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"Echangeur de température composé d'éléments tubulaires réunis à la façon d'une batterie".
L'objet de l'invention est un échangeur de température oon- stitué par des éléments tubulaires réunis à la façon d'une bat- terie. Cet échangeur de température peut être employé aussi bien comme réchauffeur d'air que comme réchauffeur d'eau d'alimenta- tion (Economiser) en vue d'utiliser des calories des gaz de oom- bustion des foyers pour réchauffer l'air comburant ou l'eau d'a- limentation. De plus, on peut utiliser, aveo cet échangeur de température , les gaz résiduaires des moteurs Diesel par le obauf afage et le séohage.
Ensuite, les appareils de cet espèce peu- vent également être employés dans l'industrie chimique pour as-
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surer l'échange thermique entre deux gaz, par exemple entre l'anhydride sulfureux et l'anhydride sulfurique dans la fabri- cation de l'acide sulfurique, L'objectif de l'invention consiste à réaliser un éohangeur thermique de l'espèce à l'aide duquel on atteigne un rendement spécifique élevé, c'est-à-dire une utilisa- tion de la chaleur aussi complète que possible et ensuite un poids et un encombrement plus faibleçque les installations exis- tantes de l'espèce ca qui diminue ainsi son prix de revient.
On connaît déjà les réchauffeurs d'air et les réchauffeurs d'eau d'alimentation installés sur le trajet des gaz résidusi- res de la combustion qui se composent d'un certain nombre d'é- léments tubulaires réunis à la façon d'une batterie. On a em- ployé tout d'abord des éléments tubulaires à parois lisses.Dans les tubes.lisses des réchauffeurs d'air de l'espèce, dont la par paroi,/conséquent , se trouve entre deux gaz entre lesquels s'opère un échange thermique, il se forme, ainsi que l'enseigne l'expérience,
sur la face intérieure et sur la face extérieure disposées concentriquement par rapport à l'enveloppe tubulaire des tubes des couches limites/de gaz en stagnation qui exeroent une aotion calorifig@e sur les gaz le la combustion et sur l'air que l'on doit échauffer et qui réduiSent ainsi très fortement l'éohange thermique. Un phénomène analogue se produit dans les réchauffeurs d'eau d'alimentation formés par des tubes à parois lisses, du côté des gaz de la combustion. C'est pourquoi on a décidé bientOt de garnir les tubes des réohauffeurs d'air et des réchauffeurs d'eau d'alimentation tout d'abord de nervures extérieures en vue d'agrandir les surfaces qui opèrent l'éohan- ge thermique.
Plus tard on a disposé , dans des réchauffeurs d'air, des nervures sur la paroi extérieure et sur la paroi in- térieure des tubes, des nervures pour réaliser en plus de l'aug- mentation des surfaces d'échange calorifique une augmentation de la vitesse du courant d'air. Mais dans ce dispositif égale- ment il se forme encore du côté gaz des couches calorifuges
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qui empochent l'utilisation parfaite des calories du gaz de la combustion.
Dans l'éohangeur de température conforme à l'invention, les éléments tubulaires sont pourvus d'un côté ou des deux eûtes de la paroi du tube de saillants en forme [L'aiguilles qui oré- ent un courant tourbillonnaire des gaz impliqués dans le pro- Oessus d'échange thermique et qui ainsi.empochent la formation de couches calorifuges limites stagnantes, ce qui permet d'ob- tenir un échange thermique beaucoup meilleur que jusqdà à pré- sent.
Dans les réchauffeurs d'air on dispose les aiguilles opportunément sur la face intérieure et sur la face extérieure des tubes ,tandis que dans les réchauffeurs d'air d'alimentation elles ne se trouvent que du côté gaz, afin de ne pas augmen- ter trop fortement les résistances à l'écoulement de l'eau.
De plus, de l'eau en mouvement ne se prête pas dans la même me- sure qu'un gaz à la formation de couches limites calorifuges et enfin elle possède un ooeffioient de transmission de la chaleur plus élevé que le gaz.
On connaît déjà, il est vrai, des foyers destinés au ohauf- fage des appartements dans la porte d'alimentation desquels se trouve un dispositif qui sert à faire arriver l'air comburant secondaire réchauffé. Oe dispositif se compose de plusieurs chambres montées en série, qui pénètrent dans le puits d'ali- mentation, et dont les parois intérieures sont garnies d'ai- guilles. Mais, ces aiguilles, qui ne se trouvent que d'un seul côté, servent uniquement à augmenter la surface réservée au passage de la chaleur.
Or, conformément à l'invention, les ai- guilles qui se trouvent des deux cotés de la paroi du tube dans les réchauffeurs d'air et du côté qui absorbe la chaleur dans les réchauffeurs d'eau d'alimentation, donnent naissance à des courants tourbillonnaires qui rendent impossible la formation de couches limites oalorifuges le long des faces réservées au
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passage de la chaleur. II est nécessaire à cet effet aussi que l'écartement des aiguilles ne dépasse pas une certaine longuet ou ne soit pas inférieure à celle-ci. Dans la pratique , on a constaté que l'écartement moyen de 20 m/m environ était le meilleur. Le mouvement tourbillonnaire qui se produit réduit en môme temps dans une très large mesure le dépôt de la suie et des cendres volantes sur les aiguilles.
