Brevet FR2028004A1 — publié le 19701002

'1 2028004 Cette invention concerne les récupérateurs; un objet de la présente invention est de proposer un récupérateur qui puisse être placé dans une sortie de gaz de déperdition d'un four à réchauffer les "brames ou d'un foyer à sous-sol. 5 Selon l'invention, on prévoit un récupérateur pour transférer de la chaleur provenant d'un premier fluide plus chaud à un deuxième fluide plus froid, comportant une conduite pour assurer un passage du premier fluide, une pluralité de tubes formés d'une seule pièce en matière céramique qui s'étendent avec 10 interposition d'un jeu sur chacune fies parties qui se font face de la paroi de la conduite et sont en communication par leurs extrémités avec des boites de retour scellées sur la surface extérietire de la paroi de la conduite, les boites de retour reliant en série au moins quelques tubes de telle sorte que le deuxième fluide , 15 pendant l'utilisation du récupérateur passe successivement dans les tubes reliés en série, le jeu existant entre la surface extérietire d'une extrémité de chaque tube et la paroi de la conduite étant rendu étanche par un joint annulaire disposé dans la région de la surface extérieure de la paroi de la conduite.,, chacune d© ces dites extrémités pouvant se déplacer p_^ gliss^e^ p^ rapport à son joint respectif afin de permettre une expansion du tube dans une direction longitudinale. Les caractéristiques et les avantages de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après d'un mode de réalisa-25 tion donné à titre d'exemple, en référence avec les dessins joints, sur lesquels : La figure 1 représente sch.ématiquement un récupérateur suivant l'invention qui est placé dans une sortie de gaz de déperdition d'un four à réchauffer les brames; 30 . La figure 2 représente schématiquement selon une coupe oblique un four à réchauffer chauffé au sommet et à la base qui comporte des récupérateurs suivant l'invention placés dans la sortie de gaz de déperdition du four; La figure 3 est une coupe partiellement longitudi-35 nale à travers un tube céramique du récupérateur de la figure 1 ; La figure 4 représente en détail une forme d'assemblage d'un tube dans la paroi de la conduite du récupérateur de la figure 1 ; La figure 5 montre une plaque de serrage destinée à 70 00675 2 2028004 mettre sous pression le joint, qui peut se déplacer en glissant, du récupérateur de la figure 1 ; La figure 6 représente une vue en perspective d'une pièce d'insertion destinée aux tubes du récupérateur suivant l'in-5 vention; et la figure 7 montre l'extrémité inférieure d'un tube monté verticalement d'un récupérateur selon l'invention. Si l'on se réfère aux dessins, le récupérateur 1 comprend une conduite centrale 5 de sortie de gaz de déperdition 10 d'un four à réchauffer les brames, et une pluralité de tubes 3 disposés horizontalement et formés d'une seule pièce, en matière céramique, qui s'étendent avec jeu dans chacune des parties qui se font face de la paroi de conduite 5a et qui communiquent, à leurs extrémités, avec des boites de retour 7 scellées sur la surface 15 extérieure de la paroi de conduite, les boites de retour reliant en série au moins quelques uns des tubes de telle sorte que l'air de combustion à chauffer passe successivement dans les tubes reliés en série* Gomme on le verra sur la figure 4, le jeu existant extérieure d'iiôe'.escbïrémité 3& chaque tube et 20 la-paroi de conduite 5a estseyallé^-à l'aide d'un joint annulaire 27 Msposé sur la régiôri/de la surfâùé extérieure de la paroi de conduite et allant jusqu'aux zones de-basse pression relativement froides définies par les boites de retour 7, les extrémités 3a du tube pouvant glisser par rapport au joint 27 afin de permettre 25 l'expansion du tube dans une direction longitudinale. Le jeu existant entre la surface extérieure de l'autre extrémité.3b de chacun des tubes et la paroi de conduite. 5a est rendue étanche par un autre joint 21a ., I1 extrémité 3b étant empêchée de glisser, dans un mouvement qui la déplacerait par rapport à son.autre joint res-30 pectif , au moyen d'une plaque de serrage 28 assujettie à la surface extérieure de la paroi de conduite 5a , et susceptible d'être utilisée pour presser une bride 3c, formée sur le tube à l'extrémité 3b , afin quÇLle agisse pour assurer une étanchéité avec le joint 27a .. Chaque joint 27. a une longueur, le long du tube, qui 35 est plus grande que l'épaisseur du joint, et à l'état non comprimé il s'étend sous la surface extérieure de la paroi de la conduite 5a , le joint étant comprimé dans la direction de la longueur par un anneau de fixation 29 maintenu sur la surface extérieure de la paroi de conduite 5a; l'anneau 29 peut être fixé sur la paroi de 70 00675 ' 2028004 conduite par des boulons (non représentés), ou bien, comme représenté sur la figure 5, par un ajustage à baïonnette consistant en ergots 30 qui s'étendent depuis la surface extérieure de la paroi de conduite 5s-, et en évidœaents coopérants 31 disposés 5 dans l'anneau 29. les joints 27 et 27a sont de préférence en une matière réfractaire fibreuse comme la laine de silicate d'alumine, et une dimension appropriée pour le joint 27 consiste en une longueur de 38,7mm et une épaisseur de I2,7Bim . 