FR2591319A1

FR2591319A1 - High-integration electric boiler

Info

Publication number: FR2591319A1
Application number: FR8518349A
Authority: FR
Inventors: Christian Dherissard; Jean-Pierre Galopin
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1985-12-11
Publication date: 1987-06-12
Also published as: FR2591319B1

Abstract

This high-integration electric boiler comprises an external sheath 1 capable of withstanding the pressure and provided with orifices E for the inlet of a heat-exchange fluid. Heating elements 6 pass through a detachable seat 4 of the external sheath 1 and are extended in a bundle inside the latter. The invention provides a jacket 10 which is, for example, hexagonal and is interposed between the external sheath 1 and the bundle of heating elements 6, the jacket 10 and the sheath 1 being separated by a space 11 in which the heat-exchange fluid is capable of stagnating so as to form a thermal protection shield. This arrangement enables the boiler to function smoothly during transient operation and reduces servicing and maintenance work.

Description

La présente invention est relative aux chaudières électriques et plus particulièrement aux chaudières à haute intégration, c'est-à-dire à flux de chaleur important. The present invention relates to electric boilers and more particularly to high integration boilers, that is to say with a large heat flow.

Une orientation actuelle dans le domaine du chauffage et de l'énergie thermique consiste à développer des systèmes de chauffage dans lesquels le fluide vecteur de chaleur. généralement de l'eau circule dans des conditions de température et de pression très élevées. On distingue ainsi deux types de conditions qui sont d'une part une circulation sous une pression pouvant atteindre 300 bars à une température de l'ordre de 450'C, ce qui correspond au domaine de supercriticité de fluide ou à celui de la vapeur surchauffée. On trouve d'autre part un deuxième mode de circulation sous une pression pouvant atteindre 200 bars à une température de l'ordre de 370il, domaine de l'eau surchauffée ou de la vapeur saturée. A current orientation in the field of heating and thermal energy consists in developing heating systems in which the heat carrier fluid. generally water circulates under conditions of very high temperature and pressure. A distinction is thus made between two types of conditions which are on the one hand circulation under a pressure which can reach 300 bars at a temperature of the order of 450 ° C., which corresponds to the supercriticality domain of fluid or to that of superheated steam . On the other hand, there is a second mode of circulation under a pressure which can reach 200 bars at a temperature of the order of 370 μl, in the area of superheated water or saturated steam.

Des chaudières de conception classique, utilisant le gaz ou le fuel et susceptibles de produire les qualités de fluide requises, sont connues, bien que dans le domaine supercritique les réalisations soient fort peu nombreuses. En outre, de telles chaudières présentent des- impératifs de maintenance et d'entretien contraignants. Boilers of conventional design, using gas or fuel and capable of producing the required fluid qualities, are known, although in the supercritical field the achievements are very few. In addition, such boilers present binding maintenance and servicing requirements.

Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention a pour but de fournir une chaudière à haute intégration compacte et d'un entretien simple pour éliminer, autant qu'il est possible. les problèmes liés à la maintenance. In order to remedy these drawbacks, the object of the present invention is to provide a compact high integration boiler with simple maintenance to eliminate, as far as possible. maintenance issues.

A cet effet, l'invention a pour objet une chaudière électrique à haute intégration comportant une enveloppe-extérieure apte à supporter la pression et munie d'orifices d'entrée et de sortie d'un fluide caloporteur, au moins un élément chauffant électriquement disposé à l'intérieur de 1 enveloppe exte- rieure, caractérisée en ce qu'une chemise de protection thermique, munie d'ouvertures d'entrée du fluide, est interposée entre l'élément chauffant et l'enveloppe extérieure sur la plus grande partie de la longueur de cette dernière. To this end, the subject of the invention is an electric boiler with high integration comprising an outer casing capable of withstanding the pressure and provided with inlet and outlet openings for a heat transfer fluid, at least one electrically disposed heating element. inside 1 outer jacket, characterized in that a thermal protection jacket, provided with fluid inlet openings, is interposed between the heating element and the outer jacket over most of the length of the latter.

