Eehangeur de chaleur. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur entre un fluide gazeux et une matière dont le fluide gazeux est sé paré par la surface canalisant ledit fluide gazeux et constituant la surface d'échange de chaleur.
L'échangeur de chaleur selon la présente invention est caractérisé par au moins un élé ment auxiliaire qui est disposé àu moins par tiellement dans le fluide gazeux, d'un même côté de la surface d'échange, et ne faisant en aucun point corps avec elle, ledit élément auxiliaire étant constitué par une pluralité de fils de section inférieure à 0,8 mm2 dont l'arrangement est, tel que le fluide gazeux puisse passer entre les fils et étant destiné à échanger la chaleur avec ladite surface. d'échange par rayonnement.
Les dispositions de l'invention, d'une part, permettent. d'améliorer la répartition de la transmission de chaleur en vue d'un meilleur fonctionnement de l'échangeur et, d'autre part, donnent lieu à. une économie, qui peut être considérable de la surface de chauffe de celui-ci à rendement égal.
On a surtout, jusqu'à présent, cherché à profiter du rayonnement thermique en accroissant l'étendue des surfaces réceptrices dans les foyers. Mais c'est d'abord de l'exis- tance de corps émetteurs que cette transmis sion dépend. Dans certains systèmes, il existe, sur le parcours des gaz chauffants, des solides, distincts de la paroi à, travers laquelle s'échange la chaleur d'un fluide à l'autre, et qui peuvent transmettre à cette paroi, ou en recevoir, de la chaleur rayonnée.
Toutefois, ce mode de transmission ne paraît pas être leur fonction principale et n'est pas, en tout cas, leur fonction unique, car on constate que ces corps se présentent sous la forme de parois parallèles au courant gazeux dont elles déter minent la direction générale. C'est pourquoi, le coefficient de transmission de chaleur ne peut. que rester sur ces parois du même ordre de grandeur que sur celles séparant, au même point de leurs parcours, le .fluide chauffant du fluide chauffé.
Il en résulte que ces dispositions sont inca pables de tirer du rayonnement thermique des effets réellement efficaces.
La fonction de l'ensemble de fils selon l'in vention n'est pas celle de déflecteurs ou de chicanes; elle est d'absorber principalement par convection, de la chaleur du courant ga zeux pour la transmettre, principalement par rayonnement, aux surfaces de chauffe où cette chaleur s'ajoute à celle que ces surfaces reçoivent directement; leur fonction peut être inversée pour le cas où c'est le courant gazeux qui reçoit la chaleur des surfaces de chauffe.
L'emploi des fils, conformément à l'inven tion, apporte les avantages suivants: les fils peuvent prendre une température très voisine de celle des gaz dans le courant desquels ils sont placés, pourvu qu'ils soient d'une .finesse - suffisante. Far conséquent, il devient possible de profiter, pour le rayon nement et, tandis que le rayonnement du gaz peut être négligeable, de la presque totalité de la différence de température entre le gaz et la paroi; grâce aux possibilités infinies de disposi tion des fils, â la commodité de découpage, pliage, fixation, des tissus ou grillages qu'ils forment, on peut disposer à volonté les sur faces rayonnantes par rapport aux parois, de façon à obtenir les effets les plus favorables;
par le choix du fil, on peut régler sa tem pérature et, par conséquent, l'abaisser dans les zones où la résistance du métal l'exigera; placés dans les tubes de fumée où la tem pérature reste suffisante, les fils accroîtront la transmission de chaleur et permettront d'employer des tubes plus courts;
placés devant les faisceaux tubulaires d'une chaudière, en dehors de la chaudière proprement dite, ils y seront d'autant plus utiles que la surface du combustible ou les flammes auront elles-mêmes un rayonnement moins important. Ils permettront également l'installation profitable de parois froides sur les murs de chambres de combustion où il ne serait possible ordinairement de recueillir par rayonnement qu'une quantité de chaleur beau coup plus faible ou même nulle, par exem ple dans le cas d'une chaudière de récupéra tion.
Le gain. sur la surface de l'échangeur peut être considérable. Il résulte de l'influence du diamètre sur le coefficient de transmission de chaleur qui pourra,-toutes choses égales d'ailleurs, être dix -foix plus grand pour le fil que pour un tube de chaudière. Ce gain sera d'autant phis grand à l'endroit considéré; que le fil sera phis fin, la 'température des fumées plus élevées et leur vitesse plus faible.
