<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
pour ECHANGEL1R DE TEMi'EBATURE A CONVO'YEUR MECANTQUE DE OALORIES ET SON APPLIOATION NOTAMMENT AU REOHAUFFAGE DE L'AIR DES Cü9.üDERES Il. VAPEUR.
...,..¯---...",..- ,1-,,,,,,,....& san Prance sous le nO 2ll.7t:
Il existe actuellement des appareils échangeurs de température d'un fluide à un autre fluide, de deux prin- cipes généraux différente, et par conséquent de deux classes différentes.
1 / La première classe comprend les appareils où le fluide chauffant et le fluide chauffé circulent de part et d'autre d'une paroi conductrice et par conséquent mé- tallique - la chaleur du fluide chauffant est cédée par
EMI1.2
conver,ti.o à la paroi, traverse cette paroi par conducti- bilité, puis est cédée également par convection, au flui- de chauffé. La paroi peut être tubulaire (cas des écon&- MISEURS d'eau et de certains réchauffera D'air) ou
<Desc/Clms Page number 2>
plane (cas général des réchauffeurs d'air).
Dans le cas ou les deux fluides sont gazeux, le .OU- vement des gaz étant parallèle à la paroi et leur brassage médiocre les coefficients d'échange sont faibles, et par suite, les appareils sont volumineux, encombrants et coû- teux; accessoirement, ils occasionnent des pertes de char- ge importantes et sont exposés à un encrassement rapide.
Enfin, les appareils en tôle ne peuvent supporter que des températures assez basses - 2500 à 3000 au maximum pour le fluide chauffant, sans quoi, ils risquent de se déformer.
2 / La deuxième classe comprend les appareils où le fluide chauffait cède sa chaleur à une masse généralement solide qui est ensuite mise en contact avec le fluide à chauffer. Dans ces appareils la conductibilité ne joue auou@ rôle utile et la nasse chauffante qui sert de véhicule à la ' chaleur n'est pas nécessairement, ni généralement, métalli- que) la forme de cette masse n'est pas non plus imposée.
Cette classe d'appareils comporte elle-même deux subdivision a) dans la première subdivision la masse chauffante est fixe, elle est contenue dans une enceinte à travers laquelle' on fait circuler alternativement le fluide chauffant et le fluide à chauffer. Ces fluides circulent généralement en sens inverse l'un de l'autre et réalisent ce que l'on ; appelle la circulation méthodique. A cette subdivision ap- partiennent en particulier, les appareils Oooper pour chauffer l'air des haute-fourneaux, et les récupérateur des fours à acier Martin. b) dans la deuxième subdivision, la masse chauffante est mobile, elle est transportée successivement du conduit du fluide chauffant dans le conduit du fluide à chauffer.
Oe mouvement peut être discontinu ou continu. La masse chauffante peut être elle-même liquide ou solide (Elle est
<Desc/Clms Page number 3>
liquide dans les appareils à froid, où une dissolution saline refroidie circule à l'intérieur de tubes à ailettes.
Elle est solide dans divers appareils réchauffeurs d'air).
Bien que tous ces principes soient connus et appliqués depuis de très longues années, les appareils à masse mobile solide en mouvement continu ont reçu un nombre encore limi- té d'applications. Il existe, par exemple, des appareils ou la masse mobile tourne autour d'un axe, généralement vertical; elle se compose d'une série de tôles métalliques disposées radialement et maintenues entre deux parois cylindriques.
Les inconvénients d'une telle construction sont les suivants! - les fluides circulent au contact des tôles radiales, leur mouvement est sensiblement parallèle à oes tôles, mal- gré l'influence de la rotation; le coefficient d'échange est donc assez médiocre; - les appareils sont d'une construction délicate, donc coûteux; - ils sont d'une dimension encombrante par rapport à leur puissance et ne peuvent pas facilement s'établir pour de grandes masses de fluides; - ils sont déformables à la chaleur, et ne peuvent admettre que des températures assez basses, comme les appa- reils à tôles ordinaires, et encore plus que ces dernière; - les fruités de fluides entre fluide chauffant et fluide à chauffer sont difficilement évitables; - la forme est malcommode et se prête difficilement à un arrangement pratique.
La présente invention vise la réalisation pratique, in- dustrielle d'un appareil de la deuxième classe, subdivision b) c'est-à-dire d'un appareil à masse chauffante mobile.
Il est caractérisé par le fait que les masses chauffantes
<Desc/Clms Page number 4>
mobiles sont des éléments montés sur une chaîne sans fin, comme ceux des convoyeurs mécaniques utilisés pour la manu- tention de divers produits.
