Brevet FR2356899A1 — publié le 19780127

La présente invention concerne un appareil pour 7e chauffage de courants de fort débit avec pertes de pression réduites, Dans de nombreux cas, il est indispensable-de chauffer des écoulements importants d'un courant de traitement en maintenant impérativement les pertes de pression à un niveau peu élevé. C'est par exemple le cas dans les préchauffeurs dZair, en particulier ceui utilisés dans les dispositifs d'incinération.Ce but est difficilement atteint avec les appareils actuellement existants au point de vue du coût de l'investissement, du rendement thermique et d'autres facteurs semblables. z La présente invention résout les problèmes posés par les disnositifs antérieurs dtune façon particulièrement aisée, nou-el- le, utile et peu compliquée. Ltappareil de chauffage selon l'invention comporte un manchon cylindrique ayant une première et une seconde extrémités, monté dans une enveloppe cylindrique. Cette-enveloppe comporte une première et une seconde extrémités eorrespondant chacune scelles du manchon. Les premières extrémités convergent de façon à former entre elles un passage d'entrée de convection, et les secondes extrémités divergent de façon à former entre elles une zone radiante. Le gaz chaud passe entre l'enveloppe et le manchon à travers la zone radiante puis à travers la zone d'entrée de convection tandis que le courant de traitement traverse un espace interne d'écoulement placé à l'intérieur du manchon. Un déflecteur est monté à l'intérieur du manchon, dans sa première extrémité, pour guider le courant de traitement å jusque dans un passage de sortie de con- vection bordé intérieurement par le déflecteur et extérieurement par le manchon. Une extension de surface fait saillie du manchon dans la zone d'entrée de convection, et une extension de surface additionnelle fait saillie du manchon dans le conduit de sortie de convection. L'invention a pour objets - de chauffer des courants importants avec de faibles chutes de pression; - d'améliorer le rendement thermique du dispositif; et - de réaliser un appareil chauffant du type précité pouvant être fait de matériaux peu comateux, utilisant des brûleurs usuels ou une source externe pour fournir le gaz chaud, pouvant fonctionner à sens unique de courants, ou a con tre-courant, e permettant une tolérance adéquate de la dilatation ther mique différentielle des éléments chauffants, bien adapté à des dispositifs d'incinération dans lesquels le courant de traitement est de l'air de combustion et le gaz chaud est dérivé des matières en cours d'incinération, la consolmlation de combustible nécessaire à l'obtention des températures dtincineration étant, de ce fait, consi dérablement réduite, . dont l'enceinte de gaz chaud peut fonctionner à une pres sion supérieure à la pression atmosphérique de façon à pouvoir réduire les exigences structurales du manchon. simple à utiliser, à construire et à entretenir, et . bien approprié, par ailleurs, à ses fonctions prévues. Ces buts, caractéristiques et avantages ressortiront, ainsi que d'autres, de la description faite ci-après de quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation de l'invention faits en se référant aux dessins annexés dans lesquels -- la figure 1 est une coupe verticale d'un premier mode de réali sation de l'appareil chauffant de l'invention dans lequel l'ex- tension de surface est constituez par des ailettes longitudina les montées sur le manchon; - la figure 2 est une coupe verticale d'un second mode de réali sation de l'appareil chauffant de ltinvention dans lequel l'ex- tension de surface est constituée par des ailettes enroulées hélicoidalement sur le manchon;; - la figure 3 est un fragment d'une coupe dtune partie du manchon sur lequel ltextension de de surface est constituée par des broches; et - la figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle et en coupe partielle des ailettes de la figure 2. L'appareil chauffant i1 de la figure i comporte une enveloppe pe cylindrique verticale 12 portée par une structure appropriée. Un manchon 13 est monté dans l'enveloppe 12 de façon à séparer une