Brevet FR2598496A1 — publié le 19871113

Echangeur de réchauffage d'air sous pression en contre-courant de fumées circulant dans des faisceaux tubulaires La présente invention concerne un échangeur vertical de réchauffage d'air sous pression en contre-courant de fumées circulant dans des faisceaux tubulaires. On connait déjà des réchauffeurs d'air à faisceaux tubulaires parcourus par des fumées. Ils sont eontenus dans une enveloppe de forme parallélépipédique. Ils nécessitent des renforts importants pour permettre à leurs parois de résister à la pression interne de l'air. Ils 10 doivent comporte un calorifugeage intérieur pour éviter que les parois ne soient soumises à un gradient de température trop élevé en fonctionnement. Par ailleurs, le poids des tubes de passage des fumées étant supporté par la partie inférieure de l'échangeur, la dilatation des faisceaux tubulaires s'effectue du bas vers le haut. Il est done 15 nécessaire de disposer à la partie supérieure de l'échangeur, la plus chaude, des compensateurs de dilatation assurant l'étanchéité entre les zones de passage d'air et de fumées. Enfin, dès que les débits d'air traité sont importants, comme dans les réchauffeurs d'air pour centrales thermiques, les échangeurs doivent 20 comporter des faisceaux tubulaires de grandes dimensions, qu'il n'est pas possible de préfabriquer en usine. Il y a donc lieu d'effectuer sur le lieu de montage un grand nombre de mises en place de tubes dans les plaques tubulaires, en général par dudgeonnage. La présente invention a pour but de procurer un échangeur de ce 25 genre qui ne nécessite pas d'adjonction de renforts importants des parois pour résister à la pression interne, qui se prête à une préfabrication en usine et n'implique pas d'opérations de dudgeonnage de tubes dans des plaques tubulaires sur chantier. L'échangeur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est con30 tenu dans une virole cylindrique, en ce que ses faisceaux tubulaires sont répartis régulièrement en couronne entre deux zones axiales et deux zones périphériques de circulation de l'air et séparés par des chicanes radiales, en ce que ces chicanes sont reliées aux plaques tubulaires supérieures de support des faisceaux et transmettent le poids de ceux-ci 35 -2- à des appuis périphériques entourant la partie inférieure de l'échangeur, et en ce que des joints de dilatation sont disposés entre la partie inférieure des viroles cylindriques et les plaques tubulaires inférieures des faisceaux. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes: - Ses faisceaux tubulaires sont subdivisés en plusieurs faisceaux élémentaires superposés, les zones axiales et périphériques sont munies de chicanes imposant à l'air de circuler alternativement de la zone axiale 10 vers la zone périphérique, puis de la zone périphérique vers la zone axiale, ou réciproquement, en courants croisés avec les fumées circulant dans les faisceaux élémentaires. - Il comporte des gaines d'arrivée d'air froid et d'évacuation d'air réchauffé au-dessous et au-dessus de la zone axiale. - Il comporte une première couronne de faisceaux tubulaires de passage de fumées disposée sur le trajet d'un premier circuit d'air, au moins une deuxième couronne de faisceaux tubulaires de passage de fumées, séparée de la première couronne et disposée sur le trajet d'un deuxième circuit d'air coaxial au premier. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des échangeurs verticaux de réchauffage d'air sous pression à contre-courant de fumées. La figure 1 représente en coupe par un plan diamétral vertical (axe I-I de la fig.2) un échangeur comportant une couronne unique de 25 faisceaux tubulaires, et une entrée et une sortie d'air uniques. La figure 2 représente une vue de même échangeur, partie en plan, partie en coupe selon l'axe horizontal II-II de la figure 1. La figure 3 représente en coupe par un plan diamétral vertical un échangeur comportant une double couronne de faisceaux tubulaires, avec 30 deux circuits d'air séparés. La figure 4 représente une vue du même échangeur, partie en plan, partie en coupe selon un plan horizontal. Dans la figure 1, la virole 1 de l'échangeur est reliée à des tubulures axiales 2 d'introduction d'air froid et 3 d'évacuation d'air 35 réchauffé, et à des gaines annulaires 4 d'introduction de fumées chaudes et 5 d'évacuation de fumées refroidies. L'air froid pénètre par la tubulure inférieure 2 dans une zone axiale 6 fermée par une chicane horizontale 7. Comme représenté par les flèches, il s'échappe latéralement en traversant à courants croisés des 5 faisceaux tubulaires tels que 8, 9, répartis en couronnes, comme on le voit par la figure 2. Il s'élève alors par la zone annulaire 10. Rencontrant la chicane annulaire 11, il est contraint de revenir vers la zone axiale, en traversant radialement des faisceaux tubulaires tels que 12, 13. Puis il est de nouveau dérivé vers la zone annulaire par une nouvelle 10 chicane, et ainsi de suite. Il s'évacue en fin de compte par la tubulure axiale supérieure 3. Les fumées chaudes sont introduites par la gaine supérieure 4 dans les faisceaux tubulaires supérieurs. Elles traversent verticalement les faisceaux tubulaires successifs, puis sont évacuées par la gaine 15 inférieure 5. Les faisceaux tubulaires tels que 8, 9, 12, 13 sont préfabriqués en usine, et il suffit sur le chantier de les monter