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ECHANGEUR :DE C HEf R EN M AC 0 N NER'iE REFAAQ T AIftE ' OU ' REGH1'1FFEUL. t F OUR
INDUSTRIEL OU ANALOGUE--
Dans les installations de récupération et dans les échangeurs de chaleur ou régénérateurs construits en magonnerie réfractaire, dans les fours industriels en réfractaire tels que les fours à moufle, les fours d'émaillage, les fours Siemens-Martin, les fours à coke ou appareils analogues, la.chaleur est transmise aux maonneries réfractaires au moyen de courants de gaz brûlants ou brûlés, partie par rayonnement, partie par convection. A partie de ces ma- çonneries, elle est ensuite restituée aux autres gaz qu'on fait circuler dans le dispositif.Dans tous ces processus, le mode d'écoulement et d'évacuation des courants gazeux est d'importance primordiale.
Cependant, malgré cette con- naissance et en contradiction avec les calculs théoriques d'appareils de cette nature, les appareils employés jusqu'à maintenant ne sont pas construits de telle sorte que, au moins aux endroits essentiels, on évite ou du moins on ré- duise en grande partie les cavitations et ruptures d'écoulement, les réparti- tions de vitesses irrégulières et mal adaptées, un mauvais guidage et des épa- nouissement défavorables du courant dans les changements de directions brusques et les variations brutales de section toujours et nécessairement existants.
En outre, les modes de construction actuellement connus ne sont pas capables de régulariser et rendre inoffensifs lestroubles et tourbillonnements qui, en rè- gle générale, existent déjà dans les courants pénétrant dans l'appareil. Ces dé- régations incidentes à l'écoulement correct réel dans les courants admis dans 1' appareil, sont la cause de difficultés et défauts multiples dans le fonctionne- ment de ces appareils.
Dans les récupérateurs et les échangeurs régénérateurs et dans les fours industriels, en raison de ces dérogations à l'écoulement normal dans les courants admis, il se produit des transmissions de chaleur, d'une part axception- nellement élevées à certains endroits et, d'autre part, mêmes nulles à d'autres endroits par convection forcée et il en résulte des tensions d'échauffement et des surchauffes locales aussi bien que des échauffements insuffisants du matériau réfractaire. Cela a pour conséquence une mauvaise utilisation thermique des maté- riaux réfractaires compromettant pour une part la sécurité de marche de l'instal- lation :cette irrégularité de marche de l'échangeur ne permet plus,'en effet, le
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réglage suffisamment sûr de la longueur de la flamme.
En outre, cela a pour conséquence une résistance nettement amoin- drie des réfractaires, leur destruction prématurée,l'arrêt forcé de certaines zones par la chute de pierres, etc..... ' La température moyenne obtenue pour le vent ou l'air chauffé (gaz pauvre par exemple) reste plus basse que la température désirée, tandis que la tempéra- ture moyenne des gaz évacués conserve encore en général une valeur trop éle- vée.
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SpOOja1amtda::s J fu.us:inë!ust:icieTh t.e1s q.E J. fbJrs à moufles, la formation de zones de tourbillons et de remous trop importantes et trop étendues,de même que la for- mation de zones étales, au voisinage et à la suite des changements de direction ou de section brusques, entraine avec elle la formation de dépôts de cendres et de suies'en ces endroits. Ces dépôts entratnent une diminution de la vitesse d' écoulement le long des parois de réfractaire ou des voûtes provoquant des sur- chauffes, ou aussi bien, le cas échéant; des températures.basses défavorables et finalement une dégradation ou une destruction de l'étanchéité et de la sécu- rité de telles parois et voûtes.
Les inconvénients de ce genre sont diminués par la disposition qui fait l'objet de la présente invention et même dans bien des cas éliminés. L'in- vention prévoit l'emploi de moyens influençant la circulation des courants, moy- ens connus pour une part d'après les lois physiques d'écoulement des fluides, moyens employés individuellement ou en combinaison de position ou de fonction dans les constructions et appareils en matériaux réfractaires transmettant la chaleur, ou près des dits appareils.
Par l'effet de certains des moyens caractéristiques de l'invention, les pertes de pressions sont diminuées, ce qui a pour conséquence une diminution des frais d'exploitation et également des dépenses d'installation. On peut par exemple pour un même débit des appareils, adopter des dimensions plus faibles, donc avoir une meilleure utilisation de l'encombrement et également, de ce fait, des conditions plus favorables permettant, par exemple, la disposition de cham- bres de dépoussiérage efficaces et de chambres de dépôt des cendres dans les ap- pareils.
Grâce à l'application de l'invention'on a de même maintenant la pos- sibilité de contrôler et'régler en quantité et en chaque point la transmission de la chaleur en modifiant par exemple les quantités de chaleur transmises par con- vection et en diminuant par exemple les quantités de chaleur transmises par rayon- nement .
L'invention est caractérisée par l'emploi de une ou plusieurs instal- lations et par la disposition adoptée pour certaines installations et certains dispositifs destinés à l'amélioration de l'écoulement des courants, spécialement en vue de la suppression des cavitations et ruptures d'écoulement et de l'amélio- ration de la répartition des vitesses d'écoulement sur l'étendue d'une section ou de plusieurs sections de passage et, le cas échéant, en vue de l'égalisation de la répartition des vitesses,'sur une ou plusieurs sections, pour les courants circulant alternativement dans un sens et dans l'autre, ou dans des sections voi- sines traversées en même temps par des courants fluides différents, par exemple courants croisés ou courants transversaux, lesdites installations,.
conformes à l'invention, étant disposées dans des échangeurs de chaleur ou fours ou analogues, ou près de ces appareils, sur le trajet d'écoulement des fluides, et comportant des moyens agissant sur l'écoulement des courants'soit suivant les lois d'écoule- ment des filets fluides, soit suivant les lois de résistance au passage des flui- des, soit par combinaison de un ou plusieurs de ces moyens différents.
Les moyens suivant l'invention agissant suivant les lois d'écoulement des fluides sont par exemple constitués par: une conformation particulière et ra- tionnelle des changements de directions et des ,élargissements de section du cir- cuit,l'arrondissement des parois-intérieures,-par exemple par des rayons de cour- bure qui soient sensiblement égaux ou plus grands que la largeur du conduit exis- tant en amont de l'arrondi, des étranglements par.-exemple dans la chambre de com-
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bustion avec les parties les plus étroites environ au niveau-du commencement de la flamme, par exemple à la sortie des gaz combustibles hors de la buse, étranglements suivis d'élargissements progressifs dans le sens du courant;
des corps ou organes insérés dans le circuit et influençant l'écoulement, dans ou après les déviations et les élargissements de section; un ou plusieurs corps de forme extérieure courbée et de forme intérieure plane disposés le cas échéant en coopération avec une inclinaison de la paroi de manière à for- mer deux conduits partiels dans la z8ne de déviation; des cloisons intermé- diaires, une ou plusieurs de telles cloisons recourbées, constituées par ex- emple en maçonnerie réfractaire;
des aubes de déflexion et de guidage surtout en disposition diagonale dans la branche déviée et ayant le même rayon de cour- bure que la paroi intérieure-de la partie déviée et que les conduits partiels;, de telle sorte que le rayon de courbure soit sensiblement le même ou soit plus grand que la largeur d'entrée du canal partiel ; séparation des forts élar- gissements de section au moyen de corps de guidage ou de cloisons pour consti- tuer deux ou plusieurs diffuseurs partiels, l'angle total d'élargissement de ces diffuseurs partiels allant jusqu'à 10 , ou encore des surfaces de déflexion et de guidage étagées en forme de voiture.
Les moyens agissant suivant les lois de résistance à l'écoulement des fluides sont, suivant l'invention, constitués par exemple pars dès grilles fixes, des grilles multiples, des plaques perforées, des plaques à fentes ou analogues ; des grilles droites étroites avec tête arrondie pointue ou tronquée, des grilles droites coudées à angle ou courbées en arc et disposées de préfé- rence en diagonale; des grilles ayant la même largeur d'entrée et de sortie des canaux de grille et a barreaux serrés; grilles galbées ou courbées avec une lar- geur d'entrée des canaux différente de la largeur de sortie; grilles mobiles, grilles réglables, grilles multiples, plaques perforées ou à fentes ou analo- gues ;
pierres coulissantes munies de fentes ou perforées avec répartition réguliè- re des ouvertures de passage constituées par les fentes ou les trous; au total des grilles fixes ou de position réglable, avec section de traversée réglable, par exemple comportant des éléments de grilles disposés en forme de jalousies ou coulissants; division d'un élargissement de section en plusieurs diffuseurs par- tiels, l'angle total d'élargissement du diffuseur partiel étant supérieur à 10 , parois de déflexion et de détournement de direction du courant.
