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PEBFEOÀ.'EN'l' AU BECH&#'FASE D'AIR COI,'!BUJ:W..1'.f ET AU RlSCHAIJFFAGE DE C#'!BUSTIBLE FLUIDE, NOTAMENT FOUR FOYERS DE GENERATEURS DE VABEUR
Les générateurs de vapeur comportent fréquemment des réchauffeurs d'air comburant, c'et-à-dire des échangeurs de chaleur réchauffant l'air en refroidis- sant les gaz et fumées provenant du foyer ; cetteopération peut avoir pour but essentiel, soit la récupération de la chaleur des fumées, si cette récupération ne peut être réalisée assez complètement au moyen d'un réchauffeur d'eau, soit, pour certaines natures de combustibles, l'amélioration de la combustion.
D'autre part, quand il s'agit principalement d'assurer une récupération suffisante de la chaleur contenue dans les gaz et fumées produits par la combustion, on réalise prafois, dans les chaudières à combustible gazeux ou liquide, le réchauffage de ce combustible; s'il s'agit d'un combustible gazeux, son réchauffeur est généra- lement du même type que le réchauffeur d'air.
Dans les installations actuelles, les réchauffeurs d'air ou de combustible sont de types varies. Mais, quel que soit leur type. l'appareil est généralement soumis, de par sa conception même, à certaines sujétions géométriques, auxquelles il n'est pas toujours possible de satisfaire, de la façon la plus judicieuse, à la fois pour les deux fluides entre lesquels il doit opérer : gaz et fumées pro- venant du foyer, d'une part, air comburant ou fluide combustible, d'autre part.
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Tous les types ne sont d'ailleurs pas adaptés au réchauffage des combustibles gazeux qui. pour la sécurité, exigent des précautions spéciales. Enfin, les réchauffeurs sont placés sur le circuit des fumées, généralement à l'endroit où elles quittent le réchauffeur d'eau ou la chaudière et il faut les raccorder à l'endroit où sera utilisé le fluide réchauffât au moyen de gaines de section importante, lorsqu'il s'agit d'air ou de gaz, et de grande longueur, lorsqu'il s'agit de chaudière à grande production.
La présente invention a pour objet un perfectionnement qui évite les inconvénients et difficultés que l'on vient de rappeler, en permettant d'amélio rer les conditions de fonctionnement des réchauffeurs en cause et d'adapter ces appareils, d'une manière très souple, à tous les problèmes qui peuvent se poser.
Ce perfectionnement, système P POURCHOT est essentiellement caractérisé en ce que le transfert de la chaleur, du fluide chauffant au fluide chauffé, se fait en deux étapes, par l'intermédiaire d'un fluide auxiliaire, de préférence un liquide ayant une densité et une chaleur spécifique assez élevées; dans un grand nombre de cas l'eau conviendra très bien comme fluide auxiliaire.
Le réchauffage se faisant par un fluide intermédiaire, les échangeurs primaires (réchauffage du fluide intermédiaire par les gaz et fumées produits par la combustion), d'une part, les échangeurs secondaires (réchauffage de l'air comburant ou du combustible gazeux ou liquide), d'autre part, pourront, chacun de leur côté, recevoir les dispositions les mieux appropriées aux fluides qui s'y trouvent en travail et aux conditions particulières de leur fonctionnement.
Ils pourront respectivement être Installés à l'emplacement le plus favorable et le plus commode, eu égard à leur usage : les échangeurs primaires, de préférence, à Pendrait où les gaz et fumées produits par la combustion quittent la chaudière ou le réchauffeur d'eau, les échangeurs secondaires, de préférence, à proximité du foyer où doivent être utilisés le ou les fluides finalement réchauffés (air comburant, combustible), ou, en tout cas, dans les gaines amenant ce ou ces flui- des, sans qu'il soit nécessaire de les détourner de leur parcours normal;
les échangeurs primaires et les échangeurs secondaires pourront, sans inconvénient, être éloignés les uns des autres, leurs liaison pouvant se faire par des tuyau- teries de faible diamètre (donc peu coûteuses et encombrantes), si l'on .choisit pour le fluide intermédiaire destiné à circuler dans ces tuyauteries, un liquide de densité et chaleur spécifique élevées*
On pourra donc bien, grâce au perfectionnement objet de l'invention, adopter pour les échangeurs de chaleur les dispositions et emplacements les mieux appropriés à leurs conditions de fonctionnement et à la nature des fluides en travail.
Les figures schématiques ci-jointes se rapportent à des exemples.... donnés à titre non limitatif, de mise en oeuvre du perfectionnement qui fait l'objet de l'invention. Les dispositions particulières de réalisation qui seront décrites à propos de ces exemples, devront être considérées comme faisant partie de l'in- vention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront être aussi bien. utilisées sans sortir du cadre de celle-ci.
