LU88010A1

LU88010A1 - TUBE COOLING PANEL

Info

Publication number: LU88010A1
Application number: LU88010A
Authority: LU
Inventors: Francois Touze
Original assignee: Francois Touze
Priority date: 1991-10-02
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1992-06-01

Description

PANNEAU DE REFROIDISSEMENT A TUBESTUBE COOLING PANEL

La présente invention concerne des panneaux de refroidissement à tubes, en particulier destinés au refroidissement des parois de fours à arc et similaires.The present invention relates to tube cooling panels, in particular for cooling the walls of arc furnaces and the like.

Dans les brevets français n° 77 15939, 80 07506 et 81 09772, on présente des systèmes de refroidissement, en particulier pour les tuyères à vent chaud ainsi que les parois de fours à cuve, dont la particularité consiste essentiellement en ce que, par un acheminement adéquate du liquide de refroidissement, celui-ci effectue un mouvement hélicoïdal tangentiel le long des parois à refroidir, ce qui, ainsi que l'a prouvé l'application pratique de cette idée, permet d'obtenir un optimum du rapport échange thermique/débit de liquide de refroidissement, ainsi que d'autres avantages exposés dans lesdits documents.In French patents n ° 77 15939, 80 07506 and 81 09772, cooling systems are presented, in particular for hot-air nozzles and the walls of tank ovens, the characteristic of which essentially consists in that, by a adequate flow of coolant, it performs a tangential helical movement along the walls to be cooled, which, as proved by the practical application of this idea, allows to obtain an optimum of the heat exchange / coolant flow, as well as other advantages set out in said documents.

Pour le refroidissement des parois de fours à arc et similaires, on utilise en général des panneaux du type caisson à chicanes intérieures, bien connus par l'homme de l'art, ou encore des panneaux à éléments tubulaires juxtaposés, décrits par exemple dans les brevets allemands n° 27 34 922, 28 49 900 et 29 49 990, dans lesquels sont .d'ailleurs exposés les désavantages dudit panneau du type caisson, respectivement les avantages desdits panneaux à éléments tubulaires.For cooling the walls of arc furnaces and the like, panels of the box type with internal baffles, well known to those skilled in the art, are generally used, or panels with juxtaposed tubular elements, described for example in German patents n ° 27 34 922, 28 49 900 and 29 49 990, in which are exposed besides the disadvantages of said panel of the box type, respectively the advantages of said panels with tubular elements.

Si le panneau tubulaire connu présente, certes, certains avantages par rapport au panneau-caisson, il n'en reste pas moins que le mouvement du liquide de refroidissement est aussi essentiellement linéaire, donc pareil au mouvement dans les canaux du panneau-caisson, avec un rapport échange thermique/débit de liquide médiocre en conséquence.If the known tubular panel has, certainly, certain advantages compared to the box panel, the fact remains that the movement of the coolant is also essentially linear, therefore similar to the movement in the channels of the box panel, with therefore a poor heat exchange / liquid flow ratio.

C'est la raison pour laquelle on a pensé, pour alimenter de tels tubes de refroidissement avec un liquide de refroidissement en mouvement hélicoïdal, qui s'est avéré avantageux dans les applications citées plus haut, de prévoir, au niveau de l'entrée et/ou de la sortie dudit liquide des tubes de refroidissement, des systèmes mécano-géométriques semblables à ceux montrés dans les documents cités plus haut.This is the reason why it has been thought, to supply such cooling tubes with a coolant in helical motion, which has proved advantageous in the applications mentioned above, to provide, at the inlet and / or from the outlet of said liquid from the cooling tubes, mechano-geometric systems similar to those shown in the documents cited above.

Or, il s'est avéré que la simple transposition des moyens connus audit tube afin d'imprimer au liquide le mouvement tournant désiré, moyens (tels que tube d'injection et impulseur) utilisés dans les dispositifs pour fours à cuve précités, n'a pas permis, bien que parfaitement efficace, de réaliser des solutions suffisamment simples et bon marché.However, it has been found that the simple transposition of the known means to said tube in order to impart the desired rotary movement to the liquid, means (such as injection tube and impeller) used in the above-mentioned devices for cell ovens, do not did not allow, although perfectly effective, to realize sufficiently simple and inexpensive solutions.

