EP0277070B1 - Plaque tubulaire d'échangeur de générateur thermique - Google Patents

Plaque tubulaire d'échangeur de générateur thermique Download PDF

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EP0277070B1
EP0277070B1 EP88400165A EP88400165A EP0277070B1 EP 0277070 B1 EP0277070 B1 EP 0277070B1 EP 88400165 A EP88400165 A EP 88400165A EP 88400165 A EP88400165 A EP 88400165A EP 0277070 B1 EP0277070 B1 EP 0277070B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
end pieces
heat exchanger
tubes
refractory
fact
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP88400165A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0277070A1 (fr
Inventor
Jean-Claude Lelant
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lelant Jean-Claude
Engie SA
Original Assignee
Lelant Jean-Claude
Gaz de France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Lelant Jean-Claude, Gaz de France SA filed Critical Lelant Jean-Claude
Priority to AT88400165T priority Critical patent/ATE62340T1/de
Publication of EP0277070A1 publication Critical patent/EP0277070A1/fr
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Publication of EP0277070B1 publication Critical patent/EP0277070B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/06—Flue or fire tubes; Accessories therefor, e.g. fire-tube inserts
    • F22B37/08—Fittings preventing burning-off of the tube edges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments

Definitions

  • the invention relates to a heat generator heat exchanger comprising at least one tube plate. It will particularly find its application in the field of heating, in particular, among boiler builders, repairers and operators.
  • high power thermal generators operate from gaseous or liquid fuels.
  • a burner ensures the combustion of the fuel to obtain an optimum combustion efficiency.
  • the heat of the fumes produced is recovered to be communicated to a heat transfer fluid intended to transport the calories outside the thermal generator.
  • This energy transfer is carried out by means of an exchanger which must be completely sealed to avoid any transfer of the heat transfer fluid in the combustion fumes, while being very permeable to heat transfer.
  • the exchangers are in the form of a battery of tubes intended to be traversed internally by hot combustion fumes while the outside of the tubes are immersed in the heat transfer fluid.
  • This battery of tubes is arranged between two perforated tubular plates each receiving a fitted and welded end of the tube, the tubular plates dividing the volume of the heat-transfer fluid.
  • the tubular plate disposed on the upstream side with respect to the direction of flow of the hot gas fluid undergoes extremely high thermal stresses given the temperature differences encountered at this level. This is a fragile area which causes numerous operational incidents due to the alteration of the structure of the tubular plates on the parts which are most difficult to cool.
  • the thermal convention due to the gases in the tubes is important, hence a rise in temperature at the end of the tubes which, if it is not sufficiently cooled, heats up abnormally.
  • the metal loses its chemical and mechanical qualities and there first appears erosion caused by the passage of dust particles, then micro-cracks due to the disappearance of carbon or disorder in the crystal structure of the metal. These cracks develop on the tube from where a risk of loss of sealing and the need to replace damaged tubes.
  • Ceramic type refractory tips have the advantage of being able to withstand very high temperatures mechanically. However, they break easily and sweeping must be done very gently. An individual bonding of each of the end pieces must necessarily be made and no protection of the tube plate is obtained. During each periodic visit, the removal of each of the end pieces represents a tedious operation since it requires the take off of the end pieces and the cleaning of each of the tubes, the reuse of the end pieces is delicate, hence a high economic cost.
  • the protection of the tube plate is not ensured; in fact since there are clear spaces between each endpiece which are necessary to allow expansion of the assembly.
  • the nesting of circular shape does not allow to form a total cover of the tube plate. It is not very advantageous to protect too small a part of the tubular plate since the remaining part will form the zone favorable to the development of cracks.
  • the refractory cast iron end pieces offer only few advantages compared to the refractory end pieces described above.
  • document FR-A-910.528 discloses a heat exchanger with a tubular plate which comprises a series of perforations in which the tubes traversed by the hot combustion gases are fitted, said plate being intended to form a watertight bulkhead separation for the heat transfer fluid from the combustion gases.
