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Echauffeur de gaz comportant des surfaces de chauffe disposées le long des parois d'une chambre de combustion.
L'invention a pour objet un échauffeur de gaz comportant des surfaces de chauffe disposées le long des parois d'une chambre de combustion.
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Le but de l'invention est de créer un échauffeur de gaz permettant d'animer le gaz à échauffer d'une grande vitesse sans que l'on soit obligé, comme conséquence, de prendre en compte des chutes de pression élevées. On sait que les vitesses élevées de circulation des gaz sont souhaitables car, dans ce cas, les gaz peuvent évacuer beaucoup de chaleur des tuyaux qu'ils traversent, de sorte que ces tuyaux ne peuvent subir des tensions thermiques dangereuses; la sécurité de fonctionnement s'en trouve donc augmentée.
Pour obtenir ces différents avantages dans un échauffeur de gaz suivant l'invention, des tubes plongeurs pénètrent à l'intérieur de la chambre de combustion en partant d'au moins un distributeur et un collecteur disposés au-dessus de la dite chambre et, d'autre part, chacun des tubes plongeurs raccordés au distributeur est relié à un tube plongeur raccordé au collecteur par de multiples petits tubes exposés au rayonnement du feu produit à l'intérieur de l'échauffeur, l'ensemble formant ainsi un élément de chauffe.
Il est possible de donner à ces petits tubes de liaison une très courte longueur, ce qui permet le fonctionnement désiré avec des vitesses élevées de circulation des gaz et de faibles chutes de pression. D'autre part, on sait que des courts tubes minces offrent l'avantage d'améliorer la transmission de la chaleur par rapport aux tubes de grand diamètre, dans des conditions par ailleurs égales, ce qui permet d'obtenir les mêmes effets avec des surfaces de chauffe plus réduites.
En outre, dans des tubes de longueur réduite et de faible diamètre, les tensions thermiques sont également moindres que dans les tubes de grande longueur et de gros diamètre, car les petits tubes minces et courts peuvent être chauffés plus rapidement et plus uniformément à la même température en tous points, ce qui contribue également à augmenter la sécurité de fonctionnement.
Les petits tubes qui relient entre eux les tubes plongeurs raccordés au distributeur et au collecteur, peuvent recouvrir ces tubes par une boucle ou coude, au moins sur une partie de leur périphérie, et les protéger de cette façon largement contre l'action directe du rayonnement du feu. D'autre part, chaque élément échauffeur peut être raccordé de préférence par des brides au distributeur et au collecteur, de sorte que
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ces éléments peuvent être démontés et, par exemple, remplacés séparément.
Plusieurs modes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentés, en partie schématiquement, sur les dessins annexés.
La fig. l montre un échauffeur de gaz en coupe verticale suivant la ligne 1-1 de la fig. 2.
La fig. 2 montre dans sa moitié de gauche un plan correspondant à la fig. 1, et dans sa moitié de droite une coupe horizontale suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 montre en perspective et à une plus grande échelle un élément échauffeur, de même que le distributeur et le collecteur auxquels est raccordé'cet élément échauffeur.
La fig. 4 montre en élévation et à une échelle encore plus grande que la fig. 3 des détails d'un autre mode -'d'exécution.
La fig. 5 en est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 4.
La fig. 6 montre un autre mode d'exécution des éléments échauffeurs.
La fig. 7 est une coupe, suivant la ligne VII-VII de la fig. 8, d'un éohauffeur dans lequel les tubes plongeurs des éléments échauffeurs disposés dans la chambre de combustion, convergent vers le bas de sorte que la longueur des petits tubes de liaison diminue au fur et à mesure que leur distance du distributeur et du collecteur augmente.
La fig. 8 montre dans sa moitié de gauche, après suppression des éléments échauffeurs, une coupe horizontale de la chambre de combustion suivant la ligne VIII-VIII de la fig. 7, et dans sa moitié de droite un plan correspondant à la fig. 7.
La fig. 9 représente un autre mode d'exécution, en l'espèce une élévation partielle de deux tubes plongeurs verticaux d'un élément échauffeur et des petits tubes qui les relient, avec une coupe partielle suivant la ligne IX-IX de la fig. 10.
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La fig. 10 montre une coupe suivant la ligne X-X de la fig. 9.
Dans les figs. 1 et 2, 1 désigne la chambre de combustion quadrangulaire d'un échauffeur de gaz agencé pour fonctionner au charbon pulvérisé. Les brûleurs à poussière de charbon, et les dispositifs auxiliaires qui s'y rattachent, n'ont pas été représentés pour simplifier le dessin. La chambre de combustion 1, d'où les cendres sont évacuées sous une forme solide (granulée), est limitée par des parois 2 en matière réfractaire. Au-dessus de la chambre de combustion sont disposées une boîte de distribution 3 et une botte de collection 4 qui est entourée par 3. A la boîte 3 sont raccordés et suspendus des tubes plongeurs 5 et à la boîte 4 des tubes plongeurs 6. Les tubes 5 et 6 descendent verticalement dans le foyer de la chambre de combustion 1.
