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"Perfectionnements à la construction d'empilages de briques"
La présente invention se rapporte à une nouvelle cons- truction perfectionnée d'empilages de briques pour récupéra- teurs, et plus particulièrement à une disposition adaptée à l'usage dans des appareils d'échange thermique.
L'invention se rapporte à unedisposition susceptible d'améliorer sensiblement le rendement de la transmission de chaleur dans des empilages et à augmenter la surface chauffan- te dans un appareil de dimensions données.
Des appareils d'échange thermique pour le chauffage de l'air de fours à vent soufflé ont été construits avec des empilages de différents modèles. L'empilage habituellement em- ployé se compose de briques posées sur champ de façon à ména- ger des ouvertures carrées. .Antérieurement on employait sou-
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vent des briques hexagonales percées d'ouvertures rondes.
D' autres formes spéciales ont été employées anciennement, généralement en vue de donner plus de rigidité aux colonnes et d'éviter le déplacement des briques sous la pression des parois dilatées des chambres de combustion, mais dans tous les cas les ouvertures de passage dans l'empilage étalât de même section du sommet à la base et la surface chauffante était la même en toute section transversale de l'empilage à un niveau quelconque de l'appareil, dont la hauteur varie ordinairement entre vingt quatre et trente quatre mètres environ.
Cette construction uniforme présente l'inconvénient que les briques au sommet fournissent le gros du travail de l'échange de chaleur, aussi bien pendantla période de leur échauffement que quand elles cèdent leur chaleur au fluide chauffa. Les briques du sommet sont chauffées pres- que à la température de la chambre de combustion, c'est à di- re au rouge clair, tandis que les briques situées environ dix mètres plus bas sont chauffées au rouge sombre. En dessous de ce niveau, les briques restent noires et la moitié infé- rieure de l'empilage ne fournit que très peu de travail.
En d'autres mots,la température au sommet de l'empilage est habituellement de 1100 C environ, dix mètres plus bas elle est de 650 C environ et quinze mètres plus bas elle n'est que d'environ 3200 ou très voisine de la température à la cheminée qui est habituellement de 3200C environ.
Deux raisons rendent peu efficace le travail fourni par la partie inférieure de l'empilage. Une des raisons est que l'échange de chaleur est d'autant plus rapide et plus pénétrant que la différence des températures des milieux é- changeant la chaleur est plus grande. En d'autres mots la transmission de chaleur est fonction de la pointe de chaleur, A -
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mais elle est aussi fonction de la vitesse des gaz. Si les briques d'empilage sont semblables sur toute la hauteur de l'empilage et si la section totale de passage est la même du sommet à la base, la vitesse des gaz chauds est beaucoup plus grande au sommet de l'empilage qu'à la base, de même la vitesse de l'air froid au sommet de l'empilage est beaucoup plus grande qu'à la base.
Si la température est de 1100 C au sommet de l'empilage et de 260 C à sa base, le rapport des vitesses est approximativement de deux et demi à un. Dans le cas d'air froid., si on atteint des tempé- ratures de soufflage élevées, la différence est encore plus grande, le rapport des vitesses s'approchant de trois à un.
Un mode d'empilage a été conçu, qui permet la réduc- tion de la section de passage effective à la base de l'appa- reil vis à vis de la section à son sommet, ce qui permet d'égaliser les vitesses à tout rapport voulu, et d'augmen- ter la surface active. Il est possible de faire varier par degrés la section de passage effective aux différents ni- veaux de l'appareil. Cette diminution de la section de passage effective est obtenue par la disposition de briques de remplissage dans les passages entre les briques principa- les et dans les passages à travers les briques d'empilage principales.
En plus de la réduction de la section de passage, ces briques de remplissage produisent une augmentation très sensible de la surface chauffante de 1-'empilage. Des briques de remplissage plus grandes sont utilisées dans les zônes inférieures en vue de réduire la section de passage,, et des briques de remplissage dont les sections diminuent progressivement sont utilisées dans les z8nes intermédiaires et supérieures de façon à modifier la section de passage.
