BE879984R - Ensemble et structure de recuperation de chaleur a base de ceramique - Google Patents
Ensemble et structure de recuperation de chaleur a base de ceramiqueInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
"Ensemble et structure de récupération de chaleur à base de céramique" La présente invention concerne des récupérateurs de chaleur et est relative plus particulièrement � un ensemble récupérateur <EMI ID=1.1> où sont présents un noyau céramique et un logement métallique, l'ensemble et la structure étant utilisés dans des fourneaux, <EMI ID=2.1> La préoccupation récente concernant la conservation de l'é- nergie et l'augmentation du coût des combustibles a fait naître un intérêt renouvelé dans le domaine des récupérateurs indus- triels en vue de réduire les pertes de chaleur et de préchauffer le combustible et/ou l'air de combustion entrant pour augmenter le rendement des fourneaux, des fours de calcination, des pré- chauffeurs et d'autres fours. Bien que ces récupérateurs soient ordinairement construits à partir de pièces métalliques, le récupérateur en céramique offre plusieurs avantages par rapport aux récupérateurs métalli- ques classiques. Par exemple. les céramiques ont en général.une haute résistance 5 la corrosion, une haute résistance mécanique aux températures élevées, de faibles coefficients de dilatation thermique et une bonne résistance aux chocs thermiques; ainsi, ils offrent une excellente endurance pendant le cycle thermique, ont un poids léger (environ un tiers du poids de l'acier inoxy- dable) et leur prix sont compétitifs avec ceux des alliages à haute température. �1 Au surplus, les récupérateurs à base de céramique sont dis- ponibles en une large gamme de formes, de dimensions, de compo- sitions et de diamètres hydrauliques (le diamètre hydraulique est une mesure de la section droite divisée par le périmètre mouillé) . Etant donné que leurs coefficients de dilatation ther- mique sont typiquement plus bas que ceux de la plupart des métaux et des alliages, les récupérateurs à base de céramique posent toutefois un problème de compatibilité au concepteur-projecteur <EMI ID=3.1> de fourneaux, de fours de calcination, de préchauffeurs et d'autres fours. Dans le brevet n[deg.] 4.083.400 des Etats-Unis d'Amérique, accordé le 11 avril 1978 et appartenant à la Demanderesse, un noyau <EMI ID=4.1> logement métallique conçu pour une adaptation aux armatures métalliques arrière des fourneaux, des fours de calcination, des préchauffeurs et d'autres fours existants. Des organes d'isolation <EMI ID=5.1> sent au minimum la perte de chaleur à travers-le logement métallique et empêchent la fuite des fluides de transfert de chaleur au-delà du noyau, tels que les gaz de carneau expulsés et l'air de combustion entrant. Dans une autre demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique et attribuée à la Demanderesse, on décrit le logement d'un récupérateur à base de céramique, se composant de deux plaques perforées opposées et d'organes pour maintenir les plaques en contact ferme avec les faces d'émission et d'admission du noyau de récupération céramique. Ces organes pour la fixation des plaques perforées sur les armatures arrière se prolongent à partir des faces opposées desdites plaques. Un problème suuplémentaire de la conception des récupéra- teurs à base de céramique est la fuite des fluides de transfert de chaleur entre les couches de la structure elle-même du noyau céramique, ce qui conduit à une diminution du rendement total de l'appareil récupérateur. La fuite entre les couches est particuli�rement gênante dans les applications à circulation for- <EMI ID=6.1> entrant du récupérateur. Cet air froid entrant pénètre par suite d'une fuite dans le gaz expulsé ou le gaz de carneau chaud, en réduisant ainsi la teneur en chaleur de ce gaz qui serait <EMI ID=7.1> les voies de l'écoulement transversal des fluides de transfert de chaleur. Bien que le chauffage des couches empilées conuuite <EMI ID=8.1> de contact