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Générateur de vapeur à chauffage médiat du fluide de travail.
Pour la production, de vapeur par chauffage médiat du fluide de travail, on a chauffé d'abord au moyen de gaz de fumées, un' véhicule de chaleur se trouvant sous une forte pression et on l'a partiellement vaporisé et ensuite la vapeur produite a été précipitée à nouveau dans de.s échangeurs de chaleur spéciaux, par débit de chaleur au fluide de travail. Le véhicule de chaleur circulait en circuit fermé, dans les générateurs de vapeur connus de ce genre, doit par l'action, de la pesanteur, soit au moyen d'une pompe de cir- culation. spéciale.
Dans le cas de chaudières à circulation naturelle de ce genre, il se produit les mêmes conditions peu sûres de circulation.que dans les chaudières normales à circulation naturelle, c'est à dire quten cas de changement de charge, il est-possible qu'il se produise dans des zônes déterminées de température, une inversion de la circulation ou un arrêt complet.
Dans le cas de la chaudière à circulation forcée à chauffage médiat, il faut, pour maintenir la consommation de force motrice de la pompe de circulation dans des limites
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admissibles économiquement, approprier la production de vapeur par tube à la chute de pression admissible. Il en résulte un grand nombre de tubes à monter en parallèle et par suite Les difficultés connues à répartir le véhicule de chaleur uniformément en correspondance avec le chauffage dans les tuyaux pour toutes les charges. La sécurité dans la répartition implique un excès d'eau relativement grand, rapporté à la quantité de vapeur produite.
Il est en outre connu d'employer, comme véhicule de chaleur pour le chauffage médiat du fluide de travail, de la vapeur surchauffée qui cède sa chaleur de surchauffe dans des échangeurs de chaleur spéciaux, de nouveau au fluide de travail à vaporiser. On monte alors alternativement en série plusieurs éléments absorbant la chaleur et cédant la chaleur. Le véhicule de chaleur se trouve sous une pression plus faible que le fluide de travail de sorte qu'il ne peut pas se condenser dans les éléments cédant de la chaleur.
L'inconvénient de cette production médiate de vapeur réside dans le grand volume du véhicule de chaleur, de sorte qu'il faut un grand nombre d'éléments tubulaires, et en outre dans le fait que, pour les éléments tubulaires absorbant la chaleur, il faut prendre un matériau particulièrement réfractaire, qui est coûteux de façon correspondante. A ceci s'ajoute encore le fait que la transmission de chaleur en cas de vapeur chaude est beaucoup plus mauvaise que dans le cas d'eau bouillante et que il faut par conséquent,pour une même production de vapeur, une surface de chauffe beaucoup plus grande.
Ces inconvénients sont évités suivant la présente invention en cas de production. médiate de vapeur.
Suivant la présente invention, il est proposé, pour la production de vapeur par chauffage médiat, que le véhicule de chaleur parcourre successivement des éléments tubulaires montés en série et que des éléments tubulaires absorbant la chaleur et des.éléments tubulaires cédant de la chaleur, pla-
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cés dans u-n réservoir contenant un fluide de travail, se fassent suite plusieurs fois. Le mélange d'eau et de vapeur produit dans un élément absorbant la chaleur cède de nouveau sa chaleur'de vaporisation dans un élément situé dans la chambre d'eau du réservoir, par condensation de la vapeur qu'il contient. Ce processus se répète dans, le flux d'écoulement du véhicule de chaleur plusieurs fois.
Comme là vapeur'produite est' toujours condensée à nouveau, le valume du véhicule de chaleur n'augmente pas, malgré l'absorption de chaleur continuelle. Les éléments parcourus par le véhicule de chaleur peuvent par conséquent être faits en des, tronçons de tubes relativement peu nombreux mais très longs qui sont conduits de telle façon que tous les tronçons de tubes traversent toutes les zônes de température du générateur da vapeur. Pour la circulation. naturelle, on obtient dans un générateur de vapeur suivant la proposition de L'invention, dans les tronçons de tubes peu nombreux,des conditions de circulation déterminées sans ambigüité et parfaitement claires. Il ne peut pas arriver que par exemple,en cas de. changement de charge, il se produise un arrêtou une inversion de. la circulation.
L'avantage est encore plus grand dans les générateurs de vapeur à circulation forcéc. Les tronçons tubulaires peu nombreux peuvent facilement être conduits de telle manière qu'ils ont appro- ximativement la même absorption de chaleur pour toutes les charges, de sorte que la répartition du véhicule de chaleur dans les différents tronçons de tubes n'offre'aucune diffi- culté.
