Brevet FR2458042A1 — publié le 19801226

La présente invention concerne les réchauffeurs d'air et a 3?notamment pour objet un réchauffeur d'air à plusieurs voies, résistant à la corrosion, destiné à être utilisé de préférence dans les chaudières pour centrales électriques. Elle s'applique en particulier aux réchauffeurs d'air tubulaires utilisés dans les chaudières à vapeur, les fours et dans d'autres installations de ce genre qui utilisent les gaz perdus chauds et agressifs pour chauffer l'air froid. Dans ces réchauffeurs dtair, réalisés, en général, à plusieurs voies, les premières voies dans lesquelles arrive l'air froid sont attaquées par une corrosion intensive.On connait des réchauffeurs d'air à plusieurs voies dits réchauffeurs d'air à étages dans lesquels la protection contre la corrosion de leurs parties froides est assurée grâce au pré-chauffage poussé de la portion d'air froid amenée à la première voie du réchauffeur, l'air froid restant étant mélangé par portions et successivement entries voies du réchauffeur d'air dans les conduits de dérivation qui relient les voies d'air montées en série. Dans les réchauffeurs d'air à étages connus, l'air chaud et l'air froid sont mélangés soit par le branchement direct du conduit d'amenée d'air froid sur le conduit de dérivation sans faire appel à des dispositifs spéciaux quelconques, soit grtce à l'utilisation de mélangeurs de type approprié. Les réchauffeurs d'air à étages ont un rendement élevé du fait qu'en principe leur résistance à la corrosion est assurée par un préchauffage total non élevé de l'ensemble de l'air, l'encombrement des dispositifs de préchauffage de l'air étant réduit. Cependant, la sûreté de la protection contre la corrosion et le rendement thermique du réchauffeur d'air à étages dépendent dans une grande mesure du fonctionnement du mélangeur et peuvent être réduits à zéro dans le cas d'un mauvais fonctionnement de ces derniers. Si le réchauffeur d'air à plusieurs voies utilise plusieurs étages de mélange additionnel de l'air froid, la fiabilité de fonctionnement du réchauffeur d'air dépend du bon fonctionnement de tous les mélangeurs. Comme on le sait, il n'est pas facile d'effectuer un mélange de qualité suffisante. Pour cette raison, dans les réchauffeurs d'air à étages connus, on est forcé d'élever la température du mélange d'air au-dessus de la valeur requise, ce qui se traduit par une diminution du rendement thermique du réchauffeur d'air. C'est l'inconvénient des réchauffeurs d'air à étages connus. Leur autre inconvénient est aussi lié aux mélangeurs et réside dans la nécessité d'augmenter les dimensions des conduits de dérivation, afin de réaliser la longueur requise du chemin de mélange des airs chaud et froic Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés et de mettre au point un réchauffez d'air perfectionné résistant à la corrosion. On s'est proposé pour cela de modifier la conception et la disposition des mélangeurs de façon à assurer un mé- lange de qualité des airs chaud et froid sur un trajet court du mélange et à disposer les mélangeurs dans un volume minime et, par cela même, réaliser une protection sûre contre la COI rosion, un poids et un encombrement réduits du réchauffeur d'air grâce aux températures minimales admisses s dumwSsnge d'a:: Ce problème est résolu à l'aide d'un réchauffeur d'air à plusieurs voies résistant à la corrosion, qui comprend des faisceaux de tubes de chauffage formant des voies autonomes montées en série suivant le courant d'air, une partie desquelles se trouve dans la zone présentant un risque de corrosion, des conduits de dérivation reliant successivement le voies voisines entre elles, des conduits d'amenée de l'air froid, l'un desquels est doté d'un dispositif de préchauffage de la portion du courant d'air froid amenée à la première voie, alors que les autres sont branchés au moyen des mélangeurs des courants d'air chaud et froid sur les conduits de dérivation d'air qui se trouvent dans la partie du réchauffeur d'air présentant un risque de corrosion et qui relient cette partie aux autres voies, ledit réchauffeur d'air étant selon l'invention, caractérisé en ce que lesdits