<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositif pour accroître la transmission de chaleuro
Cette invention a pour objet un procédé et un dispo- sitif pour accroître la transmission de chaleur d'un liquide, gaz, vapeur ou fluide analogue à une surface de chauffe ou, inversement, d'une surface de chauffe au fluide d'échange thermique.
On sait que la transmission de chaleur d'un fluide d'échange thermique à une surface de chauffe ou, inversement, de la surface de chauffe à ce fluide crott quand on augmente les remous au sein du fluide d'échange thermique ou quand on augmente la vitesse de ce dernier le long de la surface
<Desc/Clms Page number 2>
de chauffe, ce qui a aussi pour effet d'augmenter les remous.
On connaît aussi des dispositifs pour produire cet effet, comme les déflecteurs, anneaux, ailettes hélicoïdales etc. que l'on dispose dans les carneaux de fuméeet on emploie également le tirage artificiel et le soufflage sous la grille.
Les dispositifs mentionnés en premier lieu, employés par exemple dans les chaudières à vapeur, présentent l'inconvé- nient de créer par leur résistance un obstacle au tirage, de se détériorer rapidement sous l'effet des températures élevées, tandis que leur section transversale libre s'obstrue partiel- lement de scories, de coke et de cendres entraînées, ce qui empêche le nettoyage, notamment celui des petits tubes de fumée. L'emploi du tirage artificiel renforcé est limité par le fait qu'une grande quantité d'air entre inévitablement à travers les joints peu étanches de la maçonnerie et de l'installation de chaudières, ce qui entraîne de grandes per- tes en chaleur des gaz perdus. L'emploi du soufflage sous la grille en vue d'atteindre le même but est limité par la pres- sion, positive ou négative, à maintenir au-dessus de la grille.
Cette invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus et d'accroître la transmission de chaleur d'un liquide, gaz, vapeur ou fluide d'échange thermique ana- logue à une .'surface de chauffe ou, inversement, d'une sur- face de chauffe au fluide d'échange thermique, en ayant re- cours à un fluide auxiliaire tel qu'un liquide, gaz, vapeur ou fluide analogue qui crée des remous au sein du fluide d'échange thermique ou augmente la vitesse de ce dernier le long de la surface de chauffe, ou encore produit ces deux effets à la fois.
@ Le procédé et le dispositif suivant l'invention
<Desc/Clms Page number 3>
seront décrits ci-après à titre d'exemple dans leur applica- tion aux chaudières à vapeur. Dans cet exemple,le gaz de fumée joue le rôle de fluide d'échange thermique et on se sert de vapeur comme fluide auxiliaire.
La Fig. 1 montre un tube de fumée a muni d'une tuyère de soufflage b à travers laquelle on amène de la vapeur dans le gaz passant par le tube de fumée soit suivant la direction de l'écoulement du gaz indiquée par la flèche, soit sous un angle voulu par rapport à cette direction. Dans ce dernier cas le jet de vapeur se divise en rencontrant la paroi du tube et dévie des deux côtés (Figo 2).
Sur la Figo 3, le tube de fumée a est muni d'un tube c, lequel présente une série de tuyères de soufflage b. Les jets séparés de vapeur s'échappent à travers ces dernières dans le sens de l'écoulement des gaz de fumée et sous un an- gle voulu par rapport à la direction de cet écoulement.
La grande vitesse des gaz s'échappant à travers les tuyères de soufflage a pour effet de créer des remous dans le gaz de fumée ou d'augmenter la vitesse de celui-ci le long de la surface de chauffe, ou encore de produire ces deux effets à la fois.
La Figo 4 montre également un tube de fumée a muni d'une ou de plusieurs tuyères de soufflage b normales ou lé- gèrement inclinées par rapport à la direction de l'écoulement du gaz de fumée et courbées suivant la périphérie interne du tube. Le jet de vapeur qui s'échappe à une vitesse élevée de l'une ou de plusieurs de ces tuyères de soufflagd et suit la périphérie du tube imprime au gaz de fumée un mouvement giratoire le long de la périphérie du tube; en même temps il crée des remous au sein du gaz de fumée et augmente la vites- se de ce dernier dans le tube de fumée.
<Desc/Clms Page number 4>
La Fig. 5 montre une tuyère de soufflage b placée dans un tube-foyer a muni d'un autel d. Dans ce cas la tuyère de soufflage est disposée immédiatement après l'autel et elle est normale ou légèrement inclinée par rapport à la di- rection du mouvement du gaz de fumée et courbée suivant la périphérie interne du tube-foyer. Le jet de vapeur imprime aux'gaz de fumée s'écoulant au-dessus de l'autel, de la même façon que sur la Fig. 4, un mouvement giratoire hélicoïdal le long de la périphérie du tube-foyer ; leur imprime aussi des remous et une vitesse élevée le long de la paroi interne du tube-foyer. Plusieurs tuyères peuvent être employées dans ce dernier cas, de la même façon que dans le cas de la Fig. 4.
