FR2484070A1 - Heat exchanger for condenser - has sprayer at top of cylinder and condensing plates with water sump - Google Patents

Heat exchanger for condenser - has sprayer at top of cylinder and condensing plates with water sump Download PDF

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FR2484070A1 FR8012398A FR8012398A FR2484070A1 FR 2484070 A1 FR2484070 A1 FR 2484070A1 FR 8012398 A FR8012398 A FR 8012398A FR 8012398 A FR8012398 A FR 8012398A FR 2484070 A1 FR2484070 A1 FR 2484070A1
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Abstract

The heat exchanger has a cylindrical tower (11). The top of the tower is fitted with a sprayer (12). Below the sprayer, is a top plate (13). The surface of the plate is V-shaped and allows the spray to fall around the edge onto the lower plates (14a,b). The plates have identical sections and are equi distant. The lower plates (15) allow the spray onto the gas inlet pipe (16). Air is admitted through this pipe by openings underneath. The water is collected through a sump (17) with a sloping floor and an outlet flange.

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à condensation destiné notamment à permettre la re cupération de la chaleur véhiculée par les gaz de combustion. The present invention relates to a condensing heat exchanger intended in particular to allow the recovery of the heat carried by the combustion gases.

On connaît déjà des échangeurs de chaleur qui permettent de récupérer une quantité importante de chaleur des gaz de combustion par condensation de la majeure partie de la vapeur d'eau contenue dans ces gaz. Heat exchangers are already known which make it possible to recover a large amount of heat from the combustion gases by condensation of most of the water vapor contained in these gases.

C'zest ainsi que l'on a décrit des échangeurs de chaleur qui comprennent une tour dans laquelle circulent à contre-courant, d'une part des gaz de combustion chauds, et d'autre part, un fluide froid pulvérisé à la partie supérieure de la tour, des moyens de récupération du fluide à la partie inférieure de la tour et des moyens de mise en circulation du fluide vers un circuit d'utilisation. This is how heat exchangers have been described, which include a tower in which flow against the current, on the one hand hot combustion gases, and on the other hand, a cold fluid sprayed at the top. from the tower, means for recovering the fluid at the bottom of the tower and means for circulating the fluid to a use circuit.

La présente invention vise à perfectionner un échan geur de ce type notamment en simplifiant et en améliorant la construction des chicanes intermédiaires qui permettent d'augmenter les surfaces de contact entre gaz et fluide et d'augmenter ainsi l'échange thermique. The present invention aims to improve an exchanger of this type, in particular by simplifying and improving the construction of the intermediate baffles which make it possible to increase the contact surfaces between gas and fluid and thus to increase the heat exchange.

A cet effet, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant une tour dans laquelle circulent à contre-courant, d'une part, des gaz humides et chauds entrant à la partie inférieure de la tour, d'autre part, des gouttelettes d'eau qui sont pulvérisées à la partie supérieure de la tour, des moyens de récupération de l'eau à la partie inférieure de la tour et des moyens de filtration puis de mise en circulation de l'eau vers un circuit d'utilisation, caractérisé en ce que la hauteur de la tour entre la zone de pulvérisation et celle d'entrée des gaz c h a u d s est divisée en un certain nombre d'étages superposés sépares par des plateaux destinés à recueillir tout ou partie de l'eau tombant audessus d'eux et à la renvoyer en direction d'un plateau inférieur ou des parois sous forme de rideaux d'eau, ces plateaux étant disposés de façon à délimiter entre eux, avec les parois et avec les rideaux d'eau une succession de chambres superposées à travers lesquelles passent les gaz. To this end, the present invention relates to a heat exchanger comprising a tower in which circulate against the current, on the one hand, hot and humid gases entering the lower part of the tower, on the other hand, water droplets which are sprayed at the top of the tower, means for recovering water at the bottom of the tower and means for filtering and then circulating the water to a circuit of use , characterized in that the height of the tower between the spraying zone and that of the hot gas inlet is divided into a number of superimposed stages separated by trays intended to collect all or part of the water falling above it 'them and return it towards a lower tray or walls in the form of water curtains, these trays being arranged so as to delimit between themselves, with the walls and with the water curtains a succession of superimposed rooms through which pass gas.

