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PROCEDE DE CHAUFFAGE DE CANAUX DE CHAUFFE EN PARTICULIER DE TUBES A FLAMMES, EN UTILISANT DES CORPS INCORPORES.
L'invention a pour but un procédé de chauffage de canaux de chauffe,\) en particulier de tubes à flammes, 'en utilisant des corps incorporés. Ces corps incorporés servent de corps de rayonnement lorsqu'ils sont chauffés. L'invention a pour but un perfectionnement des dispositifs antérieurs, avant tout au point de vue de la transmission de chaleur,de la diminution des durées d'échauffement et des condensations indésirables et en outre une diminution du refroidissement des parois des tubes et canaux lors de 1-'arrêt du chauffage,\) et par conséquent des pertes pendant les arrêts.
Il est connu d'incorporer dans des tubes à flammes et canaux de chauffe de chaudières bouilleurs fours, etc. servant au chauffage au moyen de combustibles solides,, liquides et gazeux, des corps réfractaires, qui sont entourés et traversés par les gaz de flammes et sont chauffés et servent à l'état chaud de corps de rayonnement,, en partie également d'accu= mulateurs de chaleur. La surface des corps incorporés fortement chauffés par les gaz de flammes accélère la combustion des gaz et permet l'oxydation complète des gaz combustibles sans excès d'air.
Dans les construc- tions connuesles corps incorporés sont disposés soit sans méthodes en quantité trop faible ou trop grande, soit également avec méthode de manière à obtenir une transmission de chaleur maximum par rayonnement et plus faible par conduction et convection. Une transmission de chaleur par convection s'obtient principalement, dans les types de construction connus, en premier lieu dans des conduites à gaz de chauffage placées en queue.
L'échauffement des corps incorporés et la, transmission de chaleur uniquement par rayonnement produisent certes à l'état de régime un rendement calorifique élevé, mais ils ont pour conséquence de longues durées d'échauffement et des pertes de chaleur à l'arrêt. Dans ces dispositifs connus on est parti du fait exact en soi que par rayonnement de chaleur, des quantités de chaleur notablement plus élevées ne peuvent être transmises que par conduction et convection. Mais cela nécessite que les corps in-
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corporés soient chauffés aux températures nécessaires à l'obtention d'un rayonnement notable, ce qui suppose de nouveau l'existence des tempéra- tures élevées correspondantes.
La transmission de chaleur par conduction dépend, comme on le sait, de la vitesse des gaz, et augmente avec elle.
Dans le cas de corps incorporés disposés sans méthode, il se produit bien une turbulence des gaz de chauffage favorable en soi, mais il se produit de grandes résistances.,qui aboutissent à des pertes de tirage exagérément élevéeso En outre, dans le cas de petits corps se présente le danger du frittage des corps individuels et par conséquent la diminution et l'obstrua- tion de la section du gaz.
En outre, un rôle important est joué, dans le cas d'incorporations sans méthode, ou également dans le cas d'incorporatiôn avec méthode sans guidage approprié des gaz, par le comportement dit "en bordure" du courant de gaz Les principaux inconvénients du comportement en bordure sont les suivants : 1 - un faible rendement calorifique par - suite d'un trop grand refroidissement des filets de courants qui se déplacent le long des bords; 2 - la formation d'eau de condensation par suite du dépassement du point de rosée le long de la paroi froide.
Ce danger de formation d'eau de condensation est particulièrement grand quand on utilise des gaz de combustion ayant une haute teneur en vapeur d'eau, tels qu'ils se produisent lors de la combustion de nombreux gaz frais, comme par exemple le gaz de gazogène,le gaz de fours à coke, le gaz à l'eau, etc.,, également lors de l'emploi de charbons bruts de mine humides, et de la combustion de' combustibles secs au moyen d'un injecteur à vapeur ou d'air de combustion humide, ainsi que lors de la pulvérisation d'un combustible par un jet de vapeuro La formation d'eau de condensation devient particulièrement frappante et nuisible dans des tubes à flammes et canaux de chauffe dans le cas de conduites de gaz montan- tes ou descendantes dans des fours, chaudièresbouilleurs,, etc.
