BE571024A

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Publication number: BE571024A
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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 normalement utilisés dans les 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 vaporisationo
Quant à l'eau de condensation, dont la chaleur d'échauffement est d'au- tant plus grande que la pression de vapeur est plus élevée, elle s'écoule vers le purgeur en perdant par détende, à la sortie de ce dernier, une partie de sa chaleur d'échauffement.

D'autre part dans ces mêmes changeurs, l'alimentation en vapeur est discontinue et le fonctionnement du purgeur est indépendant.

Ainsi les puissances variables de ces appareils, en fonction des ser- vices qu'il assurent, sont déterminés par les ouvertures et les fermetures consé- cutives d'une vanne automatique, placée sur la conduite de vapeur qui les alimen- teo
Dans les échangeurs faisant partie du présent brevet, le réchauffe- ment est obtenu non seulement par condensation de la vapeur mais aussi par re- froidissement de son eau de condensationo Comparativement on peut donc les consi- dérer comme des économiseurs de vapeur.

D'autre part dans ces échangeurs également, l'alimentation en vapeur n'est plus discontinue mais continue. Quant au purgeur il est supprimé, et rem- placé par une vanne automatique qui ouvre ou qui ferme, la conduite d'évacuation des condensats, 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'échangeuro
En somme la surface totale de l'échangeur se compose de deux parties
1 - la partie de la surface au dessus du niveau de l'eau de conden- sation qui est utilisée pour la condensation de la vapeur -vive.

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

Si on tient compte d'une part qu'à toute augmentation duniveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur correspond une diminution de la surface de condensation de l'échangeur, égale à l'augmentation de la surface de refroidissement et qu'a toute diminution du niveau correspond une augmentation de la surface de -condensation égale à la diminution de la surface de refroidis- sement, et si on-tient compte d'autre part que pour une même surface donnée la puissance déterminée par la condensation représente plusieurs fois celle qui ré- sulte du refroidissement de son eau de condensation;

, on comprendra que les varia- tions de niveau de l'eau de condensation 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'é-
Changeur. La.puissance est pratiquement nulle lorsque le faisceau est complète- ment noyé par l'eau de condensation.

DESCRIPTION.

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

2 ) D'un plateau (P) supportant le faisceau multibulaire. Ce faisceau' multitubulaire est constitué de tubes pliés en épingles à cheveux. Toutes les épin- gles sont disposées dans un plan vertical, c'est à aire que les axes des tubes des deux parties de l'épingle sont disposés l'un au dessus de l'autre par rapport à un plan horizontal. Les tubes inférieures des épingles sont horizontaux tandis que les tubes supérieurs des épingles sont légèrement inclinés sur cette même hori- zontale.

Cette inclinaison des tubes de la partie supérieure du faisceau permet de faire varier la surface de condensation de la vapeur alimentaire en fonction du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur, et cela suivant une certaine loi qui peut être une progression arithmétique, progression géométri- que, loi exponentielle ou logarithmique. La pente de ces tubes supérieurs des épin- gles n'est donc pas la même pour chaque épingle.

La pente des tubes supérieurs de chaque épingle étant donc déterminée pour assurer une variation fonctionnelle de la surface de condensation en fonction de la variation du niveau de l'eau de con- densation dans le corps de l'échangeur, on disposera donc ces épingles dans la plaque tubulaire de manière à remplir deux conditions supplémentaires. a) Seuls les tubes prévus pour la condensation de vapeur présenteront une pente variable. b) Le volume en eau de condensation de la zone séparant les tubes in- clinés (condensation) des tubes horizontaux (refroidissement) représent X litres de condensat.

Ces X litres d'eau de condensation constituent une "chambre d'eau" dont la capa,ci- té en litre sert d'élément de sécurité dans le fonctionnement de la régulation.

Sur la fig. I, la "chambre d'eau" est délimitée approximativement par les lignes de niveau N5N6 et N7N8.

