Brevet FR2137962A1 — publié le 19721229

-1- 2137962 1 'invention concerne les r échauf feur s d'air à régénération, à chambre de régénération cylindrique fixe, associés à une chaudière à vapeur, et dans lesquels les gaz de combustion traversent, de façon connue, la chambre fixe de régénération en 5 passant par des dômes rotatifs tournant synchroniquement coa-xialement à ses faces frontales, l'un des dômes étant entouré de toutes parts par la manche d'arrivée d'air, et l'autre par la manche d'évacuation d'air. L'invention a pour objet de réaliser une conformation et 10 une disposition aussi avantageuses que possible des manches d'arrivée et d'évacuation des agents d'échange de chaleur, raccordées à la chambre de régénération fixe. Dans les réchauffeurs d'air à régénération à chambre de régénération fixe utilisés jusqu'ici avec une chaudière à vapeur, "15 l'air à réchauffer passait par des dôâies centraux tournant dans des conduits fixes de gaz de combustion sur les deux faces frontales des chambres de régénération cylindriques. Dans ce dispositif, la température moyenne qu'atteignent les parois du dôme d'air froid exposées à la corrosion étaient 20 relativement basses, surtout dans la zone de ralentissement maximum des gaz de combustion s'échappant de la chambre de régénération, qui sont refroidis à une température d'environ 160°C. La vitesse d'écoulement des gaz de combustion est d'ënvi-ron 8 m/s au débouché de la chambre de régénération et tombe, 25 sur une distance assez courte, à environ 2,5 m/s au voisinage du col du dôme rotatif de l'extrémité froide. La vitesse du courant d'air froid, de sens essentiellement opposé, dans ce dôme rotatif est, en moyenne, à peu près deux fois plus élevée. Elle est d'environ 15»5 m/s dans la région 30 clu col du dôme de l'extrémité froide, et-s'abaisse à environ 5 m/s à la face frontale du régénérateur. Oette vitesse relativement élevée de l'air froid, ajoutée à la tendance de l'écoulement ralenti de gaz de combustion, causée par l'élargissement de la section, de se détacher consi-35 dérablement des parois externes de ce dôme rotatif, ont pour-effet que le coefficient de transmission de chaleur entre le gaz de combustion et la paroi est sensiblement plus bas qu'entre la paroi et l'air. En conséquence, la température moyenne des parois du dôme se situe nettement en dessous de la moyenne 4-0 arithmétique entre la température des gaz de combustion et la Ylklk -2- 2137962 température de l'air et par conséquent souvent aussi en dessous du point de rosée des gaz de combustion. Pour éviter les effets de corrosion dus à une température inférieure au point de rosée des gaz de combustion, ce dôme rotatif doit donc être fait d'aciers hautement résistants à la corrosion et de prix élevé, ou avoir des parois doubles et être protégé en outre par un revêtement calorifuge contre un refroidissement aussi accentué. L'invention procède en outre de la constatation que, dans un réchauffeur d'air à régénération à chambre régénérative fixe et dôme d'air rotatif dans des conduits fixes de gaz de combustion, la pénétration des manches d'air dans ces conduits complique quelquefois la construction de l'ensemble et peut avoir une influence néfaste sur la répartition régulière des gaz de combustion à l'intérieur des surfaces chauffantes. Il peut en résulter un encrassement unilatéral des surfaces chauffantes et une pollution de l'air de combustion. L'invention a pour objet de procurer des conditions d'écoulement avantageuses et des températures moyennes des parois du dôme d'extrémité froide plus élevées, par l'accélération des gaz de combustion, et par conséquent de donner en même temps aux canalisations d'agents échangeurs de chaleur des formes favorisant la construction. L'invention atteint ce but par un dispositif dans lequel les gaz de combustion traversent la chambre fixe de