Les moyens agissant en combinaison, suivant l'invention, sont par exemple constitués par : organes disposés les uns derrière les autres dans le sens du courant, moyens répondant aux lois de .la,; ;résistance au passage, tels que par exemple grilles et surfaces de guidage ou cloisons, moyens répondant aux lois de l'écoulement des filets fluides avec, derrière eux, des moyens ré- pondant aux lois de la résistance au passage, tels que par exemple des surfaces de guidage avec des grilles ou encore, par exemple, des cloisons de guidage avec des grilles, des combinaisons de grilles et, ou, des surfaces de guidage etou, des arrondis par exemple dans l'enveloppe de la chambre des registres de réglage ou sur cette enveloppe ;
des associations fonctionnelles ou spatiales et des com- binaisons de moyens répondant aux lois d'écoulement; des corps'de guidage ou des cloisons avec ou sans ouvertures de passage et avec ou sans courbures, disposées en association fonctionnelle ou spatiale avec des surfaces de guidage et de pré- férence des surfaces étagées en voilure; combinaisons de plusieurs moyens répon- dant aux lois de résistance au passage ; corps de guidage ou cloisons en as- sociation fonctionnelle et spatiale et en combinaison avec des grilles, combinai- son de plusieurs moyens répondant aux lois d'écoulement des fluides, par exemple disposition en parallèle ou en série de plusieurs jeux de surfacesde guidage éta- gées en voilure ou d'un jeu de telles surfaces avec un jeu d'aubes de déviation de direction ou inversement.
Des exemples d'application de l'invention au moyen d'organes ou élé- ments particuliers sont décrits ci-après à l'aide de dessins joints dans lesquels: - Fig. 1 à 12 représentent des'moyens influençant le courant et ré- pondant aux lois d'écoulement des fluides.
- Fig. 13 à 20 représentent des moyens-répondant aux lois de la ré-
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sistance au; passage. - - - - Fig. 21 à 33 sont des exemples de dispositions de tels moyens et de combinaisons de, ces moyens dans les appareils. '-
Les figures 1 et 3 représentent une déviation de direction à 180 du courant arrivant suivant la flèche I,dans laquelle.le conduit de passage.,
2 est .forme' .par un' mur extérieur 3 -et un mur intérieur 4. Le mur intérieur 4 comporte à l'endroit de la déviation un arrondi 5, par exemple circulaire.
La largeur du conduit 6 à l'entrée est sensiblement égale à la largeur à la.sortie
7, tandis que la largeur du canal-dans la déviation 8. est au moins égale au 9/la (fig. 1) et au plus égale à une fois et demie (fige 2) la largeur du canal
6 et 7. Avec de 'telles proportions, on obtient une déviation suffisamment exemp- te de tourbillonnements dans un élément de construction semblable à celui-ci qui est utilisable dans les différents appareils en divers points.et dans diverses combinaisons d'agencements. Le rayon de courbure de l'arrondi 5 doit pour cela être sensiblement égal à la largeur du canal 7. Pour le reste on peut disposer dans le mur intérieur 4 des canaux de récupération à peu près perpendiculaires au plan de la figure.
La figé 3 représente une déviation de 90 . Le courant arrive suivant la flèche 9 et est guidé dans le canal 12 formé par les maçonneries intérieures' et extérieures 10 et 11. La zone de l'angle du coude est coupée en biseau et, à cet endroit, la section de passage est divisée en deux canaux 15 et 16 au moyen d'un corps de guidage 14, constitué par exemple par une pierre. Le corps 14 peut présenter des formes variées mais il a de préférence une forme plane vers l'in- térieur et courbée sur sa face extérieure. Cet élément,' qui convient aussi bien pour des angles de déviation autres que 90 , peut également être utilisé de même que,les éléments décrits ci-après, dans les divers appareils et combinaisons d' agencement.
Les phénomènes de cavitation ne sont pas ici complètement supprimés, mais sont cependant nettement moins importants qu'en l'absence du corps de gui- dage 14.
Dans la déviation à angle droit représentée sur la fig. 4, pour le canal 19 formé entre les murs intérieur et extérieur 17 et 18, les angles inté- rieur 20 et extérieur 21 sont tous les deux pourvus d'arrondis. Cette disposi- tion convient spécialement lorsque le courant 22 arrive avec un diagramme de ré- partition des vitesses 23 uniformément réparti sur la surface de la section d' -.entrée). Dans la z8ne de la déviation, un corps 24 est disposé dont la forme cor- respond aux arrondis 20 et 21 et est placé de préférence plus près de 1-'angle intérieur 20. Un tel corps de guidage peut être constitué par des briques réfrac- taires en forme de voûte 25.
Il est avantageux que la distance entre l'angle in- térieur et le corps de guidage 24 diminue progressivement dans le sens d'écoule- ment du courant.
Dans le cas d'une déviation suivant la figé 5 dans laquelle les maçonneries 26.et 27 forment le canal 28, on a disposé, en vue de réaliser une - déviation sans tourbillonnements, une grille de déviation 32 entre les deux angles ir - térieur 30 et extérieur 31 de préférence arrondis. Lorsque le courant entrant
29 est régulier et sans tourbillon, le rayon de l'arrondi intérieur de chaque canal partiel doit être sensiblement égal à la largeur d'entrée dudit canal par- tiel. Dans le cas de courants 29 fortement troublés, ce rayon doit par contre être nettement plus grand que cette largeur de canal.
La fig. 6 montre., pour le courant arrivant 33, un élargissement brus- que de section suivant les parois de maçonnerie 34 et.35. Dans ce cas pour réali- ser un élargissement régulier, et le cas échéant également pour aider à la dévi- ation du courant, on a disposé des surfaces de guidage étagées en voiture 36, en briques dans la zône de l'angle de déviation des parois 34, 35; une disposition analogue étant adoptée symétriquement par rapport aux-axe s 37 ou 38.
Tandis que pour les éléments suivant les fige 1 à 5 19 écoulement du courant est indifférent du sens de passage du fluide,dans' la fig. 6 et quel- ques autres figures suivantes l'écoulement est plus favorable dans une direction que dans le sens opposé, de sorte qu'il y a lieu d'apporter une attention'parti-
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culière à la disposition des organes de guidage. Pratiquement cepéndant 1' exemple de la figure 6 et quelques=,,uns des exemples suivants conviennent pour des courants alternes dans des directions opposées, car ces dispositifs sont spécialement efficaces dans l'une des directions et que cette direction reste constamment la plus importante en cours de marche de l'installation pour la transmission de la chaleur.
Dans la fig. 7 est représenté un élargissement brusque de section entre les parois 39 et 40. Dans le passage 41 est disposé un jeu de surfaces de guidage étagées en voilure 42 qui sont ici en tôle ou en fonte. Grâce à cela, le problème d'effet de diffuseur entrant en jeu dans le sens d'écoulement' 43 du courant et le problème d'effet de buse entrant en jeu dans le sens opposé 44 sont résolus l'un et l'autre du fait qu'aucun tourbillonnement ne se pro- duit et que,même avec un courant entrant 43 à répartition défectueuse, on obtient une répartition régulière des vitesses dans la section élargie.
Cette disposition peut être reproduite symétriquement par rapport au mur 40, natu- rellement avec suppression de ce mur 40. Dans le cas d'un courant entrant de régime troublé., il est supposé que les perturbations se trouvent réparties à peu près uniformément sur toute la largeur du courant.
Les élargissements brusques de section dissymétriques représentés sur la fige 8 et fournis par les murs 45 et 46 sont traités au moyen de, par exemple, deux jeux 47, 48 de surfaces étagées en voilure qui règlent le problè- me de diffusion pour le sens d'écoulement 49 et apportent encore une solution suffisante au problème d'effet de buse pour le cas de courant opposé 50.
Dans le cas d'une forte dissymétrie d'un tel diffuseur, il est avantageux de dis- poser du côté de l'élargissement le plus important un plus'grand nombre de sur- faces de guidage que sur l'autre côté. La disposition de la fig. 8 peut également être reproduite symétriquement suivant la disposition de la moitié supérieure ou inférieure du dessin.
La fig. 9 montre une canalisation principale 51 comportant une section latérale d'arrivée de courant 52 et une.autre section latérale d'arrivée 53. Pour réaliser une introduction correcte du courant 54 on dispose près de l'arrivée 52 un jeu 55 de surfaces de guidage étagées en voilure et espacées convenablement et qui pénètre par exemple jusque dans la section de passage 56 de la conduite 51.
En outre, on peut disposer dans la section d'arrivée du courant une grille d'étran- glement mobile 57.
