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PROCEDE DE ,CHAUFFAGE
Cette invention est relative à des procédés de chauffage, et a plus particulièrement trait à un procédé perfectionné pour effectuer une transmission de chaleur d'une source de chaleur à des dispositifs à chauffer.
De nombreux processus industriels nécessitent l'utilisation de chaleur, et là où il est impossible d'exposer directement au feu ou à la cha- leur d'un four les matériaux à chauffer, on a généralement employé dans le pas- sé pour ce chauffage l'un ou l'autre parmi trois procédés.
Le premier de ces trois procédés consistait 9 faire circuler de l'eau chaude provenant habituellement d'une chaudière à vapeur, à travers les matériaux à chauffer,dans un dispositif similaire à un échangeur de chaleur.
Ce procédé a pour inconvénient de nécessiter la circulation d'une quantité exceptionnellement grande d'eau chaude à travers le dispositif absorbant la chaleur proportionnellement à la quantité de chaleur aux matériaux, et ceci, naturellement; implique l'emploi de-pompes d'une plus grande puissance pour manipuler de si grandes quantités d'eau. En plus, la température de l'eau de la chaudière est abaissée à un degré qui dépend de la quantité de chaleur absorbée par les matériaux en traitement et requiert ordinairement un réchauf- fage considérable avant de pouvoir être renvoyée au système de la chaudière.
Un second procédé qui n'a rencontré que peu de succès pour le chauffage de divers matériaux dans les processus industriels, consistait à soumettre les matériaux à chauffer à de la vapeur sous pression élevée, éga- lement dans un dispositif similaire à un échangeur. Si de la vapeur produite à une pression élevée dans une installation de chaudière doit se condenser dans la section fournissant la chaleur du dispositif contenant les matériaux à chauffer, il doit être prévu un dispositif d'enlèvement des condensais.
Puisqu'un tel dispositif d'enlèvement des condensats qui doit fonctionner dans des conditions de pression.élevée, tout en présentant toute sécurité, n'a ja- mais été mis au point, ce procédé ne donne non plus satisfaction.
Un troisième procédé qui a été proposé et qui, comme on a pu le constater en pratique, ne donne pas satisfaction, fait usage d'un chauffage
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au moyen de liquides spéciaux ayant une courbe appropriée de saturation.
Ces liquides sont souvent organiques et doivent être choisis avec un soin extrême si l'on veut éviter la décomposition à des pressions élevées et des températures correspondantes, laquelle pourrait provoquer la formation de dépôts sur les conduits dans lesquels les liquides circulent. En outre, ces liquides ne doivent pas être vénéneux, lorsqu'ils ont la forme gazeuse.
Si l'on considère les objections que présentent ces procédés de chauffage antérieurs, la présente invention a pour objet de fournir un procédé perfectionné pour chauffer divers matériaux, au moyen duquel il est remédié à tous les inconvénients susdits.
Suivant le procédé qui fait l'objet de cette invention, une émul- sion eau-vapeur est produite dans les tubes d'une installation de chaudière à une pression très élevée et à la température correspondante, et cette émul- sion eau-vapeur forme le milieu qui fournit la chaleur pour le chauffage de matériaux, tels que des produits chimiques, dans des dispositifs analogues à des échangeurs de chaleur.
Le procédé suivant cette invention prévoit encore la circulation de cette émulsion eau-vapeur à travers les échangeurs de cha- leur ou les dispositifs d'absorption de la chaleur, à une vitesse qui ne per- met qu'une condensation partielle à la teneur en vapeur de l'émulsion, de ma- nière à effectuer la transmission de chaleur entre l'émulsion et les matériaux à chauffer, sans abaisser la température de l'émulsion.
L'un des plus grands avantages qu'offre ce mode de chauffage, est le fait que l'émulsion eau-vapeur, quittant le dispositif d'absorption de la chaleur, après qu'a eu lieu la transmission d'une partie de sa chaleur aux matériaux qui s'y trouvent, peut être délivrée au dôme de vapeur du système de chaudière, à la température à laquelle elle sort des tubes producteurs de vapeur de l'installation, ainsi que dans le fait que la vapeur séparée de l'eau dans le dôme est rendue disponible pour tout usage désiré. Avec les ob- jets précités ainsi que d'autres qui apparaîtront dans le courant de la des- cription, cette invention réside dans le procédé nouveau et la séquence d'opé- rations pratiquement comme décrit ci-après et défini plus particulièrement par les revendications annexées.
