Brevet FR2619436A1 — publié le 19890217

Dans les appareils de la technique antérieure du type à récupération d'énergie, on savait amener des fumées contaminées ou des émanations dans une chambre de combustion afin de les brûler à une température suffisamment élevée pour qu'à peu près tout ce qui était dégagé dans l'atmosphère soit du gaz carbonique et de l'eau. Il était également connu que, sur leur trajet vers la chambre de combustion, les gaz pouvaient d'abord traverser des lits de cailloux, ces lits de cailloux ayant été préchauffés de manière à pouvoir, à leur tour, préchauffer les gaz incidents afin que la combustion intervienne dès que les gaz pénètrent dans la chambre de combustion. Parfois, ces gaz, quand ils contiennent des composés organiques volatils, peuvent s'enflammer automatiquement alors qu'ils sont encore en présence des cailloux dans les chambres à cailloux. Mais, d'une façon générale, la combustion principale se fait dans la chambre de combustion. La circulation des gaz est inversée périodiquement, de manière que des gaz sortant de la chambre de combustion s'écoulent vers l'extérieur à travers la chambre garnie de cailloux, afin de préchauffer ces derniers, au moment o les produits de la combustion sortent vers l'atmosphère. D'une façon générale ces procédés de combustion alternent le sens de circulation à travers les chambres de récupération contenant des cailloux, de manière qu'en alternance les cailloux préchauffent les gaz incidents qui contiennent les composés organiques volatils indésirables, ou soient eux-mêmes chauffés par les gaz sortant de la chambre de combustion vers l'atmosphère. Cette alternance se fait régulièrement. Un exemple de système de ce type est décrit dans le brevet U.S. 3 895918 délivré à James H. Mueller le 22 juin 1975, et dont le descriptif complet est incorporé ici à titre de référence. On sait aussi construire la paroi de la chambre de combustion séparant la chambre de combustion des chambres de récupération qui contiennent les éléments, sous une forme cintrée ou de préférence circulaire, de manière que la pile des éléments placés dans chaque chambre de récupération applique son poids ou force de pesanteur contre la face convexe de la cloison construite à partir de blocs, de façon que les nombreux blocs qui constituent la paroi restent suffisamment comprimés pour être à même de résister au poids de la pile de pierres contenues dans la chambre de récupération. Ces dispositions sont décrites dans la demande de brevet U. S N 874,876, déposée le 16 Juin 1986, au nom d'Edward H. Benedict et dont le descriptigf complet est également incorporé ici à titre de référence. La présente invention est dirigée vers un perfectionnement d'un appareil échangeur de chaleur et, plus particulièrement, d'un appareil incinérateur pour fumées gazeuses ou autres produits semblables, et de préférence d'un appareil des types décrits ci- dessus, mais dans lequel est incorporé un moyen pour rendre la chambre de combustion de plus en plus grande, et même illimitée en dimension circulaire, et en fait, dans lequel il y a possibilité de donner à la chambre de combustion une forme allongée, comportant même des parois latérales de forme rectiligne, dans lequel la chambre de combustion peut prendre une forme rectangulaire, ou une forme généralement ovale ayant des parois latérales avec des portions sensiblement aplaties ou rectilignes en gardant cependant des parties de parois latérales qui ont des segments élémentaires courbés suivant des arcs suffisants pour supporter les forces de pesanteur créées par les lits de cailloux des chambres de récupération de chaleur, et pour éviter l'écrasement vers l'intérieur des parois qui séparent la ou les chambres de combustion des chambres de récupération d'énergie, tout cela sans exiger que ces parois de séparation soient inutilement épaisses. Aussi, c'est un premier objet de l'invention ci- dessus que de créer un nouvel appareil incinérateur capable d'admettre pour la chambre d'incinération une dimension de construction qui soit sensiblement illimitée en grandeur ou en configuration. C'est un autre objet de cette invention que de créer un appareil échangeur de chaleur comme celui qui a été énoncé dans l'objet ci-dessus, dans lequel des parties de la paroi qui sépare la chambre de combustion des chambres de récupération d'énergie peuvent être raisonnablement minces et construites à partir de blocs réfractaires, en n'ayant même que l'épaisseur d'un seul bloc réfractaire, sans que le bloc ne s'écrase sous l'action des forces des éléments réfractaires se trouvant dans les chambres de récupération. C'est encore un autre objet de cette invention que de réaliser les objets ci-dessus de façon que l'utilisation d'une configuration cintrée pour les parois de séparation entre les chambres de combustion et de récupération permette de réduire au minimum l'épaisseur de ces parois. C'est encore un autre objet de cette invention que de réaliser les objets ci-dessus, de façon que ces parties de parois soient construites en blocs de construction sensiblement poreux ou perforés. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La Fig. 1 est une vue schématique en perspective, avec découpe partielle, d'un appareil incinérateur selon la présente invention. La Fig.2 est une vue plane schématique d'une coupe transversale de la moitié environ de la chambre de combustion de la Fig. 1, avec certaines parties des chambres contigues de récupération d'énergie représentées en même temps, mais partiellement. La Fig.3 est une vue plane schématique partielle en coupe, à grande échelle, de la fixation entre des parties de parois adjacentes courbées ou cintrées séparant des parties de parois identifiées dans le détail III de la Fig.2 selon l'invention. La Fig.4 est une vue partielle en perspective d'une partie de paroi pour séparer les chambres de combustion à haute température des chambres de récupération d'énergie selon cette invention. La Fig.5 est une représentation schématique d'une autre configuration pour une chambre de combustion à haute température dans laquelle la chambre comprend deux pieds essentiellement rectilignes, reliés par deux extrémités cintrées, pour constituer une chambre de combustion de forme essentiellement ovale comportant un ensemble de chambres de récupération d'énergie disposées autour. En considérant maintenant les dessins en détails, on va se référer tout d'abord à la Fig.l, sur laquelle un appareil incinérateur est désigné en son ensemble par 10, et comprend une chambre de combustion à haute température 11 autour de laquelle sont disposées un ensemble de chambres de récupération d'énergie 12, séparées de la chambre de combustion par une paroi 13. Le diamètre de la 2 61943 6 chambre 11 n'est pas représenté à l'échelle des dimensions radiales de la chambre 12 (il est plus petit), mais les positions relatives sont correctement représentées. La paroi 13 est représentée à la Fig.2 comme comportant des côtés ou facettes convexes 15 et des côtés ou facettes concaves 16. Les cailloux 17 contenus dans les chambres 12 exercent les forces de leur poids ou forces de pesanteur contre les facettes convexes 15 des parties de parois 14 qui maintiennent les blocs individuels 18 sous compression (voir Fig.4). Les blocs 18 sont traversés par des perforations 20 qui laissent le passage aux gaz circulant des facettes concaves 16 vers les facettes convexes 15, et en sens inverse, comme cela sera expliqué plus loin, et, d'une façon générale, ils sont construits en matière réfractaire, ils sont disposés en rangées sensiblement horizontales, chaque rangée comprenant un ensemble de blocs, et les rangées adjacentes sont décalées l'une par rapport à l'autre, comme le montrent les extrémités des blocs à la fig.4. La chambre de combustion 11 comporte, à l'intérieur, un ensemble de brûleurs 22 traversant le fond et différentes parties latérales de la paroi 13, comme représenté aux Fig.l et 2. Ces brûleurs assurent la combustion à l'intérieur des chambres de combustion à des températures atteignant 1000 C environ,ou davantage, selon les composants des gaz. D'une façon générale, les gaz incidents provenant d'une usine, d'une installation appropriée, ou autre source semblable pénètrent par l'entrée 23, dans le dispositif distributeur toroïdal d'entrée 24, grâce auquel ils peuvent être introduits par des conduites verticales 19 dans certaines des chambres de récupération d'énergie 12 déjà pré-chauffées, pour 6 26 19 43 6 passer sur les cailloux préchauffés qui sont empilés dans ces chambres, si bien qu'au moment o ces gaz pénètrent dans la chambre de combustion en traversant les parties de parois poreuses 14 de cette chambre 11, ils peuvent facilement y être brûlés, les gaz circulant ensuite vers l'extérieur en traversant d'autres parties de parois poreuses 14, et en passant encore à travers des lits de cailloux des chambres de récupération 12, afin de chauffer les cailloux contenus dans ces chambres en les traversant, sur leur chemin vers une conduite d'échappement 27, pour être évacués par une conduite équipée d'une pompe 28, comme représenté, dans l'atmosphère, de préférence sous forme de gaz carbonique et de vapeur d'eau. On verra que différents agencements de vannes 30 peuvent être employés pour diriger l'écoulement des gaz, soit