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-DISPOSITIF POUR AMELIORER LA VAPORISATION DAMS LES GENERATEURS DE VAPEUR*
L'expérience et l'observation ont montré que dans un liquide en ébullition, les bulles de vapeur peuvent se former :
1 ) sur les parois du récipient contenant le liquide;
2 ) dans la masse liquide, au contact de bulles gazeuses (libération de gaz dissous);
3 ) au contact de particules solides (germes de vaporisa- tion) se trouvant en suspension dans le liquide.
Il est connu que la formation de bulles da vapeur sur les parois chauffées des chaudières favorise la production d'incrus- tations calcaires et que ces bulles forment un matelas de vapeur qui diminue la réceptivité thermique de la chaudière.
Il y a donc intérêt à provoquer la formation de bulles de vapeur au sein de la masse liquide. Mais, d'une part, il est dangereux d'introduire dans les générateurs des quantités impor-
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tant es de gaz (généralement du CO2), à cause des risques de corrosion, tandis que, d'autre part, l'introduction d'un supplé- ment de germes de vaporisation peut provoquer des entraînements de liquide (primage) et augmente les incrustations calcaires.
Ia présente invention a pour but d'augmenter la formation de bulles de vapeur dans la masse liquide, sans toutefois donner lieu aux inconvénients cités ci-dessus. De longues recherches et de nombreuses expériences ont prouvé qu'un corps métallique ou autre, immergé dans la masse liquide et n'ayant aucun contact direct avec les surfaces de chauffe du générateur, provoque une augmentation appréciable de vaporisation, sans causer aucun trouble de fonctionnement.
En effet, ce corps, dont la surface, la forme et l'emplacement peuvent varier suivant le type de géné- rateur et le résultat recherché, agit comme autogénérateur de vapeur lorsqu'il est porté à température par la chaleur de la masse liquide elle-même, ce qui a pour effet :
1 ) d'augmenter fortement le taux de vaporisation;
2 ) de régulariser les courants de convection;
3 ) de produire une vapeur plus sèche, grâce à la suppres- sion des entraînements d'eau résultant d'une ébullition tumul- tueuse ;
4 ) de réduire l'importance des concrétions calcaires, par suite de l'augmentation de surface de vaporisation.
Dans la pratique, l'emploi du susdit corps placé dans la masse liquide conduit donc à une diminution très sensible de la quantité de combustible utilisé, c'est-à-dire, à une augmen- tation appréciable du rendement du générateur de vapeur.
Le corps autogénérateur présente avantageusement une forme allongée, par exemple celle d'un cylindre ou prisme creux, ou d'une plaque, possédant une grande surface en contact avec l'eau, par rapport à son volume. Il peut être établi en métal, par exemple de l'aluminium ou des alliages métalliques, en matière
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réfractaire, poreuse ou non, ou autres matières appropriées.
Le dit corps peut notamment être établi en tôle perforée, métal dépl oyé, treillis, etc... -
S'il est creux, le corps autogénérateur peut être rempli partiellement ou totalement de copeaux, fibres, laine de verre, éponge métallique ou analogues, qui sont disposés en couchas dont l'épaisseur et la densité sont déterminées de manière à ne pas gêner les mouvements des bulles de vapeur.
Le nombre et l'agencement des corps autogénérateurs dans le générateur de vapeur dépendront de la construction de celui-ci et de l'effet recherché. Ils doivent toujours être disposés de façon à ne pas entraver la circulation de l'eau. Chaque corps peut être formé d'une ou plusieurs pièces qui sont assemblées avant ou après leur introduction dans le générateur. Il peut être fixé dans le générateur de vapeur ou y être monté de manière amovible.
Afin de faciliter le détachement des bulles de vapeur formées à la surface des corps autogénérateurs, l'invention prévoit qu'on peut conformer cette surface de manière à réduire l'adhérence des bulles. On peut notamment utiliser des corps dont la surface est striée, rainurée, moletée, ou pourvue de pointea ou aspérités analogues. De cette façon, on parvient encore à accélérer et régulariser davantage la vaporisation.
Il y a tout lieu d'admettre que les susdits effets des corps plongés dans la masse de liquide sont dus à l'action des gaz occlus dans la matière constitutive des corps autogénérateurs.
Les bulles extrêmement petites de gaz qui se trouvent à la surface de ces corps agissent comme germes de vaporisation excessivement actifs et provoquent la formation de plusieurs millions de fois leur volume de vapeur. Ces gaz occlus sont beaucoup plus efficaces que les gaz se trouvant dans la masse liquide et ne présentent par leurs inconvénients. La surface des autogénérateurs peut
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d'ailleurs être préparée spécialement de manière à favoriser l'absorption des gaz, par exemple en formant cette surface en métal très finement divisé, déposé par électrolyse ou tout autre procédé approprié.
Bien que les dits corps fixeront une partie des gaz amenés par le liquide de circulation de la chaudière et compenseront ainsi, au moins en partie, le dégagement de leur gaz occlus, on peut admettre qu'au bout d'un certain temps, qui sera d'ailleurs assez long et atteindra toujours plusieurs mois, les dits corps pourront ne plus agir avec l'efficacité désirable. Il suffira alors de remplacer ces corps ou de les réactiver.
Afin d'assurer une action absolument permanente du corps autogénêrateur, l'in- vention prévoit que celui-ci peut être constitué par un corps creux dont les parois possèdent la porosité voulue et qui est relié à une source de gaz, de préférence neutre, située à l'exté- rieur de la chaudière et remplaçant périodiquement ou continuel- lement la quantité de gaz entraînée avec la vapeur, quantité qui sera toujours très faible. Dans le même but, on peut utiliser un corps constitué par un récipient, par exemple cylindrique, conte- nant soit une certaine réserve de gaz, soit des matières produisant, par exemple par réaction chimique, un développement de gaz.