Chaque tube plongeur suspendu 5 est relié à un tube plongeur suspendu 6 par de multiples petits tubes 7 qui sont exposés au rayonnement du feu produit à l'intérieur de l'échauffeur. Les petits tubes 7 recouvrent par un coude les tubes plongeurs suspendus 5 et 6 qu'ils relient, et ce sur une partie de la périphérie, de sorte qu'ils protègent largement ces tubes 5,6 contre le rayonnement du feu. Un tube 5 forme avec un tube 6 et avec les petits tubes de liaison 7 un élément échauffeur. Les différents éléments échauffeurs, formant les surfaces de chauffe, sont disposés à proximité et le long de la face intérieure des parois 2.
Afin qu'il ne se produise aucune réduction de la section de passage des fumées au point de sortie la du foyer 1, les tubes 5, 6 des éléments échauffeurs ne comportent aucun petit tube de liaison en cet endroit.
La fig. 3 montre séparément un élément échauffeur.
Dans ce cas 8 et 9 désignent les tubes plongeurs verticaux de l'élément et 10 les petits tubes qui les relient entre eux.
Le tube plongeur 8 est raccordé par une bride à un tube distributeur 11 et le tube plongeur 9 à un tube collecteur 12, de sorte que l'élément 8, 9, 10 se laisse facilement détacher des tubes 11 et 12 et remonter sur ces tubes. Les extrémités inférieures des tubes plongeurs 8 et 9 sont reliées l'une à l'autre
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par un tube coudé 13 qui n'est pas protégé contre le rayonnement du feu par des petits tubes de liaison. Ce dernier mode d'exécution peut être envisagé dans les cas où le tube 13 est logé dans des parties de l'échauffeur où le rayonnement du feu ne risque pas de le détériorer.
Mais, dans tous les cas, il est à recommander de donner à ces parties de tube, non protégées contre le rayonnement direct du feu, un diamètre plus petit que celui des tubes plongeurs reliés entre eux par ces petits tubes, pour obtenir dans les dites parties de tube des vitesses élevées de circulation du fluide à échauffer.
Pour assurer une répartition aussi régulière que possible du fluide à échauffer sur les petits tubes de liaison, les tubes plongeurs des éléments échauffeurs, raccordés à un distributeur et un collecteur, sont de préférence choisis de façon que le diamètre de ces tubes décroisse au fur et à mesure que leur distance du distributeur ou du collecteur augmente.
Dans la fig. 3, cette réduction du diamètre se fait par degrés, mais elle peut également se produire progressivement, D'autre part, le diamètre des petits tubes de liaison est toujours plusieurs fois plus petit que le diamètre des tubes plongeurs qui doivent être réunis par ces petits tubes. Il convient également de'donner une même longueur à tous les petits tubes de liaison d'un élément éèhauffeur.
Les diamètres des tubes plongeurs d'éléments éohauf- feurs raccordés au distributeur et au collecteur étant oonvenablement choisis, on peut obtenir que les températures soient au moins à peu près les mêmes en tous points de ces tubes.
Comme la partie du fluide'de travail à échauffer qui circule dans le tube plongeur raccordé au collecteur, est déjà portée à une température supérieure à celle de la partie du fluide de travail qui circule dans le tube plongeur raccordé au distributeur, il conviendra de choisir pour le premier tube un diamètre inférieur à celui du deuxième tube, afin d'obtenir dans le premier des vitesses de circulation plus élevées.
Dans les figs. 4 et 5,14 et 15 désignent les tubes d'éléments éohauffeurs plongeant verticalement dans une chambre de combustion non représentée. Le diamètre de ces tubes 14,15 décroît fortement de haut en bas et leurs extrémités inférieures, dans chaque élément, sont reliées entre elles par un tube coudé 16. 17 désigne dans ces figures les multiples petits
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tubes qui relient l'un à l'autre les deux tubes plongeurs verticaux 14, 15 d'un élément éohauffeur. Ces petits tubes de liaison 17 sont constitués par des serpentins ayant trois coudes de changement d'orientation de sorte qu'ils comportent quatre branches 171, 172, 173et 174 (fig. 5). D'autre part, ces petits tubes 17 sont raccordés aux tubes plongeurs 14 et 15 avec un décalage.
Le décalage est prévu de façon que, même dans ce cas, tous les petits tubes 17 aient à peu près la même longueur. La branche 172 traversée par la partie plus froide du fluide de travail, est exposée directement au rayonnement du feu, tandis que les branches 173, 174, dans lesquelles cir- cule du fluide de travail déjà échauffé, sont protégées contre le rayonnement direct par la branche 172. Les petits serpen- tins de liaison 17 se soutiennent mutuellement. Les points d'appui se trouvent de préférence aux endroits où les petits tubes de liaison sont traversés par du fluide de travail relativement froid et où ils offrent la plus grande résistance mécanique par suite des basses températures des parois qui en résultent.
La fig. 6 montre un mode de construction dans lequel les petits tubes de liaison 18, qui ne comportent que deux coudes de changement d'orientation et trois branches, se soutiennent par eux-mêmes.
