Brevet FR2550854A1 — publié le 19850222

La présente invention a trait à des régénérateurs de chaleur et en particulier à des régénérateurs comportant un empilage réfractaire qui peut, au cours d'un cycle, être traversé par des gaz chauds pour être chauffé par eux et, au 5 cours du cycle suivant, chauffer de l'air ou un autre gaz. Des régénérateurs de ce type comportaient couramment un empilage formé de briques réfractaires On disposait les briques de diverses manières et la figure 2 annexée indique une disposition selon la technique antérieure pour l'obten10 tion d'un garnissage de ifriques plan et régulier L'empilage est disposé de façon à ménager en son sein une série de passages de gaz et ces passages peuvent s'étendre soit verticalement, soit horizontalement Outre l'agencement de garnissage régulier représenté sur la figure 2, on a utilisé divers 15 ensembles réfractaires comportant des agencements de briques décalés en quinconce ainsi que des garnissages entrelacés. Dans certains agencements, on espace les briques des briques voisines suivant leur longueur pour permettre la dilatation. Toutefois, un certain nombre de problèmes se posent lors 20 de l'utilisation de structures d'empilage réfractaires dans des générateurs de récupération de chaleur Par exemple, lorsqu'on utilise de tels régénérateurs de chaleur conjointement avec des cuves de fusion de verre, l'empilage peut se revêtir de dépôts de poussière associés aux matières premières servant 25 à former le verre ou aux combustibles utilisés Ces gaz et dépôts peuvent réagir avec les briques réfractaires utilisées dans la structure d'empilage et il peut en résulter une déformation ou un effondrement de l'empilage En outre, la condensation de sels alcalins dans les passages de l'empilage 30 peut provoquer des obstructions, réduisant l'efficacité du régénérateur et la longévité du four Pendant le fonctionnement de telles structures d'empilages, un nettoyage régulier peut devenir nécessaire et ce nettoyage peut impliquer le soufflage d'air comprimé à travers les passages, le chauffage 35 du régénérateur ou, parfois, un grattage mécanique. La présente invention a pour but de proposer une structure d'empilage réfractaire améliorée et plus particulièrement une telle structure dans laquelle on puisse utiliser des briques uniformes pour assurer une plus grande stabilité de la structure d'empilage En outre, de telles améliorations de la stabilité permettent d'utiliser des briques d'épaisseur réduite menant à des économies de combustible sans porter atteinte à la stabilité ni à la longévité de l'empilage De plus, on peut disposer l'empilage de façon à ménager des pas10 sages de gaz risquant moins de recueillir la poussière. La présente invention propose un empilage réfractaire pour régénérateur de chaleur, lequel empilage comprend une série de rangées de briques enclenchées formant un empilage qui s'étend horizontalement et verticalement, l'empilage com15 portant plusieurs essembles plans de briques, chaque ensemble plan comprenant des rangées sécantes de briques s'étendant perpendiculairement les unes aux autres, caractérisé en ce que les briques de chaque rangée sont toutes semblables et sont disposées bout à bout en alignement rectiligne avec, et 20 avec la même orientation que, les autres briques de la rangée considérée, chacune desdites briques présentant des tenons dépassant aux extrémités opposées de sorte que les briques d'une rangée formant des joints à enclenchement avec des tenons appariés de briques d'une rangée sécante, les briques des rangées sécantes d'un ensemble plan étant coplanaires de sorte que les briques de toutes les rangées de l'ensemble fournissent une surface plate de contact avec un ensemble voisin. De préférence, une série d'ensembles de briques plans sont empilés les uns sur les autres, les rangées d'un ensemble étant alignées avec les rangées de l'ensemble suivant, et ladite surface plate d'un ensemble bute contre une surface plate semblable d'un ensemble voisin, de sorte qu'il est prévu à travers l'empilage une série de passages de gaz rectili35 gnes à section rectangulaire, chaque passage étant délimité en continu sur toute sa longueur par des briques d'ensembles successifs. De préférence, les briques comportent chacune un corps présentant des