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Construction et fonctionnement de réchauffeurs de fluide.
La présente invention concerne la construction et le fonctionnement de réchauffeurs de fluide du type dans lequel une masse "coulante" ou en vrac d'une matière solide de transfert thermique, circule de haut en bas à travers une chambre de chauffage, dans laquelle elle est réchauffée par le passage d'un fluide de chauffage gazeux en rapport d'échan ge thermique avec cette masse, laquelle descend ensuite par un passage de communication de section libre réduite, pour se diriger vers et à travers une chambre de refroidissement sous-jacente, dans laquelle cette masse est refroidie par un transfert thermique à un second fluide, à chauffer.
Les réchauffeurs de fluide du type décrit utilisent généralement des petites pièces ou corps de matières réfrac- taires céramiques, ces corps étant disposés en une colonne ou un lit solide, pour constituer l'agent de transfert ther- mique, et étant continuellement en mouvement, pendant de lon- gues périodes, à des températures sensiblement plus élevées
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que celles admissibles ou économiquement réalisables dans les échangeurs thermiques métalliques.
Pour réaliser les con- ditions de transfert thermique les plus avantageuses dans l'appareil réchauffeur de fluide, la masse mobile de matière de transfert doit être chauffée de telle façon que, après son évacuation de la chambre de chauffage supérieure, cette masse soit à une température sensiblement uniforme sur toute sa section horizontale, tout en évitant une surchauffe d'une partie quelconque de la masse, de telle sorte qu'après réchauffage d'un fluide dans la chambre inférieure par échan- ge thermique à contact direct, ce fluide possède, après son évacuation de la chambre inférieure, une température sensi- blement uniforme et déterminée d'avance.
L'obtention de ces résultats constitue en premier lieu un problème de distribu- tion de fluide dans le sens de son contact avec la masse de matière de transfert et de son passage à travers les inter- stices de cette masse. Alors que le problème de la distribu- tion du fluide en vue du contact entre le fluide et le solide dans les deux chambres est généralement le même pour le fluide chauffant et le fluide à chauffer, il existe une dif- férence marquée entre les températures initiales des deux fluides lors de leur mise en contact avec la matière de transfert. La température à laquelle le fluide à chauffer est introduit dans la chambre inférieure et mis en contact avec la matière de transfert dans cette chambre est générale- ment suffisamment basse pour permettre l'emploi d'éléments métalliques en vue de délimiter le trajet du fluide.
Toute- fois, la température du fluide chauffant doit être au moins aussi élevée que la limite supérieure de la température fi- nale voulue de la matière de transfert quittant la chambre supérieure, température qui nécessite l'emploi de matières réfractaires résistant aux hautes températures pour la déli- mitation de trajets du fluide appelé à entrer en contact avec la matière de transfert.
Le fluide chauffant consiste avantageusement en
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produits gazeux brûlés résultant de la combustion d'un com- bustible liquide ou gazeux, avec ou sans l'addition d'un excès d'air en vue du réglage de la température du gaz de chauffage. Le trajet du gaz de chauffage en vue de sa péné- tration dans la masse de matière de transfert contenue dans la chambre supérieure peut suivre une direction normale ou opposée à la direction de mouvement de la masse ou une direc- tion correspondant à un angle intermédiaire quelconque, par rapport à cette dernière direction. Le gaz est avantageuse- ment introduit à travers une série de petites ouvertures réparties en vue d'une distribution sensiblement uniforme des gaz sur la section de la masse.
Du point de vue de la construction, il est avantageux de diriger le courant des gaz depuis les côtés .de la chambre, de façon que le poids de la masse de transfert ne s'applique pas directement sur les éléments réfractaires qui délimitent les trajets d'écoulement des gaz. Lorsque les gaz sont introduits à travers des ori- fices prévus dans la paroi extérieure de la chambre, en par- tant d'une chambre de combustion ou d'un conduit à gaz de chauffage entourant la chambre de chauffage par exemple, la pénétration des gaz dans la masse dépend de la profondeur de la section de celle-ci et de la vitesse des courants gazeux admis.
Lorsque le gaz ne peut pas pénétrer dans toute la section de la masse, les parties intérieures de la masse seront évacuées de la chambre de chauffage à une température plus basse que les parties situées à proximité des orifices d'admission des gaz. Lorsque les gaz pénètrent profondément dans la masse comme c'est le cas avec des vitesses initiales élevées des gaz, les parties de la matière de transfert situées à proximité des orifices absorbent une partie impor- tante de la chaleur des gaz, de telle sorte que les gaz qui parviennent dans l'intérieur de la masse sont à une tempéra- ture sensiblement moins élevée.
