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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE . BREVET D'INVENTION la Société dite: COMPAGNIE GENERALE DE CONSTRUCTION DE FOURS Réchauffeur de gaz Demande de brevet français en sa faveur du 26 Juin 1944.
Dans la technique des fours industriels chauffés par combustibles gazeux (gaz de ville, gaz de cokeries, gaz pauvre etc..) on peut, suivant divers moyens connus, réchauffer soit l'air de combustion, soit à la fois l'air et le gaz au moyen des fumées chaudes sortant du laboratoire.
Le réchauffage de l'air ne souffre aucune difficulté, il s'effectue normalement dans des appareils continus ou discontinus construits en briques réfractaires ou poteries ; lesfuites, iné- vitables dans ce genre de récupérateurs, n'ont en effet qu'une médiocre influence sur le bilan thermique global de l'opération industrielle de chauffage. Il n'en est pas de même du réchauffage du gaz car les moindres fuites correspondent à des pertes importantes de chaleur sous forme latente.
Pour obvierà cet inconvénient,on a proposéde réchauffer le gaz de combustion dans des échangeurs de chaleur métalliques qui peuvent dès lors être réalisés de façon à peu près rigoureuse-' ment étanche. Cependant - même en faisant usage de métaux ou d'alliages réfractaires d'un prix élevé - ces échangeurs, qui sont généralement construits à la manière de surchauffeurs de vapeur, sont rapidement mis hors d'usage par suite d'oxydation ou de transformation cristalline du matériau qui les constitue.
On notera, en outre, qu'il est souvent avantageux de limiter le réchauffage du gaz à une température modérée de l'ordre de 300 à 400 par exemple, et de laisser dans les fumées une quantité de chaleur suffisante pour permettre le fonctionnement utile d'une chaudière de récupération.
L'invention, objet du présent brevet, se rapporte à un nouveau modèle de récupérateur métallique destiné, en principe, à réchauffer du gaz combustibleà une température modérée; mais susceptible également d'être utilisé pour réchauffer tout autre fluide gazeux et (ou) d'opérer à toute température compatible avec la résistance à la chaleur du métal employé.
La description ci-après, donnée à titre d'exemple de réalisation, fera comprendre le principe de l'invention:
La figure 1 représente une coupe élévation du dispositif d'ensemble.
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La figure 2 représente une vue en plan horizontal de l'appareil, en place dans un carneau de fumées, la voûte du carneau étant supposée enlevée.
La figure 3 donne une vue extérieure en bout de l'appareil.
La figure 4 représente une coupe verticale transversale, par le plan c d, du carneau de fumées contenant le réchauffeur.
La figure 5 représente une série de sections, par le plan a b, du corps de chauffe proprement it, suivant divers modes de réalisation.
Le réchauffeur de gaz se compose essentiellement de deux tubes métalliques concentriques : (1) extérieur et (2) intérieur, le tube extérieur est fermé à l'une de ses extrémités en (3), l'autre extrémité porte une tête (4) par où pénètre, au moyen d'un joint étanche et démontable, le tube intérieur.
Le gaz à réchauffer provenant de la canalisation de distribution (5) passe par un branchement de piquage (6), par un robinet à trois voies (7), par la canalisation coudée (8) et pénètre dans le tube central (2) ; il passe ensuite dans l'espace annulaire compris entre les tuyauteries (1) et (2) où il se réchauffe, il est enfin 'conduit aux brûleurs par l'intermédiaire de la tête (4) de la manchette (9) et de la tuyauterie (10) .
La circulation des fumées chauffantes est - en principe mais non obligatoirement - antiméthodique. La figure 1 représente une telle disposition, les fumées les plus chaudes arrivant en F et les fumées ayant cédé une partie de leur chaleur au gaz étant évacuées en F2. L'avantage de cette disposition est de protéger le tube extérieur chauffant (1) contre les "coups de feu"; en effet, à l'extrémité (3) du tube (1) le gaz arrive à peu près froid et, en outre, les mouvementstourbillonnaires provoqués par la sortie turbulente du tube (2) assurent un échange thermique excellent dans la zone soumise, extérieurement, aux températures les plus élevées.
