EP0798469B1

EP0798469B1 - Device for feeding pressurised water to the water source of a steam injector

Info

Publication number: EP0798469B1
Application number: EP19970400639
Authority: EP
Inventors: Guy-Marie Gautier; Patrick Aujollet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: DE69722067T2; FR2746484B1; FR2746484A1; EP0798469A1; DE69722067D1; US5896435A

Description

DOMAINE D'APPLICATIONAPPLICATION DOMAIN

La présente invention a pour objet un dispositif d'injection d'eau dans un réservoir sous pression à l'aide d'une source de vapeur. Généralement ce réservoir sous pression est constitué du ballon de production de vapeur des chaudières à vapeur. De tels ballons sont par exemple les générateurs de vapeur que l'on rencontre habituellement dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression, ou la cuve d'un réacteur à eau bouillante, ou bien toute centrale thermique produisant de la vapeur. L'intérêt de ce dispositif est de pouvoir injecter de l'eau dans ces réservoirs produisant de la vapeur en utilisant la vapeur elle-même, à partir d'un réservoir d'eau maintenu à basse pression comme par exemple la pression atmosphérique. Une application particulière de ce dispositif est une alimentation de secours de générateur de vapeur dans une installation nucléaire.The present invention relates to a device for injecting water into a reservoir under pressure using a steam source. Usually this pressure tank consists of the balloon steam production from steam boilers. Such balloons are for example the steam generators that we usually meet in reactors nuclear pressurized water, or the tank of a boiling water reactor, or any central thermal generating steam. The interest of this device is to be able to inject water into these tanks producing steam using the steam itself, from a water tank maintained at low pressure such as pressure atmospheric. A particular application of this device is a backup power supply of steam generator in a nuclear facility.

ÉTAT DE L'ARTSTATE OF THE ART

Dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression, un des dispositifs de sécurité est constitué par une alimentation de secours des générateurs de vapeur. Cette alimentation de secours est utilisée principalement pour l'évacuation de la chaleur résiduelle lorsque le réacteur nucléaire est à l'arrêt. Cette alimentation a pour rôle d'apporter de l'eau au générateur de vapeur quand l'alimentation normale est défaillante. En raison de la mission qui est confiée à l'alimentation de secours, celle-ci doit être très fiable. Sur les centrales nucléaires, cette alimentation de secours est réalisée à l'aide de moto-pompes électriques ou de turbo-pompes. Ces dispositifs sont de conception délicate en raison des pièces tournantes, et certains sont dépendants de sources électriques. Pour rendre passive l'alimentation de secours des générateurs de vapeur (c'est-à-dire supprimer les pièces tournantes et l'alimentation électrique), on a cherché à utiliser des injecteurs à vapeur. Ces appareils utilisent l'énergie de la vapeur du générateur à vapeur pour élever la pression de l'eau du réservoir à basse pression à une pression supérieure à celle de la vapeur.In nuclear water reactors pressure, one of the safety devices is constituted by an emergency power supply generators steam. This backup power is used mainly for heat removal residual when the nuclear reactor is shut down. The role of this diet is to bring water to steam generator when normal power is faulty. Because of the mission entrusted to backup power, this one must be very reliable. On nuclear power plants, this backup power is achieved using motor pumps electric or turbo-pumps. These devices are delicate design because of the parts rotating, and some are dependent on sources electric. To make the feeding of rescue steam generators (ie remove rotating parts and power electric power), we have sought to use injectors steam. These devices use the energy of the steam steam generator to raise the pressure of the water from low pressure tank to higher pressure to that of steam.

Nous rappellerons tout d'abord le principe de fonctionnement d'un injecteur à vapeur en nous référant à la figure 1. La vapeur arrive en pression par le tuyau 1 et est détendue au travers d'un rétrécissement 2, suivi d'une tuyère 3. A la fin de cette tuyère, l'eau liquide et froide arrive à une pression inférieure à celle de la vapeur. Généralement cette arrivée d'eau s'effectue grâce à un espace annulaire 4. L'eau est amenée à cet espace annulaire par un conduit 14 sur lequel se trouve une vanne 15 pour régler le débit. Dans la suite de la description, l'arrivée d'eau liquide par ce tuyau 14 sera dénommée source de l'injecteur. La vapeur cède son énergie à l'eau en se mélangeant à celle-ci dans une chambre de mélange 5. Cette chambre de mélange est généralement de forme conique et converge vers un col 6. A cet endroit la vapeur s'est toute condensée, le mélange est total, et toute l'eau est dans l'état liquide avec une très forte vitesse, pouvant parfois même atteindre une vitesse sonique. Après le passage du col 6, la forte énergie cinétique se transforme en énergie de pression. Le diffuseur 7 en sortie du col 6 permet d'accroítre la pression de sortie. La valeur de pression atteinte en sortie 8 du diffuseur est supérieure à la pression d'entrée de la vapeur motrice en 1. Ce type d'injecteur à vapeur fonctionne très bien pour une gamme de pression de vapeur inférieure à 15 ou 20 bars.We will first recall the principle of operation of a steam injector in us Referring to Figure 1. Steam comes under pressure through the pipe 1 and is relaxed through a shrinkage 2, followed by a nozzle 3. At the end of this nozzle, liquid and cold water arrives at a lower pressure than the steam. Usually this water supply is made thanks to a space annular 4. The water is brought to this annular space by a conduit 14 on which there is a valve 15 to adjust the flow. In the following description, the arrival of liquid water through this pipe 14 will be called source of the injector. Steam gives way to energy water by mixing with it in a chamber of mixture 5. This mixing chamber is usually conical shape and converges to a collar 6. At this point the steam has condensed, the mixture is total, and all the water is in the liquid state with a very high speed, sometimes even reaching a sonic speed. After the passage of pass 6, the strong kinetic energy is transformed into pressure energy. The diffuser 7 at the exit of the neck 6 makes it possible to increase the outlet pressure. The pressure value reached in outlet 8 of the diffuser is greater than the pressure input of the driving steam in 1. This type of injector Steam works very well for a range of vapor pressure less than 15 or 20 bar.

