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Procédé et dispositif pour accroître la transmission de chaleuro
Cette invention a pour objet un procédé et un dispo- sitif pour accroître la transmission de chaleur d'un liquide, gaz, vapeur ou fluide analogue à une surface de chauffe ou, inversement, d'une surface de chauffe au fluide d'échange thermique.
On sait que la transmission de chaleur d'un fluide d'échange thermique à une surface de chauffe ou, inversement, de la surface de chauffe à ce fluide crott quand on augmente les remous au sein du fluide d'échange thermique ou quand on augmente la vitesse de ce dernier le long de la surface
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de chauffe, ce qui a aussi pour effet d'augmenter les remous.
On connaît aussi des dispositifs pour produire cet effet, comme les déflecteurs, anneaux, ailettes hélicoïdales etc. que l'on dispose dans les carneaux de fuméeet on emploie également le tirage artificiel et le soufflage sous la grille.
Les dispositifs mentionnés en premier lieu, employés par exemple dans les chaudières à vapeur, présentent l'inconvé- nient de créer par leur résistance un obstacle au tirage, de se détériorer rapidement sous l'effet des températures élevées, tandis que leur section transversale libre s'obstrue partiel- lement de scories, de coke et de cendres entraînées, ce qui empêche le nettoyage, notamment celui des petits tubes de fumée. L'emploi du tirage artificiel renforcé est limité par le fait qu'une grande quantité d'air entre inévitablement à travers les joints peu étanches de la maçonnerie et de l'installation de chaudières, ce qui entraîne de grandes per- tes en chaleur des gaz perdus. L'emploi du soufflage sous la grille en vue d'atteindre le même but est limité par la pres- sion, positive ou négative, à maintenir au-dessus de la grille.
Cette invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus et d'accroître la transmission de chaleur d'un liquide, gaz, vapeur ou fluide d'échange thermique ana- logue à une .'surface de chauffe ou, inversement, d'une sur- face de chauffe au fluide d'échange thermique, en ayant re- cours à un fluide auxiliaire tel qu'un liquide, gaz, vapeur ou fluide analogue qui crée des remous au sein du fluide d'échange thermique ou augmente la vitesse de ce dernier le long de la surface de chauffe, ou encore produit ces deux effets à la fois.
@ Le procédé et le dispositif suivant l'invention
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seront décrits ci-après à titre d'exemple dans leur applica- tion aux chaudières à vapeur. Dans cet exemple,le gaz de fumée joue le rôle de fluide d'échange thermique et on se sert de vapeur comme fluide auxiliaire.
La Fig. 1 montre un tube de fumée a muni d'une tuyère de soufflage b à travers laquelle on amène de la vapeur dans le gaz passant par le tube de fumée soit suivant la direction de l'écoulement du gaz indiquée par la flèche, soit sous un angle voulu par rapport à cette direction. Dans ce dernier cas le jet de vapeur se divise en rencontrant la paroi du tube et dévie des deux côtés (Figo 2).
Sur la Figo 3, le tube de fumée a est muni d'un tube c, lequel présente une série de tuyères de soufflage b. Les jets séparés de vapeur s'échappent à travers ces dernières dans le sens de l'écoulement des gaz de fumée et sous un an- gle voulu par rapport à la direction de cet écoulement.
La grande vitesse des gaz s'échappant à travers les tuyères de soufflage a pour effet de créer des remous dans le gaz de fumée ou d'augmenter la vitesse de celui-ci le long de la surface de chauffe, ou encore de produire ces deux effets à la fois.
La Figo 4 montre également un tube de fumée a muni d'une ou de plusieurs tuyères de soufflage b normales ou lé- gèrement inclinées par rapport à la direction de l'écoulement du gaz de fumée et courbées suivant la périphérie interne du tube. Le jet de vapeur qui s'échappe à une vitesse élevée de l'une ou de plusieurs de ces tuyères de soufflagd et suit la périphérie du tube imprime au gaz de fumée un mouvement giratoire le long de la périphérie du tube; en même temps il crée des remous au sein du gaz de fumée et augmente la vites- se de ce dernier dans le tube de fumée.
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La Fig. 5 montre une tuyère de soufflage b placée dans un tube-foyer a muni d'un autel d. Dans ce cas la tuyère de soufflage est disposée immédiatement après l'autel et elle est normale ou légèrement inclinée par rapport à la di- rection du mouvement du gaz de fumée et courbée suivant la périphérie interne du tube-foyer. Le jet de vapeur imprime aux'gaz de fumée s'écoulant au-dessus de l'autel, de la même façon que sur la Fig. 4, un mouvement giratoire hélicoïdal le long de la périphérie du tube-foyer ; leur imprime aussi des remous et une vitesse élevée le long de la paroi interne du tube-foyer. Plusieurs tuyères peuvent être employées dans ce dernier cas, de la même façon que dans le cas de la Fig. 4.
La Fig. 6 montre une chaudière verticale à tubes d'eau munie de tuyères de soufflage dirigées aussi suivant le sens de l'écoulement des gaz de fumée. Ces tuyères sont conformées de façon à-créer un jet de vapeur étendu qui, au- tant que possible, pénètre tout le courant de gaz de fumée ou une grande partie de celui-ci. Il en résulte que la vapeur rencontre le gaz de fumée sous des angles différents.
La Fig. 7 montre une chaudière horizontale à tubes d'eau munie d'un tube à tuyères c et d'une série de tuyères ou ajutages b. Les jets de vapeur s'échappent aussi dans le sens de l'écoulement du gaz de fumée et forment ensemble un jet de vapeur étendu qui rencontre toute la masse de gaz ou la plus grande partie de celle-ci sous des angles différents.
Bien entendu plusieurs tuyères de soufflage b peuvent aussi être disposées dans les tubes de fumée a suivant les Figs. 1, 2, 4 et 5, tout le long de ces tubes. Dans les chaudières à tubes de fumée, des tubes de soufflage peuvent
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être disposés dans chaque tube ou dans un certain nombre de ceux-ci ou bien ces tuyères peuvent encore être aménagées avant l'entrée des gaz dans les tubes de fumée.
Dans les tubes-foyers, les tuyères peuvent être dis- posées d'une façon identique ou analogue à celle qui a été décrite, soit dans tous ces tubes, soit dans quelques-uns seulement. Bien entendu, l'invention peut aussi s'appliquer aux surchauffeurs de vapeur,économiseurs et réchauffeurs d'air.
Les tuyères de soufflage peuvent avoir des formes diverses. On peut employer des tuyères ordinaires à un ou plusieurs orifices ou des tuyères évasées, à déflection du jet, munies d'une traverse ou de dispositifs qui répandent le jet de vapeur dans différentes directions. Peuvent égale- ment être employées des tuyères dans lesquelles la vapeur re- çoit avant sa sortie un mouvement hélicoïdal, de sorte que le jet devient giratoire.
Afin d'éviter le refroidissement excessif des gaz de fumée par la vapeur, il est à conseiller pour les Installa- tions de chaudières à vapeur d'employer dans le but envisagé de petites quantités de vapeur sous la pression disponible.
La vapeur saturée ou surchauffée convient à cet effet. Bien entendu on peut aussi employer la vapeur d'échappement.
En accroissant la transmission de chaleur des flui- des d'échange thermique on parvient à augmenter considérable- ment la puissance et le rendement des installations de chaudières à vapeur. La résistance opposée aux gaz de fumée entraînant une diminution du tirage, produite par la dispo- sition des tuyères de soufflage et des conduits de raccorde- ment est négligeable. Les remous et la vitesse plus élevée,
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ainsi que le mouvement giratoire (hélicoïdal) des gaz de fumée sont dûs à l'énergie cinétique du jet de vapeur. Ce dernier permet également de remédier facilement à un manque de tirage, donc d'augmenter le tirage, car le jet de vapeur peut être utilisé en même temps comme soufflerie pour augmen- ter le tirage.
Les tuyères de soufflage et conduits de raccor- dement sont continuellement parcourus par la vapeur pendant le fonctionnement de l'installation, de sorte qu'ils ont une longue durée, même en étant exposés aux températures les plus élevées. L'obstruction de ces dispositifs par des scories, du coke ou des cendres entraînées n'entre plus en considéra- tion et le nettoyage des tubes de fumée, des tubes-foyers et autres conduits se fumée est facilité. D'autre part le dia- mètre des tuyères de soufflage et des conduits;}de raccordement est très faible, de sorte que la réduction de section des conduits de fumée est négligeable.
L'invention permet en outre de diminuer les rentrées d'air à travers les joints peu étanches de la maçonnerie et à d'autres endroits et@de dimi- nuer ainsi la perte en chaleur des gaz perdus, car la vitesse du jet de vapeur se retransfomre en pression à laquelle on peut faire correspondre un tirage plus modéré à l'extrémité de l'installation. Il en résulte que plus les remous et la vitesse des gaz de fumée sont considérables, plus les rentrées d'air à travers les joints peu étanches de la maçonnerie et à d'autres endroits diminuent, tandis que ces rentrées d'air augmentent avec la dépression lorsqu'on emploie le tirage artificiel.
En disposant des tuyères au-dessus de la grille immédiatement après l'autel, ainsi que c'est représenté à titre d'exemple sur les Figs. 6 et 7 pour les chaudières à tubes d'eau et sur la Fi-g. 5 pour les chaudières à tubes-foyers,
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on obtient au moyen du jet de vapeur un meilleur mélange du gaz et de l'air et, par conséquent, une meilleure combustion.
D'autre part, dans leur champ d'action, les tuyères de soufflage fonctionnent comme les ramoneurs de suie et de cendres connus,avec cette différence seulement que ces derniers servent uniquement à l'enlèvement de la suie et des cendres volantes et pour cette raison ne fonctionnent que de temps à autre, tandis que les tuyères de soufflage suivant l'invention doivent fonctionner d'une manière ininter- rompue pour permettre d'obtenir l'effet principal! l'accrois- sement de la transmission de chaleur. Suivant les Figs. 4 et 5, l'enlèvement de la suie ou des cendres volantes se produit sous l'effet du mouvement giratoire des gaz de fumée de la même façon que dans les dispositifs à ailettes hélicoïdales bien connus.
L'accroissement de la quantité de chaleur transmise dépend de la quantité de vapeur admise, que l'on règle au moyen d'un obturateur disposé dans le conduit de raccordement.
La dépense en vapeur est très faible vis-à-vis des avantages considérables qui en résultent..
Adaptée judicieusement, l'invention peut s'appliquer à tous les genres de foyers et à tous les appareils d'échange thermique en généralo Ainsi qu'il a déjà été dit, on peut, suivant les conditions, employer au lieu de vapeur des liqui- des, des gaz (air comprimé) et d'autres fluides convenables, ainsi que des combustibles qui se trouvent dans un de ces états physiques. Dans certains cas,on peut amener au lieu d'une faible quantité de fluide auxiliaire sous une forte pression une grande quantité de ce fluide sous une faible pression.
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