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HEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de BREVET d INVENTION
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-Société d,Fiiectricite & de Mécanique- PRECEDES TI-IOlS0N...HOUSTOI'f VAN' den I#ROHOVE & CARELS, Sté Ame, à BRUXELLES,
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CHRUDIERES A VAPEUR DE MERCURE.
La présente invention vise les chaudières à mercure comportant des réservoirs et des éléments chauffants qui leur sont connectés en vue de chauffer et d'évaporer le mercure liquide. Dans les installations usuelles, l'énergie de la vapeur de mercure ainsi produite est utilisée dans des turbines ou appareils analogues, et le liquide condensé à la sortie des turbines réalimente lesdits ré- servoirs. La quantité de mercure de telles installations reste donc sensiblement constante et le niveau du mercure varie peu dans les réservoirs au cours du fonot.ionnement normal,
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L'invention se rapporte plus particulièrement aux chaudières à apeur de mercure dans lesquelles on utilise un mé- lange de mercure et d'autres substances, telles que l'aluminium ou le sodium.
L'addition de ces substances améliore beaucoup le fonc- tionnement de la chaudière.
Le fonctionnement d'une telle chaudière a montré que le mélange ne reste pas uniforme dans les différentes parties de la chaudière. Après une certaine période de fonctionnement, la con- centration du mélange varie, c'est-à-dire que la teneus en sodium du mercure s'accroît dans une partie de la chaudière et diminue dans une autre partie. La réduction de la concentration dans cer- taines parties entraîne des inconvénients en ce sens que le rende- ment de ces parties diminue considérablement. Un élément chauffant susceptible de fournir par exemple 100 kilowatts ne peut plus four- nir normalement qu'une faible partie de cette puissance si la quan- tité de sodium ou de substance équivalente tombe au-dessous d'un certain minimum.
Dans certaines chaudières comportant des réser- voirs longitudinaux où le mercure est amené par les extrémités on a constaté qu'après un certain temps de fonctionnement, la concen- tration augmentait dans les parties centrales du réservoir et dimi- nuait au voisinage des extrémités. De plus, on a constaté que la quantité de sodium (ou dtautre matière) augmentait dans certains réservoirs et diminuait dans d'autres. Par exemple, on a pu voir que, dans une chaudière comportant plusieurs réservoirs, la quan- tité moyenne de substance contenue dans un certain nombre de ces réservoirs n'était que la moitié, et même moins, de celle contenue dans les autres.
Les raisons de lette variation de concentration dans un même réservoir et entre les divers réservoirs sont les sui- vantes : les substances ajoutées au mercure ont un point d'ébul- lition supérieur à celui du mercure, de telle sorte qu'à la tempé- rature de fonctionnement de la chaudière, laquelle le mercure est vaporisée ces substances restent liquides. La vapeur de mercure produite comme indiqué précédemment passe à travers une turbina,, se dirige ensuite vers le condenseur, pour revenir aux réservoirs.- Il est important de noter que les réservoirs du type considéré de
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chaudières sont généralement cylindriques, leur longueur étant plu- sieurs fois supérieure à leur diamètre.
Le mercure alimenté par les extrémités contient peu de substance, de sorte que la concentration. aux extrémités diminue considérablement alors que la concentration augmente au milieu de la chaudière. Ceci explique clairement les variations de concentration dans chaque réservoir individuel. En ce qui concerne cette variation entre les divers réservoirs, on a éga- lement constaté que, pendant l'évaporation et la sortie de.la va- peur hors du réservoir, une certaine quantité de sodium, dtalumi- nium ou analogue,est entrainée par l'humidité de la vapeur, La dé- charge de vapeur provenant des différents réservoirs n'est pas uni- forme.