Il résul- te inévitablement de la formation d'eaux de condensation un important dan- ger de corrosiono
Suivant la présente invention, le courant de gaz de chauffa- ge est subdivisé en un courant principal et un courant secondaire, et le courant principal passe ensuite à travers une conduite à gaz de' chauffage principale médiane,, et le courant secondaire, par une conduite annulaire extérieure, puis ils sont à nouveau mélangés l'un à l'autre sur leur par- cours.
On obtient ce résultat du fait qu'on dispose les corps incorporés qui remplissent approximativement la totalité du canal de chauffage suivant sa longueur de manière à former un canal à gaz de chauffage principal médian et un canal de chauffage étroit., annulaire, et que des communi- cations sont prévues du centre vers l'extérieur et inversement. Le courant de gaz de chauffage est donc d'abord subdivisé une fois en deux courants de gaz,, un courant principal et un courant secondaire2 qui s'écou- lent tous deux l'un à côté de l'autre dans la même direction. Le courant principal traverse les corps incorporés ou leurs espaces creux de façon connueet ceux-ci;, à l'état échauffée cèdent leur chaleur aux surfaces de chauffe par rayonnement.
A côté de cela, le courant secondaire transmet sa chaleur aux surfaces de chauffe par convection,!} ce qui assure une transmission de chaleur plus rapide et permet des durées d'échauffement courtes. Les conditions de température dans de tels canaux de gaz sont en effet telles qu'un rôle important échoit encore effectivement à la transmission de chaleur par convection. L'action favorable du courant secondaire est favorisée par les remous apparaissant à l'entrée et par la turbulence qui s'en suit. Déjà pour de courtes longueur du canal annulaire, le courant secondaire se refroidit notablement.9 et il se forme rapidement de l'eau de condensation sur la surface de chauffe froide,, par exemple dans le cas d'alimentation d'eau fraîche d'une chaudière., de bouilleurs, etc.
Suivant 1-*invention, on évite ce phénomène en réintroduisant à nouveau le courant secondaire détourné dans le courant principal après de petits trajets, et on.ramène ensuite un nouveau courant secondaire plus chaud sur les surfaces de chauffe. Cette introduction du courant secondaire dans le courant principal et le retour d'un. nouveau courant secon-
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daire chaud vers les surfaces de chauffe peuvent s'effectuer de façon répétée suivant les conditions existantes. La chaleur contenue des gaz chauds est de cette manière utilisée au maximum et est transmise aux surfaces de chauffe.
Le tube à flammes ou le canal de chauffage peuvent par conséquent être maintenus très courts. Si, contrairement au procédé de guidage des gaz de flammes conformément à l'invention, on applique par exemple une disposition uniforme de corps de rayonnements identiques ou qu'on réalise une séparation complète de la.
surface de chauffe et du courant de gaz par des incorporations de briques de chamotte et par conséquent par suppression d'une transmission de chaleur par convection, et on ne ramène pas de façon répétée les gaz de flamme sur les surfaces de chauffe, le rendement spécifique des surfaces de chauffe-devient notablement plus faible, c'est-à-dire qu'un tube à flammes ou canal de chauffage doit être construit beaucoup plus longo Suivant la présente invention,\) la tempéra- ture du gaz lui-même, même en cas d'absorption de chaleur élevée, par exemple sur des surfaces de chauffe froides lors de l'échauffement;) demeure suffisamment élevée au-dessus du point de rosée, pour qu'il ne se produise pas d'eau de condensation.
On prévoit avantageusement des corps de guidage et de détournement spéciaux, qui favorisent le partage du courant de gaz de chauffage en un courant principal et- un courant secondaire, l'introduction du courant secondaire dans le courant principal et le détournement d'un nouveau courant secondaire.