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Il est évident que l'on peut utiliser tout nombre désiré de dimensions de briques de remplissage, mais le dessin n'en montre que trois à titre d'exemples. La partie supérieure de l'appareil ne comporte de préférence pas de briques de remplissage logées dans les passages, de sorte qu'en cette partie la section de passage entière est libre.
On a conçu des briques octogonales présentant une ouverture de passage sensiblement carrée, les' briques étant de forme telle que, lorsqu'elles sont juxtaposées en une couche horizontale, les passages formés entre les briques soient sensiblement égaux en forme et en dimensions aux passages à travers les briques. Les briques octogonales sont limitées par des faces alternativement plus et moinslarges.
Les faces plus larges sont parallèles aux faces du passage. intérieur et forment les parois du passage entre les briques adjacentes. Les faces moins larges sont situées en dehors des angles du passage intérieur et sont en contact avec celles des briques adjacentes quand les briques sont empilées.
Cette forme de construction offre la surface de contact maxi- mum et l'empilage est tel que 1-'épaisseur des parois entre les divers passages est maintenue sensiblement constante.
Une des difficultés afférentes à l'usage d'appareils de ce genre résidait en ce que quand un passage vertical était obstrué par le dépôt de matières étrangères ou par la désagrégation ou le bris de briques, le passage vertical tout entier était perdu gour l'appareil, aucun dispositif n'ayant été prévu pour le passage horizontal des gaz d'un passage vertical dans l'autre. Dans la forme de construction préférée les extrémités de certaines briques présentent des évidements formant passages, de sorte que quand un passage vertical est obstrué en un de ses points, les gaz pourront
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en utiliser les autres parties, en faisant le détour par les passages voisins.
Une autre difficulté dans cette forme de construction était que par suite des différences de dimensions et de for- me des passages entre les briques et à travers celles-ci, il était impossible d'alterner les joints dans les couches horizontales. Il était nécessaire de poser les briques en colonnes continues sur toute la hauteur de l'empilage.
La forme de construction suivant l'invention qui assure des passages de même forme et section entre les briques et à travers celles-ci permet d'alterner les joints dans les assises successives et de relier ainsi fortement entre eux les éléments déjà construction. Une disposition est prise aussi pour pouvoir poser les briques de remplissage à d'autres niveaux-que les briques principales ce qui, en alternant les joints verticalement entre briques de remplissage et briques principales, consolide la cons- truction dans ce sens.
La présente invention poursuit les buts suivants: fournir une construction et une forme perfectionnées de briques d'empilage et d'empilages de briques; fournir une construction dans laquelle les passages entre les briques et à travers celles-ci puissent être semblables en dimensions et en former fournie la possibilité de graduer la seçtion de passage effective des gaz dans les différentes zones de l'appareil et de créer des surfaces chauffantes supplémen- taires; fournir un empilage qui peut être consolidé en alter- nant les joints horizontaux et verticaux.; fournir une brique d'empilage et un empilage de ces briques de forme simple et permettant la fabrication et
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l'installation économiques.
D'autres buts de l'invention ressortiront de la description ci-dessous.
Certaines formes de réalisation préférées de l'in- vention sont représentées sur les dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en plan de la partie supérieure de l'appareil, suivant la ligne 1-1 de la Fig. 6.
Fig. 2 est une vue en plan d'une partie intermédiai- re d'un appareil, suivant la ligne 2-2 de la Fig. 6.
Fig. 3 est une vue en plan d'une partie intermédiai- re située plus bas, suivant la ligne 3-3 de la Fig. 6.
Fig. 4 est une vue en plan d'une partie inférieure d'un appareil, suivant la ligne 4-4 de la Fig. 6.
Fig. 5 est une vue en plan de la construction de support, suivant la ligne 5-5 de la Fig. 6.
Fig. 6 est une coupe verticale partielle qui montre schématiquement la disposition des briques de différentes for- mes.
Fig. 7 est une coupe partielle suivant la ligne 7-7 de la Fig. 1.
Fig. 8 est une vue,,en perspective d'un des -éléments inférieurs de support.