tenons saillant vers l'extérieur sur deux ex5 trémités opposées de la brique pour assurer un enclenchement avec des briques voisines d'un empilage, ledit corps ayant une largeur (b) entre deux côtés et une épaisseur (c), la longueur de dépassement (d) de chacun desdits tenons représentant d'un quart à trois quarts de ladite épaisseur (c) du 10 corps et chacun des tenons étant séparé d'un desdits côtés du corps par une distance (f) au moins égale à la dimension (e) du tenon suivant la largeur (b) Les deux susdites extrémités du corps peuvent être parallèles de sorte que le corps est de forme rectangulaire En variante le corps peut 15 présenter auxdites extrémités des faces inclinées vers l'intérieur de sorte que la longueur du corps auprès des tenons est plus grande que la longueur du corps suivant le côté distant des tenons Les faces situées aux extrémités du corps peuvent être inclinées à un angle O sur une face adjacente d'un 20 tenon dépassant, l'angle g étant supérieur à 90 . De préférence, lesdits tenons sont situés près d'un desdits côtés du corps de sorte que la brique est en forme générale de T. De préférence, les tenons ont tous deux la même forme 25 et la même grandeur et ont tous deux la même épaisseur (c) que le corps. De préférence, le dépassement (d) de chaque tenon est non supérieur à la moitié et de préférence sensiblement égal à la moitié de ladite épaisseur (c) du corps de la brique. 30 De préférence, la dimension (e) de chaque tenon suivant la largeur (b) est sensiblement égale à la moitié de la largeur (b) entre les deux susdits autres côtés du corps. De préférence la brique présente des faces plates planes. La réalisation d'un empilage tel que décrit ci-dessus permet d'enclencher les briques, ce qui confère plus de sta- bilité à l'empilage Ceci peut avoir pour effet d'augmenter la longévité du régénérateur en réduisant le risque de voir des briques se désaligner par torsion ou, dans des cas extrémes, se déloger en tombant de sorte que le garnissage d'ef5 fondre En améliorant la stabilité on peut utiliser en toute sécurité des briques d'épaisseur réduite, ce qui améliore l'efficacité du régénérateur et réduit la consommation de combustible. On va maintenant décrire à titre d'exemple une réalisa10 tion de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'un type de régénérateur de chaleur couplé à une cuve de fusion de verre; la figure 2 représente une structure d'empilage selon 15 la technique antérieure type à utiliser dans un régénérateur de chaleur; les figures 3 et 3 A sont des vues en perspective de structures d'empilage selon la présente invention; La figure 4 est une vue latérale en perspective d'une 20 brique réfractaire à utiliser dans un empilage selon la présente invention; la figure 5 est une autre vue en perspective de la brique représentée sur la figure 4; et la figure 6 est une vue en plan de quatre intersec25 tions de briques disposées dans un ensemble horizontal d'empilage selon la présente invention Dans l'agencement représenté sur la figure 1, une cuve de fusion de verre 11, contenant du verre fondu 12, est reliée à un régénérateur de chaleur 13 par l'intermédiaire d' 30 une série de conduits de liaison 14 Les conduits 14 sont espacés sur la longueur de la cuve de fusion de verre 11 et relient la région haute 15 du régénérateur à des orifices 16 ménagés dans la paroi latérale de la cuve de fusion de verre. Des brûleurs de combustible 17 sont aussi situés près des ori35 fices 16 Le régénérateur 13 comporte un ensemble de briques réfractaires formant un empilage 18 qui s'étend sur une partie notable de la hauteur du régénérateur 13 au-dessus de conduits d'entrée et de sortie 19 situés à la base du récénérateur et jusqu'à l'espace 15 situé à l'extrémité supérieure du régénérateur En service, l'écoulement de gaz à travers le régénérateur est inversé de manière cyclique Pendant un cycle, des gaz d'échappement chauds provenant de la cuve de fusion de verre 11 arrivent à travers le conduit 14 dans la partie supérieure du régénérateur 13 Le gaz chaud traverse 10 l'empilage de haut en bas, échauffant les briques réfractaires, puis est mis à l'échappement à travers les conduits 19 situés à la base du régénérateur Au cycle suivant, de l'air peut pénétrer dans le régénérateur par les orifices 