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La présente invention est relative à un échangeur thermique à pla- ques et, plus particulièrement, à un échangeur thermique en fonte, à cou- rants croisés, muni d'ailettes disposées l'une derrière l'autre dans le sens de circulation, et dont les arêtes antérieures et postérieures successives sont recourbées alternativement dans un sens et dans l'autre.
Les ailettes des échangeurs thermiques connus sont recourbées à leurs extrémités à angle relativement aigu, ce qui provoque la formation de remous derrière les parties recourbées, et, par suite, la création de pertes de charge et la diminution de la puissance calorifique transmise. Il eh résulte, de plus, des abaissements locaux de température, entrainant des corrosions et des dépôts adhérents, qui réduisent la transmission de la cha- leuro
L'invention remédie à ces inconvénients grâce au fait que les ai- lettes présentent des sections en forme de croissants et sont disposées par groupes,
l'une après l'autre et l'une à côté de l'autre dans le sens de la circulation de telle manière que les arêtes d'entrée et de sortie des grou- pes d'ailettes en forme de croissants disposées directement l'une derrière l'autre sont décalées transversalement l'une par rapport à l'autre, tandis que la juxtaposition par groupes des ailettes en forme de croissants crée dés variations, faibles mais ininterrompues, de la valeur des sections d'é- coulement. Suivant une forme particulière de réalisation de l'invention, les ailettes en forme de croissant sont délimitées d'un côté par une surfa- ce bombée et, dé l'autre, par une surface plane.
La disposition selon l'invention a, notamment, pour cons équence un brassage continu et économique des diverses veines gazeuses qui sont ame- nées à lécher les surfaces d'ailettes qui les entourent, de sorte que, par suite de ce brassage continu, elles se trouvent en contact très intime avec les parois, sans qu'il se forme de remouso Les sections d'écoulement, qui vont alternativement en se rétrécissant et en s'élargissant, empêchent tout décollement de la veine gazeuse sur la face convexe des ailettes, ce qui a- méliore la transmission calorifique et rend impossible la formation de remous.
Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu, du côté du passage des gaz, de préférence dans la zone d'entrée de 1 air, une ou plusieurs nervures continues, disposées sur le coude de la bride. A la place de nervures entièrement continues, il peut être prévu des nervures di- visées en tronçons de grande longueur, mais dont les arêtes antérieures et postérieures ne sont pas recourbées latéralement. Cette mesure a également pour but d'éviter des refroidissements locaux, et les inconvénients suscep- tibles d'en résulter par suite de condensation ou suintements, de dépôts de cendres volantes ou de bouchages.
L'effet résultant de la présence des nervures continues posées sur le coude de la bride est augmenté grâce au fait qu'il n'est pas prévu d'ailettes sur les faces des plaques se trouvant, du coté de l'air, vis-à-vis des nervures continues placées du côté des gaz.
Aux emplacements du réchauffeur d'air menacés d'une température trop basse (dépassement vers le bas du point de rosée), il y a lieu de dis- poser de grandes nervures du côté gaz et de petites nervures du côté air.
Ce risque se présente, en particulier, pour des gaz de fumée à bas point de rosée ou qui sont à une faible température, ce qui est le cas dans les ins- tallations à marche économique, et, notamment, aux faibles allures. C'est pourquoi, conformément à l'invention, il est prévu, à la sortie du réchauf# feur d'aircôté des gaz, de grandes nervures et, sur la face opposée, du cô- té air, à l'entrée du réchauffeur d'air, deux ou trois nervures plus peti- tes allant graduellement en croissant jusqu'à celles de hauteur normale.Il en résulte que les points froids menacés sont fortement réchauffés du côté des gaz de fumée, ce qui élimine les inconvénients pouvant résulter d'un a-
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baissement de la température au-dessous du point de rosée.
