LU88010A1 - Panneau de refroidissement a tubes - Google Patents

Description

PANNEAU DE REFROIDISSEMENT A TUBES

La présente invention concerne des panneaux de refroidissement à tubes, en particulier destinés au refroidissement des parois de fours à arc et similaires.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 .

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.

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.

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.

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".

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).

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.

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).

Une autre alternative consiste à monter les tubes ou bien de façon jointive, ou bien avec un certain écart entre deux tubes avoisinants.

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.

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.

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.

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.

Claims (10)

1. Panneau de refroidissement à tubes, en particulier destiné au refroidissement des parois d'un four à arc ou similaire, caractérisé par un assemblage parallèle (14) de tubes cylindriques (41) dans lequel chaque tube (41) est pourvu d'au moins un canal d'entrée (61) pour l'injection d'un liquide de refroidissement dans le tube (41) et d'au moins un canal de sortie (81) pour l'évacuation dudit liquide, ces deux canaux (61, 81) étant disposés verticalement par rapport à l'axe du tube (41), mais décalés par rapport à cet axe, et ayant un diamètre sensiblement inférieur à celui du tube (41), de sorte que ladite entrée (61) et de ladite sortie (81) s'opère à la * périphérie dudit tube (41), tangentiellement à la paroi cylindrique de celui-ci.

2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux tubes (41) avoisinants quelconques dudit assemblage (14) sont montés en tête-bêche et cela en sorte que l'orifice de sortie (8') du premier tube (4') traversé par le liquide de refroidissement se trouve en principe en face de l'orifice d'entrée (6") du second tube (4"), et que lesdits orifices (8', 6") sont connectés par une conduite commune (16) essentiellement tangente à chacune des périphéries des deux tubes cylindriques (4', 4").

3. Panneau selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledits canaux et conduites ont une section circulaire.

4. Panneau selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits canaux et conduites ont une section plate élargie, tout en restant tangents à la périphérie des tubes de refroidissement (41).

5. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes (41) sont disposés dans un arrangement vertical (fig.2).

6. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes (41) sont disposés dans un arrangement horizontal.

7. Panneau selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les panneaux (14) sont dotés d'un cintrage correspondant à la courbure de la paroi cylindrique à refroidir.

8. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubes (41) sont montés de façon jointive.

9. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubes (41) sont montés avec un certain écart entre deux tubes avoisinants.

10. Panneau selon 1'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque tube est pourvu de plusieurs systèmes entrée Eq / sortie Sq, ... entrée En/ sortie Sn respectivement décalés l'un par rapport à l'autre (Fig. 4).