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L'invention a pour objet des perfectionnements aux échangeurs de chaleur, notamment aux échangeurs de chaleur en fonte, dans lesquels les direc- tions d'écoulement des fluides ne sont pas parallèlès l'une à l'autre et dans lesquels les plaques de séparation entre les fluides portent, de chaque côté, des ailettes montées les unes à côté des autres et les unes à la suite des autres pour le guidage des fluides'entre lesquels s'effectuent les échanges de chaleur.
L'invention consiste d'abord en ce que la section longitudinale des ailettes suivant un plan parallèle à la surface de la plaque de séparation a une forme dérivant de celle, favorable à l'écoulement des fluides, d'une goutte coupée en son milieu dans le sens longitudinal, ce qui se traduit par une très faible résistance à l'écoulement, par un encombrement très réduit et par d'excel- lentes conditions de transmission de la chaleur, et en ce que ces ailettes, con- venablement amincies en pointe à leur extrémité située du côté de l'arrivée du fluide, ont un profil longitudinal en forme de segment et sont montées à une certaine distance les unes des autres sur les plaques de séparation.
La forme d'une goutte coupée en son milieu dans le sens longitudinal correspond à des conditions d'écoulement très favorables pour des fluides. Ces conditions sont particulièrement favorables lorsqu'à leur extrémité située du côté de l'arrivée du courant de gaz ou d'air les ailettes sont amincies en pointe de manière qu'elles aient un profil longitudinal en forme de segment. Il ne peut alors se produire aucune accumulation de fluide en amont des ailettes.
L'emploi de ce dispositif présente encore l'avantage de permettre un nettoyage facile de l'échangeur de chaleur par le procédé qui consiste à y projeter une pluie de particules sphériques, car celles-ci ne peuvent pas se maintenir sur les ailettes, mais tombent toujours du haut en bas de l'échangeur de chaleur dont elles assurent le nettoyage.
Conformément à l'invention, les ailettes sont disposées, sur les plaques de séparation, de telle manière que dans chacune des rangées perpendi- culaires à la direction de l'écoulement du fluide telle qu'elle est déterminée par la forme de goutte des ailettes, il y ait alternance des surfaces convexes orientées à gauche et des surfaces convexes orientées à droite. Cette disposition présente le très grand avantage qu'au niveau de la zone de transition entre deux rangées successives les filets de gaz auxquels s'offre une section de passage plus large se subdivisent en trois parties, ce qui réalise d'excellentes condi- tions de transmission de la chaleur au niveau des parois des ailettes. Cette disposition permet également un nettoyage facile au moyen d'un burin plat.
Dans un autre mode de réalisation de ?Invention, les ailettes peuvent être disposées de telle manière qu'il y ait, d'une des rangées d'ailettes à l' autre, dans la direction de l'écoulement du fluide, alternance des surfaces convexes orientées d'un côté et des surfaces convexes orientées de l'autre côté.
Dans ce cas, les ailettes d'une série quelconque peuvent être décalées par rap- port à celles de la rangée suivante. Cette disposition permet de réaliser un excellent guidage des gaz et d'assurer en permanence la subdivision des filets de gaz lors du passage d'une rangée d'ailettes à l'autre sans que la section de passage qui s'offre au fluide varie d'une manière sensible, ce qui permet aux fluides entre lesquels s'effectuent les échanges de chaleur de suivre exactement le trajet voulu.
Conformément à l'invention, on peut décaler par exemple,une ailette sur six, dans la direction de l'écoulement du fluide, d'une distance égale à la moitié de l'intervalle séparant deux rangées successives, ce qui a pour effet d'améliorer d'une manière considérable la solidité de la plaque de séparation.
Lorsque la température des fumées qui circulent dans l'échangeur de chaleur est assez basse, il y a lieu d'utiliser, du côté des gaz, des ailettes d'assez grandes dimensions et, du côté de l'air, des ailettes de dimensions ré- duites, ce qui a pour effet d'éviter le refroidissement excessif, du côté des
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gaz, des surfaces sur lesquelles s'effectuent les échanges de chaleur et d'éviter que le point de rosée ne soit dépassé et qu'il n'y ait corrosion. Lorsque la température des fumées qui circulent dans l'échangeur de chaleur est très élevée, il faut au contraire réduire les dimensions des,ailettes du côté des gaz et les augmenter du côté de l'air, pour empêcher toute oxydation résultant d'un échauf- fement trop considérable du côté des gaz.
Pour éviter que le point de rosée ne soit dépassé, il est également utile, conformément à l'invention, de munir les brides courbas des plaques de séparation d'ailettes qui sont plus grandes du oôté des gaz et plus petites du côté de l'air, de manière que la température des parois des brides soit constam- ment déterminée par celle des gaz, plus chauds, ce qui évite tout risque de re- froidissement excessif du côté des gaz à l'endroit où ils pénètrent dans l'appa- reil.