Dans la section d'arrivée 53 de la conduite 58, à peu près à l'aplomb vertical de l'arrivée 52, on dispose pour faciliter l'entrée du courant, un jeu 60 de sur- faces de guidage étagées en voilure, de telle sorte qu'il ne pénètre que peu ou pas dans la section de passage 56 de la conduite 51. Cette disposition a pour effet de faciliter une déviation sans tourbillons et une entrée des courants 54, 59 dans la conduite 51, En cas de courant de sens opposé 61 dans la conduite 51, les surfaces de guidage 60 et 55 ne gênent aucunement le passage du courant ou du moins dans une mesure insignifiante.
La fig. 10 montre une section de canal 63 formée par la maçonnerie 62, la section de passage étant déviée à angle droit par exemple, et avec une augmentation de section considérable 64. De tels problèmes sont particulièrement difficiles à résoudre du point de vue de la technique d'écoulement des fluides surtout lorsque l'arrivée de courant 65 a lieu avec une répartition irrégulière des vitesses, par exemple suivant le diagramme représenté en 66.
Ce problème est résolu par la disposition d'une tôle déflectrice ou d'un corps de guidage 67 avec, en coopération spatiale, des surfaces de guidages étagées en voilure 68, de sorte que par la déviation de direction du courant, il s'établisse pratiquement une ré- partition suffisamment régulière des vitesses sur l'étendue élargie 64, à peu près suivant le diagramme représenté en 69.
La fig. 11 montre une disposition courante'pour courant entrant et contre courant avec une conduite 70 présentant un élargissement sur un de ses côtés, le cas échéant avec des entrées de courant latérales inclinées 71, 72.
Le réglage de l'écoulement suivant les flèches s'effectue au moyen d'une tôle déflectrice 73 qui peut être arrondie à son extrémité inférieure et au moyen
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d'un jeu 74 de surfaces de guidage étagées en voilure et espacées pour coc- pérer avec la tôle. La section d'arrivée du courant 72 peut en outre compor- ter une grille d'étranglement réglable 75.
De telles grilles réglables peu- vent du reste être employées tout particulièrement suivant l'invention.pour assurer le réglage du débit de passage.. -
Suivant la fig. 12, une augmentation brusque de section est for- mée par la maçonnerie 76, pour le courant arrivant 77. La régulation de l'é- coulement est obtenue parce qu'on dépose de chaque côté à l1extrémité du canal d'entrée, mais déjà dans la zone élargie et de préférence en position symétri- que, deux jeux 79, 80 de surfaces de guidage étagées en voilure. Entre ces deux jeux, est disposée une tôle de guidage 81 légèrement recourbée et le cas échéant perforée ou pourvue de fentes ou de découpages ou encore un corps de guidage de forme correspondante. Cette disposition permet également une cir- culation en sens inverse 82.
Elle permet aussi de régulariser le passage d'un courant entrant très inéga- lement réparti.
Tandis que les exemples décrits jusqu'à maintenant concernent des moyens et des éléments qui agissent sur le courant en vertu des lois d' écoulement des fluides, les exemples des figures 13 à 20 représentent des moy- ens et éléments qui agissent essentiellement pour régulariser le courant, en vertu des lois de résistance au passage et à l'écoulement des fluides dans les conduites. Il est à remarquer à ce propos que chacun des moyens et éléments dé- crits ci-après peut être à volonté et au choix combiné avec les autres, de tel- les combinaisons ne peuvent être représentées pour toutes les conditions et cir- ' constances intervenant dans la pratique, qui présentent des diversités de forme et de caractère suivant le mode de construction et les particularités des appa- reils.
Par un choix et une disposition judicieuse des éléments, il est cependant toujours possible d'améliorer, conformément à l'invention, les conditions d' écoulement des courants de fluide dans les appareils.
Dans la fige 13 est représentée une déviation avec une conduite d' entrée et une conduite de sortie qui sont, par exemple, de même section et dans laquelle pour une direction de courant 83, on a disposé, en position diagonale dans l'angle de déviation entre l'angle intérieur taillé en biseau 84 du mur intérieur 85 et l'angle également en biseau 86 du mur extérieur 87, une grille composée par exemple de pierres ou briques plaques 88 qui laissent entre elles des passages libres ou canaux 89 on peut réaliser des arêtes d'entrée des canaux qui soient arrondies 90, ou algues, ou a pointes arrondies 91 ou encore des an- gles tronqués 92.
Suivant la fig. 14, la chambre formée par la maçonnerie 93 est parta- gée par une cloison de séparation 94, de telle sorte que la déviation du courant se produise en 95 sur 180 . Sensiblement suivant les diagonales entre les extré- mités 96 de la cloison 94 et les angles 97, 98 de la chambre 99, le cas échéant arxondis ou taillés en biseau, on a disposé comme moyens de régularisation du courant et,en travers ouà angle droit avec la direction du courant arrivant, des pierres plates 100, 101 présentant une face frontale plane ou arrondie, ou en pointe arrondie.
Dans la fig. 15, la chambre de déviation 103 formée par la magonne- rie 102, reçoit par exemple des canaux d'arrivée 104 et des canaux de départ 105 disposés parallèlement au dessus des précédents. La somme des sections de passa- ge des canaux d'arrivée 104 est souvent plus petite que la somme des sections de passage des canaux de départ 105. De telles dispositions avec paroi sépara- trice 106, se rencontrent par exemple souvent dans les appareils régénérateurs ou récupérateurs en maçonnerie réfractaire. Dans la chambre de déviation 103, sont disposées, à nouveau en position diagonale, des aubes déflectrices 107 et 108, qui peuvent avoir une forme coudée ou arrondie.
Grâce à une telle disposi- tion les courants d'arrivée 109 et le contre courant 110 sont régularisés suffi- sarment avec peu de tourbillonnement. Celà suppose une charge uniforme et un dé- bit réparti entre tous les canaux 104, 105 dans les deux sens d'écoulement 109,
110.
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Dans la réalisation de la fige 16, la construction correspond dans l'ensemble à celle de la fig. 15. Etant donné que dans ce cas il n' est prévu qu'une seule direction constante d'écoulement 109, il suffit sou- vent d'un jeu de grille 111 disposée en diagonale à la partie supérieure de la chambre de déviation 103.
Les fig-. 17 à 20 représentent un mode de régularisation des cou- rants d'entrée souvent employé dans les installations de régénération et de récupération. De l'air par exemple doit être amené à partir d'un canal 112 dans la direction 113 jusqu'au canal 115 formé par la maçonnerie 114. Dans ce but on dispose à l'entrée du canal 115 une grille réglable coulissante ,suivant la double flèche 116, et en avant de celle-ci une plaque pleine de pierre ou de tôle 118, mobile suivant la double flèche .119. Conformément à la fig. 18,la grille est constituée par une pierre coulissante 120 pourvue d'orifices de passage 121 suivant fige 19 ou d'ouvertures rondes ou analogues suivant fige 20, la grandeur, forme, répartition, espacement de ces fentes et trous étant variable.
Les fig. 21 à 33 représentent diverses possibilités d'application des moyens et éléments suivant l'invention.
Dans la fig. 21, deux courants 123 et 124 doivent être répartis dans les canaux 125 de la masse réfractaire 126 et de telle manière que,autant que possible,les canaux reçoivent un courant de même importance. On rencontre de telles dispositions dans les installations de récupération et de régénéra- tion dans lesquelles la section du courant arrivant est séparée en deux canaux 128, 129 par une cloison de séparation 127,de telle sorte que environ la moi- tié du nombre de canaux soit alimentée par le courant 123 et l'autre moitié par le courant 124. Dans la pratique, on trouve également plusieurs cloisons de séparation.
La maçonnerie présente une marche ou exhaussement 130. Pour la bonne répartition du courant on dispose en dessous de la garniture réfractaire 126, qui peut être constituée par un grillage de pierres, plusieurs jeux 131, 132, 133 de surfaces de guidage étagées en voilure dans le canal 128, et de même dans la partie déca- lée et surélevée 134 du canal 129 on dispose des jeux de surfaces semblables 135, 136.
A l'endroit de la double déviation 137 on dispose également entre l'arête 138 de la cloison de séparation 127 et l'arête supérieure de la marche 130, qui est à peu près au même niveau, un jeu de surfaces de guidage de préférence éta- gées en voilure et qui assurent la déviation du courant sans tourbillonnements
Dans la fig. 22 le courant 141 arrivant par le canal 140 est à ré- partir uniformément ou presque uniformément entre plusieurs canaux verticaux 125 de la garniture réfractaire 126.
La maçonnerie 147 du fond du canal 140 s'élève vers l'extrémité et dans le canal 140 sont disposés des jeux de surfaces de guidage 143, 144, 145, 146, à inter- valles de distance. A peu près au niveau horizontal entre l'arête supérieure de ces surfaces et en dessous des canaux 125 on peut prévoir en plus des grilles d'étranglement ou analogue. Les éléments de ces grilles peuvent par exemple pré- senter un profil rectangulaire 147, en U 148, en cornière 149, plat 150 (grille plate ou plaque perforée) ou un profil courbe 151 ou un profil angulaire 152 ou- vert dans le sens d'écoulement du courant.