  • the tubular plate comprises bricks, of refractory material, of polygonal section arranged at the ends of said tubes, and connected together by a refractory mortar.
  • combustion gas temperatures ranging from 1,000 to 1,900 ° C while the temperature of the heat transfer fluid flowing in the exchanger is generally between 90 and 200 ° C. Such temperature differences cause relative expansions of the different elements.
  • document FR-A-2,571,839 discloses another type of protection for tubular plates of heat exchangers.
  • the tubular plate is provided with metallic protective tubular pieces welded or mandrel at the ends of the tubes, and having a thin head of polygonal shape.
  • the main object of the present invention is to present a heat exchanger, comprising at least one tubular plate, particularly intended for the thermal generator, making it possible to overcome the drawbacks of known techniques and benefiting from reinforced protection compared to existing devices.
  • the protection can be concentrated at the ends of the tubes, that is to say typically the fragile zone, or be extended to the entire surface of the tube plate in order to avoid any risk of impact.
  • Another object of the present invention is to present a tubular plate, the design of which can be envisaged on existing thermal generators. No modification is necessary, only the adaptation of the refractory tips is to be made.
  • the heat exchanger comprising at least one tubular plate, intended to form a sealed partition for the heat transfer fluid with respect to the combustion gases, the said plate having a series of perforations in which are fitted with tubes traversed by said hot combustion gases, and having refractory end pieces, arranged at said ends of said tubes, is characterized in that the end pieces have nesting means, able on the one hand to allow a connection with neighboring tips and secondly to allow free expansion of the tip heads.
  • the invention also proposes an application of such a heat exchanger to a heat generator, such as in particular a heating boiler.
  • the present invention relates to a tubular heat exchanger heat exchanger plate. It will particularly find its application in the industry of boiler construction, repair and maintenance.
  • an exchanger is integrated in the boiler to form a sealed partition between the combustion fumes and the fluid coolant.
  • the exchanger is formed by a set of tubes distributed between two tubular plates, through which tubes the hot combustion gases are circulated.
  • the heat transfer fluid is arranged around the tubes between the tube plates to absorb calories.
  • refractory end pieces have been developed which are intended to be inserted at the end of the exchanger tubes to reduce the heat flow at this level. These refractory tips are fixed individually and it is necessary during each periodic visit to extract them to inspect the ends of the tubes. They then become unusable and must be replaced.
  • FIG. 1 diagrammatically shows a sectional view of a thermal generator 1 which comprises as a heat source a burner 2 which ensures the combustion of a fuel of any kind by forming a flame 3.
  • the heat of the combustion fumes is recovered by means of an exchanger 4 immersed in a heat transfer fluid 5. At the outlet of the exchanger 4, the fumes are collected in a discharge chimney 6.
  • the exchanger 4 is formed by a battery of tubes 7 arranged between tubular plates 8 and 9 which include perforations in which the tubes 7 are fitted, the hot combustion gases passing through the interior of the tubes 7.
  • the diagram of the thermal generator given in FIG. 1 is that for documentary purposes and many other designs of boilers can also be envisaged without departing from the scope of the present invention.
  • FIG. 2 represents the fixing of the end of the tubes 7 of the exchanger 4 on the tube plate 9.
  • the end of the tube 7 is slightly protruding to facilitate in particular the installation of a weld bead 10 for fixing the rooms. The thermal stresses encountered at this location are intense.
  • a refractory end piece 11 at the ends of the tubes 7 as illustrated in FIG. 3.
  • the refractory end pieces are generally fixed individually by bonding. They effectively protect the end of the tubes 7 on the other hand, the surface of the tubular plate 9 is not entirely covered by the said refractory end pieces 11 since they cannot be put in place contiguously to allow their free dilation. This is a serious shortcoming given precisely that the surfaces released from the tube plate 9 constitute sources of cracking.
  • the tubular plate 9 of the present invention has the main characteristic of being provided with refractory end pieces arranged at the ends of the tubes 7 provided with nesting means which ensure a connection with the neighboring tips.