La Fig. 6 montre une chaudière verticale à tubes d'eau munie de tuyères de soufflage dirigées aussi suivant le sens de l'écoulement des gaz de fumée. Ces tuyères sont conformées de façon à-créer un jet de vapeur étendu qui, au- tant que possible, pénètre tout le courant de gaz de fumée ou une grande partie de celui-ci. Il en résulte que la vapeur rencontre le gaz de fumée sous des angles différents.
La Fig. 7 montre une chaudière horizontale à tubes d'eau munie d'un tube à tuyères c et d'une série de tuyères ou ajutages b. Les jets de vapeur s'échappent aussi dans le sens de l'écoulement du gaz de fumée et forment ensemble un jet de vapeur étendu qui rencontre toute la masse de gaz ou la plus grande partie de celle-ci sous des angles différents.
Bien entendu plusieurs tuyères de soufflage b peuvent aussi être disposées dans les tubes de fumée a suivant les Figs. 1, 2, 4 et 5, tout le long de ces tubes. Dans les chaudières à tubes de fumée, des tubes de soufflage peuvent
<Desc/Clms Page number 5>
être disposés dans chaque tube ou dans un certain nombre de ceux-ci ou bien ces tuyères peuvent encore être aménagées avant l'entrée des gaz dans les tubes de fumée.
Dans les tubes-foyers, les tuyères peuvent être dis- posées d'une façon identique ou analogue à celle qui a été décrite, soit dans tous ces tubes, soit dans quelques-uns seulement. Bien entendu, l'invention peut aussi s'appliquer aux surchauffeurs de vapeur,économiseurs et réchauffeurs d'air.
Les tuyères de soufflage peuvent avoir des formes diverses. On peut employer des tuyères ordinaires à un ou plusieurs orifices ou des tuyères évasées, à déflection du jet, munies d'une traverse ou de dispositifs qui répandent le jet de vapeur dans différentes directions. Peuvent égale- ment être employées des tuyères dans lesquelles la vapeur re- çoit avant sa sortie un mouvement hélicoïdal, de sorte que le jet devient giratoire.
Afin d'éviter le refroidissement excessif des gaz de fumée par la vapeur, il est à conseiller pour les Installa- tions de chaudières à vapeur d'employer dans le but envisagé de petites quantités de vapeur sous la pression disponible.
La vapeur saturée ou surchauffée convient à cet effet. Bien entendu on peut aussi employer la vapeur d'échappement.
En accroissant la transmission de chaleur des flui- des d'échange thermique on parvient à augmenter considérable- ment la puissance et le rendement des installations de chaudières à vapeur. La résistance opposée aux gaz de fumée entraînant une diminution du tirage, produite par la dispo- sition des tuyères de soufflage et des conduits de raccorde- ment est négligeable. Les remous et la vitesse plus élevée,
<Desc/Clms Page number 6>
ainsi que le mouvement giratoire (hélicoïdal) des gaz de fumée sont dûs à l'énergie cinétique du jet de vapeur. Ce dernier permet également de remédier facilement à un manque de tirage, donc d'augmenter le tirage, car le jet de vapeur peut être utilisé en même temps comme soufflerie pour augmen- ter le tirage.
Les tuyères de soufflage et conduits de raccor- dement sont continuellement parcourus par la vapeur pendant le fonctionnement de l'installation, de sorte qu'ils ont une longue durée, même en étant exposés aux températures les plus élevées. L'obstruction de ces dispositifs par des scories, du coke ou des cendres entraînées n'entre plus en considéra- tion et le nettoyage des tubes de fumée, des tubes-foyers et autres conduits se fumée est facilité. D'autre part le dia- mètre des tuyères de soufflage et des conduits;}de raccordement est très faible, de sorte que la réduction de section des conduits de fumée est négligeable.
L'invention permet en outre de diminuer les rentrées d'air à travers les joints peu étanches de la maçonnerie et à d'autres endroits et@de dimi- nuer ainsi la perte en chaleur des gaz perdus, car la vitesse du jet de vapeur se retransfomre en pression à laquelle on peut faire correspondre un tirage plus modéré à l'extrémité de l'installation. Il en résulte que plus les remous et la vitesse des gaz de fumée sont considérables, plus les rentrées d'air à travers les joints peu étanches de la maçonnerie et à d'autres endroits diminuent, tandis que ces rentrées d'air augmentent avec la dépression lorsqu'on emploie le tirage artificiel.