Dans le cas de pas- sage des gaz de combustion, de haut en bas, ce n'est qu'après un temps assez long que la surface extérieure des aiguilles se recouvre à sa partie supérieure d'une étroite bande de suie, tandis que le restant de la surface reste propre.
Il convient, dans les réchauffeurs d'air, de donner aux saillants en forme d'aiguilles une longueur égale ou une lon- gueur différente suivant les chaleurs spécifiques dea gaz qui agissent des deux eûtes de la paroi du tube. Ceci, de façon que l'absorption de chaleur sur l'un des eûtes de la paroi du tube soit égalai la transmission de ohaleur qui se produit de l'au- tre côté.
Ensuite, les éléments tubulaires des réchauffeurs d'air conformes à l'invention présentent à leurs extrémités dea par- ties plus larges en forme de bottes, selon la conception bien connue, portant des brides terminales et des joints en abou- tissement réciproque. Conformément à l'invention chacune des bottes de l'espèce présente un bord usiné du genre d'une bride qui,lors du montage des éléments tubulaires,vient se poser, pour faire joint sur le bord correspondant de la botte suivan- te ; à côté de sa partie extérieure se trouve une grage destinée à recevoir un joint.
La nouvelle invention présente sur les autres réchauffeurs d'air de oonoeption connue dans lesquels les joints se trouvent directement entre les brides terminales disposées les unes à côté des autres et les unes sur les autres et sont ainsi exposées directement à l'aotion destructive des gaz de la combustion, l'avantage que les bords en forme de bri- des qui se trouvent l'un sur l'autre jouent aux mêmes le rô-
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le de joint et que de la sorte les joints proprement dits qui se trouvent sur leur surface extérieure sont mis à l'abri de l'influence nuisible des gaz de la combustion.
Pour conférer aux éléments de chauffe des réchauffeurs d'eau d'alimentation une grande résistance à la pression inté- rieure, on réunit, conformément à l'invention, plusieurs fais- seule oeaux tubulaires cylindriques, superposés dans une/enveloppe en fonte. Dans ce cas, les aiguilles sont opportunément cou- lées directement sur les nervures qui forment, de leur coté, une seule pièce de fonderie avec les éléments de chauffe. Les faisceaux tubulaires qui sont ainsi réunis dans un seul élé- ment de fonderie sont ou bien parallèles jusqu'à leurs extré- mités ou bien aboutissent aux deux extrémités dans un orifioe de sortie commun.
Dans la forme d'exécution signalée en dernier lieu, on peut, pour assembler divers éléments de chauffe, em- ployer les coudes doubles usuels;tandis que dans le premier dispositif, il faut employer les coudes doubles à deux canaux concentriques et ayant la forme de demi-cercles. En outre, il est possible également d'employer comme éléments de chauffe des tubes lisses en fonte ou en fer forgé,sur lesquels on mon- te ensuite à froid ou à chaud des bagues en fonte portant des aiguilles disposées suivant le sens du rayon. Enfin, on signale encore que tous les dispositifs du type précédemment déorit peuvent être employés de la même manière également pour la réfrigération dans les condenseurs, les machines à fabriquer la glaoe eto.,. l'objet de l'invention est représenté par le dessin ci- joint en plusieurs exemples de réalisation.
La figure 1 est une vue de côté d'un échangeur de tempé- rature servant de réchauffeur d'air. La figure 2 est une coupe transversale du même, La figure 3 est une vue de côté, partie en coupe longitudinale , d'un élément tubulaire. La figure 4 est une coupe transversale du même. La figure 5 est une vue
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de côté, partie en coupelongitudinale, de l'élément de chauffe d'un réobauffeur d'eau d'alimentation. La figure 6 est une coupe transversale du même. La figure 7 est une autre vue de côté,partie en ooupe longitudinale, du même élément de obauf- fe.
La figure 8 est une coupe longitudinale d'un raccord, d'une variante d'éléments de chauffe et la figure 9 est une coupe transversale d'une autre variante encore de l'élément de chauffe.
L'échangeur de température qui est monté, par exemple, comme réchauffeur d'air dans le carnaeau a parcouru, par les gaz de combustion dans le sens de la flèche x, se compose de deux batteries 1) et c dont chacune est formée par des éléments tu- bulaires d parallèles. Sur l'un des oOtés face du réohauffeur d'air se raooorde à la batterie de chauffe inférieure b le rac- cord de refoulement e du ventilateur f qui introduit l'air destiné à être chauffé et à la batterie de chauffe supérieure o, le raooord qui évacue l'air réchauffé.Les faces opposées des batteries de chauffe b,o sont réunies par une chambre a.
Il résulte de cette disposition que l'air à réchauffer est conduit en oourant croisé ou transversal par rapport eux gaz de la combustion , On peut toutefois aussi se servir d'une disposition dans laquelle l'air à réchauffer est conduit en contre-courant ou dans le même sens que les gaz.