Suivant la fig. 23 un gaz composé par exemple de gaz combustible ou gaz de fumées 153 doit traverser une garniture réfractaire, laquelle est par exemple constituée par des blocs de pierre 154 disposés en rangs croisés les uns sur les autres avec des alvéoles pour l'air. La maçonnerie 155 présente en- core un élargissement de section brusque important. Dans ce cas,9. le'problème de diffusion est résolu au moyen d'une pierre de forme 156, laissant ou non un intervalle avec la couche inférieure de blocs de pierre 154 pour former un diffuseur 157. Le courant opposé 158 est par exemple du vent réchauffé.
Dans la fig. 24 la maçonnerie 159 forme une très forte augmentation de section en forme de diffuseur. Il s'agit ici par exemple d'un processus de ré- cupération dans lequel les corps creux disposés les uns sur les autres dans la partie élargie,par exemple des briqués. réfractaires creuses, comportent des ca-
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naux qui les traversent transversalement au plan du dessin. la transmission de chaleur s'opérant à travers les parois des briques creuses. Le courant ar- rivant 162 est distribué entre les canaux verticaux 164 contenus dans les bri- ques 160, au moyen de surfaces de guidage 163 étagées en voilure, disposées à 1.' entrée du diffuseur.
Suivant la fig. 25 des courants de tirage 165 et 166 sont à répar- tir avec plusieurs déviations dans les canaux 167.
Ces canaux 167 peuvent être des raccords d'entrée vers les chambres de combus- tion de fours à coke. On a prévu pour cela près de la garniture réfractaire ho- rizontale 168 et des canaux verticaux 167, une grande chambre 167 servant de chambre de régénération, laquelle est compartimentée par ces cloisons 170, 171.
L'arrivée de courant 165 ou 166 qui débouche perpendiculairement à la conduite d'amenée 172 peut être déviée au moyen de tôles de guidage non représentées.
Dans le canal d'amenée 172 on peut disposer une grille d'étranglement 173, là où un élargissement brutal 174 existe dans le canal 172 et qui forme un diffu- seur pour le courant entrant. Pour une bonne répartition on dispose ou des sur- faces de guidage non représentées.ou encore, comme représentés, des tôles de guidage 175 ou des cloisons, en nombre, longueur et disposition tels que l'élar- gissement 174 soit divisé en plusieurs diffuseurs individuels 176 d'angles d' élargissement plus réduits. Pour le courant de sens opposé, ces diffuseurs cons- tituent évidemment des buses.
Pour obtenir une régularisation supplémentaire on peut disposer derrière ces tôles de guidage 175 une grille d'étranglement, qui a également un effet d'uniformisation de la direction et par exemple consiste en pierres plates ou tôles plates avec plusieurs canaux partiels parralèles, de pré.- férence étroits. La section de passage derrière la grille d'étranglement 178 est habillée de garniture de pierres et forme un régénerateur partiel 179.
Finalement le courant est détourné d'abord de 90 , puis à nouveau de 90 , la section de pas- sage du premier régénérateur partiel 179 s'augmentant pour arriver à la section de passage des régénérateurs partiels 179 se trouvant entre les cloisons de sé- paration 170 et 171. Pour régulariser le courant, les cloisons de guidage 180 connues ne suffisent pas malgré l'amélioration qu'elles apportent.
Il est nécessaire de prendre d'autres moyens conformes à l'invention et en for- me de cloisons 181 telles que représentées. De même la deuxième partie du régé- nérateur 179 qui se trouve entre les cloisons de séparation 170 et 171, est équi- pée à chacune de ses extrémités avec des cloisons de déviation 181 analogues.
A la cloison de séparation 171, on peut prévoir un plan incliné 182 en maçonne- rie ou autre matériau. Les canaux partiels 183 et 184 formés par les cloisons de guidage 180, peuvent avoir une largeur augmentant de l'intérieur vers l'ex- térieur. Par rapport aux modes de constructionusuels, on réalise ainsi des régénéra- teurs beaucoup plus efficaces, ayant des dimensions plus faibles et en même dmps on obtient une meilleure répartition du courant total entre les canaux 167, ce qui a pour conséquence une alimentation plus régulière de la chambre de combus- tion qui leur fait suite et un balayage plus régulier des fours à coke, ce qui donne en fin de compte un coke de qualité plus régulière sur toute la longueur de la chambre de cokéfaction.
On a des pertes plus réduites et des dépenses de consommation plus faibles par unité de poids de coke produit. L'enveloppe 185 peut contenir tous les organes nécessaires au réglage du débit du courant.
Dans la fig. 26 une chambre de répartition 186 est'disposée au des- sous d'un régénérateur ou récupérateur vertical 187 ou appareil analogue dans lequel un dispositif de régularisation, non indispensable dans ce cas, et com- portant des surfaces de guidage ou analogue, est placé dans un carter devant la chambre de répartition. Il est sensiblement prévu devant l'orifice de l'en- trée d'air 188 une grille réglable 189 par exemple en forme de jalousie, l'en- trée étant également réglée au moyen du volet 190.
A l'opposé de l'arrivée du courant d'air 191 est amené par exemple un courant de gaz pauvre ou analogue 192 par la conduite 193, la vanne 194 de sortie étant pré- vue à l'avant du carter 185, pour l'évacuation du courant de sens inverse et con- duisant à la conduite d'évacuation 197. La chambre de répartition 186 est cons- tituée de telle sorte qu'elle distribue également entre toutes les sections de passage du régénérateur 1$7,-un courant 191, 192 relativement uniforme.
Les cloi- sons de séparation 198, 199 dans la chambre de répartition 186 forment par rapport
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au courant entrant 191,192 un diffuseur à élargissement, ,important lorsque la largeur des canaux est prévue constante perpendiculairement au plan de la figure jusqu'au régénérateur, de sorte qu'il est avantageux de diminuer- cette largeur progressivement depuis l'entrée jusqu'au régénérateur 187, en vue d'une réduction aussi importante que possible des élargissements dans le plan de la figure L'extrémité de la cloison de séparation 198, par.exemple en tôle pliée vers' le bas, présente en coopération spatiale un jéu 200 de surfaces de guidage' étagées en voiture, tandis que près de l'arrondi 201 de la cloison séparatri- ce 199 de pierre ou de tôle,
qui est rabattue jusqu'au fond 202 de la maçon- nerie et notamment partiellement recourbée, est di'sposé un autre jeu de sur- faces de guidage 203 réglant l'écoulement et l'épanouissement du courant.
Dans les fig. 27 à 30 sont représentées des variantes de régula- tion des courants entrant et sortant tels qu'ils sont.nécessaires dans les installations des figures 25 et 26 et par exemple avec les fours, tels que fours à coke.
A la maçonnerie 204, qui forme un fort élargissement de section est raccordé la fige 27, au moyen d'anneau d'étanchéité 205 ou analogue le carter 185 de l'organe de réglage. Il porte une trappe mobile 207 par exemple pour l'entrée de l'air. En vue de la régularisation du courant avec réglage de la quantité d'air nécessaire, la section d'entrée est munie d'une grille d' étranglement réglable 209. Pour le cas ou.au lieu d'air on doive utiliser du gaz pauvre 211, on a prévu une entrée disposée par exemple diamétralement op- posée. Cette entrée est munie d'un jeu 212 de surfaces de guidage étagées en voilure pour la déviation du courant. Pendant l'entrée du courant par 208 ou 211, la soupape de sortie 214 mobile dans le sens de la flèche double 213 est fermée.
Lorsqu'on veut réaliser une sortie de courant, le clapet 207 est fermé et la conduite d'arrivée 210 est fermée en un point non visible sur la figure.
La soupape de sortie 214 est alors plus ou moins soulevée. La paroi verticale 216 comporte des surfaces de guidage, par exemple un jeu 217 de surfaces éta- gées en voilure, qui assure une déviation sans tourbillons du courant de sor- tie 215, déjà influencé par les surfaces de guidage 218.
Dans la fig. 28 la position des soupapes et des trappes est diffé- rente. Un jeu de surfaces de guidage 220 est prévu pour le clapet d'entrée d'air 219, jeu disposé légèrement à l'intérieur du carter 185 sans cependant influen- cer pratiquement le contre courant 221 de sens opposé ; unegrille d'étranglement 234, éventuellement réglable est prévue en supplément
Grâce à ces dispositions, le courant entrant 222 est influencé de manière particulièrement favorable, contrairement aux dispositifs habituels d'étranglement avec plaques pleines.
