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Dispositif pour régler la température des parois tubulaires dans les appareils tubulaires pour le chauffage des gaz.
La présente invention se rapporte à un dispositif pour régler la température des parois tubulaires dans les appareils tubulaires pour le chauffage des gaz. De tels appareils sont à envisager par exemple pour des installations thermiques de force motrice à air chaud dans lesquelles la quantité d'air à chauffer en un point par apport de chaleur de l'extérieur varie fortement avec le temps.
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On connait déjà de a appareils pour le chauffage des gaz dans lesquels la combustion de l'agent chauffant introduit s'effectue dans une chambre comportant une enveloppe métallique extérieure et, sur la face interne de cette enveloppe, un revêtement de matériau réfractaire, de préférence de briques réfractaires.
Afin de protéger ce revêtement contre les gaz de combustion on ramène une partie des gaz de combustion dans le foyer, et cela de manière qu'ils forment une couche réfrigérante entre les gaz de combustion et les parois du foyer. Mais dans de tels appareils chauffe-gaz, les tubes dans lesquels l'air doit être chauffé sont disposés non pas directement dans le foyer, mais dans une chambre spéciale où se rendent les gaz de combustion qui s'échappent du foyer. Il en résulte cet inconvénient qu'on ne peut pas autant pousser le chauffage des gaz et que la surface chauffante doit être plus grande que si l'on pouvait loger les tubes de l'appareil en totalité ou au moins en partie à l'intérieur même du foyer.
La présente invention a pour objet de réaliser un dispositif de l'espèce indiquée au début et qui, même lorsque la charge de l'appareil chauffe-gaz varie fortement et rapidement, empêche que la température des parois tubulaires de l'appareil dépasse une limite supérieure déterminée. Cela est particulièrement important dans le cas d'appareils tubulaires pour le chauffage de gaz, parce qu'ici, lorsque certaines limites de température sont dépassées, les tubes sont exposés à de bien plus grands risques que lorsque les tubes balayés d'un coté par des gaz de combustion sont baignés de l'autre côté par un liquide, c'est-à-dire par exemple' dans le cas de chaudières à vapeur ou à mercure.
Par suite de l'intense effet réfrigérant que produit le liquide la température des tubes de telles chaudières à vapeur n'est que faiblement différente de celle du liquide à chauffer, c'est-à-dire qu'elle est beaucoup inférieure à la température des gaz de combustion, si bien que des variations même relativement fortes de la température
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dans le. foyer ne constituent pas un danger pour les tubes.
Dans les appareils chauffe-gaz au contraire, les tubes ne sont des deux côtés en contact'qu'avec des gaz et c'est pourquoi, à cause des coefficients de transmission de chaleur relativement mauvais, leur température tient à peu prés le mileu:entre celle du courant gazeux qu'il s'agit de chauffer et celle du courant chauffant, c'est-àdire que, dans le cas de hautes températures de foyer, elle est aussi vraiment élevée, de sorte que par exemple une minime éléva- tion de la température dans le foyer, la température interne des gaz demeurant invariable, peut devenir très dangereuse pour les tubes.
La température des parois tubulaires participe donc dans une large mesure à toutes les variations de température du foyer ou des gaz à chauffer, et c'est pourquoi les tubes de tels appareils sont particulièrement exposés aux avaries si l'on ne veille pas à ce que leur température de paroi ne puisse pas dépasser une valeur maximum déterminée.
On obtient ce résultat dans le cas d'appareils tubulaires pour le chauffage des gaz, dans lesquels une partie au moins des gaz de combustion est réintroduite au moyen d'un dispositif de refoulement dans le foyer, au moyen d'un dispositif de réglage par lequel, suivant l'invention, l'un au'moins des facteurs: température de paroi des tubes du chauffe-gaz, température régnant dans le foyer et quantité de combustible introduite, agit automati- quement' sur la quantité de gaz de combustion que le dispositif de refoulement réintroduit dans le foyer.
Si par exemple il est brûlé plus de combustible qu'il n'est nécessaire à cet instant, la quantité de gaz de combustion réintroduite se trouve automatiquement augmentée en proportion, afin qu'il ne s'établisse pas une température de foyer, et par conséquent une température des parois tubulaires, trop élevée. Inversement, la quantité de gaz de combustion réintroduite est diminuée lorsque la quantité de combustible est inférieure aux besoins.
