Brevet FR2498946A1 — publié le 19820806

La présente invention a pour objet un injecteur pour chaudière destiné à l'introduction d'un premier produit chimique, corrosif lorsqu'il est porté audessus d'une certaine température, tel que l'hexafluo- rure de soufre ou ses produits de décomposition, dans une chaudière contenant un deuxième produit chimique porté à température élevée, et également corrosif à cette température, tel que le lithium. Les chaudières du type Li/SF6 donnent lieu à des réactions chimiques à haute température et utilisent un chargement de produit réactif constitué par du lithium qui est en fusion à la température de réaction. Le contrôle de la combustion s'effectue dans ce cas par l'injection d'hexafluorure de soufre. Toutefois, la réalisation d'un injecteur de SF6 capable de fonctionner sur une telle chaudière pose des problèmes particulièrement délicats. En effet, l'hexafluorure de soufre ou ses produits de décomposition deviennent très corrosifs à haute température. De meme le lithium est également très corrosif à haute température. Or, les matériaux résistant le mieux au lithium par exemple, aux températures envisagées, sont incapables de résister efficacement à l'attaque de l'hexafluorure de soufre ou de ses produits de réaction.Inversement, des matériaux présentant de relativement bonnes propriétés d'anticorrosion face a i'hexafluorure de soufre ou ses produits de décomposition résistent mal à l'attaque du lithium. La durée de vie ou la qualité de fonctionnement des injecteurs de type connu réalisés en des matériaux de compromis, sont dcnc particulièrement limitées. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un injecteur pour chaudière capable de fonctionner de façon satisfaisante meme lorsque les produits réactifs en présence sont particulièrement agressifs à haute température. Ces buts sont atteints grâce à un injecteur pour chaudière destiné à l'introduction d'un premier produit chimique, corrosif lorsqu'il est porté au-dessus d'une certaine température, tel que l'hexafluorure de soufre ou ses produits de décomposition, dans une chaudière contenant un deuxième produit chinique porté à température élevée, et également corrosif à cette température, tel que le lithium, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, une enveloppe en forme de fourreau qui est rendue solidaire des parois de la chaudiere, et dont la partie exposée au deuxième produit chimique contenu dans la chaudière est réalisée en un matériau résistant à chaud a ce deuxième produit et à ses produits de réaction avec le premier produit, et, d'autre part, à l'intérieur de l'enveloppe, un gicleur réalisé en un matériau résistant chimiquement au premier produit et à ses produits de décomposition, et muni d'un canal d'injection pourvu d'au moins un orifice de sortie débouchant a proximité de la face interne de l'enveloppe, elle-meme munie d'au moins une perforation dans la zone située en face de chacun desdits orifices de sortie, et en ce qu'un système de barriere thermique est interposé entre ledit canal d'injection et la face externe de l'enveloppe exposée aux produits contenus dans la chaudière, pour limiter la température du canal d'injection à une valeur en-dessous de laquelle la corrosion du gicleur par le premier produit chimique est tolérable. L'enveloppe est constituée de préférence d'un matériau mauvais conducteur de la chaleur. De façon avantageuse, le système de barriere thermique peut comprendre des évidements dans lesquels les produits injectés ou contenus dans la chaudière ne peuvent pénétrer. Selon un mode de réalisation de l'inven tion, l'un au moins des évidements est ménagé entre l'enveloppe et le gicleur, et des moyens d'étanchéité sont prévus entre l'orifice de sortie et la perforation de l'enveloppe pour empecher les produits chimiques de pé métrer par le jeu existant entre le gicleur et l'enve- loppe. Les moyens d'étanchéité peuvent comprendre chacun au moins une pièce annulaire formant joint comprimé entre le gicleur et l'enveloppe autour et en prolonguement de chaque orifice du canal d'injection, et cette pièce annulaire porte alors sur au moins le gicleur ou la face interne de l'enveloppe