L'emploi de joints à gorge doubles et entourant complètement les piè- ces permet d'obtenir une étanchéité absolue pour la séparation entre les conduits à gaz et les conduits à air. Pour éviter, lorsqu'on emploie le procédé de nettoya- ge qui consiste à projeter une pluie de particules sphériques dans l'appareil, que les bords des brides des plaques, du côté de l'entrée, ne soient endommagés par le choc des particules, on installe, sur les bords des brides reliés l'un à l'autre par des boulons, un organe de protection ayant la largeur des brides et ayant de préférence une forme extérieure favorable à 1¯'écoulement d'un fluide.
Pour éviter des pertes de chaleur par rayonnement, on intercale, conformément à l'invention, entre les plaques de fermeture, incurvées à dessein, et les moitiés de conduits d'air voisins, des tôles de séparation ou des parois d'isolation qui délimitent, entre elles ét les plaques de fermeture, une zone, neutre en ce qui concerne l'écoulement du fluide,, qui assure, avec les conduits d'air voisins situés à l'intérieur de l'appareil, un isolement si parfait pour les conduits de gaz qu'il est inutile de munir le réchauffeur d'air d'une ma- çonnerie.
Dans le principal domaine d'emploi du dispositif qui fait l'objet de l'invention, c'est-à-dire pour l'utilisation de la chaleur des fumées prove- nant de chaudières, par exemple de chaudières à deux circuits, les économiseurs et les réchauffeurs d'air sont disposés les uns à la suite des autres de telle manière que les économiseurs soient intercalés complètement ou partiellement entre les groupes de réchauffeurs d'air. Les conduits constitués par les plaques qui portent les ailettes et assemblés les uns aux autres de manière à former des cubes sont supportés par des bâtis intermédiaires. Il en résulte que les côtés des plaques de fermeture ne portent aucune charge.
Il est donc possible, à cet endroit, d'enlever ou d'intercaler des groupes d'économiseurs d'eau et aussi des systèmes tubulaires permettant l'élimination par soufflage de la suie, l' opération pouvant s'effectuer, dans ce dernier cas, même pendant la marche. Le nettoyage par soufflage des conduits à partir de bord des plaques de fermeture présente en outre l'avantage que l'intensité de soufflage que l'on peut obtenir dans chacun des conduits est plusieurs fois supérieure à celle que l'on peut obtenir lorsque les tubes sont décalés de 90 et ne partent pas du bord des plaques de fermeture. L'alternance réchauffeur d'air-économiseur-réchauffeur d'air permet de réduire d'une manière considérable la surface d'échange de la chaleur par rapport au cas de l'alternance économiseur-réchauffeur d'air connue jusqu'à ce jour.
Les dessins ci-joints permettent de décrire l'invention.
La fig. 1 représente la forme fondamentale d'une goutte, dont la forme des ailettes dérive, conformément à l'invention.
La fig. 2 représente les deux formes fondamentales de moitiés de gouttes, dont dérive la forme de la section d'une ailette parallèlement à sa base.
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La fig. 3 est une vue par en dessus, dans un mode de réalisation de l'invention, d'une partie d'une plaque de séparation portant plusieurs ailettes conformes à l'invention.
La fig. 4 représente la section d'une ailette suivant IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue par en dessus d'une partie d'une plaque de séparation sur laquelle certaines ailettes sont décalées.
La fig. 6 est une vue par en dessus d'une partie d'une plaque de séparation représentant un mode de répartition des ailettes conformes à l'in- vention.
La fig. 7 est une vue en perspective des extrémités supérieures de deux plaques de séparation réunies de manière à former un conduit.
Les fig. 8 et 9 mettent en évidence le fait que les dimensions des ailettes montées respectivement du côté des gaz et du côté de l'air; sur une même bride de plaque de séparation, diffèrent suivant les conditions d'emploi.
Les fig. 10 et 11 représentent, en coupe et en perspective, le dispositif assurant l'étanchéité à la jonction de deux plaques de séparation.
La fig. 12 représente la plaque terminale d'un échangeur de chaleur, la plaque de fermeture et la tôle de séparation intercalaire.
La fig. 13 repré-sente le bord supérieur d'un conduit formé par deux plaques de séparation et l'organe de protection des bords des plaques.
La fig. 14 représente un assemblage en forme de cube vu, en perspec- tive, de l'un des angles du cube.
La fig. 15 représente deux cubes superposés et les plaques de pro- tection montées sur deux parois latérales.
La fig. 1 indique la forme d'une goutte, dont dérive la forme de la section longitudinale des ailettes et qui est,comme on le sait, particulièrement favorable en raison de la faible valeur des pertes d'écoulement qu'elle entraîne.
