Appareil thermique La présente invention a pour objet un appareil thermique présentant des éléments échangeurs de chaleur, caractérisé par une enveloppe à l'intérieur de laquelle sont disposés au moins deux éléments échangeurs de chaleur formés chacun au moyen de tubes parcourus par l'un des fluides et en contact les uns avec les autres le long de génératrices, de façon à constituer une cloison, les cloisons formées par lesdits éléments étant disposées de manière à former entre elles un passage dans lequel circule l'au tre fluide.
Le dessin représente schématiquement et à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
Les fig. 1 à 3 sont respectivement une élévation latérale, un plan et une élévation frontale, d'une pre mière forme d'exécution de l'appareil constituant un générateur de vapeur.
Les fig. 4, 5 et 6 sont respectivement une éléva tion latérale, un plan et une élévation frontale d'une deuxième forme d'exécution de l'appareil, constituant un économiseur susceptible d'être utilisé dans une installation comprenant le générateur des fig. 1 à 3.
La fig. 7 est une vue en plan d'une troisième forme d'exécution de l'appareil constituant également un économiseur susceptible d'être utilisé dans une installation comprenant le générateur des fig. 1 à 3.
Les fig. 8 et 9 sont respectivement une élévation et un plan d'une quatrième forme d'exécution de l'ap pareil, constituant un économiseur.
La fig. 10 représente, en coupe, une cinquième forme d'exécution de l'appareil, constituant un éco nomiseur. Les fig. 11, 12 et 13 sont respectivement une élévation frontale, une élévation latérale et un plan d'une sixième forme d'exécution de l'appareil, cons- tituant également un économiseur.
La fig. 14 est une vue en coupe d'un détail. L'appareil thermique représenté aux fig. 1 à 3 constitue un générateur de vapeur et comporte une enveloppe à l'intérieur de laquelle sont disposés des éléments échangeurs de chaleur A, D, F, formés chacun au moyen de tubes parcourus par l'un des fluides et en contact les uns avec les autres le long de génératrices de façon à constituer une cloison.
Dans cet appareil quatre cloisons intérieures planes A verticales formées par des tubes bouilleurs. délimi- tent une chambre de combustion B, un ou plusieurs brûleurs C étant montés dans 1a partie inférieure de cette chambre.
Trois cloisons D extérieures par rapport aux cloi sons A sont formées par des tubes de descente et sont séparées des cloisons intérieures A de manière à ménager entre elles des passages E et P dans les quels circulent les gaz provenant de la chambre de combustion. Une rangée de tubes de descente Dl dis posés avec des intervalles entre eux, de manière que les gaz de combustion puissent passer par ces inter- valles,
est située du côté sortie de ces gaz.
Un deuxième élément échangeur de chaleur cons tituant, par exemple un réchauffeur pour l'eau d7ali- mentation du générateur de vapeur, est formé par trois cloisons F de tubes en contact les uns avec les autres le long de génératrices, ces cloisons étant pa rallèles entre elles et à la rangée de tubes Dl.
Le générateur comporte à sa partie supérieure des collecteurs présentant des tubes G horizontaux, des cloisons H formées de tubes en contact les uns avec les autres comme les cloisons A et B s'étendant obliquement au-dessus de la chambre de combustion B de façon à former écran.
Le fonctionnement de l'appareil décrit est le suivant Les gaz de combustion provenant de la chambre B montent comme indiqué par la flèche X à la fig. 1 et pénètrent dans le passage E du côté opposé à celui de sortie vers la cheminée pour descendre en suite selon la flèche Y. En même temps, ils se ré pandent en éventail et se propagent en direction horizontale le long de deux passages latéraux P (flèches K).
La section du passage des gaz de com bustion décroît d'amont en aval par rapport à la direction générale d'écoulement de ces gaz, c'est-à- dire que la largeur du passage E dépasse celle des deux passages latéraux P de sorte qu'elle permet la répartition des gaz de combustion sur toute la hau teur de ces passages P. La section décroissante dudit passage permet de maintenir une vitesse élevée des gaz au fur et à mesure qu'ils s'avancent vers la che minée.
Les gaz de combustion traversent enfin la rangée de tubes Dl , se déplacent transversalement en zib zag le long des cloisons F du réchauffeur (flèches Z) et s'échappent à travers la cheminée.
Les tubes des cloisons du générateur décrit sont reliés à leurs extrémités à des collecteurs tubulaires L et les cloisons F du réchauffeur aboutissent à cha que extrémité à un collecteur 1VI.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 4 à 6, l'appareil thermique constituant un économiseur, comporte cinq cloisons 2 semblables à celles décrites en référence aux fig. 1 à 3 et disposées transversale ment par rapport à la direction générale d'écoulement de gaz chauds,
ces cloisons formant des chicanes à l'intérieur de l'enveloppe de l'appareil et étant in clinées les unes par rapport aux autres de manière que la section du passage entre elles décroisse d'amont en aval. Cette disposition permet de mainte nir la vitesse des gaz à une valeur élevée au fur et à mesure qu'ils se déplacent et que leur température ainsi que leur volume diminuent. On obtient ainsi un coefficient de transmission de chaleur élevé.