Le dessin annexé illustre un exemple complet du procédé faisant l'objet de cette invention, exposé suivant la meilleure méthode conçue jus- qu'à présent pour l'application pratique des principes de celle-ci, et l'uni- que figure illustre schématiquement la manière dont l'émulsion eau-vapeur produite dans le tube d'une installation de chaudière peut être utilisée dans un processus de chauffage d'une manière très avantageuse, pour fournir toute la chaleur nécessaire au processus et fournir en outre de la vapeur pour plusieurs autres usages.
Si l'on se réfère à présent plus particulièrement au dessin an- nexé, le numéro 1 indique de façon générale une batterie de dispositif d'ab- sorption de chaleur ou d'échangeurs de chaleur 2, qui peuvent avoir la forme de récipients dans lesquels les matériaux à chauffer sont placés. Un conduit du genre serpentin 3 est disposé à l'intérieur de chacun des récipients et est agencé pour conduire une émulsion eau-vapeur à travers le récipient afin de chauffer les matériaux qui s'y trouvent. Les entrées de tous les serpen- tins 3 conduisent à un conduit d'alimentation commun 4 après avoir traversé les valves 5 qui peuvent être employées à la fois pour couper et pour étran- gler le courant de l'émulsion eau-vapeur à travers les serpentins.
Le conduit d'alimentation 4 est relié au collecteur de sortie des tubes de chaudière 6 d'une installation productrice de vapeur désignée généralement par 7, et l'eau de chaudière contenue dans le dôme de vapeur 8 de l'installation est extraite du dôme de vapeur par l'intermédiaire d'un conduit 9 et mise par force en circulation à travers les tubes de chaudière 6 par une pompe 10, un conduit 11 reliant la sortie de la pompe au collec- teur d'entrée des tubes de chaudière.
La sortie de chacun des serpentins-3 est reliée à un conduit d'é- vacuation commun 12 par l'intermédiaire d'une valve 13, et le conduit 12 mène à la partie supérieure du dôme de vapeur 8 pour conduire l'émulsion eau-sapeur
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dans celui-ci après qu'elle est passée à travers le dispositif d'absorption de chaleur 2.
Suivant le procède qui fait l'objet de cette invention., le sys- tème de chaudière fonctionne à une pression suffisamment élevée pour produire dans le système une température allant de 170 à 320 C, et la pompe 10 fait circuler l'eau de la chaudière à travers les tubes de chaudière 6 à une vi- tesse telle qu'il est produit une émulsion eau-vapeur dans les tubes de chau- dière à la pression et à la température désirées, la teneur en vapeur de l'émulsion étant suffisamment grande pour permettre seulement une condensa- tion partielle de la vapeur pendant son passage à travers les serpentins 3 des dispositifs d'absorption de chaleur.
De cette manière, la chaleur de condensation de la vapeur ainsi condensée est transférée aux matériaux qui sont chauffés dans les récipients 2 sans produire aucune chute de température dans l'émulsion eau-vapeur, et la teneur en vapeur de l'émulsion évacuée des dispositifs d'absorption de cha- leur 2 est séparée de l'eau lorsque l'émulsion est déchargée dans le dôme de vapeur 8 ou la vapeur est retenue sous pression pour l'usage désiré. Comme montré au schéma, cette vapeur peut être retirée du dôme de vapeur par l'in- termédiaire d'un conduit 15 sous la commande d'une valve 16.
La commande de la vitesse de l'écoulement de l'émulsion eau-va- peur à travers les serpentins des dispositifs d'absorption de chaleur 2 en vue de permettre seulement une condensation partielle de la vapeur dans ces serpentins, est facilitée par les valves à étranglement 5 adjacentes aux en- trées des serpentins. Si on le désire, des indicateurs 18 peuvent être reliés aux sorties des serpentins 3 pour indiquer la température de l'émulsion eau- vapeur avant que cette dernière ne soit déchargée dans le conduit d'évacua tion 12 menant au dôme de vapeur.
Si ces indicateurs indiquent une chute de température aux sorties des serpentins 3, ceci signifie que toute la teneur en vapeur de l'émulsion eau-vapeur est condensée dans les serpentins parce que l'émulsion parcourt les serpentins à une vitesse moins grande qu'il n'est souhaitée,, état de chose qui peut être corrigé par le réglage des valves 5.
L'appareil est de préférence également pourvu d'une paire de con- duits de dérivation 20 et 21, reliés entre les conduits 4 et 12 en avant de la batterie des dispositifs d'absorption de chaleur. Une valve 22 de régula- tion de la pression dans le conduit 20 a pour fonction de dériver l'émulsion eau-vapeur de la batterie de dispositifs d'absorption de chaleur dans le cas où se produirait un accroissement de pression dans le conduit d'alimentation 4 pour une raison quelconque,par exemple si l'un ou plusieurs des dispositifs sont coupés par leurs valves 5.
