FR2521275A1 - HEAT EXCHANGER WITH METAL TUBULAR BEAM FOR HIGH TEMPERATURES - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION SE RAPPORTE A UN ECHANGEUR THERMIQUE STATIQUE A FAISCEAU TUBULAIRE METALLIQUE PERMETTANT DE RECUPERER LA CHALEUR D'UN COURANT DE GAZ OU DE FUMEES POUR RECHAUFFER UN SECOND COURANT DE GAZ. CET ECHANGEUR COMPORTE UNE PLURALITE DE TUBES METALLIQUES 1 DONT LES EXTREMITES SE TERMINENT DANS DES PLAQUES TUBULAIRES 21-22 ET QUI CANALISENT UN COURANT DE GAZ CHAUD, CES TUBES 1 ETANT LOGES DANS UNE ENCEINTE 2 FERMEE PAR LESDITES PLAQUES TUBULAIRES ET POURVUE D'UNE ENTREE ET D'UNE SORTIE D'UN COURANT DE GAZ QUI CIRCULE AUTOUR DES TUBES, ET IL EST CARACTERISE PAR LE FAIT QUE L'ENCEINTE COMPORTE D'UNE PART DES ENTREES 41 ET 42 SITUEES ENTRE LESDITES ENTREES DE MANIERE QUE L'ENCEINTE SOIT TRAVERSEE PAR DEUX COURANTS DE GAZ S'ECOULANT EN SENS OPPOSES ET D'AUTRE PART DES CLOISONS INTERNES 51 ET 52 TRAVERSEES PAR LES TUBES ET QUI FORMENT DES CHICANES POUR L'ECOULEMENT DU GAZ QUI PASSE ALTERNATIVEMENT AU CENTRE ET A LA PERIPHERIE DE L'ENCEINTE. CET ECHANGEUR EST NOTAMMENT DESTINE A LA RECUPERATION A HAUTE TEMPERATURE DE LA CHALEUR DES FUMEES DE COMBUSTION DES FOURS OU DES GAZOGENES POUR PERMETTRE LE RECHAUFFAGE D'AIR DE COMBUSTION OU DE SECHAGE.THE PRESENT INVENTION RELATES TO A STATIC THERMAL EXCHANGER WITH A METAL TUBULAR BEAM ALLOWING TO RECOVER THE HEAT OF A CURRENT OF GAS OR OF SMOKE TO REHEAT A SECOND CURRENT OF GAS. THIS EXCHANGER INCLUDES A PLURALITY OF METAL TUBES 1, THE ENDS OF WHICH END IN TUBULAR PLATES 21-22 AND WHICH CHANNEL A HOT GAS CURRENT, THESE TUBES 1 BEING HOUSED IN AN ENCLOSURE 2 CLOSED BY THE SAID TUBULAR PLATES INPUT AND FOR AND AN OUTPUT OF A GAS CURRENT WHICH CIRCULATES AROUND THE TUBES, AND IT IS CHARACTERIZED BY THE FACT THAT THE ENCLOSURE HAS ON ONE PART OF INPUTS 41 AND 42 LOCATED BETWEEN THE SAID INPUTS SO THAT THE ENCLOSURE IS CROSSED BY TWO GAS CURRENTS FLOWING IN OPPOSITE DIRECTIONS AND ON THE OTHER HAND INTERNAL PARTITIONS 51 AND 52 CROSSED BY THE TUBES AND WHICH FORM CHICANES FOR THE FLOW OF GAS WHICH PASSES ALTERNATIVELY TO THE CENTER AND TO THE PERIPHERY OF THE ENCLOSURE . THIS EXCHANGER IS IN PARTICULAR INTENDED FOR THE HIGH TEMPERATURE RECOVERY OF THE HEAT OF THE COMBUSTION FUMES FROM OVENS OR GAS GENES TO ALLOW THE REHEATING OF COMBUSTION OR DRYING AIR.