Suivant d'autres caractéristiques essentielles de l'invention
- La chemise de protection thermique est espacée de l'enveloppe extérieure.According to other essential features of the invention
- The thermal protection jacket is spaced from the outer casing.

- La chemise de protection thermique a une section hexagonale. - The thermal protection jacket has a hexagonal section.

- Les éléments chauffants sont disposés dans la chemise de telle façon qu'un élément soit central et que les autres éléments forment des couches successives autour de cet élément central, une ligne fictive passant par chaque centre des éléments de chaque couche successive formant un hexagone dont les côtes sont parallèles à ceux de la chemise. - The heating elements are arranged in the jacket so that one element is central and the other elements form successive layers around this central element, a fictitious line passing through each center of the elements of each successive layer forming a hexagon whose the ribs are parallel to those of the shirt.

- L'espace entre la chemise et l'enveloppe est obturé au niveau de l'extrémité de la chemise, adjacente à l'orifice de sortie du fluide pour former ainsi une lame de fluide stagnant au moins dans la région de l'espace voisine de l'obturation. - The space between the jacket and the envelope is closed at the end of the shirt, adjacent to the fluid outlet orifice, thus forming a blade of stagnant fluid at least in the region of the neighboring space shutter.

L'invention va être décrite plus en détail ci-dessus, en référence au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel
- la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chaudière électrique à haute intégration conforme à l'invention ; et
- la Fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, prise suivant la ligne 2-2 de la
Fig.l. The invention will be described in more detail above, with reference to the accompanying drawing, given solely by way of example and in which
- Fig. 1 is a view in longitudinal section of a high integration electric boiler according to the invention; and
- Fig. 2 is a sectional view, on a larger scale, taken along line 2-2 of the
Fig. L.

La chaudière représentée sur les figures comporte une enveloppe extérieure t apte à supporter la pression. Cette enveloppe 1 comprend un cylindre intermédiaire la aux extrémités duquel sont soudés d'une part un élément de raccordement lb d'un orifice de sortie S de la chaudière muni d'un collet 2 pour assurer ce raccordement avec une canalisation aval (non représentée) et d'autre part à l'extrémité opposée audit orifice de sortie S, un corps d'admission lc, de section plus grande que celle du cylindre intermédiaire la, et sur lequel sont formés, dans cet exemple, deux orifices d'entrée E diamétralement oR- posés, au niveau desquels sont soudées des canalisations A d'amenée d'un fluide caloporteur. The boiler shown in the figures has an outer casing t capable of withstanding the pressure. This envelope 1 comprises an intermediate cylinder 1a at the ends of which are welded on the one hand a connection element 1b of an outlet orifice S of the boiler provided with a collar 2 to ensure this connection with a downstream pipe (not shown) and on the other hand at the end opposite to said outlet orifice S, an intake body lc, of section larger than that of the intermediate cylinder la, and on which are formed, in this example, two inlet orifices E diametrically ORS, at which are welded pipes A supplying a heat transfer fluid.

L'extrémité du corps d'admission lc, opposée au cylindre intermédiaire la s'épanouit en un collet 3a et reçoit une embase 4 munie d'un collet 3b pour fermer de manière amovible et étanche cette extrémité au moyen d'un raccord démontable à étanchéité métal/métal qui comprend une bague 5 inserée entre les surfaces en regard de l'embase 4 et du corps d'admission 1c, ces dernières étant r-approchées et maintenues par des brides 5a. Un tel raccord qui fait l'objet du brevet FR-A-1 240 842 ne sera pas, à ce titre, décrit en détail. The end of the intake body lc, opposite the intermediate cylinder la, opens out into a collar 3a and receives a base 4 provided with a collar 3b to releasably and sealingly close this end by means of a removable connector with metal / metal seal which comprises a ring 5 inserted between the facing surfaces of the base 4 and of the intake body 1c, the latter being r-approached and held by flanges 5a. Such a fitting which is the subject of patent FR-A-1 240 842 will not, as such, be described in detail.