mélangeurs des airs chaud et froid sont intercalés dans les conduits de dérivation, constituent- un système de tubes parallèles perforés sur toute leur longueur et disposés suivant le front des tubes de chauffage de la voie correspondante, et sont branché sur les collecteurs de distribution d'air froid dans lesquels ddbouchent les conduits d'amenée d'air. Cette solution technique permet d'assurer un rendement levé du réchauffeur d'air et sa résistance à la corrosion, tout en réduisant son poids et son encombrement à un minimum. Selon l'une des variantes de réalisation de la présente invention, le réchauffeur d'air à plusieurs voies résistant à la corrosion est caractérisé en ce que la perforation indi tuée des tubes est réalisée de façon à orienter les jets d'air transversalement au courant d'air chaud. Cette solution technique permet de réaliser un mélangeur ne comprenant qu'une ou deux rangées de tubes perforés et d'assurer un encombrement minimal des conduits de dérivation. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, on propose un réchauffeur d'air à plusieurs voies résistant à la corrosion, caractérisé en ce que les tubes perforés voisins du mélangeur sont bouchés aux extrémités opposées, les extrémités libres étant reliées aux différents collecteurs de distribution d'air froid. Cette solution technique permet d'égaliser le champ de températures du mélange d'airs chaud et froid dans le plan vertical et, par cela même, de diminuer sensiblement la température requise du mélange. Selon encore une variante de réalisation de l'invention, on propose un réchauffeur d'air à plusieurs voies résistant à la corrosion, caractérisé en ce qu'en tant que tubes de mélangeur on utilise le groupe de tubes de chauffage frontaux de la voie correspondante du réchauffeur d'air. Cette solution technique simplifie considérablement la fabrication du réchauffeur d'air et permet de réaliser le mélangeur en une seule pièce avec les faisceaux de tubes des surfaces de chauffage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels -La figure 1 représente schématiquement un réchauffeur d'air conforme à l'invention; - la figure 2 représente une coupe transversale du réchauffeur d'air suivant la première voie; - la figure 3 illustre un mode de montage du mélangeur et la disposition des perforations sur ses tubes dans le dispositif de la figure 1; - la figure 4 représente un branchement perfectionné des tubes du mélangeur sur les collecteurs de distribution d'air froid;; - la figure 5 montre la disposition du mélangeur dans les limites de la première voie du réchauffeur d'air. Le texte qui suit décrit à titre d'exemple un réchauffeur d'air à trois voies résistant à la corrosion et à un étage de mélange additionnel (étant bien entendu que le réchauffeur d'air peut avoir plusieurs étages de mélange additionnel). De même que les autres voies, la première voie 1 du réchauffeur d'air comprend un faisceau de tubes de chauffage 2 suivant le front desquels, dans le conduit de dérivation d'air 3, est disposé un mélangeur 4 des courants d'air chaud et froid. Le mélangeur 4 est un système de tubes 5 parallèles perforés suivant leur longueur. Ces tubes sont branchés sur le collecteur de distribution 6 de l'air froid canalisé par le conduit d'amenée 7 de l'air. Le réchauffeur d'air est doté d'un autre conduit d'amenée d'air 8 canalisant une faible portion de l'air froid et comprenant un dispositif de préchauffage 9 de l'air froid. L'ensemble de l'air froid est aspiré par le ventilateur de soufflage 10. Le réchauffeur d'air comprend une deuxième voie Il et une troisième voie 12 de la partie chaude et un conduit de dérivation d'air 13 reliant ces deux voies.Sur la figure, on ne voit qu'un seul collecteur de distribution 6, toutefois des constructions à deux collecteurs de distribution (un en haut et l'autre en bas) sont possibles. Le montage et la construction proposés du mélangeur assurent un encombrement minimal de ce dernier (une ou deux rangées de tubes au total) et permettent d'obtenir un mélange efficace de l'air chaud avec l'air froid du fait que l'air chaud sortant entre les tubes de chauffage 2 du faisceau se transmet suivant toute