Brevet FR2461914A1 — publié le 19810206

La présente invention se rapporte aux techniques d'utilisation de 11 énergie thermique et a notamment pour objet un réchauffeur d'air tubulaire en particulier pour générateurs de vapeur, fours et dispositifs similaires utilisés principalement dans des installations de grande puissance. On connais des réchauffeurs d'air tubulaires, dans lesquels les fumées et l'air se déplacent d'après un schéma à croisement réciproque. Les réchauffeurs d'air tubulaires des installations puissantes sont ordinairement à deux voies de courant d'air. Le courant croisé, qui se caractérise généralement par un emploi réduit du gradient thermique disponible, s'accompagne, dans les réchauffeurs d'air à deux parcours, de pertes de gradient thermique particulièrement grandes, atteignant 30 et plus. On connaît un procédé d'augmentation du gradient thermique, consistant à employer un croisement en Z suivant lequel l'air est introduit, dans chaque voie, d'un même côté, c'est-à-dire dans une même direction. Si, dans ce cas, il ne se produit pas un brassage de l'air entre les voies, les caractéristiques du croisement en Z se trouvent notablement améliorées. Les réchauffeurs d'air à croisement en Z sont, en règle générale, à courants multiples, c'est-à-dire qu'ils sont placés dans des conduits de fumées parallèles. Les inconvénients des réchauffeurs d'air à croisement en Z à courants multiples sont la complexité et le grand encombrement des conduites de transfert d'air, ainsi que la difficulté de réaliser des cloisons intérieures évitant le brassage de l'air entre les parcours. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients indiqués du réchauffeur d'air à croisement en Z, à deux parcours et à courants multiples, et de mettre au point un réchauffeur d'air perfectionné. On s'est proposé pour cela de modifier la disposition réciproque des faisceaux tubulaires et des conduites de transfert d'air de façon à réduire le poids et l'encombrement du réchauffeur d'air, d'assurer le même fonctionnement de tous ses courants du point de vue aérodynamique, de simplifier sa conception et de permettre la fabrication d'un réchauffeur d'air à sections identiques. Ce problème est résolu grâce à un réchauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples, à faisceaux tubulaires disposés en deux étages dans des conduits de fumées parallèles, comportant des conduites amenant l'air dans les faisceaux tubulaires du premier étage dans une même direction par rapport aux courants de fumées, et évacuant l'air de chaque faisceau tubulaire du deuxième étage, ainsi que des conduites de transfert d'air à cloisons pour l'amenée de l'air, suivant la hauteur, dans les faisceaux tubulaires du deuxième étage dans ladite meme direction, ledit réchauffeur d'air étant caractérisé en ce que ses conduites de transfert d'air relient chaque faisceau tubulaire du premier étage au faisceau tubulaire du deuxième étage du conduit de fumées voisin, sauf les faisceaux tubulaires du premier étage du dernier conduit de fumées, qui sont reliés aux faisceaux tubulaires du deuxième étage du premier conduit de fumées, de sorte que les faisceaux tubulaires de tous les faisceaux tubulaires soient réunis par les conduites de transfert d'air en un circuit unique et dans un même sens. Une telle solution technique assure une haute efficacité thermique du réchauffeur d'air, un poids minimal de celui-ci et une résistance minimale à l'air. Suivant l'une des variantes de réalisation de la présente invention, un réchauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples est caractérisé par le fait que ses conduites de transfert d'air sont disposées entre les conduites d'amenée et d'évacuation d'air et ont les parois communes avec celles-ci. Cette solution technique permet de simplifier la construction et de réduire le poids des conduites d'air, ainsi que d'assurer un encombrement en plan minimal du réchauffeur d'air. Conformément à une autre variante de réalisation de la présente invention, le réchauffeur d'air tubulaire à deux parcours et à courants multiples est caractérisé par le fait que les conduites de transfert d'air relient les faisceaux tubulaires de tous les conduits de fumées en un circuit unique à contour fermé. Cette