Les profils des sections longitudinales conformes à l'invention se déduisent de la forme d'une goutte 1 par section de la goutte suivant son axe médian 2 avec formation de deux demi-gouttes 3 et 4 dont les extrémités prolongées en pointe forment un angle d'environ 9 qui permet l'écoulement non tourbillonnaire des fluides entre l'un des groupes d'ailettes et le suivant.
Sur la fig. 2 , les zones dans lesquelles l'épaisseur de la section est la plus forte et qui sont situées à la partie supérieure se trouve du côté de l'arrivée des gaz ou de l'air, ce qui peut avoir pour effet, lors du nettoyage par le procédé qui consiste à projeter une pluie de particules sphériques, que les particules utilisées restent sur le bord supérieur des arêtes. Pour éviter cet inconvénient, on donne à l'extrémité de la section de l'ailette, du côté de l'arrivée du fluide, la forme pointue qui est indiquée en 5, de sorte que la section totale de l'ailette obtenue en associant 3 et 5 a la forme d'un segment.
La fig. 3 représente des ailettes qui sont montées sur une plaque de séparation 6 de telle manière que, de l'une à l'autre des rangées perpendiculai- res à la direction de l'écoulement du fluide, il y ait alternance d'ailettes 7 dont la surface convexe est orientée à droite et d'ailettes 8 dont la surface convexe est orientée à gauche. Les flèches indiquent le mode de subdivision des filets de gaz dans la zone de transition entre deux rangées successives.
La fig. 4 représente, à titre d'exemple, la section médiane d'une ailette 7.
La fig. 5 montre comment les sixièmes ailettes 7a et 8a sont décalées, dans la direction de l'écoulement du fluide, d'une distance égale à la moitié de
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l'intervalle entre deux rangées, aussi bien dans les conduits à gaz que dans les conduits à air, ce qui se traduit par une amélioration considérable de la solidi- té de la plaque de séparation.
La fig. 6 est une vue par en dessus d'une autre plaque de séparation 6 conforme à l'invention sur laquelle les ailettes sont disposées par couples 9a, 9b, 10a, 10b, 9a, 9b, etc.., de telle manière qu'il y ait, dans chacune des rangées d'ailettes prises dans la direction de l'écoulement du fluide, alternance des surfaces convexes orientées du côté gauche et des surfaces convexes orientées du côté droit, de sorte que les ailettes sont disposées, dans les rangées suc- cessives prises dana l'autre sens,de telle manière qu'il y, ait alternance entre les sections de passage de largeur uniforme situées entre deux ailettes 9a et 9b ou 10a et 10b et les sections de passage, élargies à leurs extrémités, qui sont situées entre les surfaces convexes qui se font face.
Du fait que, confor- mément à l'invention,les ailettes appartenant à des rangées successives se trou- vent les unes derrière les autres, les filets de gaz ou d'air peuvent se subdi- viser en trois parties dans la zone de transition entre deux rangées successives, ce qui se traduit par un mélange très intime et par le fait que les différentes parties des fluides se trouvent successivement en contact, dans des conditions de transmission de la chaleur constamment modifiées, avec les parois des ailettes.
Comme, à la différence de ce qui se passe dans le cas de la fig. 3, les rangées successives d'ailettes de la fig. 6 ne sont pas décalées les unes par rapport aux autres, on dispose, dans le cas de la fig. 6, pour une même répartition, d'un espace libre plus grand pour le passage d'une lime plate pour le nettoyage.
Ce point est important car lorsqu'on effectue le nettoyage par le procédé qui consiste à projeter une pluie de particules sphériques en utilisant les particu- les que l'on trouve le plus facilement dans le commerce et dont le diamètre est de 6 mm et lorsque la distance entre les ailettes, comptée du milieu d'une ailette au milieu de l'ailette voisine, est de 15 mm, lorsque l'épaisseur des parois des ailettes est de 3 mm et que l'épaisseur du dépôt sur les ailettes est de 2 mm, les particules sphériques restent sur les ailettes dans le cas de la fige 3 alors que dans le cas de la fig. 6 elles ne sont pas arrêtées.
L'emploi du dispositif représenté par la fig. 6 est particulièrement avantageux, en ce qui concerne le nettoyage par projection d'une pluie de parti- cules sphériques, par sablage ou par projection d'eau, lorsque les ailettes com- portent une zone superficielle obtenue par moulage et particulièrement résistante à l'abrasion et que le métal situé au-dessous de cette zone superficielle a subi une trempe. La formation de la couche superficielle en question s'obtient par différents procédés et différentes additions au moment du moulage et de la préparation du sable; 1-'effet de trempe résulte du fait que les extrémités des ailettes sont en forme de pointe, de sorte qu'au cours du moulage elles subissent une trempe.
Les bords tranchants des ailettes sont donc constitués entièrement par une fonte résistant à l'abrasion, tandis que le métal qui constitue la pla- que de séparation est une fonte relativement élastique dans laquelle il n'y a pas de contraintes.