Les figs. 7 et 8 montrent l'application de l'invention sur un échauffeur d'air 21 comportant une chambre de combustion 20 de section circulaire. Dans la partie inférieure, c'est-à-dire dans la zone de fusion proprement dite, la paroi de la chambre 20 est protégée contre le rayonnement du feu par un écran 22 en maçonnerie réfractaire. Dans ces figures 7 et 8, 23 désigne des distributeurs et 24 des collecteurs. Les distributeurs 23 sont raccordés à des tubes 25 plongeant verticalement dans la chambre de combustion, tandis que les collecteurs 24 sont raccordés à des tubes 26 également verticaux.
Les tubulures de raccordement sont d'autant plus longues que les tubes plongeurs sont plus éloignés du plan médian transversal des distributeurs 23 ou des collecteurs 24. Deux tubes 25 et 26 constituent respectivement avec de multiples petits tubes de liaison 27 un élément échauffeur. Ces éléments sont disposés à proximité de la paroi intérieure de ltéchauffeur d'air 21.
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Les tubes plongeurs 25, 26 de chaque élément ne descendent que jusqu'à proximité de l'écran 22 et leurs extrémités inférieures sont reliées entre elles par un tube coudé 28. Dans ce cas, les tubes 25,26 de chaque élément échauffeur convergent vers le bas de sorte que la longueur des petits tubes de liaison 27 diminue au fur et à mesure que leur distance des distributeurs 23 et collecteurs 24 augmente. De cette façon on obtient qu'aux points de rayonnement intense le fluide de travail circulant dans les tubes de liaison 27 passe à grande vitesse. Cette disposition assure donc une évacuation suffisante de la chaleur.
Les tubes coudés 28 sont logés dans des évidements 29 de l'écran 22, et comme cet écran laisse passer relativement peu de chaleur, il n'est pas nécessaire de munir ces tubes coudés 28 de petits tubes de liaison, destinés à les protéger contre le rayonnement du feu. Mais si c'était nécessaire, les deux branches des tubes coudés 28 pourraient également être reliées entre elles par des petits tubes. L'écartement de ces petits tubes pourrait alors être plus grand que celui des tubes 27.
Par le fait que l'écartement entre les courts tubes de liaison d'un élément échauffeur est choisi plus petit aux endroits de rayonnement intense qu'aux endroits à chauffage plus faible, on peut agir sur le degré de refroidissement des parois de la chambre de combustion par les éléments échauffeurs. Dans ce but il convient, comme dans le mode d'exécution suivant les figs. 7 et 8, de donner aux petits tubes de liaison, aux endroits de rayonnement intense, donc de préférence dans la partie inférieure de la chambre de combustion, une longueur plus petite qu'aux endroits de rayonnement plus faible, c'est-à-dire dans la partie supérieure de la chambre de combustion, de sorte que les vitesses de circulation sont plus grandes aux endroits de rayonnement intense.
Aux points où les petits tubes de liaison débouchent dans le tube plongeur raccordé au collecteur, ces tubes peuvent être évasés dans le but de réduire, grâce à l'effet de diffusion qui en résulte, la chute de pression qui se produit dans ce tube plongeur.
Afin qu'il soit possible de donner une épaisseur de paroi relativement faible aux tubes plongeurs raccordés au distributeur et au collecteur, ils sont de préférence isolés.
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Les figs. 9 et 10 montrent une manière avantageuse de réaliser cette disposition. Dans ces figures, 40 et 41 désignent à nouveau les tubes plongeurs d'un élément échauffeur, reliés entre eux par de nombreux petits tubes 42. Les différents petits tubes 42 qui sont exposés au rayonnement du feu produit dans l'échauffeur, sont coudés sur une partie de la périphérie d'au moins un des tubes 40,41, avec interposition d'un intervalle 43. Le petit tube portant le chiffre 421, par exemple, est coudé sur un angle d'environ 240 , et dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de la périphérie du tube plongeur 41. Le tube voisin 422, par contre, est coudé sur un angle d'environ 2400, et dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de la périphérie du tube 40.
Le tube inférieur portant le chiffre 423 contourne à son tour d'environ 240 , en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, la périphérie du tube 40 et celle du tube 41. Les points de raccordement des trois tubes 421, 422 et 423 sont décalés d'environ 120 par rapport à l'axe des tubes 40 et 41. Les intervalles 43, ménagés entre les petits tubes 42 et les tubes 40 ou 41, sont en majeure partie remplis d'une matière isolante 44 qui est maintenue dans la position nécessaire par les petits tubes 42, formant grille autour des tubes 40,41.
Les points de raccordement des petits tubes 42 sur les tubes plongeurs 40,41 des éléments échauffeurs peuvent encore être répartis, et les petits tubes 42 peuvent être coudés autour des tubes 40,41 de façon telle que tous les petits tubes d'au moins un tronçon d'élément échauffeur aient pratiquement la même longueur. Dans ce cas, si tous les petits tubes ont un même diamètre, la vitesse de circulation à l'intérieur de ces tubes et, par conséquent, le coefficient de transmission de la chaleur et les températures des parois de tous les petits tubes, sont les mêmes aux endroits correspondants.
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