Brevet FR2328953A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne la mesure .de la température de gaz chauds en circulation. Plus particulièrement, elle concerne un système détecteur perfectionné permettant une mesure plus précise de la température des gaz en circulation. Dans le domaine de la mesure de la température d'un gaz au moyen d'un thermocouple ou autre élément sensible, lorsque l'élément sensible à la chaleur est soit dénudé et introduit directement dans le courant gazeux, soit enfermé dans un puits thermique qui. se prolonge dans le flux du gaz chaud, la température indiquée par l'élément sensible ou détecteur risque d'être sensiblement inférieure à la température réelle du gaz,à cause de la déperdition de chaleur soit à partir du détecteur, soit à partir du puits thermique. En général, la perte de chaleur seproduit par rayonnement et elle peut atteindre des centaines de degrés centigrades. L Invention a principalement pour objet un dispositif simple et peu coûteux destiné à protéger un élément sensible. à la chaleur du rayonnement calorifique, de façon qu'il puisse 8tre introduit dans un courant de gaz pour mesurer avec précision la température de ce dernier. Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, un conduit cylindrique à paroi mince fait saillie à travers la paroi dtune canalisation dans un courant de gaz chaud en cir- culation. Un élément sensible à la chaleur est introduit axialement dans le conduit et est scellé dans celui-ci de façon que le conduit soit hermétiquement fermé à son extrémité située à l'extérieur de la canalisation. Un. ou plusieurs tronçons de tube cylindrique à paroi mince de plus petite longueur sont montés coaxialement à l'intérieur du conduit autour de l'élément sensible.Des moyens sont prévus pour faire circuler les gaz chauds axialement le long du conduit, au moins sur une partie de sa longueur et dans les espaces annulaires compris entre ltélé- ment sensible et les petits tubes internes et dans les espaces annulaires entre les petits tubes et le grand conduit. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale d'une forme de réalisation de l'invention dans laquelle ltélément sensible est perpendiculaire au sens de circulation du gaz la figure 2 est une vue suivant la ligne 2-2 de la figure I la figure 3 est une vue suivant la ligne 3-3 de la figure 1 la figure 4 est une coupe perpendiculaire à l'axe de l'élément sensible de la figure 1 la figure 5 est une vue suivant la ligne 5-5 de la figure I ; et la figure.6 représente une autre forme de réalisation dans laquelle l'élément sensible est orienté parallèlement au sens d'écoulement du gaz. En se référant maintenant aux dessins, la figure 1 représente en coupe transversale une canalisation ou cheminée, etc. 12 à la paroi de laquelle est fixé par soudage un raccord taraudé 20, dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de la canalisation. Ce raccord ou support de montage taraudé 20 est fixé à la canalisation par soudage ou autre moyen en 22. Une ouverture circulaire 14 est ménagée dans la paroi de la canalisation autour de 1' axe du support 20 dans lequel est introduit un long conduit à paroi mince 16 qui est assujetti à un bouchon 18 fixé, par exemple par filetage, à l'élément de montage 20,de façon que le conduit cylindrique 16 pénètre dans la canalisation 12 et soit sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du gaz qui est indiquée par la flèche 42.Un élément sensible à la chaleur, qui peut être un thermomètre, un thermocouple ou une thermistance, est placé le long de l'axe du conduit 16 et est maintenu en position par un obturateur et une garniture (non représentés) fixés par filetage en 24 au bouchon 18. Ainsi, 11 extrémité externe du conduit 16 est fermée par le bouchon 18 et par 1' obturateur et la garniture gui sont insérés dans l'orifice taraudé 24. L'extrémité interne du conduit 16 est fermée par un disque circulaire 30 et une ouverture 32 est ménagée dans la face du conduit 16, comme on le voit sur les figures 1 et 3. Le conduit t6 est placé dans la canalisation de manière que ltouverture 32 soit tournée de manière à faire face directement au sens de circulation des gaz chauds, c'est-à-dire dans la direction opposée à la flèche 42. Une ou plusieurs ouvertures 38, 40 sont ménagées dans le c8té arrière du conduit 16 à un endroit voisin de la paroi de la canalisation 12,de façon qu'en raison de l'énergie cinétique des gaz circulant dans le sens de la flèche 42, il se produise un écoulement des gaz dans l'ouverture 32 et axialement le long du conduit 16, comme indiqué par les flèches 44 et-46. Les gaz circulent le long de l'axe du conduit 16 et,du fait que l'extrémité du conduit 16 est fermée, ils passent dans les ouvertures 38 et 40 dans la direction des flèches 48, 49 et 50. Ainsi, il se produit un