Description
La présente invention se rapporte à un échangeur thermique statiqueThe present invention relates to a static heat exchanger
à faisceau tubulaire métallique permettant de récupérer la chaleur d'un cou- with metal tube bundle to recover the heat from a
rant de gaz ou de fumées pour réchauffer un second courant de gaz Cet échan- rant of gas or fumes to heat a second stream of gas This exchange
geur est notamment destiné à la récupération à haute température de la cha- geur is especially intended for the high temperature recovery of heat.
leur des fumées de combustion des fours ou des gazogènes pour permettre le their combustion fumes from ovens or gas generators to allow the
réchauffage d'air de combustion ou de séchage. heating of combustion or drying air.
La présente invention a pour but en outre de fournir un échangeur de chaleur muni de plusieurs sorties permettant de prélever le gaz réchauffé The present invention further aims to provide a heat exchanger provided with several outlets for taking the heated gas
à différentes températures Elle conduit à une circulation du gaz à réchauf- at different temperatures It leads to circulation of the heating gas
fer telle qu'il y ait: un refroidissement des plaques tubulaires, une évo- iron as there is: a cooling of the tubular plates, an evo-
lution symétrique des températures en partant des plaques tubulaires vers la symmetrical temperature rise from the tube plates to the
sortie centrale du gaz à réchauffer, une répartition circonférentielle uni- central outlet of the gas to be heated, a uniform circumferential distribution
forme des températures dans tout plan perpendiculaire à l'axe de l'échangeur. forms temperatures in any plane perpendicular to the axis of the exchanger.
Ceci se traduit par la mise en oeuvre de plaques tubulaires de faibles épais- This results in the use of thin tubular plates
seurs, des contraintes thermiques limitées et l'utilisation d'aciers pas ou sors, limited thermal stresses and the use of steels not or
peu réfractaires.little refractory.
Conformément à l'invention, l'échangeur comporte une pluralité de tubes métalliques dont les extrémités se terminent dans des plaques tubulaires et qui canalisent un premier courant de gaz chaud, ces tubes étant logés dans une enceinte fermée par les dites plaques tubulaires et pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un courant de gaz qui circule autour des tubes et il est essentiellement caractérisé par le fait que l'enceinte comporte des entrées latérales situées près des plaques tubulaires et des sorties latérales situées According to the invention, the exchanger comprises a plurality of metal tubes, the ends of which terminate in tubular plates and which channel a first stream of hot gas, these tubes being housed in an enclosure closed by said tubular plates and provided with '' an inlet and an outlet of a gas stream which circulates around the tubes and it is essentially characterized in that the enclosure has lateral inlets located near the tubular plates and lateral outlets located
entre lesdites entrées de manière que l'enceinte soit traversée par deux cou- between said inputs so that the enclosure is crossed by two
rants de gaz s'écoulant en sens opposés des plaques tubulaires jusqu'aux di- rants of gas flowing in opposite directions from the tubular plates to the
tes sorties et d'autre partdes cloisons internes traversées par les tubes et formant des chicanes pour l'écoulement du gaz qui passe alternativement au your outlets and on the other hand internal partitions crossed by the tubes and forming baffles for the flow of gas which passes alternately to the
centre et à la périphérie de l'enceinte. center and the periphery of the enclosure.
Selon une caractéristique de l'invention, l'échangeur comporte des sorties intermédiaires permettant de prélever du gaz entre les entrées et According to a characteristic of the invention, the exchanger has intermediate outlets allowing gas to be drawn between the inlets and
les sorties.outputs.
Selon une autre caractéristique, chaque plaque tubulaire est réu- According to another characteristic, each tube plate is collected
nie au reste de l'enceinte par un compensateur. denies the rest of the enclosure by a compensator.
Selon une caractéristique, au moins une cloison est tenue à un According to one characteristic, at least one partition is held at a
déflecteur ayant une forme de révolution et quid Ane le gaz à réchauffer. deflector having a shape of revolution and which assures the gas to be heated.