Dans un exemple réel, une pression de 7,25 bars jusqu'au retrécissement 2, du 8 bars au col 6, et inférieure à 0,5 bars entre les deux fut constaté.In a real example, a pressure of 7.25 bars to shrinkage 2, from 8 bars to pass 6, and less than 0.5 bar between the two was found.

Pour des pressions supérieures, le fonctionnement de l'injecteur à vapeur nécessite des drains, c'est-à-dire des prélèvements d'eau situés au niveau de la chambre de mélange 5. Ainsi la société ENEL en Italie a présenté à Plaisance (Piacenza) en Italie lors de l' ''European two phases flow Top Meeting" en juin 1994, un injecteur à vapeur comportant deux drains. Cet injecteur est représenté sur la figure 1A. Sur cette figure on reconnaít le même type d'injecteur que la figure 1, mais avec les deux drains, l'un 10 situé vers le milieu de la chambre de mélange 5, l'autre 12, situé aux environs du col 6. Pour obtenir une pression d'eau de plusieurs dizaines de bars en sortie 8 de l'injecteur, il faut une source d'eau 14 avec une légère pression de quelques bars et un léger soutirage d'eau au drain 12. Le démarrage de l'injecteur est assez difficile car pendant la période d'amorçage, il faut effectuer un soutirage aux drains 10 et 12 et régler les débits soutirés par les vannes 11 et 13, ainsi que le débit de la source 14 à l'aide de la vanne 15. Une fois l'injecteur amorcé, il est possible de fermer le drain 10 à l'aide de la vanne 11. Cet injecteur permet d'alimenter en continu un générateur de vapeur dont la pression peut être de 60 bars, avec une source d'eau à une pression de quelques bars ; par contre les inconvénients de cet injecteur sont la difficulté de l'amorçage, et le maintien d'une légère pression de la source qui rend difficile l'emploi d'un réservoir d'eau à la pression atmosphérique. En effet un tel réservoir devra être situé à quelques dizaines de mètres au-dessus de l'injecteur afin de maintenir une légère pression à la source. Il faut ajouter à cela que cet injecteur est peu stable et susceptible de désamorçage, ce qui le rend insuffisamment fiable.For higher pressures, the operation of the steam injector requires drains, that is to say, samples of water located at the mixing chamber 5. Thus the company ENEL in Italy presented to Plaisance ( Piacenza) in Italy during the " European two phases for Top Meeting " in June 1994, a steam injector with two drains This injector is shown in Figure 1. In this figure we recognize the same type of injector as Figure 1, but with the two drains, one located towards the middle of the mixing chamber 5, the other 12, located around the neck 6. To obtain a water pressure of several tens of bars. 8 output of the injector, it requires a water source 14 with a slight pressure of a few bars and a slight withdrawal of water to the drain 12. The start of the injector is quite difficult because during the priming period, it is necessary to draw off the drains 10 and 12 and to regulate the flow rates res by the valves 11 and 13, and the flow rate of the source 14 by means of the valve 15. Once the injector has been primed, it is possible to close the drain 10 with the aid of the valve 11. Injector continuously feeds a steam generator whose pressure can be 60 bar, with a source of water at a pressure of a few bars; on the other hand, the disadvantages of this injector are the difficulty of priming, and the maintenance of a slight pressure of the source which makes it difficult to use a water tank at atmospheric pressure. Indeed, such a tank should be located a few tens of meters above the injector to maintain a slight pressure at the source. It should be added that this injector is unstable and susceptible to defusing, which makes it insufficiently reliable.

Un autre injecteur évite ces inconvénients en utilisant une source d'eau à une pression proche de la vapeur. Le dispositif, décrit lors d'une présentation au même congrès à Plaisance, est constitué d'un injecteur à vapeur d'un type similaire à celui de l'ENEL, mais sans les drains. Ce dispositif est décrit sur la figure 2. On y reconnaít l'injecteur à vapeur A avec son alimentation en vapeur 20, sa source d'eau 21, et sa sortie d'eau à haute pression 22. La particularité de l'installation réside en ce que la source d'eau provient directement du générateur de vapeur G. La prise d'eau s'effectue dans la partie du générateur de vapeur contenant l'eau liquide. Cette eau, étant à la température proche de la vapeur, doit être refroidie dans l'échangeur 26 immergé dans une piscine 33, avant d'alimenter la source 21 de l'injecteur à vapeur. Le démarrage de l'injecteur s'effectue en ouvrant une vanne 27 en entrée d'un ballon d'amorçage 28. Le clapet 30 laissant passer l'eau dans le sens de la flèche 32 a pour effet d'empêcher l'eau contenue dans le générateur de vapeur G de sortir par le tuyau 31 lors du démarrage de l'injecteur. Dans cette installation, l'eau sortant de l'injecteur en 22 est à une pression supérieure de quelques bars à la pression de vapeur, ce qui permet de la réinjecter dans le générateur de vapeur G par l'intermédiaire du tuyau 31. Cette installation permet donc d'extraire de la chaleur du générateur de vapeur à travers l'échangeur 26 de chaleur qui est immergé dans la piscine 33. Dans cette installation, la pression de la source d'eau est à une pression proche de celle de la vapeur car l'eau et la vapeur proviennent du même générateur de vapeur. A la différence de l'injecteur précédent, ce système fonctionne à une pression de plusieurs dizaines de bars sans drain de soutirage, et sans difficulté d'amorçage. Par contre, comme l'injecteur précédent, il ne permet pas de monter à haute pression (quelques dizaines de bars) de l'eau issue d'un réservoir à la pression atmosphérique, pour l'injecter dans le générateur de vapeur, ou pour toute autre utilisation. Par conception de montage, cet injecteur à vapeur joue le rôle de circulateur, mais pas celui d'une pompe de relevage pour injecter de l'eau provenant d'une bâche à basse pression, dans un circuit en pression.Another injector avoids these disadvantages using a source of water at a pressure close to steam. The device, described during a presentation at the same congress in Plaisance, is constituted a steam injector of a type similar to that of ENEL, but without the drains. This device is described in Figure 2. It recognizes the steam injector A with its steam supply 20, its water source 21, and its output of high pressure water 22. The particularity of the installation is that the source of water comes directly from the generator of steam G. The water intake is in the part of the steam generator containing liquid water. This water, being at the temperature close to the vapor, must be cooled in the exchanger 26 immersed in a pool 33, before feeding the source 21 of the steam injector. Starting the injector is effected by opening a valve 27 at the inlet of a priming balloon 28. The valve 30 passing through the water in the direction of the arrow 32 has the effect to prevent the water contained in the steam generator G to exit through the pipe 31 when starting the injector. In this installation, the water coming out of the injector at 22 is at a higher pressure than a few bars at the steam pressure, which allows reinject it into the steam generator G by through the pipe 31. This installation allows therefore to extract heat from the steam generator to through the heat exchanger 26 which is immersed in the pool 33. In this installation, the pressure of the water source is at a pressure close to that of steam because water and steam come from the same steam generator. Unlike the injector previous, this system operates at a pressure of several tens of bars without drain, and without difficulty of priming. On the other hand, as the previous injector, it does not allow to climb to high pressure (a few dozen bars) of water from a tank at atmospheric pressure, for inject it into the steam generator, or for any other use. By mounting design, this steam injector plays the role of circulator but not that of a lifting pump for injecting water from a low-pressure tarpaulin, in a pressure circuit.

EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

La présente invention a précisément pour objet un dispositif d'alimentation en liquide d'une chaudière à l'aide de l'énergie contenue dans ce même liquide lorsque celui-ci est sous forme de vapeur. Dans la suite de la description de la présente invention, on supposera que ce liquide est de l'eau, et que la chaudière est un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Ce même dispositif peut également être utilisé dans une chaudière constituée par un réacteur nucléaire à eau bouillante, ou dans toute autre type de chaudière produisant de la vapeur.The present invention is specifically for object a liquid supply device of a boiler using the energy contained in this same liquid when it is in vapor form. In following the description of the present invention, will assume that this liquid is water, and that the boiler is a steam generator of a reactor nuclear pressurized water. This same device can also be used in a boiler by a boiling water nuclear reactor, or in any other type of boiler producing steam.

Les dispositifs d'injecteur à vapeur existants, comme ceux qui ont été décrits ci-dessus, nécessitent une source d'eau liquide sous pression qui est soit obtenue par une conduite venant du générateur de vapeur, ou par un réservoir d'eau placé à plusieurs mètres ou dizaines de mètres au-dessus de l'injecteur. La présente invention permet de supprimer ces inconvénients en créant une alimentation en eau sous pression de la source de l'injecteur à vapeur, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation en eau comprend d'une part, pendant le régime de démarrage, au moins un circuit d'alimentation en eau sous pression comportant un réservoir d'eau pressurisé par la vapeur, un tuyau de sortie, et un dispositif anti-retour, d'autre part, pendant le régime établi, un éjecteur alimenté en eau à basse pression provenant d'un réservoir et en eau à haute pression provenant d'un circuit de soutirage branché à la sortie de l'injecteur.Steam injector devices existing, such as those described above, require a source of pressurized liquid water that is obtained by a pipe coming from the generator of steam, or by a water tank placed at several meters or tens of meters above the injector. The present invention makes it possible to eliminate these disadvantages by creating a water supply under pressure of the source of the steam injector, characterized in that the feed device water includes, on the one hand, during the starting, at least one water supply circuit pressurized comprising a pressurized water tank by steam, an outlet pipe, and a device non-return, on the other hand, during the established regime, a ejector supplied with water at low pressure from of a tank and high-pressure water from of a withdrawal circuit connected to the output of the injector.

Le fonctionnement de l'injecteur à vapeur avec cette nouvelle source permet une nette amélioration des performances des injecteurs actuels. Il est en effet possible d'obtenir de l'eau en sortie de l'injecteur à vapeur à une pression supérieure à la pression de la vapeur, celle-ci étant déjà à une pression de plusieurs dizaines de bars, à partir d'un réservoir d'eau à très basse pression, comme par exemple la pression atmosphérique, ce que ne sont pas capables de faire les injecteurs actuels. La particularité de la source de l'injecteur est qu'elle se situe à une pression intermédiaire entre la pression de la vapeur et la pression atmosphérique. L'eau alimentant la source provient d'un réservoir à basse pression, et est élevée en pression grâce à la pression de vapeur dans un premier temps, et grâce à la pression d'eau en sortie de l'injecteur dans un deuxième temps. Le maintien en pression de la source, aussi bien au démarrage qu'en fonctionnement, permet de supprimer les drains, facilite l'amorçage, ce qui permet d'alimenter en continu le générateur de vapeur à partir d'un réservoir d'eau à basse pression.The operation of the steam injector with this new source allows a net improved performance of current injectors. It is indeed possible to get water out of the steam injector at a pressure higher than the steam pressure, which is already at a pressure of several tens of bars, from a water tank at very low pressure, as per example the atmospheric pressure, which are not able to make the current injectors. The particularity of the source of the injector is that it is at an intermediate pressure between the pressure steam and atmospheric pressure. The water feeding the source comes from a low tank pressure, and is elevated in pressure due to pressure of steam at first, and thanks to the pressure water outlet of the injector in a second time. The pressure maintenance of the source, both at start-up that in operation, allows to delete the drains, facilitates the priming, which allows to feed continuously the steam generator from a low pressure water tank.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La figure 1 décrit le principe de fonctionnement d'un injecteur à vapeur.Figure 1 describes the principle of operation of a steam injector.

La figure 1A décrit le même type d'injecteur que la figure précédente, mais avec la mise en place de drains pour une utilisation à plus haute pression.Figure 1A describes the same type injector than the previous figure, but with the in place of drains for higher use pressure.

La figure 2 décrit une installation d'évacuation de la chaleur d'un générateur de vapeur vers une piscine grâce à une circulation d'eau obtenue à l'aide d'un injecteur à vapeur.Figure 2 describes an installation evacuation of heat from a steam generator to a swimming pool thanks to a circulation of water obtained using a steam injector.

La figure 3 décrit le dispositif d'alimentation en eau, c'est-à-dire la source de l'injecteur à vapeur, à une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression vapeur.Figure 3 describes the device water supply, that is the source of the steam injector, at an intermediate pressure between atmospheric pressure and vapor pressure.

La figure 4 décrit le même dispositif, mais avec un injecteur et son système d'alimentation en eau immergés dans une piscine.Figure 4 describes the same device, but with an injector and its water supply system immersed in a pool.

