Brevet FR2381266A1 — publié le 19780915

La présente invention concerne un perfectionnement aux échangeurs de chaleur rotatifs, à compartiments longitudinaux formés par des cloisons supportées par des bras reliés d'une part à la virole et d'autre part à un tube centrai. Ces échangeurs, désignés aussi sous le nom d'échangeurs à croisillons, peuvent constituer une partie d'un four rotatif utilisé pour sécher, cuire ou griller des matières solides circulant à contre-courant avec des gaz chauds. Il existe de nombreuses réalisations d'échangeurs de chaleur rotatifs, cloisonnés longitudinalement, cette disposition permet tant d'augmenter de façon appréciable les surfaces d'échanges du fait du fractionnement de la matière et de sa répartition dans les divers compartiments. Suivant un mode de réalisation, les tôles de cloisonnement sont fixées uniquement par leurs côtés extérieurs à la virole de l'échangeur, leurs côtés-intérieurs s'appuyant librement les uns sur les autres par l'intermédiaire d'un élément de prolongement, pour permettre les dilatations thermiques. Ce montage en porte-à-faux présente l'inconvénient d'imposer une contrainte élevée au point de fixation sur la virole, d'où risque de rupture d'autant plus grand que le diamètre du four est plus grand. Sont aussi connus, des échangeurs comportant un tube central des tiné à réintroduire, dans le four1 les poussières entraînées par les gaz et séparées de ceux-ci dans des cyclones ou autres dépoussiéreurs. Ce tube central est fermé, à son extrémité intérieure, pour que les gaz ne puissent pas y pénétrer et comporte des hélices ou des pales pour faire avancer les poussières qui sont évacuées latéralement et réintroduites dans une zone calme, déjà suffisamment chaude, par l'intermédiaire de de goulottes fixées en porte-àfaux à ltextrémité du tube. Ce tube central est maintenu en place par les tôles de cloisonnement de l'échangeurs fixées de préférence tangentiellement, ce qui, sous l'effet des dilatations thermiques, permet de lui imprimer un mouvement de rotation. Du fait des liaisons rigides entre les tôles de cloisonnement et le tube central, les dilatations provoquent des contraintes élevées qui limitent la durée de vie de ltéchangeur. La présente invention remédie à ces différents inconvénients et permet de construire des échangeurs de chaleur, à tube central et compartiments longitudinaux, de tout diamètre, y compris de très grands diamètres, capables de supporter efficacement toutes les contraintes thermiques auxquelles sont soumis de tels appareils, ceci grâce au fait qu'ils ne comportent pas de montage en porteà-faux, ni de liaison rigide entre tube et cloisons. Cette structure solide est d'un assemblage simple, ntemployant qui'un minimum de soudure et n'entraînant aucune difficulté de montage. Elle consiste à maintenir le tube central par des bras disposés tangentiellement et articulés sur ledit tube central. Ces bras peuvent en particulier etre articulés sur des colliers, serrés sur le tube central, et plusieurs bras disposés dans un même plan radial peuvent être articulés sur un même collier. h leur extre- mité extérieure, les bras sont boulonnés à des supports soudés sur la virole de ltéchangeur de chaleur. Ce montage permet aux bras de se dilater librement en imprimant au tube une rotation par poussée tangentielle et supprime toute contrainte à la liaison avec le tube central. Les tôles de cloisonnement sont soutenues par les bras et maintenues sur ceux-ci par des brides largement dimensionnéess permettant la dilatation des tôles par rapport aux bras et inversement des bras par rapport aux tôles, dans toutes les directions Le tube central est fermé à son extrémité intérieure par un fond qui s'emboîte par un large bord coiffant le bout du tube et une autre caractéristique de l'invention consiste dans le fait que les goulottes de réintroduction des poussières sont fixées sur ce bord. Elles sont, par ailleurs, maintenues sur les tôles de cloi- sonnement par des brides largement dimensionnées et boulonnées, côté virole de l'échangeur, sur des supports soudes à cette virole.Ce montage des goulottes sur le bord coiffant le tube, et non sur le tube lui-même, permet, a celui-ci, d'effectuer des mouvements de rotation sous la poussée due à la dilatation des bras, sans que s'exercent des contraintes sur ces goulottes. Il est donc possible de les fixer solidement par leur autre extrémité à la virole et de leur donner la longueur voulue pour que les ouvertures de réintroduction des poussières se situent vers la périphérie de l'appareil, sur le talus de matière et ceci quel que soit le diamètre du four, puisqutelles sont maintenues également sur toute leur longueur par des brides aux tôles de cloisonnement. Ces ouvertures de réintroduction des poussières, disposées à proximité de la virole sont orientées, de manière connue, vers l'a- mont de lléchangeur par rapport au sens de circulation des ma tières, ctest-àcdire en direction opposée au courant gazeux afin d'éviter le soulèvement des poussières et leur entraînement par les gaz. Des blindages longitudinaux boulonnés sur les tôles de cloisonnement, noyés en partie dans le briquetage côté virole ou posés contre le tube central, renforcent la rigidité longitudinale des tôles de cloisonnement et forment un barrage aux infiltrations des poussières entre les compartiments. La jonction entre tôles de cloisonnement voisines s'effectue avec des couvre-joints. La description qui suit, se référant aux dessins qui l t accompa- gnent, permettra de mieux comprendre ltobjet de llinvention. Sur ces dessins La figure 1 représente une coupe longitudinale dlun échangeur