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" Procédé et dispositif pour chauffer des courants de gaz ou de vapeurs."
La présente invention concerne un procédé et un disposi- tif pour le chauffage indirect de courants de gaz ou de vapeurs, la température de la source de chaleur pouvant être maintenue élevée et même, en fait, supérieure d'une valeur nuisible pour la surface de transmission, par exemple supérieure à 1000 C
Le procédé, objet de l'invention, convient particulière- ment bien lorsqu'il s'agit d'obtenir, pour l'agent chauffé qui circule, des températures assez élevées pour se situer à proxi- mité de la température à laquelle la surface de chauffe ou la matière qui la constitue serait endommagée.
C'est ainsi qu'il est possible, en pratique, conformément à l'invention, de chauf- fer par exemple un gaz à 950 C, à l'aide d'un autre gaz se trou- vant à une température de 1500 C, avec une surface de chauffe
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constituée en une matière dont la température d'oxydation est de 1000 C.
L'invention permet une utilisation économique, d'une part, de la différence de température qui peut être maintenue entre le fluide chaud et le fluide froid et, d'autre part, des pro- priétés de la, matière dont on dispose pour constituer la sur- face de chauffe.
Si l'on part des gaz de fumée usuels ayant une températu- re de 1200 C, la chaleur transmise par rayonnement à une paroi à température raisonnable, par exemple à 600 C, par une couche gazeuse de 2 m. par exemple, est d'environ 50.000 kcal/M2.h.
Avec un coefficient de transmission thermique de 50 kcal/m2.h. C sur la, face interne de la paroi, ce qui correspond aux conditi- ons usuelles avec des courants gazeux sensiblement à la pres- sion atmosphérique, on obtiendrait une différence de températu- re entre la surface de chauffe et le gaz chauffé de 1000 C, ce qu'il n'est pratiquement pas possible de réaliser. Pour obtenir avec du gaz chauffé à une température de 400 C, une température de paxoi de 600 C, comme il a été supposé ci-dessus, il fau- drait par conséquent, avec la transmission thermique calculée de 50.000 kcal/m2.h., un indice de transmission thermique de 250 kcal/m2.h. C, qui ne peut pas être pratiquement obtenu avec des gaz.
Conformément à la présente invention, il est par contre possible, de façon surprenante, de disposer la surface de chauf- fe pour que le rayonnement soit distribué de telle manière que l'on n'obtienne en aucun endroit une élévation trop forte de la température de la surface.
La présente invention est caractérisée en ce que la sur- face de chauffe est constituée par des tubes disposés sensible- ment dans le sens vertical, qui sont chauffés principalement par rayonnement de la source thermique et qui sont disposés, par rapport à cette dernière, de façon à être chauffée par le rayonnement d'une grande couche gazeuse, par exemple d'une cou- che de 0,5 à 1,0 m. ou plus d'épaisseur; le gaz ou la vapeur
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que l'on chauffe et qui passe à l'intérieur des tubes du four à rayonnement ne traverse qu'une seule fois la source de chaleur dans le sens longitudinal du four à rayonnement et ceci, de pré- férence, directement de l'admission à la sortie.
Les parties les plus chaudes de la source de chaleur ne viennent pas direc- tement en contact avec la surface de chauffe, mais, au contraire se refroidissent par rayonnement vera une très grande partie de cette surface. On obtient ainsi une rapartition de la chaleur rayonnée, qui, jusqu'ici, n'était pas utilisée efficacement.
Dans les types d'échangeurs connus de ce genre, la surface de chauffe était, en règle générale, disposée par rapport à la source thermique de façon qu'un rayonnement thermique très im- portant frappait une faible partie de cette surface, qui se trou- vait ainsi portée à une température beaucoup plus élevée que l'autre partie de la surface dont la résistance calorifique glo- bale ne pouvait en conséquence être utilisée que dans une faible mesure. Ceci avait aussi pour conséquence que l'on ne pouvait pas donner au fluide chauffé produit une température aussi éle- vée qu'il eut été possible autrement.