Une valve réductrice 23 est de préférence incorporée dans le con- duit de dérivation 21 pour permettre à une partie de l'émulsion eau-vapeur produite dans les tubes de chaudière 6 de contourner à tout moment le groupe de dispositifs d'absorption de chaleur. La valve 23 coopère avec la valve ré- gulatrice 22 pour commander la pression dans le conduit 4, et ces valves coopè- rent avec les valves 5 pour régler le courant d'émulsion eau-vapeur à travers les dispositifs 2.
Grâce à la valve régulatrice 22 il apparaîtra que, lorsque la ca- pacité de l'installation de chaudière à vapeur est supérieure à celle qui est requise pour le chauffage de matériaux dans les dispositifs 2, une partie seulement de l'émulsion eau-vapeur est mise en circulation à travers les ser- pentins des dispositifs d'absorption de chaleur, le reste étant directement dérivé vers le dôme de vapeur 8.
Bien qu'il soit préférable de produire l'émulsion eau-vapeur re- quise pour le processus de chauffage, dans les tubes de chaudière 6, on com- prendra, aisément qu'on peut produire l'émulsion eau-vapeur en retirant de l'eau chaude d'une partie du système et en y mélangeant de la vapeur provenant d'une autre partie du système afin d'obtenir l'émulsion désirée.
Il apparaîtra à l'examen de la description ci-dessus ainsi que du dessin annexé, que cette invention fournit un procédé de chauffage qui im-
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plique l'emploi d'une installation de chaudière à vapeur d'une manière excep- tionnellement avantageuse.
REVENDICATIONS.
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HEATING PROCESS
This invention relates to heating methods, and more particularly relates to an improved method for effecting heat transfer from a heat source to devices to be heated.
Many industrial processes require the use of heat, and where it is not possible to expose the materials to be heated directly to fire or oven heat, it has generally been used in the past for this heating. one or the other of three methods.
The first of these three methods consisted of circulating hot water, usually from a steam boiler, through the materials to be heated, in a device similar to a heat exchanger.
This method has the disadvantage of requiring the circulation of an exceptionally large quantity of hot water through the heat absorbing device in proportion to the quantity of heat to the materials, and this, of course; involves the use of more powerful pumps to handle such large amounts of water. In addition, the temperature of the boiler water is lowered to a degree which depends on the amount of heat absorbed by the materials being processed and usually requires considerable reheating before it can be returned to the boiler system.
A second method, which has met with little success in heating various materials in industrial processes, has been to subject the materials to be heated to steam under high pressure, also in a device similar to an exchanger. If steam produced at high pressure in a boiler installation is to condense in the heat supplying section of the device containing the materials to be heated, a condensate removal device must be provided.
Since such a condensate removal device which must operate under conditions of high pressure, while still being completely safe, has never been developed, this method is also unsatisfactory.
A third method which has been proposed and which, as has been seen in practice, does not give satisfaction, makes use of heating
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by means of special liquids having an appropriate saturation curve.
These liquids are often organic and must be chosen with extreme care to avoid decomposition at high pressures and corresponding temperatures, which could cause deposits to form on the conduits in which the liquids circulate. In addition, these liquids should not be poisonous, when they have the gaseous form.
Considering the objections presented by these prior heating methods, the object of the present invention is to provide an improved method for heating various materials, by means of which all the aforesaid drawbacks are overcome.
According to the process which is the object of this invention, a water-vapor emulsion is produced in the tubes of a boiler plant at a very high pressure and at the corresponding temperature, and this water-vapor emulsion forms the medium which provides heat for heating materials, such as chemicals, in devices similar to heat exchangers.
The process according to this invention also provides for the circulation of this water-vapor emulsion through the heat exchangers or the heat absorption devices, at a rate which allows only partial condensation at the content of vapor of the emulsion, so as to effect the transmission of heat between the emulsion and the materials to be heated, without lowering the temperature of the emulsion.
One of the greatest advantages offered by this method of heating is the fact that the water-vapor emulsion, leaving the heat absorption device, after the transmission of part of its heat to the materials therein can be delivered to the steam dome of the boiler system, at the temperature at which it leaves the steam producing tubes of the plant, as well as in the fact that the steam separated from the water in the dome is made available for any desired use. With the foregoing objects as well as others which will become apparent in the course of the description, this invention resides in the novel method and the sequence of operations substantially as hereinafter described and more particularly defined by the claims. annexed.