enceinte cylindrique interne d'écoulement 14 iwune enceinte annulaire externe d'écoulement 15. Le manchon 13 comporte une première extrémité 16 et une seconde extrémité 17-correspondant chacune, respectivement, à une première extrémité 18 et à une seconde extrémité 19 de lXenvibppe 12. lies premières extrémités 16 et 18 convergent de façon à former entre elles un passage d'entrée de convection 21, tandis que les secondes extrémités 17 et 19 divergent de façon à former entre elles une zone radiante 22.Pour réaliser ce qui précède, le manchon 13 comporte un conduit 23 pénétrant dans l'enveloppe 12 et se raccordant de façon étanche à une partie tronconique ou hotte 24 raccordée elle-meme de façon étanche à une partie cylindrique 25, elle-meme jointe étanchément à une cloison en forme de disque 26 laquelle se raccorde étanchément à un autre conduit 27 traversant également l'enveloppe 12. le manchon 13 peut être porté par sa partie supérieure et dans ce cas la dilatation thermique différentielle entre le manchon 13 et l'enveloppe 12 sera assurée par un soufflet 28 placé entre le conduit 27 et le fond 29 de l'enveloppe 12.Ou bien le manchon 13 pourra être porté en des points quelconques de sa longueur, la dilatation étant compensée partiellemnt dans chaque sens, un autre soufflet 31 pouvant alors être disposé entrela partie supérieure 32 de l'enveloppe 12 et le conduit 23. Conformément à l'invention, le courant de traitement 33 traverse ltenaeinte interne d'écoulement 14. Dans l'exemple représenté ce courant de traitement 33 est un courant descendant enrapport d'échange thermique à cnntre-courant avec le courant ascendant de gaz chaud 34. Mais il y a parfois avantage à faire s'écouler le courant de traitement 33 dans le-meme sens que le gaz chaud 34, cet écoulement à sens unique pouvant également s'accomplir à l'aide de l'appareil chauffant li de l'invention comme le comprendront les spécialistes en appareils chauffants.On voit que le courant de traitement pénètre dans le conduit 23 et la hotte 24 et qu'il est dévié par un déflecteur 35 placé dans la première extrémité 16 du manchon 13 pour diriger le courant de traitement 33 dans un passage annulaire de sortie de-convection 36 bordé intérieurement par le déflecteur 35 et extérieurement par le manchon 13. En quittant ce passage de sortie de convection 36 le courant de traitement 33 franchit le conduit 27 pour sortir du manchon 13. Le gaz chaud 34 peut être fourni par la combustion dtun combustible dans la zone radiante 22 de l'enceinte externe d'écoulement 15 au moyen d'un ou plusieurs brûleurs 37 pénétrant dans le fond 29 de l'enveloppe 12; on peut également utiliser n'importe quelle autre source de gaz chaud 34. En général, le gaz chaud 34 abandonnera une partie de sa chaleur par transfert radiant dans la zone radiante 22. Les dimensions de la zone radiante 22 sont fonction de la température et de la constitution du gaz chaud 34 et/ou de l'espace de combustion requis. Aux très faibles températures radiantes ou aux faibles vitesses d'entrée de chaleur, la zone radiante 22 requise pourrait être pratiquement égale à zéro et dans ce cas l'appareil de chauffage 11 fonctionnerait essentiellement selon les principes de la convection. De la zone radiante 22 le gaz chaud 34 traverse le passage d'entrée de convection 21 bordé intérieurement par la première extrémité 16 du manchon 13 et extérieurement par la première ex- trémité 18 de l'enveloppe 12. En quittant le passage d'entrée de convection 21 le gaz chaud 34 est recueilli dans une chambre d'ac cumulation 38, bordée par la hotte 24 et la partie supérieure 32 de l'enveloppe 12, d'ou il s'échappe par une conduite 39. L'enveloppe 12 est doublée d'un réfractaire isolant 41 afin de réduire les pertes thermiques vers les zones environnantes. Ce réfractaire 41 peut être placé à l'intérieur de l'enveloppe 12 (comme représenté) ou à l'extérieur de celle-ci, selon les circonstances. Dans le cas où le réfractaire 41 est placé à l'exté- rieur de l'enveloppe 12, celle-ci deviendra plus chaude et réduira la différence de température entre l'enveloppe 12 et le manchon 3. Il importe d'extraire