La fig. 15 montre comment les assemblages en forme de cube peuvent être placés les uns à côté des autres ou superposés de manière à réaliser une surface chauffante de 40.000 m2 ou davantage. Si, dans ce cas, les ailettes sont disposées comme l'indique la fig. 6, on peut, pour une même valeur des inter- valles entre les ailettes, augmenter la surface d'échange de chaleur dans un volume donné, ce qui se traduit par une diminution des frais de fabrication. Il s'y ajoute l'avantage que des ailettes disposées comme l'indique la fig. 6 sont plus facilement baignées par les fluides.
Tous ces avantages résultent du fait que les ailettes ont une forme dérivant de celle d'une goutte coupée en son milieu et dont les deux extrémités se terminent en pointe, particulièrement dans le cas de la répartition des ailettes indiquée par la fig. 6.
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La fig. 7 représente une partie de l'appareil dans laquelle deux plaques de séparation 6 sont réunies pour former un conduit. La flèche Pindique la direction des gaz et la flèche Pl la direction de l'air. Les ailettes 7, dont la concavité est orientée vers la droite et qui alternent avec les ailettes 8 dont la concavité est orientée vers la gauche, sont nettement visibles sur le dessin. A l'intérieur du conduit se trouvent les ailettes 11 sur lesquelles passe l'air. Les brides 12 se continuent par les bords des plaques 13 qui s' appliquent l'un contre l'autre, l'étanchéité étant assurée-par des joints doubles 14. La surface des brides 12 comporte des ailettes 15, particulièrement grandes, sur lesquelles passent les gaz et des ailettes 16, petites, sur lesquelles passe l'air.
La référence 17 indique les trous dans lesquels passent les boulons de fixation des bords des plaques l'un à l'autre. En raison de leurs grandes dimen- sions, les ailettes 15, exposées à l'action d'un fluide gazeux chaud au niveau de la bride, absorbent beaucoup plus de chaleur que les ailettes'normales 7 et 8.
Il se produit donc, au niveau de'¯la bride, une transmission de chaleur importante vers l'intérieur du conduit dans lequel les petites ailettes 16 ne peuvent céder qu'une faible quantité de chaleur à l'air qu'elles doivent réchauffer. Il en résulte, dans ces conditions, un surohauffage constant de la surface extérieure et de la surface intérieure de la bride, de sorte qu'il ne peut se produire aucun refroidissement excessif du côté du gaz même dans cette zone de l'appareil pour laquelle les risques sont, comme on le sait, considérables, ce qui évite l'encras- sement ou la corrosion résultant du fait que le point de rosée se trouve dépassé, inconvénients qui se produisent ordinairement dans les appareils de ce genre.
Les fig. 8 et 9 représentent deux brides répondant à des buts spé- ciaux. Dans un échangeur de chaleur soumis à l'action de fumées relativement froides on utilise, pour éviter que le point de rosée ne soit dépassé, des ai- lettes plus grandes 7 et 8 du côté des gaz et des ailettes plus petites 11 du côté de l'air, ce qui a pour effet que la plaque de séparation et les ailettes qu'elle porte absorbent, du côté des gaz,'davantage de chaleur.
La fig. 9 corres- pond au cas d'un échangeur de chaleur soumis à l'action de gaz entrant à une température élevée et comportant des ailettes plus petites 7' et' 8' du côté des gaz et des ailettes 11' plus grandes du côté de l'air, de sorte que la plaque de séparation cède une assez grande quantité de chaleur par les ailettes 11' qui sont situées du côté de l'air et qui ont de grandes dimensions. Ces disposi- tifs sont utilisés par exemple pour la récupération de la chaleur des fumées de cubilot et pour les appareils de chauffage de l'air à chauffage direct et le procédé employé permet d'éviter l'oxydation de la plaque de séparation 6 et de ses ailettes 8' du côté des gaz.
Les fig. 10 et 11 représentent le dispositif assurant l'étanchéité à la jonction de deux plaques de séparation. L'emploi du joint à gorge double 14 entourant complètement les pièces permet d'obtenir une étanchéité absolue entre les conduits à gaz et les conduits à air.
Comme l'indique la figure 12, on intercale entre la plaque terminale 6a et la plaque de fermeture 18, qui sont reliées l'une à l'autre par le boulon 19, une tôle de séparation 20, qui ferme le demi-conduit 25. L'emploi de ce dispositif permet d'éviter pratiquement les pertes de chaleur par rayonnement, d'autant plus que la présence de la tôle de séparation 20 a pour effet de ré- duire encore le volume disponible au niveau du demi-conduit 25, ce qui a pour effet d'accélérer le passage de l'air, tandis qu'entre la tôle de séparation 20 et la plaque de fermeture 18 se trouve une zone, neutre en ce qui concerne 1' écoulement du fluide, qui réalise une isolation thermique, de sorte qu'il est inutile d'utiliser une maçonnerie comme on le fait dans la plupart des réchauf- feurs d'air.
