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PROCEDE DE TRANSMISSION DE CHALEUR.
L'invention concerne un procédé de transmission de chaleur au moyen d'un véhicule de transmission de chaleur consistant en une matière so- lido à l'état de fine division.
Plusieurs formes de réalisation convenant à cet effet sont dé- jà connues. Un procédé approprié consiste à maintenir la matière solide fi- nement divisée à l'état fluide sous forme de couche dite fixe, dans laquel- le sont plongés les éléments à refroidir ou à chauffer, pendant qu'un ±lui-.; de gazeux passe'à travers la matière solide en y absorbant ou y apportant de la chaleur. La difficulté consiste dans ce cas en ce qu'il n'est pas fa- cile de maintenir la couche à l'état fluide régulier.
Des réactions chimiques ont aussi été effectuées dans une couche fluide et la chaleur est apportée ou soustraite au moyen d'un liquide tel que l'eau ou l'huile qui passe dans un tuyau logé dans la couche.
On a aussi fait passer le véhicule de transmission de chaleur à l'état fluide dans une chambre à chauffer ou à refroidir puis dans une au- tre chambre dans laquelle le véhicule de transmission de chaleur peut être chauffé ou refroidi.
Si on désire effectuer le refroidissement -!et/ou le chauffage du véhicule de transmission de chaleur dans une chambre verticale, il est nécessaire d'exercer une pression supérieure à celle qùi est déterminée en majeure partie par le profondeur du véhicule de transmission de bhaleur dans la chambre verticale. Une énergie considérable est alors nécessaire pour effectuer la compression. Si la chauffe s'effectue par des gaz de combus- tion obtenus au moyen d'un brûleur, il en résulte une nouvelle difficulté car il n'est pas facile de faire fonctionner le bruleur régulièrement à cau- se de la contre-pression considérable à laquelle il faut faire face et en même temps la flamme risque de s'éteindre.
L'invention concerne un procédé de transmission de chaleur au moyen d'un véhicule de transmission de chaleur consistant dans une substance
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solide à l'état de fine division, qui permet de remédier aux difficultés pré- citées en faisant passer en circuit le véhicule de transmission de chaleur dans deux chambres verticales, dans lesquelles s'effectue la transmission de la chaleur,le véhicule de transmission de chaleur étant' entraîné de bas en haut dans la première chambre par un fluide gazeux à une vitesse linéaire d'au moins 5 m/sec, puis passant de haut en bas dans la seconde chambre sous for- me de couche dense et revenant dans la première chambre verticale.
L'expression "chambre verticale'1 désigne une chambre dans laquel- le la substance solide circule dans une direction verticale.
Le fluide gazeux qui entraine le véhicule de transmission de chaleur de bas en haut peut être obtenu par la combustion d'un combustible, tel qu'un gaz, l'huile ou un combustible solide dans l'air. Les dimensions de l'installation et la quantité de gaz de la combustion sont choisies en vue d'obtenir la-vitesse linéaire voulue du véhicule de transmission de cha- leur d'au moins 5 m/sec et de préférence de 8 à 12 m/sec. de façon à pouvoir , entraîner de bas en haut, une quantité du véhicule de transmission de chaleur suffisante, sans exercer d'influence notable sur la pression. Si la vitesse linéaire devient sensiblement inférieure à la limite de 5 m/sec. le mouvement vertical de la substance solide risque d'être irrégulier.
Le véhicule de transmission de chaleur se chauffe pendant sa course ascendante par les gaz chauds de la combustion, puis se sépare d'une manière appropriée par exemple au moyen d'un cyclone et arrive dans la se- conde chambre verticale. Celle-ci doit être de préférence plus large que la première chambre verticale, pour que le véhicule de transmission de cha- leur ne circule pas trop vite de haut en bas sous forme de couche dense, qui est maintenue à l'état fluide par l'introduction d'un fluide gazeux, tel que l'air ou la vapeur.
Il suffit de faire arriver une quantité relativement faible du fluide gazeux et par suite la quantité d'énergie- nécessaire à cet effet est relativement faible. ' '
La chambre dans laquelle le véhicule de transmission de chaleur circule de haut en bas peut être un récipient de grande hauteur, dans lequel sont montés -par exemple'des tubes verticaux contenant une substance à chauf- fer. Une réaction chimique endothermique peut s'effectuer par exemple-dans - ces tubes verticaux; qui peuvent aussi servir à engendrer de la vapeur ou à toute-autre application appropriée. De même il peut exister-des tube% ou groupes de tubes différents par lesquels on peut soustraire de la chaleur de diverses manières au véhicule de chaleur par exemple par réaction chimique on par formation de vapeur.
Les gaz de chauffage obtenus par exemple en brûlant de l'imite dans l'air peuvent circuler de bas en haut dans un tube verticale recouvert d'une garniture réfractaire et pendant ce mouvement entraîner- du sable qui circule dans.le tube'. Le sable se sépare dans un cyclone et arrive dans - un second tube dans lequel il peut transmettre la ,chaleur absorbée dans les gaz de la combustion à des tubes verticaux montés dans le .second tube.
Les gaz de la combustion entraînant le véhicule de transmission de chaleur à l'état de fine division, tel que le sable, peuvent aussi circu- ler de bas en haut dans un tube logé dans un second tube plus large dans le- quel le véhicule de transmission de chaleur s'étant séparé des gaz de la com- bustion circule de haut en bas sous forme de couche dense, puis passe de l'extrémité inférieure de cette couche dans le premier. tube.
