<Desc/Clms Page number 1>
"Appareil de chauffage à combustible gazeux."
La présente invention concerne un appareil de chauffage du type à paroi poreuse chauffée par un gaz, dans lequel on fait passer un mélange combustible de gaz et d'air à travers la paroi du four d'un c8té à l'autre, et dans lequel la combustion a lieu sur une grande étendue de la face interne de la paroi du four, en la chauffant à l'incandescence.
Dans un appareil de chauffage du type ci-dessus, il peut se poser de sévères problèmes de fonctionnement en raison de la tendance qu'a la flamme à ramper vers l'extérieur à travers la paroi réfractaire poreuse, et à provoquer un retour de flamme ou une explosion du mélange combustible sur la face externe de la paroi. Cette pénétration de la chaleur ou retour de flamme, est provoqué principalement par une pénétration excessive de la chaleur, de la surface de la paroi réfractaire à l'extérieur, à travers la paroi du four,
<Desc/Clms Page number 2>
de telle aorte que le mélange combustible eat allumé dans la paroi poreuse et, finalement, sur la surface externe de cette dernière.
La construction de l'ensemble de la paroi poreuse de la pré@onte invention diffère de certaines constructions antérieures, en ce qu'elle favorise un débit uniforme du mélange combustible de gaz et d'air vers l'intérieur à travers la paroi réfractaire poreuse, vers sa surface interne. On obtient ce résultat en prévoyant une série de troua s'étendant vers l'intérieur à partir de la face externe de la paroi réfractaire poreuse, et se terminant au moins à 25 mm de la face interne de cette paroi. Le mélange de gaz et d'air intro- duit est conduit à travers les passages, et s'écoule de ces derniers vers la surface interne de la paroi, le gaz se diffusant de façon sensiblement uniforme à travers la zone interne de la paroi et fournissant un chauffage sensiblement uniforme de la surface entière de la paroi réfractaire.
Le mélange de gaz et d'air introduit extrait de la ohaleur de l'intérieur de la structure de la paroi poreuse de façon à maintenir la paroi suffisamment froide pour empêcher la flamme de ramper vers l'extérieur à travers la paroi et d'allumer le mélange combustible de gaz et d'air sur la surface externe de la paroi.
La forme de réalisation préférée de l'invention est représentée aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un four construit suivant la présente invention; la figure 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale du four par la ligne 3-3 de la figure 1; et la figure 4 est une coupe transversale, à plus grande échelle, de la paroi du four.
<Desc/Clms Page number 3>
En se rapportant maintenant aux dessina, on voit que le four de la présente invention présente une enveloppe do four chemisée ou à double paroi 10, formant les parois externes du four. La paroi antérieure 11-de l'enveloppe 10 est munie d'un orifice central rectangulaire 12 permettant d'accé- der à l'intérieur du four.
L'enveloppe 10 peut être formée par des plaques d'acier soudées les unes aux autres pour former une série d'espaces 14, un espace se trouvant le long de chaque paroi de four qui doit 8tre une paroi réfractaire lumineuse. Les plaques formant l'enveloppe 10 peuvent avoir une épaisseur de 3,25 à 19 rmi suivant la résistance méoanique voulue. Dans le four représenté, les espaces 14 s'étendent sur deux faces seulement, le dessus, le fond horizontal, et le fond vertical du four, la partie antérieure du four étant formée par une seule plaque garnie d'une matière réfraotaire classique comme on va le décrire. Les soudures réunissant les plaques qui forment les espaces 14 sont continues de façon à empêcher les fuites de gaz hors de ces espaces, le long des joints.
Les espaces 14 peuvent avoir une épaisseur de 25 à 50 mm sui- vant les dimensions du four, et le nombre des raccords pour introduire le mélange combustible de gaz dans ces espaces.
On prévoit un ou plusieurs raccords 15 à l'extérieur des espaces 14 pour introduire le mélange combusti- ble des gaz dans ces espaces. On peut prévoir un ou plusieurs raccords pour chaque espace 14, ou bien les espages 14 peuvent être reliés et un même raccord peut alimenter plus d'un espace ou même tous les espaces, la seule obligation étant d'assurer une pression sensiblement uniforme dans toutes les chemises pendant le fonctionnement du four.
La surface interne de la paroi 10 du four est garnie d'une matière céramique réfractaire, par exemple en briques réfractaires individuelles ou en dalles préalablement
<Desc/Clms Page number 4>
combustible étant ultérieurement brûlée dans la brique lamé* pour fournir une brique poreuse très légère. De telles briques sont bien connues sur le marché.