Alors que dans le cas des formes de réalisation connues la quantité des gaz de combustion réintroduite dans le foyer avait pour objet soit de protéger contre la destruction
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le revêtement intérieur de briques réfractaires dont il est pourvu, ou bien d'assurer la combustion dans de meilleures conditions et par conséquent d'obtenir un rendement plus élevé de la combustion, le rôle dévolu dans le cas présent aux gaz de combustion réintroduits dans le foyer est de protéger contre des températures trop élevées les parois des tubes de chauffe-gaz qui, aussi bien intérieurement qu'extérieurement, n'entrent en contact qu'avec des gaz, et cela même, sur l'un des côtés, avec des gaz de combustion à température très élevée, ces tubes se trouvant ainsi particulièrement menacés lorsque des variations de charge se produisent.
Le facteur agissant sur la quantité des gaz de combustion réintroduite peut âtre amené à influencer la vitesse de régime du dispositif de refoulement réalisé par exemple sous.'forme d'une turbo-soufflante, ou bien, si cette dernière est pourvue d'une roue mobile à aubes orientables,à régler la position de ces aubes.
Si.la quantité des gaz de combustion réintroduite est refoulée dans une conduite distincte, le facteur agissant sur la quantité de gaz réintroduite peut être amené à influencer un organe d'étranglement réglable monté dans cette conduite.
Une forme d'exécution de l'objet de l'invention est représentée à titre d'exemple au dessin ci-annexé dont la figure unique est une coupe axiale longitudinale d'un chauffe-air avec vue en élévation latérale du dispositif de refoulement réalisé sous forme d'une turbo-soufflante et affectée aux gaz de combustion à réintroduire dans le foyer.
Sur la figure 1 désigne une conduite par laquelle l'air à chauffer afflue à l'appareil 2 à ce destiné. La conduite 1 se raccorde à une conduite de distribution annulaire 3 sur laquelle s'embranchent un certain nombre de tubes 4 (il en est figuré deux) qui serpentent à travers le chauffe-air 2. Les brins de ces tubes 4 les plus voisins du centre du foyer 5 se touchent entre eux sur presque toute leur hauteur (non indiqué) si bien qu'ils forment un
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cylindre qui délimite le foyer 5 du chauffe-air. C'est seulement dans leur partie supérieure qu'un certain.nombre de ces brins tubulaires' s'écartent de manière à former un passage pour le dégagement des gaz de combustion.
Les tubes 4 sont parcourus par l'air à chauffer dans la direction des flèches A, tandis que les flèches B montrent la direction d'écoulement des gaz de ,foyer ou de combustion qui traversent le foyer 5 et les carneaux du chauffe-air constitués par des cloisons intérieures 6,7. L'air chauffé dans les tubes 4 se rassemble dans une conduite annulaire 8 d'oÙ il parvient par une conduite 9 à son emplacement d'utilisation. Une partie des gaz de combustion s'écoule par une conduite 10 tandis que le restant est aspiré par un dispositif de refoulement 11, réalisé sousforme d'une turbosoufflante, par une conduite 12 et revien dans le foyer 5 par une conduite 121.
Il y a intérêt à ce que l'introduction des gaz dans le foyer 5 comporte un mouvement giratoire. 13 désigne une conduite par laquelle afflue l'air frais nécessaire pour la combustion, tandis que 14 désigne une conduite de combustible. Dans le foyer 5 sont montés deux couples thermo-électriques 15,16'reliés à un régulateur 17 qui agit sur l'intensité électrique amenée au moteur 18 commandant la turbo-soufflante 11, de façon telle que lorsque la température s'élève dans le foyer 5 la vitesse de rotation du moteur 18 augmente, si bien que la turbo-soufflante 11 refoule davantage de gaz de combustion réintroduit dans la chambre 5 et que par conséquent une plus forte quantité de gaz soit mélangée aux gaz'de combustion plus récents et plus chauds.
Cela permet d'obtenir rapidement un abaissement efficace de la température dans le foyer 5 et par suite de protéger les parois des tubes 4 contre l'action de températures trop élevées.
Au contraire, si la température dans le foyer 5 tombe au-dessous de la valeur normale, les deux couples thermo-électriques 15,16 déterminent par l'intermédiaire du régulateur 17 une diminution de la vitesse de régime de la turbo-soufflante 11, de sorte qu'une quantité moins considérable de gaz de combustion est réintroduite par la conduite 121 dans le foyer 5 et que par suite la température des gaz
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neufs est moins fortement abaissée par les gaz réintroduits.
Comme il est possible de réaliser des couples thermo.électriques de fa- çon qu'ils fonctionnent presque sans inertie il est possible, de la façon décrite, d'obtenir en fonction de la température régnant dans le foyer 5 un réglage rapide de la quantité de gaz de combustion mise en circulation par la turbo-soufflante 11 et par conséquent de régir la température dans le foyer.