  • FIG. 4 represents a refractory end piece 12 intended to be put in place at the end of the exchanger tubes 7 in a manner similar to traditional refractory end pieces.
  • nesting means makes it possible to avoid having to consider the systematic fixing of each of the refractory end pieces.
  • the refractory end pieces form an assembly and only the fixing of some of them is necessary to ensure that the assembly is held in place. Under these conditions, assembly and disassembly are facilitated. During the periodic inspection, it is no longer necessary to systematically replace all of the refractory end pieces, resulting in significant savings.
  • the refractory end pieces 12 have means for covering the neighboring end piece. This design increases the protection of the tube plate 9 since its surface has fewer open areas and even in certain circumstances described below, no open area.
  • FIG. 5 illustrates in top view an embodiment of the refractory end piece 12 according to the present invention.
  • FIG. 6 illustrates in longitudinal section view this same refractory end piece 12.
  • the end piece 12 traversed by a bore 13 comprises a body 14 intended to be fitted into the tube 7 of the exchanger 4.
  • This body 14 is surmounted by a head 15 which comprises a surface element 16 in cantilever and a remote surface element 17.
  • remote surface element 17 is meant a projecting part disposed at the base of the head 15, that is to say disposed towards the body 14 of the endpiece 12.
  • the cantilever surface element 16 and the offset surface element 17 are complementary, that is to say that they can be nested one under the other, and are arranged symmetrically on the head to allow the nesting of neighboring tips.
  • these means are in the form of a head 15 having oblique chamfers 16 and 17. These chamfers are complementary and their spacing corresponds to the spacing of the tubes 7 on the tube plate 9.
  • FIG. 7 illustrates the nesting of the refractory end pieces 12, the fixing of which is ensured by covering the head with the neighboring element.
  • the oblique contact surface allows expansion of the bit heads.
  • the blocking of all the refractory end pieces can be ensured under certain conditions by ensuring the bonding of a single element. However, for security reasons, it will be ensured, for example, by bonding one element in six or one element in ten depending on the geometry of the tubular plate and the holes it comprises.
  • FIG. 8 illustrates in front view the nesting of the refractory end pieces on a tubular plate 9.
  • the refractory end pieces have a head of circular section in which case slight interstices are still visible on the surface of the tubular plate 9.
  • the total covering of the surface of the tube plate 9 cannot be achieved with the use of refractory tips 12 with circular heads.
  • This property can also be obtained through the use of refractory end pieces having a square profile head as illustrated in FIG. 10.
  • the complete covering of the surface of the tubular plate 9 can be obtained. thanks to the use of a refractory nozzle fitted with a head of suitable polygonal profile.
  • the materials capable of being used to form the refractory end pieces according to the present invention are manifold in particular: cast iron, refractory cast iron, refractory steel, ceramic, fibrous materials.

Description

  • L'invention est relative à un échangeur de chaleur de générateur thermique comprenant au moins une plaque tubulaire. Elle trouvera tout particulièrement son application dans le domaine du chauffage, en particulier, chez les constructeurs de chaudières, réparateurs et exploitants.
  • Actuellement, les générateurs thermiques de forte puissance fonctionnent à partir de combustibles gazeux ou liquides. Un brûleur assure la combustion du combustible pour obtenir un rendement de combustion optimum.
  • Ensuite, la chaleur des fumées produites est récupérée pour être communiquée à un fluide caloporteur destiné à véhiculer les calories à l'extérieur du générateur thermique. Ce transfert d'énergie est réalisé au moyen d'un échangeur qui doit être totalement étanche pour éviter tout transfert du fluide caloporteur dans les fumées de combustion, tout en étant très perméable au transfert de chaleur.
  • Les échangeurs se présentent sous la forme d'une batterie de tubes destinés à être parcourus intérieurement par les fumées chaudes de combustion alors que l'extérieur des tubes baignent dans le fluide caloporteur. Cette batterie de tubes est disposée entre deux plaques tubulaires perforées recevant chacune une extrémité de tube emmanchée et soudée, les plaques tubulaires cloisonnant le volume du fluide caloporteur.