Pour empêcher des détéri- orations de la matière constituant les surfaces de chauffe, on était aussi obligé, dans ces types d'échangeurs, de limiter la température d'admission du fluide chauffant, par exemple en re- cyclant des gaz refroidis en mélange avec le gaz chaud entrant dans le dispositif. Ceci avait de nouveau pour résultat que la quantité de chaleur transmise par m2 de surface était faible, d'une part, parce que l'on supprimait en grande partie la trans- mission de chaleur par rayonnement aux hautes températures et, d'autre part, parce que la différence de température des élé- ments entre lesquels s'effectuait l'échange thermique était re- lativement faible.
Conformément à l'invention, la majeure partie de la surfa- ce de chauffe tournée vers la partie principale de la source de rayonnement est exposée, en toutes ses parties essentielles pour la transmission de chaleur, à un rayonnement direct de la tota- lité de la dite partie principale de la source thermique.
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Par conséquent, contrairement à ce qui se passe avec les modes de construction connus, le rayonnement de la source ther- mique est réparti, conformément à l'invention, sur une très grande partie de la surface de chauffe. On évite de ce fait des surchauffes locales et la majeure partie de la surface de chauf- fe est, en ce qui concerne la transmission de la chaleur, beau- coup mieux utilisée que dans les constructions connues.
Le rayonnement est distribué de façon particulièrement avantageuse lorsque la surface de chauffe est disposée symétri- quement par rapport à la, source de chaleur.
Dans les modes de construction connus, la température des diverses parties de la surface de chauffe était déterminée es- sentiellement par la température des parties adjacentes de l'agent chauffant et des surfaces de chauffe adjacentes.
Dans le présent cas, la majeure partie de la surface de chauffe est exposée au rayonnement de la masse principale de la source de rayonnement. La température des diverses parties de la surface de chauffe est donc déterminée davantage par la quan- tité totale de chaleur amenée par la source thermique que par la température des diverses parties de la. source de rayonnement.
Conformément à l'invention, il est en conséquence possible et avantageux de répartir la surface de chauffe, tournée vers la masse principale de la source thermique, de façon que la tem- pérature soit relativement uniforme dans toutes les parties de la surface de chauffe intervenant dans la transmission de cha- leur. La répartition se fait avantageusement de façon que les écarts de température, par rapport à la valeur moyenne, restent inférieurs à 20% de la température de la source thermique, au début du fonctionnement et soient par exemple inférieurs à 15 ou 10% de cette température.
L'importance des écarts dépend principalement du dégré d'échauffement de l'agent à chauffer et du refroidissement de l'agent chauffant. Souvent, on peut maintenir des écarts très faibles, par exemple inférieurs à 2 ou 5%, précisément lors du fonctionnement aux températures maxima admissibles pour la sur=
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face de chauffe.
Dans un appareil de chauffage de gaz opérant de cette manière avec rayonnement réparti d'une façon relativement uni- forme, la température de la surface de chauffe est à peu près insensible, toutes choses égales d'ailleurs, à des élévations de la température de la source thermique et elle ne dépend essentiellement que de la quantité de chaleur amenée.
Pour des raisons pratiques, il est avantageux, en parti- culier lorsque la source de chaleur est à température relative- ment basse, à environ 1200 C, ou à une température située dans la gamme correspondant approximativement à la température de combustion du gaz de gazogène usuel avec excès d'air normal, de limiter la quantité de chaleur amenée par unité de temps de fa- çon que la température de la surface de chauffe reste inférieu- re à la valeur nuisible pour cette dernière, même lorsque les écarts de température d'admission de la source thermique sont supérieurs d'environ 30% à la valeur normale. Dans ce cas,seuls comptent naturellement les écarts dans le sens de l'élévation de la température.
Sous la condition que la quantité de chaleur amenée au four soit constante, la température de l'agent de chauffage est d'autant plus efficace qu'elle est plus élevée. En conséquence la'région qui rayonne est d'autant plus concentrée que la tem- pérature d'arrivée de l'agent cédant de la chaleur est plus élevée. Ainsi, avec une température d'admission du fluide chauf- fant d'environ 1600 à 2000 C, la cession de chaleur par le flui- de chauffant est réalisée essentiellement à partir d'une partie de son volume suffisamment petite pour qu'une nouvelle éléva- tion de sa température ne joue pratiquement aucun r8le sur la répartition de l'intensité de rayonnement sur les diverses par- ties de la surface de chauffe d'un dispositif constitué confor- mément à l'invention.
