Brevet FR2731779A1 — publié le 19960920

Description La présente invention concerne des perfectionnements aux chaudières à foyer et boite de retour de flamme intérieur, c'est-à-dire, les chaudières dans lesquelles le foyer ainsi que la boite de retour de flamme sont constitués par des enveloppes cylindriques en tôle entièrement baignées par l'eau sur leur surface extérieure et placées à l'intérieur d'une chaudière à axe généralement horizontal. Ce genre de chaudière est très répandu depuis plus d'un siècle et s'est généralisé avec l'emploi de combustibles liquides ou gazeux. L'ensemble constitué par le tube foyer et la boîte de retour de flamme évoqués précédemment qui transmettent la chaleur essentiellement par rayonnement, sont généralement complétés par un ou plusieurs faisceaux de tubes récupérant la chaleur des gaz de combustion par convection, et disposés en deux plaques verticales. - I'une constituant le fond de la boite de retour de flamme, - I'autre constituant la face avant de la chaudière proprement dite, et nommées plaques tubulaires . Bien que ces types de chaudières aient acquis une bonne réputation, ils présentent encore un certain nombre d'inconvénients liés à leur nature et en particulier Côté gaz de combustion Hétérogénéité thermique et absence de turbulences de la veine de gaz en bout de foyer et dans la boite de retour de flamme, se traduisant par un abaissement sensible de l'échange au fur et à mesure que les gaz s'éloignent de la zone de combustion vive. . Risque de destruction des assemblages des tubes sur les plaques tubulaires par surchauffe locale due à l'hétérogénéité de la veine de gaz. Mauvaise répartition de la charge thermique dans les faisceaux pour les mêmes raisons. Côté eau Circulation interne peur active entraînant par contrecoups des stratifications thermiques surtout dans les phases de démarrage à partir de l'état froid ou dans les régimes transitoires préjudiciables à la bonne tenue du corps de chauffe Montée en température lente. Possibilité de zones plus froides surtout au niveau de l'introduction de l'eau alimentaire pour les chaudières vapeur ou des retours d'eau dans les chaudières à eau chaude ou surchauffée. . Les procédés actuels utilisés pour obvier à ces inconvénients consistent généralement à allonger la chaudière ou à utiliser des masques côté gaz de combustion, à faire usage de procédés mécaniques (pompes) côté eau . La chaudière de l'invention est caractérisée par le fait qu'en prolongement du foyer et à l'intérieur de la boite de retour de flamme, sont disposés un ou plusieurs dispositifs tubulaires annulaires ou semi-annulaires reliés côté eau aux parties inférieure et supérieure de la boite de retour de flamme et baignées sur leur surface extérieure par les gaz de combustion. . Côté gaz de combustion la présence de ces dispositifs annulaires ou tonques cree des turbulences homogénéisant les températures de la veine de gaz issue du foyer, tout en abaissant globalement leur température moyenne, et concourant à protéger les assemblages de tubes dans la plaque tubulaire, à améliorer l'échange dans le faisceau tubulaire, éventuellement à protéger les réfractaires obturant le fond de la boîte de retour lorsqu'ils existent. . Côté eau, I'échange thermique provoqué par le dispositif annulaire, outre qu'il permet d'abaisser globalement la température des gaz dans la boîte de retour, crée un violent courant de convection côté eau entre le bas de la chaudière et sa partie supérieure permettant d'homogénéiser rapidement les températures d'eau dans le corps de chauffe sans le recours ou en se superposant à l'action d'une pompe mécanique, conférant à la chaudière, une meilleure tenue dans le temps en supprimant les contraintes thermiques et en diminuant les temps de mise en pression ou en température. Parallèlement, grâce à l'adjonction du dispositif visant à réduire les températures des gaz de combustion et améliorant la circulation interne de la chaudière, le rendement global de l'ensemble se trouve sensiblement amélioré par rapport à une chaudière conventionnelle. Lorsque les dimensions du foyer de la chaudière le permettent, les dispositifs toriques ou semi annulaires peuvent être disposés à l'intérieur du foyer et reliés au corps de chauffe coté eau sur les générateurs inférieur et supérieur du foyer Lorsque la chaudière est destinée à la production d'eau chaude ou d'eau surchauffée en circuit fermé, le retour d'eau est disposé dans l'axe de la tubulure ou des tubulures de liaison du ou des dispositifs toriques ou semi-annulaires en partie basse de la boite de retour de flamme ou en partie basse du foyer. La description ci-après donne un exemple non limitatif de la chaudière de l'invention qui es illustree par les dessins joints dans lesquels = > la figure 1 est une vue d'ensemble schématique de la chaudière = > la figure 2 est une vue plus grande du dispositif de l'invention La chaudière figure 1 présente un corps tubulaire dans lequel sont placés = > le foyer (a), > la boîte de retour de flamme(b), = > le ou les faisceaux tubulaires (c), = > à l'intérieur de la boite de retour de flamme, le dispositif objet de l'invention (d). La figure 2 représente le dispositif objet de l'invention. Ses variantes non limitatives sont représentées par les figures 3, 4, 5 et 6. Suivant figure 2, le dispositif annulaire est constitué par l'assemblage de coudes "2d" ou trouvés dans les séries courantes. Dans l'exemple de l'invention représenté, on utilise un ensemble de coudes 2d formant par jonction un tore annulaire complet. . En variante, on peut, et pour de boites de retour de flamme plus profondes, prévoir plusieurs tores successifs de mêmes dimensions différentes. (figure 3) . En variante, et pour des boites de retour de flamme de plus grand diamètre correspondant à des chaudières de plus grandes puissances, on peut prévoir des tores issus du cintrage de tubes rectilignes aux dimensions appropriées. (figure 4) En variante, on peut prévoir des demi-anneaux séparés. (figures 5 et 6) Revendications 1) Chaudières à foyer intérieur à axe horizontal et tubes de fùmée caractérisées par le fait que la boite de retour de flamme comporte intérieurement un ou plusieurs dispositifs toriques ou semi-annulaires interposés entre la sortie des gaz de combustion issus du foyer et leur entrée dans les faisceaux tubulaires et reliés côté eau, au corps de chauffe en parties basse et haute de la boite de retour de flamme (virole ou plaque tubulaire). 2) Chaudières à foyer intérieur telles que définies dans la revendication 1) caractérisée par le fait que les dispositifs toriques ou semi-annulaires peuvent être disposés à l'intérieur du foyer si les dimensions de ce dernier le permettent, et reliés au corps de chauffe côté eau sur les génératrices inférieure et supérieure du foyer. 3) Chaudières à foyer intérieur telles que définies dans les revendication 1) et 2), mais fonctionnant en circuit fermé d'eau chaude ou d'eau surchauffée, et dans laquelle les retours d'eau sont disposés dans l'axe de la tubulure ou des tubulures de liaison du ou des dispositifs toriques ou semi-annulaires en partie basse de la boite de retour de flamme ou en partie basse du foyer.