Certains se déchargent plus, d'autres moins, de sorte que la substance est entraînée davantage par un réservoir que par un au- tre. De même, l'alimentation en liquide peut n'être pas uniforme: certains réservoirs en reçoivent plus, d'autres moins, suivant la pression dans les réservoirs et la résistance des conduites à la circulation du liquide vers ces réservoirs. Tous ces différents facteurs tendent à réduire 1'Uniformité du mélange dans les divers réservoirs et sont susceptibles de causer les perturbations signa- lées plus haut. Les éléments chauffants qui contiennent du liquide à trop basse concentration de mercure et autres substances sont bientôt surchauffés et ne peuvent plus remplir sans danger leurs fonctions normales.
La présente invention a pour objet d'apporter des perfectionnements aux chaudières à vapeur de mercure, de telle sor- te que le baux du mélange soit maintenu sensiblement constant, en particulier dans les régions où le mercure est chauffé ét évaporé.
A un autre point de vue, l'invention apporte des perfectionnements aux chaudières , mercure dans lesquelles le taux du mélange ne reste pas uniforme, et elle assure spécialement la répartition uniforme convenable dans la chaudière de la substance ajoutée au mercure. Ces perfectionnements sont réalisés en prévoyait des dispositifs qui permettent de conduire le fluide d'un point à un autre de la chaudière, plus exactement, d'un point à haute con- centration vers un point à basse consentration ou vice-versa.
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Dans une chaudière comportant un certain nombre -le réservoirs, on prévoit ces dispositifs pour chaque réservoir et aussi pour l'ensemble des réservoirs, c'est-à-dire qu'on assure une circulation du fluide des régions de concentration élevée vers les régions de basse concentration dans le même réservoir et aussi d'un réservoir à l'autre. On réalise le transport du liquide d'un point à l'autre de la chaudière en utilisant l'énergie d'ébullition, par exemple en prévoyant un auget ou dispositif analogue placé au-des- sus du niveau normal du liquide dans un réservoir et prévu de maniè- re à recevoir le liquide provenant du réservoir et dirigé vers un niveau supérieur à celui du niveau normal par l'énergie d'ébulli- tion.
Le liquide ainsi collecté dans l'auget est conduit, par des éléments appropriés, à un autre point du même réservoir ou vers un autre réservoir.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant ± la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à ti- tre d'exemple non limitatif et dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique de front de la chaudière ;
La figure 2 est une vue en perspective, partie en coupe, dtun réservoir individuel;
Les figures 3 et 4 sont des coupes pratiquées le long des lignes 3-3 et 4-4 de la figure 2.
La chaudière comporte un foyer dont une paroi est représentée en 10, ainsi que des réservoirs 11 à 17 inclusivement.
Le liquide est fourni à des réservoirs par une conduite 18 directe- ment connectée aux extrémités de chacun dieux par d'autres conduites 19, Fig.1 et 2. La vapeur se décharge des réservoirs par une con- duite commune 20 reliée à chacun d'eux par une autre conduite 21.
En ce qui concerne ltalimentation fournie par la conduite 18, il y a lieu de noter qu'on n'a pas prévu d'autre élément entre cette con- duite 18 et les réservoirs: d'où. il résulte un effet d'égalisation de l'alimentation en liquide vers les différents réservoirs, céest..
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à-dire que le liquide passe de la conduite 18 aux différents ré- servoirs suivant la charge de chacun d'eux. On a constaté que, dans une chaudière de ce type, les réservoirs extrêmes 11 et 17 portent une charge un peu supérieure à celle des réservoirs intermédiaires 12 à 16 inclusivement. Avec le dispositif d'alimentation représenté une plus grande quantité de liquide passe dans les réservoirs exté rieurs 11 et 17 que dans les réservoirs intermédiaires.
La partie inférieure de chaque réservoir est connectée aux éléments chauf- fants par les tubes 22. Les réservoirs extrêmes 11 et 17 sont de plus reliés à d'autres éléments chauffants par des écrans hauf- fants 23. L'ensemble des tubes 22 comporte un tube extérieur 24 connecté à une paroi extérieure 25 du réservoir, et un tube infé- rieur 26 placé concentriquement à l'intérieur du tube 24 et con- necté à un écran 27 disposé à la partie inférieure du réservoir.