Dans ce cas, il est pratiquement possible, par conséquent, de réaliser l'objet de l'invention de façon qu'en limitant uniquement la quantité de chaleur amenée par unité de temps, la température de la surface de chauffe soit,..
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indépendamment de la température de la source thermique, infé- rieure à une valeur nuisible pour cette surf ace. Il est mani- feste qu'un dispositif ainsi construit présente une extraordi- naire sûreté de fonctionnement De plus, son réglage est simpli- fié dans une large mesure, étant donné qu'en règle générale, il suffit de surveiller la quantité de l'agent chauffant débité, tandis que sa température ne joue aucun rôle.
Lorsque la chaleur est produite par combustion de combus- tible solide, liquide ou gazeux, la quantité de chaleur peut également être réglée avantageusement par réglage de la quantité d'air nécessaire à la combustion.
En considération de ce qui est indiqué ci-dessus, il est manifeste qu'en maintenant constante la quantité de chaleur introduite dans le dispositif conforme à l'invention, la tempé- rature de la surface de chauffe peut être réglée indépendamment de la température d'admission de l'agent de chauffage, unique- ment par réglage de la température et/ou de la quantité de flui- de chauffée par unité de temps.
Il est également manifeste qu'il suffit, avec une quantité normale de fluide froid, de limiter la quantité de chaleur ame- née à une valeur maximum déterminée pour empêcher toute sur- chauffe de la surface de chauffe. Si, pour une raison quelcon- que, la quantité de fluide froid diminue, il faut toutefois limiter la quantité de chaleur amenée, sans quoi la température du fluide froid à l'échappement s'élèverait à un point tel qu' il y aurait un risque de détérioration de la surface de chauffe.
Il est donc avantageux de prévoir un réglage automatique du débit de fluide chaud en fonction du débit de fluide froid.
Parmi les métaux susceptibles d'être utilisés économique- ment, il nty en a, tout au moins actuellement, aucun qui sup- porte sans détérioration des températures supérieures à. 1000- 12000C, tandis que la température de la source thermique peut être, dans de nombreux cas, de 2000 C et plus. Bien que ceci fournisse une indication sur ce qu'on entend ici par une tempé- rature nuisible pour la surface de chauffe, ceci ne limite
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aucunement la portée de l'invention, qui peut au contraire être également utilisée avec des matériaux qui résistent à des gam- mes de températures supérieures.
Dans les types d'échangeurs connus, on ne pouvait pas utiliser une si grande différence de température entre ces tem- pératures élevées de combustion et la température admissible pour la surface de chauffe. Mais, ceci est rendu possible con- formément à l'invention du fait que la répartition du rayonne- ment sur la surface de chauffe disposée conformément à l'inven- tion et, par là également, la répartition des températures sur cette surface, sont assez, uniformes pour que la résistance ca- lorifique de la matière soit utilisée sur la plus grande partie de sa surface.
Etant donné qu'une telle répartition uniforme de la température dépend aussi de l'intensité du refroidisse- ment de la surface de chauffe par le fluide froid, il est mani- feste que le rayonnement peut être maximum sur les parties de la surface de chauffe où le refroidissement est le plus intense.
Etant donné que le rayonnement du fluide chaud est maximum à l'entrée et que, en règle générale, le fluide froid possède le pouvoir refroidissant maximum à son admission, il est manifeste qu'il est très avantageux, dans l'échangeur en question, d'opé- rer en équicourant.
