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procédé pour accroître la transmission de chaleur entre des gaz et des corps solides ou fondus.
Les connaissances théoriques acquises dans les der- niers tamps au sujet des lois de la transmission de la cha- leur entra les gaz et les corps solides ou fondus ontmontré que peur des températures supérieures à 500 C environnais particulièrement dans les zônes de tempérât ires dépassant en- viron 1000 C, l'action du rayonnement calorique des gaz pré- sente une importance considérable, et dans certains cas même une importance dominante par rapport à celle de la convection calorique, la seule qu'on avait l'habitude de prendre en con- sidération auparavant.
Cet effet de rayonnement diffère grandement suivant les diverses sortes de gaz et varie dans le même sens que
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le degré d'absorption des rayons caloriques propre aux gaz considérés, c'est-à-dire donc qu'il y a un rapport déterminé entre le rayonnement propre et le pouvoir d'absorption de la chaleur rayonnante d'un gaz.
Pariai les gaz qui absorbent le plus fortement les rayons caloriques on peut citer l'anhydride carbonique (002).
La vapeur d'eau (H20), l'oxyde de carbone (00) et les hydro- carbures peuvent également être considérés ccmme absorbant fortement les rayons caloriques, bien qu'à un degré moindre.
L'oxygène, l'azote, et l'air sont des gaz qui possèdent un pouvoir d'absorption de chaleur rayonnante ou un degré de rayonnement propre relativement très faible.
Le procédé suivant l'invention utilise les connaissan- ces ci-dessus mentionnées pour résoudre le problème de l'amélioration de la transmission de la chaleur entre des gaz et des corps solides ou fondus, qu'il s'agisse de dé- gagement ou d'absorption de chaleur par ces gaz. Le procédé consiste à augmenter dans les mélanges de gaz, qui compren- nant comme élément prédominant des gaz ayant un pouvoir d'absorption de la chaleurayonnante relativement faible, et par conséquent aussi un pouvoir de rayonnement relative- ment faible, la concentration en'matières présentant un pouvoir d'absorption de la chaleur rayonnante plus élevé.
Pour réaliser cette condition, il existe en pratique un certain nombre de moyens différents. On peut par exemple ajouter artificiellement à de semblables mélanges gazeux des gaz tels que ceux mentionnés ci-dessus, qui possèdent un pouvoir élevé d'absorption de la chaleur rayonnante, si possible à. l'état concentré.
Dans les mélanges gazeux,tels que l'air, qui sont composés presque exclusivement de par-
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Houles de gaz ayant un très faible pouvoir d'absorption de la chaleur rayonnante, il suffit déjà. dans certaines circons- tances, par exemple,, d'une addition de quelques millièmes ou de quelques centièmes d'anhydride carbonique et d'addi- tions semblables de vapeur d'eau pour augmenter notablement le rayonnement, du moins dans les zones de températures élevées et améliorer ainsi la transmission de la chaleur qui
4utreiaent ne pourrait se faire essentiellement que par convection, par l'adjonction du rayonnement.
Dans les foyers industriels, qui constituent le champ d'application principal de l'invention, où les gaz de combus- tion se comportent comme émetteurs de chaleur, comportant déjà. en dehors de leur teneur principale envoie une cer- taine quantité d'anhydride carbonique et de vapeur d'eau comme produits de combustion, on peut renforcer considera- blement la concentration de ces constituants avantageux pour le rayonnement, par certaines modifications dans la conduite du foyer, par exemple en employant en supplément un combustible spécialement choisi, ou encore en procédant d'une autre manière.
Les différents exemples d'exécution exposés ci-dessous permettront de se rendre mieux compte des différentes façons de procéder, EXEMPLE. -1. - soit ,;..,;.= une chaudière à tube-foyer (Chaudière de Cornouailles) chauffée au charbon pulvérisé, dans laquelle la combustion se faitode la manière connue dans une chambre de combustion établie devant la face antérieure de la chau- dière, tandis que les gaz de la combustion s'échappent à haute température de cette chambre pour pénétrer dans le tube de la chaudière.