19 de sorte qu'il traverse de bas en haut l'empilage 18, o il est 15 échauffé par les briques chaudes, puis sort de l'espace 15 par les orifices 16 o il alimente la combustion de combustible envoyé aux brûleurs 17 afin de chauffer le contenu de la cuve de fusion de verre. La présente invention concerne les briques réfractaires 20 et l'empilage utilisés dans le régénérateur de chaleur 13. On utilisait précédemment divers agencements de garnissage en briques réfractaires dans les régénérateurs de chaleur et la figure 2 représente un exemple d'agencement selon la technique antérieure Sur la figure 2 est représenté un 25 ensemble de garnissage ordinaire lisse dans lequel les briques s'étendent en rangées dans trois directions perpendiculaires entre elles, les briques de chaque rangée étant alignées avec les autres briques de la même rangées de sorte que des passages de gaz rectilignes sont définis à travers l'em30 pilage Ces passages sont délimités par des faces de brique lisses L'empilage 18 et les briques utilisés selon la présente invention sont représentés plus clairement sur les figures 3, 3 A, 4, 5 et 6 Dans cet empilage 18, les briques sont disposées en rangées rectilignes s'étendant suivant trois 35 directions perpendiculaires entre elles Comme représenté sur la figure 3, l'ensemble est tel qu'il définit des passages de gaz rectilignes s'étendant verticalement à travers l'empilage Les briques sont toutes à faces lisses et plates de façon à présenter des faces lisses et plates bordant les pas5 sages de gaz qui traversent l'empilage Les forme et dimensions de toutes les briques réfractaires utilisées dans 1 ' empilage sont les mêmes et sont indiquées plus clairement sur les figures 4 et 5 Chaque brique réfractaire 20 comprend un corps rectangulaire 21 présentant des tenons 22 et 23, tous 10 deux à section rectangulaire, saillant vers l'extérieur sur deux extrémités opposées de la brique La forme de chaque brique est symétrique aux deux extrémités Ces tenons sont destinés à assurer un enclenchement avec des briques voisines de l'empilage comme on le décrira ci-dessous Sur la figure 15 4, la longueur totale de la brique entre les extrémités des tenons 22 et 23 est indiquée en (a) La largeur de la brique entre les deux autres côtés, ne portant pas de tenons, est indiquée en (b) L'épaisseur de la brique est indiquée en (c) La longueur de dépassement de chacun des tenons suivant 20 la dimension (a) est indiquée en (d) La dimension de chaque tenon 22, 23 suivant la largeur (b) est indiquée en (e) Chaque tenon 22 et 23 est séparé par une distance (f) du côté 24 de la brique Dans ce cas, chacun des tenons 22 et 23 est situé au ras du côté 25 de la brique de sorte que la brique 25 a une forme en T L'angle O fait entre la face d'extrémité de la brique et la face adjacente du tenon, comme représenté sur la figure 4, est de 90 , mais on peut l'augmenter pour obtenir des formes se prêtant plus facilement à la réunion en un empilage comme représenté sur la fifure 3 A Dans ce cas, chaque tenon peut conserver une forme rectangulaire tandis que les extrémités du corps 21 convergent vers le côté 24 de la brique. De telles briques 20 sont simples à fabriquer en matériau réfractaire basique à haute teneur en alumine et brique 35 réfractaire et de plus on peut poser rapidement et aisément les briques en une formation enclenchée telle que représentée sur la figure 3 qui augmente beaucoup la stabilité de la structure d'empilage Cette mesure peut augmenter la longévité des régénérateurs en ce qu'elle évite la torsion des bri5 ques et réduit le risque de voir celles-ci se désaligner et éventuellement se déloger et tomber Une longévité accrue du régénérateur 13 peut se traduire par une longévité accrue de la cuve de fusion 11 sans nécessité de mise à l'arrêt de la cuve Cette meilleure stabilité permet en outre d'utiliser des briques plus étroites avec pour avantages un coût réduit et une moindre consommation de combustible. L'ensemble enclenché est représenté plus clairement sur les figures 3, 3 A et 6 Les briques sont disposées en sorte que leur longueur suivant la dimension (a) s'étende en un 15 certain nombre de rangées horizontales espacées 26 coupant d'autres rangées horizontales 27 qui leur sont perpendiculaires Les briques sont toutes