La figure 4A montre le même dispositif, mais avec, sur la boucle de retour, un échangeur immergé dans une piscine indépendante de la piscine où est immergé l'injecteur à vapeur.FIG. 4A shows the same device, but with, on the return loop, a heat exchanger immersed in a pool independent pool where is immersed the steam injector.

La figure 5 décrit une alimentation en eau de la source au cours de la phase de démarrage directement à partir d'un réservoir alimenté par la vapeur. Figure 5 depicts a water supply of the source during the start-up phase directly from a tank fed by the steam.

La figure 6 décrit un dispositif d'alimentation de la source à l'aide de la vapeur, dispositif n'intervenant que lors du démarrage de l'injecteur.Figure 6 depicts a device supplying the source with steam, device intervening only at the start of the injector.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS THE INVENTION

Sur la figure 3, on reconnaít l'injecteur à vapeur B avec son alimentation en vapeur 40, sa source 41, et sa sortie à haute pression 42. La sortie 42 est dirigée vers une utilisatrice de l'eau à haute pression, par exemple vers un générateur de vapeur G, au travers d'un clapet 43 laissant passer l'eau dans le sens de la flèche 44. Le tuyau 53 représente la liaison entre le générateur de vapeur et la sortie du clapet 43. A la sortie à haute pression 42 une partie de l'eau est dirigée vers un éjecteur C par l'intermédiaire d'un tuyau 45 et d'un clapet 46, laissant passer l'eau dans le sens de la flèche 47. La sortie de ce clapet s'effectue par un tuyau 50 vers l'éjecteur C. Un ballon d'amorçage 48 est branché sur la sortie à haute pression 42 par l'intermédiaire d'un tuyau 49. L'ensemble des tuyaux 45, 50, du clapet 46 et de l'éjecteur C constitue une boucle de retour R pour participer à l'alimentation de la source 41 de l'injecteur.In FIG. 3, it is recognized that the injector vapor B with its steam supply 40, its source 41, and its high pressure output 42. Exit 42 is directed to a high water user pressure, for example to a steam generator G, through a valve 43 allowing water to flow through the direction of the arrow 44. The pipe 53 represents the link between the steam generator and the outlet of the valve 43. At the high-pressure outlet 42 part of the water is directed to an ejector C via a pipe 45 and a valve 46, allowing water to flow through the direction of the arrow 47. The exit of this valve is carried by a pipe 50 to the ejector C. A balloon 48 is connected to the high output pressure 42 via a hose 49. The set of hoses 45, 50, valve 46 and the ejector C constitutes a return loop R for participate in the feeding of the source 41 of the injector.

L'entrée de vapeur est constituée d'une vanne 60, qui alimente l'alimentation en vapeur 40 de l'injecteur B, à l'aide d'un tuyau 61. La vapeur provient du générateur de vapeur G, grâce à un tuyau symbolisé par la liaison 54. Sur le tuyau 61 est branché un tuyau de petite section 62, qui se prolonge par un réservoir 63, représenté ici par un tuyau de plus gros diamètre que le tuyau 62. L'extrémité de ce réservoir 63 se prolonge par un tuyau 64 et un clapet 65, laissant passer l'eau dans le sens de la flèche 66. Cet ensemble forme un circuit D d'alimentation en eau sous pression pendant le régime de démarrage. A la sortie du clapet 65 l'eau rejoint le tuyau 50 en amont de l'éjecteur C.The steam inlet consists of a valve 60, which supplies the steam supply 40 of the injector B, using a pipe 61. The steam comes from the steam generator G, thanks to a hose symbolized by the link 54. On the pipe 61 is connected a pipe of small section 62, which extends by a tank 63, represented here by a pipe of larger diameter than the pipe 62. The end of this tank 63 is extended by a pipe 64 and a valve 65, allowing the water to flow in the direction of the arrow 66. This assembly forms a water supply circuit D under pressure during the starting regime. To the outlet of the valve 65 the water joins the pipe 50 upstream ejector C.

Le clapet 65 pourrait également être placé sur le tuyau d'entrée 62 du réservoir 63.The valve 65 could also be placed on the inlet pipe 62 of the tank 63.

La source 41 de l'injecteur à vapeur B est réalisée par le tuyau 70 qui provient de la sortie 71 de l'éjecteur C. Cet éjecteur est alimenté en pression par le tuyau 50 et le circuit D, et en basse pression, par le tuyau 72 provenant d'un réservoir d'eau 73. L'obtention de la basse pression pourra être obtenue en ouvrant le réservoir 73 à l'atmosphère.The source 41 of the steam injector B is made by the pipe 70 which comes from the outlet 71 the ejector C. This ejector is fed with pressure by the pipe 50 and the circuit D, and at low pressure, by the pipe 72 from a water tank 73. The obtaining of the low pressure can be obtained in opening the reservoir 73 to the atmosphere.

Le principe de fonctionnement de la présente invention est le suivant. Au départ, lorsque l'injecteur n'est pas en service, la vanne 60 est fermée, toutes les entrées et sorties de l'injecteur B et de l'éjecteur C, ainsi que les tuyaux reliant ces composants, sont remplies d'eau à une pression proche de celle de l'eau du réservoir 73, qui est ouvert sur l'atmosphère. Le clapet 43 empêche l'eau du générateur de vapeur de pénétrer dans l'injecteur à vapeur. Le ballon d'amorçage 48 est rempli d'un gaz neutre, par exemple de l'air qui y reste emprisonné. Ce gaz est à une pression proche de celle de l'atmosphère. Le niveau d'eau 75 se situe à la base du ballon 48.The operating principle of the The present invention is as follows. Initially, when the injector is not in use, the valve 60 is closed, all inputs and outputs of injector B and the ejector C, as well as the pipes connecting these components, are filled with water at close pressure of that of the tank water 73, which is open on the atmosphere. The valve 43 prevents the generator water of steam to enter the steam injector. The priming balloon 48 is filled with a neutral gas, by example of the air that remains imprisoned there. This gas is at a pressure close to that of the atmosphere. Level water 75 is at the base of the balloon 48.

