Brevet FR2550609A1 — publié le 19850215

La présente invention se rapporte à un générateur de vapeur par circulation de courant dans des masses d'eau, comprenant un réservoir de pression dans lequel deux coquilles sont superposées sur au moins un axe sensiblement vertical, l'une de ces coquilles étant isolée électriquement de la paroi dudit réservoir de pression et étant raccordée à une source d'alimentation en courant, tandis que l'autre coquille est reliée électriquement à ladite paroi du réservoir de pression, le générateur comportant en outre des 10 moyens pour pomper de l'eau d'une poche de décantation du réservoir de pression jusqu'à la coquille supérieure, lesdites coquilles étant réalisées de telle sorte que l'eau s'écoule à la manière d'un film de la coquille supérieure à la coquille inférieure, et retourne de cette 15 dernière jusque dans la poche de décantation du réservoir de pression. Un tel générateur de vapeur est connu d'après la figure 5 du brevet CH612 491 Dans cette forme de réalisation comportant une simple coquille et un simple rebord de trop-plein, la configuration de la section de la masse d'eau descendante (et donc le rendement du générateur de vapeur) dépend directement du diamètre de la coquille. L'épaisseur de la couche d'eau descendante ne doit pas excéder une certaine valeur, parce qu'une couche d'eau plus 25 épaisse provoquerait une projection d'eau alentour, ce qu'il convient d'éviter Le rendement de la cuve est par conséquent lié au diamètre de la coquille. L'invention a pour objet de proposer un générateur de vapeur par circulation de courant du type précité, dont le 30 rendement soit supérieur pour une taille de coquille donnée, d'une part afin d'abaisser les couts d'investissement par k W/h et, d'autre part, afin de pouvoir équiper d'une meme taille de coquille des générateurs de vapeur de rendements différents. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que plus d'une paire des coquilles précitées sont superposées, sur chaque axe verticalde telle façon que l'eau s'écoule à la manière d'un film de la coquille respectivement inférieure d'une paire supérieure de coquilles jusqu'à la coquille respectivement supérieure d'une paire de coquilles sousjacente, et que cette eau retourne à la poche de décantation du réservoir de pression seulement à partir de la coquille inférieure de la paire de coquilles située le plus bas Un avantage supplémentaire de la solu10 tion proposée par l'invention réside dans le fait que la puissance d'entraînement des moyens utilisés pour pomper l'eau pour chaque k W/h converti est notablement réduite, et qu'il est également possible de diminuer la complexité de réalisation de ces moyens, parce que la quantité d'eau 15 mise en circulation est réduite. Par rapport aux formes de réalisation connues selon le brevet CH-216 491, comportant des rebords de tropzplein constitués par des fentes rectilignes ou en forme de développantes de cercles élaborées dans les coquilles, la solution proposée par l'invention comporte l'avantage d'une réalisation simple des coquilles telles que fabriquées de toute façon pour des générateurs de vapeur de plus faible puissance. Selon un perfectionnement de l'invention, pour obtenir 25 un encombrement particulièrement faible des coquilles, les coquilles situées au-dessous de la coquille supérieure sur chaque axe vertical peuvent être réalisées sous la forme de coquilles annulaires et être dimensionnées de manière que l'eau s'écoule alternativement vers l'extérieur 30 et vers l'intérieur en franchissant les rebords respectifs de ces coquilles annulaires. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la puissance d'entraînement des moyens de pompage de l'eau est rendue faible parce que l'eau est refoulée vers la coquille 35 supérieure en suivant le trajet le plus court A cette fin, il peut être prévu, au centre des coquilles disposées sur chaque axe vertical, un tube ascendant qui débouche dans la coquille supérieure et est parcouru par l'eau devant être pompée de la poche de décantation jusqu'à ladite coquille supérieure; et des coquilles en nombre impair (considérées de haut en bas) peuvent être fixées à ce tube ascendant. 