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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION pour "Dispositif de nettoyage d'échangeur de chaleur" par WILLIAM JOHN HOLDEN, The Old Rectory, SUCKLEY, Worcestershire (Grande-Bretagne). Priorité d'une demande de brevet déposée en Grande- Bretagne, le 20 juillet 1982, sous le NO 82 20958.
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Dispositif de nettoyage d'échangeur de chaleur.
La présente invention concerne un dispositif de nettoyage d'échangeur de chaleur.
Dans les chaudières dans lesquelles on utilise un combustible solide, même sous forme pulvérisée, il se forme inévitablement des dépôts de poussières véhiculées par l'air et d'autres produits de combustion et l'élimination de ces dépôts hors des surfaces concernées est une opération salissante et désagréable qui doit être effectuée idéalement chaque semaine. Si l'échangeur de chaleur d'une chaudière comporte des tubes-foyers s'étendant verticalement et à travers lesquels les produits de la combustion doivent voyager, il devient impossible de procéder au nettoyage.
L'objet principal de la présente invention est de faciliter le nettoyage de l'échangeur de chaleur vertical d'une chaudière à combustible solide.
En conséquence, suivant un premier aspect, la présente invention concerne une chaudière à combustible solide comportant un échangeur de chaleur comprenant des tubes disposés verticalement et dans lesquels doivent passer l'air chaud et les produits de la combustion ; des moyens allongés disposés à l'intérieur et le long de chacun de ces tubes ; de même qu'un moyen d'entraînement relié à tous ces moyens allongés et pouvant fonctionner pour amener ces derniers à se déplacer chaque fois que des dépôts meubles se forment sur les surfaces de ces tubes.
Le moyen d'entraînement précité pourrait être actionné manuellement, mais il est préférable qu'il comporte un moteur électrique.
Ce moyen d'entraînement qui est cependant actionné, peut être relié à un organe support auquel sont fixées les extrémités correspondantes des diffé-
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rents moyens allongés. Dans une forme de réalisation préférée, cet organe support est placé au-dessus des extrémités supérieures de ces tubes et les différents moyens allongés en descendent pour s'étendre le long de ces tubes.
Un objet subsidiaire de la présente invention est de conférer un certain degré de turbulence à l'air chaud et aux gaz de fumées lors de leur passage le long de ces tubes ; on comprendra que ce mélange d'air et de gaz de fumées ne sera pas amené à céder la plus grande quantité de chaleur possible si on le laisse simplement voyager le long d'un parcours d'écoulement rectiligne à travers ces tubes.
Pour réaliser cet objet subsidiaire, chacun des différents moyens allongés peut être une chaîne suspendue vers le bas à cet organe support et s'éten- dant à travers les tubes respectifs, les maillons mutuellement reliés de cette chaîne étant conçus de façon à créer, dans le mélange ascendant d'air et de gaz de fumées, un degré de turbulence facilitant l'extraction de la chaleur de ce mélange.
Dans une forme de réalisation généralement préférée de cette chaudière, chaque chaîne est reliée à l'organe support au moyen d'un dispositif à émerillon permettant, à toute la chaîne, d'effectuer un mouvement de rotation ou un mouvement angulaire sur son propre axe longitudinal imaginaire.
Telle qu'elle a été décrite ci-dessus, la chaudière suivant la présente invention peut comporter un foyer à alimentation sous grille du type à pot, une vis transporteuse rotative entraînée pour acheminer le charbon le long d'un tube et vers un vase clos surmonté par des tuyères qui sont reliées, au moyen d'une chambre de tranquillisation, à des moyens à tirage forcé acheminant l'air primaire à ce vase clos, de
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même qu'un dispositif au moyen duquel de l'air secondaire est dirigé par le dessus sur le lit de combustible (qui est supporté par ce vase clos).
Ce dispositif peut être sous forme d'une voûte dite réfléchissante ou il peut être incorporé à une telle voûte ; dans une forme de réalisation, cette voûte réfléchissante peut être une boîte creuse comportant des trous sur ou près de sa périphérie de telle sorte que l'air acheminé à l'intérieur de cette boîte soit soufflé vers le bas sur le lit de combustible, au moins une partie de la face inférieure de cette boîte creuse étant revêtue d'une matière réfractaire qui réfléchit la chaleur vers le bas sur le lit de combustible, améliorant ainsi la combustion.
