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Echangeur de température a gaz de combustion pour réchauffage et vaporisation d'eau et surchauffage de vapeur.
Les échangeurs de température connus, à corps échangeurs mouvement circulaire, dans lesquels les agents les plus froids,projetés vers l'extérieur par la force centrifuge, refoulent les agents déjà échauffés et provoquent ainsi le mouvement de ceux-ci vers l'intérieur, sont de construction compliquée; leur fabrication est, par conséquent, difficile et chère; comme, en outre, les diverses sections du corps échangeur rotatif sont exposées à des températures différentes, ce dernier est soumis à des sollicitations considérables, de sorte qu'il est difficilement possible de le maintenir étanche en permanence.
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L'invention concerne un dispositif échangeur de tempéra -ture à gaz de combustion servant au réchauffage et à la vaporisation de l'eau et au surohauffage de la vapeur, dont les éléments échangeurs se composent de tubes de chauffe disposés sur un arbre creux à la façon de rayons et dont les extrémités extérieures sont fermées; ces tubes de chauffe sont en relation avec l'intérieur de l'arbre creux.
L'invention consiste dans le fait qu'il se trouve,à l'intérieur des tubes de chauf- fe,des tubes d'alimentation arrivant jusqu'au voisinage des extrémités fermées de ceux-ci; ses tubes d'alimentation partent d'un bout de tuyau disposé dans l'arbre creux permettant l'arrivée de l'agent qui doit 'être réchauffé; ou bien encore, ils sont en communication,d'une façon quelconque, avec le compartiment d'arrivée de l'eau.
Dans le compartiment intermédiaire formé par le -cube d'alimentation e le tube de chauffe, on peut disposer, somme cela se fait pour les corps échangeurs de température fixes, des aubes ou pales inclinées qui, d'une part, maintiennent le tuyau d'alimentation au centre,et, d'autre paru, impriment à l'agent à réchauffer, se trouvant dans le corps échangeur de température, un mouvement rotatif supplémen- uaire, ce qui accroît la transmission de la chaleur. pour augmenter plus encore la transmission ae la chaleur, on peut monter dans la carcasse un râteau dont les barreaux constituent un obstacle à la marche des gaz de combustion amenés par les tubes de chauffe, de manière à imprimer continuellement à ces gaz,un mouvement tourbillonnaire ;
ceci permet de réaliser non seulement une transmission de chaleur efficace, mais,en outre, empêche la formation des dépôts isolants de suie et de cendres volantes.
A l';endroit ou.les gaz de combustion sont déjà. fortement refroidis, on peut garnir les tuyaux de nervures; celles-ci permettent d'augmenter la surface de chauffe et lorsqu'elles sont inclinées, elles agissent comme des pales de ventilateurs. pour empêcher l'accroissement exagéré de la teneur en sel résultant de
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la vaporisation de l'eau, on prévoit un tuyau de dessalage en communication permanente avec le compartiment à eau de l'arbre creux et dont la section est réglable sur la quantité d'eau a évacuer. pour éviter les pertes de chaleur par radiation, on entoure la carcasse, entourant le corps échangeur rotatif, d'un manteau sous lequel se trouve, comme sels se fait dans les foyers, un creux réservé à une couche d'air isolante d'où.
l'air, qui se réchauffe, est prélevé,par un ventila- teur, à l'état d'air comburant réchauffé pour être envoyé au foyer. par suite de la collaboration favorable de toutes ces dispositions, on réussit à satisfaire aux desiderata avec de très petites surfaces de chauffe, ce qui est économique, par- ticulièrement pour les chaudières à haute pression.
Le dessin montre l'objet de l'invention en plusieurs variantes de réalisation données à titre d'exemples.
La figure 1 est une coupe longitudinale et verticale pratiquée dans un dispositif échangeur de température.
La figure 2 est une coupe transversale et verticale pratiquée dans le même dispositif, à échelle plus petite.
La figure 3 montre la moitié d'un échangeur de température vu en direction axiale, à échelle plus grande.
La figure 4 montre une partie d'une autre variante de dispositif échangeur de température à gaz de carneaux, eh coupe longitudinale et verticale, et
La figure 5, enfin, montre une autre variante représentée de la mme manière.