le long d'une surface de contact d'aire réduite. Les pieces annulaires formant joint sont avantageusement constituées en un matériau mauvais conducteur de la chaleur. Selon une caractéristique particulière de l'invention, un ressort au moins est prévu pour appuyer le gicleur sur la face interne de l'enveloppe ou sur les pièces annulaires formant joint, garantissant ainsi la permanence de l'étanchéité entre évidement et chaudiere, Dans le cas où des évidements sont formés pour contribuer à la formation du système de barrière thermique, au moins l'un des évidements, de préférence celui situé dans le gicleur, peut etre parcouru par un fluide refroidisseur. Le gicleur est avantageusement constitué d'un matériau bon conducteur de la chaleur. Grace à ces différentes mesures, il est ainsi possible d'éviter de manière efficace la création locale de points chauds au niveau du canal du gicleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui fait suite, de modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre non limitatif, en.référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un exemple de réalisation d'un injecteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail agrandie montrant un exemple de pièce de jonction entre le gicleur et l'enveloppe d'un injecteur selon l'invention, et - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'injecteur Si l'on se reporte à la figure 1, on voit, monté sur la paroi 1 d'une chaudière, non représentée, un injecteur 100 pour l'injection par exemple d'hexafluorure de soufre gazeux dans l'enceinte de la chaudière contenant elle-meme par exemple du lithium. L'injecteur est constitué essentiellement par une enveloppe 10 en forme de fourreau dans laquelle est inséré un gicleur 20 muni d'un canal central axial d'injection 24. L'enveloppe 10 comprend une partie latérale 11 par exemple cylindrique et une extrémité aval 12 présentant une face interne 16. L'enveloppe 10 est en un matériau résistant au produit contenu dans l'enceinte de la chaudière et à ses produits de réaction. Dans le cas ou la chaudière contient du lithium, l'enveloppe 10 peut Outre comme la paroi 1 en acier inoxydable. Le gicleur 20 est lui-meme constitué en un matériau résistant jusqu'à une certaine température à l'attaque du produit injecté ou de ses produits de décomposition. Dans le cas d'injection d'hexafluorure de soufre, le gicleur 20 peut entre par exemple en cuivre non allié tel que du cuivre électrolytique, en cuivre nickelé ou en nickel. Le corps du gicleur 20 est rendu solidaire de l'enveloppe 10 par des moyens de liaison tels que des boulons 60 vissés sur une bride formée à la partie arrière de l'enveloppe 10. Dans ce cas, des portées de guidage 23 sont ménagées sur une partie du corps du gicleur engagée dans l'enveloppe 10. Un joint d'étanchéité annulaire 40 est disposé dans une gorge voisine des portées 23 Des espacements sont ménagés entre la face extérieure 22 du gicleur 20 et la paroi interne 15 de l'enveloppe 10, en vue de réduire les échanges thermiques entre enveloppe 10 et corps de gicleur 20. La face frontale aval 21 du gicleur 20 ne porte pas directement contre la face interne 16 de l'extrémité aval 12 de l'enveloppe 10. Au contraire, une pièce annulaire de jonction 30, est serrée entre la face frontale 21 du gicleur et la face interne 16 de l'extrémité aval 12 de l'enveloppe 10. Le serrage de la pièce 30 entre gicleur 20 et enveloppe 10 peut hêtre effectué très simplement, par exemple à l'aide de ressorts 61 coopérant avec les boulons 60 pour exercer un effort axial sur l'ensemble du corps de gicleur 20. La pièce 30 présente une ouverture centrale 31 de section supérieure à celle de l'orifice 25 du canal d'injection 24 du gicleur. L'extrémité aval 12 de l'enveloppe 10 est munie d'une perforation 13 qui est elle-meme de section plus importante que 1 'ouvertu- re 31 de la pièce 30. La perforation 13 de l'enveloppe lo comprend par exemple une première portion cylindrique et une deuxième portion conique 14 qui s'évase vers l'extrémité libre du fourreau 10 en formant un divergent. La pièce annulaire de jonction 30 est centrée dans la cavité cylindrique interne de l'enveloppe 10 au voisinage de la face 16 afin de réaliser l'alignement entre l'orifice 15, l'ouverture 31 et la perforation 13. La pièce 30 présente des surfaces de contact d'aire réduite avec la face interne 16 de l'enveloppe 10 et la face frontale 21 du gicleur 20. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la pièce 30 est en forme de rondelle circulaire et sa face aval 33 est conique, et porte sur la face interne 16, sensiblement plane, de l'enveloppe 10 selon une ligne fermée de relativement faible longueur constitué par ltarete de la perforation 13 La face amont 32 de la rondelle 30 est plane et porte de meme sur la face frontale 21, légèrement conique, du gicleur 20, selon une ligne fermée de faible longueur autour de l'orifice 25 du canal d'injection 24. On dispose ainsi de surfaces de contact réduites entre enveloppe et pince de jonction ainsi qu'entre piece de jonction et gicleur, et la présence d'au moins une pièce 30 permet de disposer d'au moins deux résistances thermiques en série qui augmentent l'efficacité de la barrière thermique entre l'enveloppe 10 et le gicleur 20.La presence de plusieurs pièces analogues à la pièce 30 montées les unes derriere les autres est envisageable pour réduire plus fortement les transferts thermi que.. Par ailleurs, la pièce 30 doit etre adaptée pour former 3oint d'étanchéité empechant toute pénétration du deuxième produit présent dans la chaudière, a l'inté- rieur des espacements formés entre gicleur et enveloppe afin de maintenir le caractère de barrière thermique Il suffit pour cela que les surfaces de contact avec la pièce 30 soient définies par des lignes fermées entourant l'orifice 31. La piece 30 est avantageusement realisée en acier inoxydable par exemple, de meme que l'enveloppe 10, lorsque le deuxième produit présent dans la chaudière est du lithium. En effet, la pièce 30 a un role thermique et le diamètre de son ouverture 31 n'étant pas critIque, celle-ci peut etre réalisée en acier inoxydable, métal favorable par sa faible conductivité thermique, ainsi que sa dureté, bien que résistant mal à la corrosion par le SF6. Au contraire, le gicleur 20 est avantageusement réalisé en un matériau qui outre sa ré- sistance à l'attaque par le premier produit (tel que l'hexafluorure de soufre), présente une conductivité thermique élevée. Ainsi, on évite plus facilement la création de points chauds au voisinage du canal d'injection 24. On a représenté sur la figure 1 une face 21 du gicleur conique cooperant avec une face plane 32 de la pièce 30. Naturellement, la pièce 30 peut présen- ter deux faces coniques 32 et 33 et la face frontale 21 du gicleur peut dans ce cas bure plane. Ainsi, sur la figure 2, il est représenté une pièce de jonction 30 comprenant deux faces coniques 32 et 33 coopérant respectivement avec la face frontale plane 21 du gicleur 20 et la face interne 16 de la partie de fourreau 12 de manière à limiter les zones de contact à des lignes de faible longueur. La pièce 30 est percée d'une ouverture contrale 31a, 31b qui prolonge le canal 24 terminé par l'orifice 25, et présente une section plus grande que celle de l'orifice 25.L'ouverture de la pièce 30 présente par exemple une première portion cylindrique 31a et une deuxième portion conique 31b formant divergent. L'extrémité aval 12 de l'enveloppe 10 peut comporter une perforation en forme de canal cylindrique 13 de section plus importante que la plus grande section de l'ou- verture 31a, 31b de la pièce 30, ce canal pouvant entre erode sans conséquence faucheuse. Comme on peut le voir sur la figure 1, le système de barrière thermique entre les faces externes de l'enveloppe 10 soumises à la chaleur dégagée par la chaudière et le canal central d'injection 24 du gicleur comprend des moyens complémentaires qui sont associés et le cas échéant pourraient être substitués aux moyens constitués par les espacements entre gicleur 20 et enveloppe 10 et la piace de jonction 30. Ces moyens complémentaires comprennent des evidements 27 formés dans le corps de gicleur lui-meme et réalisés sous la forme d'une cavité annulaire concentrique au canal central 24 et s'étendant jusque presqu'à l'extrémité aval du gicleur.Une pièce 50 constituant