Brevet FR2612611A1 — publié le 19880923

GENERATEUR DE VAPEUR MODULAIRE ET GENERATEUR MIXTE A CRIBUSTIBLE/ELECTRIQUE La présente invention concerne des générateurs de vapeur à alimentation mixte électrique/à combustible et un procédé de conversion de chaudière à combustible en chaudière mixte à combustible/électrique. Traditionnellement, quand on veut construire un générateur de vapeur d'une certaine puissance, il convient de disposer d'un grand volume d'eau pour pouvoir absorber de brusques appels éventuels de chaleur. Par exemple, des chaudières à vapeur à tubes de fumée comprennent un corps de chauffe, généralement de forme cylindrique et de grandes dimensions ; à titre d'ordre de grandeur, on peut noter que des diamètres classiques sont de l'ordre de 1,5 à 2,5 métres, et les longueurs de l'ordre de 3 à 6 métres. Historiquement, les chaudières classiques à tubes de fumée utilisaient un combustible tel que du fioul. Celui-ci était brûlé dans un foyer intérieur à la chaudière et une multitude de tubes de fumée traversait la chaudière selon des parcours multiplets, couramment un double ou triple parcours. Ainsi, la partie interne du corps de chaudière est remplie de tubes destinés à améliorer et terminer l'échange thermique entre les gaz de combustion et l'eau contenue dans le corps de chaudière. Ces tubes sont disposés dans toute la partie de la phase eau de la chaudière. Quand on a voulu réaliser des chaudières électriques de fourniture de vapeur ou d'eau chaude, on est parti du même principe de base en remplaçant les tubes de fumée par des résistances électriques en forme de barres ou plongeurs. De façon plus récente, étant donné que les coûts de l'électricité sont généralement modulés par les producteurs d'énergie en fonction de l'heure de la journée ou la saison de l'année et deviennent inférieurs au coût des combustibles traditionnels (fioul, gaz) durant certaines périodes, les industriels utilisant des chaudières à vapeur ont été amenés à demander des chaudières mixtes pouvant fonctionner ou bien avec un combustible, par exemple du fioul, ou bien électriquement. en conséquence, les constructeurs de chaudières ont réalisé des chaudières mixtes en partant d'une chaudière optimisée pour un fonctionnement à combustible traditionnel (par exemple du fioul) et en rajoutant des résistances électriques, généralement sous forme de plongeurs de grande longueur, également immergées dans le corps de chaudière. Pour ce faire, étant donné que le volume interne d'une chaudière classique était complétement encombré de tubes de fumée, les constructeurs ont été amenés à augmenter le diamètre du corps de chaudière pour disposer des thermoplongeurs à la périphérie du cylindre de dimension augmentée, tout en maintenant sensiblement inchangé le circuit de gaz de la partie de chauffage à combustible.Ainsi, si l'on part par exemple d'une chaudière à combustible optimisée se présentant sous forme d'un cylindre d'un diamètre de 2 mètres, et que l'on souhaite fabriquer une chaudière à usage mixte, électrique/combustible, on est amené à un cylindre de chaudière d'un diamètre de 2,50 à 2,70 mètres. D'autre part, étant donné les très nombreuses ouvertures et accès à la chaudière prévus du côté où se fait l'arrivée du combustible, on est amené à disposer les entrés des thermoplongeurs du côté opposé des accès au bloc de chauffe. Une telle solution conduit à de nombreux inconvénients liés, d'une part à des considérations de coût, d'autre part à des considérations d'encombrement. Du point de vue des coûts, l'un des facteurs importants du coût d'une chaudière réside dans le coût du corps contenant la réserve d'eau et la vapeur. L'augmentation du diamètre de ce corps entraîne une augmentation de coût importante, liée, d'une part, directement à l'augmentation des dimensions, d'autre part, au fait que l'épaisseur des tôles utilisées augmente avec le diamètre pour pouvoir résister à la pression interne. En ce qui concerne l'encombrement du système, il faut tenir compte, d'abord, de l'encombrement direct lié à l'augmentation du diamètre du corps de chauffe et, ensuite et peut-être surtout, de la place qu'il est nécessaire de prévoir pour assurer l'entretien de la chaudière. Notamment, il faut pouvoir remplacer, d'une part, les divers tubes de fumée, d'autre part, les résistances électriques. Du fait que les tubes de fumée et les thermoplongeurs sont disposés de part et d'autre de la chaudière, il faut prévoir un local permettant un dégagement d'un coté de la chaudière sensiblement de la longueur de la chaudière pour dégager les tubes de fumée et de l'autre côté de la chaudière d'une même longueur, c'est-à-dire que l'on en arrive à devoir prévoir un local ayant trois fois la longueur de la chaudière. Ainsi, en plus des problèmes propres d'encombrement et de coût de la chaudière, se posent pour l'utilisateur des problèmes liés au local qu'il doit réserver à la centrale de chauffe. De façon générale, pour l'utilisateur, le problème se pose en termes de remplacement, à savoir qu'il dispose déjà d'une chaudière à combustible et qu'il souhaite la remplacer par une chaudière mixte de même puissance pour profiter du faible tarif de l'électricité à certaines périodes de l'année ou de la journée. S'il doit, d'une part, acquérir une nt -elle chaudière couteuse, d'autre part, transformer ses locaux, ceci constitue pour lui un investissement qui peut le faire reculer. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau type de chaudière biénergie (à combustible et/ou électrique) permettant de réutiliser une chaudière à combustible existante. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle chaudière mixte à combustible/électrique dont l'encombrement ne soit pas excessif par rapport à une chaudière simple à combustible. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé de conversion d'une chaudière à combustible existante en chaudière mixte à combustible/électrique. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un générateur de vapeur modulaire comprenant un corps de grande dimension servant de réservoir d'eau et de vapeur, comprenant en outre une pluralité de blocs de chauffe à chauffage électrique de petites dimensions devant celles du corps, des tubulures reliant les blocs de chauffe d'une part à la partie inférieure du corps (phase eau), d'autre part à la partie supérieure du corps (phase vapeur). Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, dans ce générateur de vapeur chaque bloc de chauffe comprend une résistance électrique sous forme d'un thermoplongeur disposée dans une enveloppe cylindrique remplie d'eau, allongée et de petit volume devant celui du corpus. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, le corps de grande dimension susmentionné est un corps de chaudière à combustible solide, liquide ou gazeux. Selon un autre aspect, la présente invention prévoit un procédé de transformation d'un générateur de vapeur à combustible en générateur mixte à combustible/électrique, comprenant les étapes suivantes : mettre en place une chaudière à combustible classique, ouvrir dans la partie inférieure du corps de chaudière (phase eau) au moins une ouverture raccordée à une tubulure inférieure, ouvrir dans la partie supérieure du corps de chaudière (phase vapeur) au moins une ouverture raccordée à une tubulure supérieure, et raccorder entre ladite au moins une tubulure inférieure et ladite au moins une tubulure supérieure au moins un bloc de chauffe électrique. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention sont exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente très schématiquement une vue de côté d'un corps de chaudière à tubes de fumée et à foyer intérieur ; et la figure 2 représente très schématiquement une vue de face d'une chaudière selon la présente invention. Comme le représentent très schématiquement la figure 1, une chaudière à foyer interne -et-à tubes de fumée comprend un corps cylindrique de grande dimension 1. Ce corps cylindrique 1 peut correspondre à une chaudière à vapeur à combustible classique, par exemple du fioul ou du gaz brûlant dans un foyer interne 2, les fumées circulant en aller (3) et retour (4) par de très nombreux tubes de fumée 5 en relation d'échange thermique avec la phase liquide de la chaudière. Selon la présente invention, on prévoit dans cette chaudière des ouvertures inférieures 10 et des ouvertures supérieures 11 reliées à des tubulures. La liaison entre des tubulures inférieures et supérieures 10 et 11 respectives est assurée par l'intermédiaire de blocs de chauffe horizontaux 12 ou verticaux 13. A la droite de la chaudière, en figure 2, on a représenté un bloc de chauffe électrique horizontal 12 et, à la gauche de la chaudière, on a représenté un bloc de chauffe électrique vertical 13. Bien entendu, plusieurs blocs de chauffe horizontaux ou verticaux pourraient être disposés en parallèle. Un bloc de chauffe électrique est essentiellement constitué d'une enceinte cylindrique rem, ie d'eau circulant entre les canalisations 10 et 11 et dans laquelle est plongé un thermoplongeur constitué d'une résistance chauffante électrique. Les avantages de la disposition illustrée en figure 2 sont multiples. D'une part, ceci permet pour un industriel désirant s'équiper d'une chaudière mixte de continuer à utiliser sa chaudière existante à combustible traditionnel en rajoutant seulement des ouvertures supérieures et inférieures en nombre suffisant pour raccorder