Sur les figures ci-jointes, on n'a représenté. que les organes indispen- sables à la compréhension de l'invention, celle-ci étant supposée appliquée à un générateur de vapeur représenté schématiquement par la chaudière proprement dite 1 le foyer 3 et le réchauffeur d'eau 2, qui peuvent affecter des dispositions quel- conques. Mais, bien entendu, l'invention peut être appliquée au réchauffage, au séchage, etc..., de l'air comburant de foyers quelconques, et au réchauffage, au séchage, etc..., du combustible, liquide ou gazeux, de foyers quelconques et non pas seulement aux foyers des générateurs de vapeur,.
Dans l'exemple de la fig.1 à l'arrière de la chaudière 1, là où les fu- mées quittent la chaudière ou le réchauffeur d'eau 2, est disposé un échangeur de chaleur 4, dit échangeur primaire, refroidissant les fumées en réchauffant un fluide auxiliaire, par exemple de l'eau: une tuyauterie, 5, relie la sortie (coté fluide auxiliaire) de l'échangeur primaire, à l'entrée (coté fluide auxiliaire) dtua autre échangeur 6, dit échangeur secondaire, qui sert au réchauffage du fluide air comburant, gaz ou liquide combustible, auquel on veut, en définitive, céder la chaleur prélevée aux fumées* Après s'être refroidi dans cet échangeur, le fluide auxiliaire sera reconduit, par une tuyauterie 7, à l'échangeur primaire, où il recommencera le cycle.
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En général, il sera nécessaire de prévoir une pompe de circulation ,8, à intercaler sur le parcours du fluide auxiliaire, pour en fixer le débit à la valeur nécessaire pour que les échanges de chaleur soient les plus élevés possible. Dans la plupart des cas on aura intérêt, et il sera possible, de placer cette pompe sur la tuyauterie 7 qui véhicule le fluide auxiliaire refroidi.
Il faudra éviter que ce fluide change d'état du fait des températures qu'il atteindra, et à cet effet le maintenir à une pression convenable; enfin il faudra prévoir sa dilatation. L'installation comprendra généralement un vase d'expansion 9, muni d'une soupape de sûreté 10, réglée à la pression convenable. Si le fluide auxi- liaire est de l'eau, il sera avantageux dans certains cas de substituer au vase dtex- pansion la chaudière elle-même, en la réunissant au circuit du fluide auxiliaire par un tube en u 11, de façon à éviter une circulation d'eau et une change de chaleur entre la chaudière et le circuit du fluide auxiliaire.
Un même échangeur primaire, 4, pourra alimenter plusieurs échangeurs secon- daires 6, 6 6", etc..., montés entre eux en parallèle ou en série, suivant les con- ditions thermiques d'échange, les débits respectifs des divers circuits placés en parallèle étant réglés au moyen des vannes ou robinets 12 12*, etc... (Fig.2); cet- tains des échangeurs secondaires pourront réchauffer de l'air comburant, d'autres pourront réchauffer un-combustible gazeux ou liquide.
La Fig.3 se rapporte à une application particulière de cette disposition t La chaudière 1 est chauffée au gaz, au moyen du brûleur 3. L'échangeur primaire 4 réchauffe l'eau ou autre fluide auxiliaire, dont le débit est partagé entre le ré- chauffeur d'air 6 et le réchauffeur de gaz combustible 6 lequel est placé dans la gaine d'amenée du gaz ;
répartition des débits de fluide auxiliaire se fait au moyen des vannes 12 et 12
Plus généralement, plusieurs échangeurs primaires 4, 4', 4", etc placés sur des chaudières distinctes, pourront être raccordés, pour alimenter simultanément plusieurs circuits parallèles d'échangeurs secondaires, la répartition du fluide en- tre les échangeurs primaires se faisant au moyen des vannes 13, 13 13", etc...., (Fig.4).
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PEBFEOÀ.'EN'l 'AU BECH &#' FASE D'AIR COI, '! BUJ: W..1'.f AND AU RlSCHAIJFFAGE OF C #'! BUSTIBLE FLUID, IN PARTICULAR FIREPLACES OF VABOR GENERATORS
Steam generators frequently include combustion air heaters, that is to say heat exchangers which heat the air by cooling the gases and fumes coming from the hearth; This operation may have as its essential aim, either the recovery of the heat from the fumes, if this recovery cannot be achieved completely enough by means of a water heater, or, for certain types of fuels, the improvement of combustion.
On the other hand, when it is mainly a question of ensuring sufficient recovery of the heat contained in the gases and fumes produced by the combustion, the heating of this fuel is preferably carried out in gaseous or liquid fuel boilers; if it is a gaseous fuel, its heater is generally of the same type as the air heater.
In current installations, air or fuel heaters are of various types. But, whatever their type. the device is generally subject, by its very design, to certain geometric constraints, which it is not always possible to satisfy, in the most judicious way, both for the two fluids between which it must operate: gas and fumes from the fireplace, on the one hand, combustion air or combustible fluid, on the other hand.
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Moreover, not all types are suitable for reheating gaseous fuels. for safety, require special precautions. Finally, the heaters are placed on the flue gas circuit, generally at the point where they leave the water heater or the boiler and must be connected to the place where the heating fluid will be used by means of ducts of large section. , in the case of air or gas, and of great length, in the case of a large production boiler.