Chacune des briques 20 est percée ou autrement formée pour présentar une série de trous Ou passages 21 s'éten- dant de l'extérieur ou d'une face de la brique sur une distance
Importante à travers cette dernière, en direction de l'autre face- @ans le tour représenté, les briques 20, dont. sont formées les parois réfracta ires 19, sont disposées sur ehamp pour fournir une paroi réfractaire ayant une épaisseur de 63,5 mm, les passages 21 s'étendant de l'extérieur à la face interne de la paroi réfractaire.
On a découvert qu'une brique classique de 63,5 x 114,3 x 228,6 mm présentant 2,3 ou 4 trous de 12,7 mm de diamètre, dans le sens de la dimension de 62,5 mm, sur la moitié de l'épaisseur de la brique, ou jusqutà 85,4 à 31,75 mm de la face interne, assure une répartition suffisam- ment uniforme des gaz combustibles le long de la face interne entière des parois 19, et évite également les retours de flamme aux températures du four supérieures à 1093 c.
Pour former chaque paroi réfractaire 19 du four, Les briques 20 sont rixées à l'aide d'un ciment réfractaire à haute température à la manière classique, les extrémités @ ouvertes des passages 21 se terminant contre les parois incernes 16 aes espaces 14, aucun mortier n'étant placé entre les briques et les parois. Les passages 21 ménagés dans les briques ne doivent pas nécessairement coïncider avec les trous 17 ménagés dans la paroi interne 16 de l'enveloppe du four, étant donné qu'il existe un e3pace suffisant pour le passage des gaz combustibles entre les faces externes des parois réfrac- taires et les parois internes 16 de l'enveloppe.
Le ciment réfraotaire doit pénétrer dans les briques 50 de façon suffi- santa pour fournir une bonne liaison et empêcher toute fuite de gaz combustible à travers les joints, sans remplir la masse
<Desc/Clms Page number 5>
formées. Les parties des parois du tour qui doivent être des parois réfractaires lumineuses (dans ce cas les paroi* posté- rieure, supérieures, latérales et inférieures du four) sont garnies de briques réfractaires isolantes, légères; tandis que les parties de parois du four qui ne doivent pas être lumineuses (dans ce oas, la paroi antérieure du four), sont garnies à l'aide de briques réfractaires ou dalles épaisses.
Les briques rétracta ires épaisses peuvent être classiques à tous les égards et sont faites d'une argile réfraotaire qui résiste à la température de fonctionnement du four. La paroi antérieure a de préférence une épaisseur de 114 mm.
La paroi interne 16 de chaque espace 14 de l'enveloppe du four présente une série de trous 17 pour le passage des gaz combustibles à l'intérieur du four, les trous 17 n'étant situés que sur les parois qui doivent être les parois réfractaires lumineuses du four. Les trous 17 sont espaoés pour fournir une répartition suffisamment régulière des gaz combustibles le long de la surface externe de la paroi réfractaire 19. On a constaté que des trous d'un diamètre de 25 mm, espacés de 114 mm de centre à centre assurent une répartition suffisante des gaz combustibles.
Les parois réfractaires 19 sont formées par des briques réfractaires isolantes légères qui peuvent avoir la forme de briques de dimensions classiques 20, ou la forme de dalles préalablement moulées. Les briques réfractaires qui constituent les parois 19 sont formées en matière oéramiquu réfractaire consistant principalement en silioe et en alumine, et elles présentent une porosité de 40% environ ou plus.
On peut utiliser avec succès des briques présentant une porosité atteignant 80% environ, les briques réfractaires étant de préférence du type fabriqué à partir d'un mélange d'argile réfractaire et de matières oombustibles en poudre ou finement divisées, telles que la sciure de bois, la matière
<Desc/Clms Page number 6>
poreuse des briquée d'wne façon excessive susceptible de gêner l'écoulement des gaz à travers les briquez. De plus, le ciment réfractaire doit se dilater et se contracter avec la paroi du four pour maintenir étanches les joints entre les briques 20.
Au cours du fonctionnement du four décrit ci-dessus, on admet un mélange combustible de gaz dans les espaces 14 de l'enveloppe 10 du four par des jonctions appropriées aveo les raccorda 15. La pression maintenue dans les espaces peut être voisine de 100 à 250 mm de hauteur d'eau. De préférence, on ménage un certain excès de gaz par rapport à l'air,, dans le mélange combustible, par rapport au mélange théoriquement explosif des gaz.