Un faisceau d'éléments chauffants 6 tubulaires et allongés traverse de manière étanche l embrase 4, ces éléments chauffants 6 S'étendant jusqu'au voisinage de l'extrémité du cylindre intermédiaire la, adjacente à l'élément de raccordement lb. Par ailleurs, les éléments chauffants 6 sont écartés les uns des autres au moyen d d'organes d d'espacement sous la forme d'une tige 6a ou fil ou éléments analogues enroulée en spirale, à spires non jointives, sur la plus grande partie de la longueur de chacun desdits élé- ments chauffants 6 (Fig.l).Comme le montre la Fig.2, chaque élément chauffant 6 comporte des résistances électriques 7 noyées dans une matière diélectrique 8 qui est elle-meme revêtue d'une enveloppe métallique 9, par exemple, en acier inoxydable. A bundle of elongated tubular heating elements 6 passes tightly through the socket 4, these heating elements 6 Extending to the vicinity of the end of the intermediate cylinder 1a, adjacent to the connection element 1b. Furthermore, the heating elements 6 are spaced from each other by means of spacers d in the form of a rod 6a or wire or the like wound in a spiral, with non-contiguous turns, over the major part. the length of each of said heating elements 6 (Fig.l). As shown in Fig.2, each heating element 6 includes electrical resistors 7 embedded in a dielectric material 8 which is itself coated with an envelope metallic 9, for example, stainless steel.

Conformément à l'invention, une chemise 10 de protection thermique hexagonale, munie d'ouvertures iOa d'entrée du fluide réparties sur la périphérie de la chemise 10 qui est en regard des orifices d'entrée
E de l'enveloppe extérieure 1, est interposée entre cette dernière et les éléments chauffants 6 en ménageant un espace 11 à peu pres annulaire entre ladite enveloppe extérieure 1 et la chemise 10 au moyen d'entretoises 1Ob soudées à cette dernière et reposant sur le cylindre intermédiaire la.According to the invention, a hexagonal thermal protection jacket 10, provided with fluid inlet openings iOa distributed over the periphery of the jacket 10 which is opposite the inlet orifices
E of the outer casing 1, is interposed between the latter and the heating elements 6 by providing a roughly annular space 11 between said outer casing 1 and the jacket 10 by means of spacers 1Ob welded to the latter and resting on the intermediate cylinder la.

En outre, la chemise 10 s'étend sur la plus grande partie de la longueur de l'enveloppe extérieure 1, du voisinage de l'embase 4 au voisinage de l'ex- trémité du cylindre intermédiaire la, adjacente à l'é lément de raccordement lb et au niveau de laquelle l'espace 11 est obturé par une cloison 12 soudée à la chemise 10 et à l'enveloppe extérieure 1. In addition, the jacket 10 extends over the greater part of the length of the outer casing 1, from the vicinity of the base 4 in the vicinity of the end of the intermediate cylinder 1a, adjacent to the element. 1b and at the level of which the space 11 is closed by a partition 12 welded to the jacket 10 and to the outer casing 1.

Afin de placer le plus grand nombre possible d éléments chauffants 6 à l'intérieur de la chemise 10 et obtenir ainsi un flux de chaleur optimal, ces derniers sont disposés de telle façon qu'un élément 6 soit central et que les autres éléments 6 forment des couches successives autour de l'élément 6 central, une ligne fictive L (Fig.2) passant par chaque centre des éléments 6 de chaque couche successive formant un hexagone dont les cotés sont parallèles à ceux de la chemise 10. Dans l'exemple représenté sur la Fig.2, le faisceau d'éléments chauffants 6 comprend ainsi sept éléments 6 dont six de ces derniers forment une couche autour d'un élément 6 central tel que décrit ci-dessus. In order to place the greatest possible number of heating elements 6 inside the jacket 10 and thus obtain an optimal heat flow, these are arranged so that an element 6 is central and that the other elements 6 form successive layers around the central element 6, a fictitious line L (Fig.2) passing through each center of the elements 6 of each successive layer forming a hexagon whose sides are parallel to those of the jacket 10. In the example shown in Fig.2, the bundle of heating elements 6 thus comprises seven elements 6, six of which form a layer around a central element 6 as described above.

