Brevet FR2578956A1 — publié le 19860919

"Chaudière à tubes d'eau, avec deux réservoirs horizontaux superposés" La présente invention concerne une chaudière à tubes d'eau. Plus particulièrement, cette invention perfectionne les chaudières du type de celles comportant deux réservoirs plats horizontaux superposés, reliés entre eux par des tubes d'eau, rectilignes et verticaux, formant un faisceau d'échange thermique par convection situé sur le côté d'une chambre de combustion, le réservoir inférieur s'étendant sur une longueur inférieure à celle du réservoir supérieur, de sorte qu'au-dessous de la chambre de combustion il n'est pas présent et laisse un emplacement libre pour une grille d'amenée de combustible. Une chaudière à tubes d'eau de ce genre se trouve décrite dans le précédent brevet français N" 80 18319 / 2 488 976 au nom du Demandeur. D'après ce brevet, il est aussi connu de réaliser chacun des deux réservoirs plats par deux plaques horizontales rectangulaires, reliées entre elles sur leurs quatre côtés par des coquilles de section semi-circulaire, fixées par soudage, les deux plaques étant en outre reliées entre elles par un réseau d'entretoises verticales intérieures. I1 est également connu, par le brevet mentionné plus haut de même que par les précédents brevets français N" 74 39938 / 2 292 187 et NO 77 36619 / 2 410 215 au nom du Demandeur, de réunir les deux réservoirs plats superposés d'une chaudière analogue par des tubes d'eau rectilignes verticaux dont les extrémités sont dudgeonnées sur des trous percés dans la paroi inférieure du réservoir supérieur et dans la paroi supérieure du réservoir inférieur ; l'opération est réalisée à l'aide d'un dudgeon introduit au travers d'autres trous ménagés en vis-å-vis des précédents dans la paroi supérieure du réservoir supérieur et dans la paroi inférieure du réservoir inférieur, ces derniers trous étant ensuite obturés par des bouchons en forme de doigts de gant. Enfin, pour des chaudières du genre ici considéré, il est connu de réaliser les parois latérales du - corps de chauffe, qui entourent la chambre de combustion et le faisceau de convection, soit par d'autres tubes d'eau verticaux rectilignes reliant entre eux les deux réservoirs, soit par des lames d'eau verticales continues s'étendant entre les deux réservoirs et raccordées à ces derniers. La présente invention fournit une chaudière à tubes d'eau de structure plus particulièrement adaptée pour un chauffage au charbon avec alimentation par une grille mécanique, et permettant en outre l'utili sation d'une énergie complémentaire procurant une plus grande souplesse de fonctionnement. A cet effet, dans la chaudière à tubes d'eau selon l'invention, le réservoir inférieur, de longueur plus courte que le réservoir supérieur, est prolongé au-dessous d'une partie du réservoir supérieur par un cadre tubulaire horizontal en forme de "U", comprenant un tube transversal et deux tubes longitudinaux raccordés au réservoir inférieur, ce cadre tubulaire définissant l'emplacement d'une grille pour combustible située à la partie inférieure de la chambre de combustion. En outre, et comme cela sera précisé plus loin, le cadre tubulaire en forme de "U" permet l'alimentation en eau de tubes périphériques situés sur tout le pourtour de la chaudière et permettant une circulation d'eau montante, en direction du réservoir supérieur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le réservoir supérieur est relié au réservoir inférieur, ainsi qu'au cadre tubulaire en forme de "U", par des tubes extérieurs verticaux de grande section, constituant un circuit de circulation d'eau descendante, depuis le réservoir supérieur vers le réservoir inférieur et vers le cadre tubulaire. Ces tubes extérieurs, non soumis au rayonnement thermique ou à la convection, assurent non seulement une circulation d'eau complémentaire, mais encore constituent mécaniquement des colonnes d'assemblage qui relient rigidement entre eux les deux réservoirs et le cadre tubulaire. La combustion du charbon, amené par la grille mécanique dont l'emplacement est défini par le cadre tubulaire en forme de "U", assure la puissance thermique de la chaudière, par exemple sous la surveillance automatique d'un régulateur à cames qui adapte la hauteur de la couche de charbon sur la grille, et fait varier la vitesse de translation de celle-ci en fonction des besoins de débit de vapeur à une pression constante. I1 