A ceci s'ajoute encore le fait que, suivant le procédé proposé, la stabilité de la circulation, est considérablement améliorée, de sorte que, pour un chauffage identique en soi des tronçons de tubes, il ne peut plus arriver que, dans un tube, il. se produise principalement un chauffage et dans lautre principalement une vaporisation, vu que dans lés surfaces de chauffe cédant de la chaleur, il se produit seulement une cession de chaleur notable par condensation de va-
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peut et ¯J.'e..iú3i on cas d'apport de chaleur, il doit se pr6seu-'Ver une vaporisation, car en cas contraire, il ne se produit pasd'évacuation. de chaleur.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide des exemples de réalisation suivant les fig.l à 4.
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- la fij. 1, on a représenté en coupe longitudinale un ;êm8ra-t¯r de veneur à e1.ai;fàée médiat et à circulation. forcée du véhicule de eh-aleur. Le corps cylindrique d'évaynat:io, dans lequel la vapeur d.e service est produite par chauffc.ge médiat du fl.uide,ds travail, a été désigné par 1. La poupe 2 refoule un véhicule de chaleur, de préfé- rence de. l'eau, dans un tronçon de tube fermé 3 dans lequel
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il y eu cn série des éléments de tubes 4,4t,4ss, etc., montés $ la suite l'un de l'autre, absorbant de la chaleur, entre lesquels sont intercales des éléments de tubes. 5,5',5" cédant de la chaleur.
Dans chaque élément de tube 4,4',4" ab-
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sorbe11-';; de la chaleur, le véhicule de chaleur est vaporisé plas ou moins.fortement et le mélange d'eau et de vapeur produit est précipité à nouveau dans les éléments 5,5' ,5", cédant de la chaleur, placés dans le corps cylindrique de va- porisation 1. La chaleur de vaporisation est alors cédé. au fluide de travail tandis que le véhicule de chaleur arrive à nouveau à relouent du tube suivant absorbant de la. chaleur pour céder sa chaleur de vaporisation de nouveau absorbée, dans l'élément de tube subséquent cédant de la chaleur.
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Du dernier él-éààent cédant de la chaleur, le véhicule de cha- leur est conduit de nouveau à la pompe. Le nombre des éléments montés à la suite l'un d.e l'autre dépend de la puissance du générateur de vapeur ainsi que de le. chute de p res- sion permise dans le tronçon tubulaire fermé 5 On peut monter en parallèle plusieurs tronçons tubulaires: Pour le di-
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mensionnement des éléments tubulaires -5 , 5 ' , 5" .. , cédant de la. chaleur, le choix de la surpression du véhicule de chaleur par rapport à la pression de service est important.
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La surface de chauffe des éléments de tubes 5, 5 su peuttre e d'autant plus petite que la- différence de pression est plus
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élevée et vice-versa .
L'eau d'alimentation entre dans l'évaporateur en 6 et la vapeur de service produite est prise en 7.
Dans le circuit du véhicule de chaleur, on a intercalé un collecteur 8 dont la capacité est au moins égale à la capacité du circuit des éléments 4,4 1,411 .... et 5,5',5",....
Le collecteur 8 est raccordé par le haut au moyen d'une conduite 9 à la chambre de vapeur du corps cylindrique 1 de vaporisation. Dans la. conduite 9, on a disposé une soupape d'obturation 10 et une soupape de retenue 11. Dans la chambre de vapeur du collecteur 8 se trouve un serpentin de refroidissement 12 qui peut être bloqué, par une soupape 13. Cette dis- positidn permet de remplacer de la manière suivante les pertes par fuite dans le circuit du véhicule de chaleur.
Lorsque, dans le collecteur 8, le niveau de l'eau est descendu trop bas, on. ouvre la soupape 10 et la soupape 13 dans des périodes de faible charge, par exemple dans des pauses du fonctionnement. De l'eau froide s'écoule alors à travers le serpentin 12. Par condensation de vapeur dans la chambre de vapeur du collecteur 8, la pression. du véhicule de chaleur s'abaisse en-dessous de la pression de service, de sorte que la soupape de reten.ue 11 s'ouvre et qu'il passe du corps cylindrique 1 de vaporisation de la vapeur, par condensation, de laquelle le niveau de l'eau dans le colledteur 8 s'élève de nouveau jusqu'à ce que l'eau de perte soit complètement cou- verte. On referme alors les soupapes 10 et 13.
