Brevet FR2644879A1 — publié le 19900928

La production d'air chaud à haute température (350 à 450') et à débit important (10 000 à 30 000 Nm3 H) est fréquemment réalisée par les dispositifs suivants: - chauffage en direct avec le gaz - réchauffeur indirect à résistances électriques - réchauffeurs indirects chauffés au gaz ou au fuel. Ces différents dispositifs présentent de nombreux inconvénients: Le chauffage de l'air en direct est proscrit pour la fabrication de produits diététiques ou pharmaceutiques par suite du risque de contamination provoqué par le mélange des gaz de combustion avec l'air à réchauffer. Les réchauffeurs électriques ne peuvent étre utilisés économiquement que 6 mois par an compte tenu du coût élevé du kwh pendant l'hiver. Les réchauffeurs indirects par échange entre gaz de combustion et air à réchauffer sont les seuls appareils en dehors des réchauffeurs électriques qui permettent de réchauffer en indirect de l'air à une température supérieure à 2800 (limite supérieure pour les échangeurs alimentés en fluide thermique). Ce type de réchauffeur est représenté par le schéma de principe (fig 1). Il comprend: - Un réchauffeur 1 équipé d'un faisceau tubulaire 4. Un brûleur 3 alimenté au gaz ou au fuel fournit les calories nécessaires à la chambre de combustion 2. Le réchauffeur 1 est monté en-série avec le récupérateur 5 qui est également équipé d'un faisceau tubulaire 6. L'air à réchauffer entre par la tubulure d'admission 7 dans le récupérateur 5. Apres avoir traversé celui-ci, il est introduit dans le réchauffeur I par la tubulure 8. Les gaz de combustion A 1 000' réchauffent cet air par échange au niveau de la chambre de combustion 2 et du faisbeau tubulaire 4. L'air chaud à 400 est évacué par la tubulure 9. Les réchauffeurs fonctionnant suivant ce principe présentent tous les mêmes inconvénients, à savoir: 2 - - Masse de réfractaire importante qui se détériore par suite des écarts de régime et des remises en route. - Obligation d'utiliser des aciers spéciaux pour le premier échangeur compte tenu des températures mises en oeuvre. Malgré cela, des fissurations sont fréquentes du fait de l'écart de température entre les tubes et l'air. - Perte de charge importante du fait de la compacité des échangeurs. Pour remédier à ces inconvénients, un nouveau type de réchauffeur a été élaboré. Sa conception permet de réduire au minimum les écarts de température entre les surfaces de chauffe et de réaliser un ensemble plus souple, plus fiable et moins onéreux. Ceci a été obtenu par la création d'une enceinte comprenant trois corps de chauffe montés en série avec des niveaux de température progressifs. Le premier corps de chauffe est chauffé par récupération sur les gaz de combustion. Le second est équipé d'une batterie vapeur, le troisième constitue une partie de l'invention de par sa conception et son mode de chauffe au moyen de tubes radiants alimentés au gaz. La fig. 2 est une coupe schématique d'un exemple de réalisation d'appareil selon l'invention pour produire de l'air chaud à des températures comprises entre 350 et 450 C et des débits de 10 000 à 30 000 Nm3 H. Sur ce dessin, on voit que l'appareil de l'invention est formé d'un ensemble de 3 enceintes montées en série. Le récupérateur 1 est constitué par une enveloppe métallique extérieure comportant une tubulure d'entrée d'air 2 et un orifice de sortie d'air 3. Il est garni d'un faisceau tubulaire 4 relié par la tubulure 15 à l'évacuation des gaz de combustion des tubes radiants 14. La tubulure 5 permet l'évacuation des gaz de combustion refroidis à l'atmosphère. Le réchauffeur 6 est raccordé au récupérateur par la tubulure 3 qui assure son alimentation en air préchauffé. Il est constitué par un corps extérieur métallique isolé comportant à l'intérieur de la chambre de chauffe 6 une batterie 7 alimentée en vapeur par la vanne de régulation 8 reliée au régulateur 17. Un purgeur 9 permet l'évacuation des condensats vers l'extérieur. La tubulure 10 située à la partie -3 - inférieure du réchauffeur 6 assure la liaison avec le réchauffeur & tubes radiants 12 (appareil de l'invention). Le corps de cet appareil est constitué par une double enveloppe isolée 11 alimentée en air à la partie supérieure par la tubulure 10. L'orifice 13 situé à la partie inférieure de la double enveloppe permet la distribution d'air dans le corps de chauffe 12 garni de tubes radiants à