Brevet FR2037111A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne un dispositif d'échange de chaleur, elle a trait, notamment, à une amélioration dans la disposition de plusieurs échangeurs de chaleur suivant laquelle les échangeurs de chaleur sont mutuellement appareillés avec des 5 préchauffeurs d'air par l'intermédiaire de conduits de liaison et où l'air de combustion est préchauffé par un milieu d'accumulation de chaleur dans les préehauffeurs respectifs qui ont été chauffés par le gaz d'échappement produit au moment de la combustion du combustible dans les échangeurs de chaleur, de telle 10 sorte qu'une opération d'échange de chaleur efficace et uniforme soit obtenue d'une façon continue. Dans un échangeur de chaleur régénérable, lorsqu'un gaz à une température élevée supérieure à 2000° 0 doit etre obtenu, l'air pour la combustion doit être inévitablement préchauffé. 15 A cette fin, on a utilisé habituellement le gaz d'échappement provenant d'une source de chauffage. Toutefois, dans ce cas, la température du gaz d'échappement, après le début du chauffage, s'accroît avec le temps, ce qui constitue un phénomène particulier avec un échangeur de chaleur régénérable et comme le chauf-20 fage est répété avec des intervalles de temps définis par des opérations intermittente d'inversion, la température du gaz d'échappement varie dans une grande mesure et lorsque les variations de température avec le temps sont enregistrées sur un graphique, la courbe prend une forme en dents de scie remarquable. 25 En conséquence, lorsque le gaz d'échappement ayant de telles variations de température est utilisé pour préchauffer de l'air dans un four cylindrique classique, il apparaît divers, inconvénients qui sont les suivants, à savoir : (1) la température de l'air à préchauffer devient également va-30 riable suivant une manière à pulsations qui donne éventuellement des résultats défavorables dans la combustion du combustible? (2) l'efficacité de la température s'abaisse, etc... l'invention crée un dispositif d'échange de chaleur qui 35 comporte plusieurs échangeurs de chaleur régénérables, chacun étant muni d'un moyen de chauffage, plusieurs préchauffeurs d'air régénérables et des tubes pour relier chacun des préchauffeurs d'air avec chacun des échangeurs de chaleur de façon que le gaz d'échappement produit dans le moyen de chauffage et 70 06034 2 2037111 décharge à partir de 1'échangeur de chaleur puisse être envoyé dans le préchauffeur d'air pour chauffer l'air qui y est alimenté et que l'air ainsi chauffé dans le préchauffeur puisse être alimenté d'une manière cyclique au moyen de chauffage mentionné ci— 5 dessus. Bans une telle réalisation du dispositif d'échange de chaleur, il devient possible que tant l'air de combustion que le fluide à chauffer soient .chauffés dans le milieu d'accumulation de chaleur pour éliminer l'effet provoqué par les variations de température et pour les maintenir à une température essentielle-10 ment constante, de telle sorte que le gaz d'échappement à partir du moyen de chauffage puisse être utilisé de façon efficace et que l'opération d'échange de chaleur soit mise en oeuvre avec une bonne efficacité de température afin que le rendement thermique de l'appareil soit également amélioré. 15 L'invention est représentée, à titre non limitatif, au des sin annexé. La figure unique du dessin annexé représente un diagramme schématique montrant un mode de réalisation du dispositif d'échange de chaleur conforme à l'invention, A désigne le combus-20 tible, B le fluide d'échange de chaleur, C le fluide à échanger thermiquement, D le gaz d'échappement et E l'air de combustion,, Le dispositif d'échange de chaleur de l'invention comprend plusieurs échangeurs de chaleur régénérables et des préchauffeurs 25 d'air mutuellement appareillés et reliés par des conduits de liaison. L'échangeur de chaleur régénérable 1 est muni d'un brûleur la comme source de chauffage et d'un milieu d'accumulation de chaleur 2 à l'intérieur de ce "brûleur et est, de plus, relié 30 au préchauffeur d'air 4 à une sortie de gaz d'échappement 3 de celui-ci et à une entrée de gaz d'échappement 5 par l'intermédiaire d'un conduit 7 muni d'une vanne de réglage d'écoulement de gaz 6. Dans ce cas, la sortie du gaz d'échappement 3 de 1®échangeur de chaleur 1 sert également comme entrée latérale 35 à basse température pour un fluide à chauffer tel que de l'air, etc... Le préchâuffeur d'air 4 renferme également un milieu d'accumulation de chaleur (ou