3 ) D'une tête spéciale T qui porte un orifice (3) correspondant à l'entrée du fluide à réchauffer, d'un orifice (4) correspondant à la sortie du fluide après réchauffement, et d'un orifice (5) servant au passage de la tige de commande d'une soupape à trois voies. Cette tête est également munie d'un système de chicanes divisant le volume de cette tête en trois parties inégales.

4 ) D'une soupape de réglage à trois voies permettant de faire varier les débits d'eau en réchauffement dans chacune des parties du faisceau (condensa- tion ou refroidissement avec pourtant un débit total restant constant. On cons- tate sur la fig. 2 que la manoeuvre de cette soupape permet de répartir la quan- tité totale d'eau en réchauffement dans la surface de chauffe et cela suivant les calories à échanger dans chacunes des parties de la surface de chauffe. Cette soupape à trois voies est d'un type bien spécial. En effet le siège de commande est constitué par un disque de forme elliptique incliné sur l'horizontale.

La ro- tation de ce siège elliptique devant les ouvertures (r) et (s) permet de faire varier leurs sections de passage inversement l'une par rapport à l'autre et cela en maintenant une section de passage résultante constante.

La fig. 3 est une représentation schématique de cette vanne à trois voies.

5 ) 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 température de sortie du fluide à réchauffer, par le niveau même de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur, ou par tout autre organe chargé de contr8ler la service à assurer par le fluide après réchauffement.

FONCTIONNEMENT.

Lorsque l'échangeur est en fonctionnement, et qu'il fourni la puissan- ce 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 re- lève 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 refroidisse- ment, 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 puissance de l'échangeur en fonction de la variation du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur, n'est pas direc- tement proportionnelle à cette variation de niveau. Cette variation de la valeur de la surface de condensation en fonction du niveau du condensat dans le corps de l'échangeur peut revêtir une forme de progression géométrique... arithmétique ...

(voir page précédente). La soupape à trois voies complète ce système de variation de surface, en envoyant plus ou moins d'eau à réchauffer vers la partie de la surface présentant un coéfficient de transmission globale plus ou moins grand.

Cette diminution de puissance est alors perçue par l'organe qui con- trôle 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 travers la vanne V. Dès que le niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échan- geur baisse, la surface de condensation augmente et 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 mo- ment la puissance de l'appareil dépasse la puissance désirée. Dès lors l'organe de contrôle ferme la vanne V, et la vapeur continuant de se condenser, le niveau commence à se relever, tandis que la puissance de l'échangeur diminue.

Néanmoins pour empêcher que la vapeur vive ne vienne trop vite en contact avec la zone de la surface réservée au refroidissement de l'eau de condensation, une certaine ré- serve d'eau de condensation est prévue au dessus de N7N8. L'évacuation de cette réserve d'eau de condensation à travers la vanne V prend un temps suffisamment -long que pour permettre à l'organe de contrôle d'agir sur la vanne V.

Lorsque le niveau de l'eau de condensation atteint et:dépasse le ni- veau N3N4, la puissance de l'échangeur tombe pratiquement à zéro. A partir de ce moment l'eau de condensation qui se forme encore malgré tout dans le corps de l'é- changeur peut être évacuée par une tubulure située au dessus du fonds de l'échan- geur.

Claims

RESUME.

Echangeur de T horizontal, avec faisceau tubulaire constitué de tubes pliés en épingles à cheveux, disposée dans un plan vertical, échangeur fonctionnant par condensation de la vapeur et refroidissement de son eau de con- densation.

Echangeur de T avec les tubes supérieurs des épingles incliné sur l'horizontale et pouvant constituer ainsi une surface de chauffe variant suivant une certaine loi en fonction de la variation du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur.

Echangeur de température horizontal, fonctionnant sans purgeur normal, avec régulation sur la sortie de l'eau de condensation.

