FR2475707A1 - Heat exchanger housing inserted between two sections of exhaust - recovers waste heat with by=pass regulated via temp. sensors and computing mechanism - Google Patents

Abstract

CET ELEMENT PREFABRIQUE A DEBIT CONTROLE AVEC DISPOSITIF ECHANGEUR DE CHALEUR PERDUE COMPORTE EN DEHORS D'UNE PARTIE DE RACCORDEMENT 21, 23 DE SECTIONS DE CORPS CREUX ACHEMINANT DES FLUIDES CHAUDS UNE AUTRE PARTIE FORMANT BY-PASS 5, DISPOSEE EN DERIVATION D'ECOULEMENT PAR RAPPORT A LA PARTIE DE RACCORDEMENT, EN LIAISON AVEC DES ORGANES DE COMMANDE 61, 62 ACTIONNES PAR DES MECANISMES DE REGLAGE SUR LESQUELS AGISSENT DES SONDES DE TEMPERATURE, POUR LA REGULATION AUTOMATIQUE, D'UNE FRACTION DE LA CHALEUR CONTENUE DANS LE FLUIDE CIRCULANT, UTILISABLE DANS LE DISPOSITIF ECHANGEUR DE CHALEUR 3.

Description

L'invention est basée sur les considérations suivantes il existe certes, dans de nombreuses opérations industrielles, le besoin d'exploiter utilement la chaleur perdue ou la chaleur produite au cours de l'exécutIon de ces aérations, mais la réalisation inconsidérée d'une telle aspiration se heurte au moins à la question de savoir si les frais techniques et de construction qui sont nécessairement liés à la mise en place d'installations d'exploitation de la chaleur perdue ou de la chaleur produite, si par ailleurs les inconvénients d'interruptions prolongées de travail qui résultent inévitablement de la fabrication séparée des installations souvent volumineuses de récunération et de leur montage, et enfin si les frais d'entretien de l'installation, dont il faut également tenir compte, justifient économiquement une telle entreprise.

I1 faut enfin prendre el considération le fait que la récupération d'énergie ne va pas toujours pleinement dans le sens et précisément en faveur des processus qui donnent lieu au développement de la chaleur perdue encore utilisable et à la réalisation desquels l'opération industrielle est principalement destinée.

Msis s'il est possible, d'après les considérations et découvertes qui ont abouti à la présente invention, de disposer d'éléments préfabriqués à débit contrôlé, équipés de dispositifs échangeurs de chaleur, pour le raccordement de sections de corps creux qui servent à l'acheminement de fluides circulants, contenant de la chaleur et en particulier de la chaleur perdue - ce qui correspond au but qu'on s'est fixé en concevant la présente invention -, il en résulte un état des choses et un point de départ entièrenent différentes et les avantages résultants favoriseront une disposition d'esprit qui fait encore défaut ou est hésitante, pour les raisons exposées plus haut, vers la rationalisation de la notion d'économie d'énergie et vers la réalisation d'un projet d'exploitation approprié, en raison du fait que les éléments préfabriqués en question peuvent être gardés en stocks ou peuvent être disponibles en grandes séries, dans un délai très court, avec des dimensions normalisées pour l'exploitation et opportunément échelonnées, les désirs particuliers pouvant être pris en considération de prime abord dans le cadre des possibilités par un dimensionnement des éléments qui peut être planifié d'avance en conséquence.

D'après cela, des éléments préfabriqués à débit contrôlé avec dispositifs échangeurs de chaleur, pour le raccordement de sections de corps creux qui servent a ltecheminement de fluides circulants qui contiennent de la chaleur, en particulier de la chaleur perdue, sont caractérisés d'après l'inven-tion par le fait qu'en dehors d'une partie servant d'élément de raccordement et s'étendant sur toute la longueur, l'élément comporte au moins une autre partie formant by-pass et disposée en dérivation d'écoulement par rapport à cette partie de raccordement, en liaison-avec des organes de commande actionnés par des mécanismes de réglage sur lesquels agissent des sondes de température, pqur le réglage ou pour la régulation automatique, en fonction de paramètres, d'une fraction de la chaleur contenue dans le fluide circulant, fraction qui doit être rendue utilisable dans le dispositif échangeur de chaleur.