A cet effet l'enveloppe de l'appareil présente une entrée 6 et une sortie 8 pour les gaz de combustion, et une chicane intérieure 10 assurant la répartition des gaz le long de la paroi longitudinale de cette en veloppe de telle manière que les gaz pénétrant par le haut se répandent tout le long de la première cloison de tube et suivent le trajet indiqué par les flèches . Z.
Dans la forme d'exécution de la fig. 7, les cloi sons de tubes constituées par les éléments échangeurs de chaleur comprennent des cloisons latérales 12 dis posées par paires alternant avec des cloisons cen trales de manière à ménager alternativement un pas sage central entre les deux cloisons latérales de chaque paire et des passages latéraux entre les ex trémités de chaque cloison centrale de l'enveloppe, le fluide circulant entre lesdites cloisons divergeant vers la paroi de l'enveloppe à partir.
du passage cen- tral et convergeant à partir des passages latéraux comme indiqué par les flèches.
Dans la forme d'exécution des fig. 8 et 9, des cloisons 14 de tubes constituant les éléments échan geurs de chaleur, sont disposées selon des plans con vergents de manière à former un passage de circula tion de fluide de section décroissante.
Des collecteurs d'extrémité 15 des cloisons 14 présentent des séparations intermédiaires 17 desti nées à imposer au fluide circulant dans les tubes un parcours en zigzag alternativement dans un sens et dans l'autre, de manière à assurer une répartition et une circulation du fluide dans tous les tubes de la cloison. Les flèches V indiquent le sens de circulation du fluide à l'intérieur des tubes.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 10 chaque cloison 16 d'échangeur de chaleur est for mée au moyen de tubes de diamètres différents dis posés de manière que les plans passant par les axes des tubes soient parallèles, la section de passage des gaz diminuant ainsi d'amont en aval par rapport à la direction générale de circulation des gaz.
La forme d'exécution représentée aux fig. 11 à 13 comprend des éléments échangeurs de chaleur formés par des cloisons de tubes 18 disposées hori zontalement et parallèlement entre elles, la distance entre les cloisons superposées diminuant de l'amont vers l'aval par rapport à la direction générale de l'écoulement du fluide passant entre ces cloisons.
La fig. 14 montre en coupe le détail de la fixa tion des extrémités de tubes 20 à un collecteur 22 pour former une cloison telle que celles que présen tent les appareils décrits ci-dessus. Les tubes 20 en contact les uns avec les autres le long de génératrices 24 constituent la cloison comme décrit précédemment et leurs extrémités de diamètre réduit pénètrent dans des trous pratiqués dans le collecteur 22. Sur la par tie du collecteur opposée aux extrémités des tubes 20 sont fixés des manchons filetés 26 coaxiaux aux tu bes 20 et destinés à recevoir chacun un bouchon amovible pour permettre l'accès au tube 22 en vue de son nettoyage.
Les manchons filetés 26 et les tubes 20 sont soudés au collecteur 22. Dans le cas où la pression intérieure est élevée, on effectue deux cordons de soudure l'un intérieur 28 et l'autre ex térieur 30.
Thermal apparatus The present invention relates to a thermal apparatus having heat exchange elements, characterized by a casing inside which are arranged at least two heat exchanger elements each formed by means of tubes through which one of the fluids passes. and in contact with each other along generatrices, so as to constitute a partition, the partitions formed by said elements being arranged so as to form between them a passage in which the other fluid circulates.
The drawing represents schematically and by way of example, some embodiments of the apparatus which is the subject of the invention.
Figs. 1 to 3 are respectively a side elevation, a plane and a front elevation, of a first embodiment of the apparatus constituting a steam generator.
Figs. 4, 5 and 6 are respectively a side elevation, a plan and a front elevation of a second embodiment of the apparatus, constituting an economiser capable of being used in an installation comprising the generator of FIGS. 1 to 3.
Fig. 7 is a plan view of a third embodiment of the apparatus also constituting an economizer capable of being used in an installation comprising the generator of FIGS. 1 to 3.
Figs. 8 and 9 are respectively an elevation and a plan of a fourth embodiment of the apparatus, constituting an economiser.
Fig. 10 shows, in section, a fifth embodiment of the device, constituting an economiser. Figs. 11, 12 and 13 are respectively a front elevation, a side elevation and a plan of a sixth embodiment of the apparatus, also constituting an economizer.
