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Perfectionnements aux échangeurs thermiques alimentés à la vapeur.
La présente invention a pour but de permettre d'é- puiser plus complètement les calories contenues dans la va- peur qui alimente un échangeur thermique destiné au chauffage d'un autre fluide, par exemple une batterie pour le chauffage de l'air, formée de tubes à ailettes entre lesquels un venti- lateur souffle l'air à chauffer.
En général, ces échangeurs thermiques comprennent, comme dans l'exemple précité, une série de tubes de chauffe remplis de vapeur et réunis à deux collecteurs, l'un pour l'entrée de la vapeur, l'autre dans lequel l'eau de condensa- tion se rassemble avant d'être évacuée au moyen d'un purgeur.
Dans les installations industrielles à vapeur à moyenne et à haute pression, généralement de 6 à 12 kg/cm2, l'eau de con-
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densation se trouve à l'intérieur du collecteur de sortie et du purgeur à une température dépassant notablement 100 C. en sorte qu'au moment où elle est évacuée par le purgeur à l'extérieur où règne la pression atmosphérique, elle se vapo- rise soudainement pour revenir à une température voisine de 100 C. Il en résulte divers inconvénients et surtout une perte notable de calories, dont l'importance augmente avec la pres- sion de la vapeur d'alimentation.
Par exemple, pour un échan- geur dont la pression d'alimentation de vapeur est de 7 kg/cm2, avec une température de vapeur d'environ 170 C., correspondant à cette pression, la perte est d'environ 72 calories par kg. de vapeur condensée évacuée à l'atmosphère. L'invention a pour premier but de remédier à ces inconvénients.
A cet effet,suivant l'invention, au lieu d'évacuer l'eau de condensation aussitôt qu'elle s'est rassemblée dans le collecteur de sortie de l'échangeur, on règle son évacuation de façon que l'eau de condensation monte à l'intérieur des tubes de chauffe et s'y maintienne à un niveau approprié de telle sorte que par échange de chaleur avec le fluide à chauffer passant à l'extérieur des tubes, la température de l'eau soit abaissée, de préférence, notablement en-dessous de 100 C. avant son évacuation..Ainsi, l'échangeur fonctionne partie à la vapeur et partie à l'eau chaude, le niveau de l'eau dans les tubes de chauffe variant suivant les conditions de marche et le réglage de l'évacuation de l'eau de condensation.
Ce réglage s'opère avantageusement au moyen d'un purgeur dont le fonctionnement est commandé par un dispositif thermostatique directement influencé par la température de l'eau. La pré- sente invention permet donc de récupérer une grande partie des calories contenues dans l'eau de condensation avant son évacua.- tion, ce qui se chiffre dans l'exemple mentionné ci-dessus par un j.,gain de chaleur pouvant s'élever à prèsde 25%.
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Pour obtenir ces résultats, on monte le purgeur à commande thermostatique directement sur le collecteur d'eau de condensation de l'échangeur, de manière que le dispositif thermostatique de commande du purgeur s'étende à l'intérieur du collecteur, de préférence sur toute la longueur de ce dernier, afin d'être baigné directement par l'eau de conden- sation sortant des tubes de chauffe qui débouchent dans le collecteur. Le dispositif de commande du purgeur est avanta- geusement une canne thermostatique qui se prête bien à être logée dans le collecteur, la soupape du purgeur étant com- mandée par les différences de variation de longueur des élé- ments différemment dilatables de la canne, solidaires res- pectivement de la soupape et de son siège.
Le réglage s'opère en agissant sur l'un des organes pour augmenter ou diminuer la levée de la soupape. De préférence, la soupape est vissée à l'extrémité de L'élément intérieur de la canne thermostatique de façon à pouvoir être déplacée axialement par vissage, pour le réglage.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur le dessin:
Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un échan- geur thermique à fonctionnement mixte, vapeur et eau, conforme à l'invention.
Fig. 2 montre à plus grande échelle, en coupe lon- gitudinale, le purgeur à canne thermostatique, et
Fig. 3 est une coupe transversale du purgeur sui- vant la ligne III-III de la fig. 2.
La batterie de chauffage à air pulsé représentée schématiquement sur la fig.l comprend un échangeur thermique composé de tubes verticaux 1 garnis d'ailettes 2 et raccor- dés à un collecteur d'entrée de vapeur 3 et à un collecteur
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d'eau de condensation 4, ainsi qu'un ventilateur 5 soufflant de l'air à travers l'échangeur.
