FR2509456A1 - Dispositif de repartition homogene d'un fluide dans un echangeur de chaleur - Google Patents

Dispositif de repartition homogene d'un fluide dans un echangeur de chaleur Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE REPARTITION HOMOGENE D'UN FLUIDE DANS UN ECHANGEUR A NAPPE CYLINDRIQUE DE TUBES D'EAU. LES EXTREMITES DES TUBES 5 CONSECUTIFS N T - T; ... DE L'ECHANGEUR, AU NIVEAU DESQUELS S'EFFECTUE LE CHANGEMENT DE SENS DE CIRCULATION DU FLUIDE SONT COIFFEES PAR UN DEFLECTEUR 10 EN FORME DE PONT LES METTANT DIRECTEMENT EN COMMUNICATION. APPLICATION AUX ECHANGEURS DE CHALEUR POUR CHAUDIERES DU TYPE ETANCHE A TIRAGE FORCE.

Description

L'invention se rapporte à un dispositif de répartition homogène d'un fluide dans un échangeur à nappe cylindrique de tubes notamment pour chaudières à condensation.
Les échangeurs de ce type formant la chambre de combustion sont habituellement realises sous forme d'une nappe cylindrique de tubes d'eau disposés autour d'un brûleur central et enveloppes d'une coquille etanche destinée à collecter les produits de combustion qui s'évacuent par une cheminee. Cette disposition permet une récupération partielle ou totale de la chaleur latente de combustion de la vapeur contenue dans les gaz de combustion à cause des surfaces d'échange importantes prevues entre les tubes et ces gaz.Le fluide, par exemple l'eau de chauffage, circule dans les tubes de la nappe en montant par un faisceau de tubes à partir d'un anneau répartiteur inférieur vers un anneau répartiteur superieur puis en redescendant dans un autre faisceau de tubes vers le répartiteur inférieur et ainsi de suite, grâce à un jeu de chicanes localisées dans les anneaux.
L'eau subit donc au cours de son passage dans l'échangeur plusieurs inversions de sens de circulation en montant et descendant successivement dans les faisceaux de tubes adjacents.
Or la répartition de l'eau dans les tubes au niveau de chaque inversion de sens ne se fait pas de façon homogène. En effet, chaque tube qui fait suite à une inversion de sens de circulation, c'est-à-dire situe immediatement en aval de la frontière qui marque cette inversion entre deux faisceaux adjacentes, présente une temperature de surface de près de 100 supérieure à celle des tubes adjacents ce qui signifie que la vitesse moyenne de l'eau dans chacun de ces tubes particuliers, est nettement inferieure à la vitesse moyenne dans les autres tubes si bien que tous les tubes condensent sauf ces tubes particuliers.
L'invention a donc pour objet un dispositif qui evite les ineon- vénients précités en permettant de répartir de façon homogène l'eau dans les differents faisceaux de tubes de l'échangeur.
Suivant l'invention, les extrémités des deux tubes consecutifs, au niveau desquels s'effectue le changement de sens de circulation du fluide sont coiffés par un deflecteur.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le deflecteur forme au-dessus des orifices des deux tubes consé- cutifs un pont les mettant directement en communication.
D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'une forme de realisation en reference aux dessins annexes qui representent - figure 1 : une vue en élévation latérale de l'échangeur
cylindrique.
- figure 2 : une vue déroulée suivant un plan d'une partie
de la nappe cylindrique des tubes de l'échangeur.
- figure 3 : une vue en perspective à plus grande echelle du
dispositif conforme à l'invention.
Comme représenté à la figure 1 > 1 l'echangeur de chaleur, dispose à l'intérieur d'une enceinte 1 qui collecte les gaz brûlés et les évacue par la cheminée 2 est essentiellement constitué d'un anneau répartiteur inférieur 3 et d'un anneau repartiteur supérieur 4 disposés coaxialement et réunis par des tubes 5 longitudinaux repartis entre ceux-ci suivant la génératrice d'un cylindre de façon à former une chambre de combustion. Un brûleur radial 6 est disposé au centre de cette chambre cylindrique.
Les deux anneaux répartiteurs 3 et 4 sont alternativement delimités par des chicanes 9 (figure 2) de façon à former des faisceaux de tubes (A B C... H) alimentesen parallèle. L'eau admise par un conduit d'entree 7 dans l'anneau répartiteur inférieur 3 monte dans le premier faisceau A de tubes pour atteindre l'anneau repartireur supérieur 4 ; puis redescend dans le faisceau suivant
B et ainsi de suite avant d'aboutir au conduit de sortie 8.
Dans chaque anneau répartiteur (3-4), les extrémités des deux tubes consécutifs au niveau desquels a lieu le changement de sens de circulation de l'eau c'est-à-dire les tubes tg - t10 ; t18 - t19...
sont coiffés par un deflecteur 10.
Ce déflecteur 10 (figure 3) préformé à partir d'une petite plaque rigide s'emboite dans les orifices des deux tubes consecutifs n0 t9 - t10 : tl8 - t19 ... et forme au-dessus de ceux-ci un pont pour guider directement la veine d'eau de la sorties tubes amonts nO tg ; t18 ... jusqu'à l'entrée des tubes avals nO t10 ; t19... ce qui permet d'éviter un effet d'aspiration par le courant d'eau extérieur audit deflecteur.
Pour eviter egalement que le déflecteur se soulève sous' l'effet de la pression de la veine d'eau intérieure,les bordures latérales du déflecteur 10 comportent chacune une petite patte verticale 11 qui vient buter contre la paroi superieure de l'anneau repartiteur 4 ou contre la paroi inférieure de l'anneau repartiteur 3. La hauteur de ce deflecteur est sensiblement égale au tiers de la hauteur du passage de l'eau dans les anneaux répartiteurs (3-4).
Par ailleurs, la face extérieure du deflecteur 10 est lisse et ne presente aucune arête vive pour bénéficier de l'effet "Coanda" qui plaque la veine d'eau extérieure sur le déflecteur ce qui permet une alimentation normale des tubes suivants.
L'utilisation du déflecteur dans les deux anneaux repartiteurs à l'endroit ou a lieu le chamgement de sens de circulation de l'eau permet une répartition homogène de l'eau de telle manière que tous les tubes de l'échangeur condensent tout en n'influençant pas les pertes de charge de l'ensemble de l'échangeur.
L'invention ne se limite pas à l'exemple décrit mais en englobe egalement toutes les variantes notamment en ce qui concerne le montage et la forme du deflecteur.

Claims (6)

Revendications.
1. Dispositif de répartition homogène d'un fluide dans un echan
geur à nappe de tubes d'eau qui débouchent dans des anneaux
répartiteurs inferieurs et supérieurs entre lesquels le fluide
effectue plusieurs inversions de sens de circulation en montant
et en descendant successivement dans des faisceaux de tubes
adjacents caractérise par le fait qu'à l'intérieur des anneaux
répartiteurs inferieurs et supérieurs (3 - 4), les extrémités
des deux tubes (5) consécutifs nO tg - t10 ; t18 - tel9..., au
niveau desquels s'effectue le changement de sens de circulation
du fluide sont coiffées par un deflecteur (10).
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait
que le déflecteur (10) forme au-dessus des orifices des deux
tubes (5) consecutifs un pont les mettant directement en
communication.
3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait
que la hauteur du déflecteur (10) est sensiblement égale au
tiers de la hauteur des anneaux répartiteurs (3-4).
4. Dispositif selon la revendication 1 caracterise par le fait
que le déflecteur (10) préformé à partir d'une petite plaque
rigide s'emboite dans les orifices des deux tubes consécutifs
n0 tg - t10 ; t18 - t19 ...
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait
que les bordures latérales du deflecteur (10) comportent cha
cune une petite patte verticale (11) qui vient en butée sur
le fond des anneaux répartiteurs (3-4).
6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait
que la face extérieure du déflecteur (10) est lisse.
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