Etant donné que le fluide froid ne peut souvent pas être chauffé jusqu'à la température approximative d'admission du fluide chaud, en raison des propriétés de la matière constitu- ant la surface de chauffe, il est également manifeste que, dans un dispositif conforme à l'invention, un chauffage en contre- courant ne comporte pas d'inconvénient du point de vue de l' économie thermi que. Ceci est le cas, en particulier, lorsque les dispositifs sont principalement destinés à un échange de chaleur par rayonnement et, par conséquent, lorsque l'agent cédant de la chaleur quitte également le dispositif à une tem- pérature relativement élevée, par exemple de 800 à 600 0.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, une répartition unifor- me du rayonnement sur la majeure partie de la surface de chau- '
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fe suppose une couche rayonnante relativement épaisse. Il n'est donc pas avanta,geux de subdiviser le fluide chaud en un certain nombre de courants différents, par exemple dans des tubes, où la distance entre les parois des tubes est relativement faible.
Si, par contre, on fait passer le fluide froid, à travers le fluide chaud, dans un certain nombre de tubes, qui ne se protègent pas les uns les autres du rayonnement de la masse principale de la source thermique, on peut obtenir constructive- ment la grande épaisseur gazeuse rayonnante pour le fluide chaud qui constitue une caractéristique de l'invention.
En vue d'éviter des surchauffes locales et les tensions thermiques qui en résultent, ainsi que d'autres dangers pour la matière constituant les surfaces de chauffe, il faut que la sur- face des tubes soit aussi lisse que possible et sans, cavités brides, etc. La face de la surface de chauffe tournée vers le fluide chaud doit donc présenter, dans les parties intéressant l'échange calorifique, une convexité aussi régulière que possi- ble.
Pour le fluide chaud dont la vitesse est relativement fai- ble en raison de la, grande épaisseur de gaz, les courants qui se forment par suite de la, variation du poids spécifique du gaz avec la température jouent un rôle considérable. Etant donné qu'il est en outre important, comme on l'a signalé, que la sour- ce de rayonnement soit concentrée de manière que la répartition du rayonnement soit uniforme, il est avantageux, dans un dispo- sitif conforme à l'invention, de faire circuler le gaz chauffant de façon à éviter, dans la plus large mesure possible, les cou- rants qui se formeraient par suite des fluctuations de tempéra- ture, c'est-à-dire qu'il faut diriger le gaz de haut en bas le long de la surface de chauffe.
Pour obtenir un bon échange calorifique entre les parois des tubes et le fluide froid, donc pour assurer un refroidisse- ment efficace de la surface de chauffe, la, vitesse du fluide froid doit être relativement grande en comparaison de la vites- se du fluide chaud. Les perturbations du courant causées par;,
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la température du fluide sont donc sans importance, de sorte que le sens de circulation du fluide dans les tuyaux n'a, de ce point de vue, que peu d'importance.
Suivant les explications données ci-dessus, le fait que les fluides entre lesquels se produit l'échange thermique cir- culent dans le sens vertical joue un rectain rôle. Il faut donc disposer les tubes plus ou moins verticalement. En outre, étant donné que, lorsqu'on doit utiliser les propriétés thermiques de la matière constituant la surface de chauffe, cette matière se trouve portée à des températures où sa résistance mécanique est très faible, il est avantageux de disposer éventuellement des boites collectrices à la partie inférieure du jeu de tubes uti- lisé, les efforts principaux étant, ainsi, des efforts de trac- tion. En outre, la charge augmente progressivement dans la par- tie supérieure du jeu de tubes.
Etant donné que, selon ce qui a été dit ci-dessus, l'intensité de rayonnement maximum règne à cette partie supérieure, il faut aussi que le refroidissement des tubes soit plus fort en ce point. Il faut donc introduire le fluide froid par en haut et par conséquent les deux éléments doivent, pour cette raison aussi, travailler en équicourant.
Mais il est également possible de disposer les tubes de- bout, leurs parties supérieures et le cas échéant la boîte col- lectrice supérieure étant libres. Conformément à ce qui a été dit ci-dessus au sujet de l'équicourant, il est avantageux dans ce cas d'introduire les fluides par en bas, ce qui présente de l'importance lorsqu'on utilise un combustible solide dans un foyer placé à la partie inférieure.