La mise en action de l'injecteur s'effectue par une simple ouverture de la vanne 60. Une fois cette vanne ouverte, la vapeur pousse l'eau contenue dans le tuyau 61 par l'entrée 40 de l'injecteur, et par le tuyau 62 et le réservoir 63. La vapeur joue le rôle d'un piston sur l'eau contenue dans le réservoir 63. Une interface vapeur-eau 76 s'établit dans le réservoir 63. L'eau ainsi chassée sort de l'injecteur par la sortie 42 et est envoyée progressivement dans le ballon d'amorçage 48 en comprimant le gaz inerte contenu dans ce ballon. La chasse de l'eau du réservoir 63 s'effectue au travers de l'éjecteur C, puis du tuyau 70, et donc par la source de l'injecteur à vapeur. Cette chasse d'eau ne peut pas s'effectuer par la boucle de retour R, en raison du clapet 46. L'eau provenant du réservoir 63 traverse l'éjecteur avec une forte vitesse grâce à un convergent 80, et entraíne de l'eau en provenance du réservoir 73, via le tuyau 72, en lui cédant une partie de sa quantité de mouvement. Ainsi l'eau sortant de l'éjecteur provient à la fois du réservoir 63 qui est soumise à la pression du générateur de vapeur, et du réservoir 73 qui est à la pression atmosphérique. La source 41 de l'injecteur est donc alimentée par de l'eau à une pression intermédiaire entre celle du générateur de vapeur et la pression atmosphérique. Les volumes du tuyau 61 et du réservoir 63 doivent être tels que la vapeur arrive dans l'injecteur de vapeur par son entrée 40, bien avant que la capacité soit remplie de vapeur. L'injecteur s'amorce comme les injecteurs courants, et la sortie 42 commence à monter en pression en comprimant progressivement le gaz contenu dans le ballon 48. Lorsque la pression à la sortie 42 devient supérieure à la pression du générateur de vapeur G, le clapet 43 s'ouvre, permettant son alimentation en eau. En même temps que le clapet 43 s'ouvre, le clapet 46 s'ouvre également sous les effets de la pression. La pression en entrée de l'éjecteur s'accroít légèrement et devient supérieure à celle du réservoir 63 qui est toujours à la pression de la vapeur. De ce fait le clapet 65 se ferme. L'éjecteur continue de fonctionner en aspirant l'eau du réservoir 73. Le fluide moteur de l'éjecteur n'est plus l'eau de la capacité poussée par la vapeur, mais une partie de l'eau sortant de l'injecteur. A ce moment l'injecteur atteint son régime permanent.The actuation of the injector is carried out by a simple opening of the valve 60. Once this open valve, the steam pushes the water contained in the 61 through the inlet 40 of the injector, and by the pipe 62 and the tank 63. The steam plays the role of a piston on the water contained in the reservoir 63. A steam-water interface 76 is established in the reservoir 63. The water thus driven out of the injector by the exit 42 and is sent gradually into the balloon 48 by compressing the inert gas contained in this balloon. The flush of water from the reservoir 63 is done through the ejector C, then the pipe 70, and therefore by the source of the steam injector. This flush can not be done by the return loop R, because of the flap 46. The water from the tank 63 passes through the ejector with a high speed thanks to a convergent 80, and leads to the water coming from the tank 73, via the pipe 72, giving him some of his momentum. Thus the water coming out of the ejector comes from both the tank 63 which is subjected to the pressure of the steam generator, and tank 73 which is at the atmospheric pressure. The source 41 of the injector is so fed by water to a pressure intermediate between that of the steam generator and the atmospheric pressure. The volumes of pipe 61 and the tank 63 must be such that steam arrives in the steam injector by its entry 40, well before the capacity is filled with steam. The injector starts like the current injectors, and the output 42 starts to build up pressure in gradually compressing the gas contained in the balloon 48. When the pressure at the exit 42 becomes greater than the pressure of the steam generator G, the valve 43 opens, allowing its water supply. At the same time as the valve 43 opens, the valve 46 also opens under the effects of pressure. The pressure at the inlet of the ejector increases slightly and becomes larger than that of the tank 63 which is always at the pressure of the steam. As a result valve 65 closes. The ejector continues to work by sucking the water from the tank 73. The driving fluid of the ejector is no longer the water of the capacity pushed by the steam but some of the water coming out of the injector. At this moment the injector reaches his diet permanent.

L'arrêt de l'injecteur s'effectue en fermant la vanne 60. La pression dans l'injecteur, l'éjecteur et les tuyaux reliant ces composants chutent, le clapet 43 se ferme, l'eau contenue dans le réservoir 48 se vide sous l'effet du gaz comprimé et remplit les parties des tuyauteries restées en vapeur. En effet celle-ci se condense au contact de l'eau. Quelques instants après la fermeture de la vanne 60, toute l'installation se retrouve dans la même configuration que celle du départ, prête pour une nouvelle mise en route.The stop of the injector is carried out in closing the valve 60. The pressure in the injector, the ejector and the pipes connecting these components drop, the flap 43 closes, the water contained in the tank 48 is emptied under the effect of the compressed gas and fills the parts of the pipes left in steam. Indeed it condenses in contact with water. Moments after closing the valve 60, the whole installation is found in the same configuration than that of departure, ready for new start.

