Brevet FR2350551A1 — publié le 19771202

Dans de nombreux cas, il est indispensable de chauffer des écoulements importants avec de faibles pertes de pression. Ctest entre autres, le cas pour les préchauffeurs d'air, en particulier ceux utilisés dans les dispositifs d'incinération. Avec les installations anciennes, ce but est difficile à atteindre en tenant compte de facteurs tels que le cot de l'inrestissement, le rendement thermique, etc.. la présente invention résout le problème posé aux installations anciennes d'une façon particulièrement utile, nouvelle, discrète, et facial Un manchon cylindrique est monté à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique pourséparer un espace cylindrique interne d'écoulement de gaz chauds dtun espace annulaire externe de courant de traitement. lie manchon comprend une zone de combustion d'entrée et une extrémité de sortie. Un déflecteur, monté dans le manchon, comporte une extrémité fermée faisant saillie dans l'ex- trémité de sortie dudit manchon pour conduire le gaz chaud dans un espace annulaire de convexion délimité extérieurement par ledit manchon.Des extensions de surface font saillie du manchon dans l'espace de traitement et d'autres extensions de surface font saillie du manchon dans l'espace de convexion. l'invention a pour buts - de chauffer des écoulements importants avec de faibles pertes de pression; - d'améliorer le rendement thermique; - de réaliser un appareil de chauffage du type envisagé en utili sant des matériaux peu coûteux; - de réaliser un tel appareil de chauffage pouvant utiliser soit des brûleurs classiques, soit une source externe d'alimentation en gaz chauds; - de réaliser un tel appareil de chauffage pouvant fonctionner soit à sens unique d'écoulement, soit à contre-courant; - de réaliser un tel appareil de chauffage permettant des dilata tions thermiques différentes de ses parties constitutives;; - de réaliser un tel appareil de chauffage spécialement approprié aux dispositifs d'incinération, dans lequel le courant de traitement est de l'air de combustion et dans lequel le gaz chaud provient des matières en cours d'incinération, réduisant ainsi considérablement la quantité de combustible nécessaire à l'ob- tention des niveaux de température d'incinération; - de réaliser un tel appareil de chauffage dans lequel l'espace des gaz chauds est à une pression élevée afin de réduire les exi gences constructives du manchon; - de réaliser un tel appareil de chauffage simple à établir, à construire et à entretenir; et - de réaliser un tel appareil de chauffage bien adapté, par ail leurs, aux fonctions prévues pour lui lies buts, caractéristiques, et avantages précités ressortiront plus complètement de la description qui suit de quelques exemple préférés, non limitatifs, de réalisation de l'invention, faits en se référant aux dessins annexés dans lesquels; - la figure 1 est une élévation, en coupe. axiale, d'un appareil de chauffage selon l'invention dans lequel l'extension de surface est constituée par des ailettes montées sur le manchon; - la figure 2 est une vue fragmentée, en coupe axiale, d'une partie d'un appareil de chauffage selon l'invention dans lequel l'extension de surface est constituée par des ailettes enroulées hélicoIdalement sur le manchon;; - la figure 3 est un fragment de coupe axiale du manchon sur lequel sont montées des broches réalisant ladite extension de surface;. - la figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle de ltes- tension de surface de la figure 2; et - la figure 5 est une vue de détail à plus grande échelle de ltextension de surface de la figure 3. li'appareil de chauffage il représenté à la figure 1 comporte une enveloppe cylindrique verticale 12 portée par une structure appropriée. Un manchon 13 est monté dans l'enveloppe 12 pour séparer un espace cylindrique d'écoulement interne 14 d'un espace annulaire d'écoulement externe 15. le manchon 13 comporte une extrémité d'entrée 15 à sa partie inférieure et une extrémité de sortie 17 à sa partie supérieure. L'extrémité d'entrée 16 est réunie par un joint étanche à une cloison 18, elle-même réunie par un joint étanche à un conduit 19 par lequel le gaz chaud 21 est introduit dans l'espace d'écoulement interne 14.L'extrémité 17 du manchon 13 est réunie par un joint étanche à une hotte 22, ellemême réunie par un joint étanche à une cheminée 23 par laquelle le gaz chaud 21 s'échappe de l'espace d'écoulement interne 14. le manchon 13 peut être fixé par son extrémité supérieure, et dans ce cas la dilatation thermique différente entre le manchon et l'en- veloppe pourra être compensée par un soufflet 24 entre le conduit 19 et le fond 25 de l'enveloppe 12. Dans un autre mode de réalisa tion, le manchon 13 pourra être fixé en des points quelconques de sa partie longitudinale, avec compensation partielle de la dilatation dans tous les sens et éventuellement au moyen d'un autre soufflet 26 disposé entre la partie supérieure 27 de l'enveloppe 12 et la cheminée 23. Conformément à l'invention, le courant de traitement 28 traverse espace d'écoulement externe 15. Sur la figure 1 on voit que l'écoulement du courant de traitement 28 est descendant et en situation d'échange thermique à contre courant avec l'écoulement ascendant de gaz chaud 21, bien qu'il y ait parfois avantage à faire passer le courant de traitement 28 dans le même sens que le gaz chaud 21, cet écoulement à sens unique pouvant également s effectuer avecll'appareil de chauffage de l'invention comme le comprendront les spécialistes de construction des appareils de chauffage.On voit que le courant