Brevet FR2591319A1 — publié le 19870612

La présente invention est relative aux chaudières électriques et plus particulièrement aux chaudières à haute intégration, c'est-à-dire à flux de chaleur important. Une orientation actuelle dans le domaine du chauffage et de l'énergie thermique consiste à développer des systèmes de chauffage dans lesquels le fluide vecteur de chaleur. généralement de l'eau circule dans des conditions de température et de pression très élevées. On distingue ainsi deux types de conditions qui sont d'une part une circulation sous une pression pouvant atteindre 300 bars à une température de l'ordre de 450'C, ce qui correspond au domaine de supercriticité de fluide ou à celui de la vapeur surchauffée. On trouve d'autre part un deuxième mode de circulation sous une pression pouvant atteindre 200 bars à une température de l'ordre de 370il, domaine de l'eau surchauffée ou de la vapeur saturée. Des chaudières de conception classique, utilisant le gaz ou le fuel et susceptibles de produire les qualités de fluide requises, sont connues, bien que dans le domaine supercritique les réalisations soient fort peu nombreuses. En outre, de telles chaudières présentent des- impératifs de maintenance et d'entretien contraignants. Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention a pour but de fournir une chaudière à haute intégration compacte et d'un entretien simple pour éliminer, autant qu'il est possible. les problèmes liés à la maintenance. A cet effet, l'invention a pour objet une chaudière électrique à haute intégration comportant une enveloppe-extérieure apte à supporter la pression et munie d'orifices d'entrée et de sortie d'un fluide caloporteur, au moins un élément chauffant électriquement disposé à l'intérieur de 1 enveloppe exte- rieure, caractérisée en ce qu'une chemise de protection thermique, munie d'ouvertures d'entrée du fluide, est interposée entre l'élément chauffant et l'enveloppe extérieure sur la plus grande partie de la longueur de cette dernière. Suivant d'autres caractéristiques essentielles de l'invention - La chemise de protection thermique est espacée de l'enveloppe extérieure. - La chemise de protection thermique a une section hexagonale. - Les éléments chauffants sont disposés dans la chemise de telle façon qu'un élément soit central et que les autres éléments forment des couches successives autour de cet élément central, une ligne fictive passant par chaque centre des éléments de chaque couche successive formant un hexagone dont les côtes sont parallèles à ceux de la chemise. - L'espace entre la chemise et l'enveloppe est obturé au niveau de l'extrémité de la chemise, adjacente à l'orifice de sortie du fluide pour former ainsi une lame de fluide stagnant au moins dans la région de l'espace voisine de l'obturation. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessus, en référence au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chaudière électrique à haute intégration conforme à l'invention ; et - la Fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, prise suivant la ligne 2-2 de la Fig.l. La chaudière représentée sur les figures comporte une enveloppe extérieure t apte à supporter la pression. Cette enveloppe 1 comprend un cylindre intermédiaire la aux extrémités duquel sont soudés d'une part un élément de raccordement lb d'un orifice de sortie S de la chaudière muni d'un collet 2 pour assurer ce raccordement avec une canalisation aval (non représentée) et d'autre part à l'extrémité opposée audit orifice de sortie S, un corps d'admission lc, de section plus grande que celle du cylindre intermédiaire la, et sur lequel sont formés, dans cet exemple, deux orifices d'entrée E diamétralement oR- posés, au niveau desquels sont soudées des canalisations A d'amenée d'un fluide caloporteur. L'extrémité du corps d'admission lc, opposée au cylindre intermédiaire la s'épanouit en un collet 3a et reçoit une embase 4 munie d'un collet 3b pour fermer de manière amovible et étanche cette extrémité au moyen d'un raccord démontable à étanchéité métal/métal qui comprend une bague 5 inserée entre les surfaces en regard de l'embase 4 et du corps d'admission 1c, ces dernières étant r-approchées et maintenues par des brides 5a. Un tel raccord qui fait l'objet du brevet FR-A-1 240 842 ne sera pas, à ce titre, décrit en détail. Un faisceau d'éléments chauffants 6 tubulaires et allongés traverse de manière étanche l embrase 4, ces éléments chauffants 6 S'étendant jusqu'au voisinage de l'extrémité du cylindre intermédiaire la, adjacente à l'élément de raccordement lb. Par ailleurs, les éléments chauffants 6 sont écartés les uns des autres au moyen d d'organes d d'espacement sous la forme d'une tige 6a ou fil ou éléments analogues enroulée en spirale, à spires non jointives, sur la plus grande partie de la longueur de chacun desdits élé- ments chauffants 6 (Fig.l).Comme le montre la Fig.2, chaque élément chauffant 6 comporte des résistances électriques 7 noyées dans une matière diélectrique 8 qui est elle-meme revêtue d'une enveloppe métallique 9, par exemple, en acier inoxydable. Conformément à l'invention, une chemise 10 de protection thermique hexagonale, munie d'ouvertures iOa d'entrée du fluide réparties sur la périphérie de la chemise 10 