Le dispositif est en outre avantageusement conçu de manière que les communications dans les corps incorporés soient construites sous forme de canaux d'étranglement. Par ces étranglements, on aboutit à ce queen cas d'arrêt du feu, la petite quantité d'air parcourant encore les canaux de gaz de chauffage par suite de l'action de la cheminée;) ne suit que le trajet du courant principal, tandis que l'air demeure immobile sur le trajet du courant secondaire: et on arrive ainsi à une diminution des pertes par refroidissement. En cas d'arrêt, donc suppression du feu, il n'apparaît, au lieu d'une grande quantité de gaz formant des courants principal et secondaire et un écoulement turbulent qu'un courant principal à faible débit d'air et à écoulement principalement lamellaire.
Le trajet du courant secondaire n'est par conséquent pas influencé. Dans des bouilleurs verticaux et des chaudières à tirage forcé, ceci signifie un perfectionnement particulier au point de vue du refroidissement très nuisible du contenu d'eau du coté des surfaces de chauffe. Ces appareils perdent comme on le sait des quantités importantes de chaleur à 1-'arrêt,, malgré l'application des meilleurs isolants extérieurs.
Suivant la présente invention, les surfaces de chauffe sont cependant toujours pratiquement isolées du courant d'air aspiré par l'action de la cheminée parce que dans ce cas l'air du courant secondaire emprisonné comme dans une espèce de chambre reste immobile et le courant principal seul traverse l'intérieur des corps de guidage sans venir au contact des surfaces de chauffe.
Sur le dessin,on représente l'invention suivant plusieurs exemples de constructions, comprenant une chaudière à tubes à flammes horizontale et une chaudière verticale, ainsi qu'une chaudière à eau chaude verticale.
La, figure 1 représente une coupe longitudinale à travers une chaudière à tubes à flammes horizontale.
Les figures 2 - 5 représentent des corps de guidage et de détournement pour cette chaudière et parmi elles,
La figure 2 représente un corps de guidage en coupe longitudinale suivant la ligne III-III de la figure 3;
La figure 3 représente le même corps de guidage en coupe;
La figure 4 est une coupe à travers le corps de détournement
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suivant la ligne V-V de la figure 5;
La figure 5 représente le corps de détournement en plan;
La figure 6 est une coupe longitudinale à travers la chaudière à tubes à flammes verticale.
Les figures 7-12 représentent des corps de guidage et de détournement de la chaudière à tubes à flammes verticale, les figures 7, 9 et 11 étant des vues en élévation latérale, et les figures 8. 10 et 12 des vues en plan.,
La figure 13 représente la chaudière à eau chaude en coupe longitudinale
La chaudière à tubes de flammes suivant la figure 1 consiste de façon connue en un tube à flamme 1 et un réservoir d'eau 2. Le tube à flamme est chauffé par les brûleurs à gaz 3., auxquels le gaz est alimenté par la conduite 40 Dans le tube à flammes sont incorporés des corps réfractaires., qui sont chauffés par les gaz des flammeso Ces corps incorporés consistent, suivant les figures 2-5 en corps de guidage et de détournement particuliers.
Les corps de guidage 5 ont une forme cylindrique, et consistent soit en un corps creux soit en plusieurs cylindres creux insérés les uns dans les autres, en laissant entre eux des espaces creux li- breso Le cylindre extérieur 6 laisse libre entre lui et la paroi du tu- be à flammes un canal de forme annulaire 7, qui est parcouru par un courant secondaire des gaz chauds,, tandis que le courant principal s'écoule par l'espace creux ou les espaces creux du corps de guidage 5.
Derrière le corps de guidage 5, on place un corps de détournement 8, qui consiste en un disque annulaire qui est fixé à la paroi du tube à flamme Les gaz chauds sortant du corps de guidage 5, provenant aussi bien du courant principal que du courant secondaires sont obligés de passer ensemble à travers l'ouverture 9 du disque annulaire 8, de sorte que le courant secon- daire se mélange au courant principale est remué et réchauffé. Les flèches des dessins indiquent ce trajet des gaz. Derrière ce corps de détournement 8 se trouve un second corps de guidage 10 construit de la même manière que le corps de guidage 5 Les gaz de chauffage sortant du corps de détournement 8 sont à nouveau séparés en deux courants secondaires par ce corps de guidage 10.
