Brevet FR2482261A1 — publié le 19811113

La présente invention se réfère aux cheminées industrielles destinées à déverser dans l'atmosphère des produits gazeux dont on veut se débarrasser, ce terme de produits gazeux englobant les vapeurs et les particules solides ou liquides en suspension dans un gaz. Le cas le plus fréquent est celui des produits de combustion provenant de foyers, fours et-analogues. Pour réduire au minimum la gêne et la pollution que ces produits peuvent provoquer, il convient que les cheminées correspondantes soient aussi hautes que possible, ce qui aboutit à des constructions coûteuses. Pour éviter cet inconvénient on a proposé de rejeter les gaz sous pression à travers un ajutage sous la forme d'un jet à grande vitesse qui s'élève très haut dans l'atmosphère avant de s'y diluer. On a également imaginé d'associer aux produits gazeux à rejeter un courant d'air auxiliai- re qui les entraîne de façon plus ou moins efficace. Tous ces moyens se sont avérés coûteux en énergie et n'ont donne que des résultats assez approximatifs. Conformément à l'invention, pour résoudre ce problème on déverse dans la masse de produits gazeux à évacuer un gaz auxiliaire, tel que de l'air, suivant une direction centripète à une faible distance au-dessous du débouché supérieur de la cheminée. Dans une forme d'exécution préférée, on utilise une cheminée à tirage forcé comportant une tuyère supérieure d'évacuation des produits gazeux et l'on déverse le gaz auxiliaire à travers des ouvertures prévues à la base de cette tuyère, sous une pression légèrement supérieure à celle desdits produits dans cette zone. La cheminée peut avantageusement être prévue à cet effet à double paroi avec colonne centrale d'écoulement des produits à évacuer et espace annulaire pour le passage du gaz auxiliaire. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple permettra de mieux compren- dre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig. 1 est une coupe d'une cheminée suivant l'invention avec indication schématique de l'installation correspondante. Fig. 2 montre shcématiquement comment se comporte cette cheminée en fonctionnement. La cheminée représentée en fig. 1 comprend une colonne centrale 1 établie de toute façon appropriée, par exemple en briques, et une paroi extérieure 2 faite par exemple en béton, armé ou non, et qui entoure la colonne l en ménageant un espace annulaire intermédiaire 3. La colonne 1 se termine dans le haut par une partie la à moindre diamètre propre à constituer ajutage ou tuyère. Dans la forme d'exécution représentée, cette partie la est cylindrique, mais il est parfaitement possible de la prévoir convergente sur une partie au moins de sa hauteur. Quant à la paroi extérieure 2, elle vient se raccorder à la colonne 1 vers la base de la partie ou tuyère la, comme indiqué en 2a. Le raccordement entre la colonne 1 et la tuyère la s'effectue par une partie arrondie lb immédiatement au-dessous de laquelle on a prévu des ouvertures 4 qui font communiquer l'espace annulaire 3 avec l'intérieur de la colonne. Le foyer, four ou autre appareil 5 qui engendre les produits gazeux à évacuer est relié à la base de la colonne 1 par une canalisation 6 (schématisee par un simple trait) sur laquelle est inséré un ventilateur soufflant 7, de manière à réaliser ce qu'il est convenu d'appeler le tirage forcé. Bien entendu la canalisation 6 pourrait en outre comporter tous dispositifs de filtration, épuration, refroidissement, déshumidifica- tion ou autres qu'on pourrait désirer. De son côté l'espace annulaire intermédiaire 3 reçoit par une canalisation 8 de l'air refoulé par un ventilateur 9. Il est d'autre part prévu un mano-comparateur 10 relié aux canalisations respectives 6 et 8 par des dérivations 11 et 12, ce compara- teur agissant sur le ventilateur 9 par l'intermédiaire d'une liaison appropriée quelconque, par exemple mécanique ou électrique, qu'on a schématisée par le trait interrompu 13. Pendant la marche, le ventilateur 7 refoule les produits gazeux à évacuer dans la base de la colonne 1 sous une certaine surpression. En même temps le ventilateur 9 refoule de l'air dans l'espace intermédiaire 3 sous une pression que le mano-comparateur 10 maintient très légèrement supérieure à celle engendrée par le ventilateur 7. Dans ces conditions à la base de la tuyère la l'air de l'espace 3 sort radialement à travers les ouvertures 4 suivant une direction centripète et se mélange à la masse de produits gazeux qui monte dans la colonne 1, l'ensemble s'évacuant à grande vitesse par la tuyère la dans laquelle la pression statique se transforme en pression dynamique, c'est-à-dire en énergie cinétique. Il est toutefois très important de noter qu'en réalité l'air qui sort des ouvertures 4 s'écoule préférentiellement contre la paroi de la tuyère la, de sorte qu'au sortir de celle-ci on se trouve en présence d'un jet gazeux dont la périphérie est presque exclusivement constituée par de l'air. Cette conformation comporte de nombreux avantages: 1 ) Du fait qu'une fraction de l'air se mélange aux gaz à évacuer, le jet qui sort de la tuyère la reste sans solution de continuité dans le sens transversal. En d'autres termes il n'y a pas de séparation entre une lame d'air extérieure et une masse centrale de produits gazeux. 