Etant donné que les boulons en fer forgé servant à l'assemblage des bords des plaques ont un coefficient de dilatation supérieur à celui de la fonte constituant les plaques à ailettes, ces dernières sont moulées lé- gèrement bombées et assemblées de manière à porter l'une sur l'autre par leur ligne centrale tandis que leurs bords sont encore écartés. De cette façon les boulons reçoivent une certaine tension initiale, qui évite leur desser- rage pouvant résulter des dilatations différentes des deux matériaux et qui, en même temps, améliore notablement l'étanchéité.
Chacune des plaques munie d'ailettes porte quatre pieds d'angle à brides assurant l'étanchéité entre le parcours des gaz et celui de l'air, ainsi que des couvercles évitant tout contact ou tout mélange des gaz et de l'air. L'assemblage des plaques à ailettes peut donc être effectué de ma- nière que les parcours dair et de gaz forment, suivant le principe de la circulation à courants croisés, des poches complètement indépendantes l'une de l'autre et absolument étanches l'une par rapport à l'autre. Les surfaces intérieures terminales des poches assemblées reçoivent une double gorge d'é- tanchéité, qui, repliée à angle droit, se raccorde aux faces d'étanchéité des pieds d'angles correspondants.
L'étanchéité horizontale entre les divers éléments cubiques superposés est assurée par des cordons d'amiante compri- més dans les gorges sous l'effet du propre poids des éléments.
Dans les échangeurs de chaleur à courants croisés, deux des côtés de l'élément cubique servent à l'entrée et à la sortie des gaz, et deux au- tres à la circulation de l'air. Au moment de l'assemblage des cubes, il faut veiller à ce que les faces munies de couvercles soient placées de ma- nière que ceux-ci forment le fond d'une poche à air. Les couvercles sont .bombés vers l'extérieur et lisses intérieurement. Ainsi se trouve consti- tuée, à la limite extérieure de l'élément cubique réchauffeur d'air, une po- che dont seule la face intérieure présente des ailettes.
Etant donné qu'il n'y a pas d'ailettes sur la face externe, la résistance de ces poches est moindre, et, par suite, il y passe une quantité d'air plus grande, la forme bombée de la section du couvercle augmentant encore celle-ci et, par suite, diminuant la résistance. Ceci a pour conséquence que l'air n'est que rela- tivement peu réchauffé dans ses poches marginales, de sorte que les pertes calorifiques par rayonnement vers l'extérieur sont diminuées. C'est pour- quoi il n'est pas nécessaire, en général, de prévoir le calorifugeage de ces couvercles.
Conformément à l'invention, les ailettes en forme de croissant dis- posées de part et d'autre des plaques de l'échangeur sont de hauteur diffé- rente, celles qui se trouvent du côté des gaz étant plus hautes que celles du côté de l'air.
Afin d'assurer la meilleure utilisation possible de la chaleur des gaz, les plaques d'échangeur, obtenues par moulage d'un matériau particuliè- rement dur et résistant aux acides, sont, dans une forme de réalisation par- ticulière de l'invention, montées tournées de 1800 dans le dernier élément cubique, de manière que les ailettes de faible hauteur se trouvent du côté des gaz et les plus hautes du côté de l'air. Le franchissement éventuel du point de rosée et les inconvénients qui en découlent sont ainsi volontaire- ment acceptés pour ce dernier cube, au profit d'une meilleure utilisation de la chaleur. En cas de besoin, ce dernier cube peut être facilement remplacé par un neuf.
Pour ce dernier cube, afin d'éviter une incrustation prématurée de ses surfaces, il est prévu des dispositifs de lavage à fonctionnement pé- riodique -ainsi que des dispositifs mécaniques de nettoyage. Dans les cas où
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cet élément cubique fonctionne au-dessous du point de rosée, il est recomman- dé d'opérer le nettoyage par le procédé de lavage, en utilisant une grande quantité d'eau. Les dispositifs de nettoyage peuvent être constitués, de manière connue en soi, par des billes en un matériau de poids spécifique éle- vé, qui, lorsqu'elles tombent en pluie à travers le cube, détachent les in- crustations de celui-ci.