Cette circonstance est en outre aggravée par la tendance qu'ont les parties de la masse de matière de transfert proches des parois de la chambre à
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descendre plus lentement que les parties qui en sont éloig- nées dans le sens radial, vu le frottement contre les parois, ce qui a pour effet que l'absorption de chaleur par les par- ties retardées pourra s'effectuer pendant un temps plus long, d'où une plus grande différence de température dans le sens transversal de la masse.
Le problème d'une répartition uniforme de la cha- leur lors de l'introduction des gaz de chauffage dans la masse de matière de transfert contenue dans la chambre supé- rieure devient plus ardu à mesure que la capacité de chauffa- ge de fluide d'un appareil de ce type augmente. Ceci est dû premièrement au fait que pour une même température et une même durée de chauffage requises pour un fluide à chauffer, mais pour une quantité accrue de celui-ci, la profondeur de la matière de transfert maintenue dans la chambre de chauf- fage restera sensiblement la 'même, tandis que la section de cette masse doit être augmentée proportionnellement à l'ac- croissement de capacité requis.
Dans le cas d'une chambre de combustion ou conduit de gaz de chauffage entourant la cham- bre supérieure, les pertes de chaleur par rayonnement augmen- tent avec le diamètre de la chambre.
Les inventeurs ont constaté que la température de la matière de transfert peut être maintenue sensiblement uniforme lors de son évacuation vers la chambre inférieure de chauffage de fluide, cela pour une gamme importante de capacité de chauffage de fluide, grâce à l'emploi d'une sec- tion relativement étroite de la matière de transfert en mou- vement dans laquelle on fait pénétrer des gaz de chauffage appelés à remonter à travers les interstices de la masse.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif à contact solide - gaz comprenant des parois qui délimitent une chambre présentant une faible largeur transversale et une longueur transversale au moins plusieurs fois supérieure à cette largeur, un dispositif d'alimentation destiné à dé- terminer la descente à travers cette chambre d'une masse
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coulante de matière solide perméable aux gaz, et une série d'orifices d'admission prévus dans la partie inférieure de cette chambre pour permettre l'ascension à travers la même chambre, d'un fluide gazeux en contact direct avec cette ma- tière solide coulante.
Grâce à l'emploi d'un lit mobile de matière de transfert ayant la faible épaisseur transversale requise et une longueur transversale étendue en conséquence, on peut augmenter la section du lit de façon à réaliser la capacité de chauffage de fluide voulue de l'appareil, tput en augmen- tant la surface du contact initial avec les gaz de chauffage.
De plus, la longueur transversale accrue du lit peut être déterminée par un anneau, la disposition étant avantageuse- ment telle, que la partie centrale de la chambre constitue l'espace nécessaire pour une chambre à combustion interne ou chambre d'admission de gaz de chauffage, d'où ces gaz pénè- trent radialement dans l'extrémité inférieure du lit annulai- re pour traverser celui-ci de bas en haut en un courant répar- ti d'une manière sensiblement uniforme.
Dans les réchauffeurs de fluide de ce type, la différence entre les pressions de fluide sur les côtés opposés de la paroi qui sépare la cham- bre de combustion d'avec la partie supérieure du passage annulaire peut être suffisante pour provoquer des fuites de gaz de la combustion à travers la paroi de séparation, lors- que celle-ci est établie en matière cérami que. La différence de pression, et donc les fuites de gaz, augmenteront avec la profondeur du lit de matière de transfert, étant donné la chute de pression dans le fluide, accrue en conséquence, lors du passage de ce fluide à travers le lit. La différence de pression sera la plus élevée dans la partie supérieure du réchauffeur, vue la résistance opposée à l'écoulement par le lit de matière de transfert.
Dans les dessins annexés :
La fig. 1 est une élévation d'un réchauffeur consti- tué par l'appareil établi de fluide selon l'invention.
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La fig. 2 est une vue en plan de l'appareil selon la figure 1.
La fig. 3 est une élévation en coupe et à plus grande échelle d'une partie de l'appareil de la figure 1.
Les figs. 4 et 5 sont des coupes selon les lignes 4-4 et 5-5, respectivement, de la figure 3.
La fig. 6 est une élévation en coupe d'une variante d'une partie de l'appareil de la figure 1.
La fig. 7 est une coupe à plus grande échelle d'une partie de l'appareil de la figure 6.
La fig. 8 est une élévation en coupe et à plus grande échelle d'une autre partie de l'appareil de la fig. 1.