Sur les Figs. 1 et 7, la brique octogonale 11 présen- te des faces plus larges 12 et des faces moins larges 13, les faces moins larges 13 des briques adjacentes étant en cpntact- entre elles. Les passages verticaux 14 sont ménagés entre les briques juxtaposées et aussi à travers chaque brique. Tandis que les passages entre briques sont rectan- gulaires, on remarquera que les passages à travers les briques
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présentant des goussets arrondis 15, ce qui est désirable pour renforcer les briques et pour éviter leur fissuration aux coins. Toutefois, ces goussets sont de faible section et les passages à travers les briques et entre celles-ci sont sen- siblement de même forme et offrent aux gaz les mêmes sec- tions de passage effectives.
Comme le montre la Fig. 1, les briques 11 dessinées en traits pleins sont posées à joints contrariées avec les briques des assises inférieures. Ceci est indiqué par les traits interrompus 16 montrant les faces accolées des briques inférieures et par les lignes courbes 17 qui indiquent les goussets aux coins des briques de l'assise inférieure, pla- cées sous les passages ménagés entre les briques de l'as- sise supéri eure.
Comme on le voit le mieux sur la Fig. 7, les briques 11 présentent des échancrures arrondies 18 dans les bords de leurs faces larges 12 qui forment les parois des passages intermédiaires. Ces échancrures 18 de briques superposées coopèrent pour former des passages de section circulaire s'étendant transversalement entre deux passages verticaux voisins. Cette disposition fournit des intercommunications à travers tout l'empilage. Il est évident que ces passages transversaux peuvent être prévus sur certaines ou sur toutes les briques et peuvent se correspondre deux à deux ou non, à volonté. Ainsi, par exemple, les échancrures peuvent être ménagées à l'une des extrémités seulement d'une brique.
La partie inférieure suivante de l'empilage se compose, comme le montre la Fig. 2, de briques principales 11 et de briques auxiliaires de remplissage 19 disposées diagonalement dans les passages entre les briques principales 11 et à travers celles-ci. Ces briques de remplissage 19 peuvent
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avoir des extrémités arrondies 20 de façon à épouser la forme des goussets 15 des passages intérieurs ou à se placer avec un léger jeu dans les passages formés entre les briques adjacentes 11. Comme le montre la figure 2, les briques '19 des couches successives peuvent être décalées de 90 les. unes par rapport aux autres.
Si on le désire un certain nombre de couches de briques 19 peuvent être posées dans un sens et être suivies d'un certain nombre de couches de briques 19 posées perpendiculairement aux premières. Ces briques de remplissage laissent pour la circulation des gaz des passages de section sensiblement triangulaire.
La Fig. 3 qui représente une zône inférieure de l'empilage montre les mêmes briques principales 11 et des briques de remplissage 22 d'un type différent disposées dans les passages. Cette brique 22 est semblable dans sa forme générale à la brique 19 mais elle est pourvue de nervures latérales arrondies 23 qui s'étendent perpendiculai- rement au corps même de la brique et qui se superposent à la partie principale du corps de la brique d'en dessous lorsque les briques des coudes successives sont décalées de 90 , comme le montre la Fig. 3. On remarquera que ces bri- ques forment également des passages de section triangulaire pour la circulation des gaz, ces passages étant en prolon- gement direct des passages 21 représentés sur la Fig. 2.
La partie inférieure de la construction, représentée sur la Fig. 4 comprend les mêmes briques principales 11 et des briques de remplissage 24 en forme de croix présentant des bras 25 qui vont dans les quatre coins des passages sen- siblement carrés. Ces briques étant symétriques par rapport à leurs deux axes ne peuvent être posées dans les passages que dans une position. Elles laissent toutefois encore des passages de section triangulaire pour la circulation des gaz.
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La construction inférieure de support est repré- sentée sur la Fig. 5 et à la partie-inférieure de la Fig., 6 en combinaison avec l'élément de support et de remplis- sage 26 représenté en perspective sur la Fig. 8. L'empilage est supporté comme dans les constructions habituelles sur des voûtes 27 montrées sur la Fig. 6. Une couche de briques rectangulaires 28 est posée en travers des voûtes 27 et cette couche supporte une deuxième couche de briques 29 dont certaines s'étendent entre les voûtes 27.