Conformément à l'invention, l'échange thermique entre le fluide chaud et le fluide froid se fait avantageusement en équicourant, tant que la majeure partie de la transmission de chaleur entre le fluide chaud et la surface de chauffe se fait par rayonnement. Il s'ensuit que la température d'échappement du fluide chaud est relativement élevée et en tout cas supéri- eure à la température de départ du fluide froid.
Afin que le bilan thermique n'en souffre pas, il faut que @
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les calories contenues dans le fluide chaud qui s'échappe soi- ent utilisées. Ceci peut être réalisé principalement, conformé- ment à l'invention, de deux manières différentes.
En raison du fait qu'au cours de l'échange calorifique réalisé de la manière susmentionnée, la température de la sur- face de chauffe est relativement indépendante de la température de la source rayonnante, on peut élever sans inconvénient cette température en utilisant les calories du fluide chaud qui s' échappe pour le réchauffage de l'air de combustion, du gaz com- bustible, etc., les calories se trouvant ainsi ramenées daxzs le cycle de l'opération.
En particulier dans les cas où la sour- ce thermique (source de rayonnement) est produite par combusti- on, il est par conséquent avantageux de réchauffer l'air de combustion et/ou le combustible à l'aide du fluide chaud qui s'échappe, en vue d'obtenir une haute température de combustion, qui, conformément au procédé objet de l'invention, peut être utilisée complètement pour l'échange calorifique.
Au cas où, pour une raison quelconque,, on ne désire pas mettre en oeuvre ce mode opératoire, il est possible, en règle générale, d'utiliser la chaleur contenue dans le fluide chaud qui s'échappe pour le réchauffage du fluide froid qui arrive.
Non seulement ce procédé augmente le bilan thermique de l'opé- ration d'échange, mais il permet aussi une meilleure utilisation de la matière relativement coûteuse constituant les surfaces de chauffe qui reçoivent la chaleur de rayonnement. Ce réchauf- fage s'effectue avantageusement en contre-courant.
Le fluide chaud qui s'échappe peut être éventuellement utilisé pour le réchauffage du fluide chaud qui entre et de ses constituants, ainsi qu'également du fluide froid qui entre.
L'exemple suivant illustre les avantages obtenus par 1'invention.
Un gaz doit être chauffé de o à 600 C en utilisant un fluide chaud à 1800 C, produit par une combustion effectuée avec un excès d'air normal.
Jusqu'ici, on a, par exemple, procédé en chauffant le gaz
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dans un échangeur thermique par des gaz de combustion provenant d'un four, ceux-ci étant mélangés avec des fumées s'échappant de l'échangeur thermique et qui sont par exemple à 200 C, jus- qu'à ce que la température du mélange soit d'environ 800 à 900 0.
Dans les dispositifs connus, on ne pouvait pas dépasser cette température parce que le rayonnement sur les parties particuliè- rement exposées de la surface de chauffe,.et, en général, sur les parties voisines de l'arrivée des gaz dans l'échangeur ther- mique, était trop fort. Par conséquent, dans cet échangeur l'un des fluides est refroidi de 800 0 à 200 C tandis que l'autre est chauffé en contre-courant de 0 à 600 C. La différence de température moyenne est d'environ 200 C. Le coefficient de trans- mission thermique peut être estimé, avec les parties de charge usuelles, à environ 20 kcal/m2.h. C. La surface de chauffe né- cessaire pour la transmission de 1.000.000 kcal/h est par con- séquent de 1.000.000/200.20 = 250 m2.
Si, au lieu de ce qui vient d'être décrit, le traitement thermique s'effectue conformément à la présente invention, les gaz s'échappant de l'échangeur par rayonnement qui travaille en équicourant, réchauffant en contre-courant le fluide froid entrant dans cet appareil, il se produit ce qui suit :
Dans l'échangeur par rayonnement, la température du fluide chaud est avantageusement abaissée de 1700 à 800 C.