la chaleur du gaz chaud 34 par transfert thermique par convection autant que par transfert thermique radiant. A cette fin, la cloison en forme de disque 26 guide le gaz chaud 34 dans le passage d'entrée de convection 21 qui est délimité entre le manchon 13 et l'enveloppe 12 et se trouve placé en serie, pour l'écoulement, avec la chambre d'accumulation 38. L'extension de surface de cet appareil de chauffage peut être constituée par des ailettes 42 disposées longitudinalement comme dans le cas de la figure 1, des ailettes 43 enroulées hélicoidalement, comme dans le cas de la figure 2, ou n'importe quelle autre disposition semblable industriellement réalisable. Dans le cas de la figure 1 on voit que les ailettes longitudinales 21 font saillie vers l'extérieur depuis le manchon 13, dans le passage d'entrée de convection 21 de façon à former une grande surface métallique en rapport d'échange thermique avec le gaz chaud 34 afin de lui emprunter de la chaleur.Les ailettes disposées longitudinalement 42 font également saillie vers itintérieur, depuis le manchon 13, dans le passage de sortie de convection 36 de façon à conduire la chaleur au courant de traitement 33 san avoir à faire passer ce courant dans des tubes aux prix de la perte de pression qui en résulterait. te transfert thermique au manchon 13, par la cloison en forme de disque 26 et le conduit 27 à la secon de extrémité 17, s'effectue essentiellement par transfert thermique radiant. Les memes principes s'appliquent aux modes de réalisation des figures 2 et 3 avec la seule différence que les extensions de d'ail osées surfaces y ont respectivement la forme tsposées hélicoïdalement 42 ou de broches 44. S'il y a lieu, l'enceinte d'écoulement externe 15 pourra fonctionner a une pression supérieure à la pression atmosphérique afin de réduire la différence de pression entre les enceintes d'écoulement interne 14 et externe 15, ce qui réduira l'épaisseur à donner aux parois du manchon 13. il apparaitra facilement aux spécialistes des appareils chauffants que les modes de réalisation représentés et décrits sont susceptibles de diverses variantes sans s'écarter du domaine propre de l'invention. REVENDICATIONS Appareil de chauffage pour le chauffage d'lm courant d'air important avec faiblies pertes de pression, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe cylindriqtle ayant une première et une seconde extrémités, un manchon cylindrique monté dans l'en- veloppe coaxialement à celle-ci et ayant une première et une se conde extrémité correspondant chacune à celles de l'enveloppe, ledit manchon étant joint à l'enveloppe, de façon à permettre sa dilatation, par un soufflet, à une extrémité de celle-ci, et de façon fixe à l'autre extrémité de ladite enveloppe, ledit soufflet étant disooxé autour du fanchon et à l'extérieur de celui-ci, les premières extrémités de l'enveloppe et du manchon convergeant pour former entre elles un passage d'entrée de convection, une extension de surface d'entrée de convection saillant du manchon dans le passage d'entrée de convection, les secondes extrémités de l'enveloppe et du manchon divergeant pour former entre elles une zone radiante, un système producteur de gaz chaud faisant passer successivement un gaz chaud à travers la zone radiante et le passaged1entrée de convection, ledit système comprenant au moins un bruleur raccordé à des sources de combustible et d'oxygène et pénétrant dans l'enveloppe pour introduire le gaz chaud dans la zone radiante, un déflecteur cylindrique monté dans le manchon dans sa première extrémité et définissant un passage de sortie de convection bordé intérieurement par le déflecteur et exterieurement par le manchon, des organes d'admission d'air pour introduire l'air à chauffer dans le manchon, le déflecteur étant disposé de façon à guider l'air à chauffer vers le passage de sortie de convection, des organes d'échappement d'air pour extraire l'air à chauffer du passage de sortie de convection et le conduire à l'extérieur de l'appareil chauffant, et une extension de surface de sortie de convection saillant du manchon dans le passage de sortie de convection.