10 les tubes sont en une matière céramique hautement conductrice de la chaleur, comme le carbure de silicium qui est aggloméré sans utilisation de liant, ou qui est aggloméré à l'aide de nitrure de silicium, d'alumine, silicate d'éthyle ou d'une matière de liaison argileuse, et les fuites au travers des parois 15 du tube peuvent être réduites à un bas niveau par application d'une matière vitrifiante appropriée sur l'intérieur et/ou sur l'extérieur des surfaces des tubes. Afin de réduire à un minimum la chute de pression d'air dans les tubes, le nombre des tubes reliés en série doit 20 être maintenu à un minimum, étant donné que la chute de pression est proportionnelle au nombre de tubes et approximativement proportionnelle au carré de la vitesse du flux d'air, qui à son tour dépend du nombre de tubes; par exemple, si la chute de pression doit être limitée à m calibrage de 20cm d'eau, une batterie de 25 tubes ayant un tna-yini-nm de cinq tubes en série est possible, la longueur du tube doit done^être aussi grande que possible; actuellement une longueur ma-s-imnm pour les tubes de céramique est de I80cm. Pour augmenter la quantité d'air circulant dans le récupérateur, on prévoit une pluralité de ces batteries de tube qui 30 définissent une pluralité de flux d'air parallèles dans le récupérateur. la définition du choix du diamètre intérieur optimal des tubes n'est pas sans poser des problèmes. D'une part, le choix d'un petit diamètre est meilleur pour le transfert de cha-35 leur, mais cet avantage est plus que contrebalancé par les inconvénients qui y sont liés comme les coûts plus élevés, les plus grandes possibilités de fuites, et la plus grande résistance de flux d'air. Après une étude poussée, un grand diamètre intérieur de 10cm fut choisi, le diamètre extérieur des tubes étant de I4cm. 70 00675 * 2028004 De même, afin d'améliorer encore le transfert de chaleur, les tubes ne sont pas disposés" en rangées parallèles à.la direction du flux de gaz de déperdition circulant à travers le récupérateur (comme sur la figure 2) , mais en position alternée. 5 Si l'on se réfère à la figure 6, le transfert de chaleur de chaque tube est encore augmenté par l'insertion à l'intérieur du. tube d'un noyau 35 à section orme de crois; les pièces insérées sont en matières ayant des propriétés semblables à celles des matières des tubes et, outre les matières indiquées 10 ci-dessus, de l'acier à haute température peut être utilisé,, Bss calculs ont indiqué que la pièce insérée pouvait diminuer la chuta de température de la paroi de tube par rapport à l'air latéral, de 65$ pour un flux de chaleur donné; ceci permet de diminuer le nombre de tubes de 40$ « les avantages offerts 15 par les pièces insérées sont les suivants : 1) Si la pièce insérée est réalisée en un seul bloc, la résistance du tube est augmentées 2) en augmentant le coefficient de transfert de chaleur d'air latéral, la température totale du tube est diminuée; 20 3) Sn diminuant le nombre de tubes, les fuites totales sont diminuées. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus,les tubes 3 ont été représentés avec leurs axes longitudinaux horizontaux. Cependant, les axes des tubes peuvent être montés en po-25 sition verticale comme représenté sur la figure 7; l'extrémité inférieure du tube est introduite dans un évid«ment 40 situé sur la face supérieure d'une paroi horizontale 41 de récupérateur, çè elle est entourée et scellée par un joint étanche 42. Dans le cas de détérioration de tube, des vannes 9 30 de commande du flux d'air (voir figure 2) sont prévues dans chaque batterie, afin de pouvoir mettre hors circuit la batterie où se trouve le tube détérioré, et de permettre l'installation d'un tube de remplaçaient. Pour pouvoir enlever le tube endommagé, les tubes sont munis d'un filetage maie 11 (voir figure 3) à une ex» 35 trémité, d'un filetage femelle 13 à l'autre extrémité , le tube de remplacement étant vissé dans l'une des extrémités afin de faciliter l'extraction du tube endommagé. Si l'on se réfère à la figure 2, un four à réchauffer 21 chauffé au sommet et à la base est muni d'un des récupérateurs 70 00675 5 2028004 décrits ci-dessus disposé dans une sortie centrale de gaz de déperdition 23, afin de préchauffer de l'air de combustion destiné aux "brûleurs du sommet du four au moyen des gaz qui le quittent, et il en est de même dans chacuredes deux sorties de 5 gaz de déperdition latérales 25 destinées au préchauffage de l'air de combustion destiné aux brûleurs de la "base du four au moyen des gaz qui le quittent? afin de réduire la largeur du four à une valeur minimum, les tubes des récupérateurs disposés dans les sorties de gaz 25 sont disposés à angle droit sur ceux 10 disposés dans la sortie de gaz 23.- Bien que le récupérateur ait été décrit ci-dessus en vue de son usage avec un four chauffé à la base et au sommet, on doit bien comprendre que le récupérateur est aussi approprié à son utilisation avec un four à réchauffer chauffé au sommet. 70 00675 6 2028004 REVE S" D 10 A T_LO_gj 1.