BE569075A

BE569075A -

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Publication number: BE569075A
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Description

Cet appareil est destiné, en ordre principal, à économiser la vapeur dans les échangeurs de chaleur, par récupération d'une partie de la chaleur d'é- chauffement.

Dans les échangeurs normalementc utilisés danslles cas de réchauffement par vapeur, le réchauffement est obtenu par simple condensation de la vapeur, c'est-à-dire par l'utilisation de la chaleur de vaporisation.

Quant à l'eau de condensation , dont la chaleur d'échauffement est d' autant plus grande que la pression de vapeur est plus élevée, elle s'écoule vers le purgeur en perdant par détente, à la sortie de ce dernier, une partie de sa chaleur d'échauffement.

D'autre par, dans ces même échangeurs, l'alimentation en vapeur est discontinue et le fonctionnement du purgeur est indépendant. Ainsi les puissances variables de ces appareils, en fonction des services qu'ils assurent, sont déter- minée par les ouvertures et les fermetures consécutives d'une vanne automatique, placée sur la conduite de vapeur qui les alimente.

Dans les échapgeurs faisant l'objet du présent brevet, le réchauffement est obtenu ,non seulement par condensation de la vapeur, mais aussi par refroidis- sement de son eau de condensation. Comparativement, on peut donc les considérer comme des économiseurs de vapeur.

D'autre part, dans ces-échangeurs également, l'alimentation en vapeur n'est plus discdntinue mais continue. Quant au purgeur, il est supprimé et rempla- cé par une vanne automatique qui ouvre ou qui ferme la conduite d'évacuation du condensat, en fonction de la puissance à assurer, Ainsi, ses puissances variables sont déterminées par les variations du niveau de l'eau de condensation dans l' échangeur.

En somme, la surface totale de l'échangeur se compose de deux parties ; I la partie de la surface au-dessus du niveau de l'eau de condensation qui est utilisée pour la condensation de vapeur.

2 la partie de la surface en dessous du niveau de l'eau de condensation qui peut être utilisée pour le refroidissement de l'eau de condensation.

Si l'on tient compte d'une part, qu'à toute augmentation du niveau cor- respond une diminution de la surface de condensation égale à l'augmentation de la surface de refroidissement et qu'à toute diminution du niveau correspond une augmen. tation de la surface-de condensation égale à la diminution de la surface de re- froidissement, et si l'on tien%compte d'autre part que pour une même surface donnée la puissance déterminée par la condensation représente- ,plusieurs fois celle qui résulte du refroidissement de son eau de condensation, on comprendra que les varia- tions du niveau de l'eau dans l'échangeur sont susceptibles de déterminer des puis- sances variables suivant le rapport entre la surface de-condensation et la surface de refroidissement que ces variations déterminent.

Ainsi, la puissance de l'échangeur atteint son maximum, lorsque l'échan- geur ne contient pas d'eau de condensation . La puissance normale est atteinte lorsque le niveau de l'eau atteint les 2/3 environ du diamètre du corps de l'échan- geur. La puissance est pratiquement nulle lorsque le faisceau est complétement noyé dans l'eau de condensation.

DESCRIPTION.

L'échangeur se compose essentiellement : I) D'un corps qui porte un orifice (I) correspondant à l'entrée de vapeur et d'un orifice (2) correspondant à la sortie de l'eau de condensation..

2) D'un plateau P avec faisceau multitubulaire. Ce faisceau multitubulaire est constitué de deux faisceaux distincts qui se superposent. Les tubes de la partie

supérieure du faisceau seront à la condensation de la vapeur, tandis que ceux de la partie inférieure du faisceau sont destinés au refroidissement de l'eau de condensation. Les tubes supérieurs du faisceau sont pliés en "épingles à cheveux" et sont disposés dans un plan horizontal ou incliné. Une particularité de la dis- position de ces tubes est la suivante. Toute variante du niveau de l'eau de con- densation dans le corps de l'échangeur entraine une variation de la valeur de la surface présentée à la condensation de la vapeur vive.

Cette variation de la vapeur de la surface en fonction de la variation du niveau de l'eau, se fait suivant une certaine fonction qui peut être exponentielle, logarithmique, progression géo- métrique, progression arithmétique.