une partie du corps du gicleur 20 comporte un prolongement tubulaire 51 engagé dans la cavité 27 pour définir un chemin de circulation de fluide caloporteur de refroidissement tel que de l'eau ou de l'azote. Le fluide. de refroidissement peut par exemple être introduit par une conduite 52 dans a partie de cavité 27 la plus voisine du canal central 24 et évacuée de la partie de cavité 27 péripherique par une conduite 53. Des cavités et un circuit de refroidissement pourraient également etre agencés dans l'envelop- pe 10 en vue de limiter les transferts de chaleur vers la face interne de l'enveloppe 10. Les différents éléments du système de bar rière thermique représentés sur la figure 1 garantissent une bonne protection du canal central puisque l'enveloppe en forme de fourreau 10 reliée à l'enceinte 1 de la chaudiere assure une protection du gicleur 20 y compris sur sa face avant, vis a vis du deuxième produit présent dans la chaudière, et les éléments d'isolation thermique tels que les évidements ou la pièce annulaire de jonction 30 empêchent l'élévation de la tempé- rature du canal d'injection 24 jusqu'à une valeur pour laquelle le premier produit injecte devient corrosif vis à vis du matériau de ce canal. La figure 3 représente une vue schématique d'un autre mode de réalisation possibie de l'invention. Dans ce cas, un espacement est toujours ménagé entre le gicleur 20 et l'enveloppe 10 et les contacts sont réduits, mais la partie 123 du corps du gicleur servant de guidage est munie d'un filetage qui permet de solida riser le corps du gicleur avec l'enveloppe 10 en forme de fourreau, tout en exerçant une action de serrage sur une pièce annulaire de jonction 30 qui limite les contacts et les transferts thermiques entre la face interne 16 de la partie aval 12 de l'enveloppe 10, et la face 21 du gicleur 20 proprement dit. Lorsque le corps de gicleur 20 est bloqué directement sur l'enveloppe 10, conme par exemple à l'aide du filetage 123 du mode de réalisation de la Fig 3, les ressorts 61 de la Fig 1 sont supprimés. Dans ce cas, la pièce annulaire de jonction 30 peut elle-meme être réalisée sous forme de rondelle élastique par exemple du type Belleville. Une paire de rondelles élastiques coniques 30', 30" peut ainsi constituer la jonction entre la face frontale 21 du gicleur 20 et la face interne 16 de l'enveloppe 10. Les rondelles 30', 30" qui, sur la figure 3 sont montées en sens inverse, bien que ceci ne soit pas obligatoire, presentent chacune une ouverture 31', 31" dont le diamètre est intermédiaire entre celui de l'orifice 25 du canal 24 et celui de la perforation 13 de l'enveloppe 10. Dans certains cas on peut également n'utiliser qu'une seule rondelle élastique précomprimée. Les différents moyens définissant le système de barrière thermique décrits en référence aux figures 1 à 3 peuvent naturellement se combiner les uns avec les autres et subir des variantes de réalisation. Ainsi, le corps de gicleur 20 peut être massif et ne comporter que son canal central 24, sans évidement supplémentaire 27. Dans ce cas, les contacts entre gicleur et enveloppe doivent etre les plus réduits possibles ou des cavités d'isolation doivent etre ménagées dans l'enveloppe 10. En revanche, lorsque par exemple le gicleur est muni de cavités 27 équipées d'un système de refroi dissement tel que 51, 52, 53, les contacts entre gicleur 20 et enveloppe 10 sont moins critiques.Par ailleurs, la définition d'une zone de contact bien définie et limitée à une ligne fermée de faible longueur autour de l'ouverture 31 de la pièce annulaire de jonction 30 est particulierement importante entre les faces 33 de la pièce 30 et 16 de l'enveloppe 10 En revanche, la zone de contact entre le gicleur proprement dit 20 et la face 32 de la pièce 30 est moins critique et peut entre plus étendue. Des gicleurs différents peuvent etre combinés à un même type d'enveloppe Enfin, l'usinage de la pièce annulaire de jonction 30 peut être très simplifié si l'on réalise cette pièce sous la forme d'une rondelle telle que celle représentée sur la fig. 1. Les caractéristiques de l'injecteur dépendent uniquement du gicleur 20, tandis que la perforation de l'extrémité aval 