est ainsi parfaitement possible d'adapter une chaudière chauffée au charbon, avec grille mécanique, à toutes les variations de puissance qui lui sont demandées ; en revanche, il est difficile avec une telle chaudière de passer instantanément d'un régime de puissance nécessaire adapté à un brusque surcroît de puissance utile, pendant un temps restreint, et cela en raison de son inertie naturelle de combustion. Pour éviter cet inconvénient, la chaudière à tubes d'eau selon l'invention possède en outre un ballon additionnel, pourvu de moyens de chauffage rapide et raccordé au réservoir inférieur, du côté opposé au cadre tubulaire en forme de "U". Dans un mode de réalisation particulier, le ballon additionnel est directement accolé au réservoir inférieur, le long d'un côté de celui-ci. Ce ballon additionnel, rempli d'eau comme le réservoir inférieur, peut être chauffé notamment par des thermoplongeurs électriques ou par un brûleur à gaz ou à fuel, fournissant de manière instantanée un surcroît de puissance thermique momentané en activant la vaporisation de la chaudière.L'enclenchement des thermoplongeurs électriques, ou l'allumage du brûleur à gaz ou à fuel, est commandé automatiquement par le régulateur de marche de la chaudière, lorsque se fait sentir le besoin d'une pointe de puissance, et cela seulement pendant que le supplément de puissance est utile. Selon une autre caractéristique de l'invention, le pourtour du réservoir supérieur est relié au pourtour du réservoir inférieur, ainsi qu'au cadre tubulaire en forme de "U", par des tubes d'eau verticaux juxtaposés, dont les extrémités supérieures et inférieures sont rétreintes et implantées sur des trous percés dans les parois du réservoir supérieur et du réservoir inférieur, ainsi que dans les tubes du cadre tubulaire. Les tubes périphériques sont ainsi implantés les uns contre les autres, pour former une paroi latérale continue, s'étendant sans interruption sur les deux côtés longitudinaux et sur les deux côtés transversaux du corps de chauffe de la chaudière. Les extrémités de ces tubes périphériques, étant rétreintes à un diamètre nettement plus faible que celui du corps des tubes, permettent de raccorder ceux-ci, notamment par dudgeonnage, sur des trous de diamètre correspondant laissant subsister entre eux des ligaments suffisamment larges, conformes aux exigences réglementaires. Par ailleurs, les extrémités rétreintes des tubes d'eau périphériques ménagent entre elles des lumières de nettoyage ; plus particulièrement, les lumières situées au niveau des parties rétreintes supérieures servent au passage des tubulures de soufflage des suies dans le faisceau tubulaire de convection, et les lumières situées au niveau des parties rétreintes inférieures servent à aspirer les cendres à la base du faisceau tubulaire. Avantageusement, les deux réservoirs sont encore reliés par une rampe de tubes d'eau verticaux intérieurs, à extrémités rétreintes, qui séparent la chambre de combustion du faisceau de convection, les extrémités supérieures de ces derniers tubes présentant une longue partie rétreinte pour ménager un passage de gaz chauds entre le chambre de combustion et le faisceau de convection. De même, certains des tubes d'eau périphériques, qui entourent le faisceau de convection, possèdent des extrémités supérieures rétreintes sur une longueur assez importante, ménageant ainsi un autre passage pour la sortie des gaz vers une cheminée. Les autres tubes d'eau périphériques conservent leur section normale sur la plus grande partie de leur longueur, pour réaliser les parois latérales fermées du corps de chauffe. De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de cette chaudière à tubes d'eau, avec deux réservoirs horizontaux superposés Figure 1 est une vue d'ensemble très schématique d'une chaudière conforme à la présente invention Figure 2 est une vue en coupe verticale longitudinale de la chaudière de figure 1; Figure 3 est une vue en coupe horizontale de cette chaudière suivant III-III de figure 2, c'est-à-dire passant par un plan situé immédiatement au-dessous du réservoir supérieur ;; Figure 4 en est une autre vue en coupe horizontale, suivant IV-IV de figure 2, c'est-à-dire passant par un plan situé à hauteur intermé diaire Figure 5 en est encore une autre vue en coupe horizontale, suivant V-V de figure 2, c'est-à-dire passant par un plan situé immédiatement au-dessus du réservoir inférieur; Figure 