I1 existe différentes possibilités pour la réalisation d'éléments préfabriqués de ce genre.

Tout d'abord, la partie de raccordement qui traverse l'élément sur toute sa longueur et que l'on teut qualifier de partie principale de l'élément, peut être réalisée sous forme de logement pour le dispositif échangeur de chaleur. lais il existe également la possibilité inverse, c'est dire de réaliser la partie servant de by-pass sous forme de noger.ent pour un dispositif échangeur de chaleur; les deux. possibilités pourront meme être réalisées ensemble en combinaison dans le cas où les conditions de place sont telles qu'un seul échangeur de chaleur, assez volumineux en règle générale, ne pourrait
être logé en totalité dans aucune des croies de l'élément.

Lorsqu'il a été question ci-dessus de sections de corps
creux, il y avait lieu d'entendre par là aussi bien des
conduites que des récipients plus grands, avec également cette
possibilité qu'il s'agisse de l'un d'entre eux dans le cas de la partie principale de l'élément, de l'autre dans le cas de la partie formant by-pass cu de chacune dés parties formant by-pass lorsqu'elles sont multiples. Une variante des possibilités indiquées consiste en ce qu'ante section de corps creux fait partie d'une évacuation déjà existante dans 1 plupart des cas, par exemple pour des gaz, des vaeurs, des mélanges de gaz et de vapeurs, en particulier dars le cas où l'évacta- tion achemine des fluides circulants à très haute température, par exemple des gaz surchauffés tels que gaz de fumée, gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, de fours industriels, de hauts fourneaux, de fours de fusion, de cubilots, de fours de coulée, de fusions de verre, d'ateliers de galva nidation, d'installations de chauffage, de séchage, de torréfaction, de grillage ou similaires.

En principe, le contrôle de tempé^ctlre à l'intérieur de l'élément préfabriqué doit pouvoir être mené de telle sorte que les vapeurs ou gaz contenant des vapeurs, qui ont tendance à la formation de produits de condensation, notamment les gaz d'échappement mentionnés, ne soient pas exposés à des températures inférieures à 100 degrés, le cas échéant à 120 degrés et au besoin à 160 degrés Celsius. El is étant donné au'on ne peut pas exclure en toute sécurité que de telles formations de produits de condensation aient lieu, il semble judicieux a priori d'adjoindre à un dispositif échangeur de chaleur ou à
chaque dispositif de ce genre dans l'élément une évacuation des produits de condensation.

S'il est prévu dans l'élément préfabriqué-un dispositif supplémentaire pour accroître la pression sous laquelle se trouve le fluide circulant ou pour augmenter le tirage par aspiration auquel il doit etre soumis, on peut au moins compenser les résistances à l'écoulement que rencontre le fluide circulant tandis qu!il passe à travers des éléments préfabriqués ou des parties de ceux-ci.

D'autres possibilités consistent à réaliser la conduite d'arrivée dlml échangeur de chaleur de telle sorte qu'elle soit raccordée à une alimentatIon en fluide de chauffage, ce qui permet de récupérer à des moins de chauffage des chaleurs perdues dont le niveau de température est relativement bas cela s'applique également à des canalisations d'eau industrielle chaude.Une autre possibilité' est caractérisée par le fait qu'avant ou après son passage à travers un échangeur de chaleur de l'élément préfabr saé, un fluide propre à capter la chaleur utile dans un dispositif échangeur de chaleur est envoyé à travers le collecteur d'une installation d'exploitation de la chaleur solaire, ce qui s'applique tout aussi bien à un dispositif à pompe de chaleur existant. Dans le cadre de toutes ces possibilités, on peut mettre en oeuvre un élément préfabriqué réalisé suivant l'irivention en bénéficiant des avantages qui lui sont spécifiques.

les dessins ci-annexés illustrent une série de possibilités de réalisation d'un élément préfabriqué à débit contrôlé avec dispositif échangeur de chaleur, proposé d'après 11in- vention, à la suite de ltétablissement du raccordement entre des sections de canalisation choisies en l'occurrence en tant que sections de corps creux.

La fig. 1 illustre en une représentation schématique une première possibilité de réalisation dans laquelle une partie de l'élément préfabriqué, parcourue par le fluide circulant sur toute sa longueur, est réalisée sous forme de logement pour 11 échangeur de chaleur.