Le mouvement de ce convoyeur mécanique de calories est continu ou discontinu.
Le mouvement des éléments est une translation perpendi- culaire au sens général du déplacement du fluide traversé.
Chaque élément est constitué d'une épaisse couche de barreaux perpendiculaires au mouvement des fluides, ne se touchant pas et disposés en quinconces. Un filet gazeux s'en- gagent dans cette couche de barreaux rencontre forcément un grand nombre de barreaux qui le divisent et le rejettent sur les barreaux voisins. Le brassage, le mouvement de convection et par suite le coefficient d'échange d'un tel dispositif sont très grands. Les barreaux peuvent être métalliques, pour la commodité de leur réalisation, bien que la chaleur spécifique des métaux usuels soit faible.
Ces barreaux sont disposés de telle sorte qu'ils ne sont pas, pratiquement, en contact thennique, les uns avec les autres, et que par suites - quand leur ensemble est traversé par le fluide chauf- fant ils prennent des températures régulièrement décroissan- tes, dans le sens du mouvement du fluide; - quand leur ensemble est traversé par le fluide à chauffer, le mouvement de ce dernier étant en sens inverse de celui du fluide chauffant, le fluide à chauffer se trou- ve on présence d'éléments de plus en plus chauds, c'est-à- dire que la circulation est rigoureusement méthodique ;
- l'appareil est à nettoyage rigoureusement automatique car par suite de leurs nombreux contacts avec les barreaux les gaz abandonnent sur ceux-ci toutes leurs poussières)le passage du gaz en sens inverse détachera des barreaux la plus grande partie des poussières déposées; si cela ne suf- fit pas on pourra adjoindre au convoyeur un dispositif à secousses.
<Desc/Clms Page number 5>
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et repré- senté schématiquement au dessin annexé, un mode pratique de réalisation de cet appareil:
La fige 1 est une vue élévation parallèlement au'plan diamétral de la chaine.
La fig.2 est une coupe élévation, suivant un plan ver- tical A.B. perpendiculaire aux brins de la chaine,
La figure 3 représente schématiquement la disposition des conduits des gaz,
Les figures 4 et 5 représentent à plus grande échelle respectivement en coupe élévation et en plan un des élé- ments de la chaine,
La figure 6 représente la disposition des barreaux,
La figure 7 représente un dispositif d'étanchéité entre les conduits du fluide chauffant et du fluide à chauffer,
Les figures 8,9,10 et 11 représentent différents dis- positifs de montage de l'appareil et des conduits renfer- mant les fluides.
Conformément au dessin (fig* 1) le convoyeur est consti- tué par une chaine sans fin 1 ordinaire, genre Galle, par exemple, analogue aux chaines des appareils de manutention; cette chaine peut comporter un ou plusieurs brins parallèles, généralement deux, cette chaine est montée sur un système de
2 et deux roues dentées.73, sur lesquelles ses maillons viennent s'engrener à la façon usuelle. L'une de ces roues est comman- dée par un moteur quelconque et assure l'entraînement. La chaine porte un certain nombre d'éléments 4, boites sans fond remplies des barreaux dont il a été parlé, les détails de ces éléments seront donnés plus loin.
Dans l'exemple choisi, le brin supérieur 1' du convoyeur calories traverse le conduit 5 du fluide chauffant, et le brin inférieur 1" celui,6 du fluide à chauffer. Ces deux
<Desc/Clms Page number 6>
conduits peuvent être disposés, par exemple comme indiqué par la figure 3.
Ohaque élément du convoyeur (figs. 4 et 5) est consti- tué par une boite comprenant deux parois transversales 8,
9 et deux parcis longitudinales 10, 11 toutes verticales quand les brins de la chaine sont horizontaux) il peut y avoir, à l'intérieur des cloisons également verticales, destinées à entretoiser l'ensemble. Dans l'exemple choisi, il existe deux semblables cloisons 12,13 elles divisent ainsi chaque boite en trois compartiments identiques. On a figuré quelques barreaux 24 dans un de ces compartimente.
On voit que dans cet exemple, il existe deux brins de chaine Galle. Les maillons 16,17 de ces chaînes sont bou- lonnés sur les cloisons 12,13 assurant ainsi la fixation des boites sur les chaînes. Les maillons précédents 18,19 et les maillons suivants 20,21 sont articulés sur les pré- cédents comme d'usage, ils sont maintenus à l'espacement convenable par des entretoises dont certaines engrènent avec les dents des roues dentées 2, 3.
