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perfectionnements aux appareils II!. 9 éohange de chaleur",
La présente invention se rapporte aux appareils d'échange de chaleur et plus particulièrement aux appareils pour récupérer la chaleur utilisable des gaz perdus dans les installations motrices à vapeur, dans les appareils de distillation, et autres.
Un type courant de dispositif d'échange de chaleur utilisé pour récupérer la chaleur des gaz perdus dans les installations de force consiste dans un économi-
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seur ou réchauffeur pour chauffer l'eau d'alimentation à la chaudière. Dans les installations modernes, cependant, dans lesquelles la vapeur à haute pression et température est for- mée dans la chaudière, la température de l'eau d'alimentation entrant dans cette dernière est souvent si élevée que la totalité de la chaleur utilisable des gaz perdus n'est pas récupérée.
Il en est particulièrement ainsi dans les cas où l'eau d'alimentation est initialement chauffée dans des appa- reils de réchauffage étagés, désignés sous le nom d'appa- reils à suintement, de telle sorte que cette eau pénètre dans l'économiseur à des températures pouvant atteindre 150 à 1750 et même plus. La possibilité d'échange de chaleur, dans toute installation, dépend, entre autres facteurs, de la "colonne de chaleur" c'est-à-dire de la différence de tempé- rature entre les gaz de chauffe et la matière à chauffer.
Avec des températures d'eau d'alimentation élevées, la "colon- ne de chaleur", dans un économiseur, est diminuée dans des proportions telles que ce dernier perd beaucoup de sonutilité dans les installations à haute pression.
Dans le but d'éviter les pertes considérables dues à l'incapacité de l'économiseur à récupérer la chaleur utili- sable des gaz, les réchauffeurs d'air sont actuellement communément employés. Ils offrent une plus grande "colonne de chaleur" du fait que la température de, l'air entrant'dans le réchauffe-or est considérablement plus basse que la tem- pérature de l'eau d'alimentation pénétrant dans l'économiseur.
Le réchauffeur d'air n'est pas toujours utilisé à l'exclusion de l'éoonomiseur, un petit économiseur étant habituellement prévu dans le but d'augmenter la température obtenue dans le réchauffeur étagé. Si on utilise, à la fois, un économiseur et un réchauffeur, le réchauffeur d'air suit l'économiseur à cause de la plus grande "colonne de chaleur" à la basse
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température ou à l'extrémité d'entrée. Cependant, en raison du fait que l'économiseur absorbe une partie considérable de la chaleur des gaz chauds avant que ces derniers n'atteignent le réchauffeur d'air, il y a une perte considérable de la "oolon- ne de chaleur" à la sortie du réchauffeur. En d'autres termes, le réchauffeur d'air ne permet pas de tirer entièrement profit de la haute température des gaz perdus.
L'objet principal de la présente invention oonsiste à réaliser un appareil d'échange de chaleur oomprenant un dispositif pour chauffer à la fois l'air de oombustion et l'eau d'alimentation et permettant d'absorber entièrement la chute de température des gaz perdus, pour distribuer la ohaleur utilisable à la fois à l'air et à l'eau.
L'appareil comprend à la fois un réchauffeur d'air et un réchauffeur d'eau d'alimentation et est de construction simple et compacte.
Il comporte des tubes d'air et d'eau qui sont dis- tribués les uns entre les autres et disposés de façon à être léchés par les gaz chauds, les tubes d'air et d'eau étant en même temps disposés de façon à être soumis à une ' colonne de ohaleur" utile maximum.
Dans sa forme d'exécution préférée, l'appareil consis- te en un carter unique comportant un certain nombre de tubes d'air et un nombre moindre de tubes d'eau distribués parmi les tubes d'air.
En outre, l'invention comprend,dans son cadre, la réalisation de tubes d'eau avec des surfaces en saillie laté- rales externes, grâce auxquelles la capacité d'absorption de la chaleur de ces tubes est considérablement augmentée par rapport à la capacité d'absorption de tubes lisses. la surface externe totale des tubes d'eau est de préférence égale à l'im- portance de la surface qui serait formée par des tubes lisses
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de même diamètre et est comprise dans le même volume avec un espacement qui peut être réduit au minimum. Ainsi les tubes d'eau à surfaces en saillie peuvent être espacés à des distances considérables les uns des autres, laissant ainsi un espace suffisant pour l'introduction de tubes d'air.