La sortie d'eau de condensation du collecteur 4 est commandée par un purgeur 6 réglé de manière à ne laisser sor-, tir l'eau qu'à une température inférieure à la température de la vapeur d'alimentation, par exemple 60 C. Pour qu'il y ait évacuation il faut donc que la température de l'eau soit abaissée depuis la température de condensation supérieure à 100 C. oorrespondant à la pression de la vapeur d'alimenta- tion, jusqu'à la température pour laquelle le purgeur est réglé.
Ceci s'obtient en laissant s'établir dans les tubes 1 un niveau d'eau de condensation x tel que l'eau dans les tubes participe, conjointement avec la vapeur remplissant la partie supérieure des tubes, à l'échange de chaleur avec l'air à chauffer qui traverse l'échangeur. L'eau refroidié descend' continuellement des tubes 1 dans le collecteur 4 où elle agit, , directement à la sortie des tubes, sur la canne thermostatique 7 qui commande la soupape 8 du purgeur 6.
La fig. 2 montre la construction du purgeur.
Au corps 6 du purgeur qui forme un siège 9 pour la soupape 8, est fixé 1.'élément extérieur 7 de la canne thermostatique, constitué par un tube en métal à coefficient de dilatation élevé, dans lequel est logé l'élément intérieur 10. Celui-ci, constitué par une tige en métal à faible coefficient de dila- tation, est fixé par son extrémité libre à celle de l'élément 7 et se termine dans le corps 6 par une extrémité filetée traversant le siège 9 et sur laquelle est vissée la soupape 8.
Le purgeur se raccorde au collecteur 4 de l'échangeur par une bride 11; l'eau de condensation pénètre à travers une crépine 12 dans le corps 6 d'où sa sortie est commandée par la soupape 8 vers la conduite de départ 13.
Il est clair que les variations de longueur de la
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canne thermostatique font varier la levée de la soupape 8 et que, lorsque 1'échangeur est en régime, la soupape prend une position d'équilibre entre l'ouverture et la fermeture totales qui correspond à une certaine température de l'eau de conden- sation. D'autre part, selon que la soupape est initialement plus ou moins rapprochée de son siège, le niveau de l'eau dans les tubes sera situé plus ou moins haut et la température de l'eau de condensation sera plus ou moins basse. Ce réglage initial s'opère en vissant plus ou moins la soupape 8 sur la tige 10, au moyen d'un tournevis engagé dans la queue fendue d'une broche 14 traversant la paroi du corps 6 et dont la tête 15 est en prise par rainure et languette avec la soupape 8.
La tête 15 est appliquée par un ressort 16 contre la paroi du corps 6 pour obturer l'ouverture de passage de la broche 14 à travers la paroi.
Bien entendu,l'invention n'est pas limitée à l'em- ploi de ce purgeur pour régler le fonctionnement mixte à vapeur et à eau d'un échangeur thermique. Tout autre purgeur de construction convenable, donnant le résultat désiré, peut être utilisé. De même, les détails de construction du purgeur décrit ci-dessus peuvent être modifiés sans qu'on s'écarte de l'invention.
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Improvements to steam-powered heat exchangers.
The object of the present invention is to enable the calories contained in the steam which feeds a heat exchanger intended for heating another fluid, for example a battery for heating the air, formed finned tubes between which a fan blows the air to be heated.
In general, these heat exchangers comprise, as in the above example, a series of heating tubes filled with steam and joined to two collectors, one for the entry of the steam, the other in which the water from Condensation collects before being discharged by means of a trap.
In industrial plants with medium and high pressure steam, generally 6 to 12 kg / cm2, the water of con-
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densation is inside the outlet manifold and the trap at a temperature significantly exceeding 100 ° C. so that when it is discharged through the trap to the outside where atmospheric pressure prevails, it vaporizes suddenly to return to a temperature close to 100 C. This results in various drawbacks and above all a notable loss of calories, the importance of which increases with the pressure of the feed steam.
For example, for an exchanger with a steam supply pressure of 7 kg / cm2, with a steam temperature of about 170 C., corresponding to this pressure, the loss is about 72 calories per kg. . of condensed vapor discharged to the atmosphere. The first object of the invention is to remedy these drawbacks.