écoulement continu des gaz chauds dans le conduit 16 par.l'ouverture 32 et par les ouvertures de sortie 38 et 40 lorsque les gaz circulent dans le sens indiqué par la flèche 42. L'élément 26 sensible à la chaleur est placé de manière que sa zone de sensibilité se trouve entre l'ouverture 32 et les ouvertures 38, 40,afin qu'il se produise un écoulement continu des gaz chauds sur l'élément sensible lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une indication de la température des gaz en circulation. Un ou plusieurs tubes cylindriques à paroi mince 34 de plus petit diamètre que le conduit 16 sont logés dans ce dernier. Le ou les tubes 34 sont maintenus en position par des entretoises radiales 36 ou autres éléments. Dans la forme de réalisation préférée, l'élément sensible 26, les tubes 34 et le conduit 16 sont coaxiaux pour délimiter des espaces annulaires par lesquels les gaz chauds circulent dans le sens indiqué par les flèches. Le tube interne 34 est représenté en particulier sur la coupe transversale de la figure 4. La figure 5 est une vue pardessus du bouchon 18, l'élément 26 sensible à la température étant en place dans l'orifice 19, mais en l'absence de l'obturateur et de la garniture ou autre élément d'étanchéité qui ferme l'orifice taraudé 24 pour maintenir l'élément sensible en position et pour empêcher le passage des gaz chauds par l'orifice 19. Pour mesurer la température d'un gaz au moyen d'un élément sensible à la chaleur comme celui désigné par 26, il est nécessaire de faire passer les gaz chauds en contact intime avec la surface sensible 28 de l'élément 26. Il importe également d'éviter un rayonnement thermique ou autre déperdition de chaleur à partir de ltélément sensible proprement dit, ce qui se produit lorsque les surfaces entourant l'élément sensible sont à une température inférieure. Cette perte par rayonnement est évitée en plaçant l'élément sensible à l'intérieur du ou des tubes 34 qui baignent dans le courant de gaz chaud qui passe sur leurs surfaces interne et externe. Il n'est pas indispensable que le conduit 16 soit à la température des gaz, étant donné qu'il est sujet à un rayonnement vers l'extérieur en direction de zones adjacentes plus froides.Par conséquent, il importe qu'un tube interne au moins, par exemple celui désigné par 34, soit protégé d'un rayonnement vers l'extérieur en direction de zones plus froides en étant entouré par le conduit 16. Bien que celui-ci puisse ne pas être à la température précise du gaz, il est à une température plus rapprochée que la température réelle du gaz qu'une paroi externe telle que celle de la canalisation 12. Ainsi, le tube interne 34 qui baigne dans le courant des gaz chauds passant sur les surfaces interne et externe et qui est protégé d'un rayonnement par la surface du conduit 16 qui est pratiquement à la même température élevée, constitue un moyen permettant d'atténuer le rayonnement à partir de l'organe thermosensible 28 qui atteint et reste à une température correspondant étroitement à celle des gaz chauds circulant sur sa surface. Afin de minimiser encore l'écart de température de l'élément sensible à à une plus faible température des zones adjacentes, il est possible d'insérer des tubes supplémentaires, de préférence concentriques sans y être limité, autour du tube 34. Il importe dans un appareil comme celui représenté sur la figure 1 de régler la vitesse d'écoulement du gaz dans les conduits espacés à une valeur comprise entre 3 et 15 m/s et de préférence entre 3 et 6 m/s. Si la vitesse d'écoulement est trop faible, on n'est pas str que les surfaces des conduits atteignent la température réelle du gaz. Par ailleurs, si la vitesse d'écoulement est trop élevée, la vitesse moléculaire effective est supérieure à la vitesse moléculaire réelle correspondant à la température du gaz, de sortie que lrélément thermosensible 28 atteint une valeur supérieure à la température réelle du gaz.Toutefois, on à constaté que lorsque la vitesse dtécoule- ment du gaz est avantageusement d'environ 6 m/s dans le conduit 16, la température du gaz circulant dans les cheminées et canalisations peut être déterminée avec une précision maximale. Bien que l'appareil représenté utilise l'énergie cinétique du gaz pour le faire circuler dans les espaces annulaires limités, l'invention envisage dtutiliser d'autres moyens pour faire circuler les gaz chauds dans les espaces annulaires par exemple un éjecteur, une pompe ou autre dispositif connu. Etant donné que la vitesse d'écoulement est importante, cette vitesse dans le conduit 16 dépend de la vitesse des gaz dans la canalisation 12. Il est possible de faire varier le débit du gaz dans le conduit 16, en ajustant le diamètre des ouvertures 38 et 40 et/ou en faisant tourner le conduit 16 de manière que seule une partie de l'ouverture 32 soit exposée