  • La plaque tubulaire disposée du côté amont par rapport au sens d'écoulement du fluide gaz chaud subit des contraintes thermiques extrêmement importantes étant données les différences de températures rencontrées à ce niveau. Il s'agit d'une zone fragile qui occasionne de nombreux incidents de fonctionnement dûs à l'altération de la structure des plaques tubulaires sur les parties les plus difficiles à refroidir.
  • En effet, la convention thermique due aux gaz dans les tubes est importante d'où une élévation de température au niveau de l'extrémité des tubes qui, si elle n'est pas suffisamment refroidie, s'échauffe anormalement. Avec la montée en température, le métal perd ses qualités chimiques et mécaniques et il apparait tout d'abord de l'érosion occasionnée par le passage des particules de poussière, puis des micro-fissures du fait de la disparition du carbone ou de désordre dans la structure cristalline du métal. Ces fissures se développent sur le tube d'où un risque de perte d'étanchéité et la nécessité du remplacement des tubes endommagés.
  • Cette dégradation se produit plus particulièrement à l'endroit de la chaudière où la température est importante. Ainsi, il est apparu indispensable de protéger les extrémités de tubes ainsi que la surface des plaques tubulaires pour lutter contre l'érosion et les micro-fissures.
  • C'est pour cela que sont apparus sur le marché les embouts réfractaires qui se présentent sous la forme d'insert disposé à l'extrémité des tubes d'échangeur pour diminuer le flux thermique à ce niveau. Il convient de protéger non seulement les extrémités de tubes mais également la plaque tubulaire étant donné que l'on rencontre bien souvent une transmission des fissures depuis le tube vers la dite plaque tubulaire qui doit, en cas de fissuration, être réparée ou même échangée.
  • Ces avaries occasionnent des frais importants avec arrêt de l'exploitation du générateur thermique durant les réparations. Généralement, le retubage partiel ou total avec parfois changement de la plaque tubulaire doit être réalisé. Si l'opération est trop onéreuse, le ferraillage complet du générateur est entrepris.
  • Les embouts réfractaires de type céramique présentent l'avantage de pouvoir résister mécaniquement à des températures très élevées. Par contre, ils se cassent facilement et le ramonage doit être effectué très délicatement. Un collage individuel de chacun des embouts doit nécessairement être fait et aucune protection de la plaque tubulaire n'est obtenue. Lors de chaque visite périodique, la dépose de chacun des embouts représente une opération fastidieuse étant donné qu'elle nécessite le décollage des embouts et le nettoyage de chacun des tubes, la réutilisation des embouts est délicate d'où un coût économique élevé.
  • En outre, la protection de la plaque tubulaire n'est pas assurée; en effet puisqu'il existe des interstices dégagés entre chaque embout qui sont nécessaires pour permettre une dilatation de l'ensemble. De plus, l'imbrication de forme circulaire ne permet pas de former une couverture totale de la plaque tubulaire. Il n'est pas très avantageux de protéger une trop petite partie de la plaque tubulaire étant donné que la partie restante formera la zone propice au développement des fissures.
  • On connait également les embouts réfractaires de type fibreux dont la forme est identique à celles des embouts réfractaires de type céramique. Les inconvénients sont sensiblement les mêmes que ceux énoncés précédemment; en particulier au sujet de la non protection de la plaque tubulaire.
  • Enfin, les embouts en fonte réfractaire n'offrent que peu d'avantages par rapport aux embouts réfractaires décrits précédemment.
  • Cela étant, on connait du document FR-A-910.528 un échangeur thermique avec une plaque tubulaire qui comprend une série de perforations dans lesquelles sont emmanchés les tubes parcourus par les gaz chauds de combustion, la dite plaque étant destinée à former une cloison étanche de séparation pour le fluide caloporteur vis-à-vis des gaz de combustion.