la largeur de la sortie dans le faisceau analogue de tubes 5 du mélangeur 4. L'efficacité du mélange est favorisée quand les perforations des tubes 5 du mélangeur 4 sont disposées de façon que les jets d'air froid sont éjectés transversalement au courant d'air chaud. Cette solution est illustrée à la figure 3, qui représente les tubes de chauffage 14 de la première voie 15 et le courant d'air chaud 16 qui débouche de cette voie, ainsi que les tubes 17 du mélangeur, dont les perforations laissent échapper les jets d'air froid 18. Le courant 19 sortant du mélangeur est un courant d'airs chaud et froid bien mélangés.. Cela permet de choisir une température du mélange proche de la température minimale nécessaire pour protéger la deuxième entrée du réchauffeur d'air, ce qui assure un haut rendement thermique du réchauffeur d'air tout en assurant sa protection contre la corrosion. Pour éviter une répartition irrégulière des températures du mélange le long des tubes du mélangeur, ce qui,en général, est possible du fait que la consommation d'air froid décroit au fur et à mesure de l'écoulement de l'air le long des tubes du mélangeur, on propose, selon la présente invention, de boucher les tubes voisins du mélangeur aux extrémités opposées et de relier les autres extrémités aux différents collecteurs de distribution de l'air froid, comme montré sur la figure 4. Dans ce cas, deux collecteurs de distribution 20 et 21 alimentent en air froid le système de tubes parallèles 22 et 23 présentant des perforations 24. Les tubes de mélange voisins 22 et 23 sont bouchés à leurs extrémités opposées, tandis que les autres extrémités sont raccordées aux différents collecteurs de distribution 20 et 21, comme cela est montré à la figure 4. Grtce à cette réalisation du mélangeur, les diagrammes des débits d'air suivant la longueur des tubes voisins 22 et 23 sont presque identiques et se complètent mutuellement de sorte que la somme des débits à n'importe quelle section suivant la longueur des tubes reste invariable. Donc, la température du mélangeur suivant la longueur des tubes du mélangeur reste intariable. Cela aussi permet de rapprocher davantage la température du mélange de la température minimale néces saire pour protéger contre la corrosion la deuxième voie du réchauffeur d'air. Enfin, la présente invention propose encore une solutio visant à réduire l'encombrement et le poids du réchauffeur d'air, et qui, notamment, consiste à utiliser en tant que mélangeur un groupe de tubes frontaux de chauffage de la voie correspondante du réchauffeur d'air. Cette solution est schématisée sur la figure 5 où, comme on peut le voir, le mélangeur 25 est réalisé en un seul bloc avec le faisceau de tubes de la première voie 26 et où plusieurs rangées frontales de tubes de la première voie 26 sont utiliséesen tant que tubes du mélangeur 25. Les conduits de gaz 27 ont une section étranglée pour qu'on puisse loger les collecteurs de distribution 28 branchés sur le conduit d'amenée d'air 29. Le réchauffeur d'air proposé fonctionne comme suit. Le ventilateur de soufflage 10 (figure 1) refoule l'air froid dans deux conduits d'amenée d'air 7 et 8, dont le plus petit, le conduit 8, est doté du dispositif de préchauffage 9 de l'air. Dans ce dispositif, la faible portion d'air est Si bien chauffée (par exemple, par la vapeur) qu'en arrivant à la première voie 1 du réchauffeur d'air, elle protège ses tubes de chauffage 2 contre la corrosion en élevant leur température à l'entrée au-dessus du point de rosée. Cette portion d'air continue de s'échauffer dans la première voie et en débouche suffisamment chaude sur tout le front des tubes de chauffage 2. Immédiatement après la première voie 1, elle passe par le mélangeur 4 logé dans le condl de dérivation d'air 3 reliant la première voie 1 à la deuxième voie 11. Les tubes du mélangeur 4 peuvent être réalisés en un seul bloc avec la première voie 1 si l'on utilise la partie frontale des tubes de cette voie (voir figure 5). A travers les perforations des tubes 5 du mélangeur 4, les jets d'air froid sortent perpendiculairement au courant d'air chaud. L'air froid dont la majeure partie n'est pas amenée à