Pour remédier à ces problèmes et désavantages de l'état de la technique, l'invention propose des panneaux du type défini dans le préambule qui combinent un maximum de rapport échange thermique/débit de liquide de refroidissement avec un minimum de prix de revient.To remedy these problems and disadvantages of the state of the art, the invention proposes panels of the type defined in the preamble which combine a maximum heat exchange / coolant flow rate ratio with a minimum cost price.

Cet objectif de l'invention est atteint par un panneau tel que défini dans le préambule avec les particularités énoncées dans la caractéristique de la revendication principale.This object of the invention is achieved by a panel as defined in the preamble with the features set out in the characteristic of the main claim.

Un mode de réalisation préféré de l'invention, donné uniquement à titre d'exemple illustratif, est représenté dans le dessin (dans lequel des éléments identiques sont indiqués par les mêmes nombres de référence) et sera décrit par la suite. Le dessin montre: - la figure 1, une illustration du principe de l'idée inventive pour imprimer un mouvement hélicoïdal à une colonne de liquide; - la figure 2, une vue schématique d'un panneau de refroidissement à tubes selon l'invention avec l'application du principe selon la figure 1; - la figure 3, une vue de dessus sur l'objet selon la figure 2; - la figure 4, une variante de l'objet selon la figure 1 .A preferred embodiment of the invention, given solely by way of illustrative example, is shown in the drawing (in which identical elements are indicated by the same reference numbers) and will be described later. The drawing shows: - Figure 1, an illustration of the principle of the inventive idea to print a helical movement on a column of liquid; - Figure 2, a schematic view of a tube cooling panel according to the invention with the application of the principle according to Figure 1; - Figure 3, a top view on the object according to Figure 2; - Figure 4, a variant of the object according to Figure 1.

La figure 1 montre le principe selon lequel on engendre, dans un tube d'un panneau de refroidissement à tubes, un mouvement giratoire hélicoïdal d'une colonne de liquide. A cette fin, on injecte, à l'une des extrémités d'un tel tube 4 et par un canal d'amenée 6 qui débouche tangentiellement à la périphérie dudit tube 4 dans celui-ci, le liquide de refroidissement qui quitte ledit tube par un canal de sortie 8, disposé identiquement à la périphérie du tube 4 à son extrémité opposée. Le mouvement giratoire de la colonne de liquide 10 s'obtient automatiquement par l'injection tangentiel par le canal 6, tandis que ce mouvement giratoire est transformé en mouvement hélicoïdal 12 par le fait que la colonne de liquide 10 en rotation doit avoir une composante axiale pour que le volume de liquide injecté par le canal 6 puisse quitter le tube 4 par le canal de sortie 8.FIG. 1 shows the principle according to which a helical gyratory movement of a column of liquid is generated in a tube of a tube cooling panel. To this end, is injected at one end of such a tube 4 and through a supply channel 6 which opens tangentially to the periphery of said tube 4 therein, the coolant which leaves said tube by an outlet channel 8, arranged identically at the periphery of the tube 4 at its opposite end. The gyratory movement of the column of liquid 10 is obtained automatically by the tangential injection through the channel 6, while this gyratory movement is transformed into helical movement 12 by the fact that the column of liquid 10 in rotation must have an axial component so that the volume of liquid injected through the channel 6 can leave the tube 4 through the outlet channel 8.

Il est à noter tout particulièrement que le mouvement hélicoïdal de la colonne de liquide de refroidissement est obtenu ici sans la mise en place de systèmes mécano-géométriques plus ou moins sophistiqués, tel qu'il est le cas dans les différents objets d'invention décrits dans les documents cités plus haut, ce qui représente l'aspect caractéristique avantageux de l'invention. En effet, la possibilité de pouvoir renoncer à de tels systèmes mécano-géométriques ne simplifie pas seulement la construction de manière décisive, mais diminue également les risques d'obturation, vu l'absence desdits systèmes.It should be noted in particular that the helical movement of the column of coolant is obtained here without the installation of more or less sophisticated mechano-geometric systems, as is the case in the various objects of invention described in the documents cited above, which represents the advantageous characteristic aspect of the invention. Indeed, the possibility of being able to give up such mechano-geometrical systems not only simplifies construction in a decisive manner, but also reduces the risks of blockage, given the absence of said systems.