  • Selon ce document, la plaque tubulaire comprend des briques, de matériau réfractaire, de section polygonale disposées au niveau des extrémités des dits tubes, et reliées entre elles par un mortier réfractaire.
  • Une telle technique n'est pas sans poser de nombreux inconvénients inhérents à la fixation des briques et à leur dilatation.
  • Pour ce qui est de leur fixation, tous les embouts réfractaires sont assemblés entre eux pour former un mur protecteur réfractaire. Une telle fixation ne permet pas le démontage ni la récupération des embouts, et présente les inconvénients précités. Par ailleurs, étant donnée la constitution du dit mur protecteur, de nombreux problèmes de dilatation se posent étant donné le différentiel de température auquel d'une part est soumis le mur réfractaire et d'autre part les extrémités des tubes de l'échangeur.
  • En effet, il est courant d'avoir des températures de gaz de combustion allant de 1.000 à 1.900°C alors que la température du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur est quant à elle généralement comprise entre 90 et 200°C. De tels écarts de températures provoquent des dilatations relatives des éléments différentes.
  • Par ailleurs, on connait du document FR-A-2.571.839 un autre type de protection de plaques tubulaires d'échangeurs thermiques.
  • Dans ce cas, la plaque tubulaire est munie de pièces tubulaires de protection métalliques soudées ou mandrinées au niveau des extrémités des tubes, et présentant une tête mince de forme polygonale.
  • Là encore, on retrouve les problèmes inhérents à la fixation des embouts et à leur dilatation.
  • Le but principal de la présente invention est de présenter un échangeur de chaleur, comprenant au moins une plaque tubulaire, particulièrement destinée au générateur thermique, permettant de pallier les inconvénients des techniques connues et bénéficiant d'une protection renforcée par rapport aux dispositifs existants. La protection peut être concentrée au niveau des extrémités des tubes, c'est-à-dire typiquement la zone fragile, ou être étendue à l'intrégralité de la surface de la plaque tubulaire afin d'éviter tout risque d'incidence.
  • Contrairement à la fixation individuelle connue actuellement pour les embouts réfractaires, selon la présente invention, il est envisagé une fixation globale de l'ensemble des éléments ce qui constitue un gain de temps tant au montage qu'au démontage lors des visites périodiques. Par ailleurs, la réduction du nombre d'embouts réfractaires collés autorise une réutilisation des embouts non endommagés. Outre l'économie de main d'oeuvre, les pièces à remplacer lors de chaque visite sont sensiblement diminuées.
  • Un autre but de la présente invention est de présenter une plaque tubulaire dont la conception peut s'envisager sur les générateurs thermiques existants. Aucune modification n'est nécessaire, seule l'adaptation des embouts réfractaires est à faire.
  • Les avantages de l'utilisation de la présente invention se situent par conséquent aussi bien sur un plan économique avec une réduction importante de coût que sur un plan technique avec un renforcement de la protection de la plaque tubulaire et une sécurité de fonctionnement accru.
  • Selon la présente invention, l'échangeur de chaleur comprenant au moins une plaque tubulaire, destinée à former une cloison étanche de séparation pour le fluide caloporteur vis-à-vis des gaz de combustion, la dite plaque présentant une série de perforations dans lesquelles sont emmanchés des tubes parcourus par les dits gaz chauds de combustion, et présentant des embouts réfractaires, disposés au niveau des dites extrémités des dits tubes, est caractérisé par le fait que les embouts présentent des moyens d'imbrication, aptes d'une part à permettre une liaison avec les embouts voisins et d'autre part à autoriser une libre dilatation des têtes d'embouts.
