Brevet FR2323959A1 — publié le 19770408

L'invention concerne une garniture pour un conduit tubulaire de fumée qui, dans une chaudière de chauffage, est entouré par le fluide chaud, afin d'accroltre la turbulence des gaz de fumée qui passent à travers ce conduit. Des modèles connus de ces garnitures sont constitués par des toles qui, enfilées et fixées en position torsadée ou en quinconce, à distance les unes des autres sur une barre porteuse centrale, sont insérées dans le conduit de fumée. Elles ont pour rôle d'agir sur l'ecoulement des ga de fumée, de sorte que la vitesse de cet écoulement soit accrue et qu'en conséquence le coefficient de transfert thermique soit amélioré. Toutefois,- d'après les lois de la thermodynamique, le coefficient de transfert thermique n'est pas seulement influencé par la vitesse d'écoulement des gaz de fumée, mais il est aussi déterminé par l'épaisseur de la couche limite laminaire qui se forme sur la paroi. de la surface chauffante. Le coefficient de transfert thermique est inversement proportionnel à l'épaisseur de cette couche limite.D'autre part, pour parvenir à la vitesse nécessaire d'écoulement des gaz de fumée à travers la surface de chauffe, il faut nécessairement une certaine chute de pression qui augmente avec le carré de la vitesse d'écoulement. Les garnitures connues ont pour inconvénient qu'elles parviennent à une augmentation de la vitesse d'écoulement par une réduction locale de la section libre de passage et/ou par un chargement de direction délibéré du courant de gaz de fumée et qu'il faut accepter de fortes pertes de pression, conformé- ment aux lois mentionnées à cet égard. A cela s'ajoutent les pertes de pression spécifiques des chicanes elles-mêmes, correspondant à leur résistance spécifique. I1 en résulte des pertes de pression surajoutées qui ne donnent pas lieu à une élévation du coefficient de transfert thermique.Etant donné que les che mines ou soufflantes des bru leurs à mazout/gaz dont on dispose dans la pratique et auxquelles on fait appel pour lutter contre les pertes de pression, ont une pression de refoulement limitée, il est nécessaire de maintenir les pertes de pression à un niveau aussi bas que possible. C'est pourquoi l'invention a pour but de proposer une garniture du genre défini dans le préambule, qui se caractérise par une élévation appréciable du coefficient de transfert thermique, tout-en n1 augmentant que faiblement la résistance à l'écoulement. Pour atteindre ce but, l'invention est caractérisée par le fait que la garniture se compose d'au moins une tle annulaire dont le plan est approximativement perpendiculaire à l'axe du tube à fumee et qui est en contact, par son bord extérieur, avec la paroi interne du conduit de fumée. Grâce à ces dispositions, à la différence des garnitures connues jusqu'ici, la couche limite laminaire qui se forme sur la paroi interne du conduit de fumée est détruite par la ou-les garnitures, si bien que le coefficient de transfert thermique est-augmenté de façon appréciable par la turbulence ou la formation de tourbillons qui se produit de ce fait. En dépit de cela, la section libre de passage dont disposent les gaz de fumée qui s'écoulent reste pratiquement inchangée, puisqu'il suffit de nervures relativement étroites de la tôle annulaire pour produire les turbulences mentionnées.Dans le cas des garnitures connues, c'est la voie inverse qui était empruntée, en ce sens que l'allure de l'écoulement était perturbée dans la région centrale de la section libre du conduit de fumée, avec les inconvénients mentionnés de l'augmentation appréciable de la perte de pression, sans que la couche limite laminaire soit détruite là où elle est effectivement présente, c'est-àdire sur la paroi interne du conduit de fumée. I1 est préférable que, dans le cas où plusieurs garnitures sont placées Is unes à la suite des autres, leur écart mutuel soit choisi de sorte qu'il se forme, sur la paroi interne du conduit de fumée, une couche turbulente aussi continue que possible. C'est-à-dire qu'on disposera à la suite les unes des autres le nombre précis de garnitures nécessaire pour obtenir une perturbation aussi continue que possible de la couche turbulente. L'écart des garnitures dépend des dimensions du conduit de fumee et de la vitesse des gaz de fumée qui parcourent ce tube. Par ailleurs, il est préférable que les garnitures soient fixées aux barres d'un étrier. La section intérieure du tube à fumée n'est guère encombrée par cet étrier et les garnitures sont assujetties dans la position correcte. La partie de base de l'étrier peut servir