Ainsi, les plateaux utilisés dans la présente invention ont pour but de recueillir tout ou partie de l'eau tombant au-dessus d'eux, provenant soit de la pulvérisation, soit du plateau supérieur, et de renvoyer cette eau vers la partie inférieure sous forme de rideaux. Thus, the trays used in the present invention are intended to collect all or part of the water falling above them, originating either from the spraying or from the upper tray, and to return this water to the lower part under form of curtains.

Chaque rideau forme ainsi en s'écoulant d'un plateau à l'autre ou d'un plateau aux parois, une surface continue entre les parois, ou dans le cas des appareils cylindriques, une surface de révolution autour de l'axe de la tour. Each curtain thus forms, flowing from one plate to another or from one plate to the walls, a continuous surface between the walls, or in the case of cylindrical devices, a surface of revolution around the axis of the tower.

Tout l'espace de la tour se trouve alors divisé par les plateaux et les rideaux en un certain nombre de chambres de gaz a travers lesquelles passent successivement les gaz et dont -la température et la pression partielle de vapeur d'eau peuvent varier de l'une à l'autre. The entire space of the tower is then divided by the trays and the curtains into a number of gas chambers through which the gases pass successively and whose temperature and partial pressure of water vapor can vary by l to one another.

La tour peut etre assimilée à un ensemble d1échan- geurs successifs ou, aux inétanchéités près des rideaux, s'établiraient des équilibres différents aux différents étages. The tower can be likened to a set of successive exchangers or, with the leaks near the curtains, different equilibria are established on the different floors.

L'échangeur selon la présente invention présente, par rapport à un échangeur ordinaire, les avantages suivants: - Il est assimilable à plusieurs échangeurs simples mon
tés en série. On peut donc obtenir un excellent croise
ment des températures des deux fluides. On peut ainsi
obtenir une température de lteau réchauffée supérieure
à la température de sortie des gaz refroidis (ce qui
n'est pas possible avec un échangeur ordinaire ou l'on
n'obtient qu'un seul équiliBre de pression et de tem
pérature.
The exchanger according to the present invention has, compared to an ordinary exchanger, the following advantages: - It is comparable to several simple exchangers my
tees in series. So we can get an excellent cross
temperatures of the two fluids. We can thus
obtain a higher heated water temperature
at the outlet temperature of the cooled gases (which
is not possible with an ordinary exchanger or
only gets one pressure and time balance
temperature.

Son encombrement est réduit, très inférieur à celui
d'un échangeur de même puissance ou d'égale performance.
Its size is reduced, much smaller than that
an exchanger of the same power or equal performance.

La circulation des fluides se fait naturellement dans
le corps de l'appareil: par gravité pour l'eau, par
tirage pour les gaz. Les frais de pompage pour l'eau
sont donc limités à la pressurisation nécessaire pour
les gicleurs supérieurs (alors que dans les appareils
en série, il faut repomper l'eau entre chaque passage).
The circulation of fluids occurs naturally in
the body of the device: by gravity for water, by
draft for gases. Pumping costs for water
are therefore limited to the pressurization necessary to
the upper sprinklers (while in the appliances
in series, water must be pumped between each pass).

De même , les pertes de charge au niveau du gaz
sont limitées à la traversée des rideaux d'eau et des
cônes supérieurs d'eau pulvérisée.
Similarly, the pressure drops at the gas level
are limited to crossing water curtains and
upper cones of water spray.

Cette faible perte de charge (de l'ordre de 100
pascals) permet dans la majorité des cas de placer ces
récupérateurs derrière des appareils thermiques classi
ques (chaudières, fours, moteurs à combustion interne)
sans avoir à changer les moyens de mise en circulation des gaz.
This low pressure drop (of the order of 100
pascals) allows in most cases to place these
recuperators behind classi thermal appliances
ques (boilers, ovens, internal combustion engines)
without having to change the means of circulating the gases.

