Brevet FR2557686A1 — publié le 19850705

La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour transmettre de la chaleur d'un milieu gazeux contenant de la poussière, par exemple de l'air ou un autre gaz, à un second milieu fluide, comme de l'air, les deux milieux étant maintenus séparés l'un de l'autre. Un type connu d'échangeur de chaleur de ce genre (appelé dans la suite "du type décrit") se compose d'un carter de section droite de préférence rectangulaire. A la partie supérieure du carter, il est prévu une entrée de gaz et une sortie de gaz, entre lesquelles est disposé, pour le milieu gazeux, un trajet en forme de U au travers du carter, le trajet étant partiellement défini par une paroi séparatrice suspendue à une plaque supérieure du carter. Un certain nombre de tuyaux en forme de U, dont les extrémi- tés individuelles sont fixées sur la plaque supérieure, par le côté supérieur de laquelle ils débouchent sur des côtés opposés de la paroi séparatrice suspendue, sont montés dans le trajet en forme de U et forment un trajet pour le second milieu qui est canalisé au travers des tubes. Deux chambres comportant respectivement une entrée et une sortie sont placées au-dessus des extrémités des tubes, une de chaque côté de la paroi séparatrice. Les parois séparatrices, les chambres et la plaque supérieure constituent une partie supérieure de l'échangeur de chaleur. De tels échangeurs de chaleur comportant des tubes suspendus en forme de U dans un trajet en forme de U sont en principe connus par exemple d'après DE-A-2 846 581. Lorsqu'un échangeur de chaleur du type décrit est utilisé pour refroidir des gaz contenant de la poussière ou pour récupérer de la chaleur contenue dans ceux-ci, on fait passer les gaz le long du trajet en forme de U au travers du carter. tandis que le milieu de refroidissement ou le milieu de transport de la chaleur récupérée passe dans les tubes en forme de U, à contre-courant par rapport à l'écoulement de gaz empruntant le carter pour suivre son trajet en forme de U. Sur le parcours empruntant le carter, une partie de la poussière est précipitée et le carter est pourvu à sa partie inférieure d'une trémie de déchargement de la poussière précipitée. Cependant, une partie de la poussière se dépose sur les tubes et réduit la transmission de chaleur d'un milieu à l'autre et il est nécessaire de temps à autre de nettoyer les tubes de la poussière précipitée. Normalement cela est réalisé en arrêtant l'installation pendant un certain temps ou on effectue un simple nettoyage mécanique des tubes, par exemple en insufflant dans ceux-ci de l'air comprimé, éventuellement avec addition d'un certain type de grains abrasifs. L'invention a pour but de créer un échangeur de chaleur du type décrit, dans lequel les tubes puissent être maintenus constamment propres-pendant un fonctionnement ininterrompu de l'échangeur de chaleur. Conformément à l'invention, ce problème est résolu en pourvoyant l'échangeur de chaleur d'un ou plusieurs mécanismes de percussion qui, à intervalles, pendant le fonctionnement de l'échangeur de chaleur, agissent sur les tubes sensiblement dans leur direction longitudinale de façon. à les faire vibrer. Les mécanismes de percussion sont de préférence montés dans des supports placés sur la plaque supérieure du carter et ils sont agencés de telle sorte que les percu- teurs soient dirigés perpendiculairement à la plaque supé- rieure dans la direction longitudinale de branches verti- cales des tubes en forme de U. Pour empêcher la force de percussion de se propager au travers du carter jusqu'à sa fondation, la plaque supé- rieure, qui porte les parois séparatrice, les tubes et les mécanismes de percussion, peut s'appuyer élastiquement sur le haut, par exemple un bord supérieur, du carter. D'autres mécanismes de percussion peuvent être installés à la partie inférieure du carter de façon à agir sur les parties horizontales des tubes en forme de U dans leur direction longitudinale. Les mécanismes de percussion peuvent avantageu- sement se composer de cylindres pneumatiques qui sont actionnés à intervalles et à partir desquels une impulsion d'impact peut être transmise par l'intermédiaire d'une ou plusieurs barres à la plaque supérieure du carter, sur laquelle les tubes sont fixés. Cependant,l'invention n'est pas limitée à l'utili- sation de cylindres pneumatiques, et d'autres types de mécanismes de percussion peuvent être employés, par exemple des marteaux de percussion qui sont soulevés par un arbre rotatif et qui exécutent leur percussion lorsqu'ils tombent ensuite par gravité. Du fait que les mécanismes de percussion agissent sur les tubes dans leur direction longitudinale, on est assuré que des vibrations longitudinales et transversales sont engendrées dans les tubes pour détacher la poussière adhérant sur ceux-ci. Les vibrations longitudinales sont superposées à des vibrations transversales qui évacuent la matière détachée des tubes. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une vue de face, en partie en coupe, d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention; la figure 2 est une vue latérale, en partie en coupe, de l'échangeur de chaleur de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan, en partie en coupe, de l'échangeur de chaleur de la figure 1; et la figure 4 est une vue en coupe montrant un détail du joint existant entre le carter et la plaque supérieure de l'échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur (figures 1, 2 et 3) est pourvu d'une entrée 1 de gaz à partir de laquelle un conduit en forme de U est relié à une sortie 5 de gaz; le conduit est formé par une paroi séparatrice 2 suspendue à une plaque supérieure 4 dans un carter 3 en forme de caisson, dont les parois sont renforcées, dans la construction repré- sentée, par des manilles de montage 10 réparties sur la paroi et des boulons de blocage 11, qui peuvent être soudés chacun par une extrémité sur une manille/ après avoir été insérés dans les manilles. Un certain nombre de tubes 6 en forme de U suivent le profil du conduit en forme de U parcourent le carter 3 de - 'échanreur de chaleur; ils sont fixés sur la plaque supérieure 4 de manière que leurs extrémités ouvertes soient situées sur le côté supérieur de la plaque. A la suite de la paroi séparatrice suspendue, une paroi 7 divise le volume situé au-dessus de la plaque supérieure 4 en deux chambres 28 et 29 qui sont reliées entre elles par les tubes 6 en U et qui sont chacune pourvues d'une ouverture formant une sortie 8 et d'une ouverture formant une entrée 9. Le milieu de refroidissement, de préférence de l'air, est canalisé par l'intermédiaire de l'entrée 9 dans l'une des chambres 29 au-dessus de la plaque supérieure 4. A partir de cette chambre, le milieu de refroidissement s'écoule dans les tubes en U jusque dans l'autre chambre 28 à partir de laquelle il est évacué par l'inter- médiaire de la sortie 8 d'air. Du gaz provenant d'un four ou analogue s'écoule le long du conduit en forme de U depuis l'entrée 1 de gaz jusqu'à la sortie 5 de gaz, de préférence à contre-courant par rapport au milieu de refroidissement s'écoulant dans les tubes 6 en U. Pendant ce passage, le gaz est refroidi et une partie de la poussière qu'il peut contenir est précipitée et tombe directement à l'intérieur du carter 3 de l'échangeur de chaleur de façon à être déchargé par l'intermédiaire d'une trémie 12 située à la base du carter 3. Cependant une autre partie de la poussière s'accumule sur les tubes en forme de U o elle réduit la transmission de chaleur entre le gaz passant dans le conduit en forme de U et le milieu de refroidissement passant dans les tubes 6 en forme de U. En conséquence des mesures sont prises pour évacuer d'une manière continue la poussière qui s'est accumulée sur les tubes en forme de U. Dans ce but, un certain nombre de cylindres pneumatiques 13 sont montés dans des supports (non repré- sentés) sur la plaque supérieure 4. Les cylindres 13 sont actionnés à intervalles pour soumettre la plaque supérieure 4, et par conséquent les tubes 6 en forme de U fixés sur cette plaque, à un impact de percussion. L'impact de percussion, opérant perpendiculairement à la plaque supérieure 4 et dans la direction longitudinale des parties verticales des tubes en forme de U, est transmis à partir des cylindres 13 à la plaque supérieure 4 par l'intermédiaire d'une tige 14, d'une enclume 15 et d'un treillis 16 de distribution. Lorsque les tubes en forme de U sont mis en vibrations sous l'effet de la percussion, de la matière déposée se détache et tombe dans la trémie de décharge 12. D'autres cylindres de percussion peuvent être montés sur la partie inférieure du darter de l'échangeur de chaleur! de façon à agir sur les parties horizontales des tubes en forme de U. dans la direction longitudinale desdites parties. Pour empêcher les chocs et les vibrations s'exer- çant sur la plaque supérieure d'être transmis au carter 3 de l'échangeur de chaleur, la plaque supérieure doit être montée sur le carter d'une manière élastique. Du fait que la plaque supérieure et sa paroi séparatrice suspendue forment, en combinaison avec le carter, le conduit en forme de U pour le gaz à refroidir, -le joint entre la plaque supérieure et le carter doit en outre être étanche à l'air. Une vue de détail de ce joint élastique et étanche à l'air entre le carter et la plaque supérieure apparaît sur la figure 4. Une bride 17 est montée sur le bord supé- rieur du carter 3. Une bride correspondante 18 est prévue sur la plaque supérieure 4 et elle peut faire partie de cette plaque, ladite partie étant située sur le côté exté- rieur de la paroi 30 des chambres à air 28, 29 disposées sur le côté supérieur de la plaque supérieure. Entre les brides 17 et 18, il est prévu un soufflet d'étanchéité 26 qui est protégé contrela chaleur provenant du gaz passant au travers de l'échangeur de chaleur par une matière isolante 27 disposée à l'intérieur du soufflet. o Lors de l'assemblage de l'échangeur de chaleur, le sous-ensemble constitué par la plaque supérieure 4, sa paroi suspendue 2, les tubes 6 en forme de U. les chambres à air 28, 29 et les cylindres de percussion 13, est retenu par son propre poids en position dans le carter, et le joint élastique entre la plaque supérieure et le carter est établi par l'intermédiaire de la bride 18 de la plaque supérieure 4 s'appuyant sur un certain nombre de supports élastiques 31 boulonnés sur la bride 17 du carter. Les supports élastiques 31 se composent chacun (figure 4) d'un guide 19 de ressorts pourvu d'une plaque d'appui 20 et d'une tige filetée 21 faisant saillie en dessous de la plaque, la tige filetée passant au travers de la bride 17 du carter sur lequel le guide 19 de ressorts est fixé au moyen d'un écrou 22. Sur la plaque d'appui 20 du guide 19 de ressorts sont montés un certain nombre de ressorts 23 en forme de disques, sur la partie supérieure desquels repose alors un bloc d'appui 24 pourvu d'un trou 25 lui permettant d'être descendu sur le guide 19 de,ressorts. de façon à s'appuyer contre les disques élastiques 23 sans que le guide 19 atteigne le fond du trou 25 du bloc d'appui 24. La structure représentée permet également un démontage facile de l'échangeur de chaleur en vue d'une réparation ou d'un nettoyage, du fait que la plaque supé- rieure et les tubes montés sur celle-ci peuvent simplement être soulevés à partir du haut du carter de l'échangeur de chaleur. I'échn.eur de chaleur décrit ci-dessus peut notamgent servir dans les industries m4ta]lurgiques et chimiques. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur pour transmettre de la chaleur d'un milieu gazeux contenant de la poussière à un second milieu fluide qui sont maintenus séparés l'un de l'autre, l'échangeur de chaleur comprenant un carter(3) pourvu d'une entrée (1) de gaz et une sortie (5) de gaz; un trajet en forme de U pour le milieu gazeux empruntant le carter, ce trajet étant partiellement défini par une paroi sépara- trice (2) suspendue à une plaque supérieure (4) du carter; un certain nombre de tubes (6)en forme de U qui permettent le passage du second milieu et qui sont montés dans le trajet en forme de U, les extrémités de tubes individuels étant fixées sur la plaque supérieure, avec leurs extémités débouchant sur le côté supérieur de la plaque sur les côtés opposés de la paroi séparatrice suspendue; deux chambres (28, 29) pourvues respectivement d'une entzrée (9) et d'une stortie (8) et situées au-dessus des extrémités des tubes et une chambre étant placée de chaque côté d'une autre paroi séparatrJce (30), lesdites parois séparatrices, lesdites chambres à air et la plaque supérieure constituant une partie supérieure de l'échangeur de chaleur, échangeur caractérisé en ce qu'il comporte également un ou plusieurs mécanismes de percussion (13) qai agissent, à intervalles, au cours du fonctionnement de l'échangeur de chaleur, sur les tubes (6) de facon à produire une vibration desdits tubes (6) sensiblement dans leur direction longitudinale. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mécanismes de percussion (13) sont montés dans des supports sur la plaque supérieure (4) du carter (3) et sont agencés d'une manière, telle que les chocs soient dirigés perpendiculairement à la plaque supé- rieure (4) dans la direction longitudinales des branches ri;ficdes des ulbes en forme de U (6). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie supérieure de l'échangeur de chaleur s'appuie par l'intermédiaire de la plaque supérieure (4) élastiquement sur le haut du car- ter (3). 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les méca- nismes de percussion (13) se composent de cylindres pneuma- tiques qui sont actionnés à intervalles.