régénération, de façon connue en soi mais contrairement aux dispositions déjà connues, en passant,par des dômes rotatifs tournant en synchronisme coaxialement à ses faces frontales, entourés de toutes parts, l'un par la manche d'arrivée d'air et l'autre par la manche d'évacuation d'air, le diamètre (D^) du col central, circulaire du dôme rotatif du côté de l'échappement des gaz de combustion n'étant que 0,35 à 0,50 fois, et sa hauteur axiale (h") 0,2 à 0,3 fois, le diamètre (D) de la chambre de régénération. Selon une variante de l'invention, la hauteur axiale (h, h') des conduits de gaz de combustion fixes (1 ', 2') raccordés aux cols des dômes rotatifs (1, 2) est inférieure à 0,4 fois le diamètre (D) de la chambre.de régénération. Eventuellement, dans le mode de réalisation du réchauffeur d'air à régénération selon 1'inventiont le conduit de gaz de combustion Ci1), 72 17474 -3- 2137962 du côté" de l'entrée des gaz, peut être complètement supprimé. Le dôme rotatif d'entrée des gaz (1) peut être simplement raccordé directement à la sortie de la conduite de tirage de la chaudière avec interposition d'un diaphragme (3). 5 Un mode de réalisation de l'invention va être décrit main tenant en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels : - la figure 1 montre la forme habituelle d'un réchauffeur d'air à régénération, à chambre de régénération fixe; et iO - la figure 2 montre un mode de réalisation de l'invention associé à une chaudière à vapeur et dans lequel la sortie des gaz de combustion se fait verticalement • Gomme on le voit sur la figure 1, les gaz de combustion sortant de la chaudière à vapeur effleurent, sur la hauteur hQ 15 du conduit de gaz de combustion, la manche fixe d'évacuation d'air 5 sortant latéralement de ce conduit. La déviation de cette manohe dans le sens horizontal exige, pour le montage et le raccordement au col du dôme inférieur d'air chaud 1, une hauteur minimale hQ qui pourra être égale à environ 0,4 fois le diamè-20 tre D de la chambre de régénération cylindrique fixe. De même, la manche fixe d'arrivée d'air 6, raccordée au col du dôme supérieur d'air froid 2, pénètre dans le conduit de sortie des gaz de combustion en direction horizontale, perpendiculairement au plan de la figure 1, puis s'incurve vers le bas, 25 dans le sens axial, sur l'étendue de la hauteur 0,4 D. La hauteur axiale de cette disposition des conduits, depuis le bord supérieur de la manche d'arrivée d'air 6 jusqu'au bord inférieur de la manche d'évacuation d'air 5* est désignée par HQ. A l'extrémité froide, du côté de la sortie des gaz, les 30 gaz de combustion refroidis ont, à leur sortie de la face frontale du régénérateur, une vitesse d'environ 8 m/s dans le sens de la flèche 8 et ralentissent au voisinage du col du dôme d'air froid, indiqué par la flèche 9, jusqu'à environ 2,5 m/s. D'autre part, l'air descendant dans le dôme d'air froid 35 possède, dans le col de ce dôme, une vitesse d'entrée moyenne d'environ 15 m/s symbolisée par la longueur de la flèche 10. Pendant que le gaz gagne la face frontale de la chambre de régénération, cette vitesse tombe à environ 5 m/s, représentée par la longueur de la flèche 11. 4.O La figure 2 représente l'inversion des canalisations d'agents 72 I7k7k -4- 2137962 échangeurs de chaleur conforme à l'invention et plus favorable à la construction de l'appareil, et laisse apparaître l'accélération de l'écoulement gazeux dans la zone du dôme d'extrémité froide qui en résulte • 5 Les gaz de combustion refroidis s'échappent de la face fron tale de la chambre de réfrigération dans le sens de la flèche 12 et avec une vitesse d'environ 8 m/s. Ils sont ensuite accélérés dans le dôme, d'extrémité froide (dans le sens de la flèche 13) jusqu'à une vitesse d'environ 20 m/s dans le col de ce dôme ro-10 tatif. Les gaz de combustion, dont la température au centre est