par des brides les blocs de chauffe électriques selon l'invention. Etant donné les normes couramment utilisées pour les locaux de chaufferie, les blocs de chauffe selon l'invention tiennent parfaitement dans les locaux initialement prévus. D'autre part, en ce qui concerne le démontage, il est généralement prévu au dessus des chaudières existantes une hauteur au moins égale à une hauteur d'homme ce qui permet de sortir et de rentrer les thermoplongeurs verticaux. D'autre part, en ce qui concerne les thermoplongeurs horizontaux, il est possible de ménager leur démontage d'abord sur le côté de la chaudière et ensuite du même côté que le côté de démontage des tubes de fumée et la place existante est donc suffisante. Un autre avantage de la présente invention est que les résistances sont toujours convenablement immergées dans l'eau de circulation entre la phase liquide et la phase vapeur. Ainsi, dans le corps de chaudière principal, il n'est pas nécessaire de prévoir une régulation de niveau très précise car, même si le niveau d'eau baisse beaucoup, le système fonctionnera toujours aussi bien. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle fournit un générateur mixte pouvant fonctionner avec un combustible traditionnel et (et pas seulement ou) avec un chauffage électrique. Ceci permet d'augmenter temporairement, en présence de pointes de demande, la puissance d'un générateur dimensionné pour une demande moyenne. La présente invention a été décrite ci-dessus dans le cadre de son application à une chaudière à tubes de fumée et à foyer interne car c'était avec de telles chaudières que l'on avait réalisé des chaudières mixtes dans l'art antérieur, à la connaissance de l'inventeur. Toutefois, il est clair que la présente invention peut s'appliquer à tout type de chaudière à combustible classique c'est-è-dire notamment aux chaudières a foyer interne ou externe et aussi bien aux chaudières à tubes d'eau qu'aux chaudières à tubes de fumée. L'homme de l'art appliquera, sans effort inventif, la présente invention à ces diverses applications. Par exemple, dans le cas d'une chaudière à tubes d'eau, au lieu d'un corps unique de grande dimension, il existe généralement un réservoir inférieur et un réservoir supérieur reliés par des tubes d'eau chauffés par la flamme et les fumées ; les blocs de chauffe électriques selon l'invention seront reliés entre les réservoirs inférieur et supérieur. De même, les blocs de chauffe électriques peuvent prendre toute forme classique. REVENDICATIONS 1. Générateur thermique modulaire comprenant un corps (1) de grande dimension servant de réservoir de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de blocs de chauffe à chauffage électrique (12, 13) de petites dimensions devant celles du corps, des tubulures (10, 11) reliant les blocs de chauffe d'une part à la partie inférieure du corps, d'autre part à la partie supérieure du corps, et en ce que ledit corps est une chaudière à combustible solide, liquide ou gazeux. 2- Générateur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue une chaudière à vapeur, les tubulures inférieures débouchant dans la phase eau et les tubulures supérieures dans la phase vapeur. 3. Générateur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bloc de chauffe (12, 13) comprend une résistance électrique sous forme d'un thermoplongeur disposée dans une enveloppe cylindrique remplie d'eau, allongée et de petit volume devant celui du corps. 4. Générateur thermique selon '- revendication 3, caractérisé en ce que chacun des blocs de auffe cylindriques est disposé verticalement. 5. Générateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que certains au moins desdits blocs sont reliés en parallèle. 6. Générateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite chaudière à combustible est du type à tubes de fumée à multipassages. 7. Générateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite chaudière est du type à tubes à eau, ladite partie inférieure du corps correspondant au réservoir inférieur de la chaudière et ladite partie supérieure du corps correspondant au réservoir supérieur de la chaudière. 8. Procédé de transformation d'un générateur thermique à combustible en générateur mixte à combustible/électrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - mettre en place une chaudière à combustible classique, - ouvrir dans la partie inférieure du corps de chaudière au moins une ouverture raccordée à une tubulure inférieure, - ouvrir dans la partie supérieure du corps de chaudière au moins une ouverture raccordée à une tubulure supérieure, et - raccorder entre ladite au moins une tubulure inférieure et ladite au moins une tubulure supérieure au moins un bloc de chauffe électrique.