FR2641067A1 - - Google Patents

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Abstract

Récupérateur de chaleur 1 céramique comprenant deux tubes concentriques 2, 3 de différents diamètres DA , DI emboîtés l'un dans l'autre. Le débit volumique Vdu fluide à réchauffer, la longueur efficace RL des tubes, le diamètre extérieur DA du tube extérieur 2, la température Tu du fluide cédant la chaleur et le diamètre extérieur DI du tube intérieur 3 satisfont aux relations : Vapprch= RL [23 (DA )**2 X 11,3 (DA )] 2Root Tu DI apprch= [0,82 (DA )**2 + 0,43 (DA )] (1,325 Tu /4 000) Application : notamment au réchauffage de l'air de combustion par les gaz brûlés de fours, par exemple de fours à coke.Heat recovery unit 1 ceramic comprising two concentric tubes 2, 3 of different diameters DA, DI nested one inside the other. The volume flow Vdu the fluid to be heated, the effective length RL of the tubes, the outside diameter DA of the outside tube 2, the temperature Tu of the fluid releasing the heat and the outside diameter DI of the inside tube 3 satisfy the relations: Vapprch = RL [23 (DA) ** 2 X 11.3 (DA)] 2Root Tu DI apprch = [0.82 (DA) ** 2 + 0.43 (DA)] (1.325 Tu / 4000) Application: in particular for heating combustion air by the burnt gases from furnaces, for example coke ovens.

Description

RECUPERATEUR DE CHALEURHEAT RECOVERY

L'invention se rapporte un récupérateur de chaleur comprenant deux tubes concentriques de différents diamètres emboîtes l'un dans l'autre, le tube extérieur étant ferme a l'une de ses extrémités et le tube intérieur ceramique ou métallique faisant saillie dans le tube exterleur et débouchant dans celui-ci juste devant l'extrémité interne du tube extérieur, un fluide à réchauffer traversant tout d'abord le tube intérieur dans un sens, puis s'écoulant dans le sens contraire dans la fente annulaire comprise entre le tube intérieur et le tube extérieur, et le tube extérieur plongeant dans un  The invention relates to a heat recovery device comprising two concentric tubes of different diameters fitted into each other, the outer tube being closed at one of its ends and the inner ceramic or metallic tube projecting into the outer tube and opening into the latter just in front of the inner end of the outer tube, a fluid to be heated firstly passing through the inner tube in one direction and then flowing in the opposite direction into the annular gap between the inner tube and the outer tube, and the outer tube dipping into a

mllieu cédant de la chaleur.better giving up heat.

Par le brevet 28 08 213, on connaît un tel récupé-  By the patent 28 08 213, such a recovery is known.

rateur à double tube pour four à coke à récupération. Le récupérateur se compose ici de deux tubes métalliques concentriques et, pour l'échange de chaleur entre l'air de combustion et les gaz brûlés, fait saillie dans des éléments du recupérateur du four à coke. Le tube lnterleur communique avec une entree d'air de combustion  coke oven double recovery tube. The recuperator here consists of two concentric metal tubes and, for the exchange of heat between the combustion air and the flue gases, protrudes into elements of the recuperator of the coke oven. The liner tube communicates with a combustion air inlet

et le tube extérieur avec une sortie d'air de combustion.  and the outer tube with a combustion air outlet.

Les récupérateurs en métal de ce type sont limités en ce qui concerne leur température d'utilisation. C'est la raison pour laquelle pour les fluides chauds et corrosifs ont a déjà proposé l'emploi de récupérateurs céramiques (voir HdT-Fachveranstaltung "Wârmeaustauscher im industrlellen Elnsatzbereich", Essen, le 18 et 19 octobre 1988 - conférence XXIII:BL/HK/VORT avec la bibliographie  Metal recuperators of this type are limited in their operating temperature. This is why hot and corrosive fluids have already proposed the use of ceramic recuperators (see HdT-Fachveranstaltung "Wârmeaustauscher im industrlellen Elnsatzbereich", Essen, 18 and 19 October 1988 - Conference XXIII: BL / HK / VORT with the bibliography

qui y est clteei.who is shut up there.

L'objet de la présente invention est de proposer un récuperateur de chaleur du type précité avec lequel on puisse obtenir un transfert de chaleur aussi grand que i5 possible, une temrperature de sortie aussi élevée que possible et une perte de pression aussi faible que possible de maniere que ces récupérateurs puissent être utilises économiquement pour la récupération de chaleur industrlelie, comme par exemple des gaz brûlés des fours  The object of the present invention is to provide a heat recuperator of the aforementioned type with which heat transfer as large as possible can be obtained, an output temrperature as high as possible and a pressure loss as low as possible from These recuperators can be used economically for industrial heat recovery, such as furnace flue gases.

pour le préchauffage de l'air de combustion.  for preheating the combustion air.

Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le courant volumique V du fluide à réchauffer, la longueur efficace RL des tubes, le diamètre extérieur DA du tube extérieur, la température Tu du fluide cédant la chaleur et le diamètre extérieur Di du tube intérieur, satisfont aux relations V RL - [23 (DA)2 x 11,3 - (DA)] - u  This result is achieved according to the invention in that the volume flow V of the fluid to be heated, the effective length RL of the tubes, the outer diameter DA of the outer tube, the temperature Tu of the fluid yielding heat and the outside diameter Di of inner tube, satisfy the relations V RL - [23 (DA) 2 x 11.3 - (DA)] - u

I - [0, &8 (2 2 + 0, 4 3 ( DA)J (1, 3 2 5 _TU  I - [0, & 8 (2 2 + 0, 4 3 (DA) J (1, 3 2 5 _TU

Des études ont démontre qu'on pouvait obtenir ainsi pour le récupérateur à double tube une configuration propre a lui conférer un rendement optimal. Si, en effet, on procède conformément à i'invention, on arrive d'une maniere surprenante, avec un transfert de chaleur maximal, a une température dé sortie Ta du fluide à réchauffer également tres élevee et à la perte de pression Ap relativement fablie. La relation entre les grandeurs à optlmlser et le dlametre hydraulique a révélé que la perte de pression est minimale et la température de sortie ainsi que la quantité de chaleur transmise sont maximales dans une zone dans laquelle la température de pclnte des tubes Ts est supérieure à la température de sortie Ta et que c'est avec cette relation qu'on obtient le plus grand écart. Avec l'utilisation selon l'invention,  Studies have shown that the dual tube recuperator can be configured to give optimal performance. If, in fact, one proceeds in accordance with the invention, it arrives in a surprising manner, with a maximum heat transfer, at a temperature output Ta of the fluid to be heated also very high and the pressure loss Ap relatively established . The relationship between the quantities to optlmlser and the hydraulic alarm revealed that the pressure loss is minimal and the output temperature as well as the amount of heat transmitted are maximum in an area in which the temperature of Tsl tubes tube is greater than the output temperature Ta and that it is with this relationship that we obtain the largest difference. With the use according to the invention,

on satisfait exactement à cette condition.  this condition is met exactly.

Le recupérateur à double tube est caractéristique pour la transmission de chaleur par rayonnement de la paroi du tube extérieur à la paroi du tube intérieur. Un matériau particulièrement bien adapté pour un tel rayonnement est le SiSiC en raison de sa grande rugosité de surface, si bien que dans le cadre de l'invention, le tube extérieur et/ou le tube intérieur peuvent avantageusement être réalisés en SîSîC (carbure de  The double-tube recuperator is characteristic for radiation heat transmission from the wall of the outer tube to the wall of the inner tube. A material particularly well suited for such radiation is SiSiC because of its high surface roughness, so that in the context of the invention, the outer tube and / or the inner tube may advantageously be made of SiCi (carbide).

264106?264,106?

silicium infiltré de silicium) ou SSiC (carbure de silicium fritté). A l'inverse de l'acier, l'emploi de ce matériau céramique fait ressembler les parois du tube à  silicon infiltrated silicon) or SSiC (sintered silicon carbide). Unlike steel, the use of this ceramic material makes the walls of the tube look like

des émetteurs de rayonnement presque "noires".  radiation emitters almost "black".

Le débit volumique V du fluide à réchauffer doit avantageusement se situer entre environ 15 et 120 Nm3/h, de préférence entre environ 20 et 40 Nm3/h et en  The volume flow rate V of the fluid to be heated must advantageously be between approximately 15 and 120 Nm3 / h, preferably between approximately 20 and 40 Nm3 / h, and

particulier à un maximum de 30 Nm3/h.  particularly at a maximum of 30 Nm3 / h.

Avec l'invention on propose, en outre, d'utiliser un récuperateur à double tube dont la longueur efficace  With the invention, it is furthermore proposed to use a double-tube recuperator whose effective length

fL des tubes est d'environ 1 m.fL tubes is about 1 m.

De préférence, le diamètre extérieur (Di) du tube intérieur (3) peut être de l'ordre de quelques centimetres. La température Tu du fluide cédant la chaleur,donc par exemple la température du four, peut être de l'ordre  Preferably, the outer diameter (Di) of the inner tube (3) can be of the order of a few centimeters. The temperature Tu of the fluid yielding the heat, therefore for example the temperature of the furnace, can be of the order

de 1300 C.from 1300 C.