Le nombre des tubes d'air pour lesquels un espace est ménage entre les tubes d'eau est ordinairement suffi- sant pour maintenir une température appropriée entre la chaleur cédée à l'eau et la chaleur cédée à l'air.
Au dessin annéxé: la fig. 1 est une vue de face, partiellement en coupe suivant la ligne 1-1 de la fig. 2, représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécutionpréférée d'un appareil d'échange de chaleur conforme à l'invention; la fig. 2 est une vue de côté, en coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 et la fig. 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la fig. 2.
La forme d'exécution représentée de la présente invention comprend un carter ayant des fonds 4 et des côtés 6. A l'intérieur du carter, est prévu un conduit 8 limité par des tôles tubulaires 10 et 12. Une extrémité du carter comporte des chambres d'entrée et'de sortie d'air, supé- rieure et inférieure 14 et 16, séparées par une cloison horizontale 18.
L'appareil est, de préférence, construit pour former un contre-courant entre les gaz de chauffe et l'air et l'eau à chauffer. Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, les gaz de chauffe s'élèvent depuis la chaudière, par le conduit 8, comme indiqué par la flèche aux fig. 1 et 2, au-dessus et au fond, tandis que l'air et l'eau, entrant au-dessus de l'appareil sont évacués au fond.
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Dans les tôles tubulaires sont montées un certain nombre de rangées de tubes à air qui, comme représenté fig. 1, sont étagées. Ces tubes sont élargis, à leurs extrémités, pour permettre leur fixation aux tôles. Le groupe supérieur des tubes, c'est-à-dire celui se trouvant au-dessus de la cloison
18, entraînent l'air depuis la chambre d'entrée 14 à une extrémité de l'appareil, à la chambre de renversement 22 à l'extrémité opposée, où l'air partiellement chauffé est renvoyé en arrière et vers le bas, par le groupe inférieur de tubes dans la chambre de sortie 16, depuis laquelle il est,dirigé dans la chambre de combustion du foyer.
Comme représenté fig. 1, un certain nombre de tubes à air sont omis dans les rangées alternées, et, dans les espaces libres, sont logés des tubes d'eau 24. Ces tubes d'eau oonduisent l'eau d'alimentation depuis une entrée 26 au-dessus du carterà une sortie 28, au fond. Chaque tube d'eau comporte une surface d'absorption de la chaleur allongée, sous la forme de rebords 20, grâce auxquels la surface externe de chaque tube d'eau est largement augmentée. Les tubes d'eau sont tous reliés en série par des coudes de retour 32, et sont étagés les uns wu les autres, au milieu des tubes d'air et avec ces derniers.
Dans la présente forme d'exécution, les tubes d'eau sont pourvus de rebords de dimension et d'espacement tels que la surface exposée aux gaz chauds soit d'environ sept fois la surfaoe d'un tube lisse de même diamètre. L'utilisation de surfaces agrandies sur les tubes d'eau permet, par suite, de ne recourir qu'au septième du nombre de tubes pour obtenir la même surface de chauffe qu'on obtiendrait avec des tubes lisses.
De préférence les tubes d'eau sont d'un nombre et d'un espacement tels que la surface de chauffe externe totale des tubes d'eau est approximativement la même que le total
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de la surface de chauffée pratiquement utilisable dans un appareil de même dimension comportant des tubes d'eau lisses.
Un espace suffisant est ainsi ménagé dans le carter pour les tubes d'air, lesquels, puisqu'ils n'exigent ni coudes ni autres liaisons, peuvent être espacés de façon à être très voisins les uns des autres.
Les tubes d'air et d'eau sont maintenus propres et libres de suie et de poussières, au moyen de souffleurs 34 qui consistent dans des tubes de vapeur traversant longitu- dinalement les chambres d'entrée et de sortie et transver- salement le conduit. Ces tubes sont pourvus de perforations
36 disposées de façon à diriger la vapeur vive, à des in- tervalles déterminés, sur les tubes voisins d'air et d'eau, de façon à entraîner toute accumulation de poussière ou de suie.