La construction du réchauffeur de fluide est représentée d'une manière générale dans la fig. 1. Cet appa- reil comprend une chambre de chauffage supérieure 10, dans laquelle une masse coulante de matière solide de transfert thermique 11 est chauffée par contact direct avec un fluide chauffant, et une chambre de refroidissement inférieure 12, dans laquelle la matière de transfert chauffée 11 est refroi- die par contact direct avec un fluide à chauffer. Les cham- bres 10 et 12 sont reliées par un conduit tubulaire 13 pré- sentant un goulot 14 de section transversale sensiblement plus réduite, lequel constitue un conduit de passage entre les deux chambres, destiné à permettre l'écoulement de la matière de transfert de la chambre supérieure vers la chambre inférieure.
Dans le mode d'exécution représenté de l'inven- tion, le fluide chauffant pour la matière de transfert conte- nue dans la chambre 10 consiste en produits gazeux de la combustion formés avantageusement dans une chambre de combus- tion située au centre à l'intérieur de la chambre 10, les gaz étant dirigés en vue d'un contact direct et à contre- courant par rapport au lit descendant de matière de trans- fert, de façon à s'écouler d'une manière sensiblement unifor- me à travers les espaces interstitiels. Le lit mobile de ma- tière de transfert présente une profondeur importante et une
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longueur circonférentielle ou périphérique étendue.
La matiè- re de transfert est chauffée à une température relativement élevée lors de son passage à travers la chambre supérieure 10, tandis que, lors de son passage à travers la chambre inférieure 12, sa température se réduit par échange thermique avec le fluide à chauffer. La matière de transfert refroidie quitte la chambre inférieure 12 à travers un tuyau ou canal d'évacuation 16 dont l'extrémité inférieure est reliée à un dispositif d'alimentation mécanique appropriée 17. Ce dernier règle la vitesse d'évacuation de la matière de transfert de la chambre 12 et transmet cette matière à un élévateur 18, lequel fournit cette même matière, à travers une série de canaux d'alimentation 20, à la chambre supérieure, en vue de sa réutilisation dans le processus cyclique d'échange ther- mique.
Un nombre relativement élevé de matières réfractai- res peut être utilisé pour former la masse coulante de matiè- re solide de transfert thermique, le choix de la matière dé- pendant des conditions de fonctionnement particulières qui doivent être maintenues dans l'appareil réchauffeur de flui- de. D'une façon générale, la matière doit posséder une résis- tance mécanique et une dureté élevées, une résistance consi- dérable aux à-coups thermiques et une température de ramol- lissement élevée. De telles matières peuvent être constituées par des substances céramiques réfractaires naturelles ou fabriquées, des alliages résistants à la corrosion ou des alliages d'acier, en petits fragments de forme régulière ou irrégulière. On a employé avec succès des boulettes ou "cailloux" sensiblement sphériques de matières céramiques fabriquées.
Ces boulettes doivent présenter des dimensions telles qu'elles possèdent une grande surface de transfert thermique et avoir une densité suffisante pour pouvoir résis- ter aux vitesses de passage des fluides à travers la masse des boulettes, tant dans la chambre de chauffage que dans la chambre de refroidissement, sans être soulevées. Il a été
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constaté que les boulettes céramiques réfractaires possèdent avantageusement un diamètre de 5/16 inch. (pouce anglais) environ, les dimensions pouvant cependant varier en plus ou en moins par rapport à cette valeur, suivant les conditions de fonctionnement voulues du réchauffeur de fluide.
Comme montré dans les figs. 3 à 5 inclus, la cham- bre supérieure 10, ou chambre de chauffage de boulettes, est limitée par une enveloppe métallique cylindrique 21 présen- tant un plafond bombé 22 et une plaque de fond tronconique renversée 23, toutes les surfaces intérieures de cette cham- bre étant protégées par une garniture 24 constituée par une ou plusieurs couches de matière réfractaire appropriée. La garniture du plafond bombé 22 est constituée par une matière réfractaire coulée pour former un monolithe. En plus de la garniture réfractaire protectrice 24, l'enveloppe cylindrique 21 et la plaque de fond tronconique renversée 23 comportent une couche de protection en matière isolante 26, interposée entre l'enveloppe 21 et la garniture 24.
Une paroi cylindrique réfractaire verticale 27 est disposée au centre à l'intérieur de la chambre 10, la face extérieure de cette paroi étant écartée radialement de la face intérieure de la garniture 24 de façon à déterminer en- tre ces faces une chambre ou un passage annulaire 28 dont la longueur circonférentielle est plusieurs fois supérieure à sa largeur radiale transversale. Cette paroi repose sur une série de tasseaux 30, espacés dans le sens périphérique, en- castrés dans le prolongement inférieur conique de la garnitu- re 24 et supportés par la plaque de fond tronconique renver- sée 23.