6 est une vue partielle en coupe verticale transversale de cette chaudière, suivant VI-VI de figure 2, montrant une partie des tubes d'eau à extrémités rétreintes; Figure 7 en est une autre vue partielle en coupe verticale, suivant VII-VII de figure 5, montrant également une partie des tubes d'eau à extrémités rétreintes. La chaudière, représentée dans son ensemble sur les figures 1 et 2, comprend deux réservoirs méplats horizontaux superposés, à savoir un réservoir supérieur (1) et un réservoir inférieur (2), reliés entre eux par des tubes d'eau tous rectilignes et verticaux. Le réservoir supérieur (1), qui s'étend sur la totalité de la dimension longitudinale de la chaudière, a ses parois constituées de deux plaques horizontales rectangulaires (3,4), reliées entre elles sur leurs quatre côtés par deux coquilles lollgituairlales (5) et deux coquilles transversales (6), de section semi-circulaire, soudées aux plaques (3,4) et aussi soudées entre elles aux quatre angles du réservoir (1)- voir aussi la figure 3. Les deux plaques horizontales (3,4) sont encore reliées entre elles par un réseau d'entretoises verticales intérieures (7), vissées auxdites plaques par leurs extrémités. Les coquilles longitudinales (5) de section semi-circu- laire comportent des trous d'homme (8) qui sont utilisés, avant le vissage des entretoises (7), pour permettre à un homme de parfaire les soudages intérieurs et pour contrôler la bonne exécution des soudages. Le reservoir inférieur (2) proprement dit s'étend seulement sur une fraction de la dimension longitudinale de la chaudière. Il est constitué de deux plaques horizontales rectangulaires (9,10), reliées entre elles sur trois côtés par deux coquilles longitudinales (Il) et une coquille transversale (12) soudées, de section semi-circulaire - voir aussi les figures 4 et 5. Les deux plaques horizontales (9,10) sont encore reliées entre elles par un réseau d'entretoises verticales intérieures (13), vissées auxdi tes plaques par leurs extrémités. Les coquilles longitudinales (11) de section s emi-circulaire comportent des trous d'homme (14) qui, comme les précédents , sont utilisés avant le vissage des entretoises (13) pour permettre à un homme de parfaire les soudages intérieurs et pour contrô ler la bonne exécution des soudages. Sur leur quatrième côté, les deux plaques horizontales (9,10) du réservoir inférieur (2) sont raccordées à la paroi d'un ballon cylindrique (15) d'axe horizontal (16), dont les deux fonds (17) sont situés sensiblement dans le prolongement des deux coquilles longitudinales (11). Le ballon (15) délimite un volume cylindrique additionnel en communication directe avec l'intérieur du réservoir inférieur (2). Du côté opposé au ballon (15), et au-dessous d'une partie du réservoir supérieur (1), est monté un cadre tubulaire horizontal (18), ayant la forme d'un "U" et constitué d'un tube transversal (19) de grande section reliant entre eux deux tubes longitudinaux (20) également de grande section. Les deux tubes longitudinaux (20) du cadre (18) sont raccor dés à la coquille transversale (12) du réservoir inférieur (2), soit de façon définitive par soudage, soit au moyen de jonctions à brides permettant un éventuel démontage. Les réservoirs supérieur (1) et inférieur (2) sont reliés entre eux par des tubes cylindriques verticaux intérieurs (21), de section unifor me, qui constituent un faisceau d'échange thermique par convection. Chaque tube (21) relie un trou de la plaque inférieure (4) du réservoir supérieur (1) à un trou de la plaque supérieure (9) du réservoir inférieur (2). La fixation de l'extrémité supérieure de chaque tube (21), sur un trou percé dans la plaque (4), est réalisée par dudgeonnage, effectué au travers d'un trou correspondant (22) percé dans ia plaque supérieure (3) du réservoir (1). Après fixation des extrémités supérieures des tubes (21), les trous (22) qui servent au passage du dudgeon sont obturés par des bouchons (23) en forme de doigts de gant, également fixés par dudgeonnage- voir figure 2.De même, la fixation de l'extrémité inférieure de chaque tube (21), sur un trou percé dans la plaque supérieure (9) du réservoir inférieur (2), est réalisée par dudgeonnage effectué au travers d'un trou correspondant percé dans la plaque inférieure (10) et ensuite obture par un bouchon (24) en forme de doigt de gant, également fixé par dudgeonnage. Sur toute la périphérie de la chaudière, d'autres