entre les couches neuves, ce qui donne une structure unitaire dotée d'une résistance mécanique, des déviations 5 par- <EMI ID=9.1> mina "% un frittage incomplet de ces couches, en laissent des vides ou des fissures :Le long des surfaces de contact. Certains de ces vides ou de ces fissures peuvent apparaître aux bords visibles ou aux "lignes de jonction" de la surface de liaision entre la nervure la plus extérieure d'une couche et la surface plane de la partie de base d'une couche adjacente. Dans la demande de brevet n[deg.] 726.950, accordée le 8 décembre 1977 aux Etats-Unis d'Amérique et attribuée à la Demanderesse, on <EMI ID=10.1> que dans laquelle des couches ou des feuilles nervurées et empi- <EMI ID=11.1> d'aboutement. Conformément à la présente invention, la structure de récupé- <EMI ID=12.1> plusieurs feuilles ou couches nervurées et empilées, scellées ensemble le long des parties marginales de la structure, cette <EMI ID=13.1> accouplement aux armatures métalliques de fourneaux, de fours <EMI ID=14.1> de scellement entre les couches remplissent au moins les canaux compris entre les deux nervures les plus extérieures et leurs nervures adjacentes pour chaque couche, ce qui empêche ainsi la fuite des fluides de transfert de chaleur, tels que les gaz da carneau expulsée et l'air de combustion entrant, et ce qui <EMI ID=15.1> Selon un exemple de réalisation préféré, au moins l'une des nervures adjacentes aux nervures les plus extérieures de chaque <EMI ID=16.1> rieures que des nervures restantes de chaque couche et les canaux compris entre ces nervures espacées étroitement sont remplis d'organes de scellement..Par ailleurs, les deux nervures les plus extérieures peuvent recevoir une épaisseur accrue pendant la fabrication pour éliminer la nécessité de prévoir des canneaux remplis. Selon un autre exemple de réalisation préféré de l'invention, les organes de scellement se composent d'un ciment céramique efficacement étanche aux fluides et dont la composition est la même ou est différente de celle de la matière en couches, ce ciment <EMI ID=17.1> <EMI ID=18.1> L'appareil de récupération de l'invention est utile pour préchauffer l'air de combustion ou de chauffage entrant et/ou le combustible et pour augmenter ainsi le rendement de fourneaux, de fours de calcination, de préchauffeurs et d'autres fours de dimensions et de types variés. Aux dessins annexés : la figure 1 est une vue en perspective, en partie en lignes mixtes, d'un exemple de réalisation d'une structure de noyau de <EMI ID=19.1> la figure 2 est une vue en élévation avant de l'assemblage d'un noyau de céramique 0 l'exemple de réalisation d'un logement métallique; la figure 3 est une vue en élévation latérale d'un système de récupération de chaleur faisant usage d'une série d'ensemble* <EMI ID=20.1> <EMI ID=21.1> <EMI ID=22.1> conformes à l'invention dans un four tubulaire, radiant et horizontal à deux brûleurs; et la figure 5 est une vue schématique d'un système similaire <EMI ID=23.1> brûleur ? la figure 6 est une vue en perspective, en parties en lignes mixtes, d'un autre exemple de réalisation de la structure de noyau <EMI ID=24.1> la figure 7 est une vue en perspective, en parties en lignes mixtes, d'un autre exemple encore de réalisation de la structure de noyau de récupération de chaleur à base de céramique de la figure 1. Dans le but de mieux comprendre la présente invention, y compris ses buts et autres objectifs, ses avantages et ses possi- <EMI ID=25.1> établie en liaison avec les dessins énumérés ci-avant et les revendications jointes au présent mémoire. <EMI ID=26.1> <EMI ID=27.1> de céramique, confortas à l'invention. Cette structure à base de céramique se compose de plusieurs couches nervurées et empilées <EMI ID=28.1> <EMI ID=29.1> <EMI ID=30.1> <EMI ID=31.1> <EMI ID=32.1> <EMI ID=33.1> <EMI ID=34.1> <EMI ID=35.1> la face chaude de la seconde paire étant la face d'émission pour le second fluide. <EMI ID=36.1> céramiques convenant à la fabrication de