En fonctionnement, le fluide caloporteur froid sous pression élevée qui circule dans les canalisations d'amenée A pénètre dans le corps d'admission lc par les orifices d'entrée E. Le fluide remplit alors l'espace 11 qui sépare l'enveloppe extérieure 1 de la chemise 10 ou il stagne au moins dans la région de cet espace 11 comprise-entre les orifices d'entrée
E et la cloison 12, formant ainsi une lame d'eau sous refroidie par l'environnement extérieur qui fait écran thermique lors des régimes transitoires de fonctionnement. Par ailleurs, le fluide pénètre par les ouvertures lOa prévues dans la chemise 10 et circule dans cette dernière, au contact des éléments chauffants 6 écartés les uns des autres et de la chemise 10 par les organes spirales 6a, en direction de l'orifice de sortie S par l'intermédiaire duquel le fluide chaud pénètre dans la canalisation aval.In operation, the cold heat transfer fluid under high pressure which circulates in the supply pipes A penetrates into the intake body lc through the inlet orifices E. The fluid then fills the space 11 which separates the outer casing 1 of the shirt 10 or it stagnates at least in the region of this space 11 comprised -between the inlet orifices
E and the partition 12, thus forming a sheet of water under cooled by the external environment which forms a thermal screen during transient operating conditions. Furthermore, the fluid enters through the openings 10a provided in the jacket 10 and circulates in the latter, in contact with the heating elements 6 separated from each other and from the jacket 10 by the spiral members 6a, in the direction of the orifice. outlet S through which the hot fluid enters the downstream pipe.

Cette chaudière électrique à haute intégration est particulièrement adaptée pour supporter des variations transitoires de pression et de tempé- rature , de part la dissociation de l'enveloppe extérieure en une enveloppe proprement dite destinée à supporter la pression et une chemise séparée de l'enveloppe par une lame d'eau stagnante pour réaliser une protection thermique, De plus, l'agencement des éléments chauffants en un faisceau associé à une embase démontable, les faibles volumes d'eau mis en oeuvre, la faible inertie de fonctionnement et le faible encombrement contribuent à améliorer efficacement la sécurité d'exploitation ainsi qu'à diminuer notablement les problèmes de maintenance et d'entretien. This highly integrated electric boiler is particularly suitable for supporting transient variations in pressure and temperature, due to the dissociation of the external envelope into an envelope proper intended to withstand the pressure and a jacket separated from the envelope by a blade of stagnant water to achieve thermal protection, In addition, the arrangement of the heating elements in a bundle associated with a removable base, the small volumes of water used, the low operating inertia and the small size contribute to effectively improve operating safety and to significantly reduce maintenance and servicing problems.

Claims

1. Highly integrated electric boiler comprising an outer casing (1) capable of withstanding the pressure and provided with inlet orifices (E) for outlet (S) of a heat transfer fluid, at least one element (6) electrically heating arranged inside the outer casing (1), characterized in that a jacket (10) for thermal protection, provided with openings (10a) for fluid entry, is interposed between the element (6) heating and the outer casing (1) over the greater part of the length of the latter.

2. Boiler according to claim 1, characterized in that the jacket (10) of thermal protection is spaced from the outer casing (1).

3. Boiler according to claim 2, characterized in that 1 space (11) between the jacket (10) and the casing (1) is closed at the end of the jacket (10), adjacent to the orifice outlet (S) of the fluid to thereby form a blade of stagnant fluid at least in the region of the space (11) -near 1 obturation.

4 Boiler according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a bundle of several heating elements (6) and in that the heating elements (6) are separated from the jacket (10) and from each other by means of spacers (6a).

5. Boiler according to claim 4, characterized in that the spacing members (6a) are wound in a spiral with non-contiguous turns over the greater part of the length of the heating elements (6).

6 Boiler according to any one of the preceding claims, characterized in that the jacket (10) of thermal protection has a hexagonal section.

7. Boiler according to claim 6, characterized in that the heating elements (6) are arranged in the jacket (10) such that an element (6) is central and that the other elements (6) form successive layers around this central element (6), a fictitious line (L) passing through each center of the elements (6) of each successive layer forming a hexagon whose sides are parallel to those of the shirt (10).

8. Boiler according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating elements (6) pass tightly through a base (4) for closing the outer casing (1), the base (41 being connected so waterproof and removable to the latter.