The object of the present invention is an improvement which avoids the drawbacks and difficulties which have just been mentioned, by making it possible to improve the operating conditions of the heaters in question and to adapt these devices in a very flexible manner, to all the problems that may arise.
This improvement, P POURCHOT system is essentially characterized in that the transfer of heat, from the heating fluid to the heated fluid, takes place in two stages, by means of an auxiliary fluid, preferably a liquid having a density and a fairly high specific heat; in many cases water will be very suitable as an auxiliary fluid.
The heating is done by an intermediate fluid, the primary exchangers (heating of the intermediate fluid by the gases and fumes produced by the combustion), on the one hand, the secondary exchangers (heating of the combustion air or of the gaseous or liquid fuel) , on the other hand, will be able, each in turn, to receive the most suitable arrangements for the fluids which are there in work and to the particular conditions of their operation.
They can respectively be installed in the most favorable and convenient location, having regard to their use: the primary exchangers, preferably, where the gases and fumes produced by combustion leave the boiler or the water heater. , the secondary exchangers, preferably near the hearth where the finally heated fluid (s) must be used (combustion air, fuel), or, in any case, in the ducts bringing this or these fluid (s), without it being is necessary to divert them from their normal course;
the primary exchangers and the secondary exchangers can, without inconvenience, be separated from each other, their connection being able to be made by small diameter pipes (therefore inexpensive and bulky), if one chooses for the intermediate fluid intended to circulate in these pipes, a liquid of high density and specific heat *
It will therefore be possible, thanks to the improvement which is the subject of the invention, to adopt for the heat exchangers the arrangements and locations that are best suited to their operating conditions and to the nature of the fluids in operation.
The attached schematic figures relate to examples ... given without limitation, of implementation of the improvement which is the subject of the invention. The particular implementation arrangements which will be described with regard to these examples should be considered as forming part of the invention, it being understood that any equivalent arrangements could be equally good. used without departing from its scope.
In the accompanying figures, there is no representation. that the components essential to the understanding of the invention, the latter being supposed to be applied to a steam generator represented schematically by the actual boiler 1, the fireplace 3 and the water heater 2, which may affect any arrangements - conch shells. But, of course, the invention can be applied to heating, drying, etc ..., combustion air from any fireplaces, and heating, drying, etc ..., fuel, liquid or gas, any fireplaces and not only the hotplates of the steam generators ,.
In the example of fig. 1 at the rear of the boiler 1, where the fumes leave the boiler or the water heater 2, a heat exchanger 4, called the primary exchanger, is placed to cool the fumes. by heating an auxiliary fluid, for example water: a pipe, 5, connects the outlet (auxiliary fluid side) of the primary exchanger, to the inlet (auxiliary fluid side) of another exchanger 6, called secondary exchanger, which is used to reheat the combustion air, gas or liquid fuel fluid, to which it is ultimately desired to transfer the heat taken from the fumes * After having cooled in this exchanger, the auxiliary fluid will be returned, via a pipe 7, to the 'primary exchanger, where it will restart the cycle.
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In general, it will be necessary to provide a circulation pump, 8, to be inserted on the path of the auxiliary fluid, to set the flow rate at the value necessary for the heat exchanges to be as high as possible. In most cases it will be advantageous, and it will be possible, to place this pump on the pipe 7 which conveys the cooled auxiliary fluid.
It will be necessary to prevent this fluid from changing state due to the temperatures it will reach, and for this purpose keep it at a suitable pressure; finally it will be necessary to provide for its expansion. The installation will generally include an expansion vessel 9, provided with a safety valve 10, adjusted to the suitable pressure. If the auxiliary fluid is water, it will be advantageous in certain cases to replace the expansion vessel with the boiler itself, joining it to the auxiliary fluid circuit via a u-tube 11, so as to avoid water circulation and heat exchange between the boiler and the auxiliary fluid circuit.
The same primary exchanger, 4, can supply several secondary exchangers 6, 6 6 ", etc ..., connected together in parallel or in series, depending on the heat exchange conditions, the respective flow rates of the various circuits. placed in parallel being regulated by means of valves or taps 12 12 *, etc ... (Fig. 2); some of the secondary exchangers will be able to heat combustion air, others will be able to heat a gaseous or liquid fuel .
Fig.3 relates to a particular application of this arrangement t The boiler 1 is heated by gas, by means of the burner 3. The primary exchanger 4 heats the water or other auxiliary fluid, the flow of which is shared between the re - air heater 6 and the fuel gas heater 6 which is placed in the gas supply duct;
distribution of the auxiliary fluid flows is effected by means of valves 12 and 12
More generally, several primary exchangers 4, 4 ', 4 ", etc. placed on separate boilers, could be connected, to supply simultaneously several parallel circuits of secondary exchangers, the distribution of the fluid between the primary exchangers being done by means of valves 13, 13 13 ", etc ...., (Fig. 4).
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