On peut également agir sur la quantité de gaz de combustion que le dispositif de refoulement réintroduit dans le foyer en fonction de la température des parois des tubes du chauffe-gaz, en particulier de la partie de ces tubes qui est située dans le foyer, ou bien en fonction de l'alimentation en combustible, ou à la fois en fonction de deux de ces facteurs ou de leur ensemble : températurede paroi des tubes du chauffe-air, température régnant dans le foyer et quantité de combustible introduite.
Si le dispositif assurant la circulation des gaz de combustion est réalisé sous forme d'une turbo-soufflante à roue mobile comportant des aubes orientables, on peut amener le ou les facteurs agissant sur la quantité de gaz de combustion réintroduite, à déterminer la position de telles aubes de roue mobile.
On peut également influencer la quantité de gaz de combustion réintroduite dans le foyer par une restriction du passage dans la conduite d'aspiration ou dans la conduite de refoulement du dispositif de circulation. L'organe d'étranglement devra en ce cas être influencé automatiquement par un au moins des trois facteurs: température de paroi des tubes du chauffe-air, température régnant dans le foyer, quantité de combustible introduite.
On peut se borner à prévoir un tel réglage par étranglement, comme on peut aussi le prévoir en supplément d'un réglage de régime ou d'un réglage de position des aubes, ou de deux réglages à la fois.
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Device for regulating the temperature of the tubular walls in tubular appliances for heating gases.
The present invention relates to a device for regulating the temperature of the tubular walls in tubular appliances for heating gases. Such devices are to be considered, for example, for hot air motive power thermal installations in which the quantity of air to be heated at a point by supplying heat from the outside varies greatly with time.
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Devices are already known for heating gases in which the combustion of the heating agent introduced takes place in a chamber comprising an outer metal casing and, on the internal face of this casing, a coating of refractory material, preferably of refractory bricks.
In order to protect this coating against the combustion gases, part of the combustion gases are returned to the hearth, and this in such a way that they form a cooling layer between the combustion gases and the walls of the hearth. But in such gas heaters, the tubes in which the air is to be heated are arranged not directly in the fireplace, but in a special chamber where the combustion gases that escape from the fireplace go. This results in this drawback that it is not possible to push the heating of the gases so far and that the heating surface must be greater than if the tubes of the apparatus could be housed entirely or at least partly inside. even from the home.
The object of the present invention is to provide a device of the kind indicated at the beginning and which, even when the load of the gas-heating apparatus varies greatly and rapidly, prevents the temperature of the tubular walls of the apparatus from exceeding a limit. superior determined. This is particularly important in the case of tubular appliances for gas heating, because here, when certain temperature limits are exceeded, the tubes are exposed to much greater risks than when the tubes are swept from one side to the other. flue gases are bathed on the other side by a liquid, that is to say for example 'in the case of steam or mercury boilers.
As a result of the intense cooling effect produced by the liquid, the temperature of the tubes of such steam boilers is only slightly different from that of the liquid to be heated, i.e. it is much lower than the temperature. combustion gases, so that even relatively large variations in temperature
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in the. fireplace do not pose a danger to the tubes.
In gas heaters, on the other hand, the tubes are only in contact with gases on both sides and this is why, because of the relatively poor heat transmission coefficients, their temperature is roughly in the middle: between that of the gas current to be heated and that of the heating current, that is to say that, in the case of high hearth temperatures, it is also really high, so that for example a minimal increase tion of the temperature in the hearth, the internal temperature of the gases remaining unchanged, can become very dangerous for the tubes.
The temperature of the tubular walls therefore participates to a large extent in all the temperature variations of the hearth or of the gases to be heated, and this is why the tubes of such devices are particularly exposed to damage if care is not taken to ensure that their wall temperature cannot exceed a determined maximum value.
This result is obtained in the case of tubular appliances for heating the gases, in which at least part of the combustion gases is reintroduced by means of a delivery device into the hearth, by means of a device for adjusting by which, according to the invention, at least one of the factors: wall temperature of the gas heater tubes, temperature prevailing in the hearth and quantity of fuel introduced, automatically acts on the quantity of combustion gas which the delivery device reintroduced into the hearth.
If, for example, more fuel is burnt than is necessary at this moment, the quantity of combustion gas reintroduced is automatically increased in proportion, so that a combustion chamber temperature is not established, and by therefore a temperature of the tubular walls, too high. Conversely, the quantity of combustion gas reintroduced is reduced when the quantity of fuel is less than required.
