BE423576A - - Google Patents

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BE423576A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • F28D7/087Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions assembled in arrays, each array being arranged in the same plane

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tunnel Furnaces (AREA)

Description


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    Appareil   de chauffage tubulaire servant à porter des gaz à des températures élevées. 



   L'invention a pour objet un appareil de chauffage tubulaire servant à porter des gaz à des températures élevées. 



   Lorsqu'un gaz, par exemple de l'air, doit être chauffé à de hautes températures, par exemple à 5000, dans des appareils à tubes léchées par des gaz de combustion, il est nécessaire d'utiliser pour les éléments de l'appareil de chauffage des matériàux hautement réfractaires. Si, pour des raisons se rapportant au rendement, on ne peut prévoir aucun refroidissement, ou seulement un refroidissement artificiel insuffisant des organes, les supports nécessaires, par exemple pour les tubes, les parois, etc., ont cependant à transmettre des efforts et des charges relativement 

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 importants.

   Mais, comme les efforts admissibles pour les aciers, et d'ailleurs pour tous les autres matériaux spéciaux, destinés à la construction de ces appareils de chauffage, diminuent très rapidement aux températeures de   5000   et plus, il est nécessaire, pour transmettre le poids des faisceaux de tubes, des enveloppes isolantes, etc., d'employer de grandes quantités de matériaux, de sorte que les frais de construction deviennent très élevés et que l'ensemble de l'appareil de chauffage devient irrationel. 



   Une autre difficulté, non négligeable, dans la construction des appareils de chauffage pour l'obtention de températures de gaz élevées, résulte du fait qu'il se produit de grandes différences de dilatation par la chaleur, aussi bien au début de la période de chauffage que pendant le fonotionnement normal, ou encore en cas de variations de charge, par suite des grandes différences de température entre les différents organes, souvent voisins. Dans le cas, où l'appareil de chauffage possède par exemple un foyer central, l'intérieur est très chaud, tandis que les parties extérieures sont bien moins chaudes. Par suite des dilatations par la chaleur inévitables dans ces cas, il se produit alors des tensions intempestives qui ont souvent pour conséquence des efforts supplémentaires considérables des organes déjà affai blis par la chaleur.

   Sous ce rapport, les conditions sont bien moins favorables dans un appareil de chauffage non refroidi pour gaz que dans un générateur de vapeur. En milieu liquide, par exemple dans l'eau, la transmission de la chaleur s'effectue bien mieux que dans un gaz de sorte que, par exemple dans une chaudière à vapeur, l'eau ou la vapeur refroidissent relativement bien les organes chauffés et abaissent les températures d'une manière satisfaisante. 



   Afin de pouvoir surmonter ces difficultés accrues dans un appareil de chauffage pour gaz chauffé par des gaz de combustion, si celui-ci est destiné à porter les gaz à des températures finales élevées - d'une manière économique avec un 

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 minimum de dépense de matériaux de construction, les tubes formant un serpentin à éléments verticaux sont, suivant l'invention disposés autour de l'axe d'un foyer et d'une chambre à fumées, et seule, l'extrémité supérieure des dits éléments est encastrée dans une plaque-support en matière réfractaire. Cette plaque-support est de son côté suspendue par des tiges de traction à un bâti extérieur, de manière à rester librement mobile. 



   Dans un appareil de chauffage pour gaz suivant 1'invention, les serpentins tubulaires, portés par la plaque-support, peuvent se dilater librement vers le bas de sorte que les dilatations produites par la chaleur peuvent se produire sans obstacle. 



  En conséquence, la plaque-support des tubes disposés symétriquement dans le foyer, autour de eon axe, ne risque pas de subir de grands efforts de traction ou de compression. Même les tiges de traction qui relient la plaque-support au bâti extérieur ne subissent que des efforts de traction. Ces organes n'exigent donc que relativement peu de matière et celle-ci ne supporte pas ou peu d'efforts. 