Dans la variante conforme aux figures 1 et 2, l'arbre creux 1 du corps échangeur de température est logé, par ses deux extrémités 2 et 3, dans des paliers 4 et 5. Les raccords à épaulement des extrémités de'l'arbre s'adaptent dans les boîtes à bourrage des conduites d'arrivée et d'évacuation de
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l'eau ou de la vapeur, non représentées dans la fig.l. Les éléments échangeurs de température du corps échangeur se composent des tubes de chauffe 6, en communication ayec l'intérieur de l'arbre creux 1; leurs extrémités extérieures sont fermées et ils sont disposés en cercle à la façon de rayons.
A l'intérieur de chaque tube de chauffe 6 se trouve un tuyau d'arrivée étroit 7, dont l'extrémité extérieure arrive à proximité de l'extrémité fermée du tube 6, tandis que l'extrémité intérieure se trouve, dans le premier faisceau tubulaire en forme d'étoile, dans un appendice tubulaire fermé de l'extrémité 2 de l'arbre 1; il est en relation, par son passage, avec la conduite d'alimentation d'eau; dans les autres faisceaux tubulaires, il se place dans un bout de tube 10 ou 11, placé dans l'arbre creux 1 et obturant celui-ci par une bride 8 ou 9; il est fermé à son extrémité . Les bouts de tubes 10 portent chacun un faisceau tubulaire servant au réchauffage et à la vaporisation, tandis que sur le bout de tube 11 se trouvent plusieurs de ces faisceaux tubulaires, servant au surchauf- fage de la vapeur.
A l'extrémité 2 de l'arbre creux 1 se trouve une poulie a câble 12, qui peut être actionnée par une généra -trice de force motrice. Le corps échangeur rotatif se trouve dans une carcasse 13 en plusieurs parties, dans laquelle se trouvent, en bas, le ciel du foyer 14 et la grille 15. Le foyer peut aussi se trouver latéralement. Au-dessus se trouvent des barreaux 16 formant un râteau pénétrant entre les faisceaux tubulaires ; ce râteau empêche l'entraînement des gaz de combustion par les tubes de chauffe 6 et provoque un tourbillonnement profond des gaz.
La carcasse est en matière calorifuge ou est entourée de matières de l'espèce, elle est entou -rée, en outre, d'un manteau 17, disposé au-dessus de la carcasse,de manière à y ménager un matelas d'sir, de telle manié -re qu'il se trouve,en dessous de lui,une couche d'air isolante.
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Le raccord de sortie 18 des gaz de combustion, se trouvant sur la carcasse, porte un clapet réglable 19 servant à régler la quantité de gaz qui sort et qui peut, de toute manière, être commandé automatiquement par la pression du gaz,. Le manteau 17 porte un raccord 20, d'où. l'on paut aspirer 7.'air échauffé et conduire celui-ci, a. l'état d'air comburant réchauffé, au foyer. ,Aux endroits les moins exposes aux gaz de combustion, les tubes de chauffe 6 peuvent être garnis de nervures 21 qui, comme le montre la section en traits de la fig.3 pour le tube central, peuvent être inclinées de maniè- re à agir comme des pales de ventilateurs.
Le fonctionnement du dispositif échangeur de température représenté est le suivant :
Les gaz de combustion. montent du foyer; ils sont saisis par les tubes de chauffe 6 à rotation rapide et prennent un mouvement tourbillonnaire profond; ils se déplacent ainsi en ,spirale et en direction axiale en se refroidissant progressivement et ils sont,finalement, expulsés par le raccord d'évacuation 18.
L'eau fraîche arrive,par le passage de l'ex- trémités 8 de l'arbre creux,dans le premier des faisceaux tubulaires formés par les tubes d'alimentation et elle est conduite,ous l'effet de la force centrifuge, aux extrémités des tubes de chauffe 6; elle s'y réchauffe et, du fait de son poids spécifique plus faible, elle est refoulée, par l'eau froide qui arrive,dans le creux de l'arbre 1.