La figure 3 montrait une réalisation de l'invention, et a permis de comprendre le fonctionnement. La figure 4 présente une autre façon de réaliser l'invention, en immergeant les principaux composants dans une piscine 90 ouverte à la pression atmosphérique. Sur cette figure 4, on a placé dans la piscine : l'injecteur B, l'éjecteur C, le réservoir 63 servant au démarrage par effet de piston, le clapet 65 entre le réservoir 63 et l'éjecteur C, le clapet 46 entre la sortie à haute pression 42 de l'injecteur et l'éjecteur. Le clapet 43 entre la sortie 42 et le générateur de vapeur G, le ballon d'amorçage 48, et la vanne 60 entre le générateur de vapeur et l'injecteur ont été placés à l'extérieur de la piscine 90. Clapets, vanne, réservoir 63, ou ballon d'amorçage 48 peuvent être placés indifféremment dans la piscine ou hors de la piscine selon les commodités de la réalisation. L'intérêt de placer l'injecteur et son éjecteur dans une piscine peut représenter un gain en encombrement : lorsqu'ils sont placés dans le fond de la piscine, la pression à la source est accrue de la pression statique due à la hauteur d'eau située au-dessus de ces composants. Une condition de bon fonctionnement de l'injecteur à vapeur, notamment en ce qui concerne le gain en pression, est la température de la source qui doit être la plus froide possible. Or la boucle de retour R entre la sortie 42 et l'éjecteur apporte de l'eau chaude. Celle-ci est refroidie au niveau de l'éjecteur en se mélangeant à l'eau froide de la piscine qui est aspirée à l'éjecteur. Dans le cas où il serait nécessaire d'obtenir un fort gain en pression au niveau de la sortie 42 de l'injecteur, il est possible de refroidir la source de l'injecteur, en refroidissant l'eau circulant dans la boucle de retour R. Pour cela un échangeur de chaleur 91 est placé sur la boucle R. Dans la figure 4, il a été disposé en aval du clapet 46, mais il peut être disposé en amont de ce clapet selon les facilités de réalisation : sur la figure 4A, on a représenté le même schéma que la figure 4, excepté que l'échangeur 91 de la boucle R a été déplacé. Cet échangeur a pour but de refroidir le débit circulant dans la boucle R avant de le mélanger dans l'éjecteur C avec l'eau venant de la piscine 90, le tout pour obtenir une eau alimentant la source de l'injecteur B la plus froide possible. L'eau de la boucle R échauffe donc l'eau de la piscine 90 par l'intermédiaire de l'échangeur 91. A long terme, la piscine 90 se réchauffe, et par conséquence la température de l'eau alimentant la source de l'injecteur se réchauffe également. Lorsque la température de la source de l'injecteur est trop chaude, les performances de l'injecteur se dégradent. Afin d'éviter cette dégradation on a placé, sur la boucle de retour R de la figure 4A, un échangeur 92 dans une piscine 93 indépendante de la piscine 90. L'eau de la boucle de retour R se refroidit dans la piscine 93, et l'eau de la piscine 90 reste froide, ce qui permet de garder une alimentation en eau froide de la source de l'injecteur et par conséquent de garder les performances de l'injecteur à vapeur.Figure 3 showed an achievement of invention, and made it possible to understand the operation. Figure 4 shows another way of realize the invention, immersing the main components in a pool 90 open to pressure atmospheric. In this figure 4, we have placed in the pool: the injector B, the ejector C, the reservoir 63 used for starting by piston action, the valve 65 between the reservoir 63 and the ejector C, the valve 46 between the high pressure outlet 42 of the injector and the ejector. The valve 43 between the exit 42 and the steam generator G, the priming balloon 48, and the valve 60 between the steam generator and the injector were placed outside the pool 90. Valves, valve, tank 63, or priming balloon 48 can be placed indifferently in the pool or out of the pool according to the amenities of the realization. The interest of placing the injector and its ejector in a swimming pool can represent a gain in size: when placed in the bottom of the pool, the pressure at the source is increased from the static pressure due to the water level above these components. A condition of good functioning of the steam injector, in particular with regard to the pressure gain, is the temperature of the source that must be as cold as possible. But the loop of return R between output 42 and the ejector brings hot water. It is cooled to the level of the ejector by mixing with the cold water of the pool that is sucked to the ejector. In case he would be necessary to obtain a high pressure gain at level of the output 42 of the injector it is possible to cool the source of the injector, cooling the water circulating in the return loop R. For that a heat exchanger 91 is placed on the R loop. In Figure 4, it has been placed downstream of the flap 46, but it can be arranged upstream of this valve according to the ease of realization: in FIG. 4A, the same diagram as in FIG. 4 is shown except that the exchanger 91 of the loop R has been moved. This exchanger is intended to cool the flow in the R loop before mixing it in the ejector C with the water coming from the pool 90, all for to obtain a water supplying the source of the injector B the coldest possible. R loop water warms up so the water from the pool 90 via the exchanger 91. In the long term, the pool 90 is heats up, and consequently the temperature of the water feeding the source of the injector heats up also. When the temperature of the source of the injector is too hot, the performance of the injector degrade. In order to avoid this degradation we placed, on the return loop R of the FIG. 4A, an exchanger 92 in a swimming pool 93 independent of the pool 90. The water of the loop of back R cools in the pool 93, and the water of the pool 90 remains cold, which allows to keep a cold water supply from the source of the injector and therefore keep the performance of the steam injector.

Sur la figure 5, on a représenté un autre dispositif pour mettre la source en pression au cours de la période d'amorçage de l'injecteur à vapeur. Sur cette figure on reconnaít les principaux composants déjà décrits sur les figures précédentes : l'injecteur B, sa sortie à haute pression 42, sa source 41, son entrée vapeur 40, le ballon d'amorçage 48, le clapet de sortie 43, la vanne 60, le générateur de vapeur G.In Figure 5, there is shown another device to put the source under pressure during the priming period of the steam injector. Sure this figure we recognize the main components already described in the preceding figures: the injector B, its high-pressure outlet 42, its source 41, its steam inlet 40, the priming balloon 48, the flap valve output 43, valve 60, steam generator G.

La boucle R des figures 3 et 4 est remplacée par une boucle R' comprenant le tuyau 99 entre la sortie 42 et l'éjecteur C. Pour simplifier le schéma, l'échangeur 91 sur la boucle de retour R n'a pas été représenté sur la boucle R', car il n'est pas indispensable au fonctionnement. L'alimentation à haute pression de l'éjecteur est réalisée uniquement par la boucle de retour R'. Juste en aval de l'éjecteur C, un clapet 100, dont la sortie est reliée à la source 41 par le tuyau 170, laisse passer l'eau dans le sens de la flèche 101. Ce clapet 100 remplace le clapet 46 des figures 3 et 4.The R loop of Figures 3 and 4 is replaced by a loop R 'comprising the pipe 99 between output 42 and ejector C. To simplify the diagram, the exchanger 91 on the return loop R has not represented on the R 'loop because it is not essential to the operation. High power ejector pressure is achieved only by the return loop R '. Just downstream of the ejector C, a valve 100, whose output is connected to the source 41 by the pipe 170, let the water pass in the direction of the arrow 101. This valve 100 replaces the valve 46 of Figures 3 and 4.