Les figures 2 et 3 montrent, schématiquement, un panneau de refroidissement à tubes 14, ici à quatre tubes 41, qui fonctionne d'après le principe du mouvement hélicoïdal d'une colonne de liquide de refroidissement dans des tubes 4', 4'', 4''', 4IV, ainsi qu'il vient d'être décrit.Figures 2 and 3 show schematically a cooling panel with tubes 14, here with four tubes 41, which operates according to the principle of the helical movement of a column of coolant in tubes 4 ', 4' ' , 4 '' ', 4IV, as just described.

Dans cet exemple, le liquide entre par un canal principal supérieur 6' dans un premier tube 4' qu'il quitte par un canal inférieur 8'. Ce dernier est relié, par une conduite 16, au canal d'entrée 6" d'un deuxième tube 4".In this example, the liquid enters via an upper main channel 6 ′ into a first tube 4 ′ which it leaves through a lower channel 8 ′. The latter is connected, via a pipe 16, to the inlet channel 6 "of a second tube 4".

Le liquide quitte ce tube 4' ' par un canal tangentiel supérieur 8'' qui est, de son côté, relié au canal d'entrée 6'" d'un tube 4''' par une conduite 18, etc. (montage en tête-bêche des tubes 41).The liquid leaves this tube 4 '' by an upper tangential channel 8 '' which is, for its part, connected to the inlet channel 6 '"of a tube 4' '' by a pipe 18, etc. (mounting in head to tail of the tubes 41).

Normalement, on va donner au différents canaux et conduites précités une section circulaire, ainsi qu'on l'a suggéré pour les canaux 6 et 8 dans la figure 1. Pour diminuer les pertes de charge et/ou augmenter le débit, ces-dits canaux et conduites peuvent également être dotés d'une section plate élargie, telle qu'on l'a suggéré pour les canaux 8''', 6IV, 81^ et la conduite 20. On notera que ces canaux et conduites resteront obligatoirement, afin de garantir le bon fonctionnement du principe inventif, tangents à la périphérie des tubes 41.Normally, we will give the different channels and conduits mentioned above a circular section, as suggested for channels 6 and 8 in Figure 1. To reduce the pressure losses and / or increase the flow, these channels and conduits can also be provided with an enlarged flat section, as suggested for channels 8 '' ', 6IV, 81 ^ and conduit 20. It should be noted that these channels and conduits must remain, in order to guarantee the proper functioning of the inventive principle, tangent to the periphery of the tubes 41.

On notera enfin qu'un panneau 14 peut être monté, comme dans la figure 2, avec les tubes 41 disposés verticalement, ou bien avec des tubes 41 disposés dans un arrangement horizontal (non montré). Dans ces deux cas, il est bien entendu possible et avantageux de donner au panneau 14 un cintrage correspondant à la courbure de la paroi cylindrique à refroidir (non montré).Finally, note that a panel 14 can be mounted, as in Figure 2, with the tubes 41 arranged vertically, or with tubes 41 arranged in a horizontal arrangement (not shown). In these two cases, it is of course possible and advantageous to give the panel 14 a curve corresponding to the curvature of the cylindrical wall to be cooled (not shown).

Une autre alternative consiste à monter les tubes ou bien de façon jointive, ou bien avec un certain écart entre deux tubes avoisinants.Another alternative consists in mounting the tubes either in a joined manner, or else with a certain distance between two neighboring tubes.

La figure 4 montre une variante du principe inventif pour imprimer un mouvement hélicoïdal à une colonne de liquide en partant de l'objet selon la figure 1.FIG. 4 shows a variant of the inventive principle for imparting a helical movement to a column of liquid starting from the object according to FIG. 1.