ailettes 14 spécialement étudiés pour limiter la température de la paroi externe des tubes à 600'. Les tubes radiants sont alimentés en gaz par la vanne automatique 16 commandée par le régulateur 17 relié à la -sortie d'air par la sonde de température 20. Le corps de chauffe 12 est traversé à la partie suprieure gauche par la tubulure de sortie d'air réchauffé 19 sur laquelle est monté un déflecteur 18. Le principe de fonctionnement de l'appareil représenté par la fig. 2 est le suivant: - l'air à réchauffer est introduit par la tubulure 2 dans le récupérateur 1. Cet air se réchauffe au contact des tubes à ailettes 4 traversés par les gaz de combustion des tubes radiants 14. Apres refroidissement, les gaz sont évacués à l'atmosphère par la tubulure 5. L'air préchauffé est introduit dans le réchauffeur à vapeur 6 par la tubulure de raccordement 3. L'élévation de température de cet air qui traverse l'enceinte 6 est obtenue par la batterie de chauffe 7 alimentée en vapeur régulée par la vanne automatique 8 pilotée par le régulateur 17. Après avoir traversé la batterie de chauffe, l'air est introduit par la tubulure 10 dans la double enveloppe 11 du réchauffeur 12 équipé de tubes radiants. En traversant la double enveloppe, l'air'refroidit la paroi interne de la chambre de chauffe 12 qui absorbe une partie du rayonnement des tubes radiants 14. L'orifice 13 situé à la partie inférieure de la double enveloppe permet l'introduction de l'air préchauffé dans la chambre de chauffe 12. Après avoir traversé la batterie de tubes radiants et s'être réchauffé, l'air chaud est évacué vers l'utilisation par la tubulure 19 munie d'un déflecteur 18 de façon à assurer un bon remplissage de l'échangeur. La -4régulation de température de l'air sortant par la tubulure 19 est obtenue par le régulateur 17 relié à la sonde 20 située au niveau de la sortie d'air 19. Le régulateur actionne les vannes automatiques vapeur 8 et gaz 16 qui alimentent les brûleurs des tubes radiants 14. Il est programmé de manière à ce que les variations de débit calorifique soient en priorité absorbées par la vapeur, ce qui permet de réduire au minimum les à-coups au niveau des brûleurs des tubes radiants. Les gaz de combustion des tubes radiants 14 sont évacués par la tubulure 15 vers le récupérateur 1, ils préchauffent l'air à réchauffer suivant le processus décrit précédemment. La conception des réchauffeurs 6 et 12 (échange par tubes ailetés et limitation de la température des surfaces de chauffe) annule les inconvénients des appareils actuellement en service (fissuration, manque de souplesse). Cette conception permet également une construction plus légère et moins onéreuse. L'appareil objet de l'invention est prévu pour les industries agroalimentaires, pharmaceutiques ou autres devant utiliser de l'air chaud à haute température exempt de pollution pour le séchage des produits ou les traitements thermiques divers qui font partie des process. L'invention vise l'appareil complet formé d'un récupérateur et de deux réchauffeurs. Elle vise également la conception du réchauffeur 12 & tubes radiants chauffés au gaz suivant le principe décrit ci-dessus. Le récupérateur 1 et le réchauffeur 6 pourront être réalisés de façon connue et sous des formes diverses, ils ne font pas partie de 1' invention. -- 5 -- 1) Dispositif pour réchauffage indirect d'air à une température comprise entre 350 et 450- C et un débit de 10 000 à 30 000 NM H caractérisé en ce qu'il se compose de la combinaison d'un échangeur récupérateur (1), un réchauffeur primaire (6) chauffé à la vapeur ou avec un fluide thermique, un réchauffeur secondaire (12) chauffé par des tubes radiants (14) alimentés au gaz par la vanne régulatrice (16). Le corps du réchauffeur (12) est constitué par une double enveloppe isolée (11). 2) Dispositif selon revendication (1) caractérisé en ce que la double enveloppe isolée (11) est traversée par l'air à réchauffer qui entre en (10) et sort en (13). 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les tubes radiants à gaz sont équipés d'ailettes extérieures. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que un déflecteur (18) est prévu à la sortie d'air de l'échangeur (12). ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par un appareil de régulation de température d'air (17) agissant simultanément sur les vannes gaz (16) et vapeur (8) en donnant priorité au circuit vapeur.