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La fig. 13 représente le dispositif adopté pour fixer l'un à l'autre, au moyen de boulons, les bords des plaques 13, qui ont une forme de goutte à leur extrémité supérieure, dans un échangeur de chaleur dont le nettoyage s'effec- tue par le procédé consistant à y projeter une pluie de particules sphériques 24.
On peut remplacer, dans certains cas, ces particules sphériques par des grains de sable à arêtes vives ou du gravier. Il peut en résulter une usure des bords des plaques 13 à leur partie supérieure et on évite cet inconvénient en utilisant un organe de protection 21 qui comporte des évidements pour les boulons de fixation 19 et qui a une forme extérieure favorable à l'écoulement des fluides et recouvre toute la largeur des brides des plaques. A son extrémité supérieure, cet organe de protection peut avoir une forme plus ou moins pointue, de sorte que les particules qui tombent sur lui ne rencontrent pas une surface d'impact, mais glissent le long de cet organe et arrivent immédiatement dans les conduits verticaux de gaz et d'air dont ils doivent assurer le nettoyage.
La fig. 14 représente le coin d'un assemblage en forme de cube et met en évidence le cadre support constitué par des profilés 22,les plaques de sépa- ration 13 réunies de manière à former des conduits 23 et les dispositifs d'étan- chéité 14.
La fig. 15 représente, au moyen de deux assemblages en forme de cube 26 et 27, le mode d'assemblage des cubes. Sur les six côtés d'un cube, quatre côtés servent à l'amenée des gaz et de l'air et les deux autres côtés sont fermés par les plaques de fermeture 18, ce qui dispense d'utiliser une maçonnerie.
C'est de ce côté que l'on peut mettre en place ou enlever, en totalité ou en partie, les économiseurs d'eau et aussi, même pendant la marche, les dispositifs d'élimination de la suie par soufflage.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les réchauffeurs d'air et les économiseurs, ceux-ci étant de préférence des économiseurs à serpentins ou à ailettes comportant une âme en tube d'acier, sont montés les uns à la suite des autres de telle manière que les économiseurs sont contenus en totalité ou en partie dans l'espace compris entre les cubes du réchauffeur d'air. La chaleur fournie par l'eau du dernier économiseur intercalé peut être utilisée pour porter la température de l'air qui entre dans l'appareil de 20 à 50 C. La chaleur fournie par l'eau de l'économiseur le plus froid est avanta- geusement utilisée pour lé réchauffage de l'air au moyen d'échangeurs de chaleur à lamelles ou d'appareils analogues, cet air pénétrant ensuite dans le préchauf- feur d'air et permettant le refroidissement des fumées.
Ce dispositif a pour effet également d'améliorer le rendement thermique. Comme le réchauffeur d'air ne comporte aucune maçonnerie, il peut se dilater librement, lorsqu'il s'échauffe, dans toutes les directions, sans que l'étanchéité en souffre et que, par consé- quent, le rendement diminue.
Les exemples de réalisation de l'invention qui sont indiqués par les dessins peuvent donner lieu à de nombreuses variantes sans que l'on sorte du cadre de l'invention. L'invention est utilisable non seulement pour les échanges de chaleur entre deux fluides gazeux, mais lorsque les fluides gazeux sont rem- placés par des liquides.
REVENDICATIONS.
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The subject of the invention is improvements to heat exchangers, in particular to cast iron heat exchangers, in which the flow directions of the fluids are not parallel to one another and in which the separating plates between the fluids carry, on each side, fins mounted one beside the other and one after the other for guiding the fluids between which the heat exchanges take place.
The invention consists first of all in that the longitudinal section of the fins following a plane parallel to the surface of the separation plate has a shape deriving from that, favorable to the flow of fluids, of a drop cut in its middle. in the longitudinal direction, which results in a very low resistance to flow, a very small footprint and excellent heat transfer conditions, and in that these fins, suitably thinned in point at their end located on the side of the fluid inlet, have a longitudinal profile in the form of a segment and are mounted at a certain distance from each other on the separation plates.
The shape of a drop cut in the middle in the longitudinal direction corresponds to very favorable flow conditions for fluids. These conditions are particularly favorable when at their end situated on the side where the gas or air stream arrives, the fins are tapered at a point so that they have a longitudinal profile in the form of a segment. There can then be no accumulation of fluid upstream of the fins.
The use of this device also has the advantage of allowing easy cleaning of the heat exchanger by the process which consists in projecting therein a shower of spherical particles, because these cannot be maintained on the fins, but always fall from top to bottom of the heat exchanger, which they clean.