En disposant des tuyères au-dessus de la grille immédiatement après l'autel, ainsi que c'est représenté à titre d'exemple sur les Figs. 6 et 7 pour les chaudières à tubes d'eau et sur la Fi-g. 5 pour les chaudières à tubes-foyers,
<Desc/Clms Page number 7>
on obtient au moyen du jet de vapeur un meilleur mélange du gaz et de l'air et, par conséquent, une meilleure combustion.
D'autre part, dans leur champ d'action, les tuyères de soufflage fonctionnent comme les ramoneurs de suie et de cendres connus,avec cette différence seulement que ces derniers servent uniquement à l'enlèvement de la suie et des cendres volantes et pour cette raison ne fonctionnent que de temps à autre, tandis que les tuyères de soufflage suivant l'invention doivent fonctionner d'une manière ininter- rompue pour permettre d'obtenir l'effet principal! l'accrois- sement de la transmission de chaleur. Suivant les Figs. 4 et 5, l'enlèvement de la suie ou des cendres volantes se produit sous l'effet du mouvement giratoire des gaz de fumée de la même façon que dans les dispositifs à ailettes hélicoïdales bien connus.
L'accroissement de la quantité de chaleur transmise dépend de la quantité de vapeur admise, que l'on règle au moyen d'un obturateur disposé dans le conduit de raccordement.
La dépense en vapeur est très faible vis-à-vis des avantages considérables qui en résultent..
Adaptée judicieusement, l'invention peut s'appliquer à tous les genres de foyers et à tous les appareils d'échange thermique en généralo Ainsi qu'il a déjà été dit, on peut, suivant les conditions, employer au lieu de vapeur des liqui- des, des gaz (air comprimé) et d'autres fluides convenables, ainsi que des combustibles qui se trouvent dans un de ces états physiques. Dans certains cas,on peut amener au lieu d'une faible quantité de fluide auxiliaire sous une forte pression une grande quantité de ce fluide sous une faible pression.
A
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for increasing heat transmission
This invention relates to a method and a device for increasing the heat transmission of a liquid, gas, vapor or similar fluid to a heating surface or, conversely, from a heating surface to the heat exchange fluid. .
It is known that the transmission of heat from a heat exchange fluid to a heating surface or, conversely, from the heating surface to this sludge fluid when we increase the eddies within the heat exchange fluid or when we increase the speed of the latter along the surface
<Desc / Clms Page number 2>
of heating, which also has the effect of increasing the eddies.
Devices are also known to produce this effect, such as deflectors, rings, helical fins etc. that we have in the flues and we also use the artificial draft and the blowing under the grill.
The devices mentioned first, employed for example in steam boilers, have the drawback of creating an obstacle to draft by their resistance, of rapidly deteriorating under the effect of high temperatures, while their free cross section Partially clogs with entrained slag, coke and ash, which prevents cleaning, especially of small smoke tubes. The use of the reinforced artificial draft is limited by the fact that a large quantity of air inevitably enters through the weak joints of the masonry and the boiler installation, which results in great losses of heat from the pipes. lost gas. The use of blowing under the grid to achieve the same goal is limited by the pressure, positive or negative, to be maintained above the grid.
The object of this invention is to avoid the drawbacks mentioned above and to increase the transmission of heat from a liquid, gas, vapor or similar heat exchange fluid to a heating surface or, conversely, of a heating surface with the heat exchange fluid, by having recourse to an auxiliary fluid such as a liquid, gas, vapor or similar fluid which creates eddies within the heat exchange fluid or increases the speed of the latter along the heating surface, or else produces these two effects at the same time.
@ The method and the device according to the invention
<Desc / Clms Page number 3>
will be described below by way of example in their application to steam boilers. In this example, the flue gas acts as a heat exchange fluid and steam is used as an auxiliary fluid.
Fig. 1 shows a smoke tube a provided with a blowing nozzle b through which steam is brought into the gas passing through the smoke tube either in the direction of the gas flow indicated by the arrow, or under a desired angle with respect to this direction. In the latter case, the steam jet splits when it meets the wall of the tube and deviates on both sides (Figo 2).
In Figo 3, the smoke tube a is provided with a tube c, which has a series of blowing nozzles b. The separate jets of steam escape through them in the direction of flow of the flue gas and at a desired angle to the direction of that flow.
The high speed of the gases escaping through the blowing nozzles has the effect of creating eddies in the flue gas or of increasing the speed of the latter along the heating surface, or else of producing these two effects at once.
Figo 4 also shows a smoke tube a provided with one or more blowing nozzles b normal or slightly inclined with respect to the direction of the flue gas flow and curved along the inner periphery of the tube. The jet of steam which escapes at a high speed from one or more of these blowing nozzles and follows the periphery of the tube gives the flue gas a gyratory motion along the periphery of the tube; at the same time it creates eddies in the flue gas and increases the velocity of the latter in the flue tube.
<Desc / Clms Page number 4>
Fig. 5 shows a blowing nozzle b placed in a hearth tube a provided with an altar d. In this case the blowing nozzle is arranged immediately after the altar and it is normal or slightly inclined with respect to the direction of movement of the flue gas and curved along the internal periphery of the hearth tube. The steam jet imprints on the smoke gases flowing over the altar, in the same way as in Fig. 4, a helical gyratory movement along the periphery of the hearth tube; They also swirl and high velocity along the inner wall of the hearth tube. Several nozzles can be used in the latter case, in the same way as in the case of FIG. 4.
Fig. 6 shows a vertical boiler with water tubes provided with blowing nozzles also directed in the direction of the flue gas flow. These nozzles are shaped so as to create an extended jet of steam which, as far as possible, penetrates all or a large part of the flue gas stream. As a result, the vapor meets the flue gas from different angles.
Fig. 7 shows a horizontal water tube boiler fitted with a nozzle tube c and a series of nozzles or nozzles b. The steam jets also escape in the direction of the flue gas flow and together form an extended jet of steam which meets the whole mass of gas or most of it at different angles.
Of course, several blowing nozzles b can also be arranged in the smoke tubes a according to FIGS. 1, 2, 4 and 5, all along these tubes. In fire tube boilers, blowing tubes can
<Desc / Clms Page number 5>
be arranged in each tube or in a certain number of these or else these nozzles can still be arranged before the entry of the gases into the smoke tubes.
In the hearth tubes, the nozzles may be arranged in a manner identical or analogous to that which has been described, either in all of these tubes or in a few only. Of course, the invention can also be applied to steam superheaters, economizers and air heaters.
The blowing nozzles can have various shapes. Ordinary nozzles with one or more orifices or flared, jet deflection nozzles, provided with a cross member or with devices which diffuse the jet of steam in different directions can be used. Can also be used nozzles in which the steam receives before its exit a helical movement, so that the jet becomes gyratory.
In order to avoid excessive cooling of the flue gases by steam, it is advisable for steam boiler plants to use for the intended purpose small quantities of steam under the available pressure.
Saturated or superheated steam is suitable for this purpose. Of course, the exhaust steam can also be used.
By increasing the heat transmission of heat exchange fluids, the power and efficiency of steam boiler installations can be considerably increased. The resistance to flue gases leading to a decrease in draft produced by the arrangement of the blowing nozzles and the connecting ducts is negligible. The swirls and the higher speed,
<Desc / Clms Page number 6>
as well as the gyratory (helical) movement of the flue gases are due to the kinetic energy of the steam jet. The latter also makes it easy to remedy a lack of draft, and therefore to increase the draft, since the steam jet can be used at the same time as a blower to increase the draft.
The blowing nozzles and connection conduits are continuously traversed by steam during the operation of the installation, so that they have a long life, even when exposed to the highest temperatures. The obstruction of these devices by slag, coke or entrained ash is no longer a consideration and cleaning of the flue tubes, hearth tubes and other flue pipes is facilitated. On the other hand, the diameter of the blowing nozzles and of the connecting ducts is very small, so that the reduction in section of the flue pipes is negligible.
The invention also makes it possible to reduce the re-entry of air through the leaky joints of the masonry and at other places and thus to reduce the heat loss of the waste gases, since the speed of the steam jet is retransfomre under pressure to which a more moderate draft can be made at the end of the installation. As a result, the greater the eddies and the velocity of the smoke gases, the more the inflow of air through the leaky joints of the masonry and in other places decreases, while these inflows increase with the depression when using artificial draft.
By arranging the nozzles above the grate immediately after the altar, as is shown by way of example in Figs. 6 and 7 for water tube boilers and on Fi-g. 5 for tube-hearth boilers,
<Desc / Clms Page number 7>
by means of the steam jet a better mixture of gas and air is obtained and, consequently, better combustion.
On the other hand, in their field of action, the blowing nozzles work like the known soot and ash sweepers, with the only difference that the latter serve only for the removal of soot and fly ash and for this For this reason only operate from time to time, while the blowing nozzles according to the invention must operate in an uninterrupted manner in order to achieve the main effect! increased heat transfer. According to Figs. 4 and 5, the removal of soot or fly ash occurs under the effect of the gyratory movement of the flue gases in the same way as in the well known helical fin devices.
The increase in the quantity of heat transmitted depends on the quantity of steam admitted, which is regulated by means of a shutter arranged in the connection duct.
The steam expenditure is very low compared to the considerable advantages which result.
Suitably adapted, the invention can be applied to all types of fireplaces and to all heat exchange devices in general. As has already been said, one can, depending on the conditions, use liquids instead of vapor. - gases (compressed air) and other suitable fluids, as well as fuels which are in one of these physical states. In some cases, instead of a small amount of auxiliary fluid under high pressure, a large amount of this fluid under low pressure can be supplied.
AT