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CHAUDIERE A CHAUFFAGE INDIRECT COMPORTANT UN ECHANGEUR DE CHALEUR INCORPORE
AU COLLECTEUR.
La présente invention est relative à une chaudière à chauffage indirect, comportant, incorporé au collecteur, un échangeur de chaleur entre deux fluides.
Il est notoire que la circulation de l'eau dans une chaudière entraîne deux inconvénients: d'une part, des incrustations dues aux dépôts laissés par l'eau et, d'autre part, des corrosions chimiques résultant de la condensation des fumées lorsque la température dans les conduites est inférieure au point de condensation. Ce dernier inconvénient est particulièrement grave lorsque, comme cela se produit dans les installations de chauffage, la température de l'eau à l'entrée est très basse. Les chaudières de ce type sont construites en fonte et quelquefois méme en cuivre ou en acier inoxydable, en vue d'éviter les corrosions chimiques.
Il y a lieu de tenir compte également de l'inconvénient résultant du fait que les condensations forment avec les acides et la suie , des couches isolantes, qui constituent de très mauvais conducteurs de la chalsur.
La présente invention a pour objet une chaudière en acier de construction fort simple, susceptible d'éviter, en maintenant un rendement élevé, les incrustations calcaires dans les tubes, et partant tout danger d'explosion, ainsi que lescorrosions chimiques dues à l'action des fumées.
La chaudière suivant l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'elle comporte une circulation d'eau à cycle fermé et des éléments tubulaires, parcourus par le liquide à chauffer ou à vaporiser, dispo- sés à l'intérieur du collecteur de la chaudière, de manière à éviter les incrustations dans les éléments de cette dernière et à permettre la réalisation d'une circulation rapide et active de l'eau, ce qui, dans le cas des chaudières à haute ou à basse pression, permet de réduire la différence de
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température entre l'eau qui sort des tubes bouilleurs et celle qui entre par les tubes de descente,de façon que cette dernière ait une température supérieure au point de condensation.
L'invention sera du reste mieux comprise par la description de formes de réalisation, donnée ci-après, à titre d'exemples non limitatifs et avec référence aux dessins annexés.
La figure I est une vue schématique en élévation et en coupe partielle d'un détail d'une première forme de réalisation d'une chaudière se lon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe d'une conduite de l'échangeur de chaleur et comportant des ondulations pour les dilatations thermi- que s
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de conduite de l'échangeur.
La figure 4 représente un détail de l'extrémité de la conduite de l'échangeur. les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de deux formes de réalisation d'un collecteur multitubulaire avec échangeur pour l'eau de chauffage et de vaporisation.
La figure 7 est une vue schématique d'un collecteur multitubulaire avec échangeur pour la production de vapeur.
La figure 8 est une vue schématique en coupe transversale d'une chaudière à circulation principale d'eau chaude.
La figure I représente la partie supérieure d'une chaudière à un seul collecteur A dans lequel débouchent manière connue, des tubes B d'amenée et de descente de l'eau. La référence I indique le niveau de l'eau dans le collecteur A, la zone supérieure étant occupée par la vapeur. Le collecteur A comporte deux ouvertures cylindriques opposées et bridées, 2 et 3, avec lesquelles coopèrent respectivement les plaques 4 et 5 solidai- , res des extrémités des tubes 6 traversant horizontalement le collecteur et constituant un échangeur de chaleur. Dans les conduites 6 circule l'eau à chauffer ou à vaporiser qui, entrant par le raccord bridé 7, sort par le raccord 8 pour recevoir son utilisation.
L'eau de la chaudière effectue en conséquence une circulation limitée au collecteur A et aux tubes B d'amenée et de descente de l'eau. La vapeur produite dans le collecteur A cède ses calories au liquide à utiliser qui passe par les conduites 6, se condense sur celle-ci et retombe dans le collecteur. La circulation, étant donné le parcours limité et les pertes de charge restreintes, est particulièrement active dans le cas de chaudière à haute pression, ce qui permet de limiter la différence de température entre l'eau d'entrée dans le collecteur A et l'eau contenue dans les parties inférieures des tubes de descente B; la température minima étant en tout cas supérieure au point de condensation de l'eau, on évite par conséquent la formation de condensation corrosives à la surface des tubes en contact avec les gaz.
Les conduites 6 peuvent être pourvues d'ondulations ou d'autres caractéristiques similaires (voir fig. 2) servant à préserver l'ensemble contre les sollicitations exercées par les dilatations thermiques de toute genre.
Selon la forme de réalisation représentée à la fig. 3, le collecteur A' comporte une seule ouverture bridée 2', tandis que la plaque 4', coopérant avec ladite ouverture, soutient une des extrémités d'éléments tubulaires 6' qui, étant réunis par couple à leur autre extrémité au moyen d'un raccord 9, forment des tubes en U.
L'eau pénètre par la conduite 7' et sort par la conduite 8' .
Ces deux conduites sont portées par un élément à deux chambres séparées, représentant l'une le collecteur d'entrée, l'autre, celui de sortie des différentes conduites 6'. Ces dernières comportent chacune un bouchon d'ex-
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trémité 10, amovible et permettant l'élimination des incrustations. les conduites 6' sont ainsi accessibles à leurs extrémités, l'échangeur de cha- leur pouvant être rapidement séparé du collecteur.
La fig. 4 donne une variante de raccordement des extrémités destubes de l' échangeur . Ces tubes 6" sont directement reliés entre eux et présentent à leur extrémité commune un seul bouchon d'inspection 10".
