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Four à coopération de chaleurpar inversion. -
Cette invention a pour objet un four à récupération de chaleur par inversion.
Les fours industriels à récupération de chaleur par inversion, comportent généralement comme le montre sché- matiquement Fig. l, un four proprement dit 1, comportant à ses deux extrémités opposées des orifices 2, 3 auxquels aboutissent respectivement des conduits de combustible 4,5 ainsi que des conduits d'arrivée d'air 6, 7.
Les conduits de combustible 4, 5 sont relies à un collecteur d'alimentation commun muni d'un robinet à trois voies 8, et les conduite d'arrivée d'air 6, 7 sont en
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communication respectivement avec des chambres de récupération 9, 10 pouvant être mises en communication elles-mêmes par un inverseur 11, soit avec la cheminée 12, soit avec une canalisation d'arrivée d'air 13.
Dans la position des organes indiquée en Fig. 1, l'alimentation en combustible et en air se fait par les conduits 4, 6 à l'orifice 2 formant brûleur, la flamme se développe dans le laboratoire du four suivant la flèche en traits pleine; les produits de la combustion à haute température ou fumées sont évacués par l'orifice 3 dans la chambre de récupération 10 où ils se refroidissent en cédant leurs calories aux empilages contenus dans cette chambre. Les gaz refroidis sont évacués ensuite vers la cheminée 12 par la vanne inverseuse 11.
On change périodiquement la position de l'inverseur 11 et du robinet à trois voies 8 pour envoyer le combustible et l'air par l'orifice 3, les résidus de la combustion étant alors envoyés dans la chambre 9: l'air atmosphérique entrant par le canal 13 est envoyé par l'inverseur 11 qui occupe la position indiquée en pointillé en Fig. 1 dans le récupérateur 10 où il s'échauffe avant d'arriver au brûleur 3.
Fig. 2 montre schématiquement la disposition utilisée lorsqu'on veut effectuer la récupération de chaleur non seulement sur l'air comme en Fig. 1, mais aussi sur le combustible.
Dans ce cas, en plus des chambres 9, 10 ménagées sur les conduits d'air, la disposition comporte des chambres de récupération 14, 15 aboutissant à une vanne inverseuse 16 pouvant mettre les conduits de combustible 4, 5 en communication soit avec la cheminée 12, soit avec une source de gaz combustible telle que 17 qui peut être, par exemple un gazogène.
Une telle disposition présente, toutefois, les inconvénients qui peuvent être résumes comme suit : ,
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1. Par son prinoipe même, ce mode de chauffage exi- ge que les sections des brûleurs 2, 3 soient rigoureusement identiques, alors que ces sections devraient être modifiées suivant que les ouvertures fonctionnent comme brûleurs ou com- me orifices d'évacuation, puisque les volumes de gaz qui les traversent ne sont pas les mêmes; on adopte une section moyen- ne qui constitue un étranglement du passage des fumées ou . produits de la combustion allant vers les chambres de récupé- ration.
2. Les chambres de récupération constituent pour les fumées un dostacle: au bout d'un certain temps de fonctionne- ment il s'y dépose des poussières et il s'y forme des scorifi- cations qui diminuent progressivement les sections de passa- ge des gaz.
3. Les vannes d'inversion sont dea organes délicats qui produisent un étranglement au passage des gaz et qui présen- tent souvent des défauts d'étanchéité*
4. La récupération des chaleurs est incomplète: on perd encore des calories dans les carneaux tels que 18 qui re- lient les inverseurs avec la cheminée 12 et qui présentent parfois une grande longueur.
On est ainsi amené à donner une grande hauteur à la cheminée 12 pour obtenir la dépression on tarage pour que les fumées puissent vaincre les pertes de charge du circuit.
Le fonctionnement du four devient de plus en plus défectueux à mesure que les empilages des chambres de récupération s'obs- truent,
Le dispositif d'après l'invention, qui remédie à ces inconvénients comporte en combinaison avec un four à récupération et des chambres d'empilage.' placées soit uniquement sur le circuit d'alimentation d'air, soit à la fois sur le
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circuit d'alimentation d'air et sur le circuit d'alimentation de combustible, des ventilateurs inverseurs convenablement conjugués ou non, dans le but d'assurer, d'une part, un meilleur réchauffage des éléments entrant dans la composition du mélange combustible envoyé au four et, d'autre part,
de surmonter les résistances que présentent au passage des fluides les étranglements des brûleurs ainsi que les empilages réfractaires des chambres de récupération.
