Brevet FR2121729A1 — publié le 19720825

i 2121729 La présente invention concerne un procédé pour réaliser un échange thermique entre un agent de transfert de chaleur et un tambour rotatif pouvant être chauffé ou refroidi indirectement et comportant une enveloppe coaxiale, l'agent de 5 transfert de chaleur étant entraîné en circulation à travers un dispositif de chauffage ou de refroidissement. L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, dispositif comportant une enveloppe étanche par rapport à l'extérieur et entourant coaxialement le tambour 10 rotatif ainsi que des moyens pour chauffer ou refroidir un agent de transfert de chaleur. Les tambours rotatifs trouvent de nombreuses applications en chimie industrielle en tant que réacteurs, fours, appareils de calcination, séchoirs ou dispositifs de refroi-15 dissement, de la chaleur devant être apportée ou enlevée suivant le cas. Les avantages connus de ces tambours rotatifs sont qu'ils ont une construction simple et par conséquent des prix relativement avantageux et que le processus de réaction peut de ce fait, être commandé et prédéterminé de 20 façon simple. Dans de nombreux cas d'utilisation de tels tambours rotatifs peuvent fonctionner avec un chauffage direct avantageux utilisant de la vapeur ou des gaz de combustion ou avec un refroidissement à l'aide d'agents réfrigérants insufflés. 25 En outre cependant, un grand nombre de cas d'utilisation nécessite un fonctionnement sous vide ou avec un gaz de protection, ce qui implique 1'.étanchéité par rapport à l'air ou d'autres gaz et par conséquent un chauffage ou un refroidissement indirect. Le procédé et le dispositif proposés 30 suivant l'invention s'appliquent à ce domaine d'utilisation, les insuffisances courantes devant être réduites pour l'homme de l'art. Jusqu'ici, on connait des formes de réalisation de tambours rotatifs comportant des enveloppe de chauffage ou de re-35 froidissement concentriques qui sont plongées à peu près jusqu'au COPV 72 00727 2 2121729 tiers dans une cuve contenant un agent liquide de transfert de chaleur, ces formes de réalisation ayant encore été perfectionnées en prévoyant des chicanes d'entraînement qui, lorsque le liquide a atteint le point de rotation maximal baignent 5 un autre tiers avec l'agent liquide de transfert de chaleur. Pour les agents de transfert de chaleur se présentant sous la forme de gaz ou de vapeur, l'agent de transfert de chaleur est soufflé sur le tambour rotatif à l'aide de conduites annulaires disposes parallèlement à l'axe et, après l'échange de chaleur qui en résulte il est évacué. Dans ces dispositifs connus en général l'efficacité de transfert thermique utile est considérée comme insuffisante. Des perfectionnements ^>nt été. tentés en cherchant à obtenir une meilleure répartition et un écoulement plus lent de l'agent 15 de transfert de chaleur à l'aide de chicanes. Les chicanes avaient cependant l'inconvénient d'augmenter fortement le coût de réalisation et faisaient apparaitre en outre des pertes d'écoulement lorsque l'agent de transfert de chaleur était du gaz ou de la vapeur. 20 La présente invention se propose d'éviter ces inconvénients et de fournir un procédé pour réaliser un échange thermique du type décrit ci-dessus, procédé caractérisé par le fait que l'agent de transfert de chaleur est entraîné suivant une direction tangentielle ou radiale dans au moins une enceinte collec-25 trice entourant l'enveloppe et de là est introduit dans l'enveloppe, y est entraîné le long d'au moins une partie du tambour rotatif et est évacué, par l'intermédiaire d'au moins une autre enceinte collectrice entourant l'enveloppe, suivant une direction tangentielle ou ifadiale. Le courant d'agent de transfert de 30 chaleur circulant cycliquement sous pression peut avantageusement être étranglé ajvant d'entrer dans l'enceinte collectrice puis être détendu dans l'enceinte collectrice. En outre il est avantageux que l'agent de transfert soit réparti eçfclusieurs courants partiels et soit introduit dans l'enveloppe à des endroits répar-35 tis suivant la longueur du tambour rotatif, et que, après l'échan 72 00727 3 2121729 ge thermique, les courants partiels sortant de 1'enveloppe soient de nouveau rassemblés en plusieurs endroits de sortie disposés en alternance avec les endroits d'entrée et soient évacués. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte 5 une enveloppe entourant coaxialement un tambour rotatif et fermée de façon étanche par rapport à l'extérieur ainsi que des moyens pour chauffer ou refroidir un agent de. transfert de chaleur, ce dispositif étant caractérisé suivant 1'invention par le fait qu'il comporte au moins deux enceintes collectrices disposées 10 à une certaine distance l'une de l'autre, entourant coaxialement l'enveloppe et se présentant sous la forme de chambres annulaires, ces deux enceintes comportant une tubulure débouchant tangentiellement ou radialement, et que ces enceintes collectrices communiquent avec l'enveloppe par l'intermédiaire d'un 15 certain nombre d'ouvertures ménagées le long de la périphérie de celle-ci. Une partie des enceintes collectrices peut être raccordée à la sortie du dispositif de chauffage ou de refroidissement, par l'intermédiaire d'un organe de régulation et d'une conduite 20 d'alimentation et l'autre partie des enceintes collectrices peut être raccordée à l'entrée dît; dispositif de chauffage ou de refroidissement, par l'intermédiaire d'un organe de régulation et d'une conduite d'évacuation entre lesquels est branché un ventilateur d'évacuation. 25 En outre, il est avantageux que l'enveloppe soit munie d'un nombre plus important de chambres annulaires en fonction de la longueur du tambour rotatif ces chambrés annulaires étant raccordées alternativement à la conduite d'alimentation et d'évacuation en insérant à chaque fois un organe 30 (3e régulation. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d exemple et représentée au dessin annexé dans lequel : 35 la figure 1 est une représentation schématique de toute 72 00727 4 2121729 l'installation de chauffage pour un tambour rotatif. La figure 2 est une vue de côté partiellement en coupe de l'installation de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe, suivant A-A de la figure 2. Le tambour rotatif 17 est muni, de façon connuef de deux chemins de roulement 15 disposés au voisinage des deux extrémités, ces chemins de roulement reposant sur des couronnes de roulement pouvant tourner et ancrées sur le sol. Pour entraîner le tambour rotatif, une couronne dentée 12 est montée à l'extrémité de celui-ci, un pignon 13 d'un moteur électrique 13' engrenant avec cette couronne dentée. Une enveloppe 1^ 1' réalisée en deux parties entoure le tambour rotatif et est supportée sur sa partie inférieure au moyen de supports 14. Un certain nombre de chambres annulaires 2 et 3 sont disposées autour de l'enveloppe, ces chambres annulaires étant munies de tubulures débouchant radialement. Dans la zone de ces chambres annulaires l'enveloppe 1, 1' est munie sur sa périphérie de fentes 21 et 22. Sur les deux faces avant;une garniture d'étanchéité 23 sert à fermer l'espace annulaire délimité par l'enveloppe et le tambour rotatif. L'entrée du tambour annulaire est désignée par la référence 8 et la sortie par la référence 10, un anneau d'étanchéité 9 et 11 assurant respectivement l'étanchéité entre les tubulures fixes 8 et 10 et le tambour rotatif en mouvement. L'enveloppe 1, 1' est munie d'une couche isolante du point de vue thermique 20 sur sa paroi extérieure cette couche isolante n'étant que partiellement représentée dans le dessin. Dans la figure 1, on a représenté une chambre de mélan-geage 5 à laquelle est raccordé un brûleur 4. Celui-ci chauffe le gaz servant d'agent support de la chaleur se trouvant dans la chambre de mélangeage 5 et sortant par une conduite 24. Cette conduite 24 est respectivement raccordée à deux chambres annulaires , désignées par la référence 3, par l'intermédiaire d'uivôrgane de régulation 18. Les tubulures des autres chambres 72 00727 5 2121729 annulaires, désignées par la référence 2, débouchent respectivement, par l'intermédiaire d'un organe de régulation 19, dans une conduite d'évacuation 25 qui est raccordée à un ventilateur 6 qui renvoie le gaz refroidi dans la chambre de mélangeage 5 5. Une partie du gaz évacué est éliminé du cycle de circulation par l'intermédiaire d'un clapet d'étranglement 7, après le passage dans le ventilateur. Le dispositif fonctionne de la façon suivante : les gaz chauffes par le brûleur 4, sortant de la chambre de mélangeage 10 5 sont envoyés sous pression dans la conduite 24 et pénètrent dans les chambres annulaires 3 suivant la direction radiale, par l'intermédiaire des organes de régulation 18. Là, ces gaz se détendent et s'accumulent de façon importante, les organes de régulation 18 étant réglés de façon qu'une fois 15 que ces gaz sont amassés il existe encore une pression suffisante. Les gaz chauds pénètrent alors par les fentes 21 dans la paroi de l'enveloppe 1, 1* et échangent de la chaleur avec la paroi du tambour rotatif 17. Comme indiqué par des flèches dans la figure 2, ces gaz se répartissent en deux courants et se dé-20 placent en direction des deux chambres annulaires voisines 2 Dans celles-ci règne une faible dépression, créée par le ventilateur 6 et pouvant être réglée par l'intermédiaire des organes de régulation 19, de sorte que les gaz maintenant refroidis se rassemblent dans les chambres annulaires 2 et sont renvoyés 25 dans la chambre de mélangeage 5 par l'intermédiaire de la conduite d'évacuation 25. Pour assurer un renouvellement permanent des gaz circulant cycliquement une partie des gaz est évacuée de la conduite 25 par l'intermédiaire d'un organe d'étranglement 7. 