Les parois consécutives des boites successives sont assez voisines les unes des autres dans les parties droites des convoyeurs pour ne laifser entre elles qu'un faible pas- sage aux fluides (quelques millimètres), ces parois inter- viennent ainsi activement, comme les barreaux, dans les échanges de température.
L'intérieur de tous les compartiments des boites est rempli de barreaux, métalliques dans l'exemple de la figure à section circulaire (dans cet exemple), disposés en quin- conce à intervalles constants (dans le cas de l'exemple, mais les intervalles peuvent être variables quand on se dé- place de bas en haut dans la boite). Dans le cas de l'exea- ple, les barreaux peuvent avoir un diamètre de 6 m/m et leur espacement d'axe en axe est uniformément de 12 m/m ce qui laisse entre eux des passages de 6 m/m. L'espacement correct
<Desc/Clms Page number 7>
est obtenu de la manière suivantes chaque barreau 24 (fig.6) est muni de deux rondelles métalliques circulai- res dont le diamètre extérieur est de 12 m/m; l'épaisseur de ces rondelles est de 2 m/m par exemple.
Ces rondelles peuvent, par exemple, être fixées à chaud de manière à assurer leur tenue pour la température la plus haute à envisager. Leur position le long du barreau est quel- conque. Ces barreaux sont retenue dans les compartiments des boites au moyen d'entretoises perpendiculaires à leur longueur, convenablement placées. Ils sont disposée en rangées horizontales, les rondelles dont ils sont munis assurant leur espacement correct.
On remarquera que, par cet arrangement, les barreaux se trouvent être pratiquement isolés thermiquement l'un de l'autre? la durée de leur passage à travers chaque conduit étant inférieure normalement à une minute et la quantité de chaleur pouvant s'écouler en ce temps d'un barreau à l'autre par les rondelles étant très faible.
Au point de vue de l'étanchéité, on remarquera que la quantité de fluide qui peut passer d'un côté à l'autre de l'appareil sans le traverser est obligée de passer entr l'appareil lui-même et le rail 40 (fige 2) sur lequel il frotte. L'influence de cette fuite est pratiquement négli geable.
Il est important, d'autre part, d'éviter un passage de fluide du conduit du fluide chaud au conduit du fluide à chauffer ou vice-versa.Ceci est obtenu au moyen du dis- positif d'étanchéité représenté en fig. 7, par exemple.
La paroi 28 étant la paroi terminale du conduit du fluide chauffant, par exemple, on établit une paroi 27 parallèle à la précédente et ménageant avec elle un espace qui doit avoir une largeur égale à trois fois, envi ron, la dimension longitudinale d'un des éléments-boites.
Entre les deuxparois 28 et 27 le convoyeur repose sur une
<Desc/Clms Page number 8>
tôle pleine 31, qui remplace ici les rails de glissement.
Les fuites par la partie inférieure sont ainsi réduites à peu de choses; sur la partie supérieure du convoyeur frotte une deuxième *vu tôle 52 appuyée par des poids ou des ressorts convenables 33; cette tôle 52 est reliée aux parois 28 et 27 par des joints métalliques flexibles 34,
35. Oe dispositif assure ainsi une étanchéité convenable de oe côté. Deux autres dispositifs entièrement analogues jouent le même rôle le long des parois verticales des boites.
Les conditions de fonctionnement de ce convoyeur sont expliquées ci-dessous.
Le convoyeur (fige 8) entre en.! dans le circuit du flui- de chauffant. Pendant leur trajet de .! vers à les éléments du convoyeur prennent des températures croissantes* Il en ré- sulte que, de leur côté, les gaz après avoir traversé le convoyeur, entre a et b, possèdent à leur sortie des tempe- ; ratures inégales croissantes de a' vers b;
Toutefois cette différence de température dans une sec- tion droite de la veine gazeuse peut être réduite à une va- leur parfaitement acceptable en proportionnant convenablement le nombre des rangées de barreaux dans les éléments-boites, d'une part, et la-vitesse de translation du convoyeur de l'autre.
Si l'on voulait obtenir une égalité de température plus rigoureuse dans toutes les parties de la veine gazeuse, dif- férents expédients pourraient être engagés. Par exemple, on pourrait disposer côte à côte deux convoyeurs identiques mar- chant en sens inverse; en chaque point de la veine de sortie la moyenne des températures des gaz sortant de l'un et de l'autre convoyeur serait rigoureusement constante.
Toutefois, d'après les nombreuses expériences effectuées par les inventeurs sur des éléments de convoyeurs, dans la plupart des cas de la pratique, il sera inutile de recourir à cette complication.
