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La présente invention est relative d'une manière géné- rale à un garnissage ajouré pour les échangeurs de chaleur à en- ceinte unique, comme les cowpers, les récupérateurs etc..., qui sont exécutés sous la forme de constructions verticales, et plus spécialement à l'exécution de la pierre de garnissage dont un garnissage ajouré de ce genre est constitué,
Il existe de nomtreux modèles pour la forme et la dis- position des pierres.de garnissages ajourés pour accumulateurs de chaleur. Pour l'exécution des pierres de ce genre, leurs possibilités de fabrication et leur résistance mécanique sont
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d'une importance essentielle.
On a utilisé d'une manière parti- culièrement étendue ce qu'on appelle des pierrés perforées, c'est à-dire des pierres dont le contour en lui-même est quelconque et qui présentent un nombre plus ou moins grand de trous paral- lèles, Plus le nombre des trous est grand, plus est grande la surface active de chauffage d'une telle pierre en elle-même, mais plus est difficile aussi la fabrication d'une telle pierre
On a constaté au'on ne peut plus fabriquer d'une ma- nière générale en silice par exemple des pierres ajourées com- portant environ 19 trous.
Les difficultés de fabrication des pierres de garnis- sage avec une surface de chauffe aussi grande que possible par unité de volume dans les formes de réalisation usuelles jusqu'à présent onteu pour conséquence que les pierres de ce genre ne donnent pas entièrement satisfaction pratiquement au cours de leur emploi. On a pu observer tout d'abord que l'échange de cha- leur entre le gaz qui passe dans les canaux ménagés pour ce der- nier et les parois de la pierre de garnissage n'est pas spécia- lement bon. Quand on utilise par exemple des trous ronds,ce ne sont que les parties du bord du courant gazeux qui participent relativement d'une manière intense à l'échange de chaleur, tan- dis que les parties situées au centre du courant gazeux ne peu- vent prendre aucune part à l'échange de chaleur on simplement une part qui n'est pas satisfaisante.
Il s'ajoute en outre à cela, que, dans les pierres connues de garnissage, on ne fait appel qu'à des parties relativement petites de la matière de la paroi pour l'accumulation et la restitution de la chaleur, parce que, au cours des périodes alternées usuelles, la profon- deur de pénétration de la variation de température à l'infériez de la matière de la paroi est toujours beaucoup plus faible que l'épaisseur de matière de paroi dont on dispose effectivement.
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C'est ainsi par exemple que, pour une différence de température d'environ 150 à 200 et une durée de 20 à 25 minutes pour les périodes, ce n'est qu'une épaisseur d'environ 11 mm, suivant la nature de la matière de la paroi, qui participe à la variation de la température.
La présente invention a pour but de parvenir à une pierre de garnissage dont la forme et les dimensions sont tel- les que les inconvénients ci-dessus indiqués que présentent les pierres connues de garnissage soient supprimés de façon plus ou moins complète.
Conformément à la présente invention,, les pierres de garnissage qui constituent le garnissage ajouré ou en réseau ont une forme telle que la section horizontale de chacune des pierres mise en place dans la construction ait la forme d'une figure allongée, analogue à un rectangle courbé, et sur le grand côté de laquelle sont prévues de/µ saillies carrées disposées symétriquement par rapport au milieu de la pierre et par les- quelles cette pierre vient s'appliquer, lors du montage dans l'échangeur de chaleur, contre le.grand côté uni d'une pierre voisine de forme semblable, laissant ainsi subsister des con- duits allongés pour les gaz entre les pierres voisines.
Les saillies des pierres de garnissage ont en même temps des dimensions telles que la largeur des conduits pour les gaz qui sont situés ou ménages entre les pierres voisines n'ait pas moins de 15 mm et pas plus de 30 mm, et que les cô- tés libres de chaque saillie aient sensiblement la même longueur.
Par la limitation aux'valeurs indiquées de la largeur des conduits pour les gaz ménagée entre pierres voisines, on obtient que le courant gazeux puisse participer à l'échange de chaleur avec la maçonnerie également par les parties de ce courant qui sont à l'intérieur de ce dernier. L'exécution spé-
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claie des saillies selon laquelle les côtés litres cnt sensible- ment la même longueur a pour conséquence qu'il ne se produit pratiquement pas de perte de surface de chauffe par les saillies:
L'invention est représentée, à titre d'exemple, sur les dessins annexés dans lesquels: Le fig. 1 est une vue en coupe horizontale d'un comper mais, pour donner une meilleure démonstation, l'échelle de réduction du cowper est différente de celle des pierres.
