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" Perfectionnements apportés aux procédés et disposi- tifs pour obtenir un échange de chaleur entre des fluides*.
La présente invention est relative à des procédés et dispositifs pour obtenir le réchauffage indirect d'un fluide par un autre, c'est-à-dire à travers une cloison ou peroi; et elle concerne, plus spécialement, des rechauffeurs ou échangeurs de chaleur pour des turbines et dans lesquels le fluide actif de la turbine est chauffé sans risque d'être contaminé par les produits résultant de la combustion du combustible.
Quand on désire réchauffer un fluide indirectement, le rechsuffeur, utilisé à cet effet, doit pouvoir résister aux températures et aux pressions nécessaires au fonctionne** ment avec une marge raisonnable de sécurité et il doit être
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aussi peu encombrant que possible. Quand, comme pour rechauf- fer le fluide actif d'une turbine, on peut s'attendre à oe qu'une pression élevée se produit dans le circuit dans le- quel le rechauffeur doit fonctionner et quand une grande sur- face est nécessaire pour l'échange de chaleur dans l'appe- reil, on constitue le plus avantageusement le rechauffeur par des tubes dans lesquels circule le fluide à haute pres- sion.
Dans ce cas, le problème de l'obtention d'un transfert de chaleur maximum est difficile à résoudre quand on veut que la perte de charge et l'encombrement de l'échangeur de chaleur soient minima.
Pour obtenir la combinaison la plus efficace avec une perte de puissance minimum, la quantité de fluide que l'on fait circuler dans le circuit chauffant doit être seu- lement un peu plus grande que la quantité minimum qui est nécessaire pour obtenir une combustion complète du combus- tible chauffant. Si la quantité de fluide à chauffer est beaucoup plus grande que cette quantité (ainsi que cela se produit dans la plupart des cas et plus spécialement dan s le cas où la ohaleur est récupérée à partir du côté de l'échap- pement de la turbine), son élévation de température est ré- duite en conséquence.
Si une température maximum admissible pour les parois des éléments de l'échangeur de ohaleur est déterminée, la quantité de chaleur maximum, pour une surface ayant une étendue donnée$est transférée eu fluide à chauffer quand ces parois sont constamment maintenues à cette tempé- rature maximum et constante pour tout l'appareil.
L'invention a pour objet un procédé pour effectuer un échange de chaleur entre deux fluides qui s'écoulent sui- vant des trajets parallèles et séparés par des parois pour l'échange de ohaleur et en conservant des conditions telles que les échanges de chaleur entre les fluides âoient inver- sement proportionnels à leurs coefficients de transfert
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thermique respectifs entre le fluide et la paroi afin que la température des parois, pour l'échange de chaleur, soit sensiblement constante dans tout 1appareil. Les coefficients de transfert thermique respectifs peuvent être définis par la vitesse à laquelle la chaleur est transférée à travers une surface ayant une étendue donnée quand une différence de température déterminée existe entre le fluide et la pa- roi.
On veut que la température de la paroi doit être sen- siblement constante avec sa valeur maximum admissible.
Le maintien des conditions auxquelles les variations respectives de la température des fluides sont dans une re- lstion appropriée peut être obtenu en fournissant ou en pré- levant de la chaleur à l'un ou l'entre des fluides interve- nant dans l'échange de la chaleur, depuis ou vers une source indépendante de chacun de ces fluides, pendant que l'échange de chaleur a lieu ou en maintenant les vitesses d'écoulement des deux fluides dans une relation appropriée.
Un appareil convenant à la mise en oeuvre du pro- oédé susdit peut comporter un éohangeur de chaleur dans le- quel un fluide à chauffer et un fluide chauffant peuvent s' écouler suivant des trajets parallèles en étant séparés en- tre-eux par des parois pour le transfert de le chaleur, des moyens étant prévus pour chauffer le fluide chauffent, d'abord et si nécessaire pour lui fournir une chaleur initiale et, ensuite, pour lui apporter de la chaleur supplémentaire, d' une manière graduelle et continue, à mesure que le fluide à chauffer prélève de la chaleur au fluide chauffant,dans tout l'appareil.
Les moyens de chauffage sont agencés de manière que les parois de l'échangeur de chaleur interviennent avec une température maximum admissible à l'entrée de l'échan- geur et qu'un apport de chaleur auxiliaire se fasse graduel- lement et continûment pour que la température de ces parois reste constante pour tout l'appareil.
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Pour fournir graduellement cette chaleur au fluide chauffant dans l'échangeur de chaleur, on rencontre des dif- ficultés pratiques pour la construction de l'appareil et pour y remédier on a recours, conformément à l'invention, à plusieurs échangeurs de chaleur, dont chacun comprend des circuits formant des trajets parallèles pour les deux flui- des, les circuits d'un des fluides étant à équioourants et ceux de l'autre fluide fonctionnant en série, ces circuits étant agencés pour que les vitesses d'éooulement des flui- des soient liées entre-elles de manière que les variations de température respeotives des fluides se fassent suivant une relation appropriée.
A cet effet, un réchauffeur de fluide pour chauf- fer indirectement un fluide par un autre peut comporter polu- sieurs éohangeurs de chaleur à équicourants et dont les cir- cuits du fluide à chauffer sont reliés en parallèle entre- eux alors que ceux du fluide chauffant sont reliés en série, plusieurs chambres de combustion étant établies dans le air- cuit du fluide chauffant et au moins une de ces chambres se trouvant en amont de chaque appareil éohangeur de chaleur pour que leur ensemble puisse fournir la quantité totale de ohaleur au fluide chauffant afin que oelui-oi puisse ré- chauffer le fluide à chauffer, ces chambres étant agencées de manière que les pouvoirs calorifiques des courants des flui- des dans chaque appareil soient proportionnels à leurs coef- ficients de transfert thermique respectifs.