Dans les ccnditions moyennes, ces gaz de combustion renfermant environ 15% d'anhydride carbo-
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nique et 6% de vapeur d'eau, deux gaz possédant un grand pouvoir rayonnant, et, pour le surplus, principalement de l'azote et de faibles proportions d'oxygène non brûlés, qui axe présentent tpus deux qu'un très faible pouvoir rayonnant.
Pour renforcer la rayonnement et par suite la transmission de chaleur,. on insuffle suivant l'invention, derrière le point d'entrée des gaz de la combustion dans le tube-foyer, de la vapeur d'eau qui peut être avantageusement surchauffée dans la maçonnerie chaude du foyer pour empêcher un refroidis- sement inopportun.
En ce point d'entrée de la vapeur d'eau, la combustion est pratiquement terminée déjà., de sorte que la vapeur ne peut plus produire d'action retardatrice sur la combustion. Si la quantité de vapeur d'eau ajoutée équivaut à 8% par exemple de la masse des gaz de combustion, ce qui n'est pas encore suffisant pour exercer una action perturba- trice appréciable, on peut obtenir, dans les zones de tempé- 'ratures les plus élevées, un accroissement de la transmission de chaleur par augmentation du rayonnement atteignant 20% d'après certaines évalutations, et dans les zones de tempé- ratures plus basses, un accroissement plus faible, mais néanmoins encore toujours appréciable.
Naturellement, ce sont précisément les accroissement dans les zones de tempé- ratures, élevées qui sont les plus opportuns, car par suite de la, grande différence de températures entre les gaz de combustion et la surface de chauffe, le pouvoir de vaporisa- tion par unité de surface de la surface de chauffe y est de loin le plus élevé.
EXEMPLE.-2.- Soit une chaudière à vapeur à tuba-foyer chauf- fée normalement au moyen de gaz de fours à coke, c'est-à- dire un gaz.relativement riche en hydrogène et pauvre en carbone. Les produits de la combustion d'un tel gaz contiennent
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da l'anhydride carbonique et de la, vapeur d'eau, c'est-à- dira des éléments de grand pouvoir rayonnant, à un degré de concentration d'environ 6% en 002 et 17% en H20. Pour aug- menter suivant l'invention la concentration des gaz de com- bustion an anhydride carbonique, constituant l'élément ayant de beaucoup la plus grand pouvoir rayonnant, on emploie un chauffage supplémentaire à la poussière de poix.
La poix de goudron de houille contient en prédominance clos hy- drocarbures aromatiques qui se caractérisant chimiquement par une teneur raisativement élevée en carbone et renferment en outre un pourcentage important de carbone libre sous forme de poussière, Les gaz de combustion de catta poussière de poix présentent, d'autant plus que dans ce combustible, les éléments inertes font pour ainsi''dire défaut, une concentra- tion relativement élevée en anhydride carbonique, de même qu'en vapeur d'eau,, On peut estimer en moyenne leur concentra- tion en CO2 à environ 16%, et en H2O à 7%.
Il est eviaent que par l'adjonction alun tel chauffage à la poussière de poix, on peut, même si sa part de pouvoir calorifique est considérablement inférieure à celle du chauffage normale à gaz de fours à coke, obtenir des augmentations sensioles de la concentration en anhydride carbonique dans les gaz de combustion. Il en résulte un accroissement du rayonnement et par conséquent de la transmission de chaleur par unité de surface de la surface de chauffe.
A ce résultat vient encore s'ajouter opprotunément l'avantage que la carbone solide existant dans les gaz de combustion à l'état incandescent,dont le pourcentage est augmenté par le mode de chauffage décrit présenta déjà-, comme on sait, par lui-même, un très haut pou- voir de rayonnement.
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EXEMPLE.-3.- soit une batterie de fours à coke à régénéra- tien chauffée de la manière, usuelle par son propre gaz de cokéfaction avec préchauffage élevé de l'air de combustion dans des régénérateurs. Dans les fours à coke récents à grand rendement, qui sont chauffes par des flânes ou des gaz de combustion à températures élevées, 1400 C et davantage, on peut affirmer que du côté de l'entrée des gaz brûlés dans les régénérateurs, des températures maxima de 1300 C pour les em- pilage!.' de briquas et de 1200 C pour l'air préchauffé qui s'en échappe, ne sont guère exceptionnelles.