Comme montré dans la fig. 3, les tasseaux espacés déterminent entre eux une série d'ouvertures inclinées 31 qui s'évasent vers l'intérieur et par lesquelles la matière de transfert 11 peut s'écouler librement du passage annulaire 28 vers un orifice de sortie central 32 qui constitue l'em- bouchure du goulot 14. La paroi 27 est construite de façon à présenter une ou plusieurs rangées d'orifices 33 répartis
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dans le sens périphérique, orientés radialement et traversant cette paroi avec une inclinaison de haut en bas et de l'inté- rieur vers l'extérieur, de telle sorte que, en considérant l'angle de talus naturel de la matière, celle-ci ne peut pas pénétrer très profondément dans les orifices. La paroi 27 c s'étend jusqu'en haut, pour aboutir à une faible distance du plafond 22.
Selon la présente invention, la partie supérieure de la paroi 27 est munie d'un manchon de support métallique 34.Ce dernier s'étend depuis un endroit situé en un point intermédiaire de la hauteur de la paroi 27 jusqu'à l'extrémi- té supérieure de celle-ci, où ce manchon est muni d'un disque tronconique 29, auquel est fixé un prolongement cylindrique 35 de moindre diamètre, disposé de façon à s'avancer vers le haut à travers une ouverture centrale correspondante 36 qui traverse le plafond bombé.
Comme montré dans le dessin, l'ex- trémité inférieure du manchon 34 présente une bride intéri- eure 37 encastrée dans la paroi 27, tandis que son extrémité supérieure est munie d'un joint de raccord flexible à souf- flet 38, disposé de façon à permettre une dilatation et une contraction différentielles de la paroi 27 par rapport aux autres parties de la chambre 10, dues aux modifications de température différentielles, tout en maintenant un joint ef- ficace, étanche aux fluides, pour la partie supérieure du passage 28.
Le soufflet flexible 38 est constitué par un tron- çon de plaque d'acier ondulée afin de permettre un allonge- ment et une contraction longitudinales. Le bord supérieur du soufflet est attaché à une plaque annulaire 41 boulonnée à un collier rigide 42 à brides, soudé au plafond bombé 22 et entourant l'ouverture 36 prévue à la partie supérieure de la chambre. Le bord inférieur du soufflet 38 est attaché à une bride 43 orientée vers l'intérieur et située dans l'intérieur du manchon d'extension cylindrique 35.
Grâce à cette construc tion, la partie supérieure de la paroi 27 peut se dilater/?-
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verticalement par rapport au plafond 22, tandis que le pro- longement cylindrique 35 pénétrant dans l'ouverture 36 con- tribue à maintenir l'alignement axial de cette paroi par rap- port à cette ouverture, tout en maintenant un joint étanche aux gaz entre la partie supérieure du passage annulaire 28 et la partie correspondante de la chambre de combustion 44 entourée par la paroi annulaire 27.
A l'extrémité supérieure de la chambre de combus- tion 44 est prévu un diffuseur 45, à travers lequel débite un brûleur à combustible 46. Ce dernier est du type à mélange préalable, dans lequel un combustible gazeux, par exemple un gaz naturel ou analogue, est admis à travers un conduit d'alimentation 47 et est mélangé avec une partie de l'air comburant requis dans le corps du brûleur 46, le mélange étant fourni par le bec 48 du brûleur à travers un forage central circulaire du diffuseur 45. L'extrémité supérieure du brûleur est enfermée dans un dôme 50 en forme de cloche, lequel est fixé à la bride du collier 42 et délimite une chambre à air 51 dans laquelle l'air comburant est admis sous pression à travers un orifice d'entrée 52.
Une partie de l'air fourni à la chambre à air 51 est refoulée à travers une ouverture annulaire 49 située entre le bec 48 du brûleur et le diffuseur et s'ajoute au mélange carburé de combustible et d'air, débité par le bec du brûleur. Une quantité supplé- mentaire d'air comburant traverse l'espace annulaire entre le manchon 34 et la surface adjacente de la paroi 27 et exerce un effet de refroidissement appréciable sur le manchon métal- lique 34, pour pénétrer ensuite dans la chambre 44 par infil- tration à travers les corps réfractaires.