Afin d'empêcher les billes de s'arrêter sur les bords supérieurs des plaques à ailettes, celles-ci vont en s'effilant vers leur extrémité supérieureo
L'invention prévoit en outre la disposition d'un by=pass dans la zone de chacun des cubes dans certaines parties desquels la température ris- que de descendre au-dessous du point de rosée, by-pass à travers lequel l'air est guidé, à l'extérieur de 1 échangeur thermique, vers les points suscepti- bles d'être sous refroidis. Il peut être prévu de plus pour la régulation de ce by-pass, un appareil semi- ou entièrement automatique à point de ro- sée, à l'aide duquel les zones les plus froides des parois de 1 échangeur sont maintenues à une température supérieure de 5 environ au point de rosée considéré.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés représentant, schématiquement et simplement à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'échangeur de chaleur à plaques.
Sur ces dessins :
La figo 1 est une vue en plan de l'extrémité des sections en for- me de croissant des ailettes.
La figo 2 représente, en perspective, l'un des angles d'une pla- que de l'échangeur thermique.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale de la fig. 2, faite perpendiculairement aux ailettes du côté des gaz.
La figo 4 représente un angle du cube formant le réchauffeur d'air.
La figo 5 est une vue en coupe verticale, à plus petite échelle, d'une partie du réchauffeur d'air.
La fige 6 représente, en plan et de face, quelques ailettes dont la section modifiée présente la forme d'un croissant.
La figo 1 montre la forme de croissant que présente la section des ailettes garnissant les plaques de l'échangeur et disposées l'une après l'autre et côte à côteo Les sections en forme de croissant présentent une courbure relativement faible et se terminent le plus possible en pointe à leurs deux extrémités. Les flèches portées sur cette figure montrent com- ment les veines gazeuses sont brassées en passant d'un groupe d'ailettes au suivant. a désigne, à la partie inférieure de la figure, la plus faible section d'une veine gazeuse et b la plus grande. On voit qu'à chacun des points de passage d'un groupe d'ailettes au suivant, il se produit une légè- re détente et au milieu des ailettes, une légère compression des fluides en circulation.
Il en résulte une amélioration de la régularité de l'écoulement de l'air et des gaz à travers 1 échangeur et un contact intime entre les sur- faces de chauffe et le fluide chauffant.
La fige 6 montre une forme de réalisation modifiée des sections des ailettes, dont les parois y sont incurvées, tandis que les parois oppo sées 7 sont, par contre, planes ou seulement peu bombées. Il se forme ain- si des canaux de nettoyage rectilignes, de sorte qu'il est possible d'accé- der, par exemple à l'aide d'un outil de nettoyage actionné par un marteau pneumatique, dans les canaux ménagés entre les ailettes. Les groupes d'ai-
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lettes, situés l'un après l'autre dans le sens de l'écoulement, sont décalés de quelques millimètres l'un par rapport à l'autre, ce qui assure un bon écoulement et évite, suivant la théorie des couches laminaires la-formation de remous.
La vue partielle en perspective d'un groupe de plaques 2, suivant fige 2, permet de voir les ailettes 1 disposées engrangées l'une après l'au- tre et par groupes l'une à côté de l'autre. Sur le coude de bride 3, côté gaz, de la plaque ¯2 sont prévues des nervures 4 relativement basses, en tron- çons longs et des nervures 2 de hauteur moyenneo Suivant le cas particulier d'application considéré, il peut être prévu, sur le coude de bride 3, un nom- bre plus ou moins grand de nervures analogues aux nervures 4 et 5. La figo 2 ne permet pas de voir que, sur le côté opposé destiné au passage de l'air, dans la zone correspondant à celle des nervures 4. et.2, il n'existe aucune nervure ni ailetteo Ceci est visible cependant à la fige 3.
A la figo 2, la référence 6¯ désigne les rainures d'étanchéité des bords de plaques.