Il est utile que les joints des briques de remplis- sage 19, 22 et 24 alternent verticalement avec ceux des briques principales 11, et pour obtenir ce résultat on a prévu des éléments 26 supportant les briques de remplissage, ces éléments étant de préférence métalliques, par exemple en fonte; la Fig. 5 montre en plan ces éléments supportés par les briques rectangulaires 29 de la rangée transversale supéneure. Ces éléments de support 26 présentent des faces de contact 30 par lesquelles ils se touchent en formant une construction étayée latéralement, et des sièges transversaux 31 qui portent les briques de remplissage. Ces sièges 31 sont situés à mi-hauteur des éléments 26. Il y a aussi des bri- ques spéciales 32 à extrémités biseautées 33 qui se placent entre les éléments de support 26, comme le montre la Fig. 5.
Ces briques 32 sont supportées également par la couche su- périeure de briques rectangulaires 29. Les briques 32 sont de même hauteur que les éléments de support 26 ce qui cor- respond à la hauteur entière des briques principales 11.
Par conséquent, quand les briques principales sont posées sur la construction inférieure de support représentée sur la Fig. 5, chacune de ces briques sera portée par quatre briques 32 de même que par les surfaces supérieures de cer-
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tains éléments 26. Les sièges 31 seront situés en dessous de la base de la première couche des briques 11 à une profondeur égale à la moitié de la hauteur d'une telle bri- que, de sorte que les briques de remplissage posées sur les sièges 31 s'élèveront jusqu'à mi-hauteur de la première couche des briques 11. En continuant vers le haut cette structure, les briques de remplissage et les briques prin- cipales présenteront évidemment des joints alternés dans le sens vertical sur toute la hauteur du récupérateur.
En posant les briques principales en alternant les joints horizontalement comme le montrent les Figs.. 1 à 4, on obtient une construction robuste et rigide dont les éléments s'enchevêtrent horizontalement et verticalement.
Les ouvertures horizontales faisant communiquer les passages verticaux sont prévués de préférence dans toutes les briques octogonales de la couche supérieure de chaque zône intermédiaire. Ainsi dans la zône supérieure dépourvue de briques de remplissage il est inutile de ménager des intercommunications horizontales. Dans la cou- che supérieure de la deuxième zone contenant les briques de remplissage les moins épaisses, il est cependant dési- rable de ménager des conduits transversaux dans chacune des briques octogonales et de préférence en quatre points de chacune, comme le montrent les dessins annexés.
En ce point la vitesse du gaz ou de l'air s'écarte le plus de la valeur moyenne à laquelle on cherche à la maintenir, c'est à dire que la vitesse du fluide dans chaque zône est la plus grande à travers la couche supérieure. Pour cette raison il est évidemment plus important de permettre aux gaz de se répartir eux-mêmes en ce point en cas d'obstruction d'un des carneaux verticaux. C'est aussi en ce point qu'une elle obstruction a le plus de chances de se produire à
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cause de la réduction de la section des carneaux par suite de la présence des briques de remplissage.
Le même raisonnement peut être appliqué aux zones inférieures de l'empilage, les conduits transversaux étant ménagés dans la couche supérieure de briques de chaque zône. Dans un four à tirage équilibré, par exemple dans le. four du type Diehl à combustion centrale, on peut prévoir plus de ces passages transversaux que dans un four ordinaire à combustion latérale, sans créer des courants diagonaude gaz vers les carneaux situés plus près de la sortie.
Bien que certaines formes de construction préfé- rées seulement aient été représentées, il est entendu que les briques principales et de remplissage peuvent subir certaines modifications de forme et de construction, de même que les éléments supportant les briques de remplissage, et que les sièges peuvent être situés à d'autres niveaux qu'à mi-hauteur des éléments de support, si on désire faire alterner les joints en d'autres points. Les formes d'exécution représentées ne le sont qu'à titre d'exemple et les modifications sont considérées comme tombant dans les limites des revendications ci-après.
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