structures de récupéra- <EMI ID=37.1> que moyen (valeurs CDT) mesure depuis la température ambiante <EMI ID=38.1> tures maximales d'utilisation (TMU) en degrés C. <EMI ID=39.1> <EMI ID=40.1> Les couches nervurées peuvent être formées par coulée, moulage, extrusion, coulée continue et repoussage ou une aatre technique de formage de céramique appropriée. Ces couches sont considérées comme étant a l'état non chauffé ou "neuf". Les couches sont empilées de façon que les nervures des couches alternées soient transversales les unes par rapport aux autres, Les couches empilées peuvent être scellées a l'état neuf <EMI ID=41.1> naux les plus extérieurs (les canaux sont les espaces compris <EMI ID=42.1> <EMI ID=43.1> l'empilage et le chauffage. Cette dernière méthode exige ordinal.- <EMI ID=44.1> plis de ciment céramique. Tout ciment céramique compatible tel que la mullite ou l'alumine en poudre conjointement avec un agent <EMI ID=45.1> utilisé. Le ciment céramique peut être d'une composition telle que le point de fusion soit inférieur à celui de la composition <EMI ID=46.1> trées au cours du dernier stade du traitement, le ciment adopte un étant plastique, en s'écoulant ainsi dans les irrégularités <EMI ID=47.1> un scellement adéquat entre les couches. Le ciment peut même être poreux dans la mesure où les pores ne se raccordent pas entre eux, ce qui détruirait bien entendu le caractère étanche aux fluides du ciment. De préférence, comme le montre la figure 1, plusieurs nervures adjacentes aux nervures les plus extérieures sont espacées plus étroitement des nervures les plus extérieures que des nervures restantes. Cet espacement plus étroit procure une surface de contact plus grande entre la surface supérieure des nervures d'une couche et la surface inférieure de la couche suivante, et ainsi l'opportunité plus grande de réaliser un scellement par frittage de l'ensemble au cours du chauffage. Dans cet exemple de réalisation, le remplissage des canaux par du ciment est une caractéristique supplémentaire pour assurer un scellement en substance complet. Toutefois, dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 6, les canaux sont laissés ouverts. Cet exemple de réalisation est utile dans des applications où l'écoulement de fluide maximal est d'une importance plus grande que le scellement maximum. La figure 7 montre un autre exemple de réalisation dans le- <EMI ID=48.1> solide s'étendant depuis la base do la fouille à la place des nervures étroitement espacées des exemples do réalisation don figures 1 et 6. Cet exemple de réalisation supprime la nécessité de remplir les canaux de ciment pour réaliser le scellement en substance complet. Cet exemple de réalisation permet d'avoir des nervures plus largement espacées dans la partie centrale du côté de l'air entrant, ce qui est particulièrement avantageux dans les applications à circulation forcée où le récupérateur doit accepter un grand volume de flux d'air. Les matières convenant à la formation d'une garniture céramique de coulée sont les compositions coulables des matières citées au tableau II, y compris leur coefficient de dilatation <EMI ID=49.1> rature ambiante jusqu'à 800[deg.]C, ainsi que les températures maximales utilisées (TMU) en degrés C. Tableau II <EMI ID=50.1> En se référant à présent à la figure 2, on a représenté une vue en élévation avant, en partie en coupe, de l'ensemble de l'invention, dans lequel la structure de récupération 10 à base de céramique de la figure 1 est enfermée dans un logement se composant de plaques 13a et 13b définissant des ouvertures se terminant en des conduits coniques 13c et 13d munis de brides 13e et 13f pour un raccordement à la conduite de combustible ou d'air de combustion ou de chauffage entrant. Les plaques 13g et 13h définissent des ouvertures se terminant en une bride 131 pour un <EMI ID=51.1> <EMI ID=52.1> 17a, 17b, 17c et 17d. Les boulons 16 et les écroua 17 sont munis de ressorts hélicoïdaux 20a, 20b, 20c et 20d qui agissent comme des