en même temps de poignée avec laquelle les garnitures sont insérées en mSme temps que l'étrier dans le tube à fumée et peuvent en être retirées à des fins de nettoyage. L'invention est ci-après expliquée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation qui permettra de relever d'autres caractéristiques intéressantes. La figure ci-annexée représente en perspective une vue en coupe partielle d'un conduit de fumée comportant une garniture selon l'invention. Sur la figure est représenté en perspective et en coupe partielle un conduit de fumée 1 qui est parcouru par des gaz de fumée dans le sens de la flèche 2. Le conduit de fumée est entouré par un fluide chaud qui n'a pas été représenté plus en détail, de préférence l'eau. Elle fait partie d'une chaudière de chauffage qui est chauffée avec des combustibles solides, liquides ou gazeux. Le numéro de référnce 3 désigne une cloison de séparation qui se trouve dans la chaudière. Dans le conduit de fumée 1 sont insérées des telles 4, faites d'un matériau résistant à la chaleur, de préférence un acier spécial, tôles dont les bords extérieurs sont appliqués intimement contre la paroi interne du conduit de fumée 1. Elles sont donc adaptées au contour de ce conduit. Les nervures des tôles 4 sont étroites, afin de limiter à un minimum la perte de pression imputable à ces tôles. Dans l'exemple de réalisation représenté, le conduit de fumée 4 a une section ovale. La largeur des nervures des tôles 4 est un peu plus grande aux extrémités supérioures et inférieures, afin que des barres 5, également en un matériau résistant à la chaleur, puissent être enfilées à ces extrémités. Les tôles 4 sont fixées rigidement aux barres 5, par exemple par des épaississements formés sur ces barres à l'aide d'un outil approprié dès que les tales 4 ont été enfilées sur les barres 5. Les barres 5 qui s'étendent parallèlement l'une a vautre sont-réunies du côté antérieur par une barre transversale 6, formant au total un étrier. La barre transversale 6 sert de poignée pour l'étrier. Elle fait saillie sur l'extrémité antérieure d'un conduit de fumée 1 dans une mesure suffisante pour qu'elle puisse être saisie à la main, ce qui permet d'insérer les garnitures dans le conduit de fumée ou de les extraire de celui-ci à des fins de nettoyage. Les barres 5, 6, 5 peuvent être réalisées d'une seule pièce, ou bien la barre transversale 6 dépasse la barre inférieure 5 par son extrémité inférieure, de manière à buter par cette extrémité inférieure contre le bord de l'orifice du tube à fumée 1. Cette disposition assure un positionnement pour les garnitures. I1 faut qu'au moins l'une des tôles 4 soit insérée dans le conduit de fumée. De préférence, on utilise plusieurs tôles à distance les unes des autres, en fonction de la longueur du conduit de fumée. Les tôles 4 sont appliquées tout autour contre le bord interne du conduit de fumée 1. I1 est également concevable d'éviter par découpage une partie de la nervure des tôles, oe qui réduit la résistance à l'écoulement, mais le coefficient de transfert thermique sera alors abaissé lui aussi. Par le dispositif décrit, comprenant de préférence plusieurs tôles qui sont appliquées sur toute leur périphérie contre la paroi du conduit, la formation d'une couche limite laminaire sur la totalité de la surface de chauffe est empêchée et, de ce fait, le transfert thermique est considérablement augmenté. Mais, par ailleurs, la section du conduit de fumée reste libre, afin de limiter à un minimum la perte de pression. On y parvient par le fait que le noyau de l'écoulement, qui présentela vitesse maximale des gaz de fumée conformément à la distribution parabolique des vitesses, peut s'écouler pratiquement sans perturbation. REVENDICATIONS 1.- Garniture pour un conduit de fumée qui, dans une chaudière de chauffage, est entouré par le fluide chaud afin d'accroître la turbulence des gaz de fumée qui passent à travers ce conduit, caractérisée en ce qu'elle se compose d'au moins une tôle annulaire 4 dont le plan est approximativement perpendiculaire à l'axe du tube à fumse 1 et qui est en contact, par son bord extérieur, avec la paroi interne du conduit de fumée 1. 2.- Garniture selon la revendication I, caractérisée en ce qu'en cas de plusieurs-tôles annulaires 4 placées les unes à la suite des autres, leur écart mutuel est choisi de sorte qu'il se forme, sur la paroi interne du conduit de fumée 1, une couche turbulente aussi continue que possible. 3.- Garniture selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les tôles annulaires 4 sont fixées aux barres 5 d'un étrier 5, 6.