Les gaz combustibles brûlent sur la surface Interne des parois réfractaires 19 en chauffant la surface des parois à l'incandescence, et en fournissant une chaleur rayonnante très intense. Toutefois, les briques réfractaires isolantes sont des conducteurs très médioores de la chaleur et, de plus, les gaz combustibles s'écoulant vers l'intérieur jusqu'à la surface interne des parois réfractaires, refroidissent l'intérieur de ces dernières en maintenant les surfaces externes des parois réfractaires à une température relativement basse qui est bien inférieure au point d'inflammation des gaz, an empêchant ainsi les retours de flamme et une explosion des gaz. combustibles dans les espaces 14.
Un tel four présente un rendement extrêmement élevé et ses parois absorbant très peu de chaleur, le four étant capable d'être chauffé et rerroidi de façon relativement rapide, attendu que seul un volume de briqaes relativement faible est sensiblement chauffé.
Un four de ce type peut être chauffé à une température de fonctionnement de 1538 C. en deux minutes et demie
<Desc/Clms Page number 7>
à 10 minutes.
Si l'on désire faire fonctionner le four par intermittences ou que le volume desgaz combustibles passant dans les espaces 14 soit sensiblement réduit, il est préférab le d'utiliser une paroi réfractaire qui peut avoir une épaisseur atteignant 228 mm. Dans oe cas il peut être avantageux que les trous 21 se terminent à une plus grande distanoe de la surface interne de la paroi réfractaire, de façon à pouvoir arrêter le chauffage entièrement de temps en temps sans risquer que la chaleur du four soit conduite à travers la paroi réfractaire de façon à provoquer un retour de flamme ou une explosion.
Le four de la présente invention peut être arrêté en interrompant d'abord l'alimentation en combus- tible gazeux, mais en poursuivant l'alimentation en air du four jusqu'à ce que la face interne de la paroi réfractaire 19 ait été suffisamment refroidie par l'air /risque/ qui la traverse. Autrement, il existe un certain/que le structure réfractaire entière du four soit chauffée, ce qui pourrait donner lieu à une déformation ou un gauchis- sement de l'enveloppe en acier 10 du four. Touterois, si l'on désire maintenir le four en régime permanent, pendant une certaine période de temps, sans refroidisssement excessif, on peut interrompre l'alimentation en combus- tible gazeux, et admettre l'air dans les espaces 14.
Toutefois, pour éviter un refroidissement de l'intérieur du four, on peut faire passer de l'air à travers les espaces 14 et le libérer plutôt que de le refouler à travers la paroi réfractaire, par exemple en ouvrant une vanne d'échappement (non représentée) ménagée dans les espaces 14, pour fournir un courant d'air dans ces espaces pour refroidir la surface externe seulement de la paroi réfractaire 20.
<Desc/Clms Page number 8>
Dans la paroi réfractaire poreuse décrite
EMI8.1
oi-dessur, l'écoulensnt principal des gaz combustibles à travers la paroi, se fait par les passages 21, puis les veines divergent des extrémités Internez de ces passages vers la surface interne de la paroi. Comme la surface totale de la section transversale des passages 21 constitue une partie relativement faible de la surface totale de la paroi (2% environ seulement dans l'exemple de réalisation préféré), les gaz pénètrent dans la paroi réfractaire à une vitesse relativement élevée, en exerçant l'effet de refroidissement le plus grand dans la matière réfractaire au delà des extrémités des passages.
Afin d'obtenir l'effet de refroidissement nécessaire. la surface totale des passages 21 ne doit pas dépasser 5% environ de la surface totale de la paroi réfractaire.
La construction de paroi de tour de la présente invention peut s'appliquer de façon générale à des fours de types divers et pour des buts variés, dans lesquels une construction de four à paroi réfracta ire est avantageuse.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
"Gaseous Fuel Heater."
The present invention relates to a heating apparatus of the porous wall type heated by a gas, in which a combustible mixture of gas and air is passed through the wall of the furnace from one side to the other, and in which combustion takes place over a large area of the internal face of the furnace wall, heating it with incandescence.
In a heater of the above type, severe operational problems can arise due to the tendency of the flame to crawl outward through the porous refractory wall, and to cause flashback. or an explosion of the combustible mixture on the outer face of the wall. This heat penetration or flashback, is caused mainly by an excessive penetration of heat, from the surface of the refractory wall to the outside, through the wall of the furnace,
<Desc / Clms Page number 2>
such that the combustible mixture is ignited in the porous wall and ultimately on the outer surface of the latter.