d'environ 160°0, s'écoulent, contrairement au sens d'écoulement des appareils-utilisés jusqu'ici, avec une vitesse moyenne nettement plus élevée et une accélération plus grande, le long des 15 parois du dôme d'extrémité froide. La nouvelle disposition conforme à l'invention permet donc d'augmenter dans une grande mesure, par des dimensions judicieuses du diamètre du col (D^) le coefficient de transfert de chaleur entre les gaz de combustion et la paroi, donc la température moyenne de la paroi dans la zo-20 ne exposée à la corrosion, ce qui élimine en règle générale des températures inférieures au point de rosée. Les flèches 14, 15 représentent les vitesses de l'air dirigé vers le bas, dans-la manche d'arrivée d'air, en dehors du dôàe d'extrémité froide, qui s'élèvent de 3 m/s à environ 6 m/s 25 en franchissant la face frontale du régénérateur. Les simplifications qui en résultent dans la construction de l'appareil proviennent surtout, dans cette disposition, des hauteurs réduites h et h' des conduits centraux de gaz de combustion 1' et 2', le conduit d'entrée 1' de ce gaz pouvant 30 éventuellement-être complètement éliminé. Ceci- réduit considérablement la surface de la manche d'air touchée par les gaz de combustion par comparaison avec le système ancien, ainsi que les avaries et réparations occasionnées par une corrosion éventuelle. La hauteur réduite de l'appareil permet d'abaisser le centre de 35 gravité du système auquel est incorporé le réchauffeur d'air selon l'invention. Oet avantage est particulièrement important pour les chaudières de navires. Avec de petites cheminées et en particulier avec les chaudières de navires l'application du système selon l'invention 40 permet d'accélérer la vitesse des gaz de combustion qui s'échap 72 17474 -5- 2137962 pent de façon que, même dans des conditions d'exploitation et d'entretien défavorables, les particules de suie et de cendre entraînées avec les gaz peuvent être sûrement évacuées par la cheminée. L'accélération immédiate des gaz de combustion à la 5 sortie de la chambre de régénération produit aussi un nettoyage automatique plus efficace des surfaces chaudes. Mais l'avantage le plus important de l'invention est l'augmentation de la température moyenne des parois du dôme d'extrémité froide qui permet d'éviter les températures inférieures 10 au point de rosée et dispense de recourir aux aciers et revêtements calorifuges coûteux, résistant à la corrosion, employés jusqu'ici pour la fabrication du dôme d'extrémité froide. 72 17474 -6- 2137962 KEYENDICATIOIS 1.- Héchauffeur d'air à régénération à chambre de régénération cylindrique fixe, associé à une chaudière à vapeur, et dans lequel les gaz de combustion traversent, de façon connue, 5 ladite chambre de régénération fixe en passant par des dômes rotatifs tournant synchroniquement coaxialement à ses faces frontales dont l'un est complètement entouré par la mainche d'arrivée d'air et l'autre par la manche d'évacuation d'air, caractérisé en ce que le diamètre du col,central et de forme circulaire) re, du dôme rotatif du côté de l'échappement des gaz de combustion est égal à 0,35 à 0,50 fois le diamètre de la chambre de régénération, et que la hauteur axiale dudit dôme est égale à 0,2 à 0,3 fois ledit diamètre de ladite chambre,, 2.- Réchauffeur d'air à régénération selon.la revendication 15 1j caractérisé en ce que la hauteur axiale des conduits de gaz de combustion fixes raccordés aux cols des dômes rotatifs est inférieure à 0,4 fois le diamètre de la chambre de régénération. 3.- Héchauffeur d'air à régénération selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit de gaz de com- 20 bustion du côté de 1'.entrée des gaz est supprimé et que le dôme rotatif d'entrée des gaz est simplement raccordé directement à la sortie de la conduite de tirage de la chaudière avec interposition d'un diaphragme. \