72 00727 6 2121729 De cette façon, la circulation, la répartition et l'évacuation de l'agent de transfert de chaleur peuvent être améliorés de façon marquée du fait que l'on obtient une meilleure utilisation de la chaleur tout en ayant simultanément des pertes plus 5 faibles. La faible dépression régnant à l'intérieur de l'enveloppe permet une construction simple et fiable des organes d'étanchéité 23 et un autre avantage important est dû à la compensation automatique dans le systêm^de répartition, ce qui permet d'économiser des clapets de réglage et/ou des soupapes disposés dans 10 certaines zones. Un autre problème résolu par la présente invention est le démontage ^facile de l'enveloppe de chauffage ou de refroidissement en choisissant librement les positions de raccordement exactes en faisant tourner arbitrairement des chambres annulaires 2 et 3. 72 00727 7 2121729 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour réaliser un échange thermique entre un agent de transfert de chaleur et un tambour rotatif pouvant être chauffé ou refroidi indirectement et comportant une enveloppe 5 coaxiale, l'agent de transfert de chaleur étant entraîné en circulation à travers un dispositif de chauffage ou de refroidissement, caractérisé par le fait que l'agent de transfert de chaleur est entraîné suivant une direction tangentielle ou radiale dans au moins une enceinte collectrice entourant 1'enveloppe 10 et de là est introduit dans l'enveloppe, y est entraîné le long d'au moins une partie du tambour rotatif et est évacué, par l'intermédiaire d'au moins une autre enceinte collectrice entourant 1'enveloppe suivant une direction tangentielle ou radiale. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par 15 le fait que le courant d'agent de transfert de chaleur circulant cycliquement sous pression est étranglé avant d'entrer dans l'enceinte collective puis est amassé dans l'enceinte collectrice. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'agent de transfert est réparti en plu- 20 sieurs courants partiels et est introduit dans l'enveloppe à des endroits répartis suivant la longueur du tambour rotatif, et que, après l'échange thermique, les courants partiels sortant de l'enveloppe sont de nouveau rassemblés en plusieurs endroits de sortie disposés en alternance avec les endroits d'entrée et sont évacués. 25 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, comportant une enveloppe entourant coaxialement un tambour rotatif et fermée de façon étanche par rapport à l'extérieur ainsi que des moyens pour chauffer ou refroidir un agent de transfert de chaleur, dispositif 30 caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux enceintes 72 00727 8 2121729 collectrices disposées à une certaine distance l'une de l'autre, entourant coa-xlalemeiïfc l'enveloppe et se présentant sous la forme de chambres annulaires, ce® deux enceintes comportant une tubulure débouchant tangentiellement o~at radflàlëïisent, et que ces enceintes 5 collectrices communiquent avec I'eff'Cf©lop5»e par l'intermédiaire d'un certain nombre d'ouvertures ménagées le long de la périphérie de celle-ci. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une partie des enceintes collectrices est raccordée 10 à la sortie du dispositif de chauffage ou de refroidissement, par 1'intermédiaire d'^m organe de régulation et d'une conduite d'alimentation et que l'autre partie des enceintes collectrices est raccordée à l'entrée du dispositif de chauffage ou de refroidissement, par l'intermédiaire d'un organe de régulation et d'une 15 conduite d'évacuation entre lesquels est branché un ventilateur d'évacuation. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'enveloppe est munie d'un nombre plus important de chambres annulaires en fonction de la longueur 20 du tambour rotatif ces chambres annulaires étant raccordées alternativement à la conduite d'alimentation et d'évacuation en insérant à chaque fois un organe de régulation.