Suivant une autre caractéristique importante, mais facultative de l'invention, certaines ou toutes les chaînes peuvent être suffisamment longues pour établir un contact avec et ainsi nettoyer d'autres parties de la chaudière se trouvant en dessous du niveau des extrémités inférieures de ces tubes ; ces autres parties peuvent englober le sommet de la voûte réfléchissante dont il est fait mention ci-dessus.
De préférence, le moyen d'entraînement amène les moyens allongés à décrire une orbite circulaire à l'intérieur des tubes respectifs. Ce mouvement orbital peut être obtenu en utilisant des manivelles (excentriques) placées de manière appropriée.
On décrira à présent brièvement une forme de réalisation donnée uniquement à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés donnant différentes vues d'une chaudière à combustible solide comportant certaines des caractéristiques décrites et illustrées dans les demandes de brevets britanniques publiées nO 2. 093. 960A et 2. 093.585A auxquelles on peut et doit se référer pour clarifier l'un ou l'autre point qui pour-
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rait ne pas être clair et qui ne fait pas partie du concept inventif à la base de la présente invention.
Dans les dessins annexés : la figure 1 est une coupe verticale d'une chaudière à combustible solide suivant la présente invention, cette coupe étant prise suivant la ligne
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1-1 de la figure 2 la figure 2 est une autre coupe verticale de cette chaudière, cette coupe étant prise suivant la ligne II-II de la figure 3 ; la figure 3 est une coupe horizontale de cette chaudière, cette coupe étant prise suivant la
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ligne III-III de la figure 2 la figure 4 est une vue partielle prise dans la direction de la flèche A de la figure 2, cette figure illustrant la chaudière précitée dont les deux couvercles supérieurs sont enlevés ; la figure 5 est une vue détaillée d'une chaîne reliée à un organe support ;
la figure 6 est une vue détaillée d'une partie du moyen d'entraînement allant à l'organe support ; et les figures 7 et 8 sont deux vues différentes d'un dispositif à émerillon au moyen duquel une chaîne est reliée à l'organe support.
Dans les dessins annexés, on représente une chaudière 5 comportant un échangeur de chaleur 10 ayant des tubes 11 disposés verticalement et à travers lesquels les gaz de fumées passent du lit de combustible (dont la position est indiquée par le chiffre de référence 12) au raccordement 13 des tubesfoyers. On constatera que, dans la forme de réalisation particulière illustrée, on prévoit vingt-cinq tubes 11 et qu'un organe support désigné d'une ma- nière générale par le chiffre de référence 14 est
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situé au-dessus des extrémités supérieures de ces tubes.
L'organe support 14 est relié à un assemblage 15 d'un moteur électrique et d'une boite d'engrenages et il est monté sur quatre dispositifs à manivelles excentriques 16 (un à chaque coin), l'assemblage de cet organe au moteur s'effectuant à l 1 intervention d'un gousset 17 dont une extrémité est fixée à l'organe 14 (par exemple, par soudage) et dont l'autre extrémité vient s'engager sur une manivelle 18 entraînée par le moteur précité à l'intervention de la boîte d'engrenages.
L'organe support illustré 14 est constitué de bandes de cornières soudées en un cadre qui, en plan, est de forme carrée. Deux jeux de tiges parallèles 19 sont assemblées de n'importe quelle manière désirée et appropriée (par exemple, par soudage) au cadre précité et elles sont disposées de telle sorte que les tiges d'un jeu croisent celles de l'autre.
Une chaîne 20 est suspendue à chaque point de croisement des jeux de tiges 19, formant ainsi vingt-cinq chaînes dans la forme de réalisation illustrée, et lion constatera dans les dessins que chaque point de croisement est placé (par rapport aux tubes respectifs 11 situés en dessous de l'organe support 14) de telle sorte que chaque chaîne 20 soit suspendue dans un des tubes respectifs 11 en entrant en contact avec la surface intérieure de ce tube et sur toute la longueur de ce dernier.
On a découvert qu'au cours de l'utilisation de la chaudière, il était souhaitable de relier chaque chaîne 20 à un point de croisement respectif au moyen dlun dispositif à émerillon 50 (figures 7 et 8) qui est bien connu en lui-même et qui est constitué de deux oeillets ou anneaux fermés 51, 52 qui sont solidarisés comme indiqué en 53 de façon à pouvoir tourner l'un par
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rapport à l'autre.