Dans le dessin annexé qui représente schématiquement à titre d'exemple de réalisation de l'invention des formes d'exécution de four muni du dispositif d'après cette invention :
Figs. 1 et 2 sont des vues explicatives montrant les dispositions actuellement utilisées,
Fig. 3 est un schéma d'un four muni du dispositif d'après l'invention,
Fig. 4 est une variante partielle de Fig. 3,
Fig. 5 est un détail à plus grande échelle du dispositif de commande d'inversion de Fig. 4,
Fig. 6 montre l'application du dispositif de Fig. 3 à la récupération aussi bien sur l'air que sur le combustible,
Fig. 7 montre un dispositif de réglage de la circulation des fluides dans les carneaux.
Dans la forme d'exécution de Fig. 3, le four 1 comporte de même qu'en Fig. 1, des orifices 2, 3 alimentés par des conduite de combustible 4, 5 munis d'un robinet à trois voies 8, ainsi que par des conduits d'arrivée d'air 6, 7 traversant des récupérateurs 9, 10.
D'après l'invention, les chambres de récupération 9,10 sont reliées respectivement aux cheminées 19, 20 par des carneaux 21, 22 dans lesquels sont ménagés des ventilateurs réversibles 23, 24 qui peuvent être commandés directement,
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respectivement par des moteurs 25, 26 tels, par exemple que des moteurs électriques.
Les ventilateurs réversibles sont, par exemple des ventilateurs hélicoïdes, dont il suffit d'inverser le sens de rotation pour inverser le sens de refoulement.
Lorsque lea circulation des fluides pour le chauffage du four 1 a lieu suivant les flèches marquées en traits pleins en Fig.3, le ventilateur 23 aspire de l'air par la cheminée 19 et le refoule dans l'orifice 2 du four par la chambre de récupération 9 et le conduit 6.
Le ventilateur 24 aspire par le carneau. 22 les fumées ou produits de la combustion de la chambre 10 pour les refou- ler dans la cheminée 20.
Au bout d'un certain temps de fonctionnement, on inverse simultanément le sens de rotation des moteurs 25, 26 qui commandent les ventilateurs 23, 24, et la circulation des fluides dans le circuit s'établit alors suivant les flèches indiquées en pointillé en Fig. 3,
On voit que l'inversion, s'opère très facilement par la simple manoeuvre d'un commutateur et que l'air destiné à .la combustion est obligé de traverser une cheminée et le car- neau correspondant avant de se rendre à l'organe d'inversion, de sorte que le rendement calorifique est considérablement amélioré.
L'organe d'inversion est très simple et la fait de souffler l'air et d'aspirer les fumées permet de surmonter les résistances que présentent au passage des fluides les étranglements des brûleurs 2, 3 ainsi que les empilages ré- fraotaires des chambres 9, 10, La hauteur des cheminées n'est plus commandée par les nécessités de tirage, de sorte que cette hauteur peut être considérablement réduite.
La récupération de chaleur étant effectuée non seule-
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ment dans les chambres 9,10, mais encore dans les cheminées 19, 20 et les carneaux correspondants, on obtient une température plus élevée pour l'air de combustion, c@qui permet d'établir le four avec des chambres plus petites. Il est enfin possible de faire varier la vitesse des ventilateurs 23, 24, ce qui donne une grande souplesse de marche et permet d'assu- rer un fonctionnement satisfaisant, même lorsque les empilages commencent à être obstrués, en augmentant sensiblement la vitesse des ventilateurs.
Au lieu de disposer deux cheminées telles que 19, 20 de Fig. 3, on pourrait aussi ménager,comme le montre Fig. 4, une cheminée unique 27 divisée en deux conduite indépendants, par une cloison 28. Dans ce cas, les deux ventilateurs 29, 30 placés dans les conduits 31, 32 pourront comme on le voit plus particulièrement en Fig. 5, être montés sur un arbre commun 33 commandé directement, soit par l'intermédiaire d'une transmission par exemple à courroie telle que 34, soit par un moteur commun 35.
La cloison 28 de la cheminée 37 pourra être établie en métal en favorisant encore les échanges de température, cette cloison étant constamment chauffée par les fluides qui la lèchent sur l'une ou l'autre face, L'inversion du sens de circulation sera réalisée, dans ce cas, par la simple inversion du sens de rotation du moteur 35. Cette inversion pourra être obtenue par un commutateur qui pourra agir simultanément, par exemple sur des valves électro-magnétiques envoyant le combustible automatiquement vers le brûleur 2 ou vers le brûleur, 3, suivant le sens de circulation de l'air.
