Brevet FR2521275A1 — publié le 19830812

La présente invention se rapporte à un échangeur thermique statique à faisceau tubulaire métallique permettant de récupérer la chaleur d'un cou- rant de gaz ou de fumées pour réchauffer un second courant de gaz Cet échan- geur est notamment destiné à la récupération à haute température de la cha- leur des fumées de combustion des fours ou des gazogènes pour permettre le réchauffage d'air de combustion ou de séchage. La présente invention a pour but en outre de fournir un échangeur de chaleur muni de plusieurs sorties permettant de prélever le gaz réchauffé à différentes températures Elle conduit à une circulation du gaz à réchauf- fer telle qu'il y ait: un refroidissement des plaques tubulaires, une évo- lution symétrique des températures en partant des plaques tubulaires vers la sortie centrale du gaz à réchauffer, une répartition circonférentielle uni- forme des températures dans tout plan perpendiculaire à l'axe de l'échangeur. Ceci se traduit par la mise en oeuvre de plaques tubulaires de faibles épais- seurs, des contraintes thermiques limitées et l'utilisation d'aciers pas ou peu réfractaires. Conformément à l'invention, l'échangeur comporte une pluralité de tubes métalliques dont les extrémités se terminent dans des plaques tubulaires et qui canalisent un premier courant de gaz chaud, ces tubes étant logés dans une enceinte fermée par les dites plaques tubulaires et pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un courant de gaz qui circule autour des tubes et il est essentiellement caractérisé par le fait que l'enceinte comporte des entrées latérales situées près des plaques tubulaires et des sorties latérales situées entre lesdites entrées de manière que l'enceinte soit traversée par deux cou- rants de gaz s'écoulant en sens opposés des plaques tubulaires jusqu'aux di- tes sorties et d'autre partdes cloisons internes traversées par les tubes et formant des chicanes pour l'écoulement du gaz qui passe alternativement au centre et à la périphérie de l'enceinte. Selon une caractéristique de l'invention, l'échangeur comporte des sorties intermédiaires permettant de prélever du gaz entre les entrées et les sorties. Selon une autre caractéristique, chaque plaque tubulaire est réu- nie au reste de l'enceinte par un compensateur. Selon une caractéristique, au moins une cloison est tenue à un déflecteur ayant une forme de révolution et quid Ane le gaz à réchauffer. Linvention va maintenant tre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure unique est une coupe longitudinale de l'échangeur selon l'invention. L'échangeur selon l'invention comporte une pluralité de tubes métal- liques l qui-s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal Il de l'échangeur. Les extrémités de ces tubes se terminent sur des plaques tubulaires 21 et 22 auxquelles ils sont soudés Des manchons 6 sont montés aux extrémités des tu- bes pour protéger les soudures. Les plaques tubulaires 21 et 22 font partie d'une enceinte fermée 2 dans laquelle est logé le faisceau de tubes 1 Un courant de gaz chaud ou de fumées chaudes est amené par un conduit 31 jusqu'aux entrées des tubes af- fleurant la plaque tubulaire amont 21 Les sorties des tubes affleurant la plaque tubulaire aval 22 débouchent dans un conduit 32 qui canalise le gaz à la sortie de l'échangeur pour l' évacuer. L'enceinte est composée de viroles 25, 26, 27 soudés entre elles de manière à former un conduit ou une chambre fermée à ses extrémités par les plaques tubulaires 21 et 22 Chaque plaque tubulaire 21 ou 22 est réunie à la virole 25 ou 26 de l'enceinte par l'intermédiaire d'un compensateur de dila- tation ànsoufflet 23 ou 24. L'enceinte 2 comporte près de lapbque tubulaire amont 21, un premier jeu de tubulures d'entrée 41 qui sont montées latéralement et débouchent à l'intérieur par des orifices d'entrée 411 Elle comporte par ailleurs près de la, plaque tubulaire aval 22, un second jeu de tubulures d'entrée 42 qui sont montées latéralement et qui débouchent à l'intérieur par des orifices d'entrée 421 Ces tubulures d'entrée 41 et 42 servent à introduire dans l'enceinte un second courant de gaz destiné à Nêtre réchauffé par convection Entre les jeux de tubulures d'entrée, en partie médiane, l'enceinte comporte un jeu de tubulures de sortie 43 qui sont montées latéralement et débouchent par des orifices 431 Entre chaque jeu de tubulures d'entrée 41 ou 42 et le jeu de tubulures de sortie 43, l'enceinte comporte un jeu de tubulures intermédiai- res 44 et 45 qui sont montées latéralement et qui débouchent à l'intérieur par des orifices 441 et 451 Ces tubulures intermédiaires permettent de pré- lever le gaz réchauffé, à des températures intermédiaires. Les tubulures d'un même jeu, par exemple les tubulures 41, sont si- tuées dans un mime plan La disposition rayonnante d'un jeu de tubulures per- met une bonne répartition lors de l'introduction ou du prélèvement du gaz à réchauffer Par exemple chaque jeu comporte trois tubulures disposées à 1200 l'une de l'autre. Des cloisons 51 et 52 sont montées à l'intérieur de l'enceinte, perpendiculairement aux tubes qui les traversent Chaque cloison repérée 51 ménage une ouverture centrale et a la forme d'un anneau plan traversé par une partie des tubes du faisceau Chaque cloison repérée 52 ménage avec l'enceinte une ouverture annulaire pour le passage du gaz Les cloisons 51 et 52 sont rangées en alternance de manière à former des chicanes pour l'écoulement du gaz qui passe alternativement par les ouvertures centrales des cloisons 51 et par les ouvertures annulaires périphériques ménagées par les cloisons 52. Chaque cloison extrême 51 à ouverture centrale est située plus près de la plaque tubulaire 21 la plus proche que les tubulures d'entrées 31 Cette cloison est solidaire d'un déflecteur 53 qui est fixé à l'enceinte 2 audelà des tubulures d'entrées 41 Ce déflecteur forme un espace annulaire dans le- quel débouchent les orifices 411 Cet espace est ouvert vers la plaque tubu- laire 21 de manière à dévier le courant de gaz vers l'espace compris entre la cloison 51 et ladite plaque tubulaire. Une des cloisons 52 ménageant une ouverture annulaire pour le gaz est réunie à une collerette 54 de forme évasée, dans le sens d'écoulement du gaz, et qui est fixée à l'intérieur de l'enceinte Cette collerette forme une chambre annulaire dans laquelle débouchent les orifices latéraux 441 des tubu- lures intermédiafes 44 Cette collerette est pourvue d'orifices latéraux 541 qui permettent le passage du gaz vers les tubulures de sortie 43. Certaines des cloisons sont solidaires de viroles de révolution tel- les que les déflecteurs 53 ou 54, ces viroles, soudées à l'enceinte, permet- tant les dilatations D'autres cloisons sont tenues par des attaches permet- tant les dilatations radiales. Les tubes passent avec jeu dans les cloisons 51 et 52 Le faisceau tubulaire n'est pas supporté par les plaques tubulaires mais il est supporté par les cloisons 51 et 52 qui sont verticales. Les conduits 31 et 32 sont isolés par une couche d'isolant L'échan- geur est également calorifugé par une couche d'isolant 4 l'enveloppant exté- rieurement L'enceinte 2 peut 9 tre protégée intérieurement, dans sa partie médiane, par un manchon isolant de calorifuge métallique ou réfractaire 5 fixé sur la paroi interne. Le fonctionnement de l'échangeur va maintenant 9 tre expliqué. Le gaz à haute température qui arrive sur la pbque tubulaire amont 21 pénètre dans les tubes 1 o il circule suivant le sens des flèches Il sort des tubes 1 pour ttre évacué par le conduit 32 Le gaz relativement froid que l'on cherche à réchauffer est amené dans l'enceinte par les tubulures d'entrée 41 et 42 Il circule autour des tubes 1 en deux courants opposés (figurés par les flèches) Chaque courant circule en zig zag,de la plaque tu- bulaire vers le milieu de l'échangeur, en passant alternativement par les ou- vertuîes centrales ménagées dans les cloisons 51 et par les ouvertures péri- phériques ménagées par les cloisons 52 Après réchauffage au contact des tu- bes 1, le gaz chaud est évacué par les tubulures de sortie 43 Au passage, du gaz à température intermédiaire est prélevé par les tubulures intermédiaires 44 et 45. Les deux plaques tubulaires 21 et 22 sont, du c 8 té intérieur, au contact du gaz froid-et les dilatations s'effectuent symétriquement à partir du plan médian passant par les axes des tubulures de sorties. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'inven- tion, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de mime envisager l'emploi de moyens équiva lents. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique comportant une pluralité de tubes métalli- ques( 1) dont les extrémités se terminent dans des plaques tubulaires( 2122) et qui canalisent un courant de gaz chaud, ces tubes( 1)étant logés dans une en- ceinte( 2)fermée par lesdites plaques tubulaires et pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un courant de gaz qui circule autour des tubes, caractérisé par le fait que l'enceinte comporte d'une part des entrées( 41 et 42 situées près des plaques tubulaires ( 21-22) et des sorties ( 43) situées entre les di- tes entrées de manière que l'enceinte soit traversée par deux courants de gaz s'écoulant en sens opposés et d'autre part des cloisons internes ( 51 et 52) traversées par les tubes et qui forment des chicanes pour l'écoulement du gaz qui passe alternativement au centre et à la périphérie de l'enceinte. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des sorties intermédiaires ( 45) permettant de prélever du gaz entre les entrées et les sorties. 3 Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque plaque tubulaire ( 21,22) est réunie au res- te de l'enceinte ( 2) par un compensateur ( 23,24). 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins une cloison ( 51,52) est tenue à un déflec- teur ( 53,54) ayant une forme de révolution et qui dévie le gaz à réchauffer.