de chaleur à croisillons constituant l t extrémité, située côté alimentation des matières solides, dtun four rotatif, non représenté en entier. La figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1. La figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure i. Sur la figure l, on voit une partie de la virole i d'un four rotatif avec, en 2, des tôles de cloisonnement longitudinales, déli- mitant la partie formant échangeur de chaleur proprement dit, disposées autour d'un tube central 3. Les produits solides sont distributs par des hélices d'introduction 16 dans les différents compartiments 14 et les poussières recyclées sont introduites par une goulotte 11 dans le tube central 3 et entraînées par des hélices 17, suivant les flèches 18, en direction de I'extrémité intérieure de ce dernier qui est fermé par un fond 12, et évacuées par des goulottes 10 de réintroduction des poussières. Dans 'exemple représenté, ainsi que l'on peut le voir aux figures 2 et 3, la virole l est divisée, intérieurement, en six compartiments 14, par les tôles de cloisonnement 2 reposant sur des bras 4, disposés suivant des tangentes au tube central 3 et fixés d'une part sur des supports 5 soudés à la virole 1 et d'autre part articulés par l'intermédiaire d'axes 6 sur des colliers 7 serrés autour dudit tube central 30 Les tôles 2 sont maintenues sur les bras 4 par des brides 8 largement dimensionnées. Les goulottes 10 de réintroduction des poussières sont fixées sur le fond 12 coiffant le tube central 3 d'une part et d'autre part, par leur autre extrémité sur les supports 5 soudés à la virole i. Elles sont maintenues sur les tôles 2 par des brides 15. Elles communiquent avec l'intérieur du tube central 3 par des orifices périphériques 20 et avec les compartiments 14 par des orifices 13 situés à proximité de la virole 1. Des blindages longitudinaux 9 contre le tube central 3 et 91 en partie noyés dans le briquetage réfractaire 19 de protection de la virole i, forment barrage aux infiltrations de poussières tout en améliorant la rigidité des tôles de cloisonnement 2. Le fonctionnement d'un tel échangeur de chaleur rotatif, avec les gaz circulant à contre-courant des matières, est connu et ne sera donc pas décrit Les dessins représentent une réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif I1 est évident que lton peut concevoir des variantes en ce qui concerne le nombre de compartiments et de goulottes, les modes de fixation, par exemple, des extrémités côté virole ou côté tube central des bras-supports et des goulottes de réintroduction des poussières, ou des blindages longitudinaux, et'que l'on ne sort pas du cadre de 11 invention en substituant aux moyens décrits des moyens techniques équivalents De tels échangeurs de chaleur trouvent de nombreuses applications dans les problèmes de préchauffage, séchage ou refroidissement que l'on peut avoir à traiter, en particulier dans les industries de préparation de la chaux, du ciment et des minerais. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur rotatif, divisé en plusieurs compar timents longitudinaux par des tôles de cloisonnement stéten- dant entre la virole de ltéchangeur et un tube central, tan gentiellement au tube central, caractérisé par le fait que les tôles de cloisonnement sont portées par des bras disposés suivant des tangentes au tube central1 que ces bras sont fixés à la virole par leurs extrémités extérieures, qu'ils sont articulés sur le tube central par leurs extrémités intérieures et que les tôles de cloisonnement sont maintenues sur les bras par des brides permettant la dilatation des tôles par rapport aux bras. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté risé par le fait que les extrémités intérieures des bras sont articulées sur des colliers montés sur le tube central. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracté risé par le fait que plusieurs bras disposés dans un même plan radial sont articulés sur le même collier. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication i, 2 ou 3, caractérisé par le fait que, côté virole de l'échangeur, les bras sont boulonnés à des supports soudés sur ladite virole. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication i, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que le tube central est fermé à son extrémité intérieure par un fond comportant un bord qui s'em boîte sur et coiffe ledit tube. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté risé par le fait que des goulottes de réintroduction des poussières, communiquant par des orifices périphériques avec le tube central, sont fixées sur le bord du fond coiffant ledit tube. 70 Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les goulottes sont maintenues sur les tôles de cloisonnement par des brides et boulonnées, côté virole de l'échangeur, sur des supports soudés à ladite virole. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que les goulottes débouchent à la périphérie de ltéchangeur de chaleur par une ouverture tour née vers l'amont, par rapport au sens de circulation des matières solides 9. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendi cations précédentes, caractérisé par le fait que des blin dages longitudinaux renforcent les tôles de cloisonnement, côté virole de l'échangeur et côté tube central, en formant joints. 10, Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caracté risé par le fait que les blindages1 côté virole, sont noyés en partie dans le briquetage. ,1. Echangeur de chaleur selon l1une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé par le fait que des couvre joints sont disposés a la jonction des tôles.