En vue d'assurer une efficacité thermique maximum, il convient naturellement d'améliorer dans toute la mesure du possible la transmission calorifique à travers letube (1). La figure 5 montre trois variantes possibles à cet égard : sont trois sec- tions par un plan 1 b de l'échangeur proprement dit:
Le tracé de gauche représente une construction normale: le tube intérieur est constitué simplement par un tube mince en acier étiré, le tube extérieur est constitué par un tube à ailettes intérieures, analogue aux tubes de fumées employés sur certaines chaudières de locomotives et connus dans l'industrie sous le nom de tubes "Serve"; cette disposition permet le maximum d'activité d'échange entre le gaz à chauffer et le tube extérieur et, au contraire, un échange modéré entre le tube et les fumées;
elle sera donc employée principalement dans le cas de fumées très chaudes.
Le tracé du milieu comporte un tube extérieur (1) portant des ailettes intérieures et extérieures (ces dernières peuvent être longitudinales ou transversales, continues ou discontinues); cette disposition sera choisie de préférence lorsqu'il s'agira d'utiliser des fumées à température modérée afin d'améliorer la transmission en vued'une récupération plus poussée.
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Enfin le tracé de droite représente un montage simplifié consistant dans l'emploi d'un tube extérieur (1) lisse intérieu- rement et extérieurement, le centrage du tube intérieur - assuré dans les autres dispositifs par les ailettes intérieures - est ici obtenu au moyen de petites tiges soudées sur le tube inté- rieur.
Dans tous les cas le tube intérieur doit être monté avec un jeu suffisant pour permettre de le retirer sans difficulté malgré les déformations résultant du chauffage de l'appareil.
Le fonctionnement du réchauffeur ne nécessite pas de longues explications; on notera toutefois qu'il est avantageux de placer le corps chauffant (1) dans la partie la plus élevée du carneau parcouru par les fumées F1 f2, les fumées chaudes ayant tendance à circuler à la partie supérieure ; supportera le corps chauffant par un nombre suffisant de points d'appui pour éviter les fléchissements; é cet égard, la disposition représentée par les figures 2 et 4 est recommandable (mais non obligatoire). Les supports sont constitués par des mamettes ou briques placéesen chicane de façon à permettre, dans lebas du carneau, l'écoulement des fumees froides ; la partie supérieure des murettes comporte un plan incliné et un plan horizontal (figure 4) il en résulte une mise en place facile du corps chauffant.
Ainsi que pour tout appareil qui, d'une part, est parcouru par du gaz qui peut n'être pas parfaitement épuré et qui, d'autre part, est chauffé à une température relativement élevée, il.faut prévoir des facilités de nettoyage et de chan- gement pour réparations sans risque d'arrêter le four à marche continue desservi. A cet effet, le corps de chauffepeut être démonté rapidement de la façon suivante:
Le robinet à trois voies étant placé dans la position' (7') qui isole le réchauffeur, tout en assurant l'alimentation du four, on ferme la tirette d'obturation (11); on peut alors enlever le corps de chauffe en desserrant les assemblages (12) (13) et (14) ; le remplacement étant effectué par un corps de chauffe en bon état, on rétablit le courant de gaz au moyen du robinet (7) placé dans la position (7") et en ouvrant la ti- rette (11).
Bien entendu le système d'isolement par robinet à trois voies et tirette peut être remplacé par tout autre systèmes de robinets ou de vannes équivalent.
Dans ce qui précède on a supposé que le chauffage était effectué suivant le mode appelé habituellement "à courants parallèles" ou "antiméthodique"; le même appareil peut, bien entendu, être utilisé pour un réchauffage "méthodique", ou à "contre-courants", il suffit pour cela d'inverser le courant de fumées, les fumées les plus chaudes entrant en F2 et les fumées refroidies étant évacuées en F1; dans ce cas on trouvera avantage à calorifuger le tube intérieur (2) ou encore à réaliser cé tube en un matériau peu conducteur de la chaleur.
Il est précisé que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut, pour certaines applications particulières: a) modifier les formes et dimensions du corps chauffant et de ses annexes: tête de distribution, tuyauteries, robinetterie, assemblages, mode de fixation etc.... b) modifier le mode de chauffage extérieur: notamment- employer un chauffage direct par foyer ou autrement; plonger @
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le corps de chauffe dans un bain chauffant; incorporer le corps de chauffe dans une maçonnerie de paroi de four ou de foyer pour diminuer les pertes par rayonnement de ces parois etc... c) utiliser pour la construction des matériaux autres que métalliques:
notamment des matériaux céramiques, ou bien, encore, avoir recours à une construction composite. d) donner aux ailettes tant intérieures qu'extérieures toute forme spéciale et même remplacer ces ailettes par une matière quelconque conductrice de la chaleur.