vers l'intérieur à travers les chambres de récupération sur le trajet qui les conduit à la chambre de combustion 11, soit vers l'extérieur de la chambre de combustion 11, à travers la chambre de récupération 12, à volonté, mais que dans un appareil donné, certaines des chambres de récupération 12, à un instant donné, laissent passer les gaz vers l'intérieur, et certaines laissent passer les gaz vers l'extérieur, comme cela se comprend d'après la technique antérieure, présentée ci-dessus. En se référant maintenant en particulier à la Fig.2, on comprendra que les parties de parois 14 sont construites au moyen de blocs, comme représenté à la Fig.4, ces blocs comportant de préférence des perforations 20, comme représenté, qui vont d'une paroi intérieure ou concave à une paroi extérieure ou convexe, en traversant complètement le bloc, et que les blocs sont du type à tenon et mortaise, comme représenté, de façon que les blocs adjacents d'une même rangée soient en relation d'imbrication l'un par rapport à l'autre, comme représenté, et que d'une façon générale, les parties de parois 14 ont seulement, chacune, l'épaisseur d'un seul bloc. Il apparaîtra aussi que les parties de parois 14 se terminent aux extrémités de leurs configurations cintrées, par un agencement de fixation destiné à absorber les forces de compression appliquées par les cailloux disposés contre elles. A cet égard, on va se référer à la Fig.3, sur laquelle est représenté un type de mécanisme de fixation 29, qui est constitué d'un matériau réfractaire de facette 33, disposé contre un matériau réfractaire 34 déposé au pistolet, celui-ci, comportant son tour un ensemble d'amarrages en acier qui sert de support, et une structure de support 36 disposée entre des blocs d'extrémité adjacents 37, 38 des parties adjacentes de parois cintrées 14 des chambres de récupération adjacentes 12. Il apparaîtra encore que tout agencement ou structure de fixation approprié peut être utilisé, s'il peut supporter les forces appliquées aux extrémités des parties de parois cintrées 14. Par exemple des supports appropriés, tels que les supports 36, peuvent, être eux-mêmes suffisants, s'ils sont construits avec une résistance structurelle assez grande pour que les forces radiales appliquées en direction de l'intérieur par les extrémités des parties de parois 14, n'entraînent pas ces éléments de structure 36 vers l'intérieur. Par exemple, des moyens de rétention appropriés d'un type quelconque pour empêcher les éléments de structure 36 de se déplacer radialement vers l'intérieur peuvent être prévus, le tout restant dans l'esprit et dans la portéede l'invention. En se référant à la Fig.2, on voit que des parties de parois 14 ont chacune un rayon Ri qui est suffisamment inférieur au rayon R2 de la paroi 13 de la chambre 11 pour créer les configurations cintrées permettant aux parties de parois 14 de supporter les forces que leur impose le poids des éléments de cailloux appuyant contre leur facettes convexes. En se référant à.la fig.5, on peut observer que la chambre de combustion 50, à température élevée peut comporter deux parois sensiblement rectilignes 51 et 52, chacune étant associée à des chambres de récupération 53 comprenant des parties de parois poreuses cintrées 54, sur les facettes convexes desquelles appuient des cailloux (non représentés). L'agencement de la fig.5 permet de construire un appareil incinérateur à échange de chaleur, pratiquement de n'importe quelle dimension ou configuration, du fait que la configuration essentielle des parois latérales 51 de l'appareil incinérateur peut être cintrée, ou plate, à volonté, mais que des éléments individuels, ou parties de parois 54, puissent encore être assez cintrés et courbés pour pouvoir être minces (par exemple, avoir l'épaisseur ou la minceur d'un seul bloc réfractaire), mais puissent cependant, du fait de la courbure de ces parties de parois 54, être construits pour résister aux forces de pesanteur ou de poids d'une pile de cailloux appuyée contre leur partie convexe. D'après ce qui précède, on peut voir qu'il existe un perfectionnement du fait que le rayon R3 de l'arc de ces parties de parois 54 est inférieur au rayon de la paroi 51 de la chambre, et que le rayon de l'arc de la paroi de la chambre peut être de valeur quelconque, même infini (comme représenté), auquel cas la paroi sera sensiblement rectiligne, mais que ce rayon de l'arc de la paroi de séparation sera encore suffisant pour que les forces exercées par les éléments retenant la.chaleur contre les faces convexes de ces parties de parois agissent en maintenant les parties de parois cintrées en compression. Selon ce qui