Brevet FR2542423A1 — publié le 19840914

La présente invention est relative à un économiseur de chaleur du type à tubes horizontaux et a pour objet l'amélioration du rendement de transmission de la chaleur dans l'économiseur et la protection des tubes constituant l'économiseur contre toute surchauffe due à des vides produits à la partie supérieure de ces tubes par la présence de bulles de vapeur résultant de la chaleur provenant des gaz d'échappement. La Demanderesse a mis au point et fait connaitre des économiseurs à basse température dans lesquels on utilise des tubes de transmission de chaleur réalisés en verre résistant à haute température. La présente invention permet de déterminer par l'observation directe, de l'extérieur, les conditions dans lesquelles les bulles de vapeur se forment dans ces tubes en verre réfractaire. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'un dispositif améliorant la transmission de la chaleur dans un économiseur du type à tubes horizontaux en réduisant le plus possible la formation de bulles de vapeur dans les tubes de transmission de chaleur constituant 1 'économiseur. Le but de l'invention est également d'empêcher que les tubes de transmission de la chaleur constituant l'économiseur du type horizontal subissent une surchauffe dans leurs parties supérieures par suite de la formation de bulles de vapeur. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes due réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 représente un économiseur à basse température comprenant des tubes de transmission de la chaleur réalisés en verre réfractaire, selon l'invention. La fig. 2 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'économiseur à basse tempé rature est constitué par des tubes de transmission de chaleur en verre réfractaire. La fig. 3 est une courbe indiquant comment varient, en fonction de l'inclinaison des tubes de transmission de la chaleur en abscisse, les températures. obtenues en ordonnée, c'est-à-dire les taux de transmission de la chaléur déterminé sur un économiseur suivant lein- vention. La fig. 4 représente un économiseur à tubes horizontaux du type habituel pour hautes températures et hautes pressions dans lequel les tubes sont en acier. La fig. 5 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel l'économiseur du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions comporte des tubes en acier comme 1'économiseur de la fig. 4. La fig. 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention comportant une série d'économiseurs du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions. Avant d'expliquer l'invention, il y a lieu de décrire, en se référant à la fig. 1, un économiseur comportant des tubes de transmission de la chaleur réalisés en verre réfractaire. A la fig. 1, la référence 1 désigne un conduit dans lequel passe, dans le sens de la flèche, une certaine quantité de gaz d'échappement entre deux parois latérales 2 et 2', situées à un mètre environ l'une de l'autre, tandis que la référence 3 désigne l'économiseur constitué par les tubes de transmission de la chaleur 4, 4' ... en verre réfractaire montés dans ce conduit 1. L'appareil comprend également un récipient d'eau 5, un tube d'aspiration 6 et une boîte 7, l'eau aspirée au niveau de cette boite 7 pénétrant dans le tube dont le niveau de température est le plus bas pour arriver finalement à la boite 9 où elle est à une température de 900 environ et où elle est aspirée par la pompe 10 et envoyée dans le conduit 11. Il est impossible d'utiliser de fortes pressions dans des tubes de transmission de chaleur réalisés en verre réfractaire.La fig 1 représente un exemple dans lequel l'économiseur à basse pression est monté du côté aspiration de la pompe 10. L'observation du fonctionnement de cet économiseur à basse température a montré que les bulles de vapeur se formaient à la surface intérieure supérieure des tubes 4, 4' ... de transmission de chaleur réalisés en verre réfractaire, que ces bulles de vapeur atteignaient des dimensions considérables et qu'elles ne se déplaçaient pas, contrairement à ce que l'on aurait pu supposer. La présence de ces bulles réduit dans des proportions considérables le taux de transmission de la chaleur par les tubes. La fig. 2 représente un mode de réalisation de l'invention appliquée à un économiseur à basse température comme celui. de la fig. 1, dans lequel les tubes sont en verre réfractaire. Comme le montre la fig. 2, les tubes 14, 14' ... en verre réfractaire sont légèrement inclinés de manière à monter dans le sens dans lequel l'eau circule dans les tubes qui sont reliés par des éléments de tube 18, 18' ... en-forme de U. Lorsque la pente des tubes de transmission de chaleur 14, 14' ... est d'envi- ron 2 mm pour un mètre environ, les bulles formées dans ces tubes commencent à se déplacer lentement; lorsque la pente est de 5 mm pour un mètre environ, les bulles de vapeur se déplacent régulièrement dans le sens de l'écoulement de l'eau.Lorsque la pente est de plus de 5 mm pour un mètre environ, aucune bulle ne peut plus rester à sa place, mais les dimensions de l'économiseur à basse température deviennent alors considérables et son prix de revient augmente. En effectuant, au cours de ces observations, des mesures pour déterminer le taux de transmission de la chaleur dans cet économiseur à basse température, on a pu établir une relation, représentée à la fig. 3, entre la pente donnée aux tubes de transmission de la chaleur et le taux de transmission obtenu, c'est--àwdire les températures fournies par l'économiseur. Le graphique indique en ordonnée la température de l'eau chaude fournie par l'économiseur et, en abscisse, la pente des tubes de l'économiseur. Ces observations ont été faites sur un éconos miseur comportant des tubes en verre réfractaire, mais on peut admettre que le phénomène de la formation des bulles se produit de la même manière dans un économiseur du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions dans lequel les tubes de transmission de chaleur sont en acier comme ceux que représente la fig. 4. A la fig. 4 la référence 21 désigne un conduit dans lequel les gaz d'échAppement circulent, dans le sens de la flèche, entre les parois latérales 22 et 22' espacées d1un mètre environ; l'économiseur 23 est du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions et les tubes de transmission de chaleur 24, 24' ... sont disposés horizontalement dans le conduit. L'ap- pareil comprend également un réservoir d'eau 25, un tube d'aspiration 26, une pampre à haute pression 27, un con duit d'évacuation 28 et une boite 292 partant de cette boîte, l'eau pénètre dans le tube 24 le plus bas, puis parcourt tous les tubes de transmission de chaleur 24', 24" ... en passant par les éléments de tubes 30, 30' en forme de U, pour arriver à une température élevée et sous forte pression àla boite 31 d'où elle est envoyée, par le conduit de sortie 32, à un appareil comme, par exemple, une chaudière à vapeur. La fig. 5 représente un mode de réalisation de l'invention appliquéeà un économiseur du type à tubes horizontaux pour températures élevées et fortes pressions dans lequel les tubes de transmission de chaleur sont en acier comme ceux que représente la fig. 4. Comme le montre la fig. 5, les tubes de transmission de chaleur 34, 34' ... sont disposés de manière à monter légèrement dans le sens de la circulation de l'eau dans les tubes et ils sont reliés aux tubes de transmission de chaleur suivant 34', 34" situés au-dessus d'eux par des éléments de tube 40, 40' en forme d'U. Dans le cas des tubes de transmission de la chaleur réalisés en acier, le phénomène de la formation des bulles de vapeur ne peut pas être observé de l'ex- térieur. I1 est cependant possible d'effectuer des essais consistant à faire varier la pente des tubes de 2 à 5 mm pour un mètre environ. Ces essais ont mis en évidence une relation d'allure analogue à celle que représente la courbe de la fig. 3. La fig. 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention appliquée à un économiseur du type à tubes horizontaux pour températures élevées et fortes pressions dans lequel les tubes de transmission de chaleur sont en acier et associés à des boutes 49, 50 disposées des deux côtés. Les gaz d'échappement à haute température pénètrent dans le sens de la flèche dns le conduit 41 entre les parois latérales 42 et 42' séparées par une distance de un mètre environ et l'appareil comprend, à l'intérieur de ce conduit, plusieurs économiseurs pour températures élevées et fortes pressions comportant des tubes de transmission de chaleur en acier 44,44'... L'appareil comprend également un réservoir d'eau 45, un tube d'aspiration 46, une pompe à haute pression 47, un tube de sortie 48, des boîtes 49 et 50 et un tube d'évacuation 51. L'eau chauffée par les différents économiseurs à température élevée et sous forte pression est envoyée à un appareil comme, par exemple, une chaudière à vapeur. L'expérience a montré que l'économiseur du type représenté à la fig. 6 se comporte suivant la courbe de la fig. 3. L'invention permet d'augmenter de 10 pour cent environ le taux de transmission de chaleur de n'importe quel économiseur en inclinant les tubes de transmission de chaleur suivant une pente de 2 à 5 mm pour un mètre environ, en général de 5 mm, de manière à les faire monter légèrement dans le sens de l'écoulement de l'eau, ce qui permet donc des économies d'énergie thermique. REVEND ICAT ION Economiseur du type à tubes horizontaux, caractérisé en ce que chacun des tubes de transmission de la chaleur est disposé de manière à monter légèrement dans le sens dans lequel l'eau s'écoule dans le tube de transmission de chaleur.