orientées de façon que les tenons 22 et 23 saillent suivant les rangées horizontales Comme représenté sur la figure 3, les rangées horizontales 26 sont 20 disposées de façon que les tenons occupent la moitié supérieure de chaque intersection, tandis que pour les briques des autres rangées horizontales 27, les tenons forment la moitié inférieure de chaque intersection Le tenon de chaque brique pénètre à une intersection dans l'épaisseur de la bri25 que qu'il coupe Ainsi, les tenons de briques voisines de la même rangée 26 ou 27 sont aboutés bout à bout De cette manière, chaque intersection implique la mise bout à bout de quatre briques formant l'intersection, à raison de deux d'une rangée 26 et de deux d'une rangée 27 Ceci forme un agencement 30 enclenché dans lequel les faces supérieures et inférieures des briques des rangées 26 s'étendent à plat et dans le même plan que les faces supérieures et inférieures respectivement des briques des rangées 27, fournissant ainsi sur chaque ensemble plan de rangées sécantes, comme on le voit sur la fi35 gure 3, une surface plate plane sur laquelle on peut poser un nouvel ensemble de briques On répète à volonté de tels ensembles pour réaliser dans le régénérateur 13 un empilage vertical de la hauteur désirée 'Comme on le voit d'après les figures 3 et 6, un tel ensemble fournit des conduits de gaz rectangulaires lisses 29 à section carrée Ces conduits sont délimités en continu par des faces de brique lisses sur toute la hauteur de l'empilage et l'aire du conduit est g x g comirime indiqué sur la figure 6 De tels conduits de gaz lisses et délimités en continu réduisent le risque de présence de sur10 faces horizontales sur lesquelles de la poussière puisse se rassembler à l'intérieur du régénérateur. Afin que l'on obtienne l'ensemble d'empilage représenté sur la figure 3, la longueur de dépassement (d) de chaque tenon 22 et 23 ne doit pas de préférence dépasser la moitié 15 de l'épaisseur (c) de la brique 20 De plus, l'espacement (f) entre chaque tenon 22 et 23 et le côté 24 de la brique 20 doit être au moins égal à la dimension (e) de chaque tenon 22, 23 Dans la structure préférée représentée sur la figure 4, le dépassement (d) de chaque tenon 22 et 23 est sensible20 ment égal à la moitié de l'épaisseur (c) de la brique 20 De plus, l'espacement (f) est égal à la dimension (e) de chaque tenon 22 et 23 Il est donc apparent que, sur la figure 4, (e) et (f) sont tous deux égaux à la moitié de (b). On conçoit que dans l'agencement décrit ci-dessus, toutes 25 les briques 20 qui sont enclenchées pour former l'empilage ont la même forme et les mêmes dimensions Le régénérateur peut bien entendu comporter d'autres briques ne faisant pas partie de l'empilage selon l'invention. On verra que chacune des briques décrites ci-dessus est 30 composée fondamentalement d'un corps rectangulaire à côtés plats plans et à faces opposées parallèles entre elles, chaque brique présentant des évidements sensiblement rectangulaires situés à chacune de ses extrémités mais adjacents à un côté seulement de la brique et les évidements s'étendant sur 35 toute l'épaisseur de la brique Ces évidements définissent ainsi des taquets saillants pour l'enclenchement de briques adjacentes de l'empilage Les évidements peuvent être rectangulaires ou comporter un angle supérieur à 90 de façon à définir des prolongements à section décroissante destinés à 5 faciliter la réunion de briques adjacentes en un ensemble à enclenchement L'empilage est composé d'un ou plusieurs ensembles de briques plans, chaque ensemble plans étant composé de rangées de briques enclenchées s'étendant suivant deux directions perpendiculaires entre elles, toutes les briques 10 de chacune desdites rangées ayant la même forme et formant des joints à enclenchement avec des briques adjacentes de la même rangée ainsi qu'avec des briques adjacentes de la rangée perpendiculaire sécante Toutes les briques des rangées sécantes d'un ensemble plan s'étendent dans le même plan sans 15 décalage perpendiculairement à ce plan, de sorte que les briques de l'ensemble plan constituent aussi une surface plate coplanaire sur laquelle on peut disposer un ensemble adjacent. REVENDICATIONS 1 Empilage réfractaire ( 18) pour régénérateur de chaleur ( 13), lequel empilage comprend une