à la circulation du gaz. z Bien qu'on ait représenté plusieurs, par exemple deux ouvertures 38 et 40, il est naturellement possible de n'avoir recours qutà une seule ouverture ou surface d'écoulement appropriée. La figure 6 représente une variante de l'invention dans laquelle l'élément sensible est introduit dans la canalisation parallèlement au sens d'écoulement des gaz et généralement dans cette direction. La canalisation est désignée~par 60 et comporte une partie amont 62 se raccordant à un coude 64 effectuant un changement de direction de 900. Comme sur la figure 1, un raccord de montage taraudé 20A est soudé sensiblement au centre du coude, l'ase du raccord coïncidant de préférence avec celui de la canalisation amont 62. Le raccord ou support de montage taraudé 20A est fixé à la canalisation 62,par exemple par soudage en 22 ou par un autre moyen.Un détecteur 10A peut être supporté par le raccord de montage 20s'au moyen d'un bouchon fileté 18 dans une ouverture circulaire 14 concentrique audit raccord 20A. Le conduit cylindrique 16 est fixé au bouchon 18 et traveroel'orer ture 14 pour se prolonger à l'intérieur de la canalisation 62, son extrémité ouverte étant dirigée en amont contre le courant de gaz 66. Le courant de gaz indiqué par les flèches 66 dirigé le long de-l canalisation 62 passe dans le tube interne 34 du détecteur 10A qui entoure la surface sensible 28 de l'élément 26. Ce dernier est maintenu en position dans le bouchon 18 par une garniture et un obturateur (non représentés) maintenus par la partie taraudée 24, comme on le sait en pratique. Le conduit 16 présente un ou plusieurs orifices 80,de façon que les gaz 66 circulant dans le conduit dans le sens indiqué par les flèches 72, 74, 76 et 78, passent par les espaces annulaires entourant 11 élément sensible et sortent par la ou les ouvertures 80. La dimension de la ou des ouvertures 80 est choisie en fonction de la vitesse d'écoulement des gaz 66 pour assurer une vitesse optimale des gaz en regard de ltélément sensible 28 et des tubes 34. Si la vitesse des gaz 66 est insuffisante pour assurer une vitesse d'écoulement optimale dans les espaces annulaires, il est possible- d'utiliser un aspirateur ou autre dispositif pour aspirer les gaz dans ces espaces et en regard de l'élément sensible à une vitesse optimale. Bien que l'axe du conduit 16 soit orienté de préférence dans le même sens que celui de la canalisation 62, il n'est pas nécessaire qu'il coricide avec lui ou même soit précisément parallèle à ce dernier. Cependant, il faut qu'une partie suffisan te de l'ouverture terminale du conduit 16 soit exposée au courant d'arrivée du gaz 66 afin que la pression engendrée soit suffisante pour que le gaz circule en regard du détecteur à une vitesse comprise dans la plage optimale. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit sans sortir du cadre de ltin- vention. REVENDICATIONS 1. Appareil à mesurer la température d'un courant de gaz en circulation dans une canalisation fermée, caractérisé en ce qu'il comporte un premier conduit métallique à paroi mince fixé de façon amovible par une première extrémité à ltextérieur de la canalisation et faisant saillie transversalement sur le trajet d'écoulement du gaz, ce premier conduit étant fermé à sa seconde extrémité, une ouverture inférieure ne couvrant pas plus de 180 du côté amont du premier conduit à proximité de sa seconde extrémité, une couverture supérieure du côté aval du premier conduit à proximité de sa première extrémité de façon qu'unie partie du courant de gaz chaud en circulation soit déviée transversalement dans l'ouverture inférieure pour monter dans le premier conduit et sortir ensuite par l'ouverture supérieure pour rejoindre le courant du gaz en circulation, un élément sensible à la chaleur placé axialement dans le conduit entre les ouvertures supérieure et inférieure et fixé de façon amovible à l'extérieur de la canalisation, et au moins un tube métallique cylindrique à paroi mince, ouvert à ses extrémités, d'un diamètre inférieur à celui du conduit, placé coaxialement dans le premier conduit entre lesdites ouvertures inférieure et supérieure et autour de l'élément sensible à la chaleur, en laissant des espaces annulaires pour l2écoulement du gaz entre le tube et le conduit. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs tubes sont embossés coaxialement les uns dans les autres et placés à l'intérieur du conduit en laissant un espace annulaire d'écoulement du gaz entre eux et autour de l'élément sensible à la chaleur. 3. Appareil selon la revendication I, caractérisé en ce que 12 élément sensible à la chaleur est une thermistance. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible à la chaleur est un thermocouple. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible à la chaleur est un thermomètre.