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Procédé et dispositifs pour l'échange de chaleur entre des matières solides ou liquides et des matières gazeuses,par exemple pour le traitement de matières à cuire ,au moyen des az évacués du four demquisson,
L'invention est relative à un procédé d'échange de cha- leur entre des matières gazeuses d'une part et solides ou liquides de l'autre, comme cela est nécessaire dans beaucoup de cas, par exemple pour l'humectage ou le séchage de certaines matières, le chauffage ou le refroidissement, ou encore pour certains traitements chimiques de matières solides ou liquides.
Sous le nom de matières solides, on comprendra aussi bien des matières farineuses, pulvérulentes, granuleuses ou en morceaux, et sous celui de matières liquides on comprendra tous liquides plus ou moins fluides ou épais.
Suivant l'invention, la matière solide ou liquide est amenée sur un clayonnage ou corps perméable ou réticulaire (corps d'échange de chaleur) animé constamment d'un mouvement quelconque, par exemple d'un mouvement de monte-et-baisse,, tandis que la matière gazeuse traverse longitudinalement ou
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transversalement la cuve ou fosse dans laquelle est placé ce corps.
Par suite du mouvement, de préférence saccadé, du corps d'échange de chaleur, la matière liquide ou solide coule ou tombe le long de celui-ci de telle sorte que constamment de nouvelles parties viennent au contact du gaz qui le traverse.
On obtient ainsi un échange de chaleur complet et en même temps il est possible d'effectuer un réglage de cet échange entre des limites étendues en modifiant le mouvement de saccade du corps perméable ou réticulaire sans risquer de produire un échange de chaleur incomplet ou trop grand en certaines places isolées .
L'invention porte également sur un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé; ce dispositif comprend un canal en forme de fosse ou ouve, dans lequel est suspendu le corps perméable ou réticulaire qui est animé constatent d'un mouve- ment quelconque, par exemple de monte-et-baisse, et sur lequel est amenée la matière liquide ou solide tandis que la matière gazeuse traverse le dit canal longitudinalement ou transversa- lement .
Dans ledessin ci-joint, les fig. 1 à 4 représentent à seul titre d'exemples quelques formes d'exécution du dispositif et en particulier du corps d'échange de chaleur supposé cons- titué principalement par des chaînes. Les fig. 5 à 15 montrent d'autres formes d'exécution dans lesquelles les dispositifs suivant l'invention sont adjoints à des fours de cuisson, par exemple pour la fabrication du ciment.
Dans la fig. 1, dans un canal en forme de fosse 1, est suspendu un châssis 3 un corps ou clayonnage 2 constitué par
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des chaînes, des cordes ou autres éléments articulés; le châssis 3 est entretenu de manière permanente en mouvement, par exemple ici en mouvement de monte-et-baisse, par des James 5 calées sur des arbres 4. Au-dessus du clayonnage 2 qui s'étend sur toute la section transversale du canal, est disposé un tamis 6 sur lequel est . éversé, par le tube d'amenée 7, la matière solide ou liquide qui dégoutte ou se répartit en tombant sur le clayonnage.
La matière gazeuse arrive par en bas dans le sens de la flèche dans le canal 1 et s'échappe partiellement par le carneau 8 en-dessous du tamis 6 et partiellement par le carneau supérieur 8a après avoir traversé le tamis; des vannes 9 et 90 permettent d'obturer totalement ou partiellement l'un ou l'autre des carneaux 8 et 8 de manière à obliger les gaz à s'échapper par l'autre carneau restait ouvert.
La matière tombant sur le clayonnage 2 peut se ras- sembler sur le fond incliné 12 de la fosse 1 et être con- duite de 1'. au point d'utilisation d'une manière connue quelconque.
