Brevet FR2472156A1 — publié le 19810626

1.- 2472 1 56 L'invention concerne un dispositif pour refroidir des corps exposés à des températures élevées. En particulier, l'invention concerne un dispositif pour refroidir, et transférer de l'énergie sous forme de chaleur soustraite à un corps, au moyen d'un fluide, de l'eau par exemple. L'inven- tion concerne de préférence, mais non exclusivement, un procédé de refroidissement dans lequel le fluide refroidissant peut- être présent simultanément sous forme liquide et sous forme vapeur. L'invention sera exposée et décrite en se référant à un dispositif destiné à refoidir les organes struc- turels équipant un four destiné à fondre des alliages de fer, des minerais de fer et/ou des carbures. Il est à noter cependant que l'invention n'est pas limitée à cette utilisation, mais - peut servir en général chaque fois que le fluide refroidissant peut exister en deux phases, en raison d'un chauffage excessif. Les fours classiques de production d'alliages de fer, de fonte et carbures exigent un moyen de refroidissement dont les organes structurels sont posés sur le four, en font partie ou sont placés près de lui. Le refroidissement et le transfert de l'énergie à partir de ces organes, s'effectue habituellement au moyen d'un liquide refroidissant, d'eau par exemple. Ces dernières années, on a introduit un procédé de refroidissement qui permet, du point de vue de la construction, une température extérieure des éléments aussi élevée que possible. Au lieu de la structure de recouvrement classique, soudée, à double paroi, on utilise maintenant des plaques d'acier relativement épaisses, avec des tuyaux en acier pour la circulation du fluide refroidissant, le ou les tuyaux en acier étant soudés sur la face externe du toit. La température de la surface interne des plaques d'acier est, dans une telle struc- ture, de l'ordre de 150 à 4000 C. Cet ordre de grandeur est nettement supérieur au point de condensation de l'eau et aussi à celui de l'acide sulfureux, ce qui permet de réduire considé- rablement les attaques corrosives dues à l'humidité corrosive. Un procédé de refroidissement intégrant des tubes d'acier soudés au toit comporte néanmoins des limitations, étant donné que l'eau de refroidissement a un point d'ébullition de 1000 C à la pression atmosphérique, c'est-à-dire bien en- dessous de la température de la surface interne des plaques 2.- 2472 1 56 d'acier. Si la température du corps augmente au point que l'eau de refroidissement soit amenée à l'ébullition localement, la vapeur produit va bloquer le passage de l'eau dans le tuyau, ce qui supprime la possibilité de réguler la température. Afin de remédier à un effet aussi peu souhaitable, on a déjà proposé d'utiliser un liquide refroidissant ayant un point d'ébullition plus élevé, ou d'appliquer un refroidissant sous pression élevée, par exemple de l'eau sous pression. Cependant, des inconvénients fondamentaux subsistent dans les deux cas. Si le procédé de refroidissement est basé sur un liquide refroidissant ayant un point d'ébullition plus élevé que 1000 C, il faut utiliser un échangeur thermique, de façon à réduire la température du fluide refroidissant avant de le recycler. Si d'un autre c8té, on utilise un procédé avec refroidissant sous pression élevée, il faut obtenir les auto- risations nécessaires pour son utilisation. Cette autorisation étant soumise à de sévère exigences de sécurité et de construc- tion. Dans les deux procédés, la plus faible fuite rend l'instal- lation inutilisable. = L'invention a pour objet de résoudre ces problèmes relatifs au refroidissement d'un corps et d'élargir la zone de régulation de la température du corps à refroidir, sans avoir à changer le fluide refroidissant, sa pression, sa composition, ni ses caractéristiques. De même, la température peut varier dans ce procédé dans une mesure-très large, sans qu'une surchauffe apparaisse. L'invention comporte l'introduction d'un manchon ou tube souple en matière textile ou en filaments ou matières fibreuses, comme par exemple en fibres de verre, à l'intérieur d'un ou de plusieurs des tubes en acier du système de refroidissement. Ce manchon sera pliable ou flexible et se prOgtera aux déformations. Ainsi, lorsqu'il est soumis à une pression d'eau interne, le tuyau va réagir de manière élastique. Le tube ou machon en filaments aura de préférence un diamètre extérieur pratiquement équivalent au diamètre intérieur du tube en acier. Le manchon en filaments devra être flexible et avoir une résistance permettant de l'exposer à une température supérieure à celle qu'il est censé devoir supporter. De plus, ce manchon ne devra pas être imperméable. 