La circulation naturelle ascendante des gaz permet à
cet échangeur de pouvoir être considéré comme un sim
élément de cheminée quand la circulation de l'eau est
arrêtée
Cette disposition est particulièrement utilisée
quand les gaz à traiter contiennent des éléments solu
bles dans l'eau et donnent des produits corrosifs. Il
suffit alors d'arrêter l'eau pour éviter les risques
de corrosion.
The natural upward circulation of gases allows
this power exchanger can be considered a sim
chimney element when water circulation is
arrested
This provision is particularly used
when the gases to be treated contain solu elements
in the water and give corrosive products. he
stop the water to avoid the risks
corrosion.

Ainsi, sur les chaudières munies de brûleurs mixtes
gaz naturel-fuel oil: en fonctionnement normal au gaz
naturel, la récupération est utilisée. En marche de
secours au mazout, la circulateau de l'eau est arrêtée
pour éviter la création d'acide sulfurique dans l'eau
provenant du soufre du combustible.
So, on boilers with mixed burners
natural gas-fuel oil: in normal gas operation
natural, recovery is used. On the march from
oil rescue, the water circulator is stopped
to avoid the creation of sulfuric acid in water
from fuel sulfur.

L'échangeur peut donc se placer derrière toute
chaudière mixte sans nécessité d'une dérivation avec tous les inconvénients que ce complément d'équipement entraîne.
The exchanger can therefore be placed behind any
mixed boiler without the need for a bypass with all the disadvantages that this additional equipment entails.

Dans une forme de réalisation avantageuse de la présente invention, les plateaux ont la forme d'un V renversé et sur les parois d'un demi V renversé et les plateaux d'un étage sont décalés en quinconce par rapport à ceux de l'étage supérieur. In an advantageous embodiment of the present invention, the trays have the shape of an inverted V and on the walls of an inverted half V and the trays of a stage are staggered relative to those of the stage superior.

En outre, le débit d'eau et la distance entre les étages sont réglés avantageusement de façon telle que les plateaux d'un étage reçoivent les rideaux d'eau provenant des plateaux d'un étage supérieur au voisinage de leur sommet, de façon à utiliser au maximum la surface d'échange possible. In addition, the water flow and the distance between the stages are advantageously adjusted in such a way that the trays on one floor receive the water curtains coming from the trays on an upper floor in the vicinity of their top, so as to use the maximum possible exchange surface.

Dans le but également d'augmenter la surface d'échange, une circulation d'eau sur les parois est avantageusement prévue soit par un soudage discontinu des plateaux en demi V renversé sur les paroi, soit à l'aide de plateaux en demi V renversé, soudés aux parois et munis de godets sur leur surface supérieure et de trous créant des jets d'eau en direction des parois. With the aim also of increasing the exchange surface, a circulation of water on the walls is advantageously provided either by a discontinuous welding of the trays in inverted half-V on the walls, or by means of trays in inverted half-V , welded to the walls and provided with buckets on their upper surface and holes creating water jets towards the walls.

En outre, les gaz chauds et humides sont avantageusement introduits à la partie inférieure de la tour par des ouvertures disposées à l'aplomb de chaque V renversé du dernier plateau inférieur. In addition, hot and humid gases are advantageously introduced into the lower part of the tower through openings arranged directly above each inverted V of the last lower plate.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé sur lequel:
la Fig. 1 est une vue en coupe d'un échangeur selon la présente invention;
la Fig.2 est une vue en coupe d'un échangeur de plus grand diamètre selon l'invention;
les Fig. 3 à 5 sont des vues en coupe de variantes de plateaux fixés sur les parois.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear during the description which follows, made with reference to the appended drawing in which:
Fig. 1 is a sectional view of an exchanger according to the present invention;
Fig.2 is a sectional view of a larger diameter exchanger according to the invention;
Figs. 3 to 5 are sectional views of variants of trays fixed to the walls.