The construction of the porous wall assembly of the pre @ invention differs from certain prior constructions in that it promotes a uniform flow of the combustible mixture of gas and air inwardly through the porous refractory wall. , towards its internal surface. This is achieved by providing a series of holes extending inwardly from the outer face of the porous refractory wall, and terminating at least 25 mm from the inner face of this wall. The mixture of gas and air introduced is conducted through the passages, and flows therefrom to the internal surface of the wall, the gas diffusing substantially uniformly through the internal region of the wall and providing substantially uniform heating of the entire surface of the refractory wall.
The mixture of gas and air introduced extracts heat from inside the porous wall structure so as to keep the wall cold enough to prevent the flame from crawling outward through the wall and igniting. the combustible mixture of gas and air on the outer surface of the wall.
The preferred embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings in which: Figure 1 is a perspective view of an oven constructed according to the present invention; Figure 2 is a cross section taken on line 2-2 of Figure 1; Figure 3 is a longitudinal section of the furnace taken along line 3-3 of Figure 1; and FIG. 4 is a cross section, on a larger scale, of the wall of the oven.
<Desc / Clms Page number 3>
Referring now to the drawings, it is seen that the oven of the present invention has a jacketed or double walled oven casing 10, forming the outer walls of the oven. The front wall 11 of the casing 10 is provided with a rectangular central opening 12 allowing access to the interior of the oven.
The casing 10 may be formed by steel plates welded together to form a series of spaces 14, one space along each furnace wall which is to be a luminous refractory wall. The plates forming the envelope 10 may have a thickness of 3.25 to 19 µm depending on the desired mechanical strength. In the oven shown, the spaces 14 extend over two faces only, the top, the horizontal bottom, and the vertical bottom of the oven, the front part of the oven being formed by a single plate lined with a conventional refraotary material as is will describe it. The welds joining the plates which form the spaces 14 are continuous so as to prevent gas leakage out of these spaces, along the joints.
The spaces 14 may have a thickness of 25 to 50 mm depending on the dimensions of the furnace, and the number of connections for introducing the combustible mixture of gases into these spaces.
One or more fittings 15 are provided outside the spaces 14 for introducing the combustible mixture of gases into these spaces. One or more connectors can be provided for each space 14, or the spaces 14 can be connected and the same connector can supply more than one space or even all the spaces, the only obligation being to ensure a substantially uniform pressure in all liners while the oven is in operation.
The internal surface of the wall 10 of the furnace is lined with a refractory ceramic material, for example individual refractory bricks or slabs previously
<Desc / Clms Page number 4>
fuel being subsequently burned in the lamé brick * to provide a very light porous brick. Such bricks are well known in the market.
Each of the bricks 20 is drilled or otherwise formed to present a series of holes or passages 21 extending from the outside or from one face of the brick a distance.
Important through the latter, in the direction of the other face- @ans the turn shown, bricks 20, of which. the refractory walls 19 are formed, are arranged on a field to provide a refractory wall having a thickness of 63.5 mm, the passages 21 extending from the outside to the internal face of the refractory wall.
It was found that a conventional brick 63.5 x 114.3 x 228.6 mm having 2.3 or 4 holes of 12.7 mm in diameter, in the dimension direction of 62.5 mm, on the half the thickness of the brick, or up to 85.4 to 31.75 mm from the inner face, ensures a sufficiently uniform distribution of the combustible gases along the entire inner face of the walls 19, and also avoids backflow. flame at oven temperatures above 1093 c.
To form each refractory wall 19 of the furnace, the bricks 20 are set together using a high temperature refractory cement in the conventional manner, the open ends of the passages 21 ending against the uncirculated walls 16 with the spaces 14, no mortar being placed between the bricks and the walls. The passages 21 formed in the bricks do not necessarily have to coincide with the holes 17 formed in the internal wall 16 of the furnace casing, since there is sufficient space for the passage of the combustible gases between the external faces of the walls. refractories and the internal walls 16 of the casing.
The refraotaire cement must penetrate into the bricks 50 sufficiently to provide a good bond and prevent any leakage of combustible gas through the joints, without filling the mass.
<Desc / Clms Page number 5>
trained. The parts of the walls of the tower which must be luminous refractory walls (in this case the rear, upper, side and lower walls * of the furnace) are lined with insulating, light refractory bricks; while the parts of the walls of the furnace which should not be luminous (in this case, the front wall of the furnace), are lined with refractory bricks or thick slabs.