La chambre intéri- eure 44 constitue un espace de combustion qui présente une section et une longueur suffisantes pour permettre une com- bustion sensiblement complète du combustible avant que les gaz qui en résultent ne s'échappent à travers les orifices 33, pour pénétrer dans la partie inférieure du passage annu- laire 28.
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La chambre ou passage annulaire 28 reçoit les bou- lettes 11 formant matière de transfert depuis une série de tubes 20 disposés de façon à pénétrer dans cette chambre à travers le plafond 22 et à aboutir en des points espacés dans la partie supérieure de ce passage. Lorsque le réchauffeur de fluide est en marche, les chambres 10 et 12 sont remplies de matière de transfert jusqu'au niveau déterminé par l'ex- trémité inférieure des tubes 20. Une quantité supplémentaire de matière de transfert est maintenue dans le réservoir 59, de sorte que les tubes 20 sont remplis et que, à mesure que la matière 11 circule à travers l'appareil, il y aura tou- jours une alimentation suffisante pour maintenir la profon- deur de la matière dans la chambre 10 à une valeur sensible- ment uniforme.
Il a été constaté que, lorsque la chambre 10 possède les proportions générales représentées, que son dia- mètre extérieur est d'environ 8 feet (pieds anglais), qu'il existe quatre tubes 20, comme montré dans la fig. 2, et que la matière de transfert est telle que décrite plus haut (c'est-à-dire des boulettes de 5/16 de inch, et dont l'angle de talus naturel est d'environ 20 ). la variation circonfé- rentielle dans la profondeur du lit de boulettes entre les orifices 33 et la surface supérieure 54 de ce lit ne suffit pas pour influencer défavorablement l'uniformité du courant de gaz de chauffage à travers la matière de transfert dans le passage 28.
Lorsque le diamètre et/ou la largeur du passa- ge annulaire 28 augmentent au-delà des valeurs indiquées, il est avantageux d'augmenter le nombre de tubes d'amenée de matière de transfert à ce passage, de façon à maintenir une distribution sensiblement uniforme de courant de gaz de chauf- fage dans le sens circonférentiel du passage, en vue de main- tenir avantageusement une température uniforme des boulettes pénétrant dans la chambre 12.
L'espace annulaire prévu dans l'extrémité supérieu- re du passage 28, au-dessus de la surface 54 de la matière de transfert, est muni d'un conduit de cheminée 53 contenant
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un registre de réglage 53' et servant à l'évacuation des gaz de chauffage épuisés. Le mouvement ascendant des gaz de chauf fage à travers les interstices de la masse de la matière de transfert depuis le niveau des orifices 33 sera sensiblement uniforme dans toute l'étendue de la masse annulaire, avec le résultat que la température d'un segment quelconque de la section horizontale de la masse annulaire sera sensiblement égale à celle de tous les autres segments.
Les figs. 6 et 7 représentent une variante du man- chon d'étanchéité prévu dans la chambre de chauffage supéri- eure 10. Comme montré dans ces figs., la partie inférieure de cette chambre, ainsi que ses conduits de liaison avec le goulot 13 et sa construction extérieure, sont analogues à ceux des figs. 3 et 5. tandis que la disposition du manchon métallique qui entoure la partie supérieure de la paroi annu- laire qui délimite la chambre de combustion 44', comporte des caractéristiques avantageuses supplémentaires. Dans la fig. 6, la chambre 10 est limitée par une enveloppe métallique cylindrique 21 avec une plaque de fond tronconique renversée 23. L'enveloppe et la plaque de fond sont protégées par une garniture réfractaire 24 renforcée par une couche de matière isolante 26.
La paroi cylindrique verticale 27' est espacée dans le sens radial par rapport à la face interne de la gar- niture 24, de façon à déterminer un passage annulaire 28 en- tre ces deux éléments. La plaque de fond 23 supporte une série de tasseaux 30 espacés dans le sens circonférentiel et supportant à leur tour la paroi 27'. Une série d'ouvertures 31 sont prévues entre les tasseaux afin de permettre le dépla- cement de la matière de transfert depuis le passage 28 vers la sortie centrale 32, d'où elle se dirige vers le goulot 13.
La partie inférieure de la paroi 27' est en outre munie de deux rangées d'orifices 33 espacés dans le sens périphérique et prévus pour le passage des gaz de chauffage de la chambre 44' dans l'intérieur de la masse de matière 11 qui descend à
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travers le passage annulaire 28.