L'échangeur représenté sur la Fig. 1 comprend une tour 1 cylindrique verticale munie à sa partie supérieure de rampes de pulvérisation 2 qui pulvérisent de l'eau vers sa partie inférieure. Sous ces rampes,la tour 1 est munie d'un plateau conique central supérieur 3 dont la pointe est dirigée vers le haut, d'un plateau 4 soudé aux parois de la tour constitué par un tronc de cône dont la pointe est dirigée vers le bas et d'un plateau conique central 5 identique au plateau 3. Sous le plateau 5 débouche un conduit horizontal 6 d'amenée des gaz chauds et humides. Sous le conduit 6 d'amenée des gaz est dispo sé un bac 7 de récupération de l'eau. The exchanger shown in FIG. 1 comprises a vertical cylindrical tower 1 provided at its upper part with spraying booms 2 which spray water towards its lower part. Under these ramps, the tower 1 is provided with an upper central conical plate 3 whose point is directed upwards, a plate 4 welded to the walls of the tower constituted by a truncated cone whose point is directed towards the bottom and a central conical plate 5 identical to the plate 3. Under the plate 5 opens a horizontal duct 6 for supplying hot and humid gases. Under the conduit 6 for supplying the gases, there is a tank 7 for collecting water.

L'eau à réchauffer quiestpulvérisée par les rampes 2 est en partie recueillie par le plateau 3. Le débit d'eau est réglé de façon à ce que l'eau qui ruisselle sur le plateau 3 soit renvoyée sous forme d'un rideau d'eau continu la partie supérieure du plateau inférieur 4. The water to be heated which is sprayed by the ramps 2 is partly collected by the tray 3. The water flow is adjusted so that the water which flows on the tray 3 is returned in the form of a curtain of continuous water the upper part of the lower plate 4.

L'eau ruisselle sur ce plateau qui la renvoie sous forme d'un deuxième rideau continu vers le sommet du plateau le plus bas. La tour est ainsi divisée en quatre chambres séparées par des rideaux d'eau. The water flows over this plateau which returns it in the form of a second continuous curtain towards the top of the lowest plateau. The tower is thus divided into four rooms separated by water curtains.

Les gaz chauds qui proviennent du tube 6 passent successivement dans ces quatre chambres. On obtient ainsi quatre équilibres différents, ce qui permet d'obtenir une température de l'eau réchauffée qui est supérieure à la température des gaz refroidis qui sortent de la tour. The hot gases which come from the tube 6 pass successively through these four chambers. Four different equilibria are thus obtained, which makes it possible to obtain a temperature of the heated water which is higher than the temperature of the cooled gases leaving the tower.

L'échangeur représenté sur la Fig. 2 est un échangeur cylindrique d'un diamètre plus grand que celui représenté sur la Fig. 1. The exchanger shown in FIG. 2 is a cylindrical exchanger with a larger diameter than that shown in FIG. 1.

I1 comprend une tour cylindrique 11 munie à sa partie supérieure de rampes de pulvérisation 12 Sous ces rampes, la tour 11 comprend un plateau supérieur 13 dont la surface est une surface engendrée par un V renversé tournant autour de l'axe de la tour. A l'étage immédiatement inférieur la tour comporte deux plateaux 14a et 14b Le plateau 14a soudé aux parois de la tour est du même type que le plateau 4 soudé aux parois de la tour 1 mais de plus grand diamètre et le plateau 14b disposé au centre est semblable au plateau central 3 de la tour 1. I1 comprises a cylindrical tower 11 provided at its upper part with spraying booms 12 Under these booms, the tower 11 comprises an upper plate 13 whose surface is a surface generated by an inverted V rotating around the axis of the tower. On the floor immediately below the tower has two plates 14a and 14b The plate 14a welded to the walls of the tower is of the same type as the plate 4 welded to the walls of the tower 1 but of larger diameter and the plate 14b placed in the center is similar to the central plate 3 of tower 1.

L'étage inférieur comprend un plateau 15 analogue au plateau 13.The lower stage comprises a plate 15 similar to the plate 13.