While in the case of known embodiments the quantity of combustion gases reintroduced into the hearth was intended either to protect against destruction
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the interior lining of refractory bricks with which it is provided, or to ensure combustion under better conditions and consequently to obtain a higher combustion efficiency, the role devolved in this case to the combustion gases reintroduced into the is to protect against excessively high temperatures the walls of the gas heater tubes which, both internally and externally, only come into contact with gases, and this even, on one side, with combustion gas at very high temperature, these tubes thus being particularly threatened when load variations occur.
The factor acting on the quantity of the combustion gases reintroduced may have to influence the operating speed of the delivery device produced for example in the form of a turbo-blower, or else, if the latter is provided with a wheel mobile with orientable blades, to adjust the position of these blades.
If the quantity of the reintroduced combustion gases is discharged into a separate pipe, the factor acting on the quantity of reintroduced gas may be caused to influence an adjustable throttle member mounted in this pipe.
An embodiment of the object of the invention is shown by way of example in the accompanying drawing, the single figure of which is a longitudinal axial section of an air heater with side elevational view of the delivery device produced. in the form of a turbo-blower and assigned to the combustion gases to be reintroduced into the hearth.
In Figure 1 denotes a pipe through which the air to be heated flows to the device 2 for this purpose. Line 1 is connected to an annular distribution line 3 on which branch a number of tubes 4 (two are shown) which meander through the air heater 2. The strands of these tubes 4 closest to the center of focus 5 touch each other over almost their entire height (not shown) so that they form a
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cylinder which delimits the hearth 5 of the air heater. It is only in their upper part that a certain number of these tubular strands diverge so as to form a passage for the release of combustion gases.
The tubes 4 are traversed by the air to be heated in the direction of the arrows A, while the arrows B show the direction of flow of the gases of, hearth or combustion which pass through the hearth 5 and the flues of the air heater formed by interior partitions 6.7. The air heated in the tubes 4 collects in an annular duct 8 from which it arrives via a duct 9 at its place of use. A portion of the combustion gases flows through a pipe 10 while the remainder is sucked by a delivery device 11, produced in the form of a turbofan, through a pipe 12 and returns to the hearth 5 through a pipe 121.
It is advantageous that the introduction of gases into the hearth 5 includes a gyratory movement. 13 denotes a pipe through which flows the fresh air necessary for combustion, while 14 denotes a fuel pipe. In the hearth 5 are mounted two thermoelectric couples 15,16 ′ connected to a regulator 17 which acts on the electrical intensity supplied to the motor 18 controlling the turbo-blower 11, so that when the temperature rises in the hearth 5 the rotational speed of the engine 18 increases, so that the turbo-blower 11 delivers more combustion gas reintroduced into the chamber 5 and consequently a greater quantity of gas is mixed with the newer combustion gases and hotter.
This makes it possible to quickly obtain an effective lowering of the temperature in the hearth 5 and consequently to protect the walls of the tubes 4 against the action of excessively high temperatures.
On the contrary, if the temperature in the hearth 5 falls below the normal value, the two thermoelectric couples 15,16 determine through the regulator 17 a decrease in the speed of the turbo-fan 11, so that a less considerable quantity of combustion gas is reintroduced through line 121 into the furnace 5 and consequently the temperature of the gases
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new ones is less strongly lowered by the reintroduced gases.
As it is possible to achieve thermoelectric couples so that they operate almost without inertia, it is possible, as described, to obtain, as a function of the temperature prevailing in the hearth 5, a rapid adjustment of the quantity. of combustion gas circulated by the turbo-blower 11 and consequently to regulate the temperature in the hearth.
It is also possible to act on the quantity of combustion gas that the delivery device reintroduces into the hearth as a function of the temperature of the walls of the gas heater tubes, in particular of the part of these tubes which is located in the hearth, or depending on the fuel supply, or both on two or all of these factors: the wall temperature of the air heater tubes, the temperature in the firebox and the amount of fuel introduced.
If the device ensuring the circulation of the combustion gases is made in the form of a mobile wheel turbo-blower comprising orientable vanes, the factor or factors acting on the quantity of combustion gas reintroduced can be made to determine the position of such moving wheel vanes.
It is also possible to influence the quantity of combustion gas reintroduced into the combustion chamber by restricting the passage in the suction line or in the discharge line of the circulation device. In this case, the throttle member must be automatically influenced by at least one of the three factors: wall temperature of the air heater tubes, temperature in the hearth, quantity of fuel introduced.
One can limit oneself to providing such an adjustment by throttling, as it is also possible to provide it in addition to an adjustment of the speed or of an adjustment of the position of the blades, or of two adjustments at the same time.