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Perfectionnements,apportas aux échangeurs de chaleur à Selon le brevet No. provisoire 686.319 déposé le
24 février 1955, au même nom que le présent brevet, pour "Perfectionnements apportés aux procédés et dispositifs,de combustion", les parois d'une enceinte pour des gaz à haute température sont isolées desdits gaz par une épaisse couche d'une matière calorifuge partiellement fondue telle qu'une ' scorie; cette enceinte comporte des parois tournantes confor- ornées de manière à retenir cette matière sous forme de couche épaisse lorsque lesdites parois sont entraînées en rotation par un moteur approprié à une vitesse telle que soit créé un effet centrifuge propre à établir et à maintenir cette couche.
L'épaisseur de cette dernière peut être de plusieurs
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multiples de 2,5 cm, en général de l'ordre de 30 cm. La face interne de ladite couche sera à l'état fondu tandis que sa face externe sera à l'état, solide et se trouvera à une température bien inférieure à la température limite que peuvent supporter les parois métalliques. On peut ainsi mettre en oeuvre des gaz à une température supérieure à 1200 ;, pouvant même vraisemblablement atteindre 2000 ou plus.
Le susdit brevet No. provisoire 686.319 décrit une applica- tion de ce principe à une chambre de combustion ou de gazéifi- cation du type cyclone.
La présente invention correspond à Inapplication de ce même principe à un échangeur de chaleur à récupération, la couche jouant le'rôle supplémentaire de la masse de récupéra- tion, ou de régénération,' qui absorbe, accumule et restitue la chaleur. Etant donné que.la couche peut atteindre des températures très élevées,. on peut bénéficier d'un taux considérable de transfert de chaleur par'radiation entre la masse et un gaz, tel que de la vapeur ou du 00,,,'présentant un pouvoir d'émission élevée
Ainsi, un échangeur de chaleur à récupération pour gaz selon l'invention comporte un conduit ,pour le.
passage des gaz, ce conduit comportant .une paroi tournante conformée de manière à retenir contre elle intérieurement au conduit, une couche épaisse d'une masse partiellement fondue, cette couche délimitant en fait le passage offert aux gaz dans le conduit, et des moyens moteurs pour faire tourner cette paroi autour de l'axe du conduit à une vitesse telle que soit créé un effet centrifuge propre à établir et à maintenir cette couche. Des moyens de distribution peuvent être prévus pour forcer des gaz chauds (à refroidir) et des gaz relativement froids (à chauffer) à passer alternativement dans ce conduit tournant en y échangeant de la chaleur dans l'un ou l'autre sens avec la couche.
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Selon le susdit brevet No. provisoire 686.319, les gaz quittant la chambre de réaction peuvent être (et en général sont) à une température trop élevée pour qu'on les envoie direc- tement dans un passage à parois métalliques non isolées et non refroidies; il est alors nécessaire de refroidir ces gaz à leur sortie de la chambre de réaction.
Il en résulte qu'une caractéristique importante de la présente invention est la combinaison d'une chambre de réaction selon le susdit brevet No. provisoire 686.319 avec un passage établi selon la présente invention conduisant à cette chambre de réaction et avec un autre semblable passage partant de ladite chambre de réaction. Cette dernière pourra être telle qu'elle puisse fonctionner en étant traversée d'un écoulement gazeux dans l'un ou l'autre sens, chacun des deux susdits passages servant alors alternativement d'entrée vers la chambre de réaction
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yr et de sortie hors de cette chambre. Des moyens de distribution permettant d'inverser le sens de l'écoulement sont alors prévus aux extrémités externes des susdits passages ou au-delà de ces derniers.
Ces moyens de distribution se trouvent ainsi situés sur l'entrée pour les gaz relativement froids et sur la sortie pour les gaz refroidis. Ils ne sont donc pas en contact avec les gaz les plus chauds. Avantageusement en outre, selon une autre caractéristique de l'invention, les susdits passager et la chambre de réaction sont coaxiaux et ils tournent tous ensemble autour de leur axe commun.
L'invention pourra de toute façon être comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé qui représente, en coupe axiale, une chambre de réaction et les passages adjacents établis conformément à l'invention.
Un rotor constitué par un tube la (cette désignation englobant les passages 1 et 2 en alignement avec la chambre de
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réaction 3 intercalée entre eux) est monté substantiellement horizontalement, par l'intermédiaire de roulements à billes 5, de' manière à pouvoir tourner par rapport à une enveloppe fixe 4. Une couronne dentée 6, fixée au tube la, engrène avec un pignon 7 entraîné par un moteur électrique 8.