série de rangées de briques enclenchées formant un empilage qui s'étend horizon5 talement et verticalement, l'empilage comportant plusieurs ensembles plans de briques, chaque ensemble plan comprenant des rangées sécantes de briques ( 26,27) s'étendant perpendiculairement les unes aux autres, caractérisé en ce que les briques de chaque rangée sont toutes semblables et sont dis10 posées bout à bout en alignement rectiligne avec, et avec la même orientation que, les autres briques de la rangée considérée, chacune desdites briques présentant des tenons ( 22,23) dépassant aux extrémités opposées de sorte que les briques d'une rangée ( 26) forment des joints à enclenchement avec des 15 tenons appariés de briques d'une rangée sécante ( 27), les briques des rangées sécantes d'un ensemble plan étant coplanaires de sorte que les briques de toutes les rangées de l'ensemble fournissent une surface plate de contact avec un ensemble voisin. 2 Empilage selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'une série d'ensembles plans de briques sont empilés les uns sur les autres, les rangées d'un ensemble étant alignées avec les rangées de l'ensemble suivant et ladite surface plate d'un ensemble bute contre une surface plate sem25 blable d'un ensemble voisin, de sorte qu'une série de passages de gaz rectilignes à section rectangulaire ( 29) sont ménagés à travers l'empilage, chaque passage étant délimité en continu sur toute sa longueur par des briques d'ensembles successifs. 3 Empilage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre par une série de briques ( 21) comportant chacune un corps ( 20) présentant des tenons ( 22,23) saillant vers l'extérieur sur deux extrémités opposées de la brique pour assurer un enclenchement avec des briques voisines d'un empilage, 35 ledit corps ayant une largeur (b) entre deux côtés et une 2550854il épaisseur (c), la longueur de dépassement (d) de chacun desdits tenons représentant d'un quart à trois quarts de ladite épaisseur (c) du corps et chacun des tenons étant séparé d'un desdits côtés du corps par une distance (f) au moins égale à la dimension (e) du tenon suivant la largeur (b). 4 Empilage selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce que lesdits tenons ( 22, 23) sont situés prés d'un ( 25) desdits côtés du corps ( 21) de sorte que la brique est en forme générale de T. 5 Empilage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en outre en ce que les deux tenons ( 22, 23) ont la même forme et les mêmes dimensions et ont tous la même épaisseur (c) que le corps ( 31). 6 Empilage selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en outre en ce que le dépassement (d) de chaque tenon est égal à la moitié de ladite épaisseur (c) du corps ( 21) de la brique ( 20). 7 Empilage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce que la dimension (e) 20 de chaque tenon suivant la largeur (b) représente sensiblement la moitié de la largeur (b) entre les deux susdits côtés du corps. 8 Empilage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce que les briques ( 21) 25 ont des faces plates planes. 9 Empilage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce que les deux susdits côtés ( 24, 25) du corps sont parallèles et en ce que les deux susdites extrémités sont parallèles de sorte que le 30 corps est de forme rectangulaire. Empilage selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en outre en ce que le corps présente auxdites extrémités des faces qui convergent de telle sorte que la longueur du corps auprès des tenons ( 22, 23) est plus 35 grandeque la longueur du corps le long du côté ( 24) opposé aux tenons. 11 Empilage réfractaire selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que lesdits tenons ( 22, 23) s'étendent horizontalement et en ce que les rangées horizontales 5 de briques sont agencées de sorte qu'à chaque intersection entre rangées horizontales, les tenons ( 22, 23) des briques ( 21) de l'une des rangées forment la moitié inférieure des intersections tandis que les briques ( 21) de la rangée sécante sont disposées de sorte que leurs tenons ( 22, 23) forment les moi10 tiés supérieures des intersections. 12 Empilage selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en outre en ce que chaque brique est symétrique à chaque extrémité.