éléments élastiques permettant la dilatation et la contraction des boulons au cours du cycle thermique, tout en maintenant <EMI ID=53.1> non représentées. Après placement de la structure dans le logement, une garniture céramique (non reproduite) coulée de préfé- <EMI ID=54.1> de l'ouverture de la plaque 13h et entrer en contact avec la surface d'accouplement du revêtement céramique d'un conduit ou <EMI ID=55.1> raccorde le conduit de gaz de carneau ou le logement du four et maintient les éléments céramiques en contact intime. La plaque 13g peut aussi servir de bride au raccordement du conduit de gaz de carneau. Par suite des grandes différences des coefficients de dilatation thermique parmi la plupart des métaux et des céramiques, un organe de scellement résilient, composé d'une matière résistant à la température de fonctionnement envisagée, peut être disposé avantageusement entre la structure du noyau céramique et le lo- <EMI ID=56.1> senté à la figure 2 sous la forme des couches 18a, 18b, 18c et : <EMI ID=57.1> <EMI ID=58.1> '.1 vus entre le logement et la structure du noyau, non seulement <EMI ID=59.1> rateur, mais abaissent aussi la température de la surface interne du logement, en permettant ainsi une utilisation d'un organe de ; <EMI ID=60.1> matières comportant des matériaux composites, présentant des propriétés tant d'isolation que de scellement résilient, oat considéré comme rentrant dans le cadre de la présente invention. Un exemple Raillant d'une matière de ce type est un papier céramique compressible constitué d'une composition de mullite poreuse. On se réfère S présent à la figure 3 où est représenté, en vue en élévation latérale, un dispositif dans lequel une série <EMI ID=61.1> dans un four tunnel 300 où sont prévus six brûleurs à gaz. La soufflante 301 fournit l'air de combustion passant par le conduit 302 et parvenant aux récupérateurs 303, 304 et 305; ensuite, l'air préchauffé est amené aux brûleurs à gaz 309, 310, 311, 312, 313 et 314 par l'intermédiaire des conduits 306, 307 et 308. Les produits de combustion gazeux des carneaux sont aspirés par la soufflante 315, passent par les récupérateurs 303, 304 et 305 et parviennent au collecteur de gaz de carneau 319. <EMI ID=62.1> sous un forme schématique, un dispositif dans lequel les récupérateurs 41 et 42 sont montés sur les orifices d'expulsion 43 et <EMI ID=63.1> L'air de combustion préchauffé parvient aux entrées 47 et 48 des brûleurs en passant par les conduits 45 et 46. La figure 5 reproduit un dispositif similaire pour un four tubulaire, radiant et vertical en "U" 50 où il est fait usage d'un seul brûleur. Le récupérateur 51 est monté sur l'orifice d'expulsion 52 et l'air de combustion préchauffé parvient à l'entrée 54 du brûleur par l'intermédiaire de la conduite 53. Bien que l'on ait représenté aux dessins annexés et décrits ci-avant ce que l'on considère actuellement comme des exemples de réalisation préférés de l'invention, il apparaîtra aisément -aux hommes de métier spécialisés dans la présente technique que <EMI ID=64.1> dans les revendications jointes au présent mémoire. REVENDICATIONS. <EMI ID=65.1> <EMI ID=66.1> seconde paire de faces opposées définissant des ouvertures de canaux pour le passage de fluides de transfert de chaleur respectivement dans des directions transversales l'une par rapport <EMI ID=67.1> <EMI ID=68.1> chaque paire de faces a une face chaude et une face froide pendant le fonctionnement, la face chaude de la première paire étant la face d'admission pour le premier fluide et la face chaude de la seconde paire étant la face d'émission pour le second fluide, caractérisée en ce que la structure céramique est composée de plusieurs couches nervurées, empilées de façon que les nervures des couches alternées soient transversales les unes par rapport aux autres, et en ce qu'un organe ds scellement est <EMI ID=69.1> extérieurs de chaque couche et empêche en substance la fuite des fluides de transfert de chaleur entre les couches adjacentes.