Le courant de gaz 224 arrivant par la conduite 223 est ici favorablement dévié et réparti par les surfaces de guidage 225 placées à l'intérieur de la conduite d'amenée et qui ne s'avancent pas à l'intérieur du carter, mais s'appliquent sans intervalle sur la conduite 223. La soupape de sortie 214 est ici représen- tée ouverte ; peut aussi, bien que non représentée ainsi, être pourvue de moyens de réglage du courant, ce qui cependant dans cette variante diminue sim- plement le tirage nécessaire.
On peut aussi de même manière, spécialement'lors- que ceci intervient à plusieurs points particuliers déterminés d'un circuit de tirage, conformer les soupapes pour un tirage énergique, spécialement celles qui sont les plus éloignées de la cheminée, par exemple de manière à ce que la résis- tance opposée par la soupape soit d'autant plus diminuée que la soupape est plus éloignée de la cheminée, de sorte que toutes les soupapes et tous les organes de réglage de l'ensemble de l'installation aient des débits de même grandeur.
D'après la fig. 29, la déviation correcte du courant d'air entrant 226 est réalisée en ce que la section d'entrée 227, qui peut être fermée par la soupape mobile réglable 228, est pourvue d'une grille d'étranglement 229 éven- tuellement réglable également, à laquelle succède, en fonction de la déviation désirée, un arrondissement progressif 230 du carter 185 à cet endroit.
De même pour le courant de'gaz 231,ou'autre fluide, est prévu un arrondi 232.
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Cet arrondi présente l'avantage de laisser une partie du carter 185 libre de tout dispositif et de permettre ainsi un écoulement sans tourbillon du cou- rant de sortie contrôlé par la soupape de sortie 214.
La forme d'exécution de la fig. 30 montre une trappe pour l'air
219 avec grille d'étranglement 234 dans la section d'arrivée de Pair 235.
L'arrivée de gaz 236 ne présente ici aucun moyen particulier de réglage'du courant. Bien plus, ce réglage est réalisé ici par une simple grille d'étran- glement 237, de préférence double ou multiple, agissant suivant les lois de résistance au passage, ce qui suffit dans la plupart des circonstances.
La soupape de sortie 214 pour le réglage du courant descendant 206 correspond aux modes d'exécution des fig. 28 et 29.
Dans tous les carters des fig. 26 à 30, est prévue une plaque frontale amovi- ble 196, en vue des visites et réparations. Dans le mode dexécution de la sou- pape de sortie des fig. 26 à 30, qui conviennent pour des régénérateurs,récopémateuns et pareils analogues, les carters 185 peuvent être prévus plus petits, car leurs sections de passage sont mieux utilisées avec une meilleure répartition des cou- rants sur les régénérateurs ou autres appareils. Cela entrane l'avantage d'ex- ploitation qu'on obtient une perte par rayonnement moins importante.
Dans la fig. 31, qui correspond à un cas fréquent de fours à moufle par exemple pour émaillage, on a par exemple un courant d'arrivée d'air chaud
239 par la conduite 238 et un courant de gaz de cokéfaction 241 sortant par
240 avec une déviation de 90 , les deux courants arrivant diamétralement dans la section élargie 242 en vue de leur combustion, par exemple pour chauffer un mou- fle par l'extérieur. La maçonnerie 243 forme ensuite une capacité de déviation
244 dans laquelle le courant est dévié de 1800. De telles déviations peuvent ê- tre répétées plusieurs fois.
Dans cette figure 31 on n'a toutefois représenté qu9 une seule déviation à angle droit 245, le courant dévié étant éliminé par un coude 241 de la cloison séparatrice 246 et une cloison droite 247. Dans la cham- bre de déviation 244 est prévu un jeu 248 de surfaces de guidage étagées en voi- lure tandis que dans la chambre 245 est disposée par exemple diagonalement une grille de déviation 250 ou analogue. De cette manière on arrive à régulariser le courant compliqué, un courant dérivé partiel pouvant être en outre prélevé dans la chambre 244 par une ouverture 251 éventuellement ménagée dans la paroi 247 pour être envoyé dans les chambres suivantes non représentées.
Dans l'exemple de la fig. 31, il est préférable d'adopter des moyens agissant d'après les lois d'écoulement des filets fluides, ces moyens dérangeant moins l'expansion des flammes que ceux qui agissent suivant les lois de résistance au passage.
Les fig. 32 et 33 montrent l'emploi de moyens conformes à l'inven- tion dans les chambres de combustion, avec les brûleurs du type en maçonnerie réfractaire.
La chambre de combustion de la fig. 32, délimitée par la maçonnerie
252, contient une buse 254 sur un canal en maçonnerie 255. Dans la chambre 256 entre le canal 255 et le mur extérieur 252 sont posées par exemple des pierres de forme 257 plates et posées sur champ, qui réservent entre elles des canaux partiels 258, de telle sorte qu'on provoque un brassage favorable du courant d'air 260 arrivant par les canaux 259. Il en résulte une combustion des gaz 261, sortant des buses 254, avec une flamme plus longue. Les pierres de forme 257 jou- ant le rôle de surfaces de guidage, peuvent être de hauteurs variées et être également étagées.
Suivant la fig. 33,la paroi extérieure 263 de la chambre de com- bustion 253 est pourvue d'étranglements 264, 265 ou analogues avec parties plus étroites de préférence à peu près à hauteur de la buse 254. Cette dispo- sition procure également une arrivée correcte du courant d'air 260 jusqu'au gaz à brûler 261 et une combustion avec flamme longue, ce qui est en général souhaitable. Le courant en sens opposé 262 est représenté sur la figure en vue d'une représentation plus complète..
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EXCHANGER: FROM C HEf R EN M AC 0 N NER'iE REFAAQ T AIftE 'OR' REGH1'1FFEUL. t F OUR
INDUSTRIAL OR ANALOGUE--
In recovery installations and in heat exchangers or regenerators constructed of refractory magonry, in industrial refractory furnaces such as muffle furnaces, enamelling furnaces, Siemens-Martin furnaces, coke furnaces or similar devices , the heat is transmitted to the refractory masonry by means of streams of burning or burnt gases, partly by radiation, partly by convection. From these masonry, it is then returned to the other gases which are circulated in the device. In all these processes, the mode of flow and evacuation of the gas streams is of paramount importance.
However, in spite of this knowledge and in contradiction with the theoretical calculations of apparatuses of this nature, the apparatuses employed up to now are not so constructed that, at least in essential places, one avoids or at least one re - largely reduces cavitations and flow ruptures, irregular and poorly adapted speed distributions, poor guidance and unfavorable flow-through of the current in sudden changes of direction and sudden variations in section, always and necessarily existing.
In addition, the currently known construction methods are not capable of regularizing and rendering harmless the disturbances and swirls which, as a general rule, already exist in the currents entering the apparatus. These deteriorations incident to the actual correct flow in the currents admitted into the apparatus are the cause of multiple difficulties and faults in the operation of such apparatus.
In recuperators and regenerative exchangers and in industrial furnaces, due to these deviations from the normal flow in the admitted currents, heat transmissions occur, on the one hand exceptionally high in certain places and, d 'on the other hand, even zero at other places by forced convection and this results in heating voltages and local overheating as well as insufficient heating of the refractory material. This has the consequence of improper thermal use of the refractory materials, partly compromising the operating safety of the installation: this irregularity in the operation of the exchanger no longer allows the operation.
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sufficiently secure adjustment of the flame length.
In addition, this results in a markedly reduced resistance of the refractories, their premature destruction, the forced stoppage of certain areas by falling rocks, etc ..... The average temperature obtained for the wind or the heated air (lean gas for example) remains lower than the desired temperature, while the average temperature of the exhaust gases still generally remains too high.
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SpOOja1amtda :: s J fu.us:inë!ust:icieTh t.e1s qE J. fbJrs with muffles, the formation of zones of eddies and eddies that are too large and too extensive, as well as the formation of spread zones, in the vicinity and following sudden changes of direction or section, leads with it to the formation of deposits of ash and soot in these places. These deposits cause a decrease in the flow velocity along the refractory walls or vaults causing overheating, or as well, where appropriate; unfavorable low temperatures and ultimately degradation or destruction of the tightness and security of such walls and vaults.
The disadvantages of this kind are diminished by the arrangement which is the object of the present invention and even in many cases eliminated. The invention provides for the use of means influencing the circulation of currents, means known in part from the physical laws of the flow of fluids, means employed individually or in combination of position or function in constructions. and apparatus in refractory materials transmitting heat, or near said apparatus.
By the effect of some of the characteristic means of the invention, the pressure losses are reduced, which results in a reduction in operating costs and also in installation costs. For example, for the same flow rate of the devices, it is possible to adopt smaller dimensions, therefore to have a better use of the bulk and also, therefore, more favorable conditions allowing, for example, the provision of dust collection chambers. efficient and ash chambers in the equipment.