L'invention peut bien entendu s'appliquer aux cas les plus varies, mais convient tout particulièrement pour l'indus- trie du ciment par suite du fonctionnement continu et de la constitution robuste de l'appareil. Celui-ci peut être employée dans la fabrication du ciment, aussi bien pour le traitement de la matière brute avant l'envoi de celle-ci au four de cuisson, que pour le traitement des clinkers obtenus après cuisson. Dans le premier cas, il s'agit de transmettre à la matière brute la chaleur contenue dans les gaz sortant du four, et dans le second cas au contraire il s'agit de récuprer la chaleur contenue dans le clinker pour le transmettre à l'air
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qui sera employé avantageusement ensuite comme air de combus- tion.
Suivant le mode de construction du four, c'est-à-dire suivant qu'il s'agit d'un four à cuve ou d'un four tournant ou d'un four à réverbère, on établira l'appareil et les canaux d'amenée et de départ du gaz ainsi que les dispositifs d'amenée et de départ dé la matière solide où liquide, de différentes manières sans sortir du cadre de l'invention. S'il s'agit de matières solides et en particulier pulvérulentes, on pourra avantageusement utiliser des appareils d'alimentation connus comme vis sans fin, grilles mobiles, etc...
Si l'on doit au contraire traiter une matière liquide, on pourra constituer les conduites d'amenée et de départ par exemple par des canaux ou des tubes, l'alimentation étant réglée par des moyens d'ob- turation connus quelconques; au lieu de se servir de tamis comme moyens de répartition, il pourra être recommandable d'uti- liser dans ce cas des pommes d'arrosoirs, des tuyères ou dis- positifs d'injection semblables au moyen desquels le liquide sera lancé en jets sur le clayonnage ou corps d'échange de cha- leur pour se répandre sur lui sur toute son étendue.
Si le corps d'échange de chaleur est animé d'un mouvement unique; il peut arriver dans beaucoup de cas, par exemple pour le traitement des matières brutes sèches ou boueuses employées dans la fabrication du ciment, que la matière s'agglomère sur lui de façon à former une masse qui se meut dans son ensemble seulement et obture ainsi la section de passage dans plus pouvoir servir pour l'échange de température.
Une particularité de l'invention consiste à donner aux éléments séparés du corps d'échange de chaleur des mouve- ments de différentes natures ou directions, ou encore à rendre une partie fixe tandis que les autres se déplacent. On peut
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en outre prévoir avantageusement des dispositifs de raclage ou de heurt agissant sur les chaines ou autres parties du corps.
On peut aussi prévoir, à 1 intérieur.de ce dernier, des espaces vides dans lesquels est amenée et de préférence soufflée ou injectée avec force la matière à traiter.
La fig.2 représente un tel dispositif. Des arbres carrés 3 placés transversalement dans le canal 1 sont mis en rotation par des roues dentées et un arbre de commande 4.
Sur ces arbres 3 sont suspendues des chaines sans fin 2 qui sont ainsi animées constamment d'un mouvement de dévidage vers le haut et vers le bas de façon que les brins différents se déplacent, suivant les sens de rotation des arbres, partielle- ment dans le même sens et partiellement en des sens opposés.
Les chaînes placées l'une à côté de l'autre sur un même arbre (et parmi lesquelles on ne voit dans la fig.2 que celles placées dans le plan du dessin) sont reliées partiellement entre elles par des chaines transversales constituant avec elles des sortes de réseaux sans fin suspendus aux arbres 3, Entre les brins ou réseaux de chaînes séparés sont disposées des cloisons transversales 10 fixées dans les parois latérales du canal 1.
Ces cloisons peuvent porter par exemple des nervures comme 10a ou bien être oonstituées par des liteaux inclinés 10b ou par des pièces en zig-zag 10, ou encore par des chaines 10d à travers le canal 1 d'une paroi à l'autre. On peut également prévoir dans le canal 1 des chaines 11 ou des tiges 12 perpen- diculaires à la direction des arbres 3. D'autres chaines trans- versales 13 sont mises en mouvement par un mécanisme de commande
15 de manière à passer entre les autres chaînes.