Claims (1)
- 2.- Structure 1 base de céramique selon la revendication1, caractérisée en ce que l'organe de scellement comprend un ciment céramique efficacement étanche aux fluides. <EMI ID=70.1><EMI ID=71.1>dont le point de fusion est inférieur a celui de la manièredes couches.<EMI ID=72.1> <EMI ID=73.1> <EMI ID=74.1>étroitement des nervures les plus extérieures que des nervures restantes de chaque couche et en ce que le ciment est disposé dans les canaux compris entre les nervures étroitement espacées de chaque couche.5.- Appareil de récupération de chaleur comprenant une structure de noyau de récupération à écoulement transversal et à base de céramique, où la première et la seconde paire de faces opposées définissent des ouvertures cellulaires pour le passage du premier et du second fluide de transfert de chaleur respectivement dans des directions transversales l'une par rapport a l'autre, le premier fluide transférant la chaleur au second fluide pendant le passage à travers les cellules, de sorte que chaque paire de faces a une face chaude et une face froide pendant le fonctionnement, la face chaude de la première paire étant la face d'admission pour le premier fluide et la face chaude de la seconde paire étant la face d'émission pour le second fluide; un logement métallique entourant la structurede noyau, le logement définissant des ouvertures communiquant avec des ouvertures de canaux de la structure, les ouvertures de logement étant conçues pour un accouplement' des conduits<EMI ID=75.1>un scellement étanche entre la structure cellulaire et le logement afin de favoriser le passage des fluides de transfert de<EMI ID=76.1><EMI ID=77.1>nervurées, empilée* de façon que les nervures des souches alternées soient transversales le@ unes par rapport aux autres*<EMI ID=78.1> transfert de chaleur entre les couches adjacentes.<EMI ID=79.1>cation 5, caractérisé en ce que l'organe de scellement comprend un ciment céramique, efficacement étanche aux fluides.7.- Appareil de récupération de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ciment céramique est une ma-<EMI ID=80.1>tière des couches.8.- Appareil de récupération de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins l'une des nervures adjacentes aux deux nervures les plus extérieures de chaque couche est espacée plus étroitement de la nervure la plus extérieure que des nervures restantes de chaque couche et en ce que le<EMI ID=81.1>espacées étroitement de chaque couche.9.- Structure de noyau de récupération a écoulement trans-<EMI ID=82.1>seconde paire de faces opposées définissant des ouvertures de canaux pour le passage des fluides de transfert de chaleur respectivement dans des directions transversales l'une par rapport<EMI ID=83.1><EMI ID=84.1>chaque paire de faces a une face chaude et une face froide pen-<EMI ID=85.1><EMI ID=86.1>chaude de la seconde paire étant la face d'émission pour le<EMI ID=87.1> <EMI ID=88.1>couche.10.- Structure à base de céramique selon la revendication<EMI ID=89.1>l'intérieur d'au moins les deux canaux les plus extérieurs dechaque couche.11.- Structure a base de céramique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'organe de scellement comprend un ciment céramique, efficacement étanche aux fluides.12.- Structure céramique selon la revendication 11, caractérisée en ce que le ciment céramique est une matière dont le point de fusion est Inférieur à celui de la matière des cou-<EMI ID=90.1><EMI ID=91.1>faces opposées définissent des ouvertures cellulaires pour le passage du premier et du second fluide de transfert de chaleur respectivement dans des directions transversales l'une par rap- port à l'autre, le premier fluide transférant la chaleur au<EMI ID=92.1>sorte que chaque paire de faces a une face chaude et une face froide pendant le fonctionnement, la face chaude de la première<EMI ID=93.1>face chaude de la seconde paire étant la face d'émission pour la second fluide, un logement métallique entourant la structure de noyau, le logement définissant des ouvertures communiquant avec<EMI ID=94.1><EMI ID=95.1> leur 3 travers lea canaux de la structure caractérisé en ce que la structure en céramique est composée de plusieurs couches<EMI ID=96.1>nées soient transversales les unes par rapport aux autres et en ce qu'au moins l'une des nervures adjacentes aux deux nervures les plus extérieures de chaque couche est espacée plus étroitement de la nervure la plus extérieure que des nervures restantes de chaque couche.