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Dispositif de refroidissement des tubes d'un appareil de chauffage.
L'invention concerne un dispositif de refroidissement des tubes d'un appareil de chauffage pour des centrales thermiques dans lesquelles un fluide de travail gazeux décrit un circuit fermé sous pression, ce fluide chauffé par apport de chaleur de l'extérieur dans l'appareil de chauffage tubulaire étant amené à se détendre dans au moins une turbine en cédant de la puissance à 1'extérieur,
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à la suite de quoi il est ramené à nouveau à une pression plus élevée dans au moins un compresseur, et un échange de chaleur entre les courants de fluide de travail détendu et recomprimé a lieu dans un échangeur de chaleur avant l'apport de chaleur de l'extérieur dans l'appareil de chauffage tubulaire.
Les tubes de l'appareil pour le chauffage du gaz de telles installations sont exposés à des températures très élevées. Il faut ajouter qu'ils sont en même temps soumis à de grands efforts mécaniques dûs à la pression interne qui y règne. Lorsqu'on a donc l'intention de porter le fluide de travail dans l'appareil de chauffage tubulaire à une température élevée, on est obligé de faire travailler la matière constitutive des tubes jusqu'à la limite de la résistance à chaud admissible si l'on veut n'employer que des tubes de dimensions encore admissible pratiquement.
Malgré une telle fatigue des tubes due aux gaz de combustion à l'extérieur et au fluide de travail circulant sous pression qu'il faut porter à une température élevée à l'intérieur, on cherche à maintenir la température des tubes à la plus grande valeur admissible et à réduire autant que possible les variations de températures. Il s'ensuit que, lorsque l'absorption de chaleur par le fluide de travail cesse, par exemple en raison de variations de la charge, ou que le foyer cède d'autre part trop de chaleur, il y a danger que la température des tubes ne s'élève au moins temporairement au-desuss de la valeur admissible de sorte que les tubes ne peuvent plus résister aux efforts auxquels ils doivent faire face.
Le danger d'une telle surchauffe est plus grand dans des appareils de chauffage tubulaire pour des centrales du genre mentionné que dans les chaudières à vapeur, car dans les premiers la température des tubes, pour une température de fonctionnement voulue des gaz de travail à chauffer est, en raison de la transmission de chaleur relativement mauvaise entre l'intérieur et l'extérieur des tubes, de beaucoup supérieure, pour la même température de fonctionnement, que dans les tubes d'une chaudière à vapeur.
Il est d'autant plus;
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important de ne pas dépasser une valeur prédéterminée de la tempéra- ture des parois des tubes d'un appareil tubulaire pour le chauffage d'un gaz que la résistance de l'acier ou d'alliages correspondants dé- croit extrêmement vite quant la température croît entre les limites de température en question, soit 600-800 C Des élévations de tempé- rature de 20 0 par exemple réduisent déjà très fortement la rési- stance.
Le but de l'invention est de créer un dispositif de re- froidissement des tubes d'un appareil pour le chauffage du gaz de centrales thermiques du genre mentionné ci-dessus qui permette en cas de surchauffe subite des tubes de cet appareil tubulaire au-delà d'une valeur prédéterminée de s'opposer rapidement et efficacement à une telle élévation de température. Ceci est obtenu suivant la présente invention par une conduite auxiliaire que l'on peut fermer et qui permet de faire passer du fluide de travail refoulé par le compresseur, en contournant l'échangeur de chaleur, directement dans l'entrée de l'appareil pour le chauffage du gaz.
Le dessin montre, en représentation schématique et à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention.
Sur la figure, 1 désigne un appareil de chauffage tubulaire dans lequel le fluide de travail gazeux sous pression décrivant constamment un circuit fermé est chauffé par apport de chaleur de l'extérieure. Le chauffage proprement dit du fluide de travail s'effectue dans des serpentins 2 autour desquels circulent les gaz de combustion. Le fluide de travail ainsi réchauffé passe par une en cédant conduite 3 dans une turbine 4 où il se détend/en même temps de la puissance, par exemple à une génératrice 5 et à un turbo-compresseur 6.
Le fluide de travail qui s'échappe de la turbine 4 arrive par une conduite 8 dans un échangeur de chaleur 9 fonctionnant à contre- courant et où ce fluide de travail, en traversant un système de tubes, cède de la chaleur à la partie du fluide de travail sous pression,
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relativement élevée, laquelle passe du turbo-compresseur 6 par une conduite 10 dans l'échangeur de chaleur 9, et de là, par une conduite 11 dans un collecteur 7 de l'appareil de chauffage 1. La partie du fluide sous pression refroidie dans l'échangeur de chaleur 9 passe par une conduite 12 dans le turbo-compresseur 6 où elle est recomprimée à une pression plus élevée tout en étant refroidie.