<Desc/Clms Page number 9>
De même, les éléments successifs du convoyeur, chaut- fé comme il vient d'être dit pénètrent en c dans le conduite du fluide à chauffer après avoir franchi le dispositif d'é- tanchéité. De b en c le convoyeur est à l'intérieur d'un carter calorifugé. Oes éléments sont refroidis de c en d par le passage du fluide à chauffer. Ils prennent, comme il a été expliqué précédemment des températures décroissantes de o vers d. Les mêmes observations déjà formulées peuvent être répétées ici, rigoureusement, en ce qui concerne les températures du fluide à chauffer à sa sortie du convoyeur.
On peut imaginer pour un tel convoyeur mécanique de ca.. lories différents système de montage. Le montage qui vient immédiatement à l'esprit est celui de la fige 9, le fluide chauffant descendant en 5, et le fluide à chauffer en 6,11 se prêterait effectivement, à des combinaisons de conduites extrêmement simples. Les mouvements ayant lieu dans le sens des flèches, les éléments du convoyeur dans la veine chauf- fante prendraient des températures régulièrement croissantes de a en b, puis de o en d. Les variations de température à la sortie du brin supérieur seraient presque exactement compensées par les variations de température en sens inverse provoquées par le brin inférieur.
Malheureusement, les élé- ments les plus chauds da brin supérieur qui se trouvent à la face supérieure de ce brin (entrée du fluide) et qui, à leur sortie en b, possèdent presque rigoureusement la température du fluide chauffant à. son entrée, viendraient dans le brin inférieur se placer à la face inférieure de ce brin (sortie du fluide), ces éléments agiraient donc, pendant au moins une partie de leur trajet, pour réchauffer le fluide par- tiellement refroidi.
L'efficacité de l'appareil s'en trouverait considérable- ment diminuée ; ce montage est donc, en général, à rejeter
Telle est la raison pour laquelle a été adopté le dispo- sitif de la fig. 3 bien qu'il entraine une complication un
<Desc/Clms Page number 10>
peu plus grande des conduites.
Un autre dispositif excellent est celui de la fig.10
Les brins l',l'' de la chaine sans fin du convoyeur montée sur les roues d'axe 2,3 formant avec le carter 50 qu'ils traversent et avec la paroi intérieure 51, un compartiment dont l'extérieur 52 communique avec le conduit d'arrivée
55 du fluide et dont l'intérieur 54 communique avec le conduit de départ 55; le fluide passant de l'un à l'autre, quivant les flèches, à travers les deux brins l'et 1" du une convoyeur. L'autre conduit aura /disposition analogue sur le marne convoyeur. Ce dispositif se prêse à des combi- naisons multiples qui peuvent permettre d'utiliser pour les échanges de calories toutes les parties de la chaîne, y compris celles qui sont engrenées sur les deux roues 2,3.
Enfin, on peut encore disposer l'appareil, non plus comme un convoyeur horizontal, mais comme une noria verti- cale, fig.11.Toutes les combinaisons précédentes s'adap- tent dans difficulté à ce nouveau dispositif.
On remarquera, sur la fig. 2, que les brins horizontaux . du convoyeur sont supportés et guidés par des rails 40 sur lesquels ils frottent. Dans les conditions normales il a été calculé que la charge sur ces rails due au poids du convoyeur est inférieure à 600 grammes par centimètre carré, ce qui exclut toutes les complications qui pourraient être occasionnées par un frottement excessif.
Il est encore important de remarquer, sur la même fig.2 que ces rails et les éléments qui les supportent sont tou- jours placés sur la face la plus froide des éléments convo- yeurs, et ceci a pour but essentiel d'empêcher la déforma- tion des rails ou de leurs supports sous l'action ne la chaleur.
Dans ces conditions, dans l'exemple de la chaudière qui est détaillé plus bas, la température, au voisinage des rails serait de:
<Desc/Clms Page number 11>
35 dans la gaine d'air
150 dans la gaine des gaz chauds.
La température moyenne de la lèvre des boites qui ap- puie sur les rails serait ainsi de 95 0. environ pendant tout le fonctionnement.
Dans les conditions actuelles de la technique, l'appli cation la plus intéressante du convoyeur de calories est son emploi comme récupérateur de chaudière à vapeur.
Un tel convoyeur peut d'après les expériences des in- venteurs recevoir des gaz chauds à une température d'envi- ron 4000 et abaisser la température de ces gaz jusqu'à 1500 environ en réchauffant l'air destiné à la combustion du charbon dans la chaudière émettant ces gaz chauds. Oet air serait ainsi porté à une température d'environ 300 , la température ambiante étant supposée de 35 à 40 ce qui est normal dans une chaufferie bien établie.