De là, elle parvient, en se vaporisant progressivement, par le bout de tube 10, dans le deuxième faisceau tubulaire forme par les tubes d'arrivée 7 et les tubes de chauffe 8, puis dans le troisième faisceau tubulaire des tubes d'alimentation 1 et, de ceux-ci, après avoir parcouru les tubes de chauffe 8 et s'être vaporisée entièrement, dans le bout de tube 11 ou.la vapeur, ainsi formée,traverse, en vue de surchauffage, simultanément plusieurs faisceaux tubulaires- Ainsi qu'on le voit, il se
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produit, dans les premiers faisceaux tubulaires entrant en contact avec les gaz de combustion déjà plus ou moins re- froidis, le réchauffage et la vaporisation, tandis que la. surchauffe s'accomplit dans les faisceaux tubulaires exposés aux gaz de combustion les plus chauds.
Dans la variante d'échangeur de température représen- tée par la fig.4, la vapeur saturée produite peut *être trans- formée, sans interruption, en vapeur surchauffée. cette fin, on doit se servir d'un dispositif à dessaler l'eau d'alimen- tation, afin que la teneur en sel de celle-ci ne dépasse pas la limite permise. L'arbre creux!. est divisé en deux comparti -ments par la bride d'une pièce 22, fermée à une extrémité;l'un de ces sompartiments est en communication avec la conduite d'ar -rivée d'eau, tandis que l'autre se trouve du coté de la sor- tie de la vapeur.
Les tuyaux d'arrivée 23 conduisant sous l'efleurs extrémités d'arrivée dans la paroi des tübes de chauffe fermés à. fet de la force centrifuge,l'eau vers l'extérieur, ont leurs ex- trémités 24, où. se produit la vaporisation, de manière que la vapeur sorte aux extrémités intérieures et arrive, par le creux de la pièce 22, dans les tubes d'arrivée 25 des tubes de surchauffeurs 26.
De là, la sortie de la vapeur se fait, par une boîte à bourrage 27, dans le raccord de sortie de vapeur 28. pour éliminer les sels en excès. on se sert de la conduite de dessalage 29, dont l'extrémité en forme de T 30 plonge, par ses deux ouvertures d'admission, dans le compartiment à eau annulaire formé lors de la rotation du coté arrivée de l'arbre creux 1. un organe obturateur 31 permet le réglage de la quentité de l'eau à évacuer,de manière que la teneur requise en sels de l'eau reste constante. L'extrémité de la conduite de dessalage 29 se place, à rotation, dans une boite à bourrage 32.
Entre le tuyau d'arrivée 23 et le tube de chauffe 24 se trouvent des pales inclinées 39, qui, d'une part, maintiennent le tuyau d'arrivée au centre du tube de chauffe et, d'autre part, impriment à l'agent,qui doit 'être réchauffé, un mouvement de
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rotation supplémentaire et, de la sorte, augmentent la transmission de la chaleur.
Dans la variante représentée par la fig.5, les tubes de chauffe 33. 34, 35 et 36. sont de longueur différente et disposés en gradins, de manière que les tubes les plus courts se trouvent à l'endroit où. les gaz sont les plus chauds, tandis que les tubes les plus longs se trouvent dans la zone des gaz les plus refroidis, où le maximum de tourbillonnement est désirable.
Dans la figure 5, on a représenté également un ventilateur 37 monté sur l'arbre creux 1; ce ventilateur conduit l'air , arrivant sous le manteau 17 pour être réchauffé, par la voie la plus courte, vers le foyer, par une conduite d'air 38.
Le dispositif échangeur de température qui vient d'être décrit peut aussi être employé pour la production indirecte de la vapeur. Dans ce cas, on fait passer l'eau,sous une pression assez élevée,à travers le dispositif; on la porte à la température correspondant à cette pression et on la détend ensuite dans un accumulateur de vapeur à la pression requise. L'eau non vaporisée se rend de l'accumulateur à une pompe de circu- lation qui la conduit, en circuit, à travers le dispositif échangeur. L'eau vaporisée est remplacée par une pompe d'alimen -tation qui amène à la pompe de circulation la quantité d'eau nécessaire .
La rentabilité de ce dispositif échangeur de température est assurée par le fait qu'il constitue simultanément un réchauffeur d'eau, un générateur et un surchauffeur de vapeur, et qu'il permet en même temps d'opérer le transport des gaz et,en outre, celui de l'air comburant.
Revendications.
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