Les éléments 23 comportent des tubes descendants 28 connectés à la paroi extérieure 25 des réservoirs extrêmes 11 et 17, et des tubes montants 29 placés à 1ìntérieur du foyer et constituant un écran par rapport à la paroi du foyer. Un bloc 30 est prévu à l'in- térieur de chaque réservoir de façon à réduire les quantités de li- quide nécessaires au fonctionnement de la chaudière. Comme on le voit fig.2, ce bloc comporte un certain nombre de sections fixées à la paroi externe 25 par des boulons 31. Une partie 32 située au voisinage de la tête du réservoir est creusée de manière à former des canaux 34 et 35. Ceux-ci sont adjacents aux extrémités des tu- bes 29 des éléments chauffants 23.
Au cours du fonctionnement de la chaudière, le liquide arrive dans les tubes 22 par les tubes intérieurs 26 ; est chauffé et partiellement évaporé dans l'espace défini par les tubes intérieurs 26 et les tubes extérieurs 24. Le liquide prove- nant du tube 22 es remis en circulation, tandis que la vapeur s'échappe par les conduits 21. De même, le liquide circule dans les tubes descendants 28 où. il est chauffé et partiellement évaporé dans les tubes montants 29, d'où il est remis en circulation, tan- dis que la vapeur sort du réservoir. On a prévu des dispositifs sé- parateurs à la partie supérieure de chaque réservoir, afin de ré- @
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-duire la quantité de liquide entrainée par la vapaur.
Comme on le voit sur la Fig.4, ces dispositifs com- portent une feuille métallique 36 dont les parties extérieures sont fixées à la paroi 25, et une partie intermédiaire munie de perforations 37. Quand un mélange de liquide et de vapeur est en- trainé vers le haut sous l'effet de l'ébullition, les parties ex- térieures de la feuille 36, qui constituent des déflecteurs, pro-.
'voquent une déviation du liquide du mélange vers le bas, tandis que la vapeur s'échappe par les perforations 37.
Dans le dispositif représenté, le liquide est di- rigé vers les deux extrémités de chaque réservoir par les condui- tes 19 de la fig.2. Le liquide fourni aux réservoirs est relati- vement pur et ne contient qu'une petite quantité de sodium, d'alu- minium ou de substance équivalente. L'alimentation continue de mercure relativement pur à l'extrémité des réservoirs entraine, après peu de temps, un changement dans la concentration à l'intéu rieur de ces réservoirs : Une concentration inférieure apparaît au voisinage des extrémités, et une concentration plus élevée au centre des réservoirs. Cet état de choses a pour conséquence la surchauffe de certains éléments 22, celle des tubes 29.
On peut éviter cette variation de concentration en prévoyant des disposi- tifs qui dirigent le fluide entre les parties extrêmes et les par- ties centrales de chaque réservoir. Ces dispositifs consistent en quatre augets 38 à 41 inclusivement fixés au bloc 30 par des con- soles 42. Chaque auget comporte une paroi 43 formant récipient et un déflecteur 44 fixé à la paroi 43. Chaque auget est également connecté à une extrémité d'une conduite 46 qui a son autre extré- mité au voisinage d'une extrémité du réservoir. Dans le cas ac- tuels, les conduits des augets 38 et 39 ont leurs extrémités pla- cées à l'extrémité avant du réservoir ; lesextrémités des conduits connectés aux augets 40 et 41 sont placés à l'extrémité arrière du réservoir. De plus, les augets sont disposés à des niveaux diffé- rents.
Dans ltexemple représenté, les augets 38 et 40 sont placés à un niveau plus élevé que les augets 39 et 41, mais ils sont tous disposés au-dessus du niveau normal du liquide dans le réservoir.
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Le fait de placer les divers augets à des niveaux différents per- met, de tenir compte des variations normales de niveau à l'intérieur du réservoir. Chaque auget et sa conduite constituent un chenal qui transporte le liquide dtun point à un autre du réservoir, c'est à-dire dans le cas actuel, d'un point de concentration élevée au voisinage du centre, vers un point à basse concentration au voisi- nage dtune extrémité du réservoir.A un autre point de vue, les au-* gets peuvent être considérés comme des agitateurs du mélange, de façon à le maintenir uniforme. Au cours du fonctionnement, le li- quide passe des éléments chauffants dans les réservoirs sous for- me de courants à des niveaux inférieurs au niveau normal du liqui- de dans le réservoir.