Thanks to the application of the invention, it is also now possible to control and adjust in quantity and at each point the transmission of heat by modifying for example the quantities of heat transmitted by convection and by reducing, for example, the quantities of heat transmitted by radiation.
The invention is characterized by the use of one or more installations and by the arrangement adopted for certain installations and certain devices intended to improve the flow of currents, especially with a view to eliminating cavitations and ruptures of the currents. 'flow and the improvement of the distribution of flow velocities over the extent of one or more passage sections and, where appropriate, with a view to equalizing the distribution of velocities,' on one or more sections, for the currents flowing alternately in one direction and the other, or in neighboring sections crossed at the same time by different fluid currents, for example cross currents or transverse currents, said installations ,.
in accordance with the invention, being arranged in or near heat exchangers or furnaces or the like, on the flow path of the fluids, and comprising means acting on the flow of the currents either according to the laws of flow of the fluid streams, either according to the laws of resistance to the passage of fluids, or by a combination of one or more of these different means.
The means according to the invention acting according to the laws of flow of fluids are for example constituted by: a particular and rational conformation of the changes of direction and of the widening of the section of the circuit, the rounding of the interior walls , for example by radii of curvature which are substantially equal to or greater than the width of the duct existing upstream of the rounding, constrictions for example in the compression chamber
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bustion with the narrowest parts approximately at the level of the beginning of the flame, for example at the outlet of the combustible gases out of the nozzle, constrictions followed by progressive widening in the direction of the current;
bodies or organs inserted in the circuit and influencing the flow, in or after the deviations and enlargements of section; one or more bodies of curved outer shape and planar inner shape, if necessary arranged in cooperation with an inclination of the wall so as to form two partial conduits in the deviation zone; intermediate partitions, one or more such curved partitions, for example made of refractory masonry;
deflection and guide vanes especially in diagonal arrangement in the deflected branch and having the same radius of curvature as the inner wall of the deflected part and as the partial ducts ;, so that the radius of curvature is substantially the same or greater than the entrance width of the partial channel; separation of large cross-sectional enlargements by means of guide bodies or partitions to form two or more partial diffusers, the total widening angle of these partial diffusers up to 10, or even deflection surfaces and stepped guide in the shape of a car.
The means acting according to the laws of resistance to the flow of fluids are, according to the invention, for example constituted by fixed grids, multiple grids, perforated plates, slotted plates or the like; narrow straight grates with rounded pointed or truncated head, straight grids angled at an angle or curved in an arc and preferably arranged diagonally; grids having the same inlet and outlet width of the grate channels and tight bars; curved or curved grilles with an inlet width of the channels different from the outlet width; movable grates, adjustable grates, multiple grids, perforated or slotted or the like plates;
sliding stones provided with slits or perforated with regular distribution of the passage openings formed by the slits or holes; a total of fixed or adjustable position grids, with adjustable cross section, for example comprising grid elements arranged in the form of blinds or sliding; division of a section widening into several partial diffusers, the total widening angle of the partial diffuser being greater than 10, deflection and directional deflection walls.
The means acting in combination, according to the invention, are for example constituted by: members arranged one behind the other in the direction of the current, means corresponding to the laws of .la; resistance to passage, such as for example grids and guide surfaces or partitions, means responding to the laws of the flow of fluid streams with, behind them, means corresponding to the laws of resistance to passage, such as for example guide surfaces with grids or, for example, guide partitions with grids, combinations of grids and, or, guide surfaces andor, roundings, for example in the casing of the chamber of the regulating registers or on this envelope;
functional or spatial associations and combinations of means responding to the laws of flow; guide bodies or partitions with or without passage openings and with or without curvatures, arranged in functional or spatial association with guide surfaces and preferably stepped wing surfaces; combinations of several means responding to the laws of resistance to passage; guide body or partitions in functional and spatial association and in combination with grids, combination of several means responding to the laws of fluid flow, for example arrangement in parallel or in series of several sets of stepped guide surfaces wings or a set of such surfaces with a set of direction deviation vanes or vice versa.
Examples of application of the invention by means of particular members or elements are described below with the aid of the accompanying drawings in which: FIG. 1 to 12 represent means influencing the current and responding to the laws of fluid flow.
- Fig. 13 to 20 represent means-responding to the laws of re-
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sistance to; passage. - - - - Fig. 21 to 33 are examples of arrangements of such means and of combinations of these means in the devices. '-
Figures 1 and 3 show a direction deviation at 180 of the current arriving along arrow I, in which the passage duct.,
2 is .forme '.par an' exterior wall 3 -and an interior wall 4. The interior wall 4 has at the location of the deviation a rounded 5, for example circular.
The width of the duct 6 at the inlet is substantially equal to the width at the outlet
7, while the width of the channel-in the deflection 8. is at least equal to 9 / la (fig. 1) and at most equal to one and a half times (fig. 2) the width of the channel
6 and 7. With such proportions a sufficiently vortex-free deflection is obtained in a building element similar to this which is usable in the various apparatuses at various points and in various combinations of arrangements. For this, the radius of curvature of the rounding 5 must be substantially equal to the width of the channel 7. For the rest, recovery channels can be placed in the interior wall 4 approximately perpendicular to the plane of the figure.
Figure 3 represents a deviation of 90. The current arrives according to the arrow 9 and is guided in the channel 12 formed by the interior and exterior masonry 10 and 11. The area of the angle of the bend is bevelled and, at this point, the passage section is divided. in two channels 15 and 16 by means of a guide body 14, consisting for example of a stone. The body 14 can have various shapes but it preferably has a shape planar inwardly and curved on its outside face. This element, which is suitable for deflection angles other than 90 as well, can also be used as well as the elements described below in the various apparatus and combinations of arrangements.
The cavitation phenomena are not completely eliminated here, but are however clearly less important than in the absence of the guide body 14.
In the right angle deviation shown in fig. 4, for the channel 19 formed between the interior and exterior walls 17 and 18, the interior 20 and exterior 21 corners are both rounded off. This arrangement is especially suitable when the current 22 arrives with a velocity distribution pattern 23 uniformly distributed over the surface of the inlet section). In the area of the deflection, a body 24 is arranged, the shape of which corresponds to the roundings 20 and 21 and is preferably placed closer to the interior corner 20. Such a guide body may be constituted by refractory bricks. - vault-shaped silos 25.
It is advantageous that the distance between the interior angle and the guide body 24 gradually decreases in the direction of flow of the current.
In the case of a deflection according to Fig. 5 in which the masonry 26. And 27 form the channel 28, a deflection grid 32 has been arranged, with a view to achieving a deflection without swirling, a deflection grid 32 between the two internal angles. 30 and exterior 31 preferably rounded. When the incoming current
29 is regular and without vortex, the radius of the internal rounding of each partial channel must be substantially equal to the inlet width of said partial channel. In the case of strongly disturbed currents 29, this radius must on the other hand be significantly greater than this channel width.
Fig. 6 shows., For the incoming current 33, a sudden widening of section along the masonry walls 34 and 35. In this case, in order to achieve a regular widening, and if necessary also to aid in the deflection of the current, stepped guide surfaces in car 36, made of bricks in the area of the deflection angle of the walls 34, 35; a similar arrangement being adopted symmetrically with respect to the axis 37 or 38.
While for the elements following Figs 1 to 5, the flow of current is indifferent to the direction of flow of the fluid, in fig. 6 and some other figures following the flow is more favorable in one direction than in the opposite direction, so that special attention should be paid
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cular available to the guide members. In practice, however, the example of Figure 6 and some of the following examples are suitable for alternating currents in opposite directions, as these devices are especially effective in one of the directions and that direction is consistently the most important in direction. during operation of the installation for heat transmission.
In fig. 7 is shown a sudden widening of section between the walls 39 and 40. In the passage 41 is disposed a set of stepped guide surfaces in the wing 42 which are here made of sheet metal or cast iron. By this, the problem of the diffuser effect coming into play in the flow direction '43 of the stream and the nozzle effect problem coming into play in the opposite direction 44 are both solved. This ensures that no swirling occurs and that even with an inward current 43 with defective distribution, an even distribution of the speeds is obtained in the enlarged section.
This arrangement can be reproduced symmetrically with respect to the wall 40, naturally with the elimination of this wall 40. In the case of an incoming current of disturbed regime., It is assumed that the disturbances are distributed more or less uniformly over the whole. the width of the current.
The sudden widenings of asymmetrical section shown in fig 8 and provided by the walls 45 and 46 are treated by means of, for example, two sets 47, 48 of stepped airfoil surfaces which solve the problem of diffusion for the direction of 'flow 49 and still provide a sufficient solution to the nozzle effect problem for the opposite flow case 50.