  • L'invention propose également une application d'un tel échangeur thermique à un générateur thermique, tel que notamment chaudière de chauffage.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels:
    • la figure 1 schématise en vue de coupe un générateur thermique,
    • la figure 2 représente en vue de coupe la fixation de l'extrémité d'un tube d'échangeur sur la plaque tubulaire,
    • la figure 3 illustre en vue de face la mise en place d'embouts réfractaires de type traditionnel aux extrémités de tubes d'échangeur,
    • la figure 4 représente en perspective un embout réfractaire selon un mode d'exécution de la présente invention,
    • la figure 5 représente en vue de dessus l'embout réfractaire de la figure 4,
    • la figure 6 illustre en vue de coupe longitudinale l'embout réfractaire de la figure 5,
    • la figure 7 schématise l'imbrication des embouts réfractaires selon la présente invention,
    • la figure 8 représente en vue de face la mise en place d'embouts réfractaires à tête circulaire sur une plaque tubulaire,
    • la figure 9 schématise la mise en place d'embouts réfractaires à tête hexagonale sur une plaque tubulaire,
    • la figure 10 schématise la mise en place d'embouts réfractaires à tête carrée sur une plaque tubulaire.
  • La présente invention vise une plaque tubulaire d'échangeur de générateur thermique. Elle trouvera tout particulièrement son application dans l'industrie de la construction de chaudières, de la réparation et de la maintenance.
  • La chaleur des gaz de combustion d'un générateur thermique n'étant généralement pas directement exploitable, il est nécessaire de procéder à un transfert des calories vers un fluide caloporteur. Pour cela, un échangeur est intégré dans la chaudière pour former un cloisonnement étanche entre les fumées de combustion et le fluide caloporteur. L'échangeur est formé d'un ensemble de tubes répartis entre deux plaques tubulaires, à travers lesquels tubes on fait circuler les gaz chauds de combustion. Le fluide caloporteur est disposé autour des tubes entre les plaques tubulaires pour absorber les calories.
  • A l'entrée des tubes de l'échangeur, le flux thermique est intense puisqu'aucun refroidissement préalable du flux des fumées de combustion n'est assuré. Aussi, on assiste à une élévation de température très importante dans cette zone par ailleurs très difficile à refroidir. Cette élévation de la température provoque une diminution des propriétés mécaniques et chimiques du métal employé pour la construction de la plaque tubulaire et des tubes.
  • Plus précisément, on assiste à une érosion rapide de l'extrémité des tubes en raison du passage de particules solides résiduelles de combustion. Il se produit également des micro-fissures occasionnées par un déficit de carbone ou un désordre dans la structure cristalline du métal. Ces fissures se propagent depuis le tube vers la plaque tubulaire et si le remplacement du tube n'est pas réalisé à temps, il convient de procéder également à l'échange de la plaque tubulaire fissurée. Ces incidents sont coûteux et provoquent des arrêts d'exploitation importants.
  • Pour accroitre la longévité des échangeurs de générateur thermique, il a été mis au point des embouts réfractaires destinés à être insérés à l'extrémité des tubes d'échangeur pour diminuer le flux thermique à ce niveau. Ces embouts réfractaires sont fixés individuellement et il est nécessaire lors de chaque visite périodique de les extraire pour inspecter les extrémités de tubes. Ils deviennent alors inutilisables et doivent être remplacés.
  • Un autre inconvénient également lié à cette conception individuelle des embouts réfractaires est l'absence de protection totale de la plaque tubulaire. En effet, de nombreux interstices sont laissés à jour entre les embouts réfractaires d'une part pour des raisons de dilatation et d'autre part en raison de leur conception circulaire qui n'autorise pas une imbrication totale.
  • La figure 1 schématise en vue de coupe un générateur thermique 1 qui comprend comme source de chaleur un brûleur 2 qui assure la combustion d'un carburant de nature quelconque en formant une flamme 3.
  • La chaleur des fumées de combustion est récupérée au moyen d'un échangeur 4 baignant dans un fluide caloporteur 5. En sortie d'échangeur 4, les fumées sont collectées dans une cheminée d'évacuation 6.
  • L'échangeur 4 est formé d'une batterie de tubes 7 disposés entre des plaques tubulaires 8 et 9 qui comprennent des perforations dans lesquelles les tubes 7 sont emmanchés, les gaz chauds de combustion parcourant l'intérieur des tubes 7.