Thick shrink bricks can be conventional in all respects and are made of a refractory clay which will withstand the operating temperature of the kiln. The front wall is preferably 114mm thick.
The internal wall 16 of each space 14 of the furnace casing has a series of holes 17 for the passage of combustible gases inside the furnace, the holes 17 being located only on the walls which must be the refractory walls. oven lights. The holes 17 are spaced apart to provide a sufficiently even distribution of the combustible gases along the outer surface of the refractory wall 19. It has been found that holes of a diameter of 25 mm, spaced 114 mm from center to center provide a sufficient distribution of fuel gases.
The refractory walls 19 are formed by light insulating refractory bricks which may have the form of conventional sized bricks 20, or the form of previously molded slabs. The refractory bricks which constitute the walls 19 are formed of a refractory ceramic material consisting mainly of silica and alumina, and they have a porosity of about 40% or more.
Bricks having a porosity of up to about 80% can be successfully used, the refractory bricks preferably being of the type made from a mixture of refractory clay and powdered or finely divided combustible materials, such as sawdust. , the material
<Desc / Clms Page number 6>
porous bricks excessively liable to interfere with the flow of gases through the bricks. In addition, the refractory cement must expand and contract with the wall of the furnace to keep the joints between the bricks tight 20.
During the operation of the furnace described above, a combustible mixture of gas is admitted into the spaces 14 of the casing 10 of the furnace by suitable junctions with the connections 15. The pressure maintained in the spaces can be close to 100 to 250 mm water height. Preferably, a certain excess of gas is spared relative to the air, in the combustible mixture, relative to the theoretically explosive mixture of gases.
The combustible gases burn on the internal surface of the refractory walls 19 by heating the surface of the walls with incandescence, and providing a very intense radiant heat. However, insulating refractory bricks are very poor conductors of heat and, moreover, the combustible gases flowing inward to the internal surface of the refractory walls, cool the inside of the latter while maintaining the surfaces. outer walls of the refractory at a relatively low temperature which is well below the ignition point of the gases, thereby preventing backfire and explosion of the gases. combustibles in spaces 14.
Such a furnace has an extremely high efficiency and its walls absorbing very little heat, the furnace being capable of being heated and cooled relatively quickly, since only a relatively small volume of briqaes is substantially heated.
An oven of this type can be heated to an operating temperature of 1538 C. in two and a half minutes.
<Desc / Clms Page number 7>
at 10 minutes.
If it is desired to operate the furnace intermittently or if the volume of fuel gases passing through the spaces 14 is significantly reduced, it is preferred to use a refractory wall which can be up to 228mm thick. In this case it may be advantageous that the holes 21 terminate at a greater distance from the internal surface of the refractory wall, so that the heating can be stopped entirely from time to time without risking that the heat of the furnace is conducted through. the refractory wall so as to cause a flashback or an explosion.
The furnace of the present invention can be stopped by first interrupting the supply of gaseous fuel, but continuing the supply of air to the furnace until the inner face of the refractory wall 19 has been sufficiently cooled. by the air / risk / which crosses it. Otherwise, there is some possibility that the entire refractory structure of the furnace is heated, which could give rise to warping or warping of the steel casing 10 of the furnace. However, if it is desired to maintain the furnace in a steady state for a certain period of time, without excessive cooling, it is possible to interrupt the supply of gaseous fuel and admit air into the spaces 14.
However, to prevent cooling of the interior of the furnace, air can be passed through the spaces 14 and released rather than being forced back through the refractory wall, for example by opening an exhaust valve ( not shown) formed in the spaces 14, to provide a current of air in these spaces to cool the outer surface only of the refractory wall 20.
<Desc / Clms Page number 8>
In the porous refractory wall described
EMI8.1
oi-Dessur, the main flow of fuel gases through the wall, is through the passages 21, then the veins diverge from the internal ends of these passages to the internal surface of the wall. Since the total cross-sectional area of the passages 21 constitutes a relatively small part of the total wall area (only about 2% in the preferred embodiment), gases enter the refractory wall at a relatively high velocity, by exerting the greatest cooling effect in the refractory material beyond the ends of the passages.
In order to achieve the necessary cooling effect. the total area of the passages 21 should not exceed approximately 5% of the total area of the refractory wall.
The tower wall construction of the present invention is generally applicable to furnaces of various types and for various purposes, in which a refractory wall furnace construction is advantageous.
CLAIMS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.