Brevet FR2388240A1 — publié le 19781117

La pré sentie invention est relative à un dispositif destiné à assurer le réchauffage des gaz à haute température. Cette invention peut notamment s 'ap- pliquer au réchauffage des gaz destinés à être injectés dans les incinerateurs- d'ordures, - - - - st /cette application n'étant bien entendu pas limitative. Dans ltetat actuel de la technique concernant le réchauffage des gaz à haute température, on utilise essentiellement les deux procédées suivants 1 - Chauffage au contact de masses de céramiques dans lesquelles on a emmagasiné la chaleur provenant des gaz chauds (cowpers, échangeurs à billes). 2 - Chauffage au contact de résistances électriques portées - haute température. Dans le premier cas, on se trouve en présence de volumes très impor tants de réfractaires, si on ne tolère que de très faibles écarts sur la tempé rature de sortie du gaz dans le temps. Par ailleurs, ce système est complexe puisqu'il comprend deux colonnes de réfractaires avec des vannes à haute température; il n'est donc justifié que pour des installations très importantes. Dans le second cas, le chauffage électrique fonctionne de façon continue et s'adapte bien aux installations de moindre importance; cependant, l'effi cacité des échanges thermiques par la seule convection est limitée et il est nécessaire d'utiliser une très grande surface des résistances pour obtenir le ré chauffage ésirk. L'invention s'est fixe' pour objectif d'apporter un dispositif ne présentant pas les inconvénients des solutions antérieures rappelées ci-dessus. En conséquence, I'invention concerne un dispositif pour rechauffer des gaz à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend des résistances électriques autour desquelles s'coule le gaz à réchauffer et au moins un as semblage de matériaux réfractaires conducteurs de la chaleur, jouant le rôle de relais thermiques complémentaires entre les résistances et le gaz, cet assemblage étant constitué de façon à ménager des passages-pour l'écoulement du gaz. afin que la chaleur rayonnée par les résistances vers ledit assemblage soit restituée au gaz lorsqu'il traverse lesdits passages. Ainsi qu'on le comprend, le dispositif de réchauffage électrique selon l'invention est basé sur l'utilisation simultanée du rayonnement et de la convection pour limiter la surface des résistance s utilisées. A cet effet, on utilise un matériau réfractaire conducteur de la chaleur, jouant le rôle de relais thermique complémentaire entre les résistances et le gaz. Un tel relais, chauffé par rayonnement des résistances, peut transférer jusqu'à 3/4 de la chaleur totale absorbée par le gaz, le quart restant étant échangé directement par convection entre les résistances et le gaz. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention est constitué d'une succession de segments unitaires comprenant chacun une résistance et un assemblage de matériaux réfractaires conducteurs de la chaleur, pouvant être réalisé en briques céramiques, par exemple en carbure de silicium ou en acier réfractaire, le gaz à réchauffer s'écoulant d'abord autour de la résistance puis à travers les passages ménagés dans l'assemblage pour atteindre le segment suivant. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé, d'exemples de réalisation non limitatifs. Sur le dessin la figure 1 est une vue schématique, en perspective, représentant un élément du dispositif de réchauffage selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical, d'un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention, représentant un couplage parallèle de deux éléments identiques. La figure 1 représente un segment unitaire selon un exemple de réalisation préféré. Le dispositif de l'invention est constitué d'une succession de segments unitaires, tels que représentés sur cette figure. Chaque segment comprend une résistance électrique 10, qui de préférence sera une résistance moulée, et un assemblage d'éléments réfractaires 12. Cet assemblage est réalisé de telle façon-qu'on ménage un passage pour les gaz 14, entre ou dans deux éléments réfractaires consécutifs dudit assemblage. Gracie à cette disposition, le gaz s'écoule d'abord autour de la résistance 10, puis à travers les passages 14 pour atteindre ensuite le segment suivant. Ainsi, la chaleur dégagée par la résistance est en partie absorbée par le gaz suivant le mécanisme de la convection forcée. Cependant une partie importante de cette chaleur est rayonnée vers l'assemblage d'éléments réfractaires 12 qui à son tour la cède au gaz lorsqu'il circule à travers les passages 14. On conçoit que l'efficacité du dispositif de l'invention sera d'autant plus grande que les éléments réfractaires de l'assemblage seront conducteurs de chaleur. Selon un exemple de mise en oeuvre préféré, l'invention utilise un assemblage d'éléments réfractaires en carbure de silicium, mais il peut être également réalisé en pièces de fonderie en acier réfractaire de formes géométriques variées. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente un autre exemple de réalisation mettant en oeuvre des résistances moulées séparées par des assemblages d'éléments réfractaires en carbure de silicium, le dispositif étant alors, de préférence, disposé selon cette figure, bien qu'une autre réalisation, avec les résistances placées verticalement, soit également possible. Sur cette figure 2, on voit en 20 les résistances moulées, munies de pattes d'appui 21 et 21a, et en 22 les éléments réfractaires en carbure de silicium. Le carbure de silicium étant conducteur d'électricité, on prévoit un calage des résistances 20 à l'aide de pièces à une face 18 ou à double face 18a, non conductrices d'électricité, pourvues de saignées 23 et 23a dans lesquelles les pattes 21 et 21a des résistances viennent prendre appui. Ce calage des résistances permet d'une part d'éviter tout contact accidentel entre chaque résistance 20 et les éléments réfractaires 22, et d'autre part d'empê cher toute déformation de celles-ci. On prévoit une isolation thermique 16 pour séparer les résistances électriques de l'air ambiant, A titre d'exemple non limitatif, pour illustrer les résultats apportés par l'invention, on indiquera que, dans le mode d'exécution représenté à la figure 2, la température maximale sur la résistance 20 est de 1200"C environ et l'air est réchauffé à 1000 C. L'intensité de transfert thermique à l'intérieur du dispositif est de 250 kW/m ll demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exem ples de réalisation décrits et représentés mais quelle en englobe toutes les variantes. Ainsi, les deux-éléments identiques, = couplés. en arallèIa.dans le mode. de réalisation de la figure 2, peuvent aussi fonctionner en tant qu'appareils indépendants. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour réchauffer des gaz à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend des résistances électriques autour desquelles s'écoule le gaz à réchauffer et au moins un assemblage de matériaux réfractaires conducteurs de la chaleur jouant le rôle de relais thermiques complémentaires entre les résistances et le gaz, cet assemblage étant constitué de façon à ménager des passages pour l'écoulement du gaz, afin que la chaleur rayonnée par les résistances vers ledit assemblage soit restituée au gaz lorsqu'il traverse lesdits passages. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par une succession de segments unitaires comprenant chacun une résistance et un assemblage d'éléments réfractaires conducteurs de la chaleur, le gaz à réchauffer s'écoulant d'abord autour de la résistance puis à travers les passages ménagés dans ou entre lesdits éléments réfractaires pour atteindre le segment suivant. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'une pluralité d'éléments identiques couplés en parallèle. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les résistances électriques moulées sont maintenues écartées des assemblages d'éléments réfractaires au moyen de pièces à une face ou à deux faces,non conductrices d'électricité. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour maintenir écartées les résistances des assemblages d'éléments réfractaires, les résistances électriques moulées sont pourvues de pattes qui viennent prendre appui dans des saignées pratiquées dans les pièces à une ou deux faces, non conductrices d'électricité. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau réfractaire conducteur de la chaleur est du carbure de silicium. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que le matériau réfractaire conducteur de la chaleur est un acier réfractaire.