12 de l'enveloppe 10 peut répondre à des conditions moins strictes Selon un exemple particulier d'injecteur adapté à une chaudière de type Li/SF6 un diamètre d'orifice 25 de canal d'injection 24 supérieur ou égal a environ 1,8 mm et un diamètre d'ouverture 31 de pièce 30 d'environ 2 mm se sont avérés permettre un bon fonctionnement avec une pression de SF6 supérieure ou égale a 3 bars absolus. Bien entendu, diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs décrit sans sortir du cadre de l'invention REVENDICATIONS 1. Injecteur pour chaudière destiné à l'introduction d'un premier produit chimique, corrosif lorsqu'il est porté au-dessus d'une certaine température, tel que l'hexafluorure de soufre ou ses produits de décomposition, dans une chaudière contenant un deuxième produit chimique porté à température élevée, et également corrosif à cette température, tel que le lithium, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, une enveloppe (10) en forme de fourreau qui est rendue solidaire des parois de la chaudière (1), et dont la partie exposee au deuxième produit chimique contenu dans la chaudière est réalisée en un matériau résistant a chaud a ce deuxième produit et à ses produits de réaction avec le premier produit, et, d'autre part, a l'intérieur de l'enve- loppe, un gicleur (20) réalisé en un matériau résistant chimiquement au premier produit et a ses produits de décomposition, et muni d'un canal d'injection (24) pourvu d'au moins un orifice de sortie (25) débouchant a proximité de la face interne (16) de l'enveloppe, elle-meme munie d'au moins une perforation (13) dans la zone située en face de chacun desdits orifices de sortie (25), et en ce qu'un système de barrière thermique (27, 30) est interposé entre ledit canal d'injection (24) et la face externe de l'enveloppe exposée aux produits contenus dans la chaudière, pour limiter la température du canal d'injection a une valeur en-dessous de laquelle la corrosion du gicleur par le premier produit chimique est tolérable. 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) est constituée d'un matériau mauvais conducteur de la chaleur. 3. Injecteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le système de barrière thermique comprend des évidements (27) dans lesquels les produits injectés ou contenus dans la chaudière ne peuvent pénétrer. 4. Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un au moins des évidements est ménagé entre l'enveloppe (iO) et le gicleur (20) et en ce que des moyens d'étanchéité (30) sont prévus entre ledit orifice de sortie (25) et ladite perforation (13) pour empêcher lesdits produits chimiques de pénétrer par le jeu existant entre le gicleur 1203 et ltenveloppe (10). 5. Injecteur selon la revendication 4, ca ractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent chacun au moins une pièce annulaire (30) formant joint comprime entre le gicleur (20) et l'enveloppe (10) autour et en prolongement de chaque orifice (25) du canal d'injection, et cette pièce annulaire (30) porte sur au moins le gicleur (20) ou la face interne (16) de l'enveloppe (10) le long d'une surface de contact d'aire réduite. 6. Injecteur selon la revendication 5, ca ractérisé en ce que les pièces annulaires (30) formant joint sont constituées en un matériau mauvais conducteur de la chaleur. 7. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 4 a 6, caractérisé en ce qu'un ressort (61) au moins est prévu pour appuyer le gicleur (20j sur la face interne (16) de l'enveloppe (lo) ou sur les pièces annulaires (30) formant joint, garantissant ainsi la permanence de l'étanchéité entre évidement et chaudière. 8. Injecteur selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que les pièces annulaires (30', 30", 31', 31") formant joint,interposées entre le gicleur (20) et la face interne de l'enveloppe (10) sont formées d'une matière élastique précomprimée. 9. Injecteur selon la revendication 3, caractérise en ce que l'un des évidements (27) au moins formant barrière thermique est parcouru par un fluide refroidisseur. 10. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le gicleur (20) est constitué d'un matériau bon conducteur de la chaleur.