La construction ci-dessus décrite dans laquelle les tubes d'air et d'eau sont logés à l'intérieur du même carter et peuvent être exposés à la même "colonne de chaleur" réa- lise un appareil très réduit et efficace. L'utilisation de surfaces additionnelles latérales sur les tubes d'eau ménage encore considérablement l'espace. La diminution d'encombre- ment est encore réalisée par le rapprochement des tubes d'air, aussi bien horizontalement que verticalement, et cela, en combinaison aveo la grande vitesse des gaz, permet une augmentation de la vitesse du transport de la chaleur et une réduction de l'accumulation des suies et des poussières.
Alors que, dans l'exemple d'exécution représente, les gaz de chauffe sont ascendants tandis que l'eau et l'air suivent un chemin en général descendant, on doit se rendre compte que cela n'est pas essentiel et qu'au contraire, si on le désire, les sens d'écoulement peuvent être modifies bien qu'à l'ordinaire l'air et l'eau auront un courant oppose
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à celui des gaz chauds.
La présente invention n'est pas limitée à la combinaison des tubes d'air et d'eau sous une même "colonne de chaleur", ni à une proportion quelconque déterminée des surfaces de chauffe d'air et d'eau. Les conditions de l'installation déterminent la quantité de surfaoe de chauffe requise dans los tubes d'eau et, de façon similaire, dans les tubes d'air. Tandis que, de préférence, chaque série de tubes est disposée de façon que, à la fois l'air et l'eau, soient soumis à la pleine chaleur des gaz chauds, la pré- sente invention, néanmoins, comprend dans son cadre une construction dans laquelle les tubes d'eau et les tubes d'air peuvent s'étendre sur une partie seulement de la chambre de chauffe
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improvements to devices II !. 9 heat exchange ",
The present invention relates to heat exchange apparatus and more particularly to apparatus for recovering usable heat from waste gases in steam power plants, in distillation apparatus, and the like.
A common type of heat exchange device used to recover heat from waste gases in power plants is an economi-
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sor or heater for heating the feed water to the boiler. In modern installations, however, in which high pressure and temperature steam is formed in the boiler, the temperature of the feed water entering the boiler is often so high that all of the usable heat of the gases. lost is not recovered.
This is particularly so in cases where the feed water is initially heated in staged reheaters, referred to as seepage devices, so that this water enters the economizer. at temperatures up to 150 to 1750 and even more. The possibility of heat exchange, in any installation, depends, among other factors, on the "heat column" ie the temperature difference between the heating gases and the material to be heated.
With high feedwater temperatures, the "heat column" in an economizer is reduced to such an extent that the economizer loses much of its usefulness in high pressure installations.
In order to avoid the considerable losses due to the inability of the economizer to recover useful heat from the gases, air heaters are currently in common use. They provide a larger "heat column" because the temperature of the air entering the gold heater is considerably lower than the temperature of the feed water entering the economizer.
The air heater is not always used except for the economizer, a small economizer usually being provided for the purpose of increasing the temperature obtained in the stage heater. If both an economizer and a heater are used, the air heater follows the economizer because of the larger "heat column" at the bottom.
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temperature or at the inlet end. However, due to the fact that the economizer absorbs a considerable part of the heat of the hot gases before the latter reach the air heater, there is a considerable loss of the "heat oil" at the outlet. heater outlet. In other words, the air heater cannot take full advantage of the high temperature of the waste gases.
The main object of the present invention is to provide a heat exchange apparatus comprising a device for heating both the combustion air and the feed water and for fully absorbing the drop in temperature of the gases. waste, to distribute the usable heat to both air and water.
The apparatus comprises both an air heater and a feed water heater and is simple and compact in construction.
It comprises air and water tubes which are distributed among each other and arranged so as to be licked by the hot gases, the air and water tubes being at the same time arranged so as to be subjected to a maximum useful 'heat column'.
In its preferred embodiment, the apparatus consists of a single housing having a number of air tubes and a lesser number of water tubes distributed among the air tubes.
In addition, the invention includes within its scope the realization of water tubes with external lateral protruding surfaces, whereby the heat absorption capacity of these tubes is considerably increased compared to the capacity. smooth tube absorption. the total external area of the water tubes is preferably equal to the magnitude of the area which would be formed by smooth tubes
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of the same diameter and is included in the same volume with a spacing which can be reduced to a minimum. Thus the water tubes with protruding surfaces can be spaced at considerable distances from each other, thus leaving sufficient space for the introduction of air tubes.
