Brevet FR2555296A1 — publié le 19850524

Perfectionnements apportés aux tubes radiants De nombreux traitements thermiques sont effectués dans une enceinte dont l'atmosphère est portée à une température élevée. Pour assurer l'apport calorifique à cette enceinte, on utilise notamment des tubes radiants, c'est-a-dire des tubes qui sont traversés par un mélange gazeux en combustion et qui transmettent les calories dégagées à l'enceinte par rayonnement. Ces tubes radiants comportent un brûleur à leur extrémité amont et, le plus souvent, un récupérateur à leur extrémité aval, ce récupérateurpermettant de réchauffer le comburant. On observe en général une hétérogénéité dans la température du tube, entre la zone dans laquelle se développe la combustion et celle qui est simplement traversée par les produits de combustion. En effet, dans la zone de combustion, le contrôle des vitesses du mélange comburant-combustible permet d'assurer une isothermie relative. Par contre, dans la seconde zone, le flux de chaleur transmis à l'enceinte l'est aux dépens des produits de combustion dont la température décroit progressivement jusqu'au récupérateur ou à la sortie des fumées. La présente invention a pour objet un tube radiant perfectionné de manière à assurer une homogénéisation de la température de sa paroi et à augmenter le rendement thermique. On rappelera brièvement les lois régissant le transfert de chaleur entre la flamme et la charge à chauffer a) Transmission flamme-tube # = K1 Si (( (tgaz + 273)4 - (ttube + 273)4) + K2 Si (tgaz -ttube) b) Transmission tube-charge # = K3 Se (( + (tube +273)4 (tcharge + 273) 4)+ K4 Se (tube tgaz de protection) gaz de protection) où # est le flux transmis - K1 et K3 sont des coefficients globaux d'échange par rayon nement entre gaz (flamme) et tube, et, entre tube et charge respectivement. - K2 et K4 sont les coefficients d'échange par convection à l'intérieur et extérieur du tube respectivement. - K4 est souvent négligeable sauf dans les fours à circulation forcée. - Si et Se sont les surfaces interne et externe du tube radiant. Le tube radiant selon l'invention est caractérisé en ce que sa zone amont dans laquelle se développe la combustion comporte des ailettes ou picots extérieurs sur au moins une partie de sa longueur, alors que sa zone qui est simplement traversée par les produits de combustion est munie d'ailettes ou picots intérieurs sur au moins une partie de sa longueur. Les ailettes ou picots aussi bien extérieurs qu'intérieurs peuvent être obtenus par tous moyens, par exemple autre rapportés, par insertion dans une gorge pratiquée à cet effet et soudure, ou bien être formés directement avec le tube, celui-ci étant obtenu par exemple par extrusion, par moulage ou par centrifugation. On peut par exemple insérer et souder des ailettes sur une tle prédécoupée et, plier ensuite cette tble et souder l'un à l'autre ses bords longitudinaux pour constituer un tube radiant. On peut également mouler deux demi-coquilles et les souder ensuite l'une à l'autre. On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, trois modes de réalisation du tube radiant selon l'invention, avec réfe- rence au dessin annexé dans lequel les Figures 1 à 3 montrent ces tubes en élévation. A la Figure 1, on voit une enceinte 1 dont les parois opposées 2 et 3 sont traversées par des tubes radiants 4. A l'une de ses extrémités, chacun des tubes comporte un brûleur 5 et est relié à des conduitsd'arrivée d'air de combustion et de combustible 6. L'autre extrémité qui traverse la paroi 3 est reliée à un collecteur de fumées non représenté. La partie amont 4a du tube 4 dans laquelle a lieu la combustion comporte des ailettes ou picots extérieurs 7. Ces ailettes ou picots qui augmentent la surface chauffante du tube, ont pour effet d'une part d'augmenter le flux de calories transmis et d'autre part de réduire la température du tube. La partie aval 4b du tube qui est seulement parcourue par les gaz de combustion, est munie d'ailettes ou picots intérieurs 8. Ces ailettes ou picots augmentent la surface intérieure du tube et, par suite, le flux calorifique traversant ce tube. La température de