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, les coquilles en nombre pair (considérées de haut en bas) peuvent être suspendues à des supports isolés qui s'étendent à l'extérieur de leur périphérie Cela confère à la réalisation l'avantage de nécessiter seulement trois tiges 10 de support servant en outre à l'alimentation en courant électrique. Selon une autre forme de réalisation, permettant d'équiper un générateur de vapeur à courant triphasé d'une seule et unique pompe de mise en circulation, des paires 15 de coquilles disposées sur trois axes verticaux peuvent être prévues dans le réservoir de pression et l'une des trois phases d'un réseau de courant triphasé peut être associée à chaque axe; les tubes ascendants peuvent être reliés les uns aux autres par un tube de répartition au20 quel sont raccordés les moyens de pompage se présentant sous la forme d'au moins une pompe de mise en circulation; et au moins deux desdits tubes ascendants peuvent comporter des papillons d'étranglement ajustables. D'après une autre caractéristique de l'invention, les 25 rebords de tropplein de toutes les coquilles peuvent s'étendre dans des plans mutuellement parallèles et ces plans peuvent etre légèrement inclinés par rapport aux horizontales De la sorte, on évite que, lorsque la charge est plus faible, l'eau qui chute se dissocie trop fortement en 30 des gouttes qui pourraient entraîner des projections I 1 en résulte en outre, à la circonférence du film d'eau descendant, une zone affaiblie par l'intermédiaire de laquelle la vapeur engendrée à la face interne du film peut s'échapper dans l'espace situé à l'extérieur de ce film. Conformément à l'invention, pour obtenir un réservoir de pression très mince et présentant en conséquence une faible épaisseur de paroi, les coquilles suspendues avec isolation et calées sur un axe vertical peuvent etre connectees à differnr tes as d' -esau z ourant triphasé. En outre, au moins une part-i dus coqu:lis peut tre réalisée récglable en hauteur Il *st ainsi possi 21 c d'équi5 librer la puissance des phases n:iduelles en aumentant les espacements entre deux coquilles S erieures respectives, de telle maniere que la resistance entre deux coquilles respectivement voisines dans le sens vertical demrieure egale, bien qu'une plus faible quantite d'eau circulc lu voisinace 10 des coquilles inférieures. Selon une autre caractéristique de l'iven:ion, de l'eau provenant de la poche de décar tation peu= tre délivrée en plus à la coquille inférieure d'au moins la paire de coquilles située le plus bas, en dérivation de la coquille 15 supérieure Grâce à cette adduction d'eau supplementaire, il est possible de remplacer l'eau vaporisee dans les régions supérieures de la nappe d'eau descendante, afin d'ajuster les résistances des couches d'eau. L'invention va à présent être décrite plus en detail à l'aide de deux exemples nullement limitatifs, en retard des dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale quelque peu schématisée d'un générateur de vapeur par circulation de courant; la figure 2 est une coupe horizontale à échelle réduite, 25 selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe verticale fragmentaire d'une autre forme de réalisation de l'invention; et la figure-4 est une représentation fragmentaire d'un détail d'une variante de réalisation par rapport à la 30 figure 1. Selon les figures 1 et 2, un réservoir cylindrique de pression 1 à axe horizontal, comportant plusieurs piliers de support 2, renferme trois tubes ascendants 4 sensiblement verticaux, agencés les uns derriere les autres dans le sens 35 longitudinal du réservoir et assujettis par soudage au fond de ce réservoir Ces tubes ascendants 4 sont relies les uns aux autres par un conduit hrorizontal de repartition 6 s'étendant dans le sens longitudinal de la partie inférieure du réservoir 1, dans ce qu'on appelle la "poche de décantation" 3. En outre, au fond du réservoir de pression 1, deux 5 courts tronçons tubulaires 11 sont soudés dans la paroi dudit réservoir et une roue 12 à ailettes de pompage est montée à rotation dans chacun de ces tronçons tubulaires. La roue 12 à ailettes est calée sur un arbre 13 qui est monté dans une douille de portée 14 et supporte à son extré10 mité libre une poulie 15 à courroie trapézoïdale La douille 14 est fixée à un couvercle 16 assujetti hermétiquement à une collerette de raccordement 17 d'un manchon 18, lequel est à son tour rapporté par soudage sur la face externe du réservoir 1 et entoure la roue 12 à ailettes Les éléments 15 11 à 18 forment deux pompes 19 de mise en circulation, c'est-à-dire une pompe pour chaque manchon 18. Un tube de jonction 24 part de l'espace annulaire entre chaque tronçon tubulaire 11 et le manchon associé 18, et gagne le conduit de répartition 6 Les deux pompes 19 de mise en circulation sont menées par des moteurs d'entrainement à vitesse de rotation variable (non représentés), par l'intermédiaire de courroies trapézoïdales (non