qui est en regard des orifices d'entrée E de l'enveloppe extérieure 1, est interposée entre cette dernière et les éléments chauffants 6 en ménageant un espace 11 à peu pres annulaire entre ladite enveloppe extérieure 1 et la chemise 10 au moyen d'entretoises 1Ob soudées à cette dernière et reposant sur le cylindre intermédiaire la. En outre, la chemise 10 s'étend sur la plus grande partie de la longueur de l'enveloppe extérieure 1, du voisinage de l'embase 4 au voisinage de l'ex- trémité du cylindre intermédiaire la, adjacente à l'é lément de raccordement lb et au niveau de laquelle l'espace 11 est obturé par une cloison 12 soudée à la chemise 10 et à l'enveloppe extérieure 1. Afin de placer le plus grand nombre possible d éléments chauffants 6 à l'intérieur de la chemise 10 et obtenir ainsi un flux de chaleur optimal, ces derniers sont disposés de telle façon qu'un élément 6 soit central et que les autres éléments 6 forment des couches successives autour de l'élément 6 central, une ligne fictive L (Fig.2) passant par chaque centre des éléments 6 de chaque couche successive formant un hexagone dont les cotés sont parallèles à ceux de la chemise 10. Dans l'exemple représenté sur la Fig.2, le faisceau d'éléments chauffants 6 comprend ainsi sept éléments 6 dont six de ces derniers forment une couche autour d'un élément 6 central tel que décrit ci-dessus. En fonctionnement, le fluide caloporteur froid sous pression élevée qui circule dans les canalisations d'amenée A pénètre dans le corps d'admission lc par les orifices d'entrée E. Le fluide remplit alors l'espace 11 qui sépare l'enveloppe extérieure 1 de la chemise 10 ou il stagne au moins dans la région de cet espace 11 comprise-entre les orifices d'entrée E et la cloison 12, formant ainsi une lame d'eau sous refroidie par l'environnement extérieur qui fait écran thermique lors des régimes transitoires de fonctionnement. Par ailleurs, le fluide pénètre par les ouvertures lOa prévues dans la chemise 10 et circule dans cette dernière, au contact des éléments chauffants 6 écartés les uns des autres et de la chemise 10 par les organes spirales 6a, en direction de l'orifice de sortie S par l'intermédiaire duquel le fluide chaud pénètre dans la canalisation aval. Cette chaudière électrique à haute intégration est particulièrement adaptée pour supporter des variations transitoires de pression et de tempé- rature , de part la dissociation de l'enveloppe extérieure en une enveloppe proprement dite destinée à supporter la pression et une chemise séparée de l'enveloppe par une lame d'eau stagnante pour réaliser une protection thermique, De plus, l'agencement des éléments chauffants en un faisceau associé à une embase démontable, les faibles volumes d'eau mis en oeuvre, la faible inertie de fonctionnement et le faible encombrement contribuent à améliorer efficacement la sécurité d'exploitation ainsi qu'à diminuer notablement les problèmes de maintenance et d'entretien. REVENDICATIONS 1. Chaudière électrique à haute intégration comportant une enveloppe extérieure (1) apte à supporter la pression et munie d'orifices d'entrée (E) de sortie (S) d'un fluide caloporteur, au moins un élément (6) chauffant électriquement disposé à l'in térieur de l'enveloppe extérieure (1), caractéris-ée en ce qu'une chemise (10) de protection thermique, munie d'ouvertures (10a) d'entrée du fluide, est interposee entre l'élément (6) chauffant et l'enveloppe extérieure (1) sur la plus grande partie de la longueur de cette dernière. 2. Chaudière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chemise (10) de protection thermique est espacée de l'enveloppe extérieure (1). 3. Chaudière suivant la revendication 2, caractérisée en ce que 1 espace (11) entre la chemise (10) et l'enveloppe (1) est obturé au niveau de 1'extrémité de la chemise (10), adjacente à l'orifice de sortie (S) du fluide pour former ainsi une lame de fluide stagnant au moins dans la région de l'espace (11) -voisine de 1 obturation. 4 Chaudière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un faisceau de plusieurs éléments (6) chauffants et en ce que les éléments (6) chauffants sont écartés de la chemise (10) et les uns des autres au moyen d'organes (6a) d'espacement. 5. Chaudière suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les organes d'espacement (6a) sont enroulés en spirale à spires non jointives sur la plus grande partie de la longueur des éléments (6) chauffants. 6 Chaudière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chemise (10) de protection thermique a une section hexagonale. 7. Chaudière suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les éléments (6) chauffants sont disposés dans la chemise (10) de telle façon qu'un élément (6) soit central et que les autres éléments (6) forment des couches successives autour de cet élément (6) central, une ligne (L) fictive pas-sant par chaque centre des éléments (6) de chaque couche successive formant un hexagone dont les côtés sont parallèles à ceux de la chemise (10). 8. Chaudière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments (6) chauffants traversent de manière étanche une embase (4) de fermeture de l'enveloppe (1) extérieure, l embase (41 étant raccordée de manière étanche et amovible à cette dernière.