The accompanying drawing illustrates a complete example of the process forming the object of this invention, set forth according to the best method designed heretofore for the practical application of the principles thereof, and the single figure illustrates schematically the way in which the water-steam emulsion produced in the tube of a boiler plant can be used in a heating process in a very advantageous manner, to provide all the heat necessary for the process and additionally to provide steam for several other uses.
Referring now more particularly to the accompanying drawing, the numeral 1 generally indicates a battery of heat absorber or heat exchanger 2, which may be in the form of containers in which the materials to be heated are placed. A coil-like duct 3 is disposed inside each of the containers and is arranged to conduct a water-vapor emulsion through the container in order to heat the materials therein. The inlets of all the coils 3 lead to a common supply line 4 after passing through the valves 5 which can be used both to shut off and to quench the flow of the water-vapor emulsion through the valves. streamers.
The supply duct 4 is connected to the outlet manifold of the boiler tubes 6 of a steam-producing installation generally designated by 7, and the boiler water contained in the steam dome 8 of the installation is extracted from the dome. of steam through a conduit 9 and forced into circulation through the boiler tubes 6 by a pump 10, a conduit 11 connecting the outlet of the pump to the inlet manifold of the boiler tubes.
The outlet of each of the coils-3 is connected to a common evacuation duct 12 by means of a valve 13, and the duct 12 leads to the upper part of the vapor dome 8 to conduct the water emulsion. -sapeur
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in it after it has passed through the heat absorber 2.
In accordance with the process which is the object of this invention, the boiler system operates at a pressure high enough to produce a temperature in the system ranging from 170 to 320 C, and the pump 10 circulates the water from the boiler. boiler through the boiler tubes 6 at a rate such that a water-steam emulsion is produced in the boiler tubes at the desired pressure and temperature, the vapor content of the emulsion being sufficiently large to allow only partial condensation of the vapor as it passes through the coils 3 of the heat absorption devices.
In this way, the heat of condensation of the vapor thus condensed is transferred to the materials which are heated in the vessels 2 without producing any temperature drop in the water-vapor emulsion, and the vapor content of the emulsion discharged from the devices. The heat absorber 2 is separated from the water when the emulsion is discharged into the vapor dome 8 or the vapor is retained under pressure for the desired use. As shown in the diagram, this vapor can be withdrawn from the vapor dome through a conduit 15 under the control of a valve 16.
The control of the rate of flow of the water-vapor emulsion through the coils of the heat absorbing devices 2 to allow only partial condensation of the vapor in these coils is facilitated by the valves. with throttle 5 adjacent to the inlets of the coils. If desired, indicators 18 can be connected to the outlets of the coils 3 to indicate the temperature of the water-steam emulsion before the latter is discharged into the exhaust duct 12 leading to the steam dome.
If these indicators indicate a drop in temperature at the outlets of coils 3, this means that all of the vapor content of the water-vapor emulsion is condensed in the coils because the emulsion travels through the coils at a slower rate than it. desired, state of affairs which can be corrected by adjusting valves 5.
The apparatus is preferably also provided with a pair of bypass conduits 20 and 21, connected between conduits 4 and 12 in front of the battery of heat absorption devices. A valve 22 for regulating the pressure in the duct 20 has the function of bypassing the water-vapor emulsion of the battery of heat absorbing devices in the event of an increase in pressure in the duct. power supply 4 for some reason, for example if one or more of the devices are cut off by their valves 5.
A reducing valve 23 is preferably incorporated in the bypass line 21 to allow part of the water-steam emulsion produced in the boiler tubes 6 to bypass the group of heat absorption devices at all times. The valve 23 cooperates with the regulating valve 22 to control the pressure in the duct 4, and these valves cooperate with the valves 5 to regulate the flow of water-vapor emulsion through the devices 2.
Thanks to the regulating valve 22 it will appear that, when the capacity of the steam boiler installation is greater than that required for heating materials in the devices 2, only part of the water-steam emulsion is circulated through the coils of the heat absorption devices, the remainder being directly diverted to the vapor dome 8.
Although it is preferable to produce the water-steam emulsion required for the heating process, in the boiler tubes 6, it will be readily understood that the water-steam emulsion can be produced by removing hot water from one part of the system and mixing with steam from another part of the system to obtain the desired emulsion.
It will be apparent from the above description as well as the accompanying drawing that this invention provides a heating process which does not require
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The use of a steam boiler installation is exceptionally advantageous.
CLAIMS.