- Récupérateur pour four destiné à transférer de la chaleur provenant d'un premier fluide plus chaud à un deuxième fluide plus froid comportant une conduite destinée à assurer le passage du premier fluide, une pluralité de tubes formés d'une 5 seule pièce en matière céramique, qui s'étendent avec jeu sur chacune des parties se faisant fiace de la paroi de la c onduit e, et qui communiquent à leurs extrémités avec des boites de retour scellées sur la surface extérieure de la paroi de conduite, ces boites de retour reliant en série au moins quelques uns des tubes 10 de telle sorte que le deuxième fluide, pendant l'utilisation du récupérateur , passe successivement dans les tubes reliés en série, le jeu existant entre la surface extérieure d'une extrémité de chaque tube et la paroi de la conduite étant scellé par un joint d'étanchéité annulaire disposé dans la région de la surface 15 extérieure de la paroi de conduite, chacune desdites extrémités pouvant glisser par rapport à son joint respectif afin de permettre l'expansion du tube dans une direction longitudinale. 2.- Récupérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le jeu existeint entre la surface extérieure de l'au- 20 tre extrémité de chaque tube et la paroi de conduite est aussi rendu étanche par un joint, chacune de ces autres extrémités étant empêchées de se déplacer par rapport à leur-joint respectif. 3.- Récupérateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque autre extrémité est maintenue par des moyens 25 de serrage assujettis à la surface extérieure de la paroi de conduite, et susceptible d'être utilisés pour presser une bride formée sur le tube à ladite autre extrémité, afin qu^êLle agisse pour assurer une étanchéité sur ledit joint. 4.- Récupérateur selon l'une quelconque des reven- 30 dications précédentes caractérisé en ce que chacun des joints mentionnés en premier a une dimension en longueur, le long d'un tube rèspectif, plus grande que l'épaisseur du joint; des moyens étant prévus pour comprimer le joint dans la direction de sa longueur. 35 5.- Récupérateur selon la revendication 4 caractéri sé en ce que chacun des joints mentionnés en premier s'étend à l'état comprimé sous la surface extérieure de la paroi de conduite, et en ce que un anneau de serrage annulaire est susceptible 70 00675 ? 2028004 d'être maintenu par les moyens d'un ajustage à "baïonnette sur ladite surface extérieure, afin de comprimer un joint respectif. 6.- Récupérateur selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que la surface d'alésage 5 d'une extrémité des tubes est filetée, ou formée d'autre façon, afin de faciliter l'enlèvement d'un tube défectueux du récupérateur. 7«- Récupérateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que la surface extérieure, à ime extrémité opposée des 10 tubes, est filetée, ou formée autrement, de telle sorte qu'un tube de remplacement semblable peut être vissé dans les filets de vis de l'alésage d'un tube défectueux pour permettre l'enlèvement du tube défectueux. 8.- Récupérateur selon, l'une quelconque des revendi-15 cations précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pièce insérée qui s'étend longitudinalement le long de chaque tube,afin d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur des tubes. 9.- Récupérateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que la pièce insérée est en même matière que celle des 20 tabès* 10.- Récupérateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que la pièce insérée a én coupe la forme d'une croix. 11.- Récupérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les tubes sont en car- 25 bure de silicium aggloméré. 12.- Récupérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'une des surfaces de chaque tube est vitrifiée afin de réduire les fuites de fluide à travers les parois. 30 13.- Récupérateur selon l'une quelconque des revendi cations précédentes caractérisé en ce que les tubes sont divisés en une pluralité de batteries de tubes reliés en série, chaque batterie comportant deux à cinq tubes. 14.- Récupérateur selon la revendication 13 caracté-35 risé en ce qu'il comporte des moyens pour isoler chacune des batteries afin de permettre le remplacement d'un tube défectueux dans l'une quelconque des batteries. 15.- Récupérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé eii ce que les tubes sont disposés 70 00675 2028004 horizontalement. 16.- Récupérateur selon l'une quelconque des reven-ditations 1 à 14 caractérisé en ce que les tubes sont disposés verticalement. 5 17»- Récupérateur selon la revendication 15 carac térisé en ce que les tubes sont disposés en rangées alternées. 18.- Récupérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est disposé daçLS la conduite de sortie de gaz de déperdition d'un four à Réchauffer 10 les brames su dsua foyer à sous-sol. 19.- Four à réchauffer chauffé au sommet ou bien au sommet et à la base caractérisé en ce qu'il comprend -un récupérateur selon, l'une quelconque des revendications précédentes disposé dans une sortie centrale de gaa de déperdition "en vue de préchauf- 15 fer de l'air de combustion destiné aux brûleurs de sommet du four, et un autre récupérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes disposé dans une sortie latérale de gaz de déperdition en vue de préchauffage de l'air de combustion destiné aux brûleurs de sommet du four.