Linvention va maintenant tre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par The invention will now be described in more detail with reference to an embodiment given by way of example and represented by
les dessins annexés.the accompanying drawings.
La figure unique est une coupe longitudinale de l'échangeur selon l'invention. The single figure is a longitudinal section of the exchanger according to the invention.
L'échangeur selon l'invention comporte une pluralité de tubes métal- The exchanger according to the invention comprises a plurality of metal tubes
liques l qui-s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal Il de l'échangeur. liques l which-extend parallel to the longitudinal axis II of the exchanger.
Les extrémités de ces tubes se terminent sur des plaques tubulaires 21 et 22 The ends of these tubes end on tubular plates 21 and 22
auxquelles ils sont soudés Des manchons 6 sont montés aux extrémités des tu- to which they are welded Sleeves 6 are mounted at the ends of the tu-
bes pour protéger les soudures.bes to protect the welds.
Les plaques tubulaires 21 et 22 font partie d'une enceinte fermée 2 dans laquelle est logé le faisceau de tubes 1 Un courant de gaz chaud ou The tubular plates 21 and 22 form part of a closed enclosure 2 in which is housed the bundle of tubes 1 A stream of hot gas or
de fumées chaudes est amené par un conduit 31 jusqu'aux entrées des tubes af- hot smoke is brought through a conduit 31 to the entrances of the tubes af-
fleurant la plaque tubulaire amont 21 Les sorties des tubes affleurant la plaque tubulaire aval 22 débouchent dans un conduit 32 qui canalise le gaz à flowering the upstream tube plate 21 The outlets of the tubes flush with the downstream tube plate 22 open into a conduit 32 which channels the gas to
la sortie de l'échangeur pour l' évacuer. the outlet of the exchanger to evacuate it.
L'enceinte est composée de viroles 25, 26, 27 soudés entre elles de manière à former un conduit ou une chambre fermée à ses extrémités par les plaques tubulaires 21 et 22 Chaque plaque tubulaire 21 ou 22 est réunie à la The enclosure is composed of ferrules 25, 26, 27 welded together so as to form a duct or a chamber closed at its ends by the tubular plates 21 and 22 Each tubular plate 21 or 22 is joined to the
virole 25 ou 26 de l'enceinte par l'intermédiaire d'un compensateur de dila- shell 25 or 26 of the enclosure via a expansion compensator
tation ànsoufflet 23 ou 24.bellows 23 or 24.
L'enceinte 2 comporte près de lapbque tubulaire amont 21, un premier jeu de tubulures d'entrée 41 qui sont montées latéralement et débouchent à l'intérieur par des orifices d'entrée 411 Elle comporte par ailleurs près de la, plaque tubulaire aval 22, un second jeu de tubulures d'entrée 42 qui sont montées latéralement et qui débouchent à l'intérieur par des orifices d'entrée 421 Ces tubulures d'entrée 41 et 42 servent à introduire dans l'enceinte un second courant de gaz destiné à Nêtre réchauffé par convection Entre les jeux de tubulures d'entrée, en partie médiane, l'enceinte comporte un jeu de tubulures de sortie 43 qui sont montées latéralement et débouchent par des orifices 431 Entre chaque jeu de tubulures d'entrée 41 ou 42 et le jeu de The enclosure 2 comprises, near the upstream tubular part 21, a first set of inlet pipes 41 which are mounted laterally and open inside by inlet ports 411 It also comprises, near the downstream tubular plate 22 , a second set of inlet pipes 42 which are mounted laterally and which open inside through inlet openings 421 These inlet pipes 41 and 42 serve to introduce into the enclosure a second stream of gas intended for Beech heated by convection Between the sets of inlet pipes, in the middle part, the enclosure comprises a set of outlet pipes 43 which are mounted laterally and open through orifices 431 Between each set of inlet pipes 41 or 42 and the game of
tubulures de sortie 43, l'enceinte comporte un jeu de tubulures intermédiai- outlet pipes 43, the enclosure comprises a set of intermediate pipes
res 44 et 45 qui sont montées latéralement et qui débouchent à l'intérieur res 44 and 45 which are mounted laterally and which open inside
par des orifices 441 et 451 Ces tubulures intermédiaires permettent de pré- by orifices 441 and 451 These intermediate pipes allow pre-
lever le gaz réchauffé, à des températures intermédiaires. lift the heated gas at intermediate temperatures.