Le courant principal passe par les espaces creux 11 de ce corps de guidage 10, tandis que le courant secondaire s'écoule à travers le canal annulaire formé entre ,la paroi extérieure du corps de guidage 10 et la surface de chauffe 12. Derrière ce corps de guidage 10 est placé un autre disque annulaire 13, construit de la même manière que le disque annulaire 8, et qui produit comme ce disque annulaire.\) le détournement et le mélange des gaz chauds.
Derrière ce disque annulaire 13, on peut placer un autre corps de guidage 14, construit de la même manière que les corps de gui- dage précédents 6 et 10. A ce corps de guidage 14, peut s'adjoindre un autre corps de détournement 15 et ainsi de suite suivant les cas., comme l'exigent les conditions existant dans chaque cas particulier pour obte- ni!' le mode d'action le plus favorableo La distance nécessaire entre les corps de guidage et les corps de détournement est réglée par les becs d'écartement 16, qui se'placent des deux cotés des corps de détournement 8, ou 13 ou 15.
La construction de la chaudière à tubes de flammes vertica- le suivant la figure 6 est essentiellement la même que celle de la chau- dière à tube de flammes horizontale qui vient dtre décrite. La chaudière comprend le tube à flammes 17 et le réservoir d'eau 18. Dans le tube à flammes 17 sont incorporés les corps réfractaires chauffés par les gaz des flammeset comme dans l'exemple de construction précédent, un
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un corps de guidage 19 alterne chaque fois avec un corps de détournement 20, et ils produisent dans ce cas une action analogue à la précédente.
A l'extrémité inférieure de la chaudière, c'est-à-dire à l'entrée des gaz de flammes, se trouve un corps obturateur particulier 21 suivi de deux ' corps de guidage 19. Suivent ensuite,, alternativement l'un après 1-'autre., chaque fois un corps de détournement 20 et un corps de guidage 19. Les corps de guidage 19 effectuent la, séparation des gaz de chauffage en un courant principal qui traverse les espaces creux des corps de guidage 19, et un courant secondaire,\) qui s'écoule le long du canal annulaire 22 existant entre le manteau extérieur du corps de guidage 19 et la surface de chauffe.
Ce courant secondaire est chaque fois détourné vers le centre par les corps de détournement 20 et ramené dans le courant principale y est mélangé et échauffé, puis le corps de guidage suivant 19 sépare à nouveau le courant de gaz de chauffage en un-courant principal et un courant secondaire. Les flèches représentées sur la figure 6 représentent ce trajet du courant de gaz de chauffage. Les corps de guidage 19 consistent dans ce cas en un cylindre creux, muni,à sa périphérie extérieure de nervures longitudinales 23, qui maintiennent entre les corps de guidage 19 et la surface de chauffe un écart formant le canal annulaire 22 pour le courant secondaire.
Les corps de détournement 20 sont des disques annulaires munis de nervures transversales 24, qui favorisent le tourbillonnement et le mélange du courant principal au courant secondaireo Le diamètre du manteau extérieur du corps de guidage 19 est plus petit,que le diamètre de la anneau intérieur des corps de détournement 20, de manière que le courant secondaire puisse passer du canal annulaire dans les corps de détournement et que de celui-ci, un nouveau courant secondaire puisse à nouveau passer dans le canal annulaire suivante Le corps obturateur 21 qui supporte les. autres corps de guidage et de détournement,\) est soutenu par un support 26 qui pénètre dans une rainure annulaire 25.
La chaudière à eau chaude verticale suivant la figure 13 consiste en un réservoir à eau 26, dans lequel pénètrent deux canaux ou tubes de chauffage 27 et 28, qui sont munis à l'intérieur de corps de guidage et de corps de détournement$ de la même manière que celle déjà décrite précédemment pour la construction des chaudières à tubes de flammes.
