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DEMANDE DE BREVET D'INVENTION EN BELGIQUE ECHANGEUR DE CHALEUR A CHICANES fluides André HUET
Cette invention concerne les échangeurs de chaleur dans lesquels un fluide extérieur cède ou prend de la chaleur à un fluide passant à l'intérieur d'un faisceau de tubes, et elle porte sur la disposition dans ces éohangeurs, plus précisément dans les canalisations de fluide extérieur, de dispositifs déviateurs ou d'ajutages destinés à créer des zones relativement stables ,dans le fluide circulant extérieurement aux tubes, pour constituer ainsi des manières de chicanes fluides qui se trouvent orienter convenablement la circulation
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du fluide.
L'invention est applicable aux économiseurs, aux réchauffeurs d'air, aux chaudières, etc.. mais sera décrite plus particulièrement dans son application à un économiseur,
On sait que, dans un appareil de ce genre, de l'eau circule à l'intérieur du faisceau tubulaire, et qu'un. cou- rant de gaz chauds circule extérieurement audit faisceau pour réchauffer l'eau.
Selon la présente invention, on dispose dans la veine fluide d'arrivée de gaz un appareil déviateur, ou diffuseur, qui a pour effet de créer derrière lui une zone de fluide à vitesse ralentie et pression statique plus élevée qui se trouve former une manière de chicane fluide à travers l'épaisseur des tubes du faisceau tubulaire, en sorte que le courant de gaz est obligé de contourner la dite chicane.
Une disposition analogue peut être adoptée sur la face opposée de l'économiseur de façon à. créer une nouvelle déviation du courant de gaz, en sorte que l'on réalise finalement un appareil sur toute la hauteur ou longueur duquel les deux fluides extérieur et intérieur aux tubes circulent à courants croisés en même temps qu'à contrecourant, Autrement dit,le courant de gaz chauds se déplace perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement , à l'axe des tubes d'eau du faisceau, sur toute la hauteur de l'économiseur.
On peut aussi réaliser tout mode de circulation du: fluide extérieur qu'il serait rationnel de concevoir.
En particulier, on peut réaliser une circulation extérieure parallèle à l'axe des tubes.
La description qui va suivre, en regard du dessin
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annexé donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la façon dont l'invention peut être réalisée.
La figare 1 représente en coupe verticale un économi- seur muni du dispositif objet de l'invention.
La figure 2 représente la partie inférieure de l'économiseur munie d'un perfectionnement du dispositif.
La figure 3 est relative à une variante de réalisation.
L'économiseur représenté sur la figure 1 est constitué à la manière connue par un faisceau de tubes rectilignes a schématiquement représentés par leurs axés, parcourus,. intérieurement par l'eau à réchauffer qui pénètre et sort par les collecteurs d'entrée et de sortie b et c. Le faisceau tubulaire' est contenu dans une caisse parallélipi- pédique d, sur une, dès-faces de laquelle est raccordée à la partie supérieure centrée desgaz chauds e tandis que, en vis-à-vis sur l'autre face, mais à la partie inférieure, se trouve la sortie des gaz f .
Selon l'invention, sur environ les deux tiers supé- rieurs de sa hauteur, la face de la caisse d qui fait vis-à-vis à l'entrée e des gaz chauds est remplacée, comme on le voit sur la figure 1, par une tôle incurvée g, et une disposition similaire est adoptée à l'aide d'une tôle h sur les deux tiers inférieurs de la face opposée qui fait face 'à l'orifice.de sortie des gaz f .
Dans l'orifice d'entrée e des gaz, on disposé en outre un déviateur ou diffuseur i constitué par une cloison ou.tôle ménageant, entre la paroi du canal d'entrée e'et elle-même, une sorte de canal divergent dans lequel le courant de gaz se trouve perdre de la'vitesse et qui a' pour effet de créer une zone A ( hachurée sur la figure)
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de gaz relativement immobile et à pression plus élevée.
Cette zone A constitue transversalement aux tubes a du faisceau tubulaire une sorte de chicane fluide que les gaz arrivant dans le sens de la flèche C contourneront dans le sens de la flèche D, en sorte qu'après un premier passage transversal sur le tiers supérieur du faisceau de tubes..@: , les gaz repris par la tôle ± et revenant dans le sens de la flèche D traversent encore suivant la flèche E une deuxième fois transversalement le faisceau de tubes a.
Un second diffuseur est prévu de façon à réaliser une seconde chicane B, fluide, à hauteur du second tiers de l'économiseur, et obliger ainsi les gaz, en combinaison avec la tôle h à. revenir une troisième foistransversalement sur le tiers inférieur des tubes a, avant de s'échapper dans le sens des flèches G par l'orifice de sortie f .