3,_ 2 4 2472156 Dans la mesure o ce manchon n'est pas imper- méable, le liquide refroidissant qui circule à ltintérieur du système le parcourra axialement. De plus il se produira un écou- lement radial à travers la paroi du manchon, remplissant tout vide ou volume entre le manchon et la paroi de tube qui l'entoure. De plus, le liquide refroidissant va remplir les vides ou les pares apparaissant dans la ou les parois de la texture. Pour le faire circuler dans le réseau de refroidissement, on communique au liquide refroidissant qui est normalement de l'eau, une vitesse prédéterminée et réglée. En raison de la friction/ adhérence sur les parois de tube, ainsi que sur les parois de la texture poreuse, la vitesse axiale du liquide atteindra son maximum le long du centre du tube et décroît en se rapprochant de la périphérie de ce tube. Selon l'invention, o un manchon perméable à texture souple 'est introduit à l'intérieur du ou des tubes, la vitesse axiale du refroidissant dans le ou les tubes sera amenée à environ zéro le long de la texture. De plus, il n'y aura pratiquement pas de transport radial du refroidissant à travers les parois souples, vers les parois du tube. En conséquence, selon l'invention, il est créé une couche limite plus ou moins immobile le long de la périphérie des tubes. Le passage du fluide refroidissant radiale- ment vers l'extérieur et à travers la texture du manchon, dépend de plusieurs facteurs, comme la perméabilité de la texture, ainsi que sa porosité et son épaisseur. Lorsqu'on chauffe de l'extérieur un tube comportant un manchon interne souple, la température de la paroi du tube va augmenter plus rapidement que celle d'un tube ne comportant pas un tel manchon interne, quand on les oppose aux mêmes conditions thermiques, la même quantité de refroidissant circulant à la même vitesse dans les tubes. Pour le tube sans manchon interne, la température de la paroi n'atteint 1000 C qu'au moment o l'eau de refroidissement bout dans le tube, produisant de la vaieur qui bloque la continuation du passage de l'eau de refroidissement. Selon l'invention, la couche limite d'eau de refroidissement n'a pratiquement pas de vitesse axiale. En conséquence, cette couche limite atteint relativement vite une température de 1000 C et est convertie en vapeur. La continuation 4,- 2472 156 du chauffage va causer une élévation de la température de la vapeur, ce qui fait que l'énergie calorique fournie de l'exté- rieur va être transférée au milieu refroidissant par l'intermé- diaire d'une atmosphère de vapeur, créant ainsi un anneau de vapeur entourant le manchon texture. Cet anneau va réduire localement la section du tuyau et de ce fait, la section d'écou- lement du fluide refroidissant. En outre, il se réalise une limite bien définie entre les deux phases, vapeur et liquide. La réduction de la section d'écoulement va provoquer localement une augmentation de la vitesse d'écoulement, créant ainsi temporairement une augmentation de la capacité de transport calorique. De plus, la surface mouillée du tube est plus grande par rapport à un tube sans manchon interne. Ainsi, en -raison. de l'existence de ce manchon, un écoulement bi-phasée est rendu possible dans le tube, sans qu'il s'en suive nécessairement un blocage dans le tube. Lorsqu'ensuite l'anneau de vapeur disparait, le manchon retrouvera sa forme initiale. Ainsi, selon.l'irnvention, il est impératif que le tuyau soit souple et se prête aux - déformations. Comme mentionné plus haut, le manchon-est constitué par une matière textile ou similaire, le manchon et la texture étant flexibles. Il est à noter que ce manchon peut- être constitué par tout matériau approprié ayant les qualités requises de flexibilité, de perméabilité et/ou-de porosité, d'épaisseur de paroi et de résistance à la chaleur. Le-manchon peut être constitué, en variante, par une couche continue sur la paroi interne du ou des tubes, Le manchon est introduit de préférence dans les parties du réseau o une régulation de la température est nécessaire. Il peut-être par exemple fixé à l'entrée de chaque tube. Il peut être en outre inséré selon n'importe quel procédé habituel, et ce manchon peut être fixé au tube par exemple au moyen d'un tube ou d'un tampon de raccordement. 2 4 7 2 1 5 6 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour refroidir un corps, comportant au moins un tube par o s'écoule le liquide refroidis- sant afin de soustraire la chaleur à au moins ce tube et son environnement, dispositif caractérisé en ce que le ou les tubes sont pourvus d'un manchon placé à ltintérieur, ayant une épaisseur de paroi, une perméabilité et/ou une porosité ainsi qu'une qualité qui correspondent à l'énergie calorique devant être soustraite à au moins de tube et/ou à son environnement. 2.- Dispositif pour refroidir un corps, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon présente un diamètre extérieur pratiquement équivalent au diamètre intérieur d'au moins un tube. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon présente un diamètre plus petit que le diamètre intérieur correspondant du tube, une partie de la section transversale du tube se trouvant comprise entre le manchon et le tube. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le manchon est constitué par un matériau souple tel qu'un textile. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caract isé en ce que le manchon est fixé au tube à son extrémité d'entrée.