Dams la vue en coupe de la fig. 3, 2 désigne une plaque à ailet- tes, 1 les ailettes disposées du côté des gaz, et 4. et.2 les nervures conti- nues, de faible hauteur,prévues sur le coude de bride 3.
Du côté de l'air sont disposées des ailettes l, sensiblement per- pendiculaires aux rangées d'ailettes 1, et qui peuvent présenter en section une forme analogue à celle des ailettes représentées à la figo lo Les ailet- tes 7 du côté air sont, comme le montre la figo 3, de moindre hauteur que les ailettes 1 du côté gazo Dans la zone du coude à bride 3, particulière- ment soumis aux risques de sous-refroidissement, il est prévu, du côté des gaz, des nervures 4¯5 2. relativement grandes, grâce auxquelles les parois sont maintenues à une température relativement élevée. Les extrémités du coude à bride seraient léchées par un courant d'air froid suivant le sens des flèches de la fig. 3.
Afin d'éviter cela, il est prévu, à l'entrée de l'air, un capot de protection en tôle 16 et un calorifuge 17 est logé entre ce capot et les extrémités du coude à bride.
Les figso 4 et 5 montrent de nouveau les plaques à ailettes 2 mu- nies des ailettes 7 côté air et des ailettes plus hautes 1 côté gaz. Entre chaque paire d'ailettes 1 est placée une ailette ¯8 de très faible hauteur.
9 désigne les brides en U, disposées entre deux cubes superposés, et qui créent des cavités 10, pouvant servir à la mise en place des tubes à tuyères pour les brosses à vapeur, non représentés. Les couvercles 11 forment, avec la dernière plaque 2', une poche à air 12, qui, grâce à la forme lisse intérieure de la paroi 11, n'exerce qu'une très faible transmission de cha- leur sur l'air circulant dans cette poche et, par suite, ne provoque qu'une très faible déperdition de chaleur vers l'extérieur. Ainsi que le montre la vue en coupe transversale des couvercles 11 selon fig. 5, les couvercles 11 sont bombés vers l'extérieuro Les joints 13 assurent l'étanchéité du groupe sous l'effet du propre poids des éléments cubiques.
Afin de tenir compte des coefficients de dilatation différents, les boulons 14, servant à l'assemblage des bords de plaques 15, reçoivent une certaine tension initia- le. Ainsi qu'il a été signalé plus haut, grâce-au fait que les plaques à ailettes sont moulées légèrement bombées de manière à reposer étroitement l'une sur l'autre suivant leurs lignes médianes, tandis que leurs bords sont encore écartés légèrement l'un de l'autre. Lorsqu'on rapproche ces bords par serrage, les boulons subissent une tension préalable, qui empêche leur desserrage sous l'effet des variations de température.
La figo 5 permet de voir comment les gaz circulent de haut en bas suivant les flèches. Aux emplacements plus froids, menacés d'un sous-refroi- dissement, sont disposées des nervures complémentaires pour le gaz, particu- lièrement grandes, qui se trouvent en regard des nervures de hauteur crois-
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santé, mais relativement faible, 19, 20, prévues du côté de l'air.
Il peut être apporté aux exemples de réalisation représentés aux dessins toutes modifications de détail, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, pour tenir compte des conditions de vitesse des fluides circulant à travers l'échangeur thermique, il est possible de conférer aux ailettes à section en croissant une forme plus ou moins allongée par rapport à celle représentée figo 1.
Dans tous les cas, la suppression des remous lors du passage des fluides à travers les parcours d'air et de gaz assure tous les avantages exposés plus haut par rapport aux échangeurs connus du type à courants croisés, et, notamment, le brassage sans formation de tourbillons des veines d'air et de gaz passant successivement d'un groupe d'ailettes au suivant, ce qui assure, pour un débit donné, la transmission calorifique la plus favorable, ainsi qu'une économie.de fonte, de place et d'énergie consomméeo
REVENDICATIONS.