En outre, des arbres 16 mis en rotation par l'arbre de
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commande 4 par l'intermédiaire d'un engrenage 17, portent des poulies 18 ou des balais 19 chargés de faire tomber les dépôts adhérents aux chaines en mouvement.
La fig. 3 représente un autre mode de construction dans lequel le corps réticulaire est divisé suivant sa hauteur en différentes sections comportant des bras ou des disques tour- nant autour d'axes verticaux. Les sections superposées sont mises en rotation en sens inverses par des arbres 21 et 22. La partie haute de la section supérieure frotte pendant sa rotation contre des bras 23 fixés dans la paroi du puits, tandis que la partie placée en-dessous rencontre les bras 24 de la section inférieure.
A l'intérieur de l'arbre 25 de la section inférieure, est disposé un canal d'amenée 26 de la matière à traiter, lequel débouche devant un écran 27 qui répartit la matière dans toutes les directions. Une amenée semblable 28 débouche un peu plus bas devant un écran 29, Entre les parties tournantes du réseau de chaines est ménagé un espace libre dont la partie inoccupée par le tuyau d'adduction 28 renferme des chaînes sans fin 30 et 31.
La fig.4 montre encore un autre mode d'exécution; des chaînes transversales 32 sont tendues à travers le puits 33 et sont suspendues en leur milieu à des tiges fixes 34. D'autres tiges mobiles 36 et 37, déplacées en sens inverses par le mécanisme de commande 35,, accrochent les chaînes et les agitent constamment en sens inverses les unes des autres.
Les fig. 5 à 15 montrent à titre d'exemples des modes d'application de l'invention au traitement de matière à cuire au moyen des gaz d'échappement du four de cuisson. La fosse de traitement est disposée juste avant le four de cuisson et lui est reliée par une goulotte à la manière habituelle, de manière
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à faire parcourir aux gaz du four le chemin le plus court possible et à perdre le moins du chaleur possible par rayon- nement.
On n'a jamais obtenu encore jusqu'ici une transmission de chaleur oomplète des gaz d'échappement des fours à la matière brute parce que ces gaz traversaient celle-ci trop rapidement et sans contact intime; à la vérité la matière recevait aussi un peu de chaleur des parois chauffées par les gaz mais ces parois étaient d'une surface relativement petite et une grosse partie de la chaleur qu'elles absorbaient était perdue par rayonnement à l'extérieur,
L'inventeur a reconnu qu'une bonne transmission de cha- leur des gaz à la matière brute ne peut s'obtenir que d'une manière indirecte, en prévoyant des moyens ou organes d'échange de chaleur qui se chargent d'abord de la chaleur qui leur est fournie par les gaz et qui la restituent ensuite à la matière brute.
Ces organes sont avantageusement mobiles, de préférende par rotation et de manière réglable,. et constitués de façon que la matière se répartisse sur eux le plus unifor- mément possible et en soit détaohée lorsque le traitement préa- lable est termine.
On peut organiser l'appareil de façon que les particules de matière traitée et par exemple bien séchée, se détachent d'elles-mêmes par la force centrifuge de façon que, de la manière la plus simple, l'installation se vidange constamment d'elle-même en laissant toujours de la place pour une nouvelle quantité de matière à traiter et en réalisant ainsi une marche contins assuréeo Pour aider l'action de la force oentrifuge, on peut disposer des raclors ou heurtoirs et d'autre part la rotation des organes de transmission de chaleur peut provoquer un effet d'aspiration ou de compres- sion sur le courant de gaz et accélérer ainsi son mouvement de façon à éviter l'emploi spécial à cet effet d'un ventilateur.
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Les moyens rechange de chaleur ne sont pas néces- sairement des corps solides mais peuvent être constitués par des liquides, vapeurs ou gas ou de l'air en employant de préférence des matières d'une chaleur spécifique plus élevée relativement à leur densité; il faudra cependant faire en sorte en premier lieu que les moyens d'échange de chaleur viennent constamment au contact de nouvelles parties des gas et de nouvelles parties de matière à traiter.