Dans le cadre du texte descriptif de cette figure 1 était prévue la possibilité d'une augmentation du débit de liquide de refroidissement en prévoyant, le cas échéant, des canaux à section plate élargie (réf.20). Bien qu'une telle mesure permette, bien sûr, d'augmenter l'effet de refroidissement d'un tube de refroidissement selon la figure 1, il n'en reste pas moins qu'un tube à une seule entrée et une seule sortie ne peut donner un résultat satisfaisant s'il s'agit de faire face à des exigences de refroidissement extrême et/ou si les tubes de refroidissement doivent dépasser une certaine longueur. Dans ce dernier cas, l'effet de refroidissement se détériore non seulement par l'échauffement progressif du liquide de refroidissement, mais encore par un amortissement progressif du mouvement giratoire hélicoïdal due au frottement et à des turbulences internes du liquide de refroidissement.In the context of the descriptive text of this figure 1, provision was made for the possibility of increasing the flow rate of coolant by providing, if necessary, channels with an enlarged flat section (ref. 20). Although such a measure allows, of course, to increase the cooling effect of a cooling tube according to Figure 1, the fact remains that a tube with a single inlet and a single outlet does not can give a satisfactory result if it is a question of meeting extreme cooling requirements and / or if the cooling tubes must exceed a certain length. In the latter case, the cooling effect deteriorates not only by the gradual heating of the coolant, but also by a progressive damping of the helical gyratory movement due to friction and to internal turbulence of the coolant.

C'est la raison pour laquelle l'invention propose, comme complément, un tube de refroidissement à hautes performances, tel que montré dans ladite figure 4, et se caractérisant par un nombre arbitraire de systèmes entrée Ε·| / sortie S-j, entrée E2/ sortie S2, ... (dans la figure 4, on a montré, illustrativement, trois entrées E-j, E2, E3 avec leurs trois sorties correspondantes S-j, S2/ S3). L'homme de l'art va facilement comprendre qu'avec un tel tube, pratiquement tout problème de refroidissement visé par la présente invention peut être résolu.This is the reason why the invention proposes, as a complement, a high performance cooling tube, as shown in said FIG. 4, and characterized by an arbitrary number of input systems Ε · | / output S-j, input E2 / output S2, ... (in Figure 4, we have shown, illustratively, three inputs E-j, E2, E3 with their three corresponding outputs S-j, S2 / S3). Those skilled in the art will readily understand that with such a tube, virtually any cooling problem contemplated by the present invention can be resolved.

Il faut peut-être insister sur le fait qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des parois de séparation entre une sortie quelconque (p.ex. S-j ) et l'entrée contigue (E2)· De cette manière, il est donc possible de pourvoir à des exigences de refroidissement extrêmes avec une construction d'une simplicité remarquable.It should perhaps be emphasized that it is not necessary to provide partitions between any outlet (eg Sj) and the adjoining inlet (E2) · In this way, it is therefore possible to meet extreme cooling requirements with remarkably simple construction.

Claims

1. Tube cooling panel, in particular intended for cooling the walls of an arc furnace or the like, characterized by a parallel assembly (14) of cylindrical tubes (41) in which each tube (41) is provided with at least one inlet channel (61) for injecting a coolant into the tube (41) and at least one outlet channel (81) for discharging said liquid, these two channels (61, 81) being arranged vertically relative to the axis of the tube (41), but offset with respect to this axis, and having a diameter substantially smaller than that of the tube (41), so that said inlet (61) and said outlet (81) takes place at the * periphery of said tube (41), tangential to the cylindrical wall of the latter.

2. Panel according to claim 1, characterized in that two adjacent tubes (41) of any said assembly (14) are mounted head to tail and this so that the outlet orifice (8 ') of the first tube (4' ) crossed by the coolant is in principle opposite the inlet orifice (6 ") of the second tube (4"), and that said orifices (8 ', 6 ") are connected by a common pipe ( 16) essentially tangent to each of the peripheries of the two cylindrical tubes (4 ', 4 ").

3. Panel according to claims 1 and 2, characterized in that said channels and conduits have a circular section.

4. Panel according to claims 1 and 2, characterized in that said channels and conduits have an enlarged flat section, while remaining tangent to the periphery of the cooling tubes (41).

5. Panel according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the tubes (41) are arranged in a vertical arrangement (fig.2).

6. Panel according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the tubes (41) are arranged in a horizontal arrangement.

7. Panel according to claims 5 or 6, characterized in that the panels (14) are provided with a bend corresponding to the curvature of the cylindrical wall to be cooled.

8. Panel according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the tubes (41) are joined together.

9. Panel according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the tubes (41) are mounted with a certain distance between two neighboring tubes.

10. Panel according to any one of claims 1 to 9, characterized in that each tube is provided with several systems input Eq / output Sq, ... input En / output Sn respectively offset from one another (Fig. 4).