Les tubulures d'un même jeu, par exemple les tubulures 41, sont si- The pipes of the same set, for example the pipes 41, are so-
tuées dans un mime plan La disposition rayonnante d'un jeu de tubulures per- killed in a mime plan The radiant arrangement of a set of tubing
met une bonne répartition lors de l'introduction ou du prélèvement du gaz à réchauffer Par exemple chaque jeu comporte trois tubulures disposées à 1200 puts a good distribution during the introduction or sampling of the gas to be heated For example each set has three tubes arranged at 1200
l'une de l'autre.one from the other.
Des cloisons 51 et 52 sont montées à l'intérieur de l'enceinte, perpendiculairement aux tubes qui les traversent Chaque cloison repérée 51 ménage une ouverture centrale et a la forme d'un anneau plan traversé par une partie des tubes du faisceau Chaque cloison repérée 52 ménage avec l'enceinte une ouverture annulaire pour le passage du gaz Les cloisons 51 et 52 sont rangées en alternance de manière à former des chicanes pour l'écoulement du gaz qui passe alternativement par les ouvertures centrales des cloisons 51 Partitions 51 and 52 are mounted inside the enclosure, perpendicular to the tubes which pass through them. Each partition marked 51 provides a central opening and has the shape of a flat ring crossed by a portion of the tubes of the bundle. Each partition marked 52 provides an annular opening with the enclosure for the passage of gas The partitions 51 and 52 are arranged alternately so as to form baffles for the flow of gas which passes alternately through the central openings of the partitions 51
et par les ouvertures annulaires périphériques ménagées par les cloisons 52. and by the peripheral annular openings formed by the partitions 52.
Chaque cloison extrême 51 à ouverture centrale est située plus près de la plaque tubulaire 21 la plus proche que les tubulures d'entrées 31 Cette cloison est solidaire d'un déflecteur 53 qui est fixé à l'enceinte 2 audelà Each end partition 51 with central opening is located closer to the nearest tube plate 21 than the inlet pipes 31 This partition is integral with a deflector 53 which is fixed to the enclosure 2 beyond
des tubulures d'entrées 41 Ce déflecteur forme un espace annulaire dans le- inlet pipes 41 This deflector forms an annular space in the-
quel débouchent les orifices 411 Cet espace est ouvert vers la plaque tubu- which open the orifices 411 This space is open towards the tubular plate
laire 21 de manière à dévier le courant de gaz vers l'espace compris entre area 21 so as to divert the gas stream to the space between
la cloison 51 et ladite plaque tubulaire. the partition 51 and said tubular plate.
Une des cloisons 52 ménageant une ouverture annulaire pour le gaz est réunie à une collerette 54 de forme évasée, dans le sens d'écoulement du gaz, et qui est fixée à l'intérieur de l'enceinte Cette collerette forme une One of the partitions 52 providing an annular opening for the gas is joined to a flange 54 of flared shape, in the direction of flow of the gas, and which is fixed inside the enclosure This flange forms a
chambre annulaire dans laquelle débouchent les orifices latéraux 441 des tubu- annular chamber into which the lateral orifices 441 of the tubes open
lures intermédiafes 44 Cette collerette est pourvue d'orifices latéraux 541 Intermediate lures 44 This flange is provided with lateral openings 541
qui permettent le passage du gaz vers les tubulures de sortie 43. which allow the passage of gas to the outlet pipes 43.