Par exemple, pour la vitesse de trois mètres par seconde et la température de 1200 , le rayon nement d'un mètre carré de surface de fil de 0,5 mm de diamètre transmettra à un mètre carré de, surface de paroi trois fois plus de chaleur qu'il ne lui en est transmis- directe ment par convection aii même point du par cours des fumées. Ce rapport est encore en- viron égal à deux pour la température de 700 .A cette dernière température il faudrait que la vitesse atteigne 10 mètres par seconde pour que, avec le même fil, le rapport tombe à 1; mais il suffit pour le relever, d'utiliser du fil plus fin.
Si l'on remarque qu'en moyenne un mètre carré de surface de chaudière pèse au moins 40 fois le poids d'un mètre carre de surface de fil et occupe 60 fois son vol-Lune, on voit combien les avantages économiques de la pré sente invention sont importants dans les cas où il n'existe ordinairement pas de possibilités notables de rayonnement, tout en restant re marquables dans un grand nombre d'autres cas, même avec des -échangeurs traversés par des gaz à température relativement basse, si on emploie des fils assez fins.
Par le mot fil il faut comprendre un corps dont la section reste faible et dont la longueur est considérable par rapport à la section. La. forme de cette section pourra être quelcon que, de sorte que de fines lamelles ou rubans sont ici considérés comme équivalents aux fils.
De même, les mots multiplicité ou ensem ble de fils représentent aussi bien des fils individuels placés les uns à côté des autres ou mêlés aux autres, tendus entre les supports ou entremêlés pour se supporter par eux- mêmes, que des fils tressés, tissus, grillages.
Les fils pourront être réunis par enroule ments, noeuds, soudure ou formés par décou page d'une feuille métallique avec, par exem ple, allongement subséquent (métal déployé).
Les conditions d'application et. notam ment la perte de charge, les facultés de rayon nement, les risques d'obstruction guideront le choix à faire.
La valeur de la section des fils qui est au maximum de 0,8 mm2 variera considérable ment suivant les conditions de l'échange de température, notamment la vitesse du courant gazeux, sa nature, sa température et celle de la surface de chauffe. Ladite section sera choi sie d'autant plus petite que les différences de température seront plus faibles ou que les fils seront placés dans des zones plus froides. Mais ces indications sont nécessairement qua- litatives, en raison du fait que chaque cas se présentera de façon différente et qu'il lui correspondra des caractéristiques optima par ticulières.
Néanmoins, l'expérience prouve que l'on a intérêt à utiliser des fils aussi fins que possible, dans la mesure où les conditions de leur utilisation n'en provoqueront pas la dété rioration rapide. La plus grande finesse sera toujours avantageusement surtout. dans les zones les plus froides où l'emploi de fils d'une finesse atteignant la limite inférieure permise par le tréfilage est envisagé.
En outre, l'assemblage des fils formera le plus souvent des tissus ou autres ench6vêtre- ments (ou même alignements), incapables de se maintenir eux-mêmes, sauf par simple sus pension verticale, et souvent assez légers pour, même dans le dernier cas, être entraînés par le courant gazeux.
Aussi, on peut prévoir de monter les fils sur un ou plusieurs supports dont la contexture et les dimensions propres n'auront pas à répondre aux conditions impo sées aux fils, et qui seront constitués, par exemple, de profilés, plaques ou autres assem blés de toute faon convenable, et qui forme ront des cadres ou carcasses à fils dont les avantages principaux pourront. être l'amovi- bilité, l'interchangeabilité et la standardisa tion. _ Cette disposition permet de diviser l'en semble des fils en plusieurs éléments de cons truction indépendante, constitués chacun d'un support et d'un certain nombre de fils montés sur ce support.
De préférence, chaque élément ou réseau élémentaire sera constitué de fils de même diamètre, le diamètre des fils constitu tifs d'un réseau étant d'autant plus fin que ce réseau est placé dans une zone de tempé rature plus basse.
D'autre part, la considération, d'une part, des pertes de charge causées dans le courant gazeux par les réseaux et, d'autre part, des sujétions résultant de la teneur des gaz en poussières et du calibre de celles-ci fera ten dre à élargir les intervalles entre les fils et à multiplier les réseaux pour maintenir aux sur faces rayonnantes une étendue suffisante et par voie de conséquence, à disposer les tissus de fils, grillages de manière qu'ils se présen tent obliquement par rapport à la direction du courant gazeux, afin que le rétrécissement du passage ne soit pas localisé dans une même section droite du conduit des gaz, mais réparti sur une certaine longueur du parcours des gaz pour réduire la perte de charge. .
Pour des raisons de commodité d'emploi et de prix de revient, les réseaux ou éléments seront, de préférence, amovibles et de forme standard, au moins pour ceux munis de fils de même diamètre.
Tout métal ou alliage métallique pourra être choisi, ainsi que tout autre matériau sus ceptible d'être filé ou tréfilé; le choix sera guidé par la résistance propre de ce matériau aux conditions de travail envisagées.
D'autre part, malgré leur commodité d'em ploi, les tissus, grillages et autres enchevêtre ments de fils présentent l'inconvénient que les fils se recouvrent et sont au contact les uns des autres à chaque croisement, ce qui dimi nue par rapport à la surface totale présentée par les fils leur surface utile pour le rayon nement, obligeant à accroître, pour un effet donné, la quantité de fils et, par suite, la perte de charge et les chances d'obstruction par des particules solides.
Pour obvier à cet inconvénient, on pourra bobiner les fils sur les carcasses des réseaux élémentaires, de telle sorte qu'ils ne se tou chent pratiquement pas: Ceci sera obtenu, par exemple, en prévoyant sur les carcasses des crans ou des entretoises quelconques, mainte nant l'écartement entre fils, ou en assujettis sant le fil sur la carcasse par tout autre moyen approprié, tour de fil autour d'un élé ment de carcasse, soudure, etc. Spécialement., le bobinage en étoile, autorisera de plus grands intervalles entre fils, tout en permet tant de loger beaucoup plus de fils par rap port au volume et de l'y mieux répartir.
Les réseaux recevront, dans de nombreux cas, comme les surfaces d'une chaudière dans le parcours des fumées, des dépôts de pous sières dont il faut prévoir l'enlèvement. L'exa men des conditions à remplir déterminera le choix entre les nombreux moyens possibles, depuis la dépose des réseaux avec ou sans l'aide de moyens mécaniques, en passant par le soufflage ou le secouage sur place et en allant jusqu'au nettoyage automatique et con tinu et au dépoussiérage des gaz avant utili sation. On pourra être conduit à choisir un écartement de fils plus grand que celui résul tant uniquement de la considération des échanges thermiques. On pourra alors trouver une compensation dans l'augmentation du nombre des réseaux ou consentir une diminu tion de leur efficacité.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe schématiquement partielle d'un faisceau tubulaire quinconcé, lni-mi de réseaux placés selon les diagonales.
La fig. 2 est une coupe schématique par tielle d'un faisceau tubulaire montrant un réseau placé entre les rangées de tubes et un dispositif de nettoyage mécanique de ce ré seau.
La fig. 3 est une vue perspective d'une dis position de réseau pour tubes de fiunée.
Les fig. 4 et 5 sont - des vues en plan de réseaux pour tube foyer.
La fig. 6 est une vue perspective d'une disposition de réseau pour échangeur à lames. La fig. 7 est une vue en plan, à une échelle plus grande, d'une contexture de réseau. Dans la fig. 1, le réseau 1 repose simple ment sur les tubes 2. Le réseau 3 est suspendu aux tubes 4 par des attaches 5. Il peut ainsi y avoir deux réseaux par intervalle en diago nale. Ces dispositions simples, dans lesquelles les réseaux ne sont pas facilement amovibles, sont applicables spécialement aux chaudières assez étroites pour que le nettoyage par souf flage exécuté à partir des murs latérapx soit efficace.
Le réseau 6 est- attaché à une traverse 7 suspendue par des fils 8 qqi permettent de descendre le réseau comme lin rideau pour le nettoyer et de le remonter à sa place. Les fils de suspension 8 peuvent, vu la faible section nécessaire, traverser sans trouble des chicanes, un surchauffeur, et- l'enveloppe de la chau- dière; accessibles de l'extérieur, ils pourront s'enrouler sur un système de poLflies ou treuils. Un autre procédé de nettoyage consis terait à donner, spécialement par choc, à. la traverse 7 des secousses communiquant au ré seau un mouvement ondulatoire.
On remarquera que la disposition du ré seau 6 ne le mettra en contact, si. la diagonale n'est pas trop longue, qu'avec les tubes 9 et 10. On voit également que le montage du ré seau 6 est à fortiori applicable aux faisceaux non quinconcés et que, dans ce cas, le réseau placé au milieu de l'intervalle ne touchera au- cun-tube.
Dans la fig. 2, le réseau 11 forme un ta pis sans fin dont le brin supérieur traine sur la nappe de tubes 12 et le brin inférieur sur la nappe de tubes 13 située immédiatement en dessous. Les tambours dentés 14 et 15 peuvent entraîner le réseau comme un tapis roulant. L'articulation des mailles entre elles nettoie le réseau; la traînée du réseau sur les géné ratrices supérieures des tubes nettoie cette région particulièrement sujette aux dépôts sur les tubes. La vitesse de déplacement étant très lente et limitée au strict nécessaire, le poids par unité de surface du réseau étant faible, le frottement ne provoquera sur les tu bes et entre les mailles qu'une usure peu sen sible.