la première voie 1, est canalisé dans les tubes 5 du mélangeur à travers le collecteur de distribution 6 ( ou à travers deux collecteurs comme on peut le voir sur la figure 2) qui est raccordé au deuxième conduit d'amenée d'air 7. Etant donné que les tubes 5 du mélangeur 4 sont répartis sur tout le front de la première voie et que l'éjection transversale de l'air froid est répartie dans le plan vertical, le mélange d'air froid avec l'air chaud et le refroidissement de ce dernier s'opèrent d'une manière très efficace sur un trajet court dune ou de deux rangées de tubes du mélangeur, de sorte que les dimensions du conduit de dérivation d'air 3 n'augmentent pas.Pour que le mélange soit encore plus régulier, les tubes voisins du mélangeur peuvent être branchés sur les différents collecteurs et bouchés à leurs extrémités opposées (voir la figure 4). A la suite du mélange hautement efficace et régulier, le mélange d'air chaud et d'air froid a une même température suivant toute la section du conduit de dérivation d'air 3, température qui peut être choisie la plus basse possible afin de protéger contre la corrosion la deuxième voie 11. Dans tous les cas, cette température ne dépasse pas la température de préchauffage de l'air. C'est gracie à cette particularité que le réchauffeur d'air proposé a non seulement un rendement élevé mais aussi une haute fiabilité. Après la deuxième voie Il tout le volume d'air est canalisé par le conduit de dérivation d'air 13 dans la troisième voie 12, d'où l'air chaud est canalisé vers l'appareil principal de l'installation : foyer de chaudière, four, etc. L'ensemble du réchauffeur d'air est protégé contre la corrosion, le dispositif de préchauffage n'est pas encombrant, les mélangeurs sont simples et de faible encombrement, les conduites de dérivation d'air sont classiques. Le haut rendement thermique du réchauffeur proposé est élevé grtce au fait qu'on soumet à un préchauffage poussé seulement une faible portion de l'air et, pour cette raison, il est possible d'admettre une température du mélange d'air chaud et d'air froid aussi basse que possible. L'exposé qui précède concerne les réchauffeurs d'air à un étage de mélange additionnel, mais il peut aussi bien s'appliquer aux réchauffeurs d'air à plusieurs étages de mélange additionnel. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Réchauffeur d'air à plusieurs voies résistant à la corrosion, du type comprenant des faisceaux de tubes de chauffage formant des voies autonomes montées en série suivant le courant d'air, une partie desquelles se trouve dans la zone présentant un risque de corrosion, des conduits de dérivation d'air reliant successivement entre elles les voies voisines, des conduits d'amenée d'air froid, dont l'un comporte un dispositif de préchauffage d'une portion du courant d'air froid arrivant dans la première voie, alors que les autres sont reliés par des mélangeurs des airs chaud et froid aux conduits de dérivation d'air se trouvant dans la partie du réchauffeur d'air présentant un risque de corrosion et reliant cette partie aux autres voies, caractérisé en ce que les mélangeurs d'airs froid et chaud sont incorporés dans les conduits de dérivation d'air, constitués par un système de tubes parallèles perforés suivant le--r longueur et disposés suivant le front des tubes de chauffage de la voie correspondante, et sont branchés sur les collecteurs de distribution de.l'air froid, dans lesquels débouchent les conduits d'amenée d'air. 2.- Réchauffeur d'air conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites perforations des tubes sont réalisées de façon que les jets d'air froid soient dirigés transversalement au courant d' air chaud. 3.- Réchauffeur d'air conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes perforés voisins du mélangeur sont bouchés à l'une de leurs extrémités opposées et ont leurs autres extrémités respectives raccordées à différents collecteurs d'air froid. 4.- Réchauffeur d'air conforme à l'une des re-vrendica- tions 1,2 et 3, caractérisé en ce qu'en tant que tubes du mélangeur, sont utilisés un groupe de tubes de chauffage frontaux de la voie correspondante du réchauffeur d'air.