Les tubes inférieurs du faisceau qui sont du type "à ailettes " sont également pliés en épingles à cheveux, mais pouvant être disposés dans un plan horizontal, vertical, gauche ou incliné. Les tubes supérieurs servant à la conden- sation de la vapeur, et les tubes inférieurs à ailettes, servant'au refroidissement de l'eau de condensation, sont nettement séparés les uns des autres par un espa- ce représentant un volume d'eau de X litres. Ces X litres de volume constitue une "chambre d'eau" dont la capacité en litres sert d'élément dé sécurité dans le fonctionnement de la régulation. Sur la fig. I la chambre d'eau est représentée par l'espace existant dans le corps de l'échangeur, et compris entre les niveaux N5N6 et N7N8.

REMARQUE. Le faisceau peut également être constitué de tubes droits verticaux mendrinés dans deux plateaux horizontaux avec chambre d'eau collectrice, permettani une circulation rationnelle de l'eau autour des tubes et contre le plateau supé- rieur {-voir fig. 4) 3) D'une tête spéciale T¯qui porte un orifice (3) correspondant à l'entrée du flui- de à réchauffer, et un orifice (4) correspondant à la sortie du fluide après réchai fement. Cette tête porte un système de chicanes qui divisent cette tête en parties inégales.

Ce système de chicanes à pour objet d'obliger la quantité d'eau totale en circulation à passer en totalité dans la partie du faisceau normalement prévue pour la condensation de la vapeur. Etant donné que la surface de condensa- tion à prévoir pour une puissance déterminée varie avec la pression de vapeur uti- lisée, la chicane¯de la tête est prévue pour tenir compte de cette particularité.

La quantité d'eau totale à réchauffer dans ce système d'échangeur pas- se également en totalité à travers les tubes qui sont plongés dans l'eau de con- densation, ce qui permet de refroidir par échange thermique cette eau de conden- sation à une T de quelques degrés C au dessus de la T d'entrée de l'eau à récha' fer. Afin d'augmenter le coefficient thermique d'échange, dans la partie du fais- ceau ou s'effectue le transfert des calories de l'eau de condensation les tubes employés à cet effet présentent extérieurement des ailettes qui augmentent arti- ficiellement le coefficient superficiel d'échange thermique.

4) D'un système de régulation au moyen d'une vanne automatique V placée sur la conduite d'évacuation de l'eau de condensation. Cette vanne est commandée par la T de sortie du fluide en réchauffement, par le niveau même de l'eau de condensa- tion existant dans le corps de l'échangeur, ou par tout autre organe chargé de contrôler le service à assurer par le fluide après réchauffement.

5) D'un "tube de sécurité placé à la partie supérieure du corps de l'échangeur.

Ce tube de sécurité empêche le niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur de dépasser un certain maximum. Ce tube de sécurité est constitué d' un double tube plongeuru comme fig. 3, et d'un espace E destiné à accumuler l'eau de condensation qui se produit dans l'échangeur. Le tube (a) sert au passage de l'eau de condensation tandis que le tube (b) sert surtout au passage de la vapeur, et rentre en fonctionnement chaque fois que le niveau de l'eau de condensation baisse dans le corps de l'échangeur. Ce tube (b) permet de nouveau a la chambre E de se remplir silencieusement en vapeur vive.

FONCTIONNEMENT.

Lorsque l'échangeur est en fonctionnement, et qu'il fournit la puis- sance calorifique désirée, la vanne V se ferme automatiquement, a ce moment, l'eau de condensation atteint le niveau NIN2 par exemple. Comme l'alimentation en vapeur est continue, celle ci continue à se condenser de sorte que le niveau NIN2 se releve progressivement jusqu'à atteindre et même dépasser le niveau N3N4 qui marque la partie supérieure du faisceau, lorsque celui ci est complètement noyé par l'eau de condensation. Ce relèvement du niveau a pour conséquence, une diminution de la surface de condensation et une augmentation égale de la surface de refroidis- sement, ce qui se traduit par une diminution progressive de la puissance totale de l'échangeur pour aboutir finalement à une puissance pratiquement nulle lorsque l'échangeur est complètement noyé.

REMARQUE : (La variation de la puissance de l'échangeur en fonction de la varia- tion du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur n'est pas une fonction directement proportionnelle à la variation de ce niveau. Cette varia- tion de surface en fonction du niveau variable répond à une loi qui conditionne justement la puissance nécessaire à ce niveau. Ceci revient à dire, qu'il est possible avec cet échangeur, de régler également, et avec précision, la T de sor- tie de l'échangeur en faisant une régulation tenant compte uniquement du niveau existant dans le corps de l'échangeur. La surface de condensation pouvant varier suivant n'importe quelle fonction, par rapport aux différentes positions du ni- veau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur, ce type d'échangeur fonctionne également avec des débits variables.