tubes d'eau verticaux (25) relient le réservoir supérieur (1) soit au réservoir inférieur (2), soit au cadre tubulaire (18) qui prolonge ce réservoir inférieur (2). Les tubes (25) sont implantés les uns contre les autres, comme le montre notamment la figure 4, pour former une paroi latérale continue sur les deux côtés longitudinaux et sur les deux côtés transversaux du corps de chauffe de la chaudière. Toutefois, comme le montre la figure 7, les tubes périphériques (25) possèdent tous des extrémités rétreintes (26,27), par lesquels ils sont fixés sur des trous (28) percés dans la plaque inférieure (4) du réservoir supérieur (1) et dans la plaque supérieure (9) du réservoir inférieur (2), ainsi que dans les tubes (19,20) du cadre en "U" (18). La fixation est faite par dudgeonnage comme pour les tubes (21) du faisceau de convection, au travers de trous ultérieurement obturés par des bouchons en forme de doigts de gant (29,30). Grâce à leurs extrémités rétreintes (26,27), les tubes (25) bien que pratiquement jointifs peuvent être fixés sur des trous qui laissent entre eux des ligaments suffisamment larges. Par ailleurs, les extrémités rétreintes (26,27) ménagent entre elles des lumières (31) au travers desquelles peut être réalisé un nettoyage de l'intérieur de la chaudière, notamment du faisceau de convection. D'autres tubes d'eau verticaux intérieurs (32), également à extrémités rétreintes (33,34), et disposés tranversalement suivant une seule rangée, relient le réservoir supérieur (1) au réservoir inférieur (2), leurs extrémités inférieures (34) étant implantées le long d'un côté de la plaque supérieure (9) du réservoir inférieur (2). La figure 6 montre une partie de cette rampe de tubes (32), qui divise l'intérieur de la chaudière en une chambre de combustion (35), située au-dessus du cadre tubulaire (18), et une chambre de convection, renfermant les tubes (21) du faisceau de convection. Il est à noter que les tubes (32) ont à leur extrémité supérieure (33) une longue partie rétreinte, pour constituer une sorte de grille ménageant un passage important (36) pour le flux de gaz chaud passant de la chambre de combustion (35) vers le faisceau de convection.De même, les tubes d'eau périphériques (25) situés du côté du ballon (15) ont à leur extrémité supérieure (26) une partie rétreinte assez longue, quoique plus courte que celle des tubes (32), pour constituer une grille de sortie des gaz vers la cheminée, le trajet des gaz étant indiqué par des flèches à la figure 2. A l'intérieur de la chambre de convection, ces gaz sont canalisés par une ou plusieurs chicanes verticales (37). Au-dessous de la chambre de combustion (35), donc dans l'espace libre délimité par le cadre tubulaire (18) et par le réservoir inférieur (2) est installée une grille mécanique à charbon (38) à chaîne sans fin. Les fonds (17) du ballon (15), qui prolonge le réservoir inférieur (2) à l'opposé du cadre tubulaire (18), reçoivent des moyens de chauffage complémentaires, non représentés, tels que des thermoplongeurs électriques ou un brûleur à gaz ou à fuel, pouvant être disposés suivant l'axe (16) du ballon (15), et permettant l'obtention instantanée d'un surcroît temporaire de puissance thermique. Enfin, le réservoir supérieur (1) est relié au réservoir inférieur (2), ainsi qu'au cadre tubulaire (18) en forme de "U", par des tubes verticaux (39) à disposition extérieure, non soumis au rayonnement thermique ou à la convection. Les tubes (39), de grande section, assurent une circulation d'eau descendante, depuis le réservoir supérieur (1) vers le réservoir inférieur (2) et vers le cadre tubulaire (18), et ils servent également de colonnes fixant rigidement entre eux les deux réservoirs (1,2) et le cadre tubulaire (18). Ces tubes (39) peuvent être au nombre de six, quatre d'entre eux étant implantés aux quatre angles du réservoir inférieur (2) et les deux autres étant montés entre deux angles du réservoir supérieur (1) et les deux coudes du cadre tubulaire (18), situés à la jonction du tube (19) et des tubes (20), comme le montre clairement le dessin. Les trous d'homme respectifs (8,14) du réservoir supérieur (1) et du réservoir inférieur (2) sont placés, de préférence, au voisinage des points d'implantation des tubes (39), fixés par soudage aux parois des réservoirs (1,2). Bien entendu, lorsque la chaudière est en service, les parois latérales de son corps de chauffe sont recouvertes de panneaux calorifugés amovibles, non représentés, qui obturent de manière isolante et étanche les lumières (31) et autres interstices pouvant exister entre les tubes périphériques (25). Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cette chaudière à tubes d'eau qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes respectant les mêmes principes, quels qu'en soient les détails constructifs. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en prévoyant un ballon additionnel non pas directement accolé au réservoir inférieur, mais séparé du réservoir inférieur et raccordé à ce dernier par des brides de jonction ou par des canalisations courtes mais de grand diamètre. REVENDICATIONS 1. Chaudière à tubes d'eau, avec deux réservoirs horizontaux superposés (1,2) reliés entre eux par des tubes d'eau (21), rectilignes et verticaux, formant un faisceau d'échange thermique par convection situé sur le côté d'une chambre de combustion (35), le réservoir inférieur (2) s'étendant sur une longueur inférieure à celle du réservoir supérieur (1), caractérisée en ce que le réservoir inférieur (2) est prolongé, audessous d'une partie du réservoir supérieur (1), par un cadre tubulaire horizontal (18) en forme de "U", comprenant un tube transversal (19) et deux tubes longitudinaux (20+ raccordés au réservoir inférieur (2), ce cadre tubulaire (18) définissant l'emplacement d'une grille pour combustible (38) située à la partie inférieure de la chambre de combustion (35). 2. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux tubes longitudinaux (20) du cadre tubulaire (18) en forme de "U" sont raccordés à une coquille (12), de section semi-circulaire, qui ferme le réservoir inférieur (2) sur l'un de ses côtés. 3. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le réservoir supérieur (I) est relié au réservoir inférieur (2), ainsi qu'au cadre tubulaire (18) en forme de "U", par des tubes extérieurs verticaux (39) de grande section, constituant un circuit de circulation d'eau descendante depuis le réservoir supérieur (1) vers le réservoir inférieur (2) et vers le cadre tubulaire (18). 4. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 3, caractérisée en ce que les tubes extérieurs (39) de grande section, constituant le circuit de circulation d'eau descendante, sont implantés aux quatre angles du réservoir inférieur (2), ainsi qu'entre deux angles du réservoir supérieur (1) et les deux coudes du cadre tubulaire (18) en forme de "U". 5. Chaudière à tubes d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un ballon additionnel (15), pourvu de moyens de chauffage rapide, est raccordé au réservoir inférieur (2), du côté opposé au cadre tubulaire (18) en forme de "U". 6. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 5, caractérisée en ce que le ballon additionnel (15) est directement accolé au réservoir inférieur (2), le long d'un côté de celui-ci. 7. Chaudière à tubes d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le pourtour du réservoir supérieur (1) est relié au pourtour du réservoir inférieur (2), ainsi qu'au cadre tubulai re (18) en forme de "U", par des tubes d'eau verticaux périphériques juxtaposés (25), dont les extrémités supérieures (26) et inférieures (27) sont rétreintes et implantées sur des trous (28) percés dans les parois du réservoir supérieur (1) et du réservoir inférieur (2), ainsi que dans les tubes (19,20) du cadre tubulaire (18). 8. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 7, caractérisée en ce que les extrémités rétreintes (26,27) des tubes d'eau périphériques (25) ménagent entre elles des lumières de nettoyage (31). 9. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les deux réservoirs (1,2) sont encore reliés entre eux par une rampe de tubes d'eau verticaux intérieurs (32), à extrémités rétreintes (33,34), qui séparent la chambre de combustion (35) du faisceau de convection (21), les extrémités supérieures (33) de ces tubes (32) présentant une longue partie rétreinte pour ménager un passage de gaz chauds (36) entre la chambre de combustion (35) et le faisceau de convection (21). 10. Chaudière à tubes d'eau selon la revendication 9, caractérisée en ce que certains des tubes d'eau périphériques (25), qui entourent le faisceau de convection (21), possèdent également des extrémités supérieures (26) rétreintes sur une longueur assez importante, ménageant ainsi un passage pour la sortie des gaz vers une cheminée.