Le mode diction et le guidage des gaz de chauffage à travers ces corps de guidage et de détournement est le même que dans les chaudières à tubes à flammes Les tubes de chauffage 27 et,-28 peuvent être chauffés au moyen de gaz comprimé ou d'huile, introduits au brûleur 29 par la conduite 30.
Les gaz de chauffage sortent du brûleur par le canal 31 et parviennent de ce canal dans les tubes de chauffage 27 et 28, munis des corps de guidage et de détournemento
Le partage des gaz de chauffage en un courant principal et un courant secondaire au moyen des corps de guidage .et de détournement ' suivant la, présente invention a pour effet que le courant principal chauffe les corps incorporés pendant le fonctionnement de la chaudière,\) et que ceux--ci cèdent alors leur chaleur aux surfaces de chauffe par rayonnement.
Le courant secondaire s'écoule au contraire à l'intérieur du canal annulaire le long des surfaces de chauffe.\) et cède sa chaleur par convection.
Le courant secondaire se refroidissant ainsi plus rapidement que le cou- rant principal, on le réunit et le mélange à nouveau à ce dernier, et ainsi on l'échauffe de manière que la température du courant secondaire ne puisse pas descendre en dessous du point de rosée et qu'il ne puisse donc non plus se former d'eau de condensation. Pendant 1-'échauffement,, le courant secondaire produit une transmission immédiate de. chaleur par convection le long des surfaces de chauffes de sorte que la durée d'échauffement est raccourcie.
En cas d'arrêt de la chaudière, il ne se produit dans le canal annulaire aucun déplacement notable de gaz ou d'airs tandis que l'écoulement à l'intérieur des corps incorporés n'est que très faible.: De cette manières le refroidissement du contenu de la chaudière est :ralenti de façon extraordinaire.
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Les corps réfractaires incorporés ne sont construits qu'en parois aussi minces que possibles pour diminuer la masse à chauffer. Ceci offre l'avantage que les corps cèdent plus rapidement leur chaleur aux surfaces de chauffe; en outre, la durée 'de l'échauffement est raccourcie.
De même, les pertes de chaleur en cas d'arrt de la chaudière sont plus faiblesparce que la chaleur résiduelle demeurant dans les corps incorporés est moindreo On obtient un résultat dans le même sens en utilisant des corps en matières légères résistant aux hautes températures9comme par exemple des terres contenant de la magnésie, ou bien des corps dans lesquels on produit une porosité par le procédé de fabrication, comme par exemple les chamottes légères ou les chamottes mousses On fabrique par exemple des chamottes légères en mélangeant à la masse de chamotte des matières combustibles, comme de la sciure de bois ou du coke fine Ces constituants s'échappent en brûlant au cours de la cuisson et laisser à leur place des espaces creux.
On obtient des chamottes mousses en ajoutant des matières formant des mousses.à la masse de chamotte.
Par suite de la formation de fins espaces creux dans la mousses la chamotte mousse acquiert une masse plus faible Pour obtenir en outre pour des épaisseurs de parois minces, éventuellement en combinaison avec des chamottes légères ou mousses une résistance suffisante, et rendre les corps incorporés résistants aux températures les plus élevées, on y mélange avantageusement des terres rares, comme par exemple de l'oxyde de thorium ou de cérium.
Le but de l'invention ne se limite d'ailleurs pas aux exem- ples de construction décrits et représentés. Dans le cadre de l'invention, de nombreuses autres modifications sont possibles.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de chauffage de canaux de chauffe en particulier de tubes à flammes, en utilisant des corps incorprés, caractérisé en ce qu'on divise le courant de gaz de chauffage en un courant principal et un courant secondaire,, de manière que, en premier lieu, le courant principal traverse une conduite de gaz de chauffage principale médiane et que le courant secondaire passe à travers une conduite extérieure annulaire, et que les deux courants soient à nouveau mélangés l'un avec 3' autre au cours de leur trajectoire.