours à l'aide de chaudières. Une chaudière peut être introduite dans une installation existante dont elle ne doit pas perturber le fonctionnement. On maintient un faible écart de température entre les fumées et le fluide thermodynamique pour augmenter le rendement du cycle. Les chaudières de récupération ont alors une surface importante. Leur implantation est de ce fait difficile. Jusqu'à présent,on a utilisé,pour récupérer la chaleur des chaudières à circulation naturelle. Ces chaudières comportent d'une part un réservoir permettant la recirculation de liteau et la séparation de l'eau et de la vapeur et d'autre part des collecteurs. La construction de ces chaudières est relativement onereuse. La chaudière selon l'invention évite les inconvénients des chaudières de récupération à circulation naturelle. Elle permet la suppression du réservoir et des collecteurs et elle permet de disposer rationnellement la surface d'echan- ge. Son poids est réduit du fait qu'elle ne nécessite pas de corps chaudronnes ayant des épaisseurs importantes. Elle permet une construction modulaire présentant des avantages en ce qui concerne les délais de fabrication, le montage, l'entretien, l'utilisation d'accessoires identiques. Elle conduit à une réduction du volume du fluide thermodynamique ce qui présente un intérêt évident dans le cas où ce fluide est couteux. La chaudière selon l'invention comprend d'une part des tubes qui canalisent le fluide à vaporiser et sont chauffes par les fumées et d'autre part un conduit distributeur amenant le fluide a vaporiser et un conduit collecteur recevant le fluide vaporise et elle est caractérisée par le fait que chaque tube est contourne de manière à former un serpentin et est connecte en amont au conduit distributeur et en aval au conduit collecteur de manière que le fluide n'effectue qu'un seul passage dans ledit serpentin et sorte sous forme de vapeur surchauffée. L'invention va maintenant être decrite avec plus de détails en se re férant à des modes de réalisation donnes à titre d'exemples. La figure 1 est une coupe, selon un plan parallèle au sens de circulation des fumées,d'un mode de réalisation de la chaudière; La figure 2 est une vue de dessus montrant des coupes selon A-A et B-B de la figure 1. La figure 3 est une vue de détail de la figure 1. La figure 4 est une vue de detail montrant une variante dans la dis position des circuits en serpentin de la chaudière. La figure 5 est une vue selon D-D de la figure 4. La figure 6 est une vue de dessus des figures 5 et 6 En se référant aux figures 1 à 6, la chaudière est disposée sur le parcours d'un courant de fumes s'ecoulant verticalement, de haut en bas. Le sens d'écoulement des fumées est repéré 1. Ce courant est canalisé par l'enveloppe de la chaudière 21 montée sur un support 22. Cette enveloppe 21 a une forme prismatique ou cylindrique axée sur la direction d'écoulement 1 des fumes. Elle est connectée en amont et en aval à deux carnea1 et 82 qui canalisent les fumées. La chaudière peut par exemple etre logée sur le parcours des fumes compris entre un four de verrerie et sa cheminée, Le fluide à vaporiser qui alimente la chaudière est amené par un conduit distributeur 31. Le fluide vaporisé dans la chaudière est collecté dans un conduit collecteur 32. Le fluide à vaporiser est de préférence de l'eau bien que d'autres fluides thermodynamiques puissent être utilises (triflu oroéthanol par exemple) Chaque circuit 4 canalisant le fluide thermodynamique, entre le conduit distributeur 31 et le conduit collecteur 32, est contourné de manière à affecter la forme d'un serpentin.De ce fait plusieurs circuits en serpentins 4 sont lo ges dans ltenveloppe 21 de manière à être chauffés par le courant de fumees. Chaque tube de serpentin 4 est connecté en amont au conduit distributeur 31 et en aval, par la sortie 42, à un conduit collecteur de vapeur 32. Le conduit distributeur 31 est connecté aux entrees de plusieurs serpentins et le conduit collecteur de vapeur 32 est connecté aux sorties de plusieurs serpentins. Chaque tube de serpentin 4 est contourne de manière à former des spires s'enroulant selon une surface cylindrique ou prismatique dont l'axe est parallèle au sens d'écoulement 1 des fumées. Il forme, dans deux plans P1 et P2 parallèles au sens d'e'coulement 1, deux empilages de parties tubulaires rectilignes 43 et 44, réunies par des coudes 45 et 46 contournes en spirales. Ces parties tubulaires rectilignes 43 ou 44 sont sensiblement perpendiculaires au sens d'écoulement des fumées Elles sont sensiblement horizontales ou légèrement inclinées du fait que le sens d'ecoulement: des fumees est vertical. Les différents serpentins 4 sont identiques au point de vue forme et dimensions. Dans chaque serpentin 4, le fluide de vaporisation circule de manière à etre chauffe,à ltentréefpar les fumes les plus froides et à être chauffé,à la sortie, par les- fumées les plus chaudes. Il circule donc à contre courant des fumees. De ce fait le conduit distributeur 31 est situé du côte aval par rapport au sens d'écoulement des fumées, le conduit collecteur de vapeur 32 étant situé du côté amont. Dans les modes de realisation représentés sur les figures, du fait que les fumes s'écoulent de haut en bas, le conduit distributeur 31 est situé à la partie inférieure de la chaudière, le conduit collecteur de vapeur 32 étant situé à la partie supérieure. L'entrée 41 de chaque serpentin tubulaire 4 est connectée au conduit distributeur 31 par un embout tubulaire 5. Cet embout tubulaire 5 a