Un diffuseur de brûleur 81 est prévu dans la partie supérieure de la paroi 27'. Ce diffuseur présente dans sa partie supérieure un orifice central 82 destiné à recevoir le combustible et l'air refoulés par un brûleur 46'. La sur- face interne du diffuseur présente, en un point intermédiaire de sa hauteur, une partie qui s'évase vers l'extérieur, tan- dis que la surface extérieure de ce diffuseur est encastrée dans une partie cylindrique 83 de la paroi réfractaire. Le diffuseur et la paroi 83 sont entourés par un manchon métal- lique 34', comme décrit ci-après, qui sert à supporter laté- ralement la paroi 27' et à constituer un joint contre les fuites de gaz de la partie supérieure de la chambre de com- bustion 44' vers la zone de basse pression de la partie supé- rieure du passage annulaire 28.
L'extrémité supérieure du diffuseur et de la paroi se termine en un point situé sensi- blement au niveau de l'extrémité supérieure de l'enveloppe 21 et de sa garniture protectrice 24.
La paroi supérieure de la chambre 10 est constituée par un plafond tronconique 85 divisé en deux sections 85A et 85B formées par des plaques métalliques réunies par deux an- neaux superposés 86A et 86B disposés généralement dans un alignement vertical avec le passage annulaire 28. La plaque métallique de la section inférieure 85A du plafond 85 est soudée à sa périphérie à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 21 et est protégée par une matière réfractaire isolante cou- lée 87' munie d'orifices (non représentés) nécessaires pour recevoir les tubes d'alimentation 20, analogues à ceux des figs. 1, 2 et 3. De plus, une ouverture 84 est prévue pour les gaz de chauffage épuisés qui quittent le passage annulai- re 28.
L'extrémité supérieure de la section 85A est soudée à sa périphérie intérieure à l'anneau 86A, de telle sorte que la surface supérieure de cet anneau se trouve dans un plan horizontal. Cette construction est représentée plus spéciale- ment dans la fig. 7.
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La section supérieure 85B du plafond 85 est soudée à sa périphérie extérieure, qui forme son bord inférieur, à l'anneau 86B, de telle sorte que la surface inférieure de cet anneau est située dans un plan horizontal. Le bord supé- rieur de la section 85B est réuni à une plaque plane 88 dis- posée horizontalement et munie d'une ouverture centrale des- tinée à recevoir le brûleur 46'. Lorsque le plafond 85 est assemblé, les anneaux 86A et 86B se trouvent sensiblement en alignement vertical et sont boulonnés l'un à l'autre. La sec- tion 85B présente une ouverture destinée à recevoir un canal d'arrivée d'air comburant 90, tandis que la ou les ouvertures prévues sur le côté opposé de cette section sont appelées à recevoir des tubes de regard ou des tubes d'allumage, comme indiqué en 91.
Une chemise métallique 92 orientée vers le bas est fixée à la section 85B afin de servir de chicane, en dirigeant le courant d'air comburant vers le brûleur. Cette chemise présente une partie cylindrique supérieure réunie à une partie cylindrique inférieure de plus grand diamètre par une plaque annulaire et une zone tronconique. Une plaque déflectrice 93, fixée au cône de la chemise 92, est placée à proximité du côté extérieur du tube d'admission d'air 90, de manière à distribuer l'air admis par ce tube sur la tota- lité de l'espace annulaire entre la chemise 92 et le plafond 85.
La partie inférieure de la chemise est coaxiale par rap- port à deux manchons cylindriques 94 et 95 et espacée radia- lement par rapport à ceux-ci, la disposition étant telle que le manchon intérieur embrasse la paroi réfractaire 83, tan- dis que le manchon extérieur 95 se prolonge vers le haut de façon à engager un joint à coulissement 96 étanche aux gaz, comportant un cylindre 97 orienté vers le bas et muni d'une bride. La bride 98 du cylindre 97 est fixée rigidement entre les anneaux 86A et 86B. Deux anneaux 89 espacés verticalement sont soudés à l'extérieur du manchon 95 de façon à présenter un faible jeu par rapport au cylindre 97.
L'espace entre les anneaux 89 est rempli d'un cordon d'amiante, de façon à con-
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stituer un joint à coulisse 96, ce qui permet un mouvement vertical relatif entre le cylindre et le manchon, tout en maintenant entre eux un joint étanche aux gaz. Dans la con- struction décrite ci-dessus, l'air comburant qui pénètre à travers le conduit 90 est distribué dans le sens périphérique de la chemise 92, de façon à se diriger vers le bas entre le manchon extérieur 95 et la chemise 92. La plaque annulaire 99 reliant les extrémités inférieures des manchons 94 et 95 est espacée de l'extrémité inférieure de la chemise 92, de telle sorte que l'air se dirige de bas en haut dans l'espace annulaire entre la chemise et le manchon 94, et de là à tra- vers le brûleur 46'.