  Le bâti, situé tout-à-fait en dehors de la zone des hautes températures et par conséquent relativement froid, et portant tous les organes intérieurs, n'a pas besoin d'être construit en matériaux spéciaux de prix élevé. Dans la construction de l'appareil de chauffage suivant l'invention, l'emploi de la matière résistante réfractaire et de prix élevé est donc réduit à une quantité minimum. Ces avantages peuvent être accentués, si les tiges de traction sont articulées aux traverses du bâti extérieur et si, en outre, l'enveloppe isolante entourant le foyer et la chambre des fùmées, et sa chemise en tôle sont fixées sur la plaquesupport. 



   Le dessin annexé montre schématiquement un mode d'exécution de l'objet de   l'invention.   



   La fig. 1 est une coupe verticale de l'appareil de chauffage à tubes pour gaz suivant la ligne I-I de la fig. 2. 



   La fig. 2 montre dans sa moitié gauche une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1 et dans sa moitié droite 

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 une vue en plan de l'appareil de chauffage. 



   Les figs. 3 et 4 montrent en coupe deux modes d'exécution d'un détail. 



   L'appareil de chauffage représenté comporte un foyer central avec chambre à fumées 1, dans lequel s'élève une cheminée cylindrique 2, 3 en tôle, servant à conduire les gaz de combustion. Dans la partie inférieure de cette cheminée est disposé un brûleur 4. Le foyer 1 est entouré d'une enveloppe isolante 5 de forme cylindrique et constituée par de la laine de laitier, des feuilles d'aluminium, de la laine de verre, etc., serrés entre deux cylindres de tôle 6. Le corps cylindrique 5,6 repose sur une plaque dé base 7 qui elle-même repose sur le socle 8 de l'appareil de chauffage. A l'intérieur du foyer 1 on a disposé radialement autour de son axe une série de tubes 9 formant chacun un serpentin à éléments verticaux reliés entre eux par des éléments courbes de déviation 12.

   Les différents serpentins 9 sont raccordés en bas à un collecteur annulaire 10 qui leur distribue le gaz à surchauffer, et en haut à un collecteur annulaire 11 recevant le gaz surchauffé, le raccordement avec ce dernier étant effectué par des éléments courbes 121
Les éléments rectilignes et les éléments courbes de déviation d'un serpentin quelconque se trouvent stués pratiquement dans un môme plan radial par rapport à la chambre centrale 1. 



  Les serpentins 9 sont simplement encastrés par la partie supérieure des éléments verticaux dans une plaque-support 13, faite de matériaux réfractaires possédant encore une résistance suffi-    sante aux températures élevéesui peuvent se présenter ; peut   être faite par exemple en acier au chrome-nickel. Cette plaquesupport 13 est elle-même suspendue par des tiges de traction 14 à un bâti extérieur comportant deux poutres 16 disposées l'une par rapport à l'autre à angle droit, et des étriers-supports 15 fixés sur ces poutres. Ces étriers permettent une liaison articulée entre les tiges de traction 14 et les poutres 16. Le collec- 

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 teur annulaire 11 est également suspendu par des tiges de traction 17 articulées sur des étriers-supports 18.

   Les poutres 16 du bâti reposent sur des montants 20 qui sont reliés par des   goussetsl   à la plaque de base 7, et sont reliés entre eux par des anneaux raidisseurs 22. Afin d'immobiliser la plaque 13 radialement, si c'est nécessaire, elle est également articulée à des boulons de serrage 23 prenant appui sur les montants 20. Entre la plaque- support 13 et le bâti extérieur est prévue une enveloppe isolante 231 
Le gaz à chauffer, par exemple de l'air, est amené par une tuyauterie 24 au collecteur 10 et est distribué par celui- ci aux différents serpentins 9 dans lesquels il circule suivant la direction indiquée par les flèches A ; après avoir été chauffé au degré nécessaire, cet air passe dans le collecteur 11 d'où il s'écoule finalement par la tuyauterie 25 vers le lieu d'utilisa- tion.

   Les gaz de combustion, qui servent à chauffer le gaz   circu-   lant dans les serpentins 9, circulent suivant la direction indiquée par les flèches B à travers le foyer et la chambre à fumées 1, et ils s'échappent de l'appareil de chauffage par le canal 26. Les serpentins 9, qui, comme il a été dit, ne sont encastrés dans la plaque-support 13 que par l'extrémité supérieure des éléments verticaux, peuvent se dilater librement vers le bas lorsqu'ils s'échauffent, de sorte qu'ils ne provoquent dans cette plaque- support aucune tension pouvant nuire à sa résistance. 