solution technique assure le fonctionnement identique, aérodynamiquement parlant, de tous les courants du réchauffeur d'air à courants multiples. Selon une variante de réalisation du circuit fermé, le réchauffeur d'air à deux parcours et à courants multiples est caractérisé par le fait que lesdits conduits de fumées avec les faisceaux tubulaires sont disposés radialement à partir du centre d'une circonférence commune. Cette solution technique assure une symétrie totale de tous les conduits de fumées et l'identité de la construction de toutes les conduite d'air. Selon une variante de réalisation du circuit fermé, le réchauffeur d'air à deux voies et à courants multiples est caractérisé par le fait que tous les conduits de fumées sont divisés par une cloison verticale en deux moitiés, les moitiés des faisceaux tubulaires de ces conduits de fumées étant branchées suivant ledit circuit ferme. Cette solution technique contribue à la réalisation d'un réchauffeur d'air de construction ramassée. Enfin, suivant une autre variante de réalisation de la présente invention, le réchauffeur d'air à deux ehemins et à courants multiples est caractérise en ce que la largeur totale des faiseealu-r tubulaires des conduits de fumées extremes est égale à la moitié de la largeur totale des faisceaux tubulaires des conduits de fumées intermédiaires tous les faisceaux tubulaires dans chaque conduite de fumées extreme étant réunis en une voie d'air unique, et lesdits faisceaux tubulaires étant placés, par la moitié de leur largeur, coaxialement et syeétriquement aux autres conduits de fumées du réchauffeur d'air. Cette solution technique permet de simplifier l'agencement et de fabriquer tout le réchauffeur d'air avec des sections identiques. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront 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 montre schématiquement une vue en élévation du réchaufyeur d'air à deux voies conforme à l'invention; (exemple de réalisation à quatre courants); - la figure 2 représente un réchauffeur d'air circulaire à deux voies et six courants (coupe transversale) - la figure 3 est une vue en coupe suivant III III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 2; - la figure 5 montre un agencement serré d'un réchauffeur d'air à deux voies et quatre courants suivant un circuit fermé (vue en plan); - la figure 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 5; - la figure 8 est une vue suivant la flèche VIII de la figure 5;; - la figure 9 montre un agencement serré d'un rEchauffeur d'air à sept courants (en projection verticales) - la figure 10 est une vue en coupe transversale suivant X-X de la figure 9. Le réchauffeur d'air tubulaire à deux voies et quatre courants représenté à titre d'exemple sur la figure 1 comporte des faisceaux tubulaires i et 2, respectivement de premier et de deuxième étage, disposés dans des conduits de fumées parallèles 3. Aux faisceaux i sont adjacentes, d'une même côté par rapport aux courants de fumées, des conduites d'amenée d'air 4, tandis qu'aux faisceaux 2 sont adjacentes du côté opposé, des conduites d'évacuation d'air 5. Les faisceaux tubulaires i du premier étage sont reliés aux faisceaux tubulaires 2 du deuxième étage des conduits de fumées voisins 3 par des conduites de transfert d'air inclinées 6 à cloisons 7.Seuls les faisceaux i' du premier étage du dernier conduit de fumées sont reliés par une conduite de transfert dtair 6' (représentée conventionnellement sur la figure i par une ligne) aux faisceaux 2'du deuxième étage du premier conduit de fumées. Comme il ressort de la figure i, les conduites de transfert 6 sont disposées entre les conduites d'amenée d'air 4 et les conduites d'évacuationd 5 et ont des parois 8 communes avec celles-ci. La figure 1 montre que toutes les conduites d'amenée 4, de transfert 6 et d'évacuation 5 assurent le mouvement de l'air, dans les faisceaux tubulaires i et 2 des deux étages, dans un même sens, pour tous les courants. Le sens de mouvement de l'air est montré par des flèches. Les flèches montrent aussi le sens du mouvement des fumées de haut en bas. Du fait que l'amenée d'air aux deux voies, se fait du même côté, le courant croisé d'air et de fumées ainsi réaliséneddNbre pas d'un croisement