According to the invention, the fins are arranged, on the partition plates, such that in each of the rows perpendicular to the direction of the flow of the fluid as determined by the drop shape of the fins. , there is alternation of convex surfaces oriented to the left and convex surfaces oriented to the right. This arrangement has the very great advantage that at the level of the transition zone between two successive rows, the gas streams to which a wider passage section is offered are subdivided into three parts, which achieves excellent conditions of heat transmission through the walls of the fins. This arrangement also allows easy cleaning using a flat chisel.
In another embodiment of the invention, the fins may be arranged such that there is, from one row of fins to the other, in the direction of fluid flow, alternating surfaces. convex oriented on one side and convex surfaces oriented on the other side.
In this case, the fins of any series can be offset from those of the next row. This arrangement makes it possible to achieve excellent guiding of the gases and to permanently ensure the subdivision of the gas streams when passing from one row of fins to another without the passage section which is offered to the fluid varying d 'in a sensitive manner, which allows the fluids between which the heat exchange takes place to follow exactly the desired path.
According to the invention, it is possible, for example, to shift one fin in six, in the direction of the flow of the fluid, by a distance equal to half the interval between two successive rows, which has the effect of 'considerably improve the strength of the partition plate.
When the temperature of the flue gases circulating in the heat exchanger is low enough, it is necessary to use, on the gas side, fins of fairly large dimensions and, on the air side, fins of dimensions reduced, which has the effect of avoiding excessive cooling, on the side of the
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gas, surfaces on which heat exchange takes place and to prevent the dew point from being exceeded and corrosion. When the temperature of the flue gases circulating in the heat exchanger is very high, on the contrary, it is necessary to reduce the dimensions of the fins on the gas side and increase them on the air side, to prevent any oxidation resulting from a heating. - too considerable on the gas side.
To prevent the dew point from being exceeded, it is also useful in accordance with the invention to provide the curved flanges with the fin separator plates which are larger on the gas side and smaller on the gas side. air, so that the temperature of the walls of the flanges is constantly determined by that of the hotter gases, which avoids any risk of excessive cooling on the side of the gases where they enter the appliance. reil.
The use of gaskets with double grooves and completely surrounding the parts allows to obtain an absolute tightness for the separation between the gas pipes and the air pipes. To prevent, when using the cleaning process which consists in projecting a shower of spherical particles into the apparatus, that the edges of the flanges of the plates, on the inlet side, are damaged by the impact of the particles. , is installed on the edges of the flanges connected to each other by bolts, a protective member having the width of the flanges and preferably having an external shape favorable to the flow of a fluid.
To avoid heat loss by radiation, is interposed, according to the invention, between the closure plates, curved on purpose, and the halves of neighboring air ducts, separating sheets or insulation walls which delimit , between them and the closure plates, a zone, neutral with regard to the flow of the fluid, which ensures, with the neighboring air ducts located inside the device, such perfect isolation for gas pipes that it is unnecessary to fit the air heater with masonry.
In the main field of use of the device which is the object of the invention, that is to say for the use of the heat of the flue gases coming from boilers, for example from two-circuit boilers, the economizers and air heaters are arranged one after the other in such a way that the economizers are inserted completely or partially between the groups of air heaters. The conduits formed by the plates which carry the fins and assembled to one another so as to form cubes are supported by intermediate frames. As a result, the sides of the closure plates bear no load.
It is therefore possible, at this location, to remove or insert groups of water savers and also tubular systems allowing the removal by blowing of the soot, the operation being able to be carried out in the latter. case even while walking. The blowing cleaning of the ducts from the edge of the closure plates has the further advantage that the blowing intensity which can be obtained in each of the ducts is several times greater than that which can be obtained when the tubes are offset by 90 and do not extend from the edge of the closure plates. The alternation of air heater-economizer-air heater makes it possible to considerably reduce the heat exchange surface area compared to the case of the economizer-air heater alternation known to date. .
The accompanying drawings make it possible to describe the invention.
Fig. 1 shows the fundamental shape of a drop, from which the shape of the fins is derived, in accordance with the invention.
Fig. 2 shows the two basic shapes of droplet halves, from which the shape of the section of a fin parallel to its base is derived.
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Fig. 3 is a top view, in one embodiment of the invention, of part of a separator plate carrying several fins according to the invention.
Fig. 4 shows the section of a fin along IV-IV of FIG. 3.
Fig. 5 is a top view of a part of a partition plate on which some fins are offset.
Fig. 6 is a view from above of a part of a separator plate showing a distribution method of the fins according to the invention.
Fig. 7 is a perspective view of the upper ends of two partition plates joined together to form a duct.
Figs. 8 and 9 demonstrate the fact that the dimensions of the fins mounted respectively on the gas side and on the air side; on the same separator plate flange, differ according to the conditions of use.
Figs. 10 and 11 show, in section and in perspective, the device ensuring the seal at the junction of two separation plates.
Fig. 12 shows the end plate of a heat exchanger, the closure plate and the intermediate separating sheet.