On obtient des conditions particulièrement favorables en utilisant un recupérateur dont le diamètre extérieur DA du tube extérieur est à peu près le double  Particularly favorable conditions are obtained by using a recuperator whose outside diameter DA of the outer tube is approximately double

du diamètre extérieur Di du tube intérieur.  the outside diameter Di of the inner tube.

La puissance calorifique transmise H ressort des exemples suivants:  The heat transfer power H is shown in the following examples:

1. exemple:1. example:

diametre extérieur du tube intérieur: Di = 0,040 m diamètre extérieur du tube extérieur: DA = 0,080 m longueur efficace des tubes: RL = 1,0 m (a) température du four: Tu.= 1,300'C valeurs mesurees: debit volumlque: V = 15 à 55 Nm3/h puissance caloriflque transmise: H = 12 à 17 kW (b) température du four: Tu = 800'C valeurs mesurees: débit volumique: V = 15 à 40 Nm3/h puissance calorlfique transmise: H = 2,8 à 4 kW  outer diameter of the inner tube: Di = 0.040 m outer diameter of the outer tube: DA = 0.080 m effective tube length: RL = 1.0 m (a) oven temperature: Tu = 1,300 ° C measured values: volumetric flow: V = 15 to 55 Nm3 / h heat transfer power: H = 12 to 17 kW (b) oven temperature: Tu = 800'C measured values: volume flow: V = 15 to 40 Nm3 / h heat output: H = 2.8 to 4 kW

2. exemple:2. example:

dlamètre extérieur du tube lnterieur: Di = 0,040 m diamètre extérieur du tube extérleur: DA = 0,080 m longueur efficace des tubes: : RL = 2,5 m 15. (a) temperature du four: Tu = 1300 C valeurs mesurees: debit volumlque: V = 60 à 120 Nm3/h puissance calorlfique transmise: H = 30 à 37 kW (b) température du four: Tu = 800'C valeurs mesurées: débit volumiqu: V = 40 à 100 Nm3/h puissance calorifique transmlse: H = 7 à 10 kW L'utilisation d'un récupérateur céramlque 1 à double tube selon l'inventlon pour la récupération de chaleur est expliquée en prenant comme exemple la récupération de la chaleur des gaz brûles d'un four pour le préchauffage de l'air de combustion et est illustrée à l'aide de la figure unique du dessin annexé. Le récupérateur 1 est constitue par deux tubes concentriques, à savoir un tube extérieur 2 d'un diamètre extérieur DA et un tube intérieur 3 d'un dlamètre extérieur Di. Ils forment entre eux une fente annulaire 4.Le tube extérieur 2 est fermé a son extrémité supérieure (sur le dessin) et comporte à son extrémité inférieure (sur le dessin) une ouverture de sortie 5 qui débouche dans une chambre 6 de la paroi 7 du four, chambre par laquelle l'air réchauffé est évaqué à l'extérieur. LDe l'air ambiant est amené au tube lntérleur 3 par le bas (sur le dessin). Le tube intérieur 3 se termine à proxlmite en dessous de l'extrémité superieure du tube extérieur 2 et débouche à cet endroit dans ce dernier, si bien que le courant d'air est dévié dans la fente annulaire 4, déviation favorisée par l'arrondi interne de l'extrémité supérieure fermée du tube extérieur 2. Pour la transmission de la chaleur des gaz brûlés chauds du four à l'air ambiant sur la longueur efficace RL des tubes, le récupérateur 1 à double tube fait saillie dans l'enceinte du four. Le tube intérieur et/ou le tube extérieur peut/peuvent être en matériau  outside diameter of outside tube: Di = 0.040 m outer diameter of outer tube: DA = 0.080 m effective tube length:: RL = 2.5 m 15. (a) oven temperature: Tu = 1300 C measured values: volumetric flow rate : V = 60 to 120 Nm3 / h heat transfer capacity: H = 30 to 37 kW (b) oven temperature: Tu = 800'C measured values: volume flow: V = 40 to 100 Nm3 / h heat transfer capacity: H = 7 to 10 kW The use of a double-tube ceramic recuperator 1 according to the inventlon for the heat recovery is explained by taking as an example the recovery of the heat of the burned gases of an oven for the preheating of the combustion air and is illustrated with the aid of the single figure of the accompanying drawing. The recuperator 1 is constituted by two concentric tubes, namely an outer tube 2 with an outside diameter DA and an inner tube 3 with an outside diameter Di. They form between them an annular slot 4. The outer tube 2 is closed at its upper end (in the drawing) and has at its lower end (in the drawing) an outlet opening 5 which opens into a chamber 6 of the wall 7 oven, room by which the heated air is evacuated outside. The ambient air is fed to the infrared tube 3 from below (in the drawing). The inner tube 3 ends near the upper end of the outer tube 2 and opens at this point in the latter, so that the air flow is deflected in the annular slot 4, which is favored by the rounding off. internal of the closed upper end of the outer tube 2. For the heat transmission of the hot burnt gases from the oven to the ambient air over the effective length RL of the tubes, the recuperator 1 with a double tube projects into the enclosure of the oven. The inner tube and / or the outer tube may be made of material

céramique ou métallique.ceramic or metallic.