Les sections des plateaux 13, 14b et 15 sont identiques et les diamètres des plateaux 13 et 15 sont tels que les pointes des plateaux intermédiaires 14a et 14b sont à égale distance des pointes des plateaux 13 et 15. The sections of the plates 13, 14b and 15 are identical and the diameters of the plates 13 and 15 are such that the points of the intermediate plates 14a and 14b are equidistant from the points of the plates 13 and 15.

Sous le plateau inférieur 15 est disposé un conduit d'amenée 16 présentant à sa partie inférieure des ouvertures 16a et 16b disposées sous le plateau 15. Sous ce conduit est disposé u#n bac 17 de récupération de l'eau. Under the lower plate 15 is disposed a supply conduit 16 having at its lower part openings 16a and 16b arranged under the plate 15. Under this conduit is arranged u # n tray 17 for recovering water.

Le fonctionnement de cet échangeur est analogue à celui représenté sur la Fig. 1, la seule différence étant que l'on obtient des surfaces de rideaux doubles par étage. The operation of this exchanger is similar to that shown in FIG. 1, the only difference being that double curtain surfaces are obtained per floor.

il est clair que l'on peut multiplier le nombre de plateaux par étage et ainsi multiplier les surfaces de rideaux d'eau traversées par les gaz. It is clear that we can multiply the number of trays per floor and thus multiply the areas of water curtains crossed by the gases.

Les tours peuvent non seulement avoir une forme cylindrique comme représenté sur les Fig. 1 et 2 mais également une forme parallélépipédique. Dans ce cas, les plateaux comprennent des surfaces planes présentant en section la :#ême forme de V renversé que celle représentée sur les Fig. 1 et 2 et qui s' étendent d'une paroi latérale à la paroi opposée. The towers may not only have a cylindrical shape as shown in Figs. 1 and 2 but also a parallelepiped shape. In this case, the plates comprise flat surfaces having in section the: # same shape of inverted V as that represented in FIGS. 1 and 2 and which extend from a side wall to the opposite wall.

Pour améliorer les surfaces d'échange entre l'eau et les gaz, les plateaux latéraux tels que les plateaux 4 et 14a peuvent être réalisés comme représenté sur les
Fi.g. 3, 4 et 5.
To improve the exchange surfaces between water and gases, the side plates such as plates 4 and 14a can be produced as shown in the
Fi.g. 3, 4 and 5.

Le. plateau 21 représenté sur la Fig. 3 a en section la forme d'un demi V renversé. Il est soudé de manière discontinue à la paroi 22 pour permettre un écoulement partiel de l'eau provenant des parties supérieures le long de la paroi 22. The. plate 21 shown in FIG. 3 has in section the shape of an inverted half V. It is welded discontinuously to the wall 22 to allow a partial flow of the water coming from the upper parts along the wall 22.

Le plateau 23 représenté sur la Fig. 4 a en section également la forme d'un demi V renversé. Il est soudé complètement à la paroi 22Au bas de sa partie supérieure est soudée une paroi verticale 24 formant déversoir. Le plateau 23 et la paroi 24 délimitent ainsi un godet. Le plateau est muni au fond du godet de trous 25 en#direc- tion de la paroi 22. La hauteur d'eau au-dessus de ces trous permet d'obtenir des jets d'eau qui viennent s'écria ser sur la paroi 22; Le reste de l'eau se déverse sous forme de rideau d'eau à la partie supérieure de la paroi 24. The plate 23 shown in FIG. 4 has also in section the shape of an inverted half V. It is welded completely to the wall 22. At the bottom of its upper part is welded a vertical wall 24 forming a weir. The plate 23 and the wall 24 thus define a bucket. The tray is provided at the bottom of the bucket with holes 25 in the direction of the wall 22. The height of water above these holes makes it possible to obtain jets of water which come to cry out on the wall. 22; The rest of the water flows in the form of a curtain of water at the top of the wall 24.