Des joints d'étan- chéité 9, dutype labyrinthe, sont prévus entre l'enveloppe et le rotor à chacune des extrémités de ce dernier pour faire obs- tacle aux fuites de gaz vers l'intérieur 4a de l' enveloppe. Le tube la comporte des parois terminales 1b et 1c propres à retenir une couche épaisse de scories, la paroi 1c étant bombée vers l'extérieur comme montré et présentant une fente 1d pour le débordement de l'excès de scories. Dans l'alignement des ouver- tures des parois terminales 1b et le se trouvent des conduits 10 et 11 fixées à (ou solidaires de) l'enveloppe.
Un jeu im- portant est prévu entre la paroi terminale 1c et le débouché du conduit 11 dans l'enveloppe, ce jeu étant destiné à permettre à l'excès de scories d'être rejeté et de tomber dans un collec- teur rempli d'eau, porté par l'enveloppe, propre à recevoir les scories ainsi rejetées. Des tubulures d'entrée et de sortie 13 et 14, prévues sur l'enveloppe, permettent à de l'air de refroidissement de circuler dans l'intérieur 4a de cette dernière. La pression dans cet intérieur est avantageusement assez élevée pour empêcher que dès gaz provenant des'conduits 10 et 11y pénètrent.
Un tube d'amenée de combustible 15 est fixé au conduit 11 et s'étend axialement dans l'intérieur du passage 1 jusque dans la chambre de réaction 3. Ce tube est avantageuse- ment muni d'un système de refroidissement à eau. Il permet le pas- sage, vers des tuyères de sortie 15c, de combustible pulvérisé fluidifié.
Un prolongement 10a du conduit 10 (ce prolongement étant figuré sur le dessin par le trait 10a) communique avec des
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distributeurs 16 et 17 tandis qu'un prolongement 11a du conduit
11 communique avec des distributeurs 18 et 19. Le conduit
20 pour l'amenée¯d'air (ou autre gaz) froid est relié aux distributeurs 16 et 18 tandis que le conduit de sortie 21 pour les gaz refroidis est relié aux distributeurs 17 et 19.
En pratique, si l'on suppose, à titre d'exemple, que l'on met en oeuvre le procédé typique de la gazéification du charbon, lorsque le tube la tourne, de l'oxygène et de la vapeur pénètrent par le conduit 20, les distributeurs 16 et 19 étant fermés et les distributeurs 17 et 18 étant ouverts, ce mélange gazeux, en se déplaçait du conduit 11.vers la chambre de réaction 3, passe par le passage l'où il reçoit par radiation de la cha- leur provenant de la couche de scories fondue déjà constituée sur la paroi du tube la. Les gaz chauds provenant de la réaction avec le charbon amené par le tube 15 comprennent de l'hydrogène, du CO, du C02 et de la vapeur.
Ce mélange traverse le passage 2 en dégageant de la chaleur radiante vers la couche de scories fondue en même temps qu'éventuellement des cendres fondues viennent s'ajouter à cette couche. Quand les distributeurs sont inversés pour inverser la direction de l'écoulement, les gaz entrants prélèvent de la chaleur dans le passage 2 et les gaz sortants abandonnent de la chaleur dans le passage 1. La couche de scories appliquée par la force centrifuge atteint l'épaisseur maximum compatible avec la configuration des parois terminales 1b et 1c et notamment avec l'emplacement de la fente ld par laquelle s'écoule tout surplus de scories qui se trouve alors éliminé par l'effet centrifuge.
Dans cette réaction type, la scorie formée est de la cendre de charbon fondue mais le terme générique de scorie est utilisé ici dans son sens le plus large comme il l'était dans le susdit brevet No. provisoire 686.319 et désigne toute substance provenant de la réaction et propre à former un dép8t isolant
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sur 1a paroi tournante. S'il s'agissait d'une réaction¯qui ne produit aucune matière propre à constituer une couche isolante, on pourrait avantageusement introduire des cendres ou d'autres Ratières appropriées dans le passage d'entrée où ces matières fondraient sous l'effet de la chaleur et viendraient constitue r 1: couche.
Les gaz chauds sortants se trouveront ainsi refroidis suffisamment pour pouvoir être ensuite traités dans des appareil- lages classiques tandis que les gaz entrants prélèveront suffi- amment de chaleur à la couche fondue pour atteindre une tempéra- ture qui facilitera l'accomplissement de la réaxtion à tempé- rature élevée. En particulier, l'oxygène et la vapeur pourront être portés à une température bien au-dessus du maximum qui serait admissible pour de l'oxygène en contact avec des parois métalli- ques.
On conçoit que l'invention puisse être appliquée sous d'autres formes à diverses réactions ou procédés de chauffage. On remarquera que, par opposition avec ce qui était décrit dans le susdit brevet No. provisoire 686.319 où la chambre de réaction était à axe verticale l'exemple qui vient d'être donné pour la présente invention se réfère à une enceinte tournante à axe horizontal. Nais,bien entendu, la présente invention pourrait également être appliquée avec une chambre de réaction tournant autour d'un axe vertical.