2 ) La gaine d'air presque pur qui adhère au jet central de produits gazeux est relativement sèche et isolante au point de vue thermi- que. Elle retarde donc considérablement les phénomènes de condensation qui n'apparaissent qu'à une hauteur notable au-dessus de la tuyère la. ) Du fait de la communication assurée entre l'espace 3 et la colonne 1 par les ouvertures 4 il se produit à l'entrée de la tuyère la un phénomène d'auto-régulation des pressions respectives de l'air et des produits gazeux à évacuer. En effet le débit de l'air à travers les ouvertures 4 est fonction non pas de la pression de refoulement du ventilateur 9, mais bien de la différence entre cette pression et celle de tirage forcé assurée par le ventilateur 7. Par conséquent les pertes de charge entre la sortie du ventilateur d'air 9 et le débouché desdites ouvertures 4 est également fonction de cette différence. Il en résulte que les petites erreurs de réglage du mano-compensateur 10 lors des variations d'allure du four 5 sont automatiquement compensées par ces pertes de charge. Si par exemple lors d'une réduction de cette allure et donc de la pression de tirage dans la colonne 1 le mano-comparateur 10 impose au ventilateur 9 une pression de refoulement trop forte, les pertes de charge interviennent efficacement pour limiter une trop importante augmentation du débit d'air. On peut encore noter que la présence de l'air en très légère surpres- sion dans l'espace 3 évite tous les suintements à travers les joints de la colonne 1 (notamment quand celle-ci est faite en briques). En outre la paroi de cette colonne est soumise sur ses deux faces à des pressions pratiquement égales et ne court aucun risque d'éclatement. Quant à la paroi extérieure 2, même si elle comporte des fuites légères, cela est sans importance puisque c'est alors de l'air qui s'échappe vers l'extérieur. On a schématiquement représenté en fig. 2 l'allure générale du jet de gaz 14 sortant d'une cheminée suivant l'invention. Celle-ci comporte une hauteur H. Le jet 14 de gaz de combustion ou autres et d'air périphéri- que s'élève d'abord verticalement, puis s'incline progressivement sous l'effet du vent (indiqué par la flèche 15). Le panache horizontal 16 n'apparaît qu'à une hauteur h au-dessus de la tuyère la, de sorte qu'à ce point de vue tout se passe comme si l'on avait affaire à une cheminée classique de hauteur H + h. Il convient encore de noter que du fait du retard à la condensation, le jet 14 est au début parfaitement transparent et pratiquement invisible. Il ne prend la couleur blanche usuelle que très progressivement, par exemple au niveau indiqué en 14a. On pourrait d'ail- leurs augmenter cette action de l'air auxiliaire en le pré-traitant par chauffage et/ou déshydratation avant de le refouler dans l'espace 3. Il est d'ailleurs à noter à cet égard que l'air auxiliaire est automatiquement réchauffé par échange de chaleur avec la paroi de la colonne 1. Cela comporte le double avantage de réduire l'énergie nécessaire à l'obtention d'une température déterminée de cet air à la sortie des ou- vertures 4, d'autre part d'éviter un échauffement excessif de ladite paroi dans le cas de produits gazeuxtrès chauds. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. Le gaz auxiliaire pourrait être autre que l'air atmosphérique. On pourrait le traiter avant de l'envoyer dans l'espace 3. Bien qu'il soit particulièrement avantageux de réaliser cet espace 3 sur toute la hauteur de la cheminée jusqu'à la tuyère la, on pourrait à la rigueur le réduire à une sorte de gorge entourant les ouver- tures 4 et qu'une canalisation parallèle à la colonne 1 relierait au venti- lateur 9. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Cheminée pour l'évacuation dans l'atmosphère-de gaz de combustion ou autres, du genre dans lequel, en vue de surélever le panache de fumée et de vapeur, on associe vers le débouché supérieur de la cheminée un courant d'air ou autre gaz auxiliaire à la masse de produits gazeux à évacuer, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour que le gaz auxiliaire soit déversé dans ladite masse suivant une direction centripète à une faible distance au-dessous de son débouché supérieur. 2. Cheminée suivant la revendication 1, du genre à tirage forcé dans lequel l'extrémité supérieure est conformée en tuyère, caractérisée en ce qu'elle comporte à la base de cette tuyère (la) des ouvertures de déverse- ment (4) qui font communiquer le passage central (1) destiné à la circulation des produits gazeux à évacuer avec un espace annulaire (3) dans lequel le gaz auxiliaire est refoulé sous une pression légèrement supérieure à celle desdits produits gazeux dans le passage précité. 3. Cheminée suivant la revendication 2, du genre comportant une colonne centrale pour l'écoulement des produits gazeux à évacuer et une paroi extérieure qui entoure cette colonne en ménageant un espace annulai- re intermédiaire, dans lequel on peut faire circuler un gaz destiné à être associé à ces produits, caractérisée en ce que la paroi extérieure (2) se raccorde à la colonne centrale (1) immédiatement au-dessus des ouvertures d'injection (4). 4. Cheminée suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (mano-comparateur 10) pour régler automatiquement à sa base la pression de refoulement du gaz auxiliai- re à une valeur légèrement supérieure à celle de soufflage des produits gazeux à évacuer. 5. Cheminée suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisée en ce qu'on traite le gaz auxiliaire avant de le déverser dans les produits gazeux à évacuer de façon à abaisser son humidité relative et/ou absolue et à réduire et/ou à retarder la formation du panache de vapeur au-dessus du débouché de ladite cheminée.