un diamètre intérieur dl inférieur au diamètre intérieur d2 du tube du serpentin qui le prolonge en aval, cette notion d1aval se référant au sens d'écoulement du fluide à vaporiser. Chaque embout tubulaire crée une perte de charge à l'entrée du serpentin associé 4 et assure ainsi ltéquirépartition du fluide à vaporiser entre les différents serpentins. Chaque embout tubulaire 5 raccordant le conduit distributeur 31 à un serpentin tubulaire 4 a la forme d1 une bouche spiralée dont le périmètre et les dimensions correspondent respectivement et approximativement au périmètre et aux dimensions d'une spire du serpentin associé.Dans le mode de réalisation représenté où les fumées circulent de haut en bas et où l'entrée du fluide à vaporiser dans chaque serpentin est à la partie inférieure, les embouts tubulaires 5 sont situés au bas de la chaudière. La chaudière comporte des dispositifs de nettoyage qui pulvérisent un fluide de nettoyage sur la surface extérieure des tubes des serpentins. Chacun de ces dispositifs de nettoyage est formé par une conduite canalisant le fluide de nettoyage et équipée de buses permettant la pulvérisation du fluide sur les tubes des serpentins. Ces conduites peuvent etre parallèles au sens d'écoulement des fumées. Elles peuvent servir d'entretoises entre les parties tubulaires des serpentins. Les figures 4 à 6 montrent une variante dans la disposition des circuits en serpentin 4. Ces circuits en serpentin sont associés par paires de manière à être imbriqués. Des parties tubulaires rectilignes, 43 ou 44, d'un serpentin, situées dans un meme plan, sont disposées de manière alternée avec des parties tubulaires rectilignes 43 ou 44 > de l'autre serpentin qui sont situées également dans ce plan. Le pas p entre deux spires d'un circuit en serpentin permet l'im- brication d'une spire de l'autre circuit en serpentin. Les coudes 45 et 46 des deux serpentins associes sont décalés horizontalement. Le fonctionnement de la chaudière est le suivant. Les différents circuits en serpentin 4 sont alimentés en parallèle à partir du conduit distribuai teur 31. Le fluide a un écoulement continu et n'effectue qu'un seul passage dans chaque serpentin entre le conduit distributeur 31 et le conduit collecteur 32. Le fluide circule en parallèledans les différents circuits 4 en serpentin et sort de ces circuits sous forme de vapeur surchauffée. Le fonctionnement de la chaudière est du type à circulation forcée. Les embouts tubulaires 5 assurent la perte de charge nécessaire et l'équirépartition. I1 est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails et de meme envisager llem ploi de moyens équivalents. Le tube de chaque circuit en serpentin 4 pourrait être contourné dans un plan parallèle au sens d'écoulement des fumes. Les différents circuits en serpentin formeraient alors des panneaux verticaux. REVENDICATIONS 1.- Chaudière de récupération de la chaleur de fumées comprenant d'une part des tubes qui canalisent le fluide à vaporiser et sont chauffés par les fu muées et d'autre part un conduit distributeur amenant le fluide à vaporiser et un conduit collecteur recevant le fluide vaporisé, caractérisée par le fait que chaque tube est contourné de manière à former un serpentin et est connecté en amont au conduit distributeur et en aval au conduit collecteur de manière que le fluide n'effectue qu'un seul passage dans ledit serpentin et sorte sous forme de vapeur surchauffée. 2.- Chaudière de récupération de la chaleur selon la revendication 1 caractérisée par le fait que chaque tube de serpentin est contourné de manière à former des spires s'enroulant selon une surface cylindrique ou prismatique dont l'axe est parallèle au sens d'écoulement des fumées. 3.- Chaudière de récupération de la chaleur selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque tube de serpentin est contourné de manière à former selon deux plans parallèles au sens d'écoulement des fumées, deux empilages de parties tubulaires rectilignes et sensiblement perpendiculaires à ce sens d'écoulement. -4.- Chaudière de récupération de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que tous les serpentins sont identiques. 5.- Chaudière de récupération de la chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le fluide à vaporiser circule dans chaque serpentin à contre courant du sens d'écoulement des fumées, le conduit distributeur étant positionné en aval du conduit collecteur par rapport à ce sens d'écoulement des fumées. 6.- Chaudière de récupération de la chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que chaque serpentin tubulaire est connecté au conduit distributeur par un embout tubulaire ayant un diamètre inférieur au diamètre du tube de ce serpentin. 7.- Chaudière de récupération de la chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le conduit distributeur du fluide à vaporiser est connecté à plusieurs serpentins et que le conduit collecteur est connecté à plusieurs serpentins. 8.- Chaudière de récupération de la chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait quelle comporte des dispositifs de nettoyage alimentés en fluide de nettoyage. 9.- Chaudière de récupération de la chaleur selon la revendication 8 caractérisée par le fait que les dispositifs sont pourvus de conduites canalisant le fluide de nettoyage et servant d'entretoises entre les parties tubulaires des serpentins. 10.- Chaudière de récupération de la chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les tubes de deux ser pantins adjacents sont imbriqués.