The number of air tubes for which space is provided between the water tubes is usually sufficient to maintain an appropriate temperature between the heat transferred to the water and the heat transferred to the air.
In the appended drawing: fig. 1 is a front view, partially in section taken along line 1-1 of FIG. 2, showing, by way of example, a preferred embodiment of a heat exchange apparatus according to the invention; fig. 2 is a side view, in section taken along line 2-2 of FIG. 1 and fig. 3 is a horizontal section taken along line 3-3 of FIG. 2.
The illustrated embodiment of the present invention comprises a casing having bottoms 4 and sides 6. Inside the casing, there is provided a duct 8 limited by tubular sheets 10 and 12. One end of the casing has chambers. upper and lower air inlet and outlet 14 and 16, separated by a horizontal partition 18.
The apparatus is preferably constructed to form a counter-current between the heating gases and the air and water to be heated. In the preferred embodiment of the invention, the heating gases rise from the boiler, through line 8, as indicated by the arrow in FIGS. 1 and 2, above and at the bottom, while air and water, entering above the device are discharged at the bottom.
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In the tubular sheets are mounted a number of rows of air tubes which, as shown in fig. 1, are stepped. These tubes are widened at their ends to allow their attachment to the sheets. The upper group of tubes, that is to say the one located above the partition
18, entrain the air from the inlet chamber 14 at one end of the apparatus, to the overturning chamber 22 at the opposite end, where the partially heated air is returned back and down, through the lower group of tubes in the outlet chamber 16, from which it is, directed into the combustion chamber of the fireplace.
As shown in fig. 1, a number of air tubes are omitted in the alternate rows, and in the free spaces are accommodated water tubes 24. These water tubes lead the feed water from an inlet 26 to the other. above the housing to an outlet 28, at the bottom. Each water tube has an elongated heat absorbing surface, in the form of flanges 20, whereby the outer surface of each water tube is greatly increased. The water tubes are all connected in series by return elbows 32, and are staggered with each other, in the middle of and with the air tubes.
In the present embodiment, the water tubes are provided with rims of size and spacing such that the area exposed to hot gases is about seven times the area of a smooth tube of the same diameter. The use of enlarged surfaces on the water tubes makes it possible, therefore, to use only one seventh of the number of tubes to obtain the same heating surface as would be obtained with smooth tubes.
Preferably the water tubes are of a number and spacing such that the total external heating area of the water tubes is approximately the same as the total.
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of the heated surface practically usable in an apparatus of the same size comprising smooth water tubes.
Sufficient space is thus provided in the casing for the air tubes, which, since they do not require elbows or other connections, can be spaced so as to be very close to each other.
The air and water tubes are kept clean and free from soot and dust by means of blowers 34 which consist of steam tubes running longitudinally through the inlet and outlet chambers and transversely through the duct. . These tubes are provided with perforations
36 arranged in such a way as to direct the live vapor, at determined intervals, on the neighboring air and water tubes, so as to cause any accumulation of dust or soot.
The construction described above in which the air and water tubes are housed within the same housing and can be exposed to the same "heat column" provides a very small and efficient apparatus. The use of additional side surfaces on the water pipes further saves space. The reduction in size is further achieved by bringing the air tubes together, both horizontally and vertically, and this, in combination with the high gas speed, allows an increase in the speed of heat transport and reduction of the accumulation of soot and dust.
Whereas, in the example of execution represents, the heating gases are ascending while the water and the air follow a generally descending path, one must realize that this is not essential and that Conversely, if desired, the direction of flow can be changed although usually air and water will have opposite current.
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to that of hot gases.
The present invention is not limited to the combination of air and water tubes under a single "heat column", nor to any given proportion of the air and water heating surfaces. The conditions of the installation determine the amount of heating surface required in the water pipes and, similarly, in the air pipes. While preferably each series of tubes is so arranged that both air and water are subjected to the full heat of the hot gases, the present invention, however, includes within its scope a construction in which water tubes and air tubes can extend over only part of the heating chamber