Le réservoir d'amorçage 63 qui alimentait la source 41 via l'éjecteur C, est remplacée ici par un réservoir 102. Ladite capacité a la même fonction d'alimentation de la source pendant l'amorçage, sauf que cette alimentation se fait directement sans passer par l'éjecteur. Le fonctionnement de cette capacité doit permettre une alimentation de la source seulement au cours de la période de démarrage. Pour que le réservoir 102 remplisse sa mission, on décrit ici à titre illustratif une façon de réaliser ce réservoir. Celui-ci est composée d'un cylindre dans lequel peut glisser un piston 103. La sortie 104 de ce cylindre rejoint la sortie du clapet 100 au niveau du tuyau d'alimentation 170 de la source 41. Un ressort 105 est situé dans la partie aval du cylindre 102. Sur la figure 5 le cylindre 102 est vertical et est immergé dans la piscine 90. En fonction des disponibilités d'encombrement pour la réalisation de la présente invention, la position du cylindre peut être quelconque ou située hors de la piscine.The priming tank 63 which fed the source 41 via the ejector C, is replaced here by a reservoir 102. Said capacity has the same function supply source during priming, except that this diet is done directly without passing by the ejector. The operation of this capacity must allow a source feed only during the start-up period. For the tank 102 fulfills its mission, described here in illustrative title a way to make this tank. This is composed of a cylinder in which can slide a piston 103. The output 104 of this cylinder joined the outlet of the valve 100 at the level of the pipe 170 of the source 41. A spring 105 is located in the downstream part of the cylinder 102. On the FIG. 5 The cylinder 102 is vertical and is immersed in the pool 90. Depending on availability of space for the realization of the present invention, the position of the cylinder can be any or located outside the pool.

Avant la mise en route de l'injecteur, tous les composants entre la vanne 60 et le clapet 43 sont remplis d'eau, et sont à la même pression que celle de la piscine 90, excepté le ballon d'amorçage 48 qui est rempli d'un gaz neutre, et qui a son niveau libre 75 situé dans sa partie inférieure. Le piston 103, poussé par le ressort 105, se situe dans l'entrée 106 du cylindre 102.Before starting the injector, all the components between the valve 60 and the valve 43 are filled with water, and are at the same pressure as that of the pool 90 except the priming balloon 48 which is filled with a neutral gas, and which has its free level 75 located in its lower part. The piston 103, pushed by the spring 105, is in the entry 106 of cylinder 102.

Lors de l'ouverture de la vanne 60, la vapeur chasse l'eau contenue en entrée de l'injecteur à vapeur B, et pousse le piston 103. L'eau située dans la partie du cylindre contenant le ressort est chassée par la conduite 104. Elle alimente la source 41, car elle ne peut pas passer par le clapet 100. La majorité de l'eau chassée par la vapeur ou par le piston est dirigée dans le ballon 48 via la sortie 42 de l'injecteur B, et comprime le gaz de cette capacité pour faire monter petit à petit la pression. La quantité d'eau n'allant pas dans le ballon 48 s'échappe dans la piscine via la boucle R' et l'entrée à basse pression 107 de l'éjecteur C. Ce passage de l'eau vers la piscine s'effectue tant que la pression en sortie de l'injecteur n'est pas supérieure à la pression en aval du clapet 100. Cette pression en aval du clapet 100 est égale à la pression de vapeur via le cylindre 102 moins les pertes de charge dans le tuyau 104. Ces pertes de charge devront être ajustées en fonction des conditions de fonctionnement recherchées en disposant un étranglement 110 en aval du cylindre 102, par exemple en entrée du tuyau 104. Lorsque la pression en amont du clapet 100 devient supérieure à la pression en aval, le clapet s'ouvre, l'éjecteur entre en action en entraínant de l'eau à basse pression provenant de la piscine 90 via son entrée 107. Pendant la phase de transfert de l'alimentation de la source 41 du cylindre à l'éjecteur, la source est alimentée par le cylindre et l'éjecteur, tant que le piston 103, poussé par la vapeur, n'est pas en butée sur la sortie aval du cylindre. Une fois cette phase terminée, l'alimentation en eau de la source ne provient plus que de la sortie de l'éjecteur à une pression intermédiaire entre pression de la vapeur et pression de la piscine 90.When opening the valve 60, the steam flushes the water contained in the inlet of the injector steam B, and push the piston 103. The water located in the part of the cylinder containing the spring is driven out by driving 104. It feeds the source 41 because it can not go through the flapper 100. The majority of the water driven by steam or by the piston is directed into the balloon 48 via exit 42 of the injector B, and compresses the gas of this capacity to slowly increase the pressure. The amount of water not going into the balloon 48 escapes in the pool via the loop R 'and the entry at low pressure 107 of the ejector C. This passage of water to the pool is done as long as the pressure at the exit of the injector is not greater than the downstream pressure of the valve 100. This pressure downstream of the valve 100 is equal to the vapor pressure via cylinder 102 minus the pressure losses in the pipe 104. These losses of charge will have to be adjusted according to the conditions required by having a throttling 110 downstream of the cylinder 102, for example at the inlet of the pipe 104. When the pressure upstream of the valve 100 becomes greater than the downstream pressure, the flapper opens, the ejector goes into action in driving low pressure water from the pool 90 via its entrance 107. During the transfer of the supply of the source 41 of the cylinder at the ejector, the source is fed by the cylinder and the ejector, as long as the piston 103, pushed by the steam, does not abut on the downstream outlet of the cylinder. Once this phase is over, the food in spring water comes only from the outlet of the ejector at an intermediate pressure between pressure of the steam and pressure of the pool 90.

L'amorçage de l'injecteur s'effectue quand la chambre de mélange de l'injecteur B est alimentée d'une part en vapeur par l'entrée 40, et d'autre part en eau par la source 41, et que la sortie 42 est à basse pression. Cette basse pression est obtenue par le ballon d'amorçage 48. La dimension du cylindre 102 jouant le rôle de capacité d'amorçage devra être telle que le tuyau en amont de l'entrée 40 se remplisse en vapeur beaucoup plus rapidement que le cylindre 102. Cette condition devra être respectée afin de permettre l'amorçage de l'injecteur, puis la montée en pression, puis l'alimentation de la source par l'éjecteur et la boucle R' succédant à l'alimentation par le cylindre.The priming of the injector is done when the mixing chamber of the injector B is fed on the one hand in steam by the inlet 40, and on the other hand in water by the source 41, and that the exit 42 is at low pressure. This low pressure is obtained by the priming balloon 48. The size of the cylinder 102 playing the role of priming capacity will have to be such that the pipe upstream of the inlet 40 fills in steam much faster than the cylinder 102. This condition must be respected in order to allow the priming of the injector, then the increase in pressure, then feeding the source by the ejector and the R 'loop succeeding the supply by the cylinder.