précède, certain moyen de fixation comme représenté à la Fig.3, ou un moyen équivalent, sera prévu. De préférence, les blocs 18 servant à construire les parties de parois 14 sont poreux au sens o ils sont traversés par des perforations, ces perforations représentant environ 30 à 40% du volume de chacun de ces blocs. Tel qu'il est construit, et selon cette invention, l'appareil fonctionnera de façon que des fumées et émanations contaminées puissent entrer dans l'appareil par la tubulure d'entrée en forme d'anneau 24. Les vannes 30 dirigent alors ces gaz contenant des fumées ou autres produits, dans les chambres 12, en passant sur les cailloux et, en les faisant circuler en direction de la chambre d'incinération. Ils quittent les lits de cailloux 12 à des températures très voisines de la température d'incinération. L'oxydation s'achève dans la chambre de combustion 11, grâce à un brûleur à gaz (ou à mazout) qui maintient une température d'incinération prédéterminée. Les gaz peuvent contenir des composés organiques volatils qui peuvent s'enflammer automatiquement, alors qu'ils sont encore dans les cailloux et, dans ce cas, les besoins en carburant auxiliaire des brûleurs 22 s'en trouveront encore réduits. Dans certains cas, les gaz incidents pénétrant dans la conduite 23 peuvent contenir suffisamment de composés organiques volatils pour que l'énergie dégagée puisse constituer toute l'énergie nécessaire à l'appareil, et le brûleur pourrait automatiquement être mis en veilleuse. Après que la combustion soit effectuée dans la chambre 11, les gaz purifiés sont expulsés de cette chambre 11 à travers les lits de cailloux qui sont alors en mode de "sortie"; ils transmettent alors de la chaleur aux cailloux qui l'absorbent. Il est bien entendu que ces conditions sont ensuite inversées, de sorte qu'un lit de cailloux donné fonctionne alternativement comme récepteur de la chaleur des gaz sortants, ou comme chauffage des gaz incidents, selon les réglages de la vanne 30. Selon la présente invention, des gaz provenant, par exemple, de cabines de pulvérisation peuvent être traités à raison d'un volume de 4250 m3/mn; des pesticides employés en agriculture peuvent être éliminés avec des taux de récupération d'énergie élevés; de grandes familles de solvants provenant des processus de revêtement ou de lamification peuvent être éliminés avec un important pourcentage de récupération de l'énergie thermique; des émissions provenant des revêtements de papier et de films peuvent être traitées avec d'importants taux de récupération de l'énergie thermique; des hydrocarbures et des émissions des fours de craquage en céramique peuvent être éliminés avec des taux importants de récupération de l'énergie thermique; et les émissions de différents processus de fabrication chimique peuvent être éliminées, là encore avec des taux élevés de récupération de l'énergie thermique, de même que les émissions de beaucoup d'autres traitements possibles. Selon la présente invention, beaucoup d'autres associations de dispositions peuvent être appliquées, ainsi que beaucoup d'autres utilisations et constructions d'appareils appliquant tous les principes de l'invention. 12 2619436 REVENDICATIONS 1. Appareil échangeur de chaleur comportant une chambre de combustion à température élevée pour brûler des gaz à l'intérieur, un ensemble de chambres de récupération d'énergie disposées à l'extérieur mais contigues à ladite chambre de combustion, et lesdites chambres de récupération contenant chacune à l'intérieur une pile d'éléments accumulant la chaleur, des moyens pour faire entrer des gaz dans des chambres de combustion et les faire sortir en les faisant passer par au moins certaines des dites chambres de récupération, ladite chambre de combustion ayant une paroi qui comprend au moins en partie un ensemble de parties de parois communes avec ladite chambre de récupération qui sépare ladite chambre. de combustion des chambres de récupération associées, ces parties de parois communes étant suffisamment poreuses pour se laisser traverser par des gaz circulant entre ladite chambre de combustion et les chambres de récupération associées et étant construites à partir d'un ensemble de blocs réfractaires, lesdites parties de parois communes constituant un moyen de paroi supportant en partie une pile d'éléments accumulateurs de chaleur appuyée contre elles, lesdites parties de paroi ayant une configuration généralement cintrée avec des facettes convexes dirigées en direction des éléments accumulateurs de chaleur placés dans lesdites chambres de récupération, et avec des facettes concaves dirigées en direction de la chambre de combustion, caractérisé en ce que le rayon de l'arc d'au moins certaines des parties de parois de configuration cintrée est inférieur au rayon de la paroi de la. chambre et comprend des moyen grâce auxquels les forces exercées par les éléments accumulateurs de chaleur contre lesdites facettes convexes desdites parties de parois agissent en maintenant lesdites parties de parois cintrées sous compression, et comprend des moyens pour fixer les extrémités desdites parties de parois cintrées et les empêcher de s'écraser vers l'intérieur sous l'effet desdites forces. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parties de parois sont constituées de blocs traversés par des perforations. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parties de parois sont constituées par un ensemble de rangées de blocs, chaque rangée comprenant un ensemble de blocs. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les blocs ont des parties formant tenons et des parties formant mortaises à leurs extrémités opposées, et les blocs adjacents d'une rangée donnée étant imbriqués entre eux bout à bout par un assemblage à tenon et mortaise. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites rangées sont chacune généralement horizontales. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que des rangées adjacentes de blocs sont décalées l'une par rapport à l'autre. 7. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites parties de parois a sensiblement une épaisseur uniforme et comprend sensiblement, de sa facette concave à sa facette convexe, l'épaisseur d'un seul bloc. 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les perforations traversent complètement lesdits blocs associés. 14 6 9. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les perforations constituent des passages qui représentent environ 30 à 40% du volume de chacun desdits blocs. 10. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les perforations traversent completement leurs blocs associés, en ce que lesdites parties de parois sont construites selon un ensemble de rangées de blocs, chaque rangée comprenant un ensemble de blocs, en ce que les blocs ont des parties formant tenon et des parties formant mortaise à leur extrémités opposées, et des blocs adjacents d'une rangée donnée étant imbriqués bout à bout avec un assemblage à tenon et mortaise, en ce que lesdites rangées sont généralement horizontales, en ce que des rangées adjacentes de blocs sont décalées l'une par rapport à l'autre et en ce que chacune desdites parties de parois a sensiblement une épaisseur uniforme et correspond sensiblement à l'épaisseur d'un seul bloc entre sa facette concave et sa facette convexe. 11. Appareil selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que la paroi de la chambre de combustion à haute température a une configuration généralement circulaire. 12. Appareil selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que la paroi de la chambre de combustion à haute température comprend au moins un jambage sensiblement rectiligne présentant au moins une partie de paroi cintrée. 13. Appareil échangeur de chaleur comportant une chambre de combustion et au moins une chambre contigue, et ladite chambre contigue contenant à l'intérieur une pile d'éléments produisant du poids, des moyens pour faire entrer des gaz dans ladite chambre de combustion et les faire sortir en les faisant passer par ladite chambre contigue, ladite chambre de combustion ayant une paroi qui constitue au moins en partie un élément de paroi commune avec ladite chambre contigue qui sépare ladite chambre de combustion de ladite chambre contigue, ladite partie de paroi commune étant suffisamment poreuse pour permettre aux gaz de la traverser et étant construite à partir d'un ensemble de blocs réfractaires, ladite partie de paroi commune comprenant un moyen de paroi supportant en partie lesdits éléments produisant du poids contre elles, ladite partie de paroi ayant une configuration généralement cintrée avec une facette convexe dirigée en direction des éléments placés dans ladite chambre contigue et avec une facette concave dirigée en direction de la chambre contigue, caractérisé en ce que le rayon de l'arc de ladite paroi de configuration cintrée est inférieur au rayon de la paroi de la chambre et comprend des moyens grâce auxquels les forces exercées par les éléments accumulateurs de chaleur contre ladite facette convexe de ladite partie de parois agissent en maintenant lesdites parties de parois cintrées sous compression, et des moyens pour fixer les extrémités desdites parties de parois cintrées et les empêcher de s'écraser vers l'intérieur sous l'effet desdites forces.