Cette disposition conviendrait aux chau dières de grande largeur. Sa réalisation im plique évidemment. que les tambours dentés soient logés derrières les murs, mais à l'inté rieur de l'enveloppe étanche de la chaudière, que les réseaux soient fractionnés en bandes transversales entre lesquelles trouveront pas sage, dans les murs, des montants verticaux capables de supporter des traverses auxquelles seront accrochées les parties 16 et 17 comprises entre les brins et obligatoirement suspendues des murs latéraux 18 et 19. On peut prévoir des perfectionnements tels que: commande automatique, refroidissement des tambours dentés, etc.
Dans la fig. 3, le fil constituant, le réseau 20 est porté par une carcasse 21_ en fil assez fort. L'ensemble a les dimensions requises pour pénétrer dans un tube- de fumée où les panneaux formés par le réseau se situeront approximativement, par rapport au tube, dans trois plans radiaux à 120 .
Dans la fig. 4, le réseau 22 est porté par une carcasse 23 en forme d'anneau au dia mètre intérieur du tube foyer auquel le ré seau sera destiné.
Dans la. fig. 5 la carcasse comprend deux anneaux concentriques 24 et 25 entre lesquels est placé le réseau 26. Cette disposition, en laissant libre un passage dans le centre de la section, où les vitesses et les températures sont phis élevées qu'au voisinage de la paroi, permet de placer le réseau dans un tube foyer en l'approchant davantage du foyer.
Les réseaux représentés fig. 4 et 5 doi vent être attachés à la paroi du foyer. Dans la fig. 6, le réseau est constitué par des fils 27 tendus parallèlement entre des armatures 28 maintenues par des entretoises 29. Ce réseau, destiné à un échangeur à lames parallèles, sera placé dans les passages de gaz, de manière que le courant de gaz soit perpen diculaire aux fils. La forme en dents de scie des traverses de l'armature a pour objet d'augmenter la surface de fil par unité de longueur du parcours des gaz.
Dans la fig. 7, on voit, en plan, fortement agrandie, une partie d'un réseau en grillage dans lequel le mode simple d'entrecroisement des fils permet l'articulation entre ellP.s des rangées transversales de mailles. Cette dispo sition facilite le nettoyage par le mouvement relatif des fils à leur point de croisement et, en diminuant le travail du fil par élasticité, améliore la transmission longitudinale de mouvements ondulatoires et permet l'enrou lement du réseau sur un tambour de plus faible diamètre.
En se reportant aux fig. 8 et 9, on voit que l'ensemble de fils a été divisé en réseaux élémentaires qui peuvent être normalisés dont lesdites figures 'montrent quatre exemplaires 1, 2, 3, 4, constitués tous d'un support tel que 5 muni des fils 6 et monté sur un man chon 7 (réseau 1, fig. 8). Ces réseaux sont enfilés sur une tringle de montage 8 et, si besoin est, maintenus à l'écartement par des entretoises 9. Les tubes de la chaudière sont visibles en 11, 12, 13, 14; pour la clarté de la figure, les tubes 11 et 12 n'ont pas été repré sentés sur la fig. 8.
Ces réseaux élémentaires, une fois montés sur leur tringle, se présentent comme une sorte d'hélice discontinue à pales planes. Ainsi, quelle que soit la disposition générale du courant gazeux par rapport aux tubes, l'obliquité des réseaux par rapport à ce cou rant sera assurée.
Les carcasses ou supports se trouvent maintenues en place et guidées lors de leur montage par glissement sur la tringle 8 et sur les tubes eux-mêmes.
On peut disposer un ensemble tringle et réseaux élémentaires entre chaque groupe de quatre tubes voisins, comme il -apparaît à la fig. 9 où d'autres tubulures sont partielle ment indiquées en 15, 16, 17, 18, d'autres tringles en 20, 21, 22, 23, d'autres réseaux en 25, 26; 27.
En se reportant à la fig. 10, on peut voir un exemple de bobinage en étoile dans, lequel l'étoile est à sept branches. La carcasse est constituée par les tiges 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, mon tées dans un support tel que 8, le fil 9 s'en roule autour de ces tiges (pour la clarté du dessin, le fil est représenté beaucoup plus gros qu'il ne sera en réalité).