In the case of a strong asymmetry of such a diffuser, it is advantageous to have on the side of the largest widening a greater number of guide surfaces than on the other side. The arrangement of FIG. 8 can also be reproduced symmetrically depending on the arrangement of the upper or lower half of the drawing.
Fig. 9 shows a main pipe 51 comprising a lateral current inlet section 52 and another lateral inlet section 53. In order to achieve a correct introduction of the current 54, a set 55 of guide surfaces is placed near the inlet 52. stepped in wings and suitably spaced and which penetrates for example as far as the passage section 56 of the pipe 51.
In addition, a movable throttling grid 57 can be placed in the current inlet section.
In the inlet section 53 of the pipe 58, approximately in line with the vertical line of the inlet 52, to facilitate the entry of the current, a set 60 of stepped guide surfaces in the airfoil, of such that it penetrates little or not into the passage section 56 of the pipe 51. This arrangement has the effect of facilitating a deviation without vortices and an entry of the currents 54, 59 into the pipe 51, In the event of a current opposite direction 61 in the pipe 51, the guide surfaces 60 and 55 in no way obstruct the flow of the current or at least to an insignificant extent.
Fig. 10 shows a channel section 63 formed by the masonry 62, the passage section being deflected at a right angle for example, and with a considerable increase in section 64. Such problems are particularly difficult to solve from the point of view of the art. fluids flow especially when the current 65 takes place with an irregular distribution of speeds, for example according to the diagram shown at 66.
This problem is solved by the provision of a deflector plate or a guide body 67 with, in spatial cooperation, stepped guide surfaces in the wing 68, so that by the deviation of the direction of the current, it is established. practically a sufficiently regular distribution of the speeds over the enlarged area 64, roughly following the diagram shown at 69.
Fig. 11 shows a current arrangement for inward current and against the current with a pipe 70 having an enlargement on one of its sides, possibly with inclined lateral current inlets 71, 72.
The flow adjustment according to the arrows is effected by means of a deflector plate 73 which can be rounded at its lower end and by means
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a set 74 of stepped airfoil guide surfaces spaced apart to engage with the sheet metal. The current inlet section 72 may further include an adjustable throttle grille 75.
Such adjustable grids can moreover be used very particularly according to the invention to ensure the adjustment of the flow rate.
According to fig. 12, a sudden increase in section is formed by the masonry 76, for the incoming current 77. The regulation of the flow is obtained by depositing on each side at the end of the inlet channel, but already in the widened zone and preferably in a symmetrical position, two sets 79, 80 of stepped wing guide surfaces. Between these two sets, there is disposed a guide plate 81 slightly curved and possibly perforated or provided with slots or cutouts or a guide body of corresponding shape. This arrangement also allows circulation in the opposite direction 82.
It also makes it possible to regulate the passage of a very unevenly distributed incoming current.
While the examples described so far relate to means and elements which act on the current by virtue of the laws of fluid flow, the examples of Figures 13 to 20 represent means and elements which act primarily to regulate the flow. current, by virtue of the laws of resistance to the passage and flow of fluids in conduits. It should be noted in this regard that each of the means and elements described below can be at will and choice combined with the others, such combinations cannot be represented for all the conditions and circumstances involved. in practice, which present diversity in form and character depending on the mode of construction and the peculiarities of the devices.
By a choice and a judicious arrangement of the elements, it is however always possible to improve, in accordance with the invention, the conditions of flow of the fluid streams in the devices.
In fig 13 is shown a deflection with an inlet pipe and an outlet pipe which are, for example, of the same section and in which for a current direction 83, it has been arranged, in a diagonal position in the angle of deviation between the bevelled interior angle 84 of the interior wall 85 and the also bevelled angle 86 of the exterior wall 87, a grid made up for example of stones or bricks plates 88 which leave free passages or channels 89 between them. making inlet edges of the channels which are rounded 90, or algae, or with rounded tips 91 or else truncated angles 92.
According to fig. 14, the chamber formed by the masonry 93 is shared by a partition 94, so that the current deflection occurs at 95 over 180. Substantially along the diagonals between the ends 96 of the partition 94 and the angles 97, 98 of the chamber 99, if necessary rounded or bevelled, it has been arranged as means of regulating the current and, across or at right angles with the direction of the incoming current, flat stones 100, 101 having a flat or rounded front face, or with a rounded point.
In fig. 15, the deflection chamber 103 formed by the storage 102, for example receives arrival channels 104 and departure channels 105 arranged parallel above the previous ones. The sum of the passage sections of the inlet channels 104 is often smaller than the sum of the passage sections of the outgoing channels 105. Such arrangements with dividing wall 106, are often found, for example, in regenerative devices. or recuperators in refractory masonry. In the deflection chamber 103, are arranged, again in a diagonal position, deflector vanes 107 and 108, which may have a bent or rounded shape.
Thanks to such an arrangement, the incoming currents 109 and the counter current 110 are sufficiently regularized with little vortex. This assumes a uniform load and a flow distributed among all the channels 104, 105 in both directions of flow 109,
110.
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In the embodiment of the pin 16, the construction generally corresponds to that of FIG. 15. Since in this case only one constant direction of flow 109 is provided, a set of grids 111 arranged diagonally at the top of the deflection chamber 103 is often sufficient.
Figs. 17 to 20 represent a method of regulating the input currents often employed in regeneration and recovery installations. Air for example must be brought from a channel 112 in the direction 113 to the channel 115 formed by the masonry 114. For this purpose there is placed at the inlet of the channel 115 an adjustable sliding grille, according to the double arrow 116, and in front of it a solid plate of stone or sheet 118, movable according to the double arrow .119. According to fig. 18, the grid is constituted by a sliding stone 120 provided with passage openings 121 following rod 19 or round or similar openings according to rod 20, the size, shape, distribution, spacing of these slots and holes being variable.
Figs. 21 to 33 show various possibilities of application of the means and elements according to the invention.
In fig. 21, two currents 123 and 124 must be distributed in the channels 125 of the refractory mass 126 and in such a way that, as far as possible, the channels receive a current of the same magnitude. Such arrangements are found in recovery and regeneration plants in which the section of the incoming stream is separated into two channels 128, 129 by a partition wall 127, so that approximately half the number of channels or supplied by the current 123 and the other half by the current 124. In practice, there are also several partition walls.
The masonry has a step or raised 130. For the good distribution of the current is placed below the refractory lining 126, which can be constituted by a stone mesh, several sets 131, 132, 133 of stepped guide surfaces in the wing structure. the channel 128, and likewise in the offset and raised part 134 of the channel 129 there are sets of similar surfaces 135, 136.
At the location of the double deflection 137 there is also provided between the edge 138 of the partition wall 127 and the upper edge of the step 130, which is approximately at the same level, a set of guide surfaces preferably staged in the wing and which ensure the deflection of the current without swirling
In fig. 22 the stream 141 arriving through the channel 140 is to be distributed evenly or almost uniformly between several vertical channels 125 of the refractory lining 126.
The masonry 147 of the bottom of the channel 140 rises towards the end and in the channel 140 are arranged sets of guide surfaces 143, 144, 145, 146, at intervals of distance. At approximately the horizontal level between the upper edge of these surfaces and below the channels 125, in addition, throttle grids or the like can be provided. The elements of these grids may, for example, have a rectangular profile 147, U-shaped 148, angle 149, flat 150 (flat grid or perforated plate) or a curved profile 151 or an angular profile 152 open in the direction of. current flow.
According to fig. 23 a gas composed for example of combustible gas or flue gas 153 must pass through a refractory lining, which is for example constituted by blocks of stone 154 arranged in rows crossed one on top of the other with air cells. The masonry 155 still has a sharp widening of the cross section. In this case, 9. The diffusion problem is solved by means of a form stone 156, leaving or not leaving a gap with the lower layer of stone blocks 154 to form a diffuser 157. The opposing stream 158 is for example reheated wind.
In fig. 24 the masonry 159 forms a very large increase in section in the form of a diffuser. This is for example a recovery process in which the hollow bodies arranged on top of each other in the enlarged part, for example brickwork. hollow refractories, have
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ends which cross them transversely to the drawing plane. heat transmission taking place through the walls of the hollow bricks. The incoming current 162 is distributed between the vertical channels 164 contained in the bricks 160, by means of guide surfaces 163 stepped in the form of the wings, arranged at 1. ' diffuser entrance.
According to fig. 25 of the draft streams 165 and 166 are to be distributed with several deviations in the channels 167.
These channels 167 can be inlet connections to the combustion chambers of coke ovens. For this, there is provided near the horizontal refractory lining 168 and the vertical channels 167, a large chamber 167 serving as a regeneration chamber, which is compartmentalized by these partitions 170, 171.
The current 165 or 166 which opens out perpendicularly to the supply pipe 172 can be deflected by means of guide plates, not shown.