D'autres particularités et avantages ressortiront de la description de quelques exemples de réalisation de l'invention, qui est donnée ci-après, à titre démonstratif, avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
Figs. 1, 4, 7 montrent des vues en coupe longitudinale de trois variantes d'application de l'invention à une chaudière à grand volume d'eau;
Fige. 2, 5,8 montrent des vues en coupe transversale des chaudières suivant les Fige. 1, 4, 7;
Fige. 3, 6, 9 montrent des vues en perspective de fragments de corps autogénérateurs appliqués respectivement dans le cas des
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Fige. 1, 4, 7;
Fige. 10, 13 montrent deux variantes d'application de l'in- vention à une chaudière multitubulaire;
Fige. 11, 14 montrent des vues en coupe transversale des Fige. 10, 13;
Fige. 12, 15 montrent des vues fragmentaires en coupe longi- tudinale et à plus grande échelle, des tubes des chaudières sui- vant les Fige. 11, 14, et
Fig. 16 montre une vue fragmentaire en coupe longitudinale d'une chaudière munie d'une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Dans les Fige. 1-12, la chaudière 1 comporte deux tubes- foyers ondulés 2. Les corps formant autogénérateurs de vapeur sont répartis dans la masse de liquide, sans toucher les parois du générateur.
Dans le cas des Fige. 1-3, ces corps sont constitués par des cylindres 3 ou corps allongés creux, en métal déployé, treillis, tôle découpée, emboutie ou autre matière ajourée, qui présentent une large surface en contact avec le liquide. Les cylindres 3 sont agencés à une certaine distance des parois de la chaudière et des tubes-foyers. Ils sont fixés de préférence d'une manière amovible, aux parois de la chaudière, par exemple par des supports en forme de berceau 4, qui soutiennent les cylindres 3 et sont reliés au corps de chaudière par des tringles 5 ou analo- gues.
La disposition montrée en Fige. 4 à 6 comporte deux cylindres creux 6 entourant à jeu les tubes-foyers, ainsi que des plaques arquées 7 placées au-dessus de ceux-ci. Les corps 6, 7 peuvent notamment être établis en forme de grille métallique, treillis ou autre matière ajourée, l'ensemble de ces corps étant suspendu au corps de la chaudière, à l'aide de crochets 8 et tringles 9 ou analogues.
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Comme montré en Fige. 7 à. 9, les 'éléments autogénérateurs peuvent également être formés par des plaques planas la étagées dans la masse d'eau et suspendues, par exemple, par des oeillets 11, à des tringles à crochet 12. Ces plaques peuvent par exemple être établies en métal, matière réfractaire ou analogue, et sont pourvues de perforations 13.
Les corps autogénérateurs peuvent être sectionnés longitudi- nalement et/ou transversalement en deux ou plusieurs éléments dont les dimensions sont déterminées en fonction de la grandeur des ouvertures par lesquelles ces éléments doivent être introduits dans la chaudière pour y être assemblés. Un corps cylindrique ou analogue peut notamment être constitué de plusieurs éléments longitudinaux arqués, réunis à articulation ou autrement. Dans tous les cas, il est avantageux d'exécuter les éléments autogène- rateurs, de manière k faciliter leur montage, démontage, vérifi- cation et remplacement.
Les Fige* 10 à 15 montrent deux applications de l'invention à, une chaudière multitubulaire. Des éléments autogénérateurs similaires à ceux décrits avec référence aux Fige. 1 à 9, peuvent être placés dans la masse d'eau des ballons 14, par exemple sous la forme de cylindres 15 ou de plaques 16.
Suivant l'invention, on peut également placer des éléments autogénérateurs dans les tubes de vaporisation 17, ces éléments pouvant alors être constitués par des manchons 18, par exemple en treillis ou analogues, ou des tiges profilées 19, par exemple en matière réfractaire ou en métal, qui présentent par exemple une section transversale 20 en forme d'étoile. Ces éléments sont fixés par leurs extrémités, par exemple à l'aide d'écrous 21, à des tringles 22 placées dans les collecteurs 23. Ils doivent posséder la rigidité voulue pour pouvoir être montés sans risquer d'entrer en contact avec les parois des tubes 17, afin d'éviter toute surchauffe locale. Leur diamètre doit être suffisamment
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faible pour ne pas entraver la circulation dans le réseau de tubes.
Dans la réalisation selon la Fig. 16, un ou plusieurs corps creux 24 remplis de gaz sont immerges dans le liquide. Chaque corps 24 est suspendu, par une de ses extrémités, à une tringle 25 ou analogues, tandis que son autre extrémité est fixée dans une paroi latérale de la chaudière, à l'aide d'un écrou 26. La cavité du corps 24 est raccordée par un conduit 27, contrôlé par un robi- net 28, à une source quelconque de gaz située à. l'extérieur de la chaudière. La pression régnant dans le corps 24 est indiquée par le manomètre 29 et peut être réglée, à. l'aide du robinet 28, à la valeur nécessaire pour assurer le passage de gaz à travers les pores du corps 24.
Comme spécifié ci-dessus, il est avantageux d'utiliser des corps autogénérateura dont la surface est munie d'aspérités, par exemple une surface moletée, striée, rainurée ou munie de poin- tes. L'adhérence entre les bulles de vapeur et une telle surface se trouvant ainsi réduite, les bulles se détacheront plus facile- ment, ce qui activa et régularise encore le processus de vapori- sation.