en Z et, par conséquent, assure un haut gradient de température et une haute efficacité thermique correspondante, qui est augmentée davantage par la présence des cloisons 7 dans les conduites de transfert dirigeant l'air le plus chaud de la première voie dans la partie chaude (supérieure) de la deuxième voie, et l'air moins chaud, dans la partie plus froide (inférieure) de la deuxième voie. Les conduites de transfert d'air droites et les tournants minimaux de l'air aux entrées et aux sorties des faisceaux tubulaires i et 2 assurent un meillelv contaet avec la surface de chauffe et une résistance aérodynamique minimale. Le fait que les conduites de transfert soient situées dans les intervalles entre les conduites d'amenée d'air et les conduites d'évacuation d'air ne nécessite aucun espace supplémentaire pour elles et assure une diminution de la quantité de métal nécessaire à la fabrication des conduites d'air, tout en simplifiant leur construction. La figure 2 montre un agencement circulaire fermé du réchauffeur d'air à six courants, en coupe transversale suivant le premier étage, et les figures 3 et 4, respectivement, les coupes III-III et IV-IV de l'agencement, de la figure 2. Dans cette variante de réalisation, les faisceaux tubulaires 9 du premier étage sont disposés dans les conduits de fumées radialement à partir du centre d'une même circonférence. La forme de la conduite d'amenée 10 commune est proche d'une forme circulaire et sa section diminue graduellement dans le sens du courant d'air. Les conduites d'évaeuation il pour chaque courant sont identiques, avec une diminution graduelle de la section. Les faisceaux tubulaires 12 du deuxième étage et la conduite d'évacuation d'air 13 commune sont mieux visibles sur la figure 3 représentant la coupe verticale III-III de la figure 2, tandis que les conduits de fumées 14, branchés en parallèle, et la conduite de transfert d'air inclinée 15 apparaissent sur la figure 4 représentant la coupe IV-IV de la figure 2. Sur les figures 2, 3 et 4, les sens de mouvement de l'air et des fumées sont montrés par des flèches. L'agencement circulaire assure une identité maximale du fonctionnement de tous les courants du réchauffeur d'air et améliore les caractéristiques aérodynamiques de tout le système de conduites d'air. La figure 5 montre, en plan, une deuxième variante de l'agencement en contour fermé, qui est un agencement serré d'un réchauffeur d'air à quatre courants. Les figures 6 et 7 montrent, respectivement, les coupes YI-VI et VII-VII de la figure 5, et la figure 8 montre une vue suivant la flèche VIII de la figure 5. La figure 5 montre les faisceaux tubulaires 16 du deuxième étage et les conduites d'évacuation d'air 17. On y voit aussi une cloison verticale 18 divisant tous les conduits de fumées en deux moitiés. Aux premier et deuxième conduits de fumées sont adjacent des conduibbdetransèrt d'air 19 et 20 reliant les faisceaux tubulaires du premier étage de l'une des moitiés aux faisceaux tubulaires du deuxième étage 16 de l'autre moitié du réchauffeur d'air. Ces conduites d'air ferment l'agencement sur lui-meme, en formant un circuit circulaire unique. Les figures 6 et 7 montrent, respectivement, les coupes verticales VI-VI et VII-VII des deux moitiés du réchauffeur d'air représenté sur la figure 5. Sur ces figures, -les conduites de transfert d'air 21 et 23 relient chaque faisceau tubulaire du premier étage au faisceau tubulaire du deuxième étage des conduits de fumées adjacents 22, 24, sauf les premier et dernier conduits de fumées indiqués plus haut. Les conduites de transfert d'air sont orientées, dans les deux moitiés, dans des sens opposés et forment avec les conduites de transfert d'air des conduits de fumées extrêmes un circuit unique. Enfin, la figure 8 montre une vue en bout du même réchauffeur d'air, vivant la flèche VIII de la figure 5, qui explique la construction de la conduite de transfert d'air 25 reliant les faisceaux du premier étage du dernier conduit de fumées de l'une des moitiés aux faisceaux du deuxième étage du premier conduit de fumées de l'autre moitié. L'agencement serré présente l'avantage d'assurer une compacité maximale du réchauffeur dlair tubulaire à courants multiples. Les figures 9 et 10 illustrent un