Lorsqu'on désire nettoyer les tubes 11, on actionne le moteur 15 afin de faire tourner la manivelle 18. La rotation de la manivelle 18 a pour effet de déplacer tout l'organe support sur ses dispositifs à manivelles excentriques 16 dans un plan horizontal et sur un parcours orbital conçu de telle sorte que chaque chaîne 20 se déplace sur la totalité ou pratiquement la totalité de la surface intérieure des tubes respectifs 11 pour ainsi en déloger toutes les cendres volantes et la suie.
La chaudière illustrée comporte, au-dessus du lit de combustible 12, une voûte réfléchissante 21 comprenant une boîte creuse 22 et un bloc 23 de matière réfractaire fixé sur la face inférieure de cette boîte. L'intérieur de la boîte 22 peut être relié, par un conduit 24, à un moyen à tirage forcé (non représenté) et ce tirage est dirigé vers le lit de combustible 12 par plusieurs ouvertures 25 pratiquées autour de la périphérie de cette boîte. Les chaînes 20 ou certaines de celles-ci peuvent éventuellement être suffisamment longues pour entrer en contact avec la surface 30 de la voûte réfléchissante, qui est dirigée vers le haut, ainsi qu'éventuellement avec d'autres surfaces de cette voûte ou du foyer.
On considère que l'utilisation de chaînes 20 comme dispositifs de nettoyage de tubes apporte une solution particulièrement nette au problème existant, puisqu'aussi bien ces chaînes font également office de moyen en vue de créer une turbulence dans ce qui, dans d'autres conditions, serait un parcours d'écoulement rectiligne d'un fluide chaud à travers les tubes concernés. Cette turbulence permet d'extraire une plus grande quantité de chaleur du fluide chaud. On pense que la forme ou la configuration
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même d'une chaîne (dont les maillons successifs se font face dans des directions différentes comme représenté en figure 7) créera le degré nécessaire de turbulence mais, au besoin, on peut ajouter, le long de la chaîne, de petits déflecteurs ou d'autres dispositifs (non représentés).
Même sans le dispositif à émerillon 50, une chaîne assurera un certain degré de nettoyage, mais on a trouvé qu'un type précis et invariable de nettoyage était obtenu et que ce type de nettoyage laissait des parties non nettoyées de la surface intérieure des tubes concernés. On a trouvé que l'utilisation d'un dispositif à émerillon 50 pour relier chaque chaîne 20 à son point de croisement respectif permettait, à chaque chaîne, d'effectuer un mouvement de rotation ou un mouvement angulaire sur son axe longitudinal imaginaire et ce, de manière parfaitement libre et désordonnée, ce mouvement angulaire et de rotation désordonné améliorant considérablement le nettoyage des tubes-foyers.
Suivant une autre caractéristique positive de la chaudière de la présente invention, les cendres volantes et la suie sont détachées plus aisément par les vibrations engendrées par l'organe support 14 lorsque celui-ci est amené à décrire son orbite circulaire, ces vibrations étant transmises par cet organe à l'échangeur de chaleur et à d'autres parties au moyen des dispositifs à manivelles excentriques 16.
Il a été stipulé ci-dessus que le moyen d'entraînement amenait préférentiellement les moyens allongés à décrire une orbite circulaire à l'inté- rieur des tubes respectifs. Bien entendu, au lieu de ce mouvement, ce moyen d'entraînement pourrait également faire tourner chaque moyen allongé ; cette rotation sur l'axe longitudinal imaginaire des moyens allongés aurait pour effet de soumettre au moins une
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partie de ceux-ci à une force centrifuge, assurant ainsi un bon effet de nettoyage.
Il est entendu que la chaudière 5 illustrée dans les dessins annexés comporte un foyer à alimentation sous grille du type à pot, un vase clos surmonté par des tuyères qui sont reliées à des moyens à tirage forcé, ainsi qu'un moyen transporteur à l'aide duquel le combustible (par exemple, le charbon) est acheminé à ce vase clos. Certaines de ces caractéristiques seulement sont illustrées afin de simplifier les dessins, les autres caractéristiques étant connues en soi d'après les demandes de brevets publiées dont il a été fait mention ci-dessus.