Ensuite, ce fluide chaud est refroidi de 800 à 200 C par échange en contre- courant avec le fluide froid qui entre, celui-ci étant réchauf- fé de 0 à 200 C dans le réchauffeur à contre-courant et entrant ensuite dans l'échangeur par rayonnement, où sa température passe de 200 à 600 C. Les deux tiers environ de la quantité de chaleur sont échangés dans l'appareil de rayonnement et un tiers. dans l'appareil à contre-courant.
Si l'on utilise, pour la surface de chauffe de l'appareil de rayonnement, la même matière que pour l'échangeur thermique mentionné à l'exemple ci-dessus, c'est-à-dire une matière qui supporte 800 C, on peut, lorsque l'appareil travaille en contre-courant, en raison des surfaces de chauffe disposées symétriquement et de la grande
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épaisseur de la couche rayonnante, maintenir la surface de chauffe tout entière à une température d'environ 800 C.
L'écart moyen de température entre la. surface de chauffe et le gaz ré- chauffé est alors de 360 C. Etant donné que, dans ce cas,la chaleur est transmise à la surface de chauffe par rayonnement et que l'on peut utiliser, en raison des très grandes différen- ces de température, des trajets de gaz courts, et, en conséquen- ce, pour une même perte de charge, de très grandes vitesses, le coefficient de transmission thermique est d'environ 60 kcal/ m2. h. C.
Etant donné, d'autre part, que suivant les explications données ci-dessus, les deux tiers de la. quantité de chaleur glo- bale sont échangés dans l'appareil par rayonnement, il faut dans ce cas une surface de chauffe de 2. 1.000.000/3. 60. 360 = 31 m2.
Dans l'appareil à contre-courant, la différence de tempé- rature moyenne s'élève également (par hasard) à 360 C. Si l'on applique le même coefficient de transmission thermique que dans des appareils de type plus ancien, donc 20 kcal/m2.h. C, la surface de chauffe nécessaire est ici de :1/3. 1.000.000/20. 360 = 46 m2.
La surface de chauffe totale nécessaire est donc de 31 + 46 = 77 m2 contre une surface antérieure de 250 m2, ce qui représente une réduction supérieure à 70%. Dans les deux cas, la même quantité de fluide froid a été chauffée avec la. même quantité initiale de fluide chaud.
On signale en outre que, dans ce dernier cas, l'appareil est beaucoup plus insensible aux perturbations de fonctionne- ment que dans le premier cas. C'est ainsi que l'échangeur par rayonnement proprement dit est relativement insensible aux tem- pératures excessives du fluide chaud, tandis que l'appareil à contre-courant travaille dans de meilleures conditions malgré une même température du fluide chauffant à l'entrée, le fluide froid quittant cet appareil dès qu'il est à une température de 200 C et non pas seulement lorsqu'il a été porté à b00 C.
Ainsi qu'il ressort de ce qui est exposé plus haut, la surface de chauffe proprement dite de l'échangeur par rayonne- @
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ment est avantageusement constituée sous forme d'un faisceau tubulaire dont les tubes sont exposés au rayonnement, ceux-ci étant de préférence disposés en une couronne cylindri que. Le jeu de tubes peut être suspendu à un corps maçonné.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, dans les fours et appareils analogues, la construction des parties non métalliques telles, par exemple, que les parois de four et les surfaces, de rayonnement, doit être de préférence réalisée de telle manière et en un matériau, avantageusement à faible cha- leur spécifique, tel, que ces parties présentent, pour celles qui ont en fonctionnement une température supérieure'à celle qui est nuisible pour la paroi de transmission thermique et les autres parties matalliques, une capacité thermique (valeur en eau) et/ou, pour les autres, une température suffisamment faible pour que la température d'équilibre qui s'établit dans le four à un certain moment, par exemple lors d'un arrêt subit de la circulation du gaz à chauffer,
ne dépasse pas la température critique pour la résistance du four, en particulier la tempéra- ture critique pour la paroi de transmission thermique. Ceci s'applique naturellement à l'ensemble, du four mais, en particu- lier, aux parties de celui-ci les plus voisines de la source de rayonnement.