Ce cas se rencontre couramment dans les installations de chauffage central, munie au secondaire 4'une vanne de régula- tion du type "mélangeuse").

Cette diminution de puissance est alors perdue par l'organe qui contrôle la vanne V. Celle ci s'ouvre, et sous la pression de la vapeur, l'eau de condensation est refoulée de l'échangeur, vers le conduit d'évacuation à tra- vers la vanne V.Dès lors le niveau de l'eau dans l'échangeur baisse,la surface de condensation augmente, la surface de refroidissement diminue, la puissance de l'appareil augmente. Le niveau de l'eau atteint ainsi NIN2. Il peut même descendre plus bas au niveau N5N6 par exemple . Mais à ce moment la puissance de l'appareil dépasse la puissance désirée. Dès lors l'organe de contrôle ferme la vanne V,et la vapeur continuant à se condenser, le niveau commence à se relever, tandis que la puissance de l'échangeur diminue.

Néanmoins pour empêcher l'eau de conden- sation de descendre en dessous du niveau N5N6, le corps de l'échangeur est muni d'un siphon (voir fig. 4) qui normalement puise l'eau de condensation au fond du corps même de l'échangeur. Si le niveau atteint N5N6 le siphon puise alors auto- matiquement l'eau de condensation à ce niveau. Le fonctionnement automatique de ce siphon est assuré par un flotteur B.

Le fonctionnement de l'échangeur est donc caractérisé par une perte de puissance dès que la vanne V se-ferme, et par une augmentation de puissance lorsque la vanne V s'ouvre . Cette perte et cette augmentation de puissance sont dues aux vatiations du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échan- geur par rapport à un niveau idéal NIN2, susceptible de représenter celui qui doit être atteint pour que la puissance totale soit égale à celle qui est utili- sée,
Lorsque le niveau de l'eau de condensation atteint et dépasse la N3N4,

la puissance de l'échangeur -tombe pratiquement à zéroo A partir de ce moment l'eau de condensation qui se forme malgré tout encore dans le corps de l'échangeur doit être évacuée à l'extérieur de l'appareil au moyen d'un "tube de sécurité" Ceci est souhaitable pour que l'échangeur continue à fonctionner silencieusement.

Ce tube de sécurité est normalement rempli par la vapeur vive. Dès que le niveau de l'eau de condensation monte au dessus de N3N4, la partie inférieure du tube de sécurité se trouve plongé dans l'eau de -condensation.) A partir de ce moment la

vapeur qui était contenue dans le tube de sécurité se trouve isolée et commence à se condenser. Cette condensation crée un vide qui aspire l'eau de condensation jusqu'à remplissage complet de E. La capacité de B est d'ailleurs sans importance pour l'obtention de ce phénomène. Lorsque le niveau de l'eau de condensation bais- se par suite de l'ouverture de la vanne V, l'eau de condensation contenue dans le "tube de sécurité" se déverse à nouveau dans le corps de l'échangeur.

Le petit tu- be (b) facilite d'ailleurs cette vidange en permettant à la vapeur vive de remplir à nouveau, et silencieusement, la capacité totale du tube de sécurité.

Claims

RESUME.

Echangeur de T horizontal, à faisceau double, fonctionnant par conden- sation et refroidissement de son eau de condensation.

Echangeur de T horizontal, à faisceau double, à alimentation continue en vapeur capable de fonctionner sans purgeur normal.

Echangeur de T horizontal, à faisceau tubulaire double, avec système de régulation sur la conduite du condensat, commandée par une T à assurer à la sor tie du secondaire , ou par une T à assurer.

Echangeur de T horizontal, à faisceau tubulaire double, à puissance variable déterminée par la variation du niveau de l'eau de condensation dans le, corps de l'échangeur.

Echangeur de T horizontal, à faisceau tubulaire double, dont la surface prévue pour la condensation varie suivant une certaine fonction par rappori aux variations du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur.

Echangeur de T horizontal à faisceau tubulaire double, avec système de régulation sur le condensat, système de régulation qui est commandé par le niveau même du condensat dans le corps de l'échangeur, ce qui permet indirectement d'obtenir la T désirée à la sortie de l'échangeur.

Echangeur de T horizontal, à double faisceau tubulaire séparé par une chambre d'eau" avec "tube de sécurité " et " siphon de sécurité".

Echangeur vertical par condensation et refroidissement de son eau de condensation.