L'arrêt du fonctionnement de l'injecteur s'effectue en fermant la vanne 60. Le clapet 43 se ferme. Tous les composants entre cette vanne et le clapet 43 se remplissent d'eau en raison de la détente du gaz comprimé dans le ballon 48 et d'une ressort 105 qui replace le piston dans la partie amont du cylindre 102. Toute l'installation se retrouve dans les conditions initiales, et est prête pour une nouvelle mise en action.Stopping the operation of the injector is done by closing the valve 60. The valve 43 is closed. All components between this valve and the flapper 43 fill up with water because of the relaxation compressed gas in the balloon 48 and a spring 105 which puts the piston back into the upstream part of the cylinder 102. The entire installation is found in initial conditions, and is ready for a new put into action.

Dans la figure 5, un diaphragme 110 permet d'ajuster le débit et la pression de sortie du cylindre 102. Sur la figure 6, on décrit une autre façon de régler ce débit. Pour raison de simplification, on ne représentera que le réservoir 102 et sa partie aval. Dans la partie aval du cylindre, un orifice 120 de faible section de passage est ouvert directement dans la piscine 90, non représentée sur la figure. Le tuyau de sortie 104 comporte un clapet 121 ne laissant passer l'eau que dans le sens de la flèche 122. Ce clapet se situe avant le raccordement 125 au tuyau reliant la sortie du clapet 100 et la source 41 de l'injecteur. Lors du démarrage de l'injecteur, c'est-à-dire de l'ouverture de la vanne 60, l'eau du réservoir 102 chassée par le piston 103 s'évacue à la fois par le tuyau 104 et l'orifice 120. L'eau passant par le tuyau 104 traverse le clapet 121 avant de rejoindre la source 21. Les dimensions de l'orifice 120 et du diaphragme 110 doivent être telles que le débit et la pression à la source 41 soient suffisants pour permettre l'amorçage. Pour répondre à cette contrainte, le diaphragme pourra éventuellement être supprimé. Le rôle du clapet 121 est d'empêcher une fuite sur le débit alimentant la source, lorsqu'elle est alimentée par l'éjecteur via le clapet 100. Lors de l'arrêt du fonctionnement de l'injecteur, le retour du piston 103 dans la partie amont du cylindre 102 s'effectue à l'aide du ressort 105. L'eau pénètre dans la partie aval de ce cylindre par l'orifice 120.In FIG. 5, a diaphragm 110 allows to adjust the flow and cylinder outlet pressure 102. Figure 6 depicts another way of adjust this flow. For reasons of simplification, we do not will represent the reservoir 102 and its downstream part. In the downstream part of the cylinder, an orifice 120 of low section of passage is open directly in the pool 90, not shown in the figure. The pipe output 104 comprises a valve 121 not passing water only in the direction of the arrow 122. This valve is located before the connection 125 to the pipe connecting the output of the valve 100 and the source 41 of the injector. When starting the injector, i.e. the opening of the valve 60, the reservoir water 102 driven by the piston 103 is evacuated both by the pipe 104 and port 120. Water passing through the pipe 104 passes through the valve 121 before reaching the source 21. The dimensions of the orifice 120 and the diaphragm 110 must be such that the flow and pressure at source 41 are sufficient to allow boot. To meet this constraint, the diaphragm may be removed. The role of the valve 121 is to prevent leakage on the flow feeding the source, when powered by ejector via the valve 100. When stopping the operation of the injector, the return of the piston 103 in the upstream portion of the cylinder 102 is carried out using the spring 105. The water enters the part downstream of this cylinder through the orifice 120.

Claims

Device for supplying pressurized water to the source (41) of a steam injector (B), characterized in that the water supply device comprises firstly, during the start up phase, at least one pressurized water supply circuit (D) comprising a water tank (63, 102) pressurized by steam, an outlet pipe (64, 104), and a non-return device (65, 103), and secondly during the steady state phase, an ejector (C) supplied with water at low pressure from a tank (73, 90), and with water at a high pressure from an extraction circuit (R, R') connected to the outlet (42) from injector (B).
Pressurized water supply device according to claim 1, characterized in that the outlet pipe (64) from the water tank (63) is connected to ejector (C), and the extraction circuit (R) is fitted with a non-return valve (46).
Pressurized water supply device according to claim 1 or 2, characterized in that the low pressure water tank (73, 90) is open to the atmosphere.
Pressurized water supply device according to claim 1, characterized in that the outlet pipe (104) from the water tank (102) is directly connected to the injector 9B) water supply pipe (170), and is isolated from the ejector (C) by a non-return valve (100).
Pressurized water supply device according to any one of the claims 1 to 4, characterized in that the non-return device (65) is a check valve.
Pressurized water supply device according to any one of the claims 1 to 4, characterized in that the non-return device (103) is a piston sliding in the cylindrical tank (102).
Pressurized water supply device according to any one of the claims 1 to 6, characterized in that the tank (102) is fitted with a diaphragm (110) at its outlet.
Pressurized water supply device according to any one of the claims 1 to 7, characterized in that the extraction circuit (R, R') is connected to a tank (48) partially full of gas which remains trapped in it.
Pressurized water supply device according to any one of the claims 1 to 8, characterized in that the extraction circuit (R, R') is fitted with a heat exchanger (91, 92).
Pressurized water supply device according to any one of the claims 1 to 9, characterized in that the water tank (63, 102) pressurized by steam, injector (B), ejector (C), and the extraction circuit (R, R') are immersed in a tank at low pressure (90).
Pressurized water supply device according to either of the claims 9 and 10, characterized in that the heat exchanger (92) is immersed in a tank (93) distinct from the low pressure tank (90).