Cette question présente une importance particulière pour les fours et appareils. analogues dans lesquels, les tubes con- tiennent un élément à chauffer de très faible capacité calorifi- que, comme par exemple des gaz sous pression modérée. Dans ce cas, il faut tenir compte de la valeur en eau du fluide à chauf- fer par rapport à celle des tubes ; la valeur en eau de l'élément est alors le plus souvent inférieure d'environ 1% à celle des tubes.. Pour des réchauffeurs de liquide, par contre, la valeur en eau du fluide à chauffer est de l'ordre de grandeur de deux fois celle du ou de tubes et, pour des chaudières à vapeur, elle est de grandeur pratiquement'infinie tant que l'ébullition se produit.
Il y a également lieu de remarquer que, dans des ré- chauffeurs de gaz du type considéré, le rapport entre la surfa-
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ce thermique et la surface de la paroi du four est de l'ordre de l'unité (de préférence non supérieur à 2 environ), tandis que, dans la plupart des réchauffeurs de gaz antérieure, il est de l'ordre de 10.
Le dessin annexé représente un exemple de réalisation d'un échangeur de chaleur pour gaz conforme à l'invention.
Dans ce dessin : fig.I est une coupe verticale d'un four à rayonnement conforme à l'invention; fig. 2 en est une coupe transversale; fig. 3 représente un joint de dilatation.
Le four représenté est constitué par un corps cylindrique comportant des parois 7 en matériau réfractaire. Les parois sont avantageusement construites en couches multiples, par ex- emple, en partant de l'intérieur, en briques réfractaires, mor- tier de chamotte, laine minérale et enveloppe extérieure en tôle d'acier. Ce corps repose sur un support 8. A la partie supérieure du corps se trouve une poche annulaire 10, à laquel- le sont suspendus librement un certain nombre de tubes 6 entre lesquels on a ménagé un espace libre 20. Ces tubes débouchent dans une poche inférieure II, qui n'est à peu près supportée que par les tubes 6. Entre deux tubes voisins est ménagé un écartement qui est environ de la moitié au double de leur dia- mètre, par exemple égal à ce dernier.
Il est en effet important, pour obtenir un rayonnement uniforme sur les tubes, que ceux-ci soient également soumis au rayonnement sur leurs faces posté- rieures, ce qui est rendu possible en écartant les tubes, les parois du four étant, de ce fait, exposées à un rayonnement direct produit par la source de chaleur et prenant une tempé- rature suffisamment élevée pour pouvoir, de leur côté, rayonner efficacement sur les faces postérieures des tubes. Le groupe de tubes en se reserrant vers le bas, en particulier pour per- mettre de retirer en bloc l'ensemble du jeu de tubes avec la boite de distribution et la boite collectrice. Les tubes sont placés avantageusement à une distance de I à 2 dm. de la paroi
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du four à leur partie supérieure et de 1 à 4 dm. de cette paroi à leur partie inférieure.
Ceci facilite l'extraction rapide de l'ensemble du jeu de tubes, ce qui peut être important par ex- emple lorsque celui-ci doit être, par suite de perturbations dans le fonctionnement, soustrait à l'action nuisible de tempé- ratures de parois trop élevées.
La boite supérieure 10 comporte une admission de gaz 13, tandis que la boîte inférieure II communique, par un conduit 14 et un joint de dilatation 16, avec la sortie des gaz 15. Pour éviter des efforts unilatéraux lors du mouvement des tubes 6 par suite de la dilatation thermique, on peut monter plusieurs 'conduits 14 et organes de dilatation 16, qui sont de préférence disposés symétriquement. L'organe de dilatation peut avantageu- sement être constitué par une sorte de joint hydraulique, le liquide étant constitué par un élément liquide à la température de travail mais qui est essentiellement non volatil, par exemple en plomb, alliage de plomb, métal à caractères d'imprimerie, etc.
La fig. 3 représente une telle forme de réalisation. Le tube 21 qui peut avoir, dans de grandes installations, un diamètre de plus de 0,5 m., est raccordé à la boîte collectrice II et plon- ge dans un récipient annulaire 23, solidaire de la partie supé- rieure du tube de sortie 22.