Au cours de son trajet, cet air se ré- chauffe en vue de la combustion, tout en refroidissant les manchons. Les éléments métalliques qui constituent les man- chons sont généralement établis en alliage d'acier afin de résister aux conditions de température caractéristiques de leur emplacement.
Le goulot de liaison 13 des figs. 1 et 3 présente une section circulaire, tandis que le passage 14 est délimité par une série de pièces réfractaires circulaires 55 s'éten- dant depuis la sortie 32 du fond troncmnique renversé jusqu' à l'extrémité supérieure de la chambre inférieure 12. Ces pièces réfractaires sont munies d'une garniture de matière isolante 56, supportée par une enveloppe métallique 57 com- portant plusieurs sections. Les dimensions du goulot 13, qui s'allonge dans le sens vertical, sont calculées pour consti- tuer une longueur suffisante qui, remplie de matière de trans- fert 11, soit capable d'empêcher une circulation de gaz entre les chambres 10 et 12, cependant que ce goulot présente un diamètre de passage suffisant pour permettre une circulation libre de la matière de transfert de la chambre supérieure vers la chambre inférieure.
Une circulation de fluide entre les chambres peut être empêchée ou réglée par la manoeuvre du registre 53' en fonction de la différence de pression à tra- vers le goulot 13.
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La chambre inférieure 12 est circulaire en coupe horizontale et présente un diamètre sensiblement uniforme depuis son extrémité supérieure jusqu'à un fond conique se rétrécissant vers le bas. Comme montre dans les figs. 1 à 8, la chambre 12 est enfermée dans une enveloppe métallique 60 étanche aux gaz et présentant un plafond bombé 61 établi de façon à recevoir le débouché du goulot 13, cette enveloppe présentant un fond tronconique renversé 62. Ce fond est muni d'une ouverture d'évacuation centrale pour le départ de la matière de transfert vers le tube d'écoulement 16.
Un tube d'alimentation 63 pour le fluide à chauffer est disposé de façon à diriger un courant de ce fluide dans la partie infé- rieure de la chambre 12, en vue de son ascension ultérieure à travers les interstices de la masse de transfert et de son évacuation, à la température voulue, de l'extrémité supérieu- re de la chambre, à travers les tubes d'évacuation 64. Ces tubes amènent le fluide réchauffé depuis l'extrémité supéri- eure de la chambre 12 vers un conduit collecteur 65, en vue de son transport vers le point d'utilisation.
Comme montré spécialement dans la fig. 8, le goulot 13 se prolonge vers le bas jusqu'à un niveau situé au-dessous d'une voûte réfractaire 66 présentant une série de fentes de sortie 67 pour le fluide chauffé allant vers les tubes d'éva- cuation 64. L'enveloppe 60 est garnie d'isolant et de matière réfractaire, d'une manière analogue à celle de l'enveloppe 21.
Un caisson cylindrique 68, présentant une face périphérique perforée 69, est placé dans la partie inférieure de la cham- bre 12 et est réuni, par des tubes 70, à une chambre inféri- eure 71 dans laquelle débouche le tube d'admission 63. Un noyau réfractaire creux 72, allongé dans le sens vertical, sensiblement cylindrique, fermé à son extrémité supérieure, et monté sur le caisson 68, détermine, conjointement avec la paroi du caisson, une chambre ou passage annulaire 75 pour la masse de boulettes descendante. Dans cette disposition, le fluide à chauffer est amené à travers le tube 63 dans la cham- bre 71, d'où il se dirige, à travers les tubes 70, vers le
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caisson 68, qu'il quitte à travers la paroi perforée 69, pour pénétrer dans l'extrémité inférieure du lit annulaire descen- dant de boulettes.
L'ascension de ce fluide à travers la mas- se perméable aux gaz a pour effet de le chauffer à une tempé- rature élevée uniforme, avant son départ à travers les fentes 67 de la voûte vers les tubes 64.
Le réchauffeur de fluide, y compris les chambres 10 et 12 et le goulot de communication 13, est supporté comme un ensemble unique par une charpente en acier située à proximité du fond tronconique renversé de la chambre supérieure 10.