In the supply channel 172 a throttle gate 173 can be arranged, where a sharp widening 174 exists in the channel 172 and which forms a diffuser for the incoming current. For good distribution, there are either guide surfaces that are not shown or, as shown, guide plates 175 or partitions, in number, length and arrangement such that the widening 174 is divided into several diffusers. individual 176 smaller widening angles. For the current in the opposite direction, these diffusers obviously constitute nozzles.
To obtain additional regularization, it is possible to place behind these guide plates 175 a throttle grid, which also has an effect of uniformity of the direction and for example consists of flat stones or flat plates with several parallel partial channels, of meadow. - narrow ference. The passage section behind the throttle grille 178 is dressed in stone lining and forms a partial regenerator 179.
Finally the current is diverted first from 90, then again from 90, the passage section of the first partial regenerator 179 increasing to arrive at the passage section of the partial regenerators 179 located between the separating partitions. paration 170 and 171. To regulate the current, the known guide partitions 180 are not sufficient despite the improvement they provide.
It is necessary to take other means in accordance with the invention and in the form of partitions 181 as shown. Likewise the second part of the regenerator 179 which is located between the partition walls 170 and 171, is fitted at each of its ends with similar deflection partitions 181.
At the partition wall 171, an inclined plane 182 of masonry or other material can be provided. The partial channels 183 and 184 formed by the guide partitions 180 may have a width increasing from the inside to the outside. Compared to the usual construction methods, much more efficient regenerators are thus produced, having smaller dimensions and at the same dmps a better distribution of the total current between the channels 167 is obtained, which results in a more regular supply of the subsequent combustion chamber and smoother sweeping of the coke ovens, which ultimately results in more consistent quality coke along the length of the coking chamber.
There are smaller losses and lower consumption costs per unit weight of coke produced. The envelope 185 can contain all the components necessary for adjusting the flow rate of the current.
In fig. 26 a distribution chamber 186 is arranged below a vertical regenerator or recuperator 187 or similar apparatus in which a regulating device, not essential in this case, and comprising guide surfaces or the like, is placed in a housing in front of the distribution chamber. In front of the orifice of the air inlet 188, there is substantially provided an adjustable grille 189, for example in the form of a louver, the inlet also being adjusted by means of the flap 190.
Opposite to the inlet of the air stream 191 is supplied for example a stream of lean gas or the like 192 through line 193, the outlet valve 194 being provided in front of the housing 185, for the 'discharge of the current in the opposite direction and leading to the discharge line 197. The distribution chamber 186 is constructed in such a way that it distributes equally among all the passage sections of the regenerator 1 $ 7, -a current 191, 192 relatively uniform.
The partition walls 198, 199 in the distribution chamber 186 form in relation to
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to the incoming current 191,192 a broadening diffuser,, important when the width of the channels is provided constant perpendicular to the plane of the figure up to the regenerator, so that it is advantageous to decrease this width gradually from the inlet to the regenerator 187, with a view to reducing as much as possible of the enlargements in the plane of the figure The end of the dividing wall 198, for example made of sheet metal folded downwards, has in spatial cooperation a jéu 200 of guide surfaces' stepped by car, while near the rounding 201 of the partition 199 of stone or sheet metal,
which is folded down to the bottom 202 of the masonry and in particular partially curved, is placed another set of guide surfaces 203 regulating the flow and expansion of the current.
In fig. 27 to 30 are shown variations of the regulation of the incoming and outgoing currents as required in the installations of Figures 25 and 26 and for example with ovens, such as coke ovens.
To the masonry 204, which forms a strong widening of section, is connected the pin 27, by means of a sealing ring 205 or the like, the housing 185 of the adjusting member. It carries a movable hatch 207 for example for the entry of air. In order to regulate the current with adjustment of the necessary quantity of air, the inlet section is provided with an adjustable throttle grille 209. In the event that, instead of air, lean gas must be used 211, there is provided an inlet arranged for example diametrically opposed. This inlet is provided with a set 212 of stepped wing guide surfaces for the deflection of the current. During the input of current through 208 or 211, the outlet valve 214 movable in the direction of the double arrow 213 is closed.
When it is desired to produce a current output, the valve 207 is closed and the inlet pipe 210 is closed at a point not visible in the figure.
The outlet valve 214 is then more or less raised. The vertical wall 216 has guide surfaces, for example a set 217 of stepped wing surfaces, which ensures a vortex-free deflection of the output stream 215, already influenced by the guide surfaces 218.
In fig. 28 the position of the valves and hatches is different. A set of guide surfaces 220 is provided for the air inlet valve 219, a set disposed slightly inside the casing 185 without, however, practically influencing the countercurrent 221 in the opposite direction; a throttle grille 234, possibly adjustable, is provided in addition
Thanks to these arrangements, the incoming current 222 is influenced in a particularly favorable manner, unlike the usual throttling devices with solid plates.
The gas stream 224 arriving through the pipe 223 is here favorably deflected and distributed by the guide surfaces 225 placed inside the supply pipe and which do not advance inside the housing, but s' apply without gap to the line 223. The outlet valve 214 is here shown open; can also, although not shown thus, be provided with means for adjusting the current, which however in this variant simply reduces the necessary draft.
It is also possible in the same way, especially when this occurs at several particular determined points of a draft circuit, to shape the valves for an energetic draft, especially those which are farthest from the chimney, for example so as to that the resistance opposed by the valve is all the more reduced the further the valve is from the chimney, so that all the valves and all the regulating members of the entire installation have flow rates of same size.
According to fig. 29, the correct deflection of the incoming air stream 226 is achieved in that the inlet section 227, which can be closed by the adjustable movable valve 228, is provided with an optionally adjustable throttle grille 229 as well. , to which succeeds, depending on the desired deviation, a gradual rounding 230 of the housing 185 at this location.
Likewise for the stream of gas 231, or other fluid, a rounding 232 is provided.
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This rounding has the advantage of leaving a part of the casing 185 free of any device and thus allowing a vortex-free flow of the outlet current controlled by the outlet valve 214.
The embodiment of FIG. 30 shows an air trap
219 with choke grid 234 in the arrival section of Pair 235.
The arrival of gas 236 does not present here any particular means of adjusting the current. Moreover, this adjustment is carried out here by a simple throttling gate 237, preferably double or multiple, acting according to the laws of resistance to passage, which is sufficient in most circumstances.
The outlet valve 214 for adjusting the downdraft 206 corresponds to the embodiments of FIGS. 28 and 29.
In all the housings of fig. 26 to 30, a removable faceplate 196 is provided for inspection and repair. In the embodiment of the outlet valve of fig. 26 to 30, which are suitable for regenerators, recopemateuns and the like, the housings 185 can be made smaller, because their passage sections are better used with a better distribution of the currents on the regenerators or other apparatus. This results in the operational advantage that a lower radiation loss is obtained.
In fig. 31, which corresponds to a frequent case of muffle furnaces for example for enamelling, there is for example a hot air inlet stream
239 through line 238 and a stream of coking gas 241 exiting through
240 with a deflection of 90, the two streams entering diametrically into the enlarged section 242 for combustion, for example to heat a muffle from the outside. Masonry 243 then forms a deflection capability
244 in which the current is deviated from 1800. Such deviations can be repeated several times.
In this figure 31, however, only a single right-angle deflection 245 has been shown, the deflected current being removed by an elbow 241 of the dividing wall 246 and a straight wall 247. In the deflection chamber 244 is provided a deflection chamber 244. set 248 of stepped guide surfaces in the direction of movement, while in chamber 245, for example, a deflection grid 250 or the like is arranged diagonally. In this way we manage to regulate the complicated current, a partial bypass current can also be taken from the chamber 244 by an opening 251 optionally formed in the wall 247 to be sent to the following chambers not shown.
In the example of FIG. 31, it is preferable to adopt means acting according to the laws of flow of fluid streams, these means less disturbing the expansion of the flames than those which act according to the laws of resistance to passage.
Figs. 32 and 33 show the use of means according to the invention in the combustion chambers, with burners of the refractory masonry type.
The combustion chamber of fig. 32, bounded by masonry
252, contains a nozzle 254 on a masonry channel 255. In the chamber 256 between the channel 255 and the exterior wall 252 are laid for example shaped stones 257 flat and laid on the field, which reserve between them partial channels 258, so that favorable mixing of the air stream 260 arriving through the channels 259 is caused. This results in combustion of the gases 261, leaving the nozzles 254, with a longer flame. The shaped stones 257 acting as guide surfaces can be of various heights and also be stepped.
According to fig. 33, the outer wall 263 of the combustion chamber 253 is provided with constrictions 264, 265 or the like with narrower portions preferably at about the height of the nozzle 254. This arrangement also provides a correct inlet of the combustion chamber. air flow 260 to flue gas 261 and long flame combustion, which is generally desirable. The current in the opposite direction 262 is shown in the figure for a more complete representation.