En variante comme représenté sur la Fig. 5, la paroi 24 est munie à sa partie inférieure de fentes 26 d'ou l'eau sort, ruisselle sur la partie inférieure du plateau 23 et quitte ce plateau sous forme de rideau d'eau.  Alternatively as shown in FIG. 5, the wall 24 is provided at its lower part with slots 26 from which the water comes out, trickles over the lower part of the plate 23 and leaves this plate in the form of a curtain of water.

Claims (7)

- REVENDICATIONS- CLAIMS 1.- Echangeur de chaleur comprenant une tour dans laquelle circulent à contre-courant, d'une part, des gaz humides et chauds entrant à la partie inférieure de la tour, d'autre part, des gouttelettes d'eau qui sont pulvérisées à la partie supérieure de la tour, des moyens de récupération de l'eau à la partie inférieure de la tour et des moyens de filtration puis de mise en circulation de l'eau vers un circuit d'utilisation, caractérisé en ce que la hauteur de la tour entre la zone de pulvérisation et celle d'entrée des gaz c h a u d s est divisée en un certain nombre d'étages superposés séparés par des plateaux (3, 4, 5; 13, 14a, 14b, 15) destinés à recueillir tout ou partie de l'eau tombant au-dessus d'eux et à la renvoyer en direction d'un plateau inférieur ou des parois sous forme de rideaux d'eau,ces plateaux étant disposés de faç-on à délimiter entre eux, avec les parois et avec les rideaux d'eau, une succession de chambres superposées à travers lesquelles passent les gaz. 1.- Heat exchanger comprising a tower in which circulate against the current, on the one hand, hot and humid gases entering the lower part of the tower, on the other hand, water droplets which are sprayed at the upper part of the tower, means for recovering the water at the lower part of the tower and means for filtering and then circulating the water to a use circuit, characterized in that the height of the tower between the spraying area and that of the hot gas inlet is divided into a number of superimposed stages separated by trays (3, 4, 5; 13, 14a, 14b, 15) intended to collect all or part water falling above them and returning it towards a lower plate or walls in the form of water curtains, these plates being arranged so as to delimit between them, with the walls and with the water curtains, a succession of superimposed chambers through which the gases pass. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plateaux --ont la forme d'un V renversé (3,- 5; 13, 14b, 15) et sur les parois d'un demi 2.- Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the plates --have the shape of an inverted V (3, - 5; 13, 14b, 15) and on the walls of a half V renversé (4, 14a) et les plateaux d'un étage sont décalés en quinconce par rapport à ceux de l'étage supérieur.Inverted V (4, 14a) and the stages of a stage are staggered with respect to those of the upper stage. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le débit d'eau et la distance entre les étages sont réglés de façon telle que les plateaux d'un étage reçoivent les rideaux d'eau provenant des plateaux d'un étage-supérieur au voisinage de leur sommet. 3.- Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the water flow and the distance between the floors are adjusted so that the trays of a floor receive the water curtains from the trays d 'an upper floor near their summit. 4.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une circulation d'eau sur les parois. 4.- Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a circulation of water on the walls. 5.- Echangeur se chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la circulation d'eau sur les parois est obtenue par un soudage discontinu des plateaux (21) en demi V renversé sur les parois. 5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the circulation of water on the walls is obtained by a discontinuous welding of the plates (21) in half V reversed on the walls. 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la circulation d'eau sur les parois est obtenue par des plateaux (23) en demi V renversé soudés aux parois et munis de godets sur leur surface supérieure et de trous (25) créant des jets d'eau en direction des parois. 6.- Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the circulation of water on the walls is obtained by plates (23) in inverted half V welded to the walls and provided with buckets on their upper surface and holes ( 25) creating water jets towards the walls. 7.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 2 ourla revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée inférieure de gaz se fait par des ouvertures disposées à l'aplomb de chaque V renversé du dernier plateau inférieur.  7.- Heat exchanger according to claim 2 ourla claim 3, characterized in that the lower gas inlet is through openings arranged in line with each inverted V of the last lower plate.
FR8012398A 1980-06-04 1980-06-04 Heat exchanger for condenser - has sprayer at top of cylinder and condensing plates with water sump Withdrawn FR2484070A1 (en)

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