Pour faciliter l'action du diffuseur .1 , il peut être prévu une alimentation en gaz chauds dudit diffuseur, au moyen d'une dérivation 1 prévue sur l'arrivée des gaz chauds , et débouchant en amont du diffuseur 1
L'espace libre de tubes a qui se trouve à l'intérieur de la tôle h offrant une moindre résistance au passage des gaz que le faisceau de tubes a , il se crée en outre un appel de gaz qui facilite l'incurvation suivant la flèche E du courant gazeux.
L'intérêt de la disposition est qu'en tous points de leur parcours les gaz attaquent les tubes du faisceau a transversalement, sans qu'aucune chicane rigide soit utilisée pour obtenir les déviations de parcours voulues.
Les tubes a restent alors libtes sur toute leur longueur, ce qui facilite le nettoyage et le ramonage de l'économiseur
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lequel peut avoir lieu au moyen d'une rampe de ramonage ordinaire m .
La disposition objet de l'invention est particulièrement indiquée lorsqu'on utilise des tubes a à ailettes tangentielles, tels qu'ils sont décrits dans les brevets antérieurs du, Demandeur. On sait que les 'avantages de la disposition tangentielle des ailettes sont particulièrement importants'lorsque le courant de fluide extérieur attaque les tubes perpendiculairement à leur axe.
On peut prévoir dans la tôle h , et à 'la partie inférieure, une ouvertire n destinée à faire trappe pour permettre le nettoyage pour les tubes.
Les tôles g et .!'! peuvent être extérieurement revêtues d'un coffrage .2. qui redonne à l'extérieur un aspect parallélipipédique et un calorifujage k peut être prévu entre la tôle et le coffrage.
Dans la, disposition représentée sur la figure 2, une dérivation supplémentaire p de gaz chauds prélevés sur l'entrée des gaz e envoie ces.derniers dans un diffu- seur , prévu à la base du faisceau tubulaire a.
Cette arrivée de gaz chauds a pour effet d'empêcher les condensations qui peuvent se produire de séjourner à la base des tubes à ailettes a , et de les soustraire ainsi à l'action corrosive de l'acide sulfurique que pourraient contenir ces oondensations.
Dans la variante représentée sur la figure 3, le diffuseur 1 de la figure 1 est remplacé par un ajutage convergent r qui a pour effet de créer,.suivant la portion hachurée H, une sorte de chicane, analogue à la chicane B, et que les gaz contournent suivant la flèche E. Cette
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dernière disposition peut être intéressante en ce sens qù'à cet endroit de l'économiseur, les gaz circulant suivant le sens des flèches D et E peuvent être à vitesse ralentie. La chicane H ainsi constituée est une chicane dynamique, au lieu d'être statique comme la chicane A.
L'avantage de ces chicanes gazeuses qui permettent un nettoyage mécanique et total est en outre qu'elles prennent d'ellesmêmes une forme aérodynamique qui évite tout espace mort, sauf le leur, qui n'est toutefois que d'une activité un peu réduite, car si la vitesse y est faible, la pression statique y est plus élevée, ce qui assure une compensation.
Pour les chicanes dynamiques l'activité y est même accrue.
Enfin ces chicanes fluides peuvent recevoir toute orientation voulue.
Il va, de soi que des modifications de détail pourraient être apportées sans pour cela sortir du cadre de cette invention. En particulier, on pourrait prévoir plus de trois passages des gaz sur les tubes de l'économiseur en multipliant le nombre de chicanes fluides conformes à l'invention. On pourrait aussi prévoir plusieurs chicanes en parallèle et côte à côte dans le cas d'échangeurs à grande section. En outre,'on peut aussi prévoir des ventilateurs ou des pulseurs pour accroître les dimensions ou la fermeté des chicanes fluides. L'échangeur pourrait tre à lames.
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APPLICATION FOR PATENT OF INVENTION IN BELGIUM CHICANES HEAT EXCHANGER fluids André HUET
This invention relates to heat exchangers in which an external fluid transfers or takes heat to a fluid passing inside a bundle of tubes, and it relates to the arrangement in these exchangers, more precisely in the fluid pipes. outside, of deflector devices or nozzles intended to create relatively stable zones, in the fluid circulating outside the tubes, to thus constitute forms of fluid baffles which are found to properly orient the circulation
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fluid.
The invention is applicable to economizers, air heaters, boilers, etc., but will be described more particularly in its application to an economizer,
It is known that, in an apparatus of this kind, water circulates inside the tube bundle, and that a. A current of hot gas circulates outside said bundle to heat the water.
According to the present invention, there is placed in the fluid stream of gas inlet a diverter device, or diffuser, which has the effect of creating behind it a fluid zone at slower speed and higher static pressure which is found to form a way of fluid baffle through the thickness of the tubes of the tube bundle, so that the gas flow is forced to bypass said baffle.
A similar arrangement can be adopted on the opposite face of the economiser so as to. create a new deflection of the gas flow, so that we finally realize a device over the entire height or length of which the two fluids outside and inside the tubes circulate in crossed currents at the same time as in counter-current, in other words, the hot gas stream moves perpendicularly, or substantially perpendicularly, to the axis of the water tubes of the bundle, over the entire height of the economizer.