De la conduite 10 est dérivée en 13 une conduite additionelle 14 dans laquelle est intercalé un réfrigérant intermédiaie 15, et qui est reliée au collecteur 7 de l'appareil de chauffage tubulaire 1. Dans cette conduite 14 est en outre monté un organe d'arrêt 16.
La position de cet organe d'arrêt 16 est commandée par un dispositif thermostatique 17 dont le fonctionnement dépend à son tour de la température au point 18 d'un serpentin 2 de l'appareil de chauffage 1.
Dans l'installation décrite la conduite 14 forme un bypass par lequel du fluide de travail relativement froid venant du compresseur 6 peut passer directement dans le collecteur 7 de l'appareil de chauffage tubulaire 1 en contournant l'échangeur de chaleur 9 quand l'organe d'obturation 16 est ouvert. En régime de fonctionnement normal ce by-pass 14 est fermé de sorte que le fluide de travail comprimé dans le compresseur 6 passe intégralement par la conduite 10 dans l'échangeur de chaleur 9 dans lequel il est préchauffé à la suite de quoi il arrive dans l'appareil de chauffage tubulaire 1.
Si pour une raison quelconque une température de paroi de tube trop élevée se produit dans l'appareil 1, le dispositif thermostatique 17 effectue une ouverture, au moins partielle, du by-pass 14, de sorte que du fluide de travail relativement froid arrive maintenant directement, en contournant l'échangeur de chaleur 9, dans le collecteur 7 de l'appareil de chauffage 1, et de ce collecteur 7 dans les serpentins trop chauds 2, où il se mêle au fluide de travail venant de l'échangeur de chaleur 9, déjà
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préchauffé. De cette façon la température des serpentins 2 s'abaisse rapidement; ce par quoi la température des parois de ces tubes est naturellement réduite également.
Si le régime de fonctionnement de l'appareil de chauffage 1 a été entre temps adapté de nouveau aux charges modifiées par un réglage du foyer, et que la limite supérieure admissible de la température des parois des tubes ait été ainsi atteinte à nouveau, le dispositif thermostatique 17 produit la fermeture du dispositif d'arrêt 16 de sorte que la circulation par le by-pass 14 est interrompue.
Le réfrigérant auxiliaire 15 a pour effet que la partie du fluide de travail passant par le by-pass 14 devient particulièrement efficace pour l'abaissement de la température des tubes 2 en ce que cette partie peut être portée à une basse température dans le réfrigérant 15..Cependant il est possible dans certaines circonstances de renoncer à un tel réfrigérant auxiliaire.
Au lieu d'introduire la partie du fluide de travail passant par la conduite additionelle 14 de la façon représentée dans un collecteur de l'appareil de chauffage tubulaire 1, cette partie peut aussi être conduite directement dans les différents tubes de cet appareil. Si ces tubes forment serpentins, l'introduction s'effectue avantageusement dans le tronçon le plus à l'intérieur des serpentins.
On peut aussi prévoir plusieurs conduites par lesquelles du fluide de travail peut passer directement du compresseur 6, en contournant l'échangeur de chaleur 9, aux tubes de cet appareil de chauffage.
Le by-pass 14 peut aussi être utilisé lors de l'arrêt de l'appareil de chauffage, c'est-à-dire de toute l'installation, pour amener aux serpentins 2 du fluide de travail plus froid afin d'en obtenir un refroidissement aussi rapide que possible. Ceci est nécessaire dans certaines circonstances lorsqu'on ne dispose que de peu de temps pour les travaux d'entretien, dans lequel cas on ne peut pas faire laisser refroidir l'appareil de chauffage par un refroidissement naturel, lent.
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On peut encore prévoir avantageusement dans le tronçon de la conduite 10 s'étendant entre le point de dérivation 13 et l'échangeur de chaleur 9 un organe d'étranglement afin d'obtenir que dans certains cas la majeure partie du fluide sous pression soit refoulée par le by-pass ouvert 14. Cet organe d'étranglement peut être accouplé de telle façon à l'organe d'arrêt de la conduite additionelle 14 que l'ouverture de l'un produit la fermeture de l'autre et inversement,