La fig. 2 représente une partie du dessin de construction pour les pierres de garnissage selon l'invention.
Dans la fig. 1, la ligne circulaire 1 limite ou déli- mite l'espace libre intérieur de l'échangeur de chaleur. Vers l'extérieur, il est prévu une maçonnerie 2 réfractaire et calo- rifuge qui est entourée d'une enveloppe métallique qui n'est pas représentée.
La section libre de l'échangeur de chaleur est di- visée par le diamètre 2 en deux moitiés dans lesquelles les pierres de garnissage sont disposées par groupes de telle sorte que les deux groupes de perre/situés dans chacune des moitiés soient exactement l'image l'un de l'autre dans un miroir.A l'intérieur de chaque groupe, les pierres de garnissage sont cisposées par rangées, et à l'intérieur de chaque rangée les pierres sont disposées d'une façon très exactement déterminée qui sera décrite de façon plus détaillée plus loin.
En ce qui concerne, dans ces conditions, les pierres individuelles de garnissage, il résulte de la partie hachurée de la fige 1 que la section horizontale d'une telle pieire est constituée par une figure de base 4 analogue à un rectangle, mais légèrement courbée, qui présente deux saillies carrées 5 situées du même côté et disposées symétriquement par rapport au milieu de la pierre. La pierre s'applique par ces saillies 5
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contre le grand @êté uni de la pierre voisine, ce qui donne :nais... sance à un conduit 6 pcur les qui est sensiblement allongé et rectangulaire et dans lequel se produit l'échange de chaleur entre la maçonnerie et le courant; gazeux.
Les saillies qui fi- xent la distance entre pierres voisines et par conséquent la largeur des conduits pour les gaz sont exécutées de telle sorte que leurs trois côtés libres soient essentiellement de même grandeur, de telle sorte que la surface de chauffe disponible effectivement dans ].'ensemble de tous les conduits pour les gaz de'l'une des rangées soit pratiquement égale à la surface de chauffe d'un conduit pour les gaz qui aurait même largeur, mais qui ne serait pas décomposé par des éléments d'écartement de ce genre, c'est-à-dire qui aérait donc continu. Il va de soi que la. longueur des saillies et par conséquent la largeur des con- conduits pour les gaz peuvent varier entre certaines limites, suivant l'application envisagée pour l'échangeur de chaleur.
Dans les échangeurs- de chaleur comme on. les utilise par exemple pour la transformation des gaz et où il se produit des tempéra- tures de 1000 à 1300 , on a observé qu'une largeur de 15 à 30 mm pour les conduits des gaz s'est révélée particulièrement avanta- geuse.
Sur leurs grands côtés, les pierres individuelles de garnissage sont limitées par des lignes non pas droites, mais légèrement courbées. En réalité, ces lignes de limitation sont des éléments d'arcs de cercles ayant même diamètre, mais dont les centres sont séparés les uns des autres par une distance égale à la largeur maximum de la figure de la section hrizonta- le de chaque pierre individuelle.
Dans la fig. 2, on a représenté d'une manière simpli- fiée la construction géométrique d'une telle pierre. Les lignes courbes de limitation des pierres de garnissage sont des éléments
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d'arcs de cercles tracés autour des centres M1 à M5' ces cen- tres étant situés sur le diamètre 7. Les'lignes droites cour- tes de limitation de la figure de la section horizontale des pierres de garnissage sont alors des portions de rayons des cercles correspondants ayant pour centres M1 - M5. La distance de ces centres M1 à M5 par rapport au centre M du cowper a pour effet que les pierres ont une conicité en direction du bord du cowper, conicité dont la valeur dépend du rapport entre le diamètre intérieur du cowper et le diamètre des cercles de centres M1 - M5.
Plus le diamètre des cercles tracés autour de ces derniers centres est grand par rapport au diamètre du cowper, moins la conicité a d'influence, mais moins les grands côtés des pierres de garnissage sont courbes. Or, une certaine cour- bure est souhaitable, selon l'invention, pour que la pierre ait en cas de fortes sollicitations thermiques une direction défi- nie de dilation, ce qui permet d'éviter dans une large mesure les formations de fissures dans les pierres, comme on ne cesse d'en observer dans les pierres parfaitement droites. Toutefois, on ne donnera pas à la courbure des pierres une valeur plus prononcée que celle avec laquelle les pierres voisiner du bord intérieur du cowper ont encore une largeur suffisante pour pré- senter la résistance mécanique nécessaire.