L'ensemble de l'appareil est limité à sa partie supérieure par une tête 12 constituant une tuyère à gaz ou contenant un conduit d'amenée de gaz 2, cette tête s'appliquant contre la boîte supérieure 10 et étant maintenue fixe soit par son propre poids, soit par tous moyens connus. La tête 12 comporte des raccords 3 et 4 pour l'arrivée du gaz et de l'air de combustion et de rayonnement 1 prévue dans la partie supérieure du corps de l'appareil. Dans ce cas, les tubes 6 se trouvent donc dans, le four proprement dit. Une sortie de gaz centrale 9 fait sail- lie dans le corps à sa partie inférieure, en protégant la boîte inférieure II de l'action des gaz chauds et en conduisant ces derniers vers la sortie 5.
Afin que le dispositif puisse résister aux efforts impor-'
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tants produits pa,r les -températures élevées et très variables, il faut naturellement que tout au moins les parties exposées directement au rayonnement de la source de chaleur rayonnante, surtout les conduites de gaz, présentent à la masse rayonnante des formes régulières et symétriques sans angles ni arêtes vifs.
Les raccordements aux boîtes 10 et II peuvent également être protégés du rayonnement direct et ceci au moyen d'écrans ou d'isolants, par exemple d'amiante, ou de toute autre façon.
Etant donné que le rayonnement se produit à partir de la partie du corps de l'appareil désignée par I; qui est située directe- ment au-dessous de l'admission des gaz 2, ainsi que par les surfaces adjacentes de la tête du four, les parties supérieures du jeu de tubes sont exposées aux efforts maxima et c'est pour- quoi il est particulièrement important de constituer correcte- ment et le cas échéant de bien protéger les parties supérieures du système de canalisations de gaz. Ce résultat est obtenu, dans l'exemple de réalisation représenté, par une constitution appropriée de la tête du four qui représente des parties 17 faisant saillie vers le bas et formant écran de protection des boîtes 10.
En outre, les parties supérieures se trouvent proté- gées du fait que le gaz à chauffer est introduit par le haut, par conséquent dans la caisse distributrice 10 et s'échappe en bas par la caisse collectrice II. De ce fait, la température des parties supérieures des tubes est maintenue plus basse qu' avec un sens de circulation des gaz inverse, ce qui est très important, le système de tubes étant suspendu librement et la résistance mécanique des tubes diminuant lorsque la température s'élève. Pour accélérer la transmission de la chaleur des pa- rois des tubes aux gaz passant à travers ces derniers, on peut disposer dans les tubes des garnitures intérieures 18, 19 pour augmenter les surfaces radiantes.
Conformément à l'invention, il est également possible de courber les tubes 6 de manière qu'ils puissent se dilater indé- pendamment les uns des autres. Les courbures peuvent alors être situées à la même hauteur ou plus haut que la tête 12, 17 ou ,
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bien aussi en un autre point des tubes, ou encore on peut cour- ber plus ou moins les tubes, par exemple les cintrer vers l'ex- térieur.
Lors d'une interruption intempestive du courant gazeux passant dans les tubes 6, on risque que ces tubes soient soumis à des efforts inadmissibles - même lorsque la source de rayon- nement est mise hors d'action, par exemple par fermeture auto- matique du conduit de gaz 3 ou de l'admission d'air 4 -, du fait de la chaleur accumulée dans le four, par exemple les pa- rois 7, à une température supérieure à celle des tubes. Il est donc avantageux de construire le four en un matériau à faible capacité thermique de façon que la température d'équilibre sus- ceptible de s'établir à un certain moment, par exemple lors de l'interruption subite de l'arrivée de gaz, ne dépasse pas la température critique pour la résistance du four.
Il est souvent avantageux de réchauffer préalablement les gaz à chauffer avant leur arrivée dans le four et, en conséquen- ce, suivant une forme de réalisation de l'invention, l'entrée de gaz 13 (ou 15) peut être reliée à un réchauffeur de gaz, dans lequel le réchauffage est avantageusement réalisé à l'aide des gaz d'échappement provenant du four lui-même. Le réehauffeur est alors relié également à la sortie de gaz 5.