Dans la forme de réalisation décrite, un élément 4a de la surface de chauffa absorbant de la chaleur est placé dans .la partie supérieure du carneau 16 des gaz de fumées, derrière un surchauffeur 15 dans lequel la vapeur de service est surchauffée.
Dans la forme de réalisation suivant la fig.2, l'évaporateur 1 a la forme d'une chaudière à tubes de fùmées. Ces tubes de fumées 17 ne: sont pas complètement représentés pour plus de clarté. Les. éléments 4,4',4" ...., absorbant de la chaleur du circuit 3 ont ici la forme de tubes de refroidis-
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sèment de la chambre du foyer. Les éléments 5,5'5", placés entre ceux-ci et cédant de la chaleur, sont conduits dans la chambre dteau de la chaudière à vapeur 1.
Les barreaux de la grille plane 18 peuvent avoir une forme creuse et être raccordés au circuit du véhicule de chaleur. Ceci a l'avantage que la section de passage peut être relativement petite vu qu'un encrassement intérieur ntest pas possible de sorte que les barreaux de grille reçoivent également malgré le refroidissement des dimensionsminimes seulement et qu'il reste suffisamment de section.libre pour l'air de combustion.
Les éléments 5,5',5" cédant de la chaleur peuvent aussi être enroulés en hélice pour qu'on puisse se tirer d'affaire avec un espace aussi petit que possible.
La fig. 3 montre une autre forme de réalisation éco- nomisant encore de la place. Le mélange d'eau et de vapeur produit à partir du véhicule de chaleur s'écoule ici par le tuyau 19 dans le corps cylindrique 1 de vaporisation. A l'intérieur du corps cylindrique 1, on a raccordé, dans la chambre d'eau, au tuyau 19 un tube 20 qui est pourvu d'un certain nombre de petits trous et est entouré d'un tube-enveloppe extérieur 5. La conduite de retour 21 est raccordée au tube-enveloppe 5. Le mélange d'eau et de'vapeur sortant par les trous du tube 20 jaillit contre la paroi intérieure du tube-enveloppe 5, contre laquelle la vapeur est précipitée.
Pour la production de vapeur aussi séche que possible, il peut être avantageux de diviser aussi fortement que possible la surface de chauffe cédant de la chaleur et de la répartir autant que possible dans le contenu d'eau total du corps 'cylindrique 1. La fig.4 montre un exemple de cette forai de réalisation. La conduite d'amenée 19 se ramifie ici en quatre tubes 22 de petit diamètre, qui sont reliés de nouveau, à l'extiémité opposée, à un tube de retour 21 commun. Les tubes intermédiaires 22 peuventêtre reliés par des vissages 23 de façon détachable aux tubes d'arrivée et de départ 19 et 21, de sorte qu'on peut les remplacer facilement ou les débarrasser des incrustations.
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De même que la vaporisation, le réchauffage du fluide de travail peut également se faire par chauffage médiat.
Au lieu d'eau, on peut choisir également comme véhicule de chaleur d'autres liquides qui ont une. chaleur de vaporisation élevée. L'emploi de mercure par exemple ou d'un mélange de diphényl donne l'avantage que ces liquides se vaporisent déjà- sous une pression relativement basse à. une température élevée, de sorte que le circuit du véhicule de chaleur est placé seulement sous une pression minime.
La présente invention permet d'une manière simple un séchage de la vapeur de service à l'aide du véhicule de chaleur comme le montre la fig.5. On dispose à cet effet dans lè corps cylindrique 1 de vaporisation un tube.24 de prise de vapeur. Dans ce tube, se trouve placé un serpentin 25 parcouru par le véhicule de chaleur. Les particules de'li- uide éventuellement entraînées par la vapeur de service sont alors vaporisées, de sorte qu'il ne sort du corps cylindrique 1 que de la vapeur sèche.
Par suite de la température élevée du véhicule de chaleur, un réglage de la température de la vapeur chaude est possible également , comme le montre la f ig.6. Dans la conduite de vapeur 26, on a disposé un réservoir 27 contenant un serpentin 28 parcouru par.'le véhicule de chaleur. Dans ce réservoir, la vapeur de service est surchauffée complètement ou partiellement au préalable avant d'entrer dans le surchauffeur 15 proprement dit. La quantité de vapeur traversant le réservoir 27 est réglée en fonction de la température finale de la vapeur chaude par une ouverture plus ou moins grande de la vanne 29. La vapeur non chauffée au préalable se rend immédiatement au surchauffeur 15 en passant par la conduite de contournement 31 pouvant être obturée plus ou moins fortement par la vanne 30.