One can also achieve any mode of circulation of the external fluid that it would be rational to conceive.
In particular, one can achieve an external circulation parallel to the axis of the tubes.
The following description, opposite the drawing
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annex given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Fig. 1 shows in vertical section an economiser provided with the device which is the subject of the invention.
FIG. 2 represents the lower part of the economizer provided with an improvement of the device.
FIG. 3 relates to an alternative embodiment.
The economizer shown in FIG. 1 is constituted in the known manner by a bundle of rectilinear tubes a schematically represented by their axes, traversed ,. internally by the water to be heated which enters and leaves through the inlet and outlet manifolds b and c. The tubular bundle 'is contained in a parallelepipedal box d, on one side of which is connected to the upper centered part of the hot gases e while, opposite on the other side, but to the lower part is the gas outlet f.
According to the invention, over approximately the upper two-thirds of its height, the face of the body d which faces the entry e of the hot gases is replaced, as can be seen in FIG. 1, by a curved sheet g, and a similar arrangement is adopted by using a sheet h on the lower two thirds of the opposite face which faces the gas outlet f.
In the gas inlet orifice e, a deflector or diffuser i is further arranged consisting of a partition or sheet metal providing, between the wall of the inlet channel and itself, a kind of divergent channel in in which the gas flow is lost in speed and which has the effect of creating a zone A (hatched in the figure)
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relatively still gas and at higher pressure.
This zone A constitutes transversely to the tubes a of the tube bundle a kind of fluid baffle that the gases arriving in the direction of the arrow C will bypass in the direction of the arrow D, so that after a first transverse passage on the upper third of the tube bundle .. @:, the gases taken up by the sheet ± and returning in the direction of arrow D again pass through arrow E a second time transversely through tube bundle a.
A second diffuser is provided so as to produce a second baffle B, fluid, up to the second third of the economizer, and thus force the gases, in combination with the sheet h to. return a third foistransversalement on the lower third of the tubes a, before escaping in the direction of the arrows G through the outlet orifice f.
To facilitate the action of the diffuser .1, there may be provided a supply of hot gases to said diffuser, by means of a bypass 1 provided on the arrival of the hot gases, and opening upstream of the diffuser 1
The free space of tubes a which is inside the sheet h offering less resistance to the passage of gases than the bundle of tubes a, a call for gas is also created which facilitates the bending along the arrow E of the gas stream.
The advantage of the arrangement is that at all points of their path the gases attack the tubes of the beam transversely, without any rigid baffle being used to obtain the desired deviations from the path.
The tubes a remain free over their entire length, which facilitates cleaning and sweeping of the economiser
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which can be done by means of an ordinary sweeping ramp m.
The arrangement which is the subject of the invention is particularly indicated when using tangential finned tubes, as described in the prior patents of the Applicant. It is known that the advantages of the tangential arrangement of the fins are particularly important when the flow of external fluid attacks the tubes perpendicular to their axis.
It is possible to provide in the sheet h, and at 'the lower part, an opening n intended to make a hatch to allow cleaning for the tubes.
The plates g and.! '! can be externally covered with a formwork. 2. which gives the exterior a parallelepipedal appearance and a calorifujage k can be provided between the sheet and the formwork.
In the arrangement shown in FIG. 2, an additional bypass p of hot gases taken from the inlet of the gases e sends these latter into a diffuser, provided at the base of the tube bundle a.
This arrival of hot gases has the effect of preventing the condensations which may occur from residing at the base of the finned tubes a, and thus withdrawing them from the corrosive action of the sulfuric acid which these oondensations could contain.
In the variant shown in Figure 3, the diffuser 1 of Figure 1 is replaced by a converging nozzle r which has the effect of creating,. Following the hatched portion H, a kind of baffle, similar to the baffle B, and that the gases bypass following arrow E. This
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last arrangement may be advantageous in the sense that at this location of the economizer, the gases flowing in the direction of arrows D and E may be at slow speed. The chicane H thus formed is a dynamic chicane, instead of being static like the chicane A.
The advantage of these gaseous baffles which allow mechanical and total cleaning is also that they themselves take an aerodynamic shape which avoids any dead space, except theirs, which is however only a little reduced activity , because if the speed is low, the static pressure is higher, which ensures compensation.
For dynamic chicanes, activity is even increased.
Finally, these fluid baffles can receive any desired orientation.
It goes without saying that modifications of detail could be made without departing from the scope of this invention. In particular, more than three gas passages could be provided over the tubes of the economizer by multiplying the number of fluid baffles in accordance with the invention. Several baffles could also be provided in parallel and side by side in the case of large section heat exchangers. In addition, 'one can also provide fans or blowers to increase the size or the firmness of the fluid baffles. The exchanger could be blade type.
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