Pour transporter le liquide dtun point à un autre, on utilise l'énergie cinétique de ces courants de liquide, qui est l'énergie de l'ébullition. Plus spécifiquement, le fluide est collecté dans les augets; d'eu. il résulte que son énergie ciné- tique se transforme partiellement en énergie potentielle. Des au. gets, le liquide s'écoule le long des tubes qui leur sont connec- tés et il se dirige vers àes extrémités du réservoir. Dans le cas actuel, une certaine quantité de liquide provenant des tubes 22, au voisinage de la partie centrale du réservoir passe dans les au- gets 38 à 41. Pendant son trajet vers le haut, le liquide est dé- vié par les déflecteurs 44, pour revenir aux augets, tandis que la vapeur s'échappe par les ouvertures prévues à cet effet.
Dans les conditions normales de fonctionnement, les quatre augets 38 à 41 agissent, c'est-à-dire transportent'du liquide des parties centra- les des réservoirs vers les extrémités. Si le niveau du liquidât dans certaines conditions de fonctionnement, stélève au-dessus des bords 50 (figure 4) des augets 39 et 41, ceux-ci cessent de fonc- tionner, et le transport du liquide des parties intermédiaires vers les extrémités s'effectue par les augets 38 et 40 seulement.
Les organes de transport du liquide d'un réservoir à un autre sont constitués par un auget 51 placé au-dessus du bloc 32. Un déflecteur 52 comportant deux parties incurvées 53 et 54, est disposé au-dessus de l'auget 51 et maintenu en position par des saillies 55 supportées à glissement par la paroi 25 du réser-
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voir. Ce support à glissement permet une dilatation relative entre les déflecteurs et la paroi du réservoir. Avec ce dispositif, le fluide provenant des tubes 29 est dévié par le déflecteur 52, de telle sorte que le liquide arrive dans l'auget 51, tandis que la vapeur s'échappe par les tubes de sortie du réservoir. L'auget 51 est supporté par les consoles 56 fixées au bloc 32 par les boulons 57.
L'auget 51 est relié à un autre réservoir par une conduite 58 (figures 2 et 3@ ,de telle sorte que le liquide puisse se déplacer par gravité de cet auget vers cet autre réservoir. Dans le dispo- sitif représenté fig.l, on a prévu de telles conduites pour diri- ger le liquide du réservoir 14 vers le réservoir 13, du réservoir 13 vers le réservoir 12, du réservoir 12 vers le réservoir 11, du réservoir 11 au réservoir 14, du réservoir 14 au réservoir 1@, du réservoir 15 au réservoir 16, du réservoir 16 au réservoir 17 et finalement du réservoir 17 au réservoir 14. Il en résulte que tous les réservoirs sont interconnectés par ces organes auxiliaires de transport de fluide, d'un point à l'autre de la chaudière, en vue dtassurer ltuniformité du mélange.
Dans ce cas également, l'énergie de ltébullition est utilisée. Les courants de liquide provenant des tubes 29 sont collectés à un niveau supérieur au niveau normal du liquide, d'où. il résulte que leur énergie cinétique se conserve sous forme d'énergie potentielle, cette dernière provoquant la circulation du fluide d'un point à l'autre de la chaudière.
Dans le cas où le mélange ne serait pas uniforme dès le début de l'opération, au moment par exemple où le sodium ou l'a- luminium serait ajouté au mercure dans un seul réservoir, on con- çoit que l'invention permet d'égaliser le mélange dans tous les autres éléments de la chaudière.
Bien qu'on ait représenté et décrit une seule forme de réalisation de ltinvention, il est évident quton ne désire pas se limiter à cette forme particulière, donnée simplement à titre dtexemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.