<EMI ID=97.1>13, caractérisée en ce que l'organe de scellement est disposéà l'intérieur d'au moins les deux canaux les plus extérieurs de chaque couche.15.- Appareil de récupération de chaleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'organe de scellement comprend un ciment céramique, efficacement étanche aux fluides.16.- Appareil de récupération de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le ciment céramique est une matière dont le point de fusion est inférieur à celui de la matière des couches.17.- Structure de noyau de récupération à écoulement transversal et à base de céramique où une première et une seconde paire de faces opposées définissent des ouvertures de canaux pour le passage de fluides de transfert de chaleur respectivement dans des directions transversales l'une par rapport à l'autre, le premier fluide transférant le chaleur au second fluide pendant le passage à travers les canaux, de sorte que chaque paire de faces a une face chaude et une face froide pendant le fonctionnement, la face chaude de la première paire étant la face d'admission pour le premier fluide et la face chaude dela seconde paire étant la face d'émission pour le second fluide, caractérisée en ce que la structure céramique se compose de plusieurs couches nervurées, empilées de façon que les nervures <EMI ID=98.1>aux autres, et en ce qu'au moins leu deux nervures les plus extérieures de chaque couche ont une épaisseur on substance plus grande que celle des nervures restantes.18.- Structure à base de céramique selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'au moins l'une des nervures adjacentes aux deux nervures les plus extérieures de chaque couche est espacée plus étroitement de la nervure la plus extérieure que des nervures restantes de chaque couche.19.- Appareil de récupération de chaleur comprenant une structure de noyau de récupération à écoulement transversal à base de céramique où une première et une seconda paire de faces opposées définissent des ouvertures cellulaires pour le passage du premier et du second fluide de transfert de chaleur respectivement dans des directions transversales l'une par rapport à l'autre, le premier fluide transférant la chaleur au second fluide pendant le passage à travers les cellules, de sorte que chaque paire de faces a une face chaude et une face froide pendant le fonctionnement, la face chaude de la première paire étant la face d'admission pour le premier fluide et la face chaude de la seconde paire étant la face d'émission pour le second fl-uide;un logement métallique entourant la structure de noyau, le logement définissant des ouvertures communiquant avec les ouvertures de canaux de la structure, les ouvertures de logement étant conçues pour un accouplement aux conduits de fluide externes, et un organe étant prévu pour maintenir un scellement étanche entre la structure cellulaire et le logement en vue de favoriser le passage des fluides de transfert de chaleur à travers les canaux de la structure, caractérisé en ce que la structure à base de céramique se compose de plusieurs couches nervurées, empilées de façon que les nervures des couches alternées soient transversales les unes par rapport aux autres; et en ce <EMI ID=99.1>couche ont une épaisseur en substance plus grande que celle des nervures restantes.20.- Appareil de récupération de chaleur selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'au moins l'une des nervures adjacentes aux deux nervures les plus extérieure[pound]; de chaque couche est espacée plus étroitement de la nervure la plus extérieure que des nervures restantes de chaque couche.<EMI ID=100.1>base de céramique, substantiellement tels que décrits précédemment et illustrés aux dessins annexés.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE2/58203A BE879984R (fr) | 1979-11-13 | 1979-11-13 | Ensemble et structure de recuperation de chaleur a base de ceramique |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE2/58203A BE879984R (fr) | 1979-11-13 | 1979-11-13 | Ensemble et structure de recuperation de chaleur a base de ceramique |
| BE879984 | 1979-11-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE879984R true BE879984R (fr) | 1980-03-03 |
Family
ID=25659006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE2/58203A BE879984R (fr) | 1979-11-13 | 1979-11-13 | Ensemble et structure de recuperation de chaleur a base de ceramique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE879984R (fr) |
-
1979
- 1979-11-13 BE BE2/58203A patent/BE879984R/fr active
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