agencement séparé d'un réchauffeur d'air à deux voies et sept courants. La figure 9 le montre en projection verticale, et la figure 10, en coupe transversale suivant X-X de la figure 9. La figure 9 montre généralement, dans les conduits de fumées médians, les mêmes parties que dans la figure i. On y voit aussi le circuit unique de conduites de transfert d'air 26 reliant les faisceaux tubulaires 27 du premier étage aux faisceaux tubulaires 28 du deuxième étage des conduits de fumées adjacents. La différence essentielle réside dans la présence des conduits de fumées extrêmes 29 et 30. Les faisceaux tubulaires 27' et 28' des deux étages sont réunis en une seule voie de courant d'air dans chacun des conduits de fumées extrêmes. En conséquence, la conduite d'admission d'air 31 et la conduite de transfert d'air 32 du premier conduit de fumées 29, de même que la conduite de transfert d'air 33 et la conduite d'évacuation d'air 34 du dernier conduit de fumées 30, diffèrent des autres conduites d'air. Comme on le voit sur la figure 10, les conduits de fumées extrêmes ont une largeur égale à la moitié de celle des autres conduits de fumées. rsn conséquence, avec une voie unique de leurs faisceaux tubulaires, la section pour le passage de l'air dans les faisceaux tubulaires des conduits de fumées extremes ne diffère pas de celle existant dans les conduits de fumées médians, ce qui assure leur identité aérodynamique. L'agencement proposé assure une simplicité maximale de la construction et permet on memo temps de fabriquer les faisceaux tubulaires de tous les conduits de fumées avec des sections 35 tout à fait identiques, malgré la différence entre l'agencement des conduits de fumées extrêmes et celui des conduits de fumées médians. Le réchauffeur d'air proposé fonctionne de la manier suivante. L'air est introduit dans les faisceaux tubulaires 1 de la première voie (du premier étage) de tous les conduits (courantes) de fumées à travers les conduites d'amenée d'air 4, d'un meme coté par rapport aux courants de fumées L'air chauffé dans la première voie passe par les conduites de transfert d'air 6, divisées par les cloisons 7 en compartiments (dans le cas confirmé, en trois compartiments), et arrive dans les faisceaux tubulaires 2 de la deuxième voie (deuxième étage), de sorte que l'air plus chaud pénètre d- > ns la partie supérieure (plus chaude) de la deuxième voie, et l'air plus froid, dans la partie inférieure de la deuxième voie.Seal l'air arrivant dans les faisceaux tubulaires i' de la première voie du dernier conduit de fumées est transféré ensuite par la conduite 6' vers le faisceau tubulaire 2' de la deuxième voie du dernier conduit de fumées. Du fait que l'air est amené dans les deux voies d'un même côté (par rapport au courant de fumées),on obtient le même effet thermique qu'avec un croisement en Z. Dans le cas de l'agencement circulaire (figures 2 à 4), le fonetionnement du réchauffeur d'air ne diffère pas de celui décrit. Il faut noter seulement la répartition de l'air entre les courants du réchauffeur d'air à partir de la conduite circulaire 10 commune. De cette dernière, l'air arrive par les conduites d'évacuation Il dans les faisceaux tubulaires 9 du premier étage, d'où il s'écoule par les conduites de transfert d'air 15 vers les faisceaux tubulaires 12 du deuxième étage pour ensuite être évacué du réchauffeur d'air à travers la conduite d'évacuation d'air k5 commune. Les fumées arrivent dan les voies du réchauffeur d'air à travers les conduits de fumées 14, qui peuvent être réunis entre eux. Dans l'agencement serré (figures 5 à 8), le mouvement de l'air semble à première vue différer de celui décrit. Dans les deux moitiés du réchauffeur d'air, séparées par la cloison verticale 18, l'air se déplace dans des sens complètement contraires en passant par les conduites de transfert 21, 23. Toutefois, les conduites de transfert 19 et 20 des conduits de fumées extrêmes ferment le circuit, de sorte que le sens général du mouvement de l'air est unique pour tout le réchauffeur d'air ; dans le cas considéré, ce sens est le sens antihoraire. Dans ce cas aussi, ltair arrive dans les faisceaux tubulaires de façon à couper le courant de fumées d'un morne coté dans les deux étages (voies). Dans l'agencement