la partie 4b du tube est dans une certaine mesure homogénéisée et rendue voisine de celle du tube dans la zone de combustion 4a. Les ailettes ou picots 8 de la zone aval 4b créent des turbulences qui favorisent la post-combustion des imbrûlés éventuels. Cela permet d'une part de supprimer tout risque d'imbrtlés et d'autre part d'allonger la flamme de sorte que la zone 4a est plus longue et le flux de chaleur mieux réparti que dans un tube radiant usuel, la zone 4b étant donc plus courte. En définitive, la tempe- rature de la paroi du tube 4 est pratiquement constante sur toute la longueur de ce tube. L'augmentation du flux transmis est obtenue par augmentation de la surface Si et du coefficient d'échange K2 dans le cas des ailettes intérieures, par augmentation de la surface Se dans le cas des ailettes extérieures; (seuls, les fours à convection forcée bénéficient d'une augmentation du coefficient K4). Gr ce à cette disposition, on obtient un tube qui, en fonctionnement, a une température de paroi homogène et évite le risque de formation d'imbrûlés dans la zone de fin de combustion. Le flux de chaleur transmis aux produits à traiter est accru et le rendement thermique est augmenté L'homogénéisation de la température de la paroi du tube 4 augmente la durée de vie de ce tube L'augmentation du flux de chaleur transféré à l'enceinte 1 et à la charge qu'elle contient ainsi que l'allongement de la zone de combustion 4a et la suppression des imbrûlés assurent un meilleur épuisement-thermique des fumées, donc une réduction de la consommation d'énergie.On notera à ce sujet, que ce résultat n'est atteint qu'à cause du fait que le tube comporte à la fois des ailettes ou picots extérieurs 7 dans sa zone de combustion 4a et des ailettes ou picots intérieurs dans sa zone aval 4b. I1 sérait impossible de l'obtenir si on ne prévoyait que les ailettes ou picots 7 ou bien les ailettes ou picots 8. I1 resterait une certaine hétérogénéité de température. Dans la zone de raccordement 4c entre les zones amont 4a et aval 4b le tube ne comporte ni ailettes ou picots extérieurs 7, ni ailettes ou picots intérieurs 8. Par ailleurs, le tube, étant rectiligne, rayonne sur toute sa périphérie. Les ailettes ou picots 7 et 8 sont donc répartis sur toute la peripherie interne ou externe du tube, en fonction des géométries de flamme adoptées. Dans le mode de réalisation de la Figure 2, le tube 9 est replié en épingle à cheveux et ses deux extrémités traversent la paroi 2. Son extrémité amont est reliée à un brûleur 10 alors que son extrémité aval est reliée à un -récupérateur 11. La branche amont 9a du tube 9 comporte des ailettes ou picots extérieurs 7. Ceux-ci sont prévus sur une partie seulement de la surface de cette branche, sauf sur la face de celle-ci qui est extérieure et tournée vers le produit à réchauffer qui circule dans le sens de la flèche f. Sur cette face, les ailettes ou picots 7 existent sur sensiblement toute la longueur de celle-ci. La branche aval 9b du tube 9 comporte des ailettes ou picots intérieurs 8 dans sa partie voisine de la paroi 2. Dans le mode de réalisation de la Figure 3, le tube 12 est replié en double épingle à cheveux. Ses branches amont 12a et 12b sont munies d'ailettes extérieures 7 sauf, le cas échéant, sur leurs faces tournées vers d'autres branches du tube. Sa branche aval 2b est munie d'ailettes intérieures 8 et sa branche intermédiaire 12c peut ne comporter ni ailettes extérieures, ni ailettes intérieures. I1 va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Tube radiant caractérisé en ce que sa zone amont 4a, 9a ou 12a-12b dans laquelle se développe la combustion comporte des ailettes ou picots extérieurs 7 sur au moins une partie de sa longueur alors que sa zone 4b, 9b ou 12d qui est simplement traversée par les produits de combustion est munie d'ailettes ou picots intérieurs 8 sur au moins une partie de sa longueur. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est rectiligne. 3. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est replié en épingle à cheveux. 4. Tube selon la-revendication 1, caractérisé en ce qu'il est replié en double épingle à cheveux.