  • La partie amont de l'échangeur 4, c'est-à-dire au niveau de la plaque tubulaire 9, la température des fumées peut être importante, l'extrémité de la flamme du brûleur pouvant même y accéder, ce qui peut provoquer d'importantes dégradations du métal compte tenu que la température se situe généralement entre 1.000 et 1.900°C.
  • Le schéma du générateur thermique donné à la figure 1 l'est qu'à titre documentaire et de nombreuses autres conceptions de chaudières peuvent également être envisagées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
  • La figure 2 représente la fixation de l'extrémité des tubes 7 de l'échangeur 4 sur la plaque tubulaire 9. L'extrémité du tube 7 est légèrement saillante pour faciliter notamment la mise en place d'un cordon de soudure 10 de fixation des pièces. Les contraintes thermiques rencontrées à cet endroit sont intenses.
  • Selon la conception traditionnelle de construction des générateurs thermiques, on dispose un embout réfractaire 11 aux extrémités des tubes 7 tel qu'illustré à la figure 3. Les embouts réfractaires sont fixés individuellement généralement par collage. Ils protègent efficacement l'extrémité des tubes 7 par contre, la surface de la plaque tubulaire 9 n'est pas recouverte en totalité par les dits embouts réfractaires 11 étant donné qu'ils ne peuvent être mis en place de façon jointive pour autoriser leur libre dilatation. Il s'agit d'une lacune grave étant donné précisément que les surfaces dégagées de la plaque tubulaire 9 constituent des sources de fissuration.
  • Pour lutter contre cet inconvénient, la plaque tubulaire 9 de la présente invention présente comme caractéristique principale d'être munie d'embouts réfractaires disposés aux extrémités des tubes 7 dotés de moyens d'imbrication qui assurent une liaison avec les embouts voisins.
  • La figure 4 représente un embout réfractaire 12 destiné à être mis en place à l'extrémité des tubes d'échangeur 7 de façon analogue aux embouts réfractaires traditionnels. Toutefois, la présence de moyens d'imbrication permet d'éviter de devoir envisager la fixation systématique de chacun des embouts réfractaires.
  • Selon la présente invention, les embouts réfractaires forment un ensemble et seule la fixation de certains d'entre eux est nécessaire pour assurer le maintien en place de l'ensemble. Dans ces conditions, le montage et le démontage sont facilités. Lors de la visite périodique, il n'est plus nécessaire de procéder au remplacement systématique de l'ensemble des embouts réfractaires d'où une économie sensible.
  • De plus, les embouts réfractaires 12 selon la présente invention présentent des moyens de recouvrement de l'embout voisin. Cette conception accroit la protection de la plaque tubulaire 9 puisque sa surface présente moins de zones dégagées et même dans certaines circonstances décrites par la suite, aucune zone dégagée.
  • La figure 5 illustre en vue de dessus un mode de réalisation de l'embout réfractaire 12 selon la présente invention. La figure 6 illustre en vue de coupe longitudinale ce même embout réfractaire 12.
  • L'embout 12 traversé par un alésage 13 comporte un corps 14 destiné à être emboité dans le tube 7 de l'échangeur 4. Ce corps 14 est surmonté d'une tête 15 qui comporte un élément de surface 16 en porte-à-faux et un élément de surface déporté 17. Par élément de surface déporté 17, il faut entendre une partie saillante disposée à la base de la tête 15 c'est-à-dire disposée vers le corps 14 de l'embout 12.
  • L'élément de surface en porte-à-faux 16 et l'élément de surface déporté 17 sont complémentaires, c'est-à-dire qu'ils peuvent s'imbriquer l'un sous l'autre, et sont disposés symétriquement sur la tête pour permettre l'imbrication d'embouts voisins.