Dans de telles conditions, l'emploi du convoyeur de calories permettrait de supprimer entièrement dans aucune perte de rendement l'économiseur réchauffeur d'eau, actuel- lement indispensable dans une chaufferie moderne, ou l'ensemble économiseur réchauffeur d'eau et réchauffait utilisé dans les meilleurs chaufferies des stations centra- les (usines génératrices d'électricité par la vapeur d'eau) lorsque l'eau d'alimentation subit un réchauffage préalable au moyen par exemple, de vapeur prélevée sur les turbines.
ne
Si l'on/dispose pas de foyers susceptibles de fonc- tionner avec de l'air chauffé à 3000 environ, on peut di- mensionner les appareils pour obtenir les conditions sui- vantes de fonctionnements - température des gaz à la sortie de la chaudière 3750 - température des gaz à la sortie du convoyeur de calo- ries 1800., - température de l'air réchauffé par le convoyeur de calories 2100,
<Desc/Clms Page number 12>
La plupart des foyers de chaudières modernes peuvent s'accomoder de telles températures et l'avantage du convoyeur de calories, même dans ces conditions moins favorables, est encore considérable si on le compare aux appareils actuellement utilisés (économiseurs, réchauffait).
Mais il est absolument aisé, pour des installations modernes d'agencer des foyers pouvant recevoir, sans dommage, de l'air à 3000 et même à une température plus forte, il suffit pour cela de refroidit les parois de la chambre de combustion, au moyen d'écrans de tubes d'eau convenablement disposés.
Les chiffres suivants permettront d'apprécier les avan- tages du convoyeur; de calories.
Pour une très grosse chaudière de super-centrale à vapeur, brûlant par heure 10 tonnes de charbon à 7.000 ca- lories, le convoyeur de calories nécessaire pour abaisser la température des gaz brûlés à 1500 et réchauffer l'air à 300 , comprendrait une chaine dont les éléments seraient sensiblement les suivants( avec le dispositif de la fig.8). longueur totale développée de la chaine :21 mètres
EMI12.1
largeur utile du convoyeur s . s ..... s .. ! 1 mètre Sauteur des boites perpendiculairement aux brins..............................! 0 30 vitesse de translation ... .#.*.........* 0 m. 10 par s. poids de l'appareil....................: 18 tonnes dans ce poids, le poids des barreaux serait de 14 tonnes.
Aux conditions actuelles, le prix de revient d'un tel appareil pourrait être de 80.000 Fr.
En y comprenant les tôleries, les transmissions, le mo- teur de commande, eto... so prix pourrait atteindre 160.000Fr environ.
Les prix correspondants pour un ensemble économiseur d'eau et réchauffait, seraient de leur côté de l'ordre des
<Desc/Clms Page number 13>
chiffres suivants:
EMI13.1
économiseur d'eau ........................ 750.000 Et réchauffair .............................. 250.000 Fr tôleries, accessoires, etc................ 50.000 Fr robinetterie de vapeur et tuyauterie de va-
EMI13.2
poufr supplémentaires, purges, soupapes etc..75.000 Fr
Total ..........1.125.000 Fr
Les chiffres qui précèdent ne sont naturellement donnés qu'à titre indicatif et ne prétendent pas présenter un ca- ractère absolument rigoureux, mais ils donnent une idée saine du rapport des dépenses.
A quoi il faut ajouter que: les avantages additionnels du convoyeur de calories dans ce cas particulier sont les suivant s : -diminution d'importance des bâtiments, -diminution considérable des incidents de service, et des dépenses d'entretien, - amélioration générale du rendement, non seulement par suite de l'apport physique de calories dans le foyer, mais par suite de l'amélioration chimique de la combus- tion qui se produit dès que la température de l'air comburant dépasse 1500 0, - diminution des pertes par imbrûlés.
L'emploi de tels appareils doit entraîner notamment dans l'établissement et l'exploitation des chaufferies, une véritable révolution. REVENDICATIONS
Ayant ainsi décrit mon invention et ne réservant d'y apporter tous perfectionnements ou modifications qui me paraîtraient nécessaires, je revendique comme ma propriété exclusive et privative!
1 - Echangeur de température à masse chauffante mobile caractérisé par le fait que ses éléments sont montés sur un convoyeur à chaîne sans fin da type usité dans les manu- tentions mécaniques.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.