Fig. 13 represents the upper edge of a duct formed by two separating plates and the member for protecting the edges of the plates.
Fig. 14 shows a cube-shaped assembly seen, in perspective, from one of the corners of the cube.
Fig. 15 shows two superimposed cubes and the protective plates mounted on two side walls.
Fig. 1 indicates the shape of a drop, from which the shape of the longitudinal section of the fins derives and which is, as we know, particularly favorable because of the low value of the flow losses which it causes.
The profiles of the longitudinal sections in accordance with the invention are deduced from the shape of a drop 1 by section of the drop along its median axis 2 with the formation of two half-drops 3 and 4, the extended ends of which form an angle d 'approximately 9 which allows the non-swirling flow of fluids between one of the fin groups and the next.
In fig. 2, the areas in which the thickness of the section is the strongest and which are located at the upper part are on the side of the gas or air inlet, which may have the effect, when cleaning by the process which consists in projecting a shower of spherical particles, that the particles used remain on the upper edge of the edges. To avoid this drawback, the end of the section of the fin, on the fluid inlet side, is given the pointed shape which is indicated at 5, so that the total section of the fin obtained by associating 3 and 5 has the shape of a segment.
Fig. 3 shows fins which are mounted on a separating plate 6 in such a way that, from one row to the other perpendicular to the direction of the flow of the fluid, there is alternation of fins 7 of which the convex surface is oriented to the right and of fins 8 whose convex surface is oriented to the left. The arrows indicate the mode of subdivision of the gas streams in the transition zone between two successive rows.
Fig. 4 shows, by way of example, the median section of a fin 7.
Fig. 5 shows how the sixth fins 7a and 8a are offset, in the direction of fluid flow, by a distance equal to half of
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the interval between two rows, both in the gas ducts and in the air ducts, which results in a considerable improvement in the strength of the separation plate.
Fig. 6 is a view from above of another separation plate 6 according to the invention on which the fins are arranged in pairs 9a, 9b, 10a, 10b, 9a, 9b, etc., in such a way that there is, in each of the rows of fins taken in the direction of the flow of the fluid, alternating convex surfaces oriented to the left side and convex surfaces oriented to the right side, so that the fins are arranged, in the rows suc - Cessive taken in the other direction, so that there is alternation between the passage sections of uniform width located between two fins 9a and 9b or 10a and 10b and the passage sections, widened at their ends, which are located between the convex surfaces that face each other.
Because, according to the invention, the fins belonging to successive rows are located one behind the other, the gas or air streams can subdivide into three parts in the transition zone. between two successive rows, which results in a very intimate mixing and in the fact that the different parts of the fluids are successively in contact, under constantly modified heat transmission conditions, with the walls of the fins.
As, unlike what happens in the case of fig. 3, the successive rows of fins in FIG. 6 are not offset with respect to each other, there is, in the case of FIG. 6, for the same distribution, a larger free space for the passage of a flat file for cleaning.
This point is important because when cleaning is carried out by the process of spraying a shower of spherical particles using the particles which are most easily found on the market and whose diameter is 6 mm and when the distance between the fins, counted from the middle of a fin to the middle of the neighboring fin, is 15 mm, when the thickness of the walls of the fins is 3 mm and the thickness of the deposit on the fins is 2 mm, the spherical particles remain on the fins in the case of the pin 3 while in the case of FIG. 6 they are not stopped.
The use of the device shown in FIG. 6 is particularly advantageous with regard to cleaning by spraying a shower of spherical particles, by sandblasting or by spraying water, when the fins comprise a surface area obtained by molding and particularly resistant to water. abrasion and the metal below this surface area has been quenched. The formation of the surface layer in question is obtained by different processes and different additions at the time of molding and sand preparation; The quenching effect results from the fact that the ends of the fins are pointed in the form of a point, so that during molding they undergo quenching.
The sharp edges of the fins are therefore made entirely of an abrasion-resistant cast iron, while the metal which constitutes the separator plate is a relatively elastic cast iron in which there are no stresses.
Fig. 15 shows how cube-shaped assemblies can be placed next to each other or stacked so as to provide a heating surface of 40,000 m2 or more. If, in this case, the fins are arranged as shown in fig. 6, it is possible, for the same value of the intervals between the fins, to increase the heat exchange surface in a given volume, which results in a reduction in manufacturing costs. There is also the advantage that the fins arranged as shown in FIG. 6 are more easily bathed by fluids.
All these advantages result from the fact that the fins have a shape deriving from that of a drop cut in the middle and the two ends of which end in a point, particularly in the case of the distribution of the fins indicated by FIG. 6.