  • Selon une réalisation préférentielle de l'invention, ces moyens se présentent sous la forme d'une tête 15 présentant des chanfreins obliques 16 et 17. Ces chanfreins sont complémentaires et leur écartement correspond à l'écartement des tubes 7 sur la plaque tubulaire 9.
  • La figure 7 illustre l'imbrication des embouts réfractaires 12 dont la fixation est assurée par recouvrement de la tête par l'élément voisin. La surface de contact oblique autorise la dilatation des têtes d'embouts.
  • Le blocage de l'ensemble des embouts réfractaires peut être assuré dans certaines conditions en assurant le collage d'un seul élément. Toutefois, pour des raisons de sécurité, on assurera la fixation par exemple par collage d'un élément sur six ou d'un élément sur dix selon la géométrie de la plaque tubulaire et des perçages qu'elle comporte.
  • La figure 8 illustre en vue de face l'imbrication des embouts réfractaires sur une plaque tubulaire 9. Dans l'exemple choisi, les embouts réfractaires présentent une tête de section circulaire auquel cas de légers interstices sont encore visibles à la surface de la plaque tubulaire 9. Malgré une disposition en quinconce des tubes 7 de l'échangeur, le recouvrement total de la surface de la plaque tubulaire 9 ne peut être réalisé avec l'emploi d'embouts réfractaires 12 à tête circulaire.
  • Il est néanmoins possible d'obtenir un recouvrement intégral de la surface de la plaque tubulaire 9 grâce à l'emploi d'embouts réfractaires 19 dont la tête présente un profil hexagonal tel qu'illustré à la figure 9.
  • Cette propriété peut également être obtenue grâce à l'emploi d'embouts réfractaires présentant une tête à profil carré tel qu'illustré à la figure 10. D'une façon générale, le recouvrement intégral de la surface de la plaque tubulaire 9 peut être obtenu grâce à l'emploi d'un embout réfractaire muni d'une tête de profil polygonal approprié.
  • Les matériaux susceptibles d'être utilisés pour former les embouts réfractaires selon la présente invention sont multiples en particulier: fonte, fonte réfractaire, acier réfractaire, céramique, matériaux fibreux.

Claims (9)

1. Echangeur de chaleur comprenant au moins une plaque tubulaire (9), destinée à former une cloison étanche de séparation pour le fluide caloporteur (5) vis-à-vis des gaz de combustion (3), la dite plaque (9) présentant une série de perforations dans lesquelles sont emmanchés des tubes (7) parcourus par les dits gaz chauds (3) de combustion, et présentant des embouts réfractaires (12; 19; 20), disposés au niveau des dites extrémités des dits tubes (7), caractérisé par le fait que les embouts (12; 19; 20) présentent des moyens d'imbrication, aptes d'une part à permettre une liaison avec des embouts voisins (12; 19; 20) et d'autre part à autoriser une libre dilatation des têtes (15) d'embouts.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens d'imbrication sont constitués par la tête (15) de chaque embout (12; 19; 20), qui présente un élément de surface (16) en porte-à-faux et un élément (17) de surface déportée, complémentaires et disposés symétriquement sur la tête, aptes à permettre le recouvrement de l'embout voisin et autoriser la dite dilatation.
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le profil de la dite tête (15) est telle que ses chants soient sensiblement parallèles entre eux, et au moins en partie oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'embout afin de s'imbriquer l'un sous l'autre.
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les moyens se présentent sous la forme d'une tête (15) circulaire munie de chanfreins obliques (16, 17).
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'écartement des chanfreins (16, 17) correspond à l'écartement des tubes (7) sur la plaque tubulaire (9).
6. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les embouts (12; 19; 20) sont dotés de chanfreins obliques (16, 17) qui assurent un recouvrement et une imbrication de l'ensemble des embouts pour former un écran total de la plaque tubulaire (9).
7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la tête (15) des embouts réfractaires (19) présente un profil hexagonal.
8. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la tête (15) des embouts réfractaires (20) présente un profil carré.
9. Générateur thermique, tel que notamment chaudière, équipé d'un échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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