illustrées) coopérant avec les poulies 15, si bien que de l'eau est refoulée de la poche 3 aux trois tubes ascendants 4 en 25 empruntant le conduit de répartition 6. A son extrémité supérieure, chaque tube ascendant 4 est muni d'une bride 26 à laquelle est fixée une coquille aplatie 27 à rebord externe arrondi 28 qui forme un rebord horizontal de trop-plein de l'eau Légèrement audessus de la 30 moitié de la hauteur de chaque tube ascendant 4, trois consoles 30 permettent la fixation d'une coquille annulaire 32 qui entoure ledit tube ascendant et présente une section en forme de S horizontal Dans ce cas, un rebord externe arrondi 33 de cette coquille annulaire constitue un rebord 35 de trop-plein Un rebord interne 35 de ladite coquille 32 s'achève à un niveau plus haut que ledit rebord 33 Dans la moitié inférieure de chaque tube ascendant 4, il est prévu une chicane annulaire 40 dont la section est en forme de toit et qui est fixée au tube ascendant par l'inteimédiaire de trois consoles de support 41. A peu près à mi-hauteur entre le rebord 28 de la coquil5 le supérieure 27 et le rebord 33 de la coquille annulaire 32, se trouve une coquille annulaire 42 qui forme la coquille inférieure de la paire de coquilles située le plus haut, et dont la section accuse également la forme d'un S horizontal qui, cependant, est sensiblement disposé spéculairement 10 au S de la coquille annulaire 32 Un rebord interne 45 de la coquille annulaire 42 forme un rebord de trop-plein, tandis qu'un rebord externe 43 de cette coquille s'achève plus haut que ledit rebord 45 En outre, une coquille annulaire 42 ' est intercalée entre la coquille annulaire 32 15 et la chicane annulaire 40 sur chaque tube ascendant 4, cette coquille 42 ' ayant une réalisation identique à celle de ladite coquille annulaire 42 et formant, conjointement à la coquille 32, une paire de coquilles située le plus bas. Par l'intermédiaire de trois nervures 50, les coquilles annulaires 42 et 42 ' sont fixées a des tiges de support 52 qui sont assujetties au réservoir de pression 1 en étant isolées électriquement chacune par l'intermédiaire d'un furreau interne 54 et d'un fourreau externe 55 Un rail collecteur 56 d'un réseau de courant triphasé (comprenant des phases respectives R, S et T) est raccordé extérieurement à chacune des trois tiges de support 52 qui traversent les fourreaux isolants 54 et 55 Le réservoir de pression 1 est connecté au conducteur neutre (non représenté) du réseau de courant triphasé Ce réservoir comporte à son sommet un manchon 60 30 d'évacuation de la vapeur De surcroît, un manchon d'amenée de l'eau d'alimentation, au moins un manchon d'évacuation des boues et éventuellement un manchon de dégazage (non représentés) sont raccordés audit réservoir de pression. Un papillon d'ajustement ou d'étranglement 62 est incorporé 35 dans chaque tube ascendant 4. La chaudière électrique décrite ci-dessus fonctionne comme suit: en service, les deux pompes 19 de mise en circulation sont entraînées, si bien que de l'eau en provenance de la poche de décantation 3 est refoulée dans les coquilles 27 en passant par les trois tubes ascendants 4. Par l'intermédiaire du rebord 28, cette eau quitte les coquilles 27 et pénètre dans les coquilles annulaires 42 dans lesquelles un niveau d'eau s'établit Ensuite, l'eau franchit le rebord interne 45 et s'écoule dans les coquilles annulaires 32 dans lesquelles il se forme également un niveau d'eau Cette eau déborde du rebord externe 33 et s'écoule dans les coquilles annulaires 42 ' dans lesquelles, là encore, un niveau d'eau s'établit L'eau ruisselle hors desdites coquilles annulaires 42 ' (en débordant de leur rebord interne 45 '), elle tombe sur la chicane annulaire et retourne ensuite dans la poche de décantation 3. 15 Lorsque le générateur de vapeur est en service, le courant provenant du réseau triphasé se propage à chaque fois de bas en haut depuis les coquilles annulaires 42 et 42 ' jusqu'aux coquilles respectives 27 et 32, puis de haut en bas vers la coquille annulaire 32 ou la chicane annu20 laire 40, respectivement, pour retourner ensuite jusqu'à la paroi du réservoir de pression 1 en parcourant les tubes ascendants 4 Grâce aux hauteurs libres de chute de l'eau entre les coquilles respectives 27 et 42; 42 et 32; 32 et 42 ' ainsi qu'entre la coquille annulaire 42 ' et la chicane 25 annulaire 40 (ces hauteurs de chute étant ajustées sensiblement égales les unes aux autres), grâce-à la quantité d'eau traversée et grâce à la conductivité réglée de cette eau, chacun des trois systèmes à électrodes présente unerésistance déterminée