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Fig. 7 shows a part of the apparatus in which two partition plates 6 are joined to form a duct. The arrow P indicates the direction of the throttle and the arrow Pl the direction of the air. The fins 7, whose concavity is oriented to the right and which alternate with the fins 8 whose concavity is oriented to the left, are clearly visible in the drawing. Inside the duct are the fins 11 through which the air passes. The flanges 12 are continued by the edges of the plates 13 which are applied against each other, the sealing being ensured by double gaskets 14. The surface of the flanges 12 comprises fins 15, particularly large, on which pass the gases and small fins 16, over which the air passes.
Reference 17 indicates the holes through which the bolts for fixing the edges of the plates to each other pass. Due to their large dimensions the fins 15, exposed to the action of a hot gaseous fluid at the flange, absorb much more heat than the normal fins 7 and 8.
There is therefore, at the level of the flange, a significant heat transmission towards the interior of the duct in which the small fins 16 can only give up a small amount of heat to the air which they have to heat. The result, under these conditions, is a constant superheating of the outer surface and the inner surface of the flange, so that no excessive cooling can occur on the gas side even in that area of the apparatus for which the risks are, as is known, considerable, which avoids the fouling or corrosion resulting from the fact that the dew point is exceeded, disadvantages which usually occur in apparatus of this kind.
Figs. 8 and 9 represent two bridles meeting special purposes. In a heat exchanger subjected to the action of relatively cold fumes, to prevent the dew point from being exceeded, larger fins 7 and 8 are used on the gas side and smaller fins 11 on the gas side. air, which has the effect that the partition plate and the fins it carries absorb, on the gas side, 'more heat.
Fig. 9 corresponds to the case of a heat exchanger subjected to the action of gas entering at a high temperature and having smaller fins 7 'and' 8 'on the gas side and larger fins 11' on the gas side. air, so that the separator plate transfers a fairly large amount of heat through the fins 11 'which are located on the air side and which have large dimensions. These devices are used, for example, for the recovery of heat from cupola fumes and for air heaters with direct heating and the process employed makes it possible to avoid oxidation of the separating plate 6 and of its fins 8 'on the throttle side.
Figs. 10 and 11 show the device ensuring the seal at the junction of two separation plates. The use of the double groove seal 14 completely surrounding the parts makes it possible to obtain absolute sealing between the gas ducts and the air ducts.
As shown in Figure 12, there is interposed between the end plate 6a and the closure plate 18, which are connected to each other by the bolt 19, a separation plate 20, which closes the half-duct 25 The use of this device makes it possible to practically avoid heat losses by radiation, all the more so since the presence of the separating sheet 20 has the effect of further reducing the volume available at the level of the half-duct 25. , which has the effect of accelerating the passage of air, while between the partition plate 20 and the closure plate 18 there is a zone, neutral as regards the flow of the fluid, which achieves a thermal insulation, so there is no need to use masonry as is done in most air heaters.
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Fig. 13 shows the device adopted for fixing to each other, by means of bolts, the edges of the plates 13, which have the shape of a drop at their upper end, in a heat exchanger whose cleaning is carried out. by the method of projecting therein a shower of spherical particles 24.
In some cases, these spherical particles can be replaced by grains of sand with sharp edges or gravel. This may result in wear of the edges of the plates 13 at their upper part and this drawback is avoided by using a protective member 21 which has recesses for the fixing bolts 19 and which has an external shape favorable to the flow of fluids. and covers the entire width of the plate flanges. At its upper end, this protective member may have a more or less pointed shape, so that the particles which fall on it do not meet an impact surface, but slide along this member and immediately arrive in the vertical ducts. gas and air which they must ensure cleaning.
Fig. 14 shows the corner of a cube-shaped assembly and highlights the support frame made up of sections 22, the separating plates 13 joined together to form conduits 23 and the sealing devices 14.
Fig. 15 shows, by means of two cube-shaped assemblies 26 and 27, the method of assembling the cubes. On the six sides of a cube, four sides serve for the supply of gas and air and the other two sides are closed by the closure plates 18, which dispenses with the need for masonry.
It is on this side that one can put in place or remove, in whole or in part, the water savers and also, even during operation, the devices for removing soot by blowing.
In another embodiment of the invention, the air heaters and economizers, the latter preferably being coil or finned economizers comprising a steel tube core, are mounted one after the other. others so that the economizers are contained in whole or in part in the space between the cubes of the air heater. The heat supplied by the water of the last intercalated economizer can be used to increase the temperature of the air entering the appliance from 20 to 50 C. The heat supplied by the water of the colder economizer is before - carefully used for reheating the air by means of lamella heat exchangers or similar apparatus, this air then entering the air preheater and allowing the cooling of the fumes.
This device also has the effect of improving thermal efficiency. As the air heater does not have any masonry, it can expand freely, when it heats up, in all directions, without the tightness being affected and therefore the efficiency decreasing.
The exemplary embodiments of the invention which are indicated by the drawings can give rise to numerous variants without departing from the scope of the invention. The invention can be used not only for heat exchanges between two gaseous fluids, but when the gaseous fluids are replaced by liquids.
CLAIMS.
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