La fig. 2 représente un dispositif du meme genre, dans le cas où la partie formant by-pass d'un élément préfabriqué est réalisée sous forme de tuyau de dérivation parallèle à la conduite principale.

La fig. 3 représente une autre forme de réalisation, dans le cas où le dispositif échangeur de chaleur est logé dans la partie formant by-pass de l'élément préfabriqué.

Sur la fig. 1, un élément préfabriqué suivant l'invention est réalisé dans les limites d'un espace dont le contour extérieur a été indiqué par les traits discontinus 1 - 1 - 1 - 1.

On a déterminé ce contour, en prenant des dispositions visant à réduire l'encombrement, de telle sorte que les éléments qui y sont logés présentent un poids moyen minimal par unité de volume, ce qui peut être facilement obtenu en utilisant des métaux légers, en faisant appel à des structures alvéolaires et stratifiées et en prenant d'autres dispositions conques. On peut distinguer sur la fig. 1 une tubulure de sortie 22 et une section 23 qui s1élargit en forme de citerne et sert à loger le dispositif échangeur de chaleur 3. I1 y a lieu de mentionner en outre les parties visibles 41 et 42 des conduites d'arrivée et de départ pour le fluide circulant, conduites auxquelles sont bridées les tubulures d'entrée et de sortie 21, 22 de l'élément préfabriqué 2.Par ailleurs, il est prévu une partie formant by-pass 5 qui se détache en 51 de la tubulure d'entrée 21 pour rejoindre en 52 la tubulure de sortie 22.

En ce qui concerne le dispositif échangeur de chaleur 3, il peut présenter n'importe quelle forme connue. Dans le cas de l'exemple d'exécution représenté, on a indiqué une possibilité de réalisation sous forme d'un tuyau serpentin 31 dans lequel le fluide qui prélève la chaleur utile, par exemple de l'eau industrielle en vue de la pro action d'eau chaude, est introduit en 32 pc;ur être extrait en 33 après avoir été porté à la température de l'eau chaude. Les conduites d'arrivée et de départ utilisées à cet effet, désignées respectivement par 34 et 35, R peuvent constituer par exemple des sections d'un circuit fermé d'eau industrielle et même, le cas échéant, d'eau de chauffage, toute autre application connue pouvant être également envisagée.

À des fins de contrôle d'énergie, il est disposé, dans la tubulure d'entrée 21 pour le fluide circulant qui abandonne sa chaleur, ainsi que dans la région de la partie formant by-pass 5 qui fait immédiatement suite à la bifurcation 51, des éléments de commande sous forme de volets de commande 61, 62, l'ensemble du système de commande étant désigné par 6.Les volets de commande 61 et 62 sont reliés l'un à l'autre au moyen d'un mécanisme qui est indiqué par le cadre 63 tracé en tirets. Be mécanisme 63 est réalisé de telle sorte qu'il présente une caractéristique de commande déterminée qui consiste, dans le cas le plus simple, en ce que dans.lz position complètement ouverte du volet obturateur 61 situé dans la tubulure d'entrée 21, le volet de commande 62 dans la région 63 de la partie formant by-pass 5 se trouve dans la position de Î erreture qui est représentée en traits pleins. Inversement, la même caractéristique de commande du mécanisme 63 pour effet que, dans la position de fermeture du volet de commande 61, le volet de commande 62 dans la partie formant by-pass 5 prend plus ou moins la position de fermeture. Cette position plus ou moins fermée dépend d'autres circonstances qui déterminent la mesure dans laquelle la caractéristique de commande à adopter dans chaque cas s'écartera de la forme la plus simple indiquée cidessus, des positions intermédiaires pouvant être également envisagées, afin d'éviter par exemple que la quantité totale du fluide circulant ne passe que par l'une des parties de l'élément préfabriqué ou re passe pas du tout, pour pouvoir exclure la survenue de dégâts destructeurs qui pourraient résulter par exemple de variations brusques et importantes de la température entrainant des efforts de tension thermique inacceptables.