La fig. 5 représente un détail d'un collecteur de type à éléments tubulaires multiples 12 communiquant d'une part, entre eux, d'au- tre part, avec les tubes de descente 14 au moyen de raccords verticaux et, horizontaux 13. Un tube d'eau ou bouilleur 15 est en communication avec un élément intermédiaire 12. les deux éléments 12, les plus hauts placés, sont pourvus chacun d'un échangeur de chaleur à tube longitudinal 16, du type représenté aux fig. 1 à 4, par exemple. L'eau sénétre par l'embouchu- re 17, parcourt les tubes de l'échangeur de ganche, passe ensuite par le rac- cord de droite et sort par la conduite 19 vers le lieu de son utilisation.
Ie s tubes 16 de l'échangeur se trouvent dans la zone de la vapeur du collecteur, la surface du liquide, indiquée par le tube de niveau
20, se maintenant en un point situé entre les éléments 12 inférieurs et les éléments 12 intermédiaires..
La forme de réalisation de la fig. 6, dans laquelle lesor- ganes correspondant à ceux de la fig. 5 sont marqués par les mêmes signes de référence accompagnés d'une apostrophe, est analogue en ce qui concerne les éléments tubulaires du collecteur. Les éléments tubulaires 12' sont toutefois situés é des hauteurs différentes, de façon à obtenir, malgré la variation de niveau, une surface de vaporisation pratiquement constante, ou, tout au plus, soumise à des variations fort limitées.
Sur les fig. 5 et 6, 21 et 21' représentent respectivement une conduite appelée à relier les éléments tubulaires 12 et 12' supérieurs La fig. 7 montre un collecteur multitubulaire, du genre représenté à la fig. 6, dont les parties correspondantes sont marquées par les mêmes signesde référence accompagnés de deux apostrophes ; toutefois le collecteur de la fig. 7 comporte un échangeur de chaleur avec l'eau de chauffage, échangeur qui à son tour est solidaire d'un autre collecteur dans lequel s'opère la séparation entre la vapeur et l'eau chauffée dans l'échangeur, pour une ultérieure production de vapeur. le collecteur du liquide destiné à la vaporisation est également du genre multitubulaire, dont les éléments 22 communiquent entre eux par des raccords 23.
Dans l'exemple représenté, les éléments 22 sont prévus au nombre de quatre et sont situés, les uns par rapport aux autres, à angle droit. La conduite 19" de sortie de l'échangeur 16" est raccordée' à un des éléments 22 supérieurs, c'est-à-dire qu'elle atteint la zone de vaporisation, le niveau liquide révélé par l'indicateur 24 étant en fait situé entre les éléments supérieurs et inférieurs. La conduite 17" de sortie du collecteur séparateur supérieur et amenant l'eau à l'entrée de l'échangeur 16", part en revanche de l'un des éléments 22 inférieurs. La vapeur engendrée sort par l'embouchure 25, tandis que l'eau de condensation rentre dans le sépateur par la conduite 26.
La figure 8 représente une chaudière à eau chaude pour thermosiphon. La chaudière est constituée par des tubes d'eau 27, disposés de manière à réaliser une chambre intérieure pour le passage des fumées. Les tubes d'eau 27 sont reliés à leur extrémité inférieure, avec le tube collecteur 28 et, à leur extrémité supérieure, avec l'élément tubulaire collecteur 29 communiquant, par l'intermédiaire du tube ascendant 30, avec un récipient d'expansion non représenté. Iss tubes de descente sont indiqués par 31.
Les conduites longitudinales 32 de l'échangeur de chaleur, qui passent dans le collecteur sont immergées dans l'eau chaude de la chaudière, et sont elles-mêmes parcourues par l'eau d'utilisation, qui sort à l'extrémité de la conduite 33 pour rejoindre les radiateurs de chauffage à eau chaude, un deuxième récipient d'expansion faisant partie du circuit des thermosiphons. L'eau d'alimentation de la chaudière est débitée par la con-
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duite 34.-
Selon les solutions proposées et schématisées aux fig. 5, 6' et 7, les conduites 16 de l'échangeur sont situées de manière telle que les gouttes de l'eau condensée à l'extérieur desdites conduites tombent directement dans le collecteur sans rencontrer d'autres tubulures, ce qui permet de donner à l'échangeur une plus grande efficacité.
Dans les chaudières industrielles, le faisceau tubulaire de l'échangeur thermique ne pourrait être convenablement disposé avec un seul collecteur, car ledit faisceau tubulaire occuperait une bonne partie du volume disponible et permettrait le passage de l'eau dans l'espace normalement réservé à la chambre de la vapeur, ce qui provoquerait ainsi une instabilité de niveau et des entraînements d'eau dans la conduite de vapeur.
Dans les chaudières du genre multitubulaire illustré aux fig. 5, 6 et 7, cet inconvénient peut être évité en aménageant :Les conduites de l'échangeur dans les éléments tubulaires les plus hauts placés.
Il est évident que., sans sortir du cadre de la présente demande de brevet, bien des modifications de détails pourraient être apportées à la forme de réalisation décrite ci-avant et représentée aux dessins.
REVENDICATIONS.
I. Chaudière à chauffage indirect, caractérisée en ce qu'elle comprend une circulation d'eau à cycle fermé et des éléments tubulaires parcourus par le liquide à chauffer et à vaporiser, disposés à l'intérieur du collecteur de la chaudière de manière à éviter les incrustations dans les éléments de la chaudière et à permettre l'obtention d'une circulation très active et rapide de l'eau de la chaudière ce qui, dans le cas d'une chaudière à haute ou à basse pression, permet de réduire la différence de température entre l'eau sortant des tubes bouilleurs et celle entrant par les tubes de descente, de façon que cette dernière soit maintenue à une température supérieure au point de condensation.