Si l'on veut obtenir un rendement très élevé, la chaleur, subsistant dans le fluide chauffant au delà du der- nier des échangeurs de chaleur à équicourants et dans les- quels oe fluide circule dans des circuits en série, peut être réoupérée en faisant passer oe fluide dans un échangeur de chaleur à contre-courants pour réchauffer ce fluide et
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ensuite dans un préchauffeur à échange en centre-courant pour chauffer le fluide chauffant qui s'écoule vers la pre- mière chambre de combustion.
La fig. 1 du dessin ci-annexé montre, à titre d' exemple, un réchauffeur de fluide, établi selon l'invention, en combinaison avec une turbine dans laquelle circule un fluide actif élastique suivant un circuit fermé, ce fluide actif étant de l'air alors que le fluide chauffant est de l'air et des gaz de combustion.
La turbine 1 comporte un circuit d'air fermé, mon- tré en traits interrompus, alors que la partie de ce circuit, qui intéresse le reohauffeur.est montrée en traits pleins.
L'air actif, sortant de le turbine et après refroidissement, est subdivisé en des circuits passallèles en passent dans des conduits 2, 3, 4 et $ pour s'écouler vers trois échangeurs de chaleur 6,7 et 8 à équioourants et vers un éohangeur à contre-courants 9 afin qu'une partie seulement de l'air ac- tif traverse chaque appareil, le fluide revenant, par le conduit 10, à l'entrée de la turbine 1. L'air, nécessaire à la combustion du combustible qui fournit la chaleur néces- saire pour le transfert thermique à l'air aotif circulant dans le circuit fermé de la turbine, est prélevé à l'atmos- phère par un ventilateur 11 pour traverser, par le conduit 12, un échangeur de chaleur 13, à contre-courants pour le préchauffage de cet air et, ensuite, par le conduit 14 dans la première chambre de combustion 15.
Une partie seulement de la totalité du combustible est brûlée dans la chambre de combustion 15 et l'air chaud et les gaz de combustion, à une température maximum, admissible pour les parois du premier échangeur de chaleur, traversent le premier éohangeur 6 à équioourants. Après un échange de la chaleur entre l'air et les gaz chauds et la partie de l'air actif qui traverse le
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conduit 2, l'air et les gaz refroidis pénètrent dans une deuxième chambre de combustion 16 dans laquelle de combus- tible est brûlé pour augmenter la température de l'air et des gaz jusqu'à la température maximum admissible pour les parois du deuxième échangeur 7. L'air et les gaz réchauffés traversent alors cet échangeur 7 et cèdent de la chaleur à la partie de l'air actif passant par le conduit 3.
L'air et les gaz refroidis traversent alors une troisième chambre de combustion 17 dans laquelle la partie finale du combustible est brûlée et la température de cet air et de ces gaz est augmentée jusqu'à la température maximum admissible pour les parois du troisième échangeur 8. L'air et les gaz réchauffés traversent alors cet éohangeur où la chaleur est prélevée par la partie de l'air actif qui traverse le conduit 4. L'air et les gaz refroidis contiennent encore une quantité de chaleur considérable et traversent un échangeur de chaleur 9 à con- tre-courants et dans lequel la plus grande partie de la cha- leur restante est oédée à la partie de l'air actif passant par le conduit 5.
L'air et les gaz de combustion, qui sont encore chauds, s'écoulent par le conduit 18 vers le préchauf- feur d'air 13 en vue de réchauffer l'air, admis dans la pre- mière chambre de combustion 15, avant de s'échapper à l'air libre. L'air et les gaz de combustion circulent donc dans un circuit en série alors que l'air actif passe dans plusieurs circuits en parallèle, les surfaces pour le transfert de chaleur étant disposées de manière telle que dans chaque éohangeur de chaleur à équicourants le quotient du coeffi- oient de transfert thermique et le pouvoir calorifique du cou- rait d'air et des gaz de combustion dans son circuit pour chaque étage,
soit égal au quotient du coefficient de trens- fert thermique et du pouvoir calorifique du courant d'air ac- tif dans le circuit parallèle correspondant. @
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La fig. 2 montre, en coupe, un échangeur de cha- leur qui convient à un appareil tel que montré sur la f ig. 1 et qui joue le rôle du troisième échangeur de chaleur 8, à équicourants, en combinaison avec l'échangeur 9 à contre- courants, établi au voisinage de l'appareil 8.
Cet échangeur comprend une enveloppe dans laque lle le fluide chauffant circule dais le sens de la flèche A et dans laquelle sont logés deux faisceaux de tubes B et C.
Chaque tube comprend une partie centrale qui s'étend dans le sens de l'écoulement du fluide chauffant et deux parties terminales, orientées latéralement et transversalement par rapport à cette direction. Le fluide à chauffer pénètre dans les faisceaux B et C par des entrées établies respectivement aux extrémités opposées de l'enveloppe mais du même côte et il quitte ces faisceaux par une sortie commune prévue au milieu de l'enveloppe mais du coté opposé de celle-ci. Le faisceau B forme donc un échangeur de chaleur à équicou- rants et le faisceau C un échangeur de chaleur à contre- courants.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.