Ainsi, les tolets de commande 61 et 62 ainsi que le mécanisme 63 sont sous l'influence d'un système de contrôle de température qui est désigné dans l'ensemble par 7. Celui-ci comporte tout d'abord, comme éléments essentiels, les sondes de température 71 dans la conduite d'arrivée 35 et 72 dans la tubulure de sortie 22 de l'élément préfabriqué 20. Par les lignes 73 et 74, les sondes de température 71, 72 transmettent leurs signaux au calculateur 75 qui agit par les lignes 76, 77 sur un moteur linéaire 78. L'induit 79 de ce dernier est réalisé sous forme de crémaillère et il est en prise, par sa partie dentée, avec un pignon d'entrainement (non représenté) du mécanisne 63.Les éléments représentés en tirets se trouvent à l'extérieur d'une enveloppe qui renferme les parties précédemment décrites de l'élément préfabriqué 2 et dont les limites cohcident approximativement avec les points ou lignes 1 - 1 - 1 - 1 de l'espace enfermé. I1 n'y a donc besoin que de brider un élément préfabriqué que l'on s'est procuré aux conduites 34, 35, 41, 42 et de poser les lignes électriques de commande 73, 74, 76, 77 pour pouvoir raccorder par bridage et connecter électriquement l'élément préfabriqué livré dans chaque cas, cet élément polvant être mis en service immédiatement, ce qui s'applique également aux remplacements, révisions, réparations, modifications, extensions et améliorations.

Sans différence fondamentale quant à la forme et la disposition des parties considérées, la fig. 2 montre le mode de méalisation d'un élément préfabriqué à débit contrôlé sous une forme de l'ensemble dont l'encombrement est encore réduit: sur cette figure, on a utilisé les mêmes numéros de référence et on se reportera aux explications de leur signification à propos de la fig. 1.

Dans le cas du dispositif représenté sur la fig. 3, c'est la partie formant by-pass 5 qui est réalisée sous forme de logement pour l'échangeur de chaleur 3; la forme de réalisation de l'élément préfabriqué selon la fig. 3 correspond à la disposition fondamentale illustrée par la fig. 1, ce qui vaut aussi pour la description de cette fig. 3, Si bien qu'il n'y avait pas lieu de répéter celle-ci.

D'après ce qui a été indiqué, le mode de fonctionnement des exemples possibles de réalisation d'éléments préfabriqués qui ont été représentés est le suivant : sous l'influence des signaux dépendant de la température, qui sont transmis au calculateur 75 sur les lignes 73, 74 à partir des sondes de température 71 pour la température de la conduite d' limenta- tion et 72 pour les températures du fluide circulant qui s'écoule dans la tubulure de sortie 22, le calculateur 75 délivre au moteur linéaire 78 des courants de commande ayant pour effet que sur la base de valeurs limites de température concernant la conduite d'alimentation et le fluide circulant qui s'écoule, valeurs fournies au calculateur et traitées dans celui-ci, lorsque la température de la conduite d'alimentation devient- insuffisante, le volet de.commande 61 est ouvert davantage et, de ce fait, le volet de commande 62 est fermé davantage, si bien que liteau industrielle captrice de chaleur ou un autre fluide qui doit prélever de la chaleur est réchauffé plus fortement dans l'échångeur de chaleur 3, tandis qu'il se déroule les processus dë commande inverses lorsque la température de la conduite d'alimentation dépasse la valeur limite supérieure, si bien que le fluide circulant qui cède sa chaleur est davantage aiguillé vers le by-pass 5, ce qui fait que la température de la conduite d'alimentation en 33, 35 retombe.

Le même dispositif peut être utilisé pour mettre à exécution des processus de régulation automatiques en fonction d'autres paramètres. De tels paramètres dont fournis par exemple par la température à laquelle des fluides circulants traversent l'orifice de cheminées qui font suite à des sections de corps creux ou à l'élément de canalisation 42.

De par sa nature, l'invention ne limite pas son essence aux exemples de réalisation donnés ci-dessus, mais des éléments préfabriqués réalisés suivant l'invention peuvent être utilisés dans tous les cas où ils peuvent être mis en oeuvre de manière profitable en raison du fait qu'ils sont disponibles, prets au montage et au fonctionnement, dans les dimensions nécessaires pour chaque cas, éventuellement avec interposition instantanée d'éléments d'adaptation et de raccordement.