Un ajustement des papillons 62 per30 met d'harmoniser mutuellement ces résistances. Par suite de la circulation du courant, l'eau renfermee par le réservoir de pression est tout d'abord chauffée, puis vaporisée (dans la mesure ou cette vaporisation est souhaitée et o l'admission et l'évacuation de l'eau sont 35 réglées en conséquence),processus au cours duquel sont atteintes une pression souhaitée et la température correspondante de la vapeur saturée. Le générateur de vapeur par circulatio N de courant, décrit ci-dessus, se sincularise c:r ue eiisation tres simple et d'une surveillance aisee. Conformément à la figure 3, il est prevu un réservoir de pression 1 ' à axe vertical Ce réservoir renferme un seul et unique tube ascendant 4 don la reé on inférieure est alimentée en eau provenant de la pocne de décantation 3, par l'intermédiaire d'une pompe 19 ' de mise en circulation située dans ladite poche ?ou comre dans la forme de 10 réalisation selon la figure 1, le:ube ascendant 4 supporte une coquille supérieure 27 Le gérnerateur possede en outre trois coquilles annulaires 42 R, 42 S et 42 qui sont réglables en hauteur et sont supportées par des tiges disposées radialement et traversant des fourreaux isolants 59 Ces trois coquilles annulaires 42 R, 42 S et 42 T sont raccordées aux trois phases respectives R, S et T d'un réseau de courant triphasé Des coquilles annulaires respectives 32 R, 32 S et 32 T, situées au-dessous de chacune des coquilles annulaires 42 R, 42 S et 42 T, sont reliées chacune par l'inter20 médiaire de trois consoles 30 à des colliers 31 fixés au tube ascendant 4 avec ajustement en hauteur Dans cet exemple de réalisation, trois paires de coquilles sont par conséquent 'superposées. Un réglage de la hauteur des coquilles annulaires 42 R, 25 42 S, 42 T et 32 R, 32 S, 32 T permet d'ajuster les hauteurs de chute de l'eau,de telle sorte que les résistances deviennent égales dans les trois phases, malgré la quantité d'eau qui diminue de haut en bas à cause de la vaporisation de cette eau De la sorte, et au moins pour une charge déter30 minée, il est possible d'éviter une contrainte inégale des trois phases. La forme de réalisation selon la figure 3 est particulièrement favorable pour ce qui concerne le volume de réalisation, car le réservoir de pression devient mince et 35 relativement léger Lorsque le générateur de vapeur est en fonction, le courant de la phase R circule de la coquille 42 R à la coquille respective 32 R ou 27 grâce à des nappes d'eau 67 et 68; le courant de la phase S circule de la coquille 425 à la coquille respective 32 S ou 32 R par l'intermédiaire de nappes d'eau 65 et 66; et le courant de la phase T circule de la coquille 42 T à la coquille respective 32 T ou 325 au moyen de nappes d'eau 63, et 64. Au lieu d'être atteinte par un réglage en hauteur des coquilles, une égalisation des quantités d'eau évaporées peut être obtenue par le fait que, par exemple au moyen 10 d'organes d'étranglement réglables, une quantité d'eau supplémentaire est directement transférée du tube ascendant 4 aux coquilles 42 S et 42 T. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 4, pouvant être appliquée tant à une chaudière électrique 15 selon les figures 1 et 2 qu'à une chaudière électrique selon la figure 3, toutes les coquilles disposéessur un axe vertical sont sensiblement inclinées (seules les coquilles annulaires 32 et 42 ' sont représentées sur cette figure 4), de sorte que les rebords de trop-plein des coquilles (rebords 33 et 45 ' dans ce cas) s'étendent dans des plans e mutuellement parallèles et légèrement inclinés par rapport à des horizontales h Sur la figure 4, les plans e et les lignes h inscrivent un angle î dont la représentation est exagérée sur cette figure Grâce à cette inclinaison des 25 coquilles, lorsque la charge du générateur de vapeur diminue, l'eau débordant sous forme de film des rebords de trop- plein 33 et 45 ' peut se concentrer sur la partie de la circonférence de chaque coquille située à droite sur la figure 4 De la sorte, le film d'eau demeure suffisamment 30 épais dans la zone de la périphérie dans laquelle l'eau déborde, si bien que ce film ne peut pas se dissocier en des gouttes comme tel serait le cas lorsque les rebords de trop-plein occupent une position horizontale En outre, l'inclinaison des coquilles a pour effet de provoquer dans le film d'eau une zone affaiblie ou discontinuité (illustrée à gauche de la figure 4), par l'intermédiaire de laquelle la vapeur engendrée à la face interne dudit film peut s'échapper dans l'espace situé à l'extérieur de ce film. Les effets obtenus avec l'agencement selon la figure 4 peuvent aussi être atteints par le fait que, lorsque les rebords de trop-plein s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube ascendant 4, cet axe est incliné de l'angle a par rapport à l'axe vertical, de sorte que les éléments incorporés dans le réservoir de pression, ou bien ce réservoir de pression et les éléments incorporés qu'il renferme, sont orientés sensiblement à l'oblique. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au générateur de vapeur décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Générateur de vapeur par circulation de courant, comprenant un réservoir de pression dans lequel deux coquilles sont superposées sur au moins un axe sensiblement vertical, l'une de ces coquilles-étant isolée électriquement de la paroi dudit réservoir de pression et étant raccordée 5 à une source d'alimentation en courant, tandis que l'autre coquille est reliée électriquement à ladite paroi du réservoir de pression, des moyens étant en outre prévus pour pomper de l'eau d'une poche de décantation dudit réservoir de pression jusqu'à la coquille supérieure, 10 lesdites coquilles étant réalisées de telle sorte que l'eau s'écoule à la manière d'un film de la coquille supérieure à la coquille inférieure, et retourne de cette dernière jusque dans la poche de décantation dudit réservoir de pression, générateur caractérisé par le fait que plus d'une paire des coquilles précitées ( 27, 32, 42, 42 '; 42 R 42 T, 32 R 32 T) sont superposées, sur chaque axe vertical, de telle façon que-l'eau s'écoule à la manière d'un film de la coquille respectivement inférieure d'une paire supérieure de coquilles jusqu'à la coquille respectivement supérieure d'une paire de coquilles sousjacente, et que cette eau retourne à la poche de décantation ( 3) du réservoir de pression ( 1) seulement à partir de la coquille inférieure de la paire de coquilles située le plus bas. 2 Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les coquilles situées au-dessous de la coquille supérieure sur chaque axe vertical sont réalisées sous la forme de coquilles annulaires ( 32, 42, 42 ' 42 R 42 T, 32 R 32 T) et sont dimensionnées de manière que l'eau s'écoule alternativement vers l'extérieur et vers l'intérieur en franchissant les rebords respectifs de ces coquilles annulaires. 3 Générateur de vapeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il est presuau ce-re des coquilles disposées sur chaque axe ve-rtical, un tube ascendant ( 4) qui débouche dans la coquille superieure et est parcouru par l'eau devant être pompee de la poche de décan5 tation ( 3) jusqu'à ladite poche superieure; et par le fait que des coquilles en nombre impair (ccnsidérees de haut en bas) sont fixees à ce tube ascendant { 4). 4 Générateur de vapeur selon l' ne queiconque des revendications 1 à 3, caracterisé par le fait que les coquilles en nombre pair (considérées de haut en sas) sont suspendues à des supports ou tiges de support ( 52) isolées qui s'étendent à l'extérieur de leur périphérie. Générateur de vapeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des paires de coquilles dispo15 sées sur trois axes verticaux sont prévues dans le réservoir de pression ( 1), l'une des trois phases (R, S, T) d'un réseau de courant triphasé étant associée à chaque axe; par le fait que les tubes ascendants ( 4) sont reliés les uns aux autres par un conduit de répartition ( 6) au20 quel sont raccordés les moyens de pompage se présentant sous la forme d'au moins une pompe ( 19; 19 ') de mise en circulation; et par le fait qu'au moins deux de ces tubes ascendants ( 4) comportent des papillons d'étranglement ajustables ( 62). 6 Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les rebords de trop-plein de toutes les coquilles s'étendent dans des plans (e) mutuellement parallèles; et par le fait que ces plans (e) sont légèrement inclinés (angle m) par rapport 30 aux horizontales (h). 7 Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les coquilles suspendues avec isolation et disposées sur un axe vertical sont connectées à différentes phases ( 2, S, T) 35 d'un reseau de courant triphasé. 8 Générateur de vapeur selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'au moins une partie des coquilles est réalisée réglable en hauteur 9 Générateur de vapeur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que de l'eau provenant de la poche de décantation ( 3) est délivrée en plus à la coquille inférieure d'au moins la paire de coquilles située le plus bas, en dérivation de la coquille supérieure.