264106?264,106?

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Récuperateur de chaleur céramique (1) comprenant deux tubes concentriques (2, 3) de differents diamètres (DA, Dx) emboîtes l'un dans l'autre, le tube extérieur (2) étant fermé à l'une de ses extrémités et le tube intérieur (3) céramique ou métallique faisant saillie dans le tube extérieur (2) et débouchant dans celui-ci juste devant l'extremlte interne du tube extérieur (2), ur. flulde à réchauffer traversant tout d'abord le tube interleur dans un sens, puis s'écoulant dans le sens contraire dans la fente annulaire comprise entre le tube interleur (3) et le tube extérieur (2), et le tube extérieur (2) plongeant dans un milieu cédant de la cnaieur, caractérise par le fait que le débit volumique (V) du fluide à réchauffer, la longueur efficace (RL) des tubes, le dlametre extérieur (DA) du tube extérieur (2), la température (Tu) du fluide cédant la chaleur et le diametre exterieur (Di, du tube intérieur (3) satisfont aux relations: V RL [23 - (DA) 2 x 11,3 (DA)] Wu Di - [0,82 * (DA)2 + 0,43 (DA)] (1,325 -Tu  1. Ceramic heat recuperator (1) comprising two concentric tubes (2, 3) of different diameters (DA, Dx) fitted into one another, the outer tube (2) being closed at one of its ends and the ceramic or metallic inner tube (3) protruding into and out of the outer tube (2) just in front of the inner end of the outer tube (2), ur. heating flulde firstly passing through the interposer tube in one direction and then flowing in the opposite direction into the annular gap between the interposer tube (3) and the outer tube (2), and the outer tube (2) plunging into a medium yielding from the heat, characterized in that the volume flow (V) of the fluid to be heated, the effective length (RL) of the tubes, the outer diameter (DA) of the outer tube (2), the temperature ( Tu) of the fluid yielding the heat and the outside diameter (Di, of the inner tube (3) satisfy the relations: V RL [23 - (DA) 2 × 11.3 (DA)] Wu Di - [0.82 * ( DA) 2 + 0.43 (DA)] (1.325 -Tu 2. Récupérateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube extérieur (2) et/ou2. recuperator according to claim 1, characterized in that the outer tube (2) and / or le tube intérieur (3) sont réalisés en SiSiC ou en SSiC.  the inner tube (3) are made of SiSiC or SSiC. 3. Récupérateur selon la revendication 1 ou 2, caractérise par le fait que le débit volumique (V) du fluide à réchauffer se situe entre environ 15 et 120  3. recuperator according to claim 1 or 2, characterized in that the flow rate (V) of the fluid to be heated is between about 15 and 120 Nm3/h, de préférence entre environ 20 et 40 Nm3/h.  Nm3 / h, preferably between about 20 and 40 Nm3 / h. 4. Récupérateur selon l'une quelconque des  4. Recoverer according to any one of revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le  Claims 1 to 3, characterized in that the débit volumique (V) du fluide à réchauffer est au maximum  volume flow rate (V) of the fluid to be heated is at the maximum de 30 Nm3/h.of 30 Nm3 / h. 5. Récupérateur selon l'une quelconque des  5. Recuperator according to any one of revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la  Claims 1 to 4, characterized in that the longueur efficace (RL) des tubes est d'environ 1 m.  effective length (RL) of the tubes is about 1 m. 6. Récupérateur selon l'une quelconque des  6. Recovery unit according to any one of revendications 1 a 5, caractérisé par le fait que la  Claims 1 to 5, characterized in that the température (Tu) du fluide cédant la chaleur est de  temperature (Tu) of the fluid yielding heat is l'ordre de 1300'C.the order of 1300'C. 7. Récupérateur selon l'une quelconque des  7. Recovery unit according to any one of revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le  Claims 1 to 6, characterized in that the diamètre extérieur (Di) du tube intérieur (3) est de  outer diameter (Di) of the inner tube (3) is l'ordre de quelques centimètres.the order of a few centimeters. 8. Récupérateur selon l'une quelconque des  8. Recovery unit according to any one of revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le  Claims 1 to 7, characterized in that the diamètre extérieur (DA) du tube extérieur est à peu près le double du diamètre extérieur (Di) du tube intérieur (3).  outer diameter (DA) of the outer tube is about twice the outer diameter (Di) of the inner tube (3).
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