Pour que l'on puisse assembler facilement les tubes à en batterie, leurs extrémités s'évasent pour former des bottes i de section rectangulaire ou carrée.On peut aussi leur don- ner une forme triangulaire ou hexagonale de manière que les éléments tubulaires d puissent être montés sans jeu intermé- diaire. Dans les bottes 1 sont percés des trous k de sorte que des éléments tubulaires voisins peuvent @être assemblés par des vis 1.
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Pour que l'on puisse utiliser dans la plus large mesure possible les calories des gaz résiduaires, les tubes d sont pourvus des deux eûtes de leurs parois,, de saillants en forme d'aiguilles m,n qui assurent la transmission effective de la chaleur. Ces aiguilles m,n peuvent avoir les mêmes dimensions ou avoir des dimensions différentes, suivant la température des gaz de là combustion et la vitesse de circulation de l'air à réchauffer.
Ainsi que le montre spécialement la figure 4, les tubes d ont une section ovale et aplatie et deux eûtes parallèles et des extrémités arrondies de part et d'autre. Grâce à cette conception, on peut donner aux saillants en forme d'aiguilles, lors de la coulée ,une position parallèle. En outre, les ex- trémités arrondies diminuent dans une mesure considérable la résistance à la circulation qui rencontrent les gaz résiduai- res dans les tubes d. les parties évasées 1 ont du côté de l'extérieur un bord un peu ou--élevé 0 qui est parfaitement rodé et à côté duquel se trouve une rigole circulaire p qui sert à recevoir un joint q en asbeste ou analogue.
Lorsque l'on visse les vis 1, les bords voisins 0 de deux éléments tubulaires se posent l'un sur l'autre. En même temps le joint est comprimé et enfoncé en partie dans la fente étroite existant entre deux parties éva,- sées i. On réalise ajnsi, d'une part, une bonne étanohéité et d'autre part on peut déterminer d'avance avec précision la hauteur qu'aura chaque batterie tubulaire. Enfin, les joints q sont protégés par les bords o de l'influence nuisible des gaz de la combustion.
L'élément de chauffe représenté par les figures 5 à 8,qui est destiné en premier lieu à des réchauffeurs d'eau d'alimen- tation, se compose d'un corps coulé r qui renferme deux fais- ceaux tubulaires s, t cylindriques superposés qui sont sépa- rés par une cloison intermédiaire u. les faisceaux s,t se
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continuent aux deux extrémités par un raccord commun v. Sur les extrémités des corps cylindriques r sont coulées des brides d'assemblage w dans lesquelles est ménagée une gorge creuse circulaire y destinée à reoevdr un joint. Sur les corps coulés r sont fixées des nervures garnies des deux côtés d'aiguilles parallèles 10.
On peut évidemment aussi fixer les aiguilles 10 directement sur les éléments de chauffe r; toutefois les nervures z permettent de placer un nombre plus grand d'aiguil- les dans un espace déterminé. En outre, pour des raisons de coulée et de solidité, il est avantageux de se servir de nervu- res z, car on peut alors donner aux aiguilles, d'une façon générale, la même longueur.
En collaboration avec les nervures z, les aiguilles 10 assurent une très intense utilisation de la chaleur, o'est-à- dire donnent à l'échangeur de température un ooeffioient d'uti- lisation thermique élevé. Il en résulte que l'on réalise, pour un môme rendement, sur les installations connues, uns économie d'espace d'environ 65%, une diminution de poids de 30 à 40% et une diminution de prix de revient d'environ 40%. la réunion de plusieurs faisceaux tubulaires dans un seul élément coulé présente l'avantage suivant. Un tube unique dont la section serait aussi grande que la section totale des deux tubes s et t, devrait avoir un diamètre plus grand en propor- tion. Or, plus le diamètre d'un tube est grand, plus faible est sa résistance à la pression intérieure.
Par conséquent, les tu- bes peuvent, dans la disposition conforme à l'invention, ré- sister à une pression intérieure beaucoup plus élevée qu'un tu- be unique de même section utile.
Par le fait que les divers faisceaux tubulaires se conti- nuent aux deux extrémités par un raccord commun v, on peut se servir pour réunir les éléments de chauffe des coudes doubles ordinaires. En même temps, on augmente ainsi la résistance en
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marche, car il ne faut qu(un nombre restreint de brides et de joints.
On peut aussi rendre les deux faisceaux tabulaires s, t parallèles jusqu'à leurs extrémités, ainsi que le montre la fige 8. Dans ce cas, on fait usage de coudes doubles 11 dans lesquels se trouvent ménagés deux canaux concentriques 12 et 13 en forme de demi-cercle.
Quand l'économiser se compose de tubes séparés de section circulaire, on a recours de préférence à la forme de réalisation représantée par la figure 9. Dans ce cas on frotte sur un tube lisse 14, en fonte ou en fer forgé, une bague en fonte 16 garnie d'aiguilles radiales 10'.. Le cas échéant, les bagues 15 peuvent aussi être fixées à froid.