accumulateur de chaleur) 8 comme dans le cas avec 1'échangeur de chaleur. Une sortie de gaz d'échappement 9 du préchauffeur 4 conduit à~ une" cheminée 10 70 06034 3 2037111 par l'intermédiaire d'un conduit 11. De la même façon, un autre échangeur de chaleur 12 est relié à un autre préchauffeur d'air 15 à une sortie de gaz d'échappement 14 de celui-ci et à une entrée du gaz d'échappement 16 par l'intermédiaire d'un 5 conduit 1 a muni d'une vanne de réglage d'écoulement de gaz 17. Dans ce cas, les sorties latérales à température élevée pour le fluide chauffé dans les échangeurs de chaleur 1 et 12 sont mutuellement reliées par un conduit 24 comportant des vannes de commande 22 et 23» une sortie 25 pour le fluide ainsi ehauf-10 fé étant prévue entre ces deux vannes de commande. Dans une position prédéterminée sur le côté de la sortie du gaz d'échappement 20 du préehauffeur d'air 15, on prévoit une entrée latérale à basse température 26 pour l'air de combustion. Un compresseur d'air 27 est relié à cette entrée 26 15 par l'intermédiaire d'un conduit 29 ayant une vanne de commande d'écoulement 28. Un conduit ramifié 34 muni d'une vanne de commande 33 s'étend à partir du conduit 29 jusqu'au côté de la sortie du gaz d'échappement 9 du préchauffeur d'air 4 pour former une entrée latérale à basse température 32 afin 20 d'introduire l'air de combustion dans le préchauffeur 4. De même, dans une position prédéterminée sur le côté de l'entrée du gaz d'échappement 16 du préehauffeur d'air 15» on prévoit une sortie latérale à température élevée 30 pour l'air de combustion chauffé qui est reliée avec le brûleur 1a de l'échan-25 geur de chaleur 1 par un conduit 31. De la même façon, dans le côté de l'entrée du gaz d'échappement 5 du préchauffeur d'air 4, on prévoit une sortie latérale à température élevée 30a pour l'air de combustion chauffé, qui est reliée avec le "brûleur 12a de l'échangeur de chaleur 12 par un conduit 35. 30 Les conduits 36 et 37 sont respectivement munis de vannes de commande 38 et 39 pour introduire le fluide à chauffer dans les entrées latérales à basse température 3 et 14 des échangeurs de chaleur respectifs 1 et 12. Les conduits 40 et 41 comportent respectivement des vannes de commande 42 et 43 . pour 35 fournir du combustible aux brûleurs 1a et 12a des échangeurs de chaleur respectifs 1 et 12. Dans la réalisation mentionnée ci-dessus, le dispositif d'échange de chaleur de l'invention fonctionne de la manière suivante. En supposant que le milieu d'accumulation de chaleur 70 06034 4 2037111 2' dans l1échangeur thermique 1 est chauffé par le brûleur 1a dans lequel du combustible est alimenté de façon constante par 1'intermédiaire du conduit 41 et que le milieu d'accumulation de chaleur 13 dans 1'échangeur de chaleur 12 libère de la 5 chaleur lorsqu'il est chauffé par le brûleur 12a, sous cette condition, les vannes 43, 6, 28, 39 et 23 sont ouvertes et les vannes 42, 33, 17» 38 et 22 sont fermées. Le gaz d'échappement produit à partir de la combustion du combustible due à l'alimentation d'air de combustion dans l'é-10 changeur de chaleur 1 par l'intermédiaire du conduit 31 pénètre dans le préchauffeur d'air 4 au moyen du conduit 7, passe dans le milieu d'accumulation de chaleur 8 dans le préehauffeur tandis qu'il chauffe celui-ci à une température prédéterminée et est ensuite déchargé vers l'extérieur par l'intérim médiaire de la cheminée 10. D'autre part, l'air introduit dans le préohauffeur d'air 15 à partir du compresseur d'air 27, par l'intermédiaire du conduit 29, est chauffé de la même façon que le milieu d'accumulation de chaleur 8 comme mentionné précédemment et passe dans 20 le milieu d'accumulation de chaleur 19 qui est dans l'état déchargement de chaleur tandis qu'il est chauffé de cette façe* et est introduit dans le brûleur 1a mentionné ci-dessus par l'intermédiaire du conduit 31. Dans ce cas, mène si la température du gaz d'échappement envoyé à partir de 1'échangeur de 25 chaleur 12 varie dans une grande mesure comme dans un dispositif d'échange de chaleur classique, une température constante de l'air de combustion à introduire dans le brûleur 1a peut être fixée étant' donné qu'il est toujours préchauffé à une température essentiellement constante par l'action du milieu d'accumu-30 lation de chaleur 19 qui a compensé ces variations de température, accumulé de la chaleur, et est prêt & libérer de la chaleur. Ainsi, 1'échangeur de chaleur 1 devient susceptible d'engendrer un gaz d'échappement à température très