Cette couche dense peut contenir une installation appropriée consistant par exemple en tuyaux verticaux ou horizontaux disposés circulairement ou en spirale et aux-. quels la chaleur est transmise,
Cette installation a l'avantage -de rendre inutile la garniture réfractaire du .tube dans lequel passent les gaz de la combustion, tandis que de plus la chaleur peut être.'transmise à travers cette paroi à la couche den- se du véhicule de transmission de chaleur...
On peut faire passer d'une manière simple et pratique le véhicule
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de transmission de chaleur du tube extérieur dans le tube intérieur au moyen de fentes ou trous dans l'extrémité inférieure du tube intérieur de façon à ne permettre au véhicule de transmission de chaleur d'y passer que lorsque il est maintenu à l'état fluide par un fluide gazeux, dont la quantité permet de régler la quantité de véhicule passant.
L'installation peut aussi servir exactement en sens inverse, en refroidissant le véhicule de transmission de chaleur pendant .son mouve- ment ascendant et le faisant servir de fluide de refroidissement dans la se- conde chambre verticale, dans laquelle il se chauffe.
Une autre application possible consiste à faire servir en même temps le véhicule de transmission de chaleur de catalyseur ou d'élément de la réaction. Une application spéciale consiste dans la préparation du noir de carbone en refroidissant des hydrocarbures, brûlés avec une quantité d'air insuffisante, par un courant d'un véhicule de transmission de chaleur, ce moyen permettant d'établir très facilement la température qui convient de mieux. Il en résulte qu'il se forme du noir de carbone, qu'on peut d'abord séparer avec les gaz du véhicule de transmission de chaleur , tel que du sa- ble, puis on peut le séparer des gaz, par exemple au moyen d'un filtre.
On a constaté avec surprise que le poids du véhicule de transmis- sion de chaleur peut être beaucoup plus grand que celui du gaz qui l'entrai- ne de bas en haut, même 40 à 80 fois plus grand. Il est possible de ce fait de réaliser une élévation ou un abaissement de température considérable.
Un avantage de la chambre verticale de transmission de chaleur consiste dans la possibilité d'y établir un gradient de température qui peut être avantageux dans certaines applications,.
Le dessin schématique ci-joint représente une installation sui- vant l'invention.
On brûle dans une chambre de combustion A de l'huile avec de l'air qui sert en partie à pulvériser l'huile en vue de sa combustion. Les gaz de la combustion passent de bas en haut à l'intérieur de l'installation qui con- siste dans un cylindre vertical B dans lequel est monté un tube C. Les gaz de la combustion entraînent du sable, fin, qui sert de véhicule de transmission de chaleur chauffant des tubes D, après s'être séparé des gaz de la combustion dans un cyclone R. Les gaz de la combustion s'échappent par une cheminée F.
Le sable sort de la chambre formée entre le cylindre D et le tube C par des canaux G et arrive dans le tube C. La vitesse peut être réglée par la quanti- té d'air refoulé par un tuyau L à la partie inférieure de la chambre intermé- diaire. Le sable introduit qui monte dans le tube est amené par une plaque de déviation H dans la direction de la chambre intermédiaire précitée. Le sa- ble séparé dans le cyclone E arrive par un tuyau plongeât K dans la couche de sable qui se trouve dans la chambre intermédiaire. La couche de sable de la chambre intermédiaire est maintenue à l'état fluide par l'air introduit par un tuyau M et par l'air introduit par le tuyau L et qui n'a pas passé par les canaux G dans le tube C.
L'exemple suivant indique de quelle manière l'invention peut s'ap- pliquer dans la pratique.
Exemple. - Les gaz de la combustion obtenus en brûlant 200 kg d'hui- le par heure avec 2640 m3 d'air (à 0 et 760) par heure, c'est-à-dire une quantité égale à 120% de la quantité théorique, et à une température de 1630 sortant de la chambre de combustion par un tuyau perforé par lequel du sable. à une température de 453 C arrive dans le courant de gaz. Les gaz entraînent ce cable de bas en haut dans un tuyau vertical recouvert d'un revêtement réfrac- taire et d'un diamètre intérieur de 500 mm.
Ils se refroidissent ainsi à 535 C. Le sable se sépare dans un cyclone et passe dans un tuyau d'un dismè-. tre intérieur de 1000 mm et d'une longueur de 11 m, Ce tuyau contient 18 tu- bes verticaux de 101 mm formant une surface de chauffe de 65 m2, et dans les- quels il se forme de la vapeur, tandis que le sable se refroidit à 453 C. On fait passer dans cette chambre verticale 225 m3 ( à 0 et 760) de gaz par heu- re sous un excès de pression de 1,8 atm. de sorte que le sable reste à l'état
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fluide avec une densité de 1600 kg/m3. Le sable descend et sort du tuyau: par un tuyau incliné à 20 .
En refoulant un gaz il est facile de régler la quan- tité de sable à fairepasser dans le premier tuyau, de façon que la densite du 'sable entraîné de bas en haut soit égale à 10 kg/m3. La quantité de'-sable étant de 20 kg par kg de gaz de la combustion on fait circuler environ 70 tonnes de sable par heure; tandis que la différence de température entre le sable le plus froid et le sable le plus chaud est voisine :de 80 C.
L'installation décrite ci-dessus permet donc de réaliser une transmission de chaleur considérable, tandis que son prix de revieht est très faible.
En brûlant le combustible avec une quantité d'air insuffisante et en refroidissant les gaz rapidement par le sable, on peut fabriquer du noir de carbone de bonne' qualité, tandis qu'on peut en meme temps récupérer la chaleur de la combustion d'une manière avantageuse, par exemple sous forme de vapeur.