On peut, bien entendu, d'ailleurs, dans le cas de oarneaux de grande longueur, supprimer les empilages contenus dans les chambres 9, 10, les récupérateurs étant constitués par la masse de ces carneaux.
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Fig. 6 montre une variante de Fig. 3 pour l'application de l'invention au cas oh l'on désire effectuer la récupération à la fois sur l'air et sur le combustible: la disposition de réchauffage de l'air de combustion étant identique à celle indiquée en Fige. 3 à 5, on pourrait disposer, sur les conduits de combustible 4,5 des chambres de récupération 14, 15 telles que celles indiquées en Fig. 2 avec un inverseur 16, mais en reliant, toutefois, cet inverseur par un conduit 36 à une cheminée 37 disposée à l'intérieur de la cheminée 27; les gaz qui s'échappent par cette cheminée 37 contribuent à assurer le réchauffage de l'air aspiré par l'un ou l'autre des ventilateurs 29, 30. Cette cheminée auxiliaire 37 pourrait, de préférence, être plus élevée que la cheminée principale 27.
Dans les deux formes d'exécution, les ventilateurs réversibles tournent à la même vitesse et si les fluides sont sensiblement 4 la même température ils produisent la même dépresaion. D'autre part, le volume des fumées que doit évacuer l' un des ventilateurs est supérieur ? volume d'air que doit aspirer l'autre ventilateur ; il semblerait en résulter une disproportion entre les débits théoriquement nécessaires pour obtenir une bonne combustion et les débita donnés par,les ventilateurs tels que 29, 30.
Or, il faut tenir compte de ce que les cheminées telles que 27 sont parcourues par des fluides chauds dans lesquels la différence de densité par rapport à l'atmosphère, produit dans chacun des compartiments de la cheminée une pression motrice ou tirage qui vient s'ajouter à celle donnée par un des ventilateurs et se retrancher de celle donnée par le ventilateur conjugué, en réalisant ainsi une compensation.
Toutefois, pour assurer l'équilibrage des circuits
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d'air et de fumées, on dispose en un point approprié du circuit gazeux, par exemple sur les carneaux 38,39 qui relient les ventilateurs aux cheminées correspondantes, un dispositif d'équilibrage indiqué schématiquement en Fig. 7 et comportant chacun un cadre 40 muni d'une tige de manoeuvre 41 permettant de le soulever ou de l'abaisser et comportant des volets ou persiennes 42 articulés chacun sur un axe horizontal 43. Ces volets convenablement légers peuvent être partiellement équilibres de façon à, occuper une position sensiblement verticale en atmosphère calme.
Si l'on manoeuvre ainsi le registre ainsi constitué pour le faire pénétrer dans son conduit 38 ou 39 dans le quel les gaz chauds circulent dans le sens de la flèche en traits pleins, lesdits volets n'offrent au passage des gaz chauds qu'une résistance très faible en prenant une position sensiblement horizontale indiquée en Fig.7.
Au contraire, lorsque le courant gazeux s'établit en sens inverse, c'est-à-dire dans le sens de la flèche pointillée dans le cas d'air envoyé au four, les volets 42 s'appliquent les uns contre les autres en constituant un obstacle au passage de cet air. On conçoit ainsi qu'il est possible, en baissant plus ou moins le cadre 40 constituant registre, de régler le fonctionnement du four en réalisant dans ce four une bonne combustion sans excès d'air, quel que soit le sens de rotation des ventilateurs.
On pourrait, bien entendu, monter sur les ventilateurs des moteurs à vitesse convenablement variable, ou les munir de dispositifs de transmission variable permettant de modifier la vitesse des ventilateurs suivant les besoins, par exemple suivant le degré d'encrassement des empilages des chambres de récupération.
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L'invention s'applique pour toutes les installations de chauffage à récupération de chaleur des produits à combustion,
REVENDICATIONS
1. Four à récupération de chaleur par inversion, caractérisé parla combinaison avec un four à récupération et des chambres d'empilage placées soit uniquement sur le circuit d'alimentation d'air, soit à la fois sur le circuit d'alimentation d'air et sur le circuit d'alimentation de combustible, de ventilateurs inverseurs convenablement conjuguésou non, dansle but d'assurer, d'une part, un meilleur réchauffage des éléments entrant dans la composition du mélange combustible envoyé au four et, d'autre part,
de surmonter les résistances que présentent au passage des fluides les étranglements des brûleurs ainsi que les empilages réfrac- taires des chambres de récupération.