A titre de variantes qui entrent dans le cadre de l'invention, on pourrait par exemple envisager d'utiliser de plus grandes variations de température, détectées par des sondes de température, pour délivrer un signal de surveillance de fonctionnement aux appareils de commande ou de régulation, par exemple lorsque le fluide circulant se met subitement à la température ambiante, ce qui peut par exemple se produire lorsque l'installation qui donne lieu en service à la production de chaleur ou de chaleur perdue s'arrête complètement ou est arrêtée.Ce signal est retransmis à partir de l'instslla- tion de récupération de chaleur ou d chaleur perdue, de manière à signaler la nécessité d'une intervention dans l'installation principale ou à déclencher automatiquement l'intervention qui est normalement destinée à supprimer les causes de la variation brussue de~température du fluide de l'installation principale, un relais temporisé étant prévu pour déclencher, en cas d'insuccès de cette intervention, un signal d' larne invitant à procéder de toute nécessité à une intervention directe dans l'installation.

Des émissions de signal du même genre pourraient être utilisées pour mettre hors circuit des appareils qui, en raison de leur sensibilité, ne doivent pas être exposés à des situations qui mettent en danger leur existence ou leur fonctionnement, ce qui permet d'exclure la création de cas de sinistre importants.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Elément préfabriqué à débit contrôlé avec dispositif échangeur de chaleur, pour le raccordement de sections de corps creux qui servent à l'acheminement de fluides circulants qui contiennent de la chaleur, en particulier de la chaleur perdue, caractérisé en ce qu'en dehors d'une partie de raccordement (2; 21 - 23) qui s'étend sur tout? sa longueur, 1'élément comporte au moins une autre partie formant by-pass (5), disposée en dérivation d'écoulement par rapport à la partie de raccordement, en liaison avec des organes de commande (61, 62) actionnés par des mécanismes de réglage (63) sur lesquels agissent des sondes deftempératare, pour le réglage ou pour la régulation automatique, en fonction de paramètres donnés, d'une fraction de la chaleur contenue dans le fluide circulant, fraction qui doit être rendue utilisable dans le dispositif échangeur de chaleur (3).

2. Slément préfabriqué selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de l'élément préfabriqué (2; 21 - 23), parcourue sur toute sa longueur par le fluide circulant, est réalisée sous forme de logement pour le dispositif échangeur de chaleur (3).

j. élément préfabriqué selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie formant by-pass (5) est réalisée sous forme de logement pour le dispositif échangeur de chaleur (3).

4. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une section de corps creux (41; 42) fait partie d'une évacuation pour un fluide circulant à haute température, par exemple une év cua- tion de gaz de fumée.

5. Slénent préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une évacuation de produits de condensation est adjointe à un dispositif échangeur de chaleur (3) logé dans un élément (2; 5).

6. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le logement d'un dispositif supplémentaire dans l'une au moins des parties (2; 5) de l'élément préfabriqué pour accroître la pression ou le tirage par aspiration du fluide circulant.

7. élément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une sonde de température (71) qui agit sur un mécanisme de réglage de commande ou de régulation (65) est réalisée sous forme d'émetteur de signal qui réagit à des valeurs limites de température.

8. élément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un sonde de température (72) qui agit sur un calculateur (75, 76) est réalisée sous forme d'émetteur de signal, aussi bien pour des valeurs limites que pour des valeurs ntermé < liaires de température.

9. blément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation (35) d'un fluide de service réchauffé dans un dispositif échangeur de chaleur (3) est raccordé à un système de conduites pour eau industrielle, eau chaude, eau de chauffage et/ou similaires, en particulier avec un circuit fermé de conduites de ce genre, de préférence avec interposition d'une autre sonde de température qui produit une caractéristique de commande ou de régulation déterminée par modèle, au moyen d'un calculateur (75), équipé de préférence d'un dispositif de saisie (76) pour des modèles de commande ou de régulation interchangeables, au moyen de l'élément préfabriqué (2) et du dispositif échangeur de chaleur (3).

10. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est accouplé thermiquement avec une.installation de récupération de la chaleur du rayonnement solaire.

11. Elément préfahriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est accouplé thermiquement avec une installation à pompe de chaleur.