Ceci est représenté particulièrement dans la fig. 3, où un cadre de fortes poutres 76 en I, reposant sur des colonnes 77, est fixé au joint entre les parois latérales verticales de l'enveloppe 21 de la chambre supérieure et l'extrémité supé- rieure de la plaque de fond tronconique 23 à l'aide de man- chons 78. La plaque 23 qui supporte le fond de la chambre supérieure est plus épaisse que les sections correspondantes des enveloppes 21 et 60 des chambres supérieure ou inférieure et, grâce à sa forme en cône renversé, offre une grande résis- tance mécanique. L'enveloppe 57 en sections pour le goulot 13 est renforcée par des équerres métalliques 80, de façon à assurer la rigidité du goulot 13 et à offrir une résistance mécanique suffisante pour supporter la chambre inférieure 12.
Dans cette construction, la chambre supérieure 10 peut se dilater librement vers le haut depuis le niveau des poutres 76 en I ; même, le goulot 13 et la chambre inférieure 12 peuvent se dilater librement vers le bas à partir du même niveau fixe.
Lorsque le dispositif fonctionne, la masse de ma- tière de transfert se déplace à travers les chambres 10 et 12 et le goulot de passage intermédiaire 14, si l'on fait fonc- tionner le dispositif d'alimentation 17 à une vitesse déter- minée et d'une manière sensiblement continue, laquelle vites- se peut être modifiée à volonté afin de correspondre aux dif- férentes températures requises dans l'appareil. Après avoir
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quitté le dispositif d'alimentation, la matière est élevée, et retourne à la chambre supérieure afin de répéter son cycle de réchauffage et de refroidissement.
La matière de transfert est chauffée dans la chambre supérieure jusqu'à une tempé- rature sensiblement uniforme, de sorte que, lorsque cette ma- tière pénètre dans la chambre inférieure, la chaleur abandon- née par elle à la suite de son contact avec le fluide à chauf- fer est distribuée de façon à assurer une température sensi- blement équilibrée dans toutes les parties du fluide lors de son évacuation par les tubes 64. En maintenant sensiblement constantes la vitesse d'écoulement, la température et la com- position du fluide à chauffer, à son entrée dans la chambre 12, on peut également maintenir sensiblement et continuelle- ment le courant de fluide chauffé évacué par les tubes 64, n'importe quel réglage de température voulu pouvant être ob- tenu par une modification du débit, aisément contrôlé, du combustible débité par le brûleur 46.
Comme on le voit, la présente invention concerne un réchauffeur de fluide particulièrement bien adapté à être utilisé pour les hautes pressions, vu que la paroi extérieure de la chambre supérieure est cylindrique et n'est pas inter- rompue par des ouvertures latérales pour l'admission des com- bustibles ou d'air, et que le poids des organes peut être maintenu à une valeur minimum, sans pour cela affaiblir la construction.
D'une part, la poussée vers l'extérieure exercée par la matière de transfert contenue dans la chambre supérieu- re peut être absorbée aisément et en sécurité par l'enveloppe 21, tandis que d'autre part la poussée vers l'intérieure exercée par cette matière peut être aisément absorbée par la paroi cylindrique 27, même aux températures élevées générale- ment rencontrées dans la pratique, vu que cette dernière pres- sion soumettra cette paroi à un effort de compression auquel les matières réfractaires sont parfaitement capables de résis- ter, même aux températures élevées.
Comme on le voit en outre, la présente invention
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décrit la disposition et la réalisation de deux variantes d'une construction utilisée dans un dispositif à contact soli- de-gaz du type à lit annulaire. Dans les deux variantes, la construction comporte un manchon métallique entourant la par- tie supérieure de la paroi réfractaire entre le lit de matière de transfert et l'espace de combustion central, et s'étendant vers le bas jusqu'au dessous du niveau supérieur de ce lit.
Les manchons métalliques empêchent efficacement les fuites du fluide à travers la paroi réfractaire céramique, vu que la résistance au courant de fluide à travers la partie supérieure de la paroi, plus la résistance à l'écoulement à travers le lit de matière de transfert au-dessus de l'extrémité inférieu- re du manchon dépassent la résistance totale au courant de fluide le long du trajet d'écoulement voulu des gaz de chauf- fage, entre les orifices 33 et le niveau supérieur du lit.
Ces manchons sont disposés de façon à permettre un déplace- ment vertical de la paroi annulaire par rapport aux autres parties du dispositif à contact solide-gaz à la suite de modi- fications de température, tout en maintenant un joint efficace étanche au fluide entre les côtés opposés de la partie supé- rieure de la paroi annulaire. Avantageusement, les deux man- chons métalliques sont construits et disposés pour être re- froidis par un échange de chaleur avec l'air comburant, préa- lablement à la combinaison de cet air avec le combustible dans la zone de combustion.
REVENDICATIONS.
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