Certaines des cloisons sont solidaires de viroles de révolution tel- Some of the partitions are integral with ferrules of revolution such as
les que les déflecteurs 53 ou 54, ces viroles, soudées à l'enceinte, permet- the deflectors 53 or 54, these ferrules, welded to the enclosure, allow
tant les dilatations D'autres cloisons sont tenues par des attaches permet- as the dilations Other partitions are held by fasteners
tant les dilatations radiales.both the radial expansions.
Les tubes passent avec jeu dans les cloisons 51 et 52 Le faisceau tubulaire n'est pas supporté par les plaques tubulaires mais il est supporté The tubes pass with clearance in the partitions 51 and 52 The tube bundle is not supported by the tube plates but it is supported
par les cloisons 51 et 52 qui sont verticales. by the partitions 51 and 52 which are vertical.
Les conduits 31 et 32 sont isolés par une couche d'isolant L'échan- The conduits 31 and 32 are insulated by a layer of insulation.
geur est également calorifugé par une couche d'isolant 4 l'enveloppant exté- geur is also insulated by a layer of insulation 4 surrounding it externally
rieurement L'enceinte 2 peut 9 tre protégée intérieurement, dans sa partie médiane, par un manchon isolant de calorifuge métallique ou réfractaire 5 the enclosure 2 can be internally protected, in its middle part, by an insulating sleeve of metallic or refractory insulation 5
fixé sur la paroi interne.fixed on the inner wall.
Le fonctionnement de l'échangeur va maintenant 9 tre expliqué. The operation of the exchanger will now be explained.
Le gaz à haute température qui arrive sur la pbque tubulaire amont 21 pénètre dans les tubes 1 o il circule suivant le sens des flèches Il sort des tubes 1 pour ttre évacué par le conduit 32 Le gaz relativement froid que l'on cherche à réchauffer est amené dans l'enceinte par les tubulures d'entrée 41 et 42 Il circule autour des tubes 1 en deux courants opposés The high temperature gas which arrives on the upstream tubular point 21 enters the tubes 1 o it circulates in the direction of the arrows It leaves the tubes 1 to be evacuated by the conduit 32 The relatively cold gas which it is sought to heat is brought into the enclosure by the inlet pipes 41 and 42 It circulates around the tubes 1 in two opposite currents
(figurés par les flèches) Chaque courant circule en zig zag,de la plaque tu- (represented by the arrows) Each current flows in a zig zag, from the plate tu-
bulaire vers le milieu de l'échangeur, en passant alternativement par les ou- ring towards the middle of the exchanger, alternately passing through the or-
vertuîes centrales ménagées dans les cloisons 51 et par les ouvertures péri- central virtues formed in the partitions 51 and by the peri-
phériques ménagées par les cloisons 52 Après réchauffage au contact des tu- bes 1, le gaz chaud est évacué par les tubulures de sortie 43 Au passage, du gaz à température intermédiaire est prélevé par les tubulures intermédiaires spheres provided by the partitions 52 After reheating in contact with the tubes 1, the hot gas is evacuated by the outlet pipes 43 In the process, gas at intermediate temperature is withdrawn by the intermediate pipes
44 et 45.44 and 45.
Les deux plaques tubulaires 21 et 22 sont, du c 8 té intérieur, au contact du gaz froid-et les dilatations s'effectuent symétriquement à partir The two tubular plates 21 and 22 are, from the inner side, in contact with the cold gas - and the expansions are carried out symmetrically from
du plan médian passant par les axes des tubulures de sorties. of the median plane passing through the axes of the outlet pipes.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'inven- It is understood that one can, without departing from the scope of the invention,
tion, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de mime tion, imagine variations and refinements of details and mime
envisager l'emploi de moyens équiva lents. consider the use of equivalent means.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |