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Appareil de chauffage d'un fluide La présente invention a pour objet un appareil de chauffage d'un fluide, comprenant une chambre de combustion débouchant dans une chambre centrale parcourue dans le sens de sa longueur par les gaz de combustion qui passent ensuite dans une chambre extérieure entourant coaxialement la première, le fluide à chauffer passant successivement dans des tubes disposés dans l'une des chambres et dans des tubes disposés dans l'autre.
Suivant l'invention, cet appareil est caractérisé en ce que les tubes de la chambre centrale sont rectilignes, parallèles et disposés suivant les génératrices d'une surface cylindrique de même axe que la chambre centrale à distances égales l'un de l'autre, que les tubes de la chambre extérieure sont hélicoïdaux.
Le dessin représente, à :titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale de cette forme d'exécution ; la fig. 2 est une coupe transversale suivant II-II de la fig. 1.
L'appareil représenté comprend une enveloppe cylindrique intérieure 11 et une enveloppe cylindrique 12 de même axe que la première et entourant celle-ci.
Ces enveloppes sont supportées en position verticale par un bâti 13. Une chambre de combustion 14 débouche dans l'extrémité supérieure de la chambre centrale formée par l'enveloppe 11.
La chambre de combustion 14 est agencée pour brûler du combustible liquide.
L'extrémité supérieure de la chambre centrale est fermée, à part l'orifice de la chambre de combustion 14, tandis que son extrémité inférieure est ouverte. L'extrémité inférieure de la chambre de section annulaire formée entre les enveloppes 11 et 12 est fermée de manière à réaliser un passage continu pour les gaz de combustion provenant de la chambre de combustion à travers la chambre centrale et la chambre de section annulaire qui l'entoure.
L'extrémité supérieure de la chambre de section annulaire est ouverte et communique avec une chambre 15 entourant cette extrémité ouverte et comportant une ouverture à bride 16 pour permettre aux gaz de la combustion de s'échapper dans un carneau ou cheminée.
Le fluide à chauffer pénètre dans l'appareil par des conduites d'alimentation diamétralement opposées 17, 17 ; on évite ainsi une déformation thermique et dissymétrique de l'appareil. Le fluide pénètre par les conduites 17, 17 dans un collecteur d'admission 18. Il s'écoule ensuite à travers un certain, nombre de tubes hélicoïdaux 19, dont les hélices ont même axe que les enveloppes. 11 et 12, disposés dans la chambre de section annulaire et communiquant avec le collecteur 18.
Les autres extrémités des tubes hélicoïdaux 19 communiquent avec un élément annulaire 24 d'un collecteur 23 d'où le fluide passe par des tubes coudés 28 dans un élément central 25 de ce collecteur pour s'écouler ensuite vers le haut par des tubes rectilignes parallèles 20. Ces tubes rectilignes 20 sont disposés dans la chambre centrale près de la paroi de celle-ci, suivant les génératrices d'une surface cylindrique de même axe que cette chambre et à distances égales l'un de l'autre.
A leur extrémité supérieure les tubes 20 débouchent dans un collecteur de sortie 21 qui entoure la chambre de combustion 14 et pourvu de raccords de décharge diamétralement opposés 22, 22 pour l'évacuation du fluide chauffé.
Les, enveloppes interne 11 et externe 12 peuvent se dilater et se contracter librement, indépendamment
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l'une de l'autre, étant supportées indépendamment par le bâti 13 à une seule extrémité et n'étant reliées l'une à l'autre que par l'extrémité opposée.
Le collecteur 23 formé des éléments 24 et 25 peut coulisser dans l'enveloppe 12 en suivant la dilatation ou contraction des tubes rectilignes 20. Cette possibilité de coulissement du collecteur 23 compense aussi en partie la dilatation et la contraction des tubes hélicoïdaux 19 qui, grâce à leur forme, peuvent subir une dilatation ou une contraction thermique différentielle par rapport à la dilatation ou contraction des tubes rectilignes.
La paroi extérieure cylindrique de l'élément annulaire 24 du collecteur 23 est ajustée exactement dans l'extrém.ité inférieure de l'enveloppe 12, au-dessous de l'extrémité ouverte de l'enveloppe 11. L'élément central 25 est ajusté exactement dans l'espace cylindrique défini par la paroi interne et cylindrique de l'élément annulaire 24. Les parois intérieures d'extrémité des éléments 24 et 25 sont dans un même plan et ferment l'extrémité inférieure du cylindre 12.
Des goupilles 26 soudées à la paroi extérieure plane de l'élément 24, s'étendent à travers des orifices d'une plaque annulaire 27 boulonnée sur la partie inférieure du bâti 13 et permettent un déplacement axial du collecteur 23 tout en l'empêchant de tourner quand les tubes hélicoïdaux 19 se dilatent ou se contractent.
Un déflecteur 29 en matière réfractaire est fixé sur la paroi interne plane de l'élément 25. La pièce 29 sert à protéger cet élément contre l'action directe des gaz de combustion extrêmement chauds quittant la chambre centrale et sert également à guider ces gaz vers l'entrée de la chambre de section annulaire.
La chambre de combustion 14 décharge dans l'extrémité supérieure de la chambre centrale les produits d'une combustion sensiblement complète. Ces produits sortent de la chambre 14 avec une vitesse très élevée. En sortant de l'extrémité inférieure de la chambre centrale ils s'écoulent en sens inverse vers le haut à travers la chambre comprise entre les enveloppes 11 et 12, avec une vitesse encore plus grande que celle qu'ils possédaient dans la chambre cen- trale,
du fait que la section de passage de la chambre de section annulaire est plus petite que celle de la chambre centrale. Cette réduction de section pourrait être supérieure à 12 %. Ainsi, la valeur du taux d'échange de chaleur par unité de différence de température est au moins maintenue.
Il faut remarquer que dans l'appareil décrit l'échange efficace de chaleur à une vitesse relativement élevée résulte du fait que les gaz de combustion ne fournissent sensiblement pas de radiation, et que le transfert de chaleur s'effectue pour la plus grande part par convection. Ainsi pour un pouvoir de chauffage donné, l'appareil décrit peut être beau- coup plus petit qu'un appareil de même puissance utilisant principalement le transfert de chaleur par radiation.
Dans un cas particulier de l'appareil décrit on pourrait donner à la section d'écoulement libre de la chambre de section annulaire une valeur égale à 87,8 % de celle de la chambre centrale.
Pour obtenir les meilleurs résultats, le fluide à chauffer doit se déplacer à travers les tubes 19 et 20, également à grande vitesse. On a trouvé avantageux dans le cas de l'appareil décrit de faire passer le fluide à travers les tubes 19 et 20 à une vitesse égale ou supérieure à 45 m/sec. Ainsi, par exemple, on a utilisé dans le cas de l'appareil décrit une vitesse de fluide à chauffer à travers les tubes hélicoïdaux 19 égale à 70 m/sec. et une vitesse égale à 90 m/sec., à travers les tubes rectilignes 20, du moment qu'il a été trouvé avantageux d'utiliser une plus grande vitesse de circulation,
du fluide à chauffer dans la partie de l'appareil où les produits de combustion se trouvent à leur température la plus élevée, et une vitesse plus faible là où l'échange de chaleur se produit à une température plus basse. L'appareil décrit avait dans ce cas onze tubes hélicoïdaux d'un diamètre de 15,8 mm et trente-deux tubes rectilignes d'un diamètre del2,7 mm. On a constaté que dans ce cas, 60 % de la chaleur transmise au fluide, en l'occurrence du gaz, étaient transférés à celui-ci dans les tubes hélicoïdaux 19.