Echangeur de température horizontal fonctionnant avec régulation sur le condensat, et possédant dans la tête un système de chicane divisant cette tête én trois parties inégales. Ce système de chicanes est combiné à une soupape à trois voies permettant l'alimentation des différentes parties de la surface de chauffe que délimitent ces chicanes, et cela suivant les puissances calorifiques exactes susceptibles d'être transmises dans ces dites parties.

Soupape à trois voies constituée par des sièges ou par un siège ayantla forme elliptique.Les sièges elliptiques sont inclinés sur l'horizontal et placé dans un conduit circulaire. La rotation de ces sièges dans l'axe du conduit circulaire <Desc/Clms Page number 4> détermine une variation de section de passage dans les ouvertures (a) et (b).

Cette variation de section de passage est pourtant telle que la section d'ouver- ture (a) + la section d'ouverture (b) = une constante.

Chambre d'eau servant de "tempon entre la partie de la surface réser- vée à la condensation de la vapeur et la partie de la surface.réservée au refroi- dissement de l'eau de condensation produite. Le volume en eau de condensation de cette chambre d'eau est tel que sa vidange à travers la vanne V représente un temps d'écoulement suffisamment long que pour permettre à l'organe de contr8le de fermer la vanne V.

Tubulure de sécurité situé sur la partie supérieure du fonds de l'é- changeur coté vapeur. Cette tubulure est destinée à évacuer l'eau de condensation à travers un purgeur, lorsque l'échangeur est complètement noyé par l'eau de con- densation.

REVENDICATIONS.

I.) Echangeur horizontal fonctionnant par condensation et refroidis- sement de l'eau de condensation produite. Cet échangeur fonctionnant avec régula- tion sur la sortie de l'eau de condensation présentent des caractéristiques spé- ciales et simultanées du faisceau qui sont les suivantes : a) Tubes pliés en épingles à cheveux, chaque tube des épingles est situé dans un même plan vertical.

Les tubes inférieurs des épingles sont hori- zontaux tandis que les tubes supérieurs des épingles sont inclinés sur l'horizon- tale. b) L'inclinaison des tubessupérieurs des épingles est telle que la variation du niveau de l'eau de condensation dans le corps de l'échangeur, déter- mine une variation de surface qui peut répondre à une certaine loi (par exemple progression arithmétique, progression géométrique, fonction exponentielle ou log.) c) La partie de la surface prévue pour la condensation de la vapeur est séparée de la partie de la surface prévue pour le refroidissement de l'eau de condensation, par une "chambre d'eau" dont la capacité en litres d'eau de con- densation est tel que l'écoulement de cette capacité à travers la vanne V de ré- gulation.

demande un temps suffisamment long pour permettre à l'organe de contr- le d'agir sur la vanne V.

2) Soupape à trois voies permettant l'alimentation des différentes par- ties de la surface de chauffe, par le fluide à réchauffer, et cela suivant la puissance calorifique susceptibles d'être donnée par ces différentes parties de surface de chauffe.

3) Soupape à trois voies, avec sièges de forme elliptiques. Ces siè- ges elliptiques sont inclinés sur l'horizontal, et glissés ainsi à travers un conduit circulaire. La rotation de ces sièges elliptiques devant les ouvertures (a) et (b) placées l'une au dessus de l'autre et dans un axe parallèle (voir fig.3 engendre des sections de passage vers le tube renfermant ces sièges, dont la som- me reste constante. L'action de cette soupape à trois voies est telle que l'on peut faire varier le débit de fluide dans chacune des parties du faisceau multi- tubulaire, sans toutefois faire varier le débit total du fluide à réchauffer. La commande de cette soupape à trois voies peut être automatique ou manuelle.

4) Les tubes inférieurs du faisceau qui sont normalement plongés dans l'eau de condensation sont du type à ailettes. Ces ailettes qui sont fixées sur les tubes permettent d'augmenter le coéfficient superficiel d'échange thermique.