La distance entre les centres M1 - M5 définit la lar- geur des pierres. On choisit cette largeur, selon. la présente invention, de façon qu'elle soit plus grsnde que le double de l'épaisseur de la couche de pierre qui, dans @ conditions données, comme la différence maximum de tempés@@@@@e, la conduc- tibilité calorifique de la matière des pierret, etc..., parti- cipe à l'accumulation de la chaleur et à sa @@@T@@tution avec- variation de la température, mais avec avant.' '''- @ne épaisseur qui ne soit pas supérieure à trois fois celle se cette couche
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de pierre.Si on part donc des chiffres îéjà ci te. s :a.->La.u, se- lon lesquels il ne participa pas, daL' .es c Hl,,:j:L:
l015 détermi::\c' et normalement, plus ôe Il H!.l1. d 1 t:pÜSi E. u: de la pdurrc à la va- riation de température, on donnera à 11 xier:¯c de jarnissage U;'lf; largeur, c'est-à-dire à la cistance entre le.3 centres M1 - M5' une valeur qui ne sera pas inférieure à 22 mm environ, et pas supérieure à 33 à 35 mm environ. En raison de la conicité des pierres, on donnera éventuellement aux pierres de garnissage coupées par le diamètre 1 une largeur un peu plus grande, pour que les pierres qui se trouvent sur le bord du garnissage aient encore une largeur qui satisfasse aux conditions ci-dessus énon- cées.
L'exécution des pierres de garnissage de telle sorte que leurs grands côtés soient des éléments d'arcs de cercles dont les centres se trouvent sur le diamètre 2 offre l'avantage qu'il suffit d'un nombre relativement faible de types de pier- res pour l'exécution du garnissage ajouré complet, Toutes les pierres par le milieu desquelles passe le diamètre 2 sont ri- goureusement égales entre elles (type a). D'autre part, les pierres qui se raccordent à ces dernières sur les deux côtés sont à leur tour égales entre elles (type:±) Il en est de même pour la paire de pierres du type c qui y fait suite.
Par conséquent, si on a constitué un rang de neuf pierres (pour rendre le dessin plus clair, il n'a été prévu, dans la fig. 1, que trois pierres entières), il fout pour un rang de pierres et par conséquent aussi pour l'ensemble du cowper simplement cinq types différents ,le pierres. les rangs de pierres ne se terminent nat;urellement pas en général par des pierres entières, de sorbe @u'il fautdes pièces ajustées qui doivent être introduite:; a 1' @@roit où deux rangs de pierres ou bien un rang de pierres etla maçonne-
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rie de l'enveloppe se rencontrent.
Ces pièces ajustées sont en elles-mêmes des morceaux de pierres exécutées suivant les prin- cipes ci-dessus décrits, mais où une extrémité est travaillée de façon qu'elle s'adapte contre la paroi intérieure du cowper, On peut obtenir ce résultat par exemple en enlevant à la meule certaines parties sur les pierres terminées de cowper du type correspondant. Mais il est également possible de fabriquer tout d'abord ces pièces ajustées en leur donnant la forme nécessaire.
Ainsi que cela a déjà été indiqué ci-dessus, le gar- nissage ajouré exécuté selon la présente invention offre entre autres et surtout l'avantage que sa surface de chauffe relati- ve, c'est-à-dire sa surface de chauffe rapportée à l'unité de volume de garnissage est considérablement améliorée par compa- raison avec les garnissages ajourés actuels. Cela va ressortir de l'exemple numérique suivant.
Avec l'une des pierres usuelles à sept trous de 65 mm de diamètre, la surface de chauffe par mètre cube de garnissa- ge est d'environ 21,6 m2. Mais si on exécute la pierre de garnissage conformément à la présente invention, on obtient par mètre cube de garnissage une surface de chauffe de 38 à 40 m2. Par conséquent, dans le cas présent,'la surface relative de chauffe est augmentée en moyenne de 1,8 fois par la présente invention. Dans la pratique, cela veut dire qu'on peut exécuter avec des dimensions considérablement plus faibles un échangeur de chaleur équipé avec les pierres de garnissage selon la pré- sente invention. On obtient de cette manière un abaissement du prix ce revient de l'échangeur de chaleur, qui est d'une importance très grande.