Echangeur vertical, à alimentation continue en vapeur, capable de fonctionner sans purgeur normal, Echangeur de T vertical, à doubles plateaux horizontaux, avec collec- teur refroidisseur de la plaque tubulaire supérieure, et avec système de régula- tion placé sur la conduite de sortie de l'eau de condensation.

Echangeur de T vertical, à double collecteur tubulaire, sans plaque tubulaire à collecteur supérieur incliné, et régulation placée sur la conduite de sortie de l'eau de condensation.

, Echangeur de T vertical à collecteur refroidisseur de la plaque tubulaire supérieure, avec système de régulation sur le condensat qui est commandé par le niveau même du condensat dans le corps de l'échangeur, ce qui permet de ré- gler indirectement la T à la sortie de l'échangeur.

REVENDICATIONS 1) Echangeur horizontal, avec doubles faisceaux tubulaires superposés par rapport à un plan horizontal. Le faisceau supérieur sert à la condensation de la vapeur, le second au refroidissement de l'eau de condensation produite par-le faisceau supérieur.

2) Chambre d'eau de condensation située entre les deux faisceaux dont il est ques- tion au I). Cette chambre d'eau sert à protéger de l'action de la vapeur vive les <Desc/Clms Page number 5> tubes prévus normalement pour le refroidissement de l'eau de condensation. La capacité en eau de cette chambre est telle, que sa vidange par la vanne de régu- lation représente, un temps suffisamment long pour permettre à l'organe de régula- tion de réagir.

3) Chicanage spécial de la tête de l'échangeur (voir fig. I) obligeant la quanti- té totale d'eau en réchauffement à traverser la surface d'échange prévue pour la condensation de la vapeur vive. Cette surface d'échange peut être complètement noyée par l'eau de condensation. Evidemment ce passage de l'eau à travers la sur- face de condensation s'effectue après que toute l'eau de réchauffement ait passé à travers la surface de refroidissement de l'eau de condensation.

4) Chicanage.spécial de la tête de l'échangeur (voir fig. I) obligeant la quantité totale d'eau en réchauffement à passer en premier lieu à travers les tubes du faisceau qui sont plongés dans l'eau de condensation du faisceau. Les tubes emplo- yés à cet effet du type "à ailettes", ce qui permet d'augmenter le coéfficient superficiel d'échange thermique.

5) Disposition spéciale-des tubes pliés en épingles à cheveux et placés dans un plan horizontal, incliné;¯ou gauche, permettant une variation fonctionnelle de la surface d'échange vapeur par rapport au niveau variable de l'eau de condensa- tion dans le corps de l'échangeur horizontal 6) Variation fonctionnelle de la surface d'échange vapeur par rapport au niveau variable de l'eau de condensation dans le corps de léchangeur horizontal, peut être du type "progression arithmétique ou géométrique" variation exponentielle ou logarithmique", le plus souvent la valeur absolue de la surface répond à la valeur trouvée dans l'équation S=a, f(x), (a) représentant une constante sans dimension, et x la valeur variable du niveau de l'eau de condensation par rapport à un plan horizontal de référence.

Cette équation à comme valeur zéro, lorsque la surface de condensation est complètement noyée par l'eau de condensation.

7) La variation fonctionnelle de la surface d'échange vapeur s'obtient pratiquement en agissant sur la longueur-des différents tubes pliés en "épingle à cheveux" ou un gauchissement de ces mêmes épingles par rapport à un plan horizontal et verti- cal de référence.

8) Tube de sécurité placé à la partie supérieure du corps de l'échangeur, destiné à aspirer l'eau de condensation qui se forme encore lorsque l'échangeur est com- plètement noyé par l'eau de condensation. La construction de ce tube de sécurité est conforme schématiquement au plan suivant fig. 3.

9) Siphon de sécurité empêchant la vapeur vive de venir en contact avec les tubes du faisceau normalement prévus pour le refroidissement de l'eau de condensation.

La construction de ce.siphon est conforme schématiquement au plan suivant fig 4.

10) Echangeur vertical à double collecteur tubulaire. Le collecteur tubulaire supé- rieur est incliné par rapport à l'horizontale. Le corps de l'échangeur est muni éventuellement d'un second collecteur circulaire permetant une évacuation parfai- te du fluide réchauffé, et cela sans danger de surchauffe du fluide à réchauffer, dans la partie supérieure de l'échangeur vertical à régulation sur le condensat.

La construction de cet échangeur est conforme schématiquement au plan suivant fig. 5