Fig. 14 is a sectional view of a detail. The thermal device shown in fig. 1 to 3 constitutes a steam generator and comprises a casing inside which are arranged heat exchanger elements A, D, F, each formed by means of tubes traversed by one of the fluids and in contact with each other. the others along generators so as to form a partition.
In this apparatus four flat vertical interior partitions A formed by boiling tubes. delimit a combustion chamber B, one or more burners C being mounted in the lower part of this chamber.
Three partitions D outside with respect to the partitions A are formed by downpipes and are separated from the internal partitions A so as to provide between them passages E and P in which the gases from the combustion chamber circulate. A row of downpipes Dl arranged with intervals between them, so that the combustion gases can pass through these intervals,
is located on the outlet side of these gases.
A second constituting heat exchanger element, for example a heater for the water supplying the steam generator, is formed by three partitions F of tubes in contact with each other along generators, these partitions being parallel to each other. between them and to the row of tubes Dl.
The generator comprises at its upper part collectors having horizontal tubes G, partitions H formed of tubes in contact with one another like the partitions A and B extending obliquely above the combustion chamber B so as to form screen.
The operation of the apparatus described is as follows. The combustion gases coming from chamber B rise as indicated by the arrow X in fig. 1 and enter passage E on the opposite side to that of the exit towards the chimney to descend in continuation according to the arrow Y. At the same time, they spread in a fan and propagate in a horizontal direction along two lateral passages P ( arrows K).
The cross section of the passage for the combustion gases decreases from upstream to downstream with respect to the general direction of flow of these gases, that is to say that the width of the passage E exceeds that of the two lateral passages P so that it allows the distribution of the combustion gases over the entire height of these passages P. The decreasing section of said passage makes it possible to maintain a high speed of the gases as they advance towards the chimney.
The combustion gases finally pass through the row of tubes Dl, move transversely in a zib zag along the partitions F of the heater (arrows Z) and escape through the chimney.
The tubes of the partitions of the generator described are connected at their ends to tubular collectors L and the partitions F of the heater lead at each end to a collector 1VI.
In the embodiment shown in FIGS. 4 to 6, the thermal appliance constituting an economizer, comprises five partitions 2 similar to those described with reference to FIGS. 1 to 3 and arranged transversely to the general direction of hot gas flow,
these partitions forming baffles inside the casing of the apparatus and being inclined with respect to each other so that the section of the passage between them decreases from upstream to downstream. This arrangement makes it possible to maintain the speed of the gases at a high value as they move and as their temperature as well as their volume decrease. A high heat transmission coefficient is thus obtained.
To this end, the casing of the apparatus has an inlet 6 and an outlet 8 for the combustion gases, and an internal baffle 10 ensuring the distribution of the gases along the longitudinal wall of this wall in such a way that the gases penetrating from above spread all along the first tube wall and follow the path indicated by the arrows. Z.
In the embodiment of FIG. 7, the tube partitions formed by the heat exchanger elements comprise side partitions 12 arranged in pairs alternating with central partitions so as to provide alternately a central step between the two side partitions of each pair and side passages. between the ends of each central wall of the envelope, the fluid circulating between said partitions diverging towards the wall of the envelope from.
from the central passage and converging from the side passages as indicated by the arrows.
In the embodiment of FIGS. 8 and 9, the partitions 14 of tubes constituting the heat exchanging elements, are arranged in convergent planes so as to form a fluid circulation passage of decreasing section.
End manifolds 15 of the partitions 14 have intermediate separations 17 intended to impose on the fluid circulating in the tubes a zigzag path alternately in one direction and the other, so as to ensure a distribution and a circulation of the fluid in all the bulkhead tubes. The arrows V indicate the direction of circulation of the fluid inside the tubes.
In the embodiment shown in FIG. 10 each heat exchanger partition 16 is formed by means of tubes of different diameters arranged so that the planes passing through the axes of the tubes are parallel, the cross section of the passage of the gases thus decreasing from upstream to downstream with respect to to the general direction of gas circulation.
The embodiment shown in FIGS. 11 to 13 comprises heat exchange elements formed by tube partitions 18 arranged horizontally and parallel to each other, the distance between the superimposed partitions decreasing from upstream to downstream with respect to the general direction of the flow of the fluid passing between these partitions.
Fig. 14 shows in section the detail of the fixing of the ends of tubes 20 to a manifold 22 to form a partition such as those presented by the apparatus described above. The tubes 20 in contact with each other along generatrices 24 constitute the partition as described above and their reduced diameter ends penetrate into holes made in the collector 22. On the part of the collector opposite the ends of the tubes 20 are attached threaded sleeves 26 coaxial to the tubes 20 and each intended to receive a removable plug to allow access to the tube 22 for cleaning.
The threaded sleeves 26 and the tubes 20 are welded to the manifold 22. In the case where the internal pressure is high, two weld beads are made, one inside 28 and the other outside 30.