entre des chicanes radiales telles que 20, (figure 2), et de les souder aux différents fonds. Le fractionnement du faisceau dans sa hauteur permet le retubage 20 éventuel des faisceaux de la partie inférieure tels que 8 et 9. L'ensemble de l'échangeur est munie d'appuis tels que 14, permettant de le faire reposer sur des poutres du support. Un calorifuge 15 est disposé sur la face externe de la virole. Pour compenser les dilatations différentielles de la virole et des 25 faisceaux tubulaires, le fond 16 solidaire des plaques tubulaires inférieures est relié par un soufflet de dilatation 17 à la partie inférieure de la virole. La tubulure d'admission d'air froid et la gaine d'évaeuation des fumées refroidies sont reliées également par un soufflet de dilatation 18. L'échangeur représenté en figures 3 et 4 est à double circuit d'air à réchauffer et de fumées à refroidir. Il comporte comme le prcAédent une tubulure axiale inférieure 2 d'introduction d'air froid et une tubulure axiale supérieure 3 d'évacuation d'air réchauffé. Les deux circuits d'air sont figurés par des flèches. Le circuit d'air axial est 35 séparé d'un circuit d'air périphérique par une cloison cylindrique 26, -4- délimitant une zone de circulation externe 10 de circuit d'air axial et une zone de circulation interne 27 du circuit d'air périphérique. Le traJet de l'air du circuit axial est analogue à celui décrit cidessus en référence aux figures 1 et 2, et ne sera pas décrit à nouveau, 5 mais il est délimité extérieurement non par la virole, mais par la cloison 26. Le trajet de l'air du circuit périphérique est le suivant. Il pénètre dans une gaine circulaire par une tubulure 22 et traverse la virole par des ouvertures pratiquées en face des faisceaux tubulaires tels t10 que 24, 25 répartis régulièrement sur le pourtour de la virole et séparés par des cloisons radiales telles que 37, 38 comme représenté en figure 4. Il traverse radialement à courants croisés ces faisceaux tubulaires, puis s'élève dans la zone annulaire interne 27. Il est dévié à 15 nouveau par une chicane 28 vers la zone annulaire externe 29, et traverse radialement le faisceau 30. S'élevant dans cette zone externe il est dévié à nouveau vers la zone 27 par une chicane 34, et ainsi de suite. Comme pour son entrée dans l'échangeur, il est finalement évacué à la partie supérieure en traversant la virole, et, est collecté dans une 20 gaine circulaire reliée à la tubulure de sortie 23. Les fumées chaudes sont introduites dans le haut de l'échangeur par les gaines concentriques 32, 33. La gaine 32 sert à l'introduction de la partie des fumées venant en échange de chaleur avec le courant d'air axial. Ces fumées s'écoulent vers le bas de l'échangeur à travers 25 des faisceaux tubulaires successifs, tels que les faisceaux 8, 9. Elles sont évacuées refroidies par la gaine 5. Les fumées venant en échange de chaleur avec le circuit d'air périphérique sont introduites par la gaine 33. Elles s'écoulent vers le bas par des faisceaux tubulaires successifs tels que 24, 25 et sont 30 évacuées avec les autres par la gaine 5. Pour compenser les dilatations différentielles des faisceaux tubulaires et des viroles, les fonds solidaires des plaques tubulaires inférieures sont reliés par des soufflets 17, 19 à la partie inférieure de la virole. La tubulure 2 d'introduction d'air froid et la gaine 5 35 d'évacuation des fumées refroidies sont reliées par un soufflet 18. -5 REVENDICATIONS: 1/ Echangeur vertical de réchauffage d'air sous pression en contrecourant de fumées circulant dans des faisceaux tubulaires, caractérisé en ce qu'il est contenu dans une virole cylindrique (1), en ce que les 5 faisceaux tubulaires (8, 9 12, 13; 24, 25, 30, 31) sont répartis régulièrement en couronne entre deux zones axiales (6 et 27) et deux zones périphériques (10, 29) de circulation de l'air et séparés par des chicanes radiales (20, 21; 37, 38), en ce que ces chicanes sont reliées aux plaques tubulaires supérieures de support des faisceaux et transmet10 tent le poids de ceux-ci à des appuis périphériques (14) entourant la partie inférieure de l'échangeur, et en ce que des joints de dilatation (17, 19) sont disposés entre la paroi inférieure des viroles cylindriques et les plaques tubulaires inférieures des faisceaux (16). 2/ Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fais15 ceaux tubulaires sont subdivisés en plusieurs faisceaux élémentaires superposés (8, 12,..., 9, 13...) en ce que les zones axiales et périphériques sont munies de chicanes (7, 11; 28, 34) imposant à l'air de circuler alternativement de la zone axiale vers la zone périphérique, puis de la zone périphérique vers la zone axiale, ou réciproquement, en 20 courants croisés avec les fumées circulant dans les faisceaux élémentaires. 3/ Echangeur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des gaines d'arrivée d'air froid (2, figure 1) et d'évacuation d'air réchauffé (3) au-dessous et au-dessus de la zone axiale. 4/ Echangeur selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une première couronne de faisceaux tubulaires (8, 9, 12, 13) de passage de fumées disposée sur le trajet d'un premier circuit d'air, au moins une deuxième couronne de faisceaux tubulaires (24, 25, 30, 31 figure 3) de passage de fumées séparée de la première couronne et 30 disposée sur le trajet d'un deuxième circuit d'air coaxial au premier.