En vue d'appliquer l'invention à ces fours, on ajoute l'air nécessaire à. la combustion un pourcentage modéré d'anhydride carbonique aussi concentré que possible et é- ventueellement aussi de la vapeur d'eau. On peut obtenir cet anhydride carbonique concentré dans les Installations de récupérations auxiliaires des fours à coke par l'em- pilo de certains procédés d'épuration des gaz de distilla- tion, dans lesquels l'anhydride carbonique est éliminé des gaz de distillation et isolé en même temps que certains éléments utiles.
On admet que de cette manière la concentra- tion de liair de combustion en anhydride carbonique, qui ne s'élève normalement comme on sait qu'à 0,03% seulement,monte à 1%, et la teneur de l'air de combustion en vapeur d'eau qui peut être estimée normalement à 1% environ, s'élève à 3%.
On peut alors, par des calculs théoriques, établir que p ar l'adjonction du rayonnement, la transmission de chaleur des empilages de briques à haute température du régénérateur à l'air du coté de l'extrémité chaude du régénérateur, où règnent les températures de 1300 et 1200 C mentionnées ci- dessus, est à peu près triplée, et que dans les zones où
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règnent una température d'environ 800 à 700 C, elle équivaut encore à environ une fois endémie enccre la valeur de la transmission de chaleur obtenue ordinairement, en majeure partie par confection.
Le rendement du régénérateur ast alibi augmenta c'est-à-dire qua l'air est chauffe plus forte- ment ou que las dimensions nécessaires de la chaire du régénérateur peuvent être réduites.
Du fait que l'air nécessaire à la combustion constitue de loin l'élément prédominant des matières entretenant la combustion et que le gaz de four à coke très riche en hydre- gène qu'on a choisi comme gaz de chauffe ne produit comme on sait (voir à ce sujet l'exemple 2 ci-dessus) que des concen- trations relativement falotes en anhydride carbonique dans les produits de combustion, l'augmentation de la concentra- tion en anhydride carbonique notamment, par addition arti- ficielle à l'air de combustion, se remarque aussi d'une façon sensible dans ces produits de combustion.
On peut donc s'at- tendre aussi à un accroissement de la transmission de chaleur par suite du meilleur rayonnement de l'anhydride carbonique, dans les carneaux *de chauffage du four à coke, et même, fina- lement, dans la partie chaude du régénérateur, dont on pro- voque le chauffage an y faisant passer la totalité des gaz de combustion venant des dits carneaux de chauffage des fours à coke.
Le fonctionnement du four est donc amélioré dans toutes ses parties par l'accroissement de la transmission (le chaleur,
Las exemples qui précèdent ont déjà. montré que dans certaines circonstances il peut être avantageux d'ajouter les substances augmentant la pouvoir de rayonnement, et d'une façon générale, d'effectuer le changement de composition des @
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;gaz transmettant la chaleur, en un point 'bien déterminé de l'installation. Une condition qui peut être décisive à ce peint de vue réside dans la grande dépendance:, mentionnée au début de ce mémoire entre 1. effet de rayonnement et l'élé- vation de la température.
Cette élévation de la température Varie dans chaque installation de transmission de chaleur, suivant les différents endroits ou les différentes zones de -l'installation. Il en résulte, par exemple, la possibilité d'appliquer le procédé suivant l'invention ades zones de températures avantageuses déterminées, par un choix appro- prié de l'endroit.
REVENDICATIONS.
1.-,Procède pour accroîtra la transmission de chaleur entre des gaz et des corps solides ou fondus, caractérisé en ce que l'on augmente la concentration des gaz en éléments ayant un pouvoir d'absorption de chaleur rayonnante relati- vement élevé, tels que l'anhydride carbonique, la vapeur d'eau, l'oxyde de carbone, les hydrocarbures.