de traitement 28 pénètre par le conduit 29 dans une chambre supérieure d'accumulation 31 (située entre la partie supérieure 27 de l'enveloppe 12 et la hotte 22), puis descend par l'espace d'écoulement externe 15 dans une chambre inférieure d'accumulation 32 (située entre la cloison 18 et le fond 25 de la chambre) et s'échappe enfin par un conduit 33. L'enveloppe 12 est doublée d'une matière réfractaire isolante 34 afin de diminuer les pertes thermiques vers l'extérieur. Ce réfractaire 34 peut être placé à l'intérieur (comme représenté) ou à l'extérieur de l'enveloppe 12, selon les circonstances ; si le réfractaire 34 est disposé à l'extérieur de l'enveloppe 12, cette dernière deviendra plus chaude, ce qui diminuera la différence de température entre l'enveloppe 12 et le manchon 13. lie gaz chaud 21 peut être fourni par la combustion d'un combustible dans une zone radiante 35 de l'espace d'écoulement interne 14 au moyen d'un ou de plusieurs brûleurs 36 (pénétrant dans le fond 25 de l'enveloppe 12) ou bien encore par n'importe quelle autre source de gaz chaud. En général, le gaz chaud 21 abandonnera une partie de sa chaleur par transfert de chaleur radiante dans la zone radiante 35. les dimensions de la zone radiante 35 sont fonction de la température et de la constitution du gaz chaud 21 et /ou de espace dd combustion requis. Aux températures radiantes très basses ou aux faibles taux d'adduction de chaleur, la zone radiante 35 requise pourrait être pratiquement nulle et, dans.ce cas, l'appareil de chauffage 11 travaillerait essentiellement par convexion. il importe d'extraire la chaleur du gaz chaud par transfert par convexion autant que par transfert par radiation. A cette fin, un déflecteur 37 est monté à l'intérieur du manchon 13 pour diriger le gaz chaud 21 dans un passage de convexion 38 parti culièrement bordé par le manchon 13 et faisant communiquer, dans le sens d'écoulement, la zone radiante 35 avec l'intérieur 39 de la cheminée 23. Dans l'appareil de chauffage 11, l'extension de surface peut affecter la forme d'ailettes orientées longitudinalement 41 comme sur la figure 1, d'ailettes enroulées hélicoidalement 42 comme sur la figure 2, de broches 43 comme sur la figure 3, ou n'importe quelle autre disposition semblable disponible dans l'in- dustrie. Dans le cas de la figure 1, les ailettes longitudinales 41 font saillie du manchon 13 vers l'extérieur pour s'avancer dans espace d'écoulement externe 15 et mettre une grande surface métallique en position d'échange thermique avec le courant de traitement 28 et y amener de la chaleur sans avoir à faire passer ce courant dans des tubes, ce qui entranerait une perte de pression. Des ailettes orientées longitudinalement 41' font également saillie du manchon 13 vers l'intérieur dans le passage de convexion 38 pour améliorer la captation (par transfert par convexion) de la chaleur transportée par le gaz chaud 21 traversant ce passage. le transfert thermique au manchon 13 au voisinage de la zone radiante 35 s'effectue essentiellement par radiation. les mêmes principes s'appliquant aux modes de réalisation des figures 2 et 3 avec la seule différence que les extensions de surface y sont constituées respectivement, par des ailettes enroulées hélicofdalement 42 ou par des broches 43. Si on le désire, l'espace d'écoulement interne 14 pourra travailleur à une pression supérieure à la pression atmosphérique afin de diminuer la différence entre les espaces d'écoulements interne 14 et externe 15 et permettre de réduire l'épaisseur des parois du manchon 13. il apparaitra aux spécialistes de la construction des appareils de chauffage que l'invention est susceptible de s'écarter considérablement des modes de réalisation préférés, représentés et décrits sans s'écarter de son domaine propre. REVENDICATION Appareil de chauffage pour l'échauffement, avec faibles pertes de pression, d'un écoulement important d'air destiné à un incinérateur, caractérisé en ce qu'il comporte : une enveloppe cylindrique, un manchon cylindrique monté coaxialement dans ladite enveloppe afin de constituer un espace d'écoulement interne et un espace d'écoulement externe séparés, un soufflet disposé autour du manchon à l'enveloppe et réunissant par un joint extensible le manchon à l'enveloppe à une extrémité de cette dernière, ledit manchon étant joint rigidement à l'enveloppe à l'autre extrémité de cette dernière, un conduit faisant passer l'air à chauffer à travers l'espace d'écoulement externe, un conduit faisant passer un gaz chaud à travers l'espace d'écoulement interne ledit conduit de gaz chaud comportant au moins un brûleur raccordé à des alimentations de carburant et d'oxygène et pénétrant dans ltenve- loppe pour introduire le gaz chaud dans l'espace d'écoulement interne, ledit manchon comportant une extrémité d'entrée pour l'admission de gaz chaud et une extrémité de sortie pour l'échappement de ce dernier, une extension de surface externe saillant du manchon dans l'espace d'écoulement externe, un déflecteur monté a l'intérieur du manchon et approprié à diriger le gaz chaud dans un passage de convexion délimité extérieurement par le manchon et intérieurement par le déflecteur, une extension de surface interne saillant du manchon dans le passage de convexion, ledit déflecteur cylindrique et ayant une extrémité obturée, faisant saillie dans l'extrémité de sortie du manchon afin que le passage de convexion soit annulaire et disposé au voisinage de ladite extrémité de sortie, et des organes engendrant une pression supérieure à la pression atmosphérique, dans l'espace d'écou lement interne.