On peut effectuer l'échange de chaleur en une seule phase, ou bien faire revenir les gaz sortant du four plusieurs fois sur la matière à traiter pour réaliser un échange de chaleur à phases multiples successives.
Dans la fig.5, le puits rectangulaire 41 est traversé par un arbre 42 mû par un moteur électrique 43 ; sur cet arbre 42 et remplissant toute la/section transversale du puits, est monté un clayonnage ou corps réticulaire cylindrique constitué par dos anneaux 4 tendus sur l'arbre au moyen de chaînes 45 ; en outre de ces chaînes de maintien, des anneaux, il y en a encore d'autres 46 disposées transversalement et de manière oroisée entre les anneaux et à l'intérieur de manière à former un réseau complet.
La matière cimenteuse brute arrive nar agitation ou soufflage dans la conduite 47 à la partie supérieure du dis- positif, de manière à tomber en se répartissant uniformément sur le réseau tournant 44-45-46Les gaz venant du four 48 traversent ce réseau et, par suite de la grande surface de contact, le traitement est très rapide. La matière séchée se détache d'elle-même du réseau après rotation convenable de celui-ci et tombe en bas sur la sole inclinée du puits au- dessus de laquelle est disposé un appareil d'alimentation 49
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pour amener la matière dans le four de cuisson,
Dans le mode d'exécution représenté par la fig.6, la matière brute est amenée à travers l'arbre creux 51 perforé de trous 50 ; sur cet arbre est monté une bande sans fin 52 portée par des roues 53.
Cette bande remonte avec elle la matière qui peut s'accumuler dans le bas de la chambre et la ramène au contact d'un organe qui est porté par l'arbre 54 tournant rapidement et nui est constitué par des chaînes 56 et de petites pelles 55. La matière est ainsi lancée dans les différentes directions et tombe à nouveau sur la sole du four pour être ensuite partiellement reprise par la bande 52 et partiellement envoyée par la goulotte 57 dans le four tour- nant 58.
La grande vitesse de l'arbre 54 et la disposition héli- coïdale des chaines 56 et des palettes 55 agit sur les gaz sortant du four à la manière d'un ventilateur en les poussant à grande vitesse vers le carneau de sortie 59.
Les fige 7 et 8 qui sont respectivement une coupe axiale et une coupe par VIII-VIII (fig.7). montrent une autre forme de réalisation, comprenant un tambour 60 placé transversa- lement dans le ca@al de passage des gaz sortant du four*, ce tambour 60 porte des augets de remontée Gl et il est mis en rotation lente dans le sens de la flèche fig.8 par un dispositif de commande non représenté engrenant avec la couronne dentée 62.
La matière arrivant par le conduit 63 est prise et remontée par les augets, pour être déversée sur une surface de glissement 64 montée dans la maçonnerie du four et avançant jusqu'à l'intérieur du tambour; devant le bord inférieur de cette surface 64, est disposée une conduite d'amenée d'air sous pression 65; la matière brute glissant
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hors de la surface 64, est pulvérisée par l'air comprime.
Avec ce dispositif, la matière brute est remontée lentement vers le haut, mais tombe cependant rapidement et bien répartie vers le bas, de telle sorte qu'on obtient un réchauffage préalable particulièrement actif et par suite une bonne désacification de la matière brute.
Dans la fig.9, la matière brute supposée constituée par des boues de ciment, arrive en 66 et tombe sur le fond 65 d'une chambre préalable au bas de laquelle elle s'amasse der- rière un registre réglable 68. Un tuyau 69 amène de l'air comprime à l'intérieur du bain ainsi formé et soulève la boue en pluie. La hauteur du bain de boue et le passage laissé sous le registre 68 vers le four peuvent être réglés par le regis- tre 68 grâce à des moyens connus non représentés.