To this end, according to the invention, instead of evacuating the condensation water as soon as it has collected in the outlet manifold of the exchanger, its evacuation is adjusted so that the condensation water rises. inside the heating tubes and is maintained there at an appropriate level so that by heat exchange with the fluid to be heated passing outside the tubes, the water temperature is preferably lowered, notably below 100 C. before its evacuation ... Thus, the exchanger operates partly with steam and partly with hot water, the water level in the heating tubes varying according to the operating conditions and the adjustment of the condensation water discharge.
This adjustment is advantageously carried out by means of a trap, the operation of which is controlled by a thermostatic device directly influenced by the temperature of the water. The present invention therefore makes it possible to recover a large part of the calories contained in the condensation water before its evacuation, which is represented in the example mentioned above by a j., Heat gain which can s 'rise to almost 25%.
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To obtain these results, the thermostatically controlled trap is mounted directly on the condensate water collector of the exchanger, so that the thermostatic device for controlling the trap extends inside the manifold, preferably over any the length of the latter, in order to be bathed directly by the condensation water coming out of the heating tubes which open into the collector. The purger control device is advantageously a thermostatic rod which lends itself well to being housed in the manifold, the purger valve being controlled by the differences in length variation of the differently expandable elements of the rod, integral with the valve. the valve and its seat respectively.
The adjustment is made by acting on one of the components to increase or decrease the valve lift. Preferably, the valve is screwed to the end of the internal element of the thermostatic rod so that it can be moved axially by screwing, for adjustment.
The description of the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented. On the drawing:
Fig. 1 is a view in longitudinal section of a heat exchanger with mixed operation, steam and water, according to the invention.
Fig. 2 shows on a larger scale, in longitudinal section, the thermostatic rod trap, and
Fig. 3 is a cross section of the trap taken along line III-III of FIG. 2.
The forced-air heating coil shown schematically in fig. 1 comprises a heat exchanger made up of vertical tubes 1 fitted with fins 2 and connected to a vapor inlet manifold 3 and to a manifold
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of condensation water 4, as well as a fan 5 blowing air through the exchanger.
The condensate water outlet from the collector 4 is controlled by a trap 6 adjusted so as to only let out the water at a temperature below the temperature of the feed steam, for example 60 C. For there to be evacuation, the water temperature must therefore be lowered from the condensing temperature above 100 C. o corresponding to the pressure of the steam supply, to the temperature for which the trap is set.
This is obtained by allowing a level of condensation water x to settle in the tubes 1 such that the water in the tubes participates, together with the steam filling the upper part of the tubes, in the heat exchange with the air to be heated which passes through the exchanger. The cooled water continuously descends from the tubes 1 into the manifold 4 where it acts, directly at the outlet of the tubes, on the thermostatic rod 7 which controls the valve 8 of the drain 6.
Fig. 2 shows the construction of the trap.
To the body 6 of the trap, which forms a seat 9 for the valve 8, is fixed 1. the external element 7 of the thermostatic rod, consisting of a metal tube with a high coefficient of expansion, in which the internal element 10 is housed. This, consisting of a metal rod with a low coefficient of expansion, is fixed by its free end to that of the element 7 and ends in the body 6 by a threaded end passing through the seat 9 and on which is screw the valve 8.
The bleeder is connected to the manifold 4 of the exchanger by a flange 11; the condensation water enters through a strainer 12 into the body 6 from where its exit is controlled by the valve 8 towards the outlet pipe 13.
It is clear that variations in the length of the
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thermostatic rod vary the lift of valve 8 and that, when the exchanger is in operation, the valve assumes a position of equilibrium between total opening and closing which corresponds to a certain temperature of the condensing water. sation. On the other hand, depending on whether the valve is initially more or less close to its seat, the water level in the tubes will be located more or less high and the temperature of the condensation water will be more or less low. This initial adjustment is effected by screwing the valve 8 more or less on the rod 10, by means of a screwdriver engaged in the slotted shank of a pin 14 passing through the wall of the body 6 and whose head 15 is engaged by tongue and groove with valve 8.
The head 15 is applied by a spring 16 against the wall of the body 6 to close the opening for passage of the pin 14 through the wall.
Of course, the invention is not limited to the use of this trap to regulate the mixed operation of steam and water of a heat exchanger. Any other trap of suitable construction giving the desired result may be used. Likewise, the constructional details of the trap described above can be changed without departing from the invention.
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