élevée. Le fluide à chauffer est introduit dans 1'échangeur de cha-35 leur 12 par l'intermédiaire du conduit 37, passe dans le milieu d'accumulation de chaleur 13* tandis qu'il j est chauffé et sort de lréchangeur de chaleur 12 par l'intermédiaire du conduit 24. Dans ce cas, à mesure que le milieu d'accumulation 70 06034 5 2037111 de chaleur 13 a été chauffé par le brûleur 12a pour y accumuler de la chaleur et se trouve dans l'état de libération de chaleur à partir de celui-ci, le fluide peut être chauffé à une température essentiellement constante par l'action, d'échange de 5 chaleur avec une efficacité de température suffisante. . Après l'écoulement d'une certaine période de temps, lorsque les vannes 43, 6, 28, 2g et 23 sont fermées et que les vannes 42, 33» 17, 38 et 22 sont ouvertes, les milieux d'accumulation de chaleur 2 et 8 deviennent prêts pour libérer de la chaleur 10 et le milieu d'accumulation de chaleur 13 commence à être chauffé par le brûleur 12a pour y accumuler de la chaleur. Dans ce cas, le milieu d'accumulation de chaleur 19 est chauffé par la chaleur du gaz d'échappement à partir de 1'échangeur de chaleur 12, de telle sorte que la chaleur est emmagasinée égale-15 ment dans ce milieu. L'air de combustion introduit dans le préchauffeur 4 est préchauffé par le milieu d'accumulation de chaleur 8 à une température essentiellement constante et est ensuite introduit dans le brûleur 12a. De même, le fluide à chauffer qui est introduit dans 1'échangeur de chaleur 1, par l'in-20 termédiaire du conduit 36, est chauffé par le milieu d'accumulation de chaleur 2 à une température essentiellement constante et sort de la sortie 25 par l'intermédiaire du conduit 24. Ainsi, conformément à l'invention, en provoquant le passage de l'air de combustion et du fluide à chauffer à travers le mi-25 lieu d'accumulation de chaleur, il devient possible que ces fluides compensent l'effet dû aux variations de température pour maintenir leur température à un degré essentiellement constant, ce qui permet au gaz d'échappement à partir du brûleur d'être utile, de telle sorte qu'un échange de chaleur efficace puisse 30 être obtenu avec une efficacité de température élevée, ce qui permet au rendement thermique de 1'échangeur de chaleur d'être amélioré et au fluide d'échange de chaleur d'être prélevé en continu. Dans l'exemple mentionné ci-dessus de l'invention, seulement 35 deux groupes d*échangeurs .de chaleur régénérables et de préehauf-feurs d'air sont représentés comme étant disposés dans les combinaisons prescrites à., des..fins de simplicité, ïoutefpis, plus de deux groupes de ces appareils peuvent.être utilisés suivant la nécessité. Dans cet exemple également,- les brûleurs sont utili 70 06034 2037111 ses comme moyens de chauffage qui peuvent toutefois être substitués par d'autres moyens de chauffage convenables qui sont capables de chauffer le milieu d'accumulation- de chaleur et d'y accumuler de la chaleur. o L'invention n'est pas limitée à la forrae de réalisation re présentée et décrite en détail', car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 70 06034 7 2037111 H E y E O 1 C A I I Q J Dispositif à 'échange de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs échangeurs de chaleur régénérables contenant chacun un milieu d'accumulation de chaleur, munis d'un moyen 5 pour chauffer le milieu d'accumulation de chaleur, une entrée latérale à basse température pour le fluide à chauffer qui sert également comme sortie pour le gaz d'échappement à partir du moyen de chauffage, une sortie latérale à température élevée pour le fluide d'échange-de chaleur, plusieurs préchauffeurs 10 d'air reliés chacun à chaque échangeur de chaleur et munis d'un milieu d'accumulation de chaleur pour emmagasiner la chaleur du gaz d'échappement introduit, une entrée pour le gaz d'échappement à partir de 1'échangeur de chaleur correspondant, une entrée pour l'air de combustion, une sortie pour l'air de combus-15 tion préchauffé, des conduits de liaison pour relier les entrées et les sorties de chacun des échangeurs de chaleur et des préchauffeurs, des vannes pour régler l'écoulement du gaz d'échappement, de l'air de combustion et du fluide à chauffer dans l'é-changeur de chaleur, les préchauffeurs étant chauffés par le 20 gaz d'échappement engendré dams le moyen de chauffage et provenant des échangeurs de chaleur, l'air chauffé dans les préchauf— feurs étant introduit dans le moyen de chauffage par des opérations d'inversion,des vannes de commande.