Dans la fig.10, on ne forme pas de bain de boue, mais la matière brute tombe constamment dans la goulotte inclinée 71 dont l'inclinaison peut être modifiée par rotation autour du pivot 72 Sous l'action d'une manivelle de commande 73.
Dans la fig.ll, le canal 75 entourant le corps de con- tact ou d'échange de chaleur 74 est disposé horizontalement et la matière à traiter ainsi que les gaz d'évacuation du four traversent le canal horizontalement mais dans des sens opposés. Pour éviter l'endommagement du palier 76 de l'arbre portant le corps d'échange de chaleur sousdes gaz chauds sortant du four, ce palier 76 est refroidi par une canali- sation 77. La poussière contenue dans les gaz à la sortie est arrêtée par le tamis 78 pour retomber dans le canal.
Dans la fig.12, le dépoussiérage final des gaz sor- tants s'effectue par une roue à ailettes 79 à rotation rapide.
Contre le corps tournant 80 peut être poussé un racleur 81
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pour faire tomber les amas de matière déposée sur le corps, tandis que les amas de matière déposée sur la paroi 82 du canal sont enlevés par les lames 83 du corps 80.La partie inférieure 8± du réseau tournant est montée sur un arbre séparé 85 et peut par suite tourner indépendamment de la partie supérieure 80; cette partie Antérieure 84 est de plus grand diamètre de telle aorte que la matière traitée est accélérée à la fin de on trajet et lancée dans le four 86 par suite de l'accroissement de la force centrifuge. On a prévu également devant cette partie inférieure un dispositif de râclage mobile 87.
Dans la fig.13, l'ensemble du corps réticulaire 38 est de forme conique pour que la matière traitée, au fur et à mesure qu'elle tombe plus bas, soit accélérée davantage vers l'extérieur.
Dans la fig.14, l'augmentation d'accélération de la matière provenant du corps réticulaire 89, est obtenue par un agitateur tournant 90 à grande vitesse de constitution analogue. On réalise également ici la traversée en plusieurs phases de la matière à travers la zone de séchage.
La fig,15 montre égalme t un tel traitement de la matière en plusieura phases de l'air comprimé est soufflé par le tuyau 91 à travers la sole du four; la matière traitée est lancée par une roue accélératrice 92 dans le four tour- nant 93 en formant devant la roue 92 un emas 94 qui protège la dite roue de l'action directe de la chaleur des gaz du four.
Le dépoussiérage final des gaz sortants s'obtient ici par un corps tournant 95 et des tamis 98,La roue accélératrice 92 peut/également être pourvue d'une tuyères d'air pour souffler
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dans le four la matière séchée.
Dans tous les exemples précédents; on a suppose que le four de cuisson est un four tournant puisque c'est surtout le cas pour la cuisson du ciment; mais bien entendu les fours pourraient être de tout autre genre, l'inventionconvenant également bien pour son adaption aux fours à cuves de grande hauteur dans lesquels la matière brute doit être déjà réchauffée et désacidifiée pendant sa chute libre avant d'arriver à la zone inférieure de cuisson.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé et dispositif pour l'échange de chaleur entre des matières solides ou liquides et des matières gazeuses, caractérisés par le fait que la matière solide ou liquide est amenée sur un clayonnage ou corps perméable ou réticu- laire animé de manière permanente d'un mouvement quelconque, par exemple d'un mouvement de monte-et-baisse, tandis que la matière gazeuse s'écoule logitudinalement ou transversa- lement à travers ce corps.
2 ) Dispositif suivant 1 ) caractérisé par le fait que le corps perméable ou réticulaire est installé et se mett dans un canal en forme de puits ou de cuve, la matière solide ou liquide tombant sur lui.
3 ) Dispositif suivant 1 et 2 ) caractérisé par le fait que le mouvement du corps perméable ou réticulaire est saccadé .
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