   Comme le montre la fig. 3, on peut également encastrer les éléments verticaux des serpentins dans la   plaque-support   13, en vissant dans cette plaque des manchons 27 dont on relie l'ex- trémité supérieure libre par une soudure 29 à un élément vertical 28 traversant le)dit manchon avec un certain jeu (non représenté). 



  On évite ainsi de souder directement un tube mince sur la plaque- support épaisse, ce qui entraînerait la déformation de cette dernière. Cette liaison est du reste élastique et elle empêche les coincements entre la plaque et le tube sous l'influence des dilatations causées par la chaleur.      

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   Comme le montre la fig. 4 on peut prévoir dans la plaque-support 13 des évidements cylindriques destinés à recevoir chacun un manchon 30 dont l'extrémité supérieure libre est reliée à un élément de tube 33 par une soudure 32. Si c'est nécessaire, le manchon peut être légèrement relié à la plaque 13 par une soudure par points 31. Mais, étant donné le poids des serpentins, il sera dans la plupart des cas inutile de prévoir aucune liaison entre le manchon et la plaque-support. Les modes de liaison d'après les figs. 3 et 4 forment d'ailleurs un obstacle à une transmission considérable de chaleur entre la plaque-support et les serpentins. 



   Au lieu de faire reposer sur la plaque de base l'enveloppe isolante qui entoure le foyer et la chambre des fumées, on peut également la suspendre à la plaque-support, avec les en-   veloppes en tôle qui l'entourent ; dansce cas, elle se dilate   librement non pas vers le haut, comme dans le cas de la fig. l, mais vers le bas. Dans certaines conditions, il peut être avantageux de ne pas faire la plaque-support d'une seule pièce, mais de la composer de plusieurs segments séparés. 



   Les appareils de chauffage tubulaire de ce genre conviennent en particulier à l'application dans des installations thermiques de force motrice, dans lesquelles un fluide de travail à l'état gazeux, de préférence de l'air, circule constamment en circuit fermé; ce fluide, chauffé dans un appareil de chauffage tubulaire, par un apport extérieur de chaleur, va se détendre dans au moins une turbine en cédant en même temps du travail, et est ensuite   recomprimé   à une haute pression dans au moins un turbocompresseur. 



   L'invention est applicable à toutes les formes de section horizontale de l'appareil de chauffage, du foyer et de la plaque-support des serpentins. 



   En outre, peu importe pour son application le sens de circulation du gaz à chauffer dans les serpentins et la manière dont les gaz de combustion viennent lécher ces serpentins.

Claims (1)

  1. Revendications.
    1.) Appareil de chauffage tubulaire servant à porter à des températures très élevées un gaz refoulé à travers les tubes, caractérisé en ce que les tubes, placées dans un foyer central et dans sa chambre à fumées et formant chacun un serpentin à éléments verticaux rectilignes, sont disposés autour de l'axe de ce foyer et ne sont encastrés que par leur extrémité supérieure dans une plaque-support en matière réfractaire, cette plaquesupport étant elle-même librement suspendue par des tiges de traction à un bâti extérieur.
    2. ) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dites tiges de traction sont articulées sur des poutres faisant partie de ce bâti.
    3.) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une enveloppe isolante, entourant le foyer et la chambre à fumées, est suspendue à ladite plaque-support avec les chemises de tale qui l'entourent.
    4. ) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de chaque serpentin est constituée par un élément courbe flexible et est raccordée à un collecteur annulaire, lui-même suspendu par des tiges articulées sur le bâti.
    5.) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rectilignes ainsi que les éléments courbes d'un serpentin sont situés pratiquement dans un même plan orienté radialement par rapport à l'axe du foyer et de la chambre à fumées.
    6.) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractériséen ce que dans la plaque-support sont encastrés des manchons dont l'extrémité supérieure est reliée à l'élément de serpentin qui les traverse. <Desc/Clms Page number 8>
    7.) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite plaque-support est faite en plu- sieurs parties.
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