séparé (figures 9, 10), le mouvement de l'air dans les conduits de fumées extrêmes diffère de celui décrit. Dans le premier conduit de fumées 29, l'air arrivant par la conduite amenée d'air 31 est amené directement dans les faisceaux tubulaires 27' et 28' des deux étages, en formant un courant a voie unique. Ensuite il passe par la conduite de transfert 32 et arrive dans les faisceaux tubulaires 28 du deuxième étage dn deuxième conduit de fumées. Le fonctionnement des courants suivants ne diffère pas de celui décrit plus haut.Dans le dernier conduit de fumées 30, l'air arrivant par le faisceau tubulaire 27 du premier étage de l'avant-dernier conduit de fumées passe par la conduite de transfert 33 et arrive directement dans les faisceaux tubulaires 27' et 28'des deux étages, d'où il est évacué par la conduite d'évacuation d'air 24, en formant lui aussi un courant à voie unique. De la sorte, les faisceaux tubulaires des conduits de fumées extrêmes 29 et 30 fonctionnent d'une manière différente de celle des faisceaux tubulaires des conduits de fumées intermédiaires, bien que les coefficients de transmission de chaleur dans ees faisceaux tubulaires soient pratiquement les mornes par suite de l'égalité des vitesses. Une certaine perte de chaleur, due à cette circonstance, diminue avec l'augmentation du nombre de courants et, en plus, elle est compensée par la simplicité de la réalisation eonstructive du réchauffeur d'air. 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 tubulaire à deux voies et à courants multiples, du type comprenant des faisceaux tubulaires disposés on deux étages dans des conduits de fumées branchés on parallèle, et comportant des conduites d'amenée d'air dans les faisceaux tubulaires du premier étage dans une même direction commune par rapport aux courants de fumées, et des conduites d'évacuation de l'air de chaque faisceau tubulaire du deuxième étage, ainsi que des conduites de transfert d'air à cloisons de séparation pour l'amenée de l'air, suivant la hauteur, dans les faisceaux tubulaires du deuxième étage, dans ladite direction commune, caractérisé en ee que les conduites de transfert d'air relient chaque faisceau tubulaire du premier étage au faisceau tubulaire du deuxième étage du conduit de fumées adjacent, sauf les faisceaux tubulaires du premier étage du dernier conduit de fumées, qui sont reliés aux faisceaux -tubulaires du deuxième étage du premier conduit de fumées de sorte que les faisceaux tubulaires de tous les conduits de fumées soient réunis par les conduites de transfert d'air en un circuit unique, dans la même direction. 2. Réchauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les conduites de transfert d'air sont disposées entre les conduites d'amenée et d'évacuation d'air et ont des parois communes avec celles-ci. 3. Réehauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples, conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les conduites de transfert d'air relient les faisceaux tubulaires de tons les conduits de fumées en circuit circulaire fermé unique. 4. Réehauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples, conforme à l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits conduits de fumées et leurs faisceaux tubulaires sont disposés radialement à partir d'un centre commun et suivant une circonférence. 5. Réchauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples, conforme à l'une des revendication 1, 2 et 3, caractérisé en ce que tous les conduits de fumées sont divisés par une cloison verticale en deux moitiés, et que suivant le circuit fermé précité sont branchées les moitiés ainsi formées des faisceaux tubulaires de ces conduits de fumées. 6. Réchauffeur d'air tubulaire à deux voies et à courants multiples, conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur totale des faisceaux tubulaires des conduits de fumées extrêmes est égale à la moitié de la largeur totale des faisceaux tubulaires des conduits de fumées intermédiaires, tous les faisceaux tubulaires dans chaque conduit de fumées extreme étant reliés en une voie d'air commune et lesdits faisceaux tubulaires étant placés, par la moitié de leur largeur, coaxialement et symétriquement par rapport aux autres conduits de fumées du réchauffeur d'air.