Brevet FR2632058A1 — publié le 19891201

t La présente invention concerne un ensemble en briques réfractaires pour un récupérateur de chaleur adapté pour être utilisé dans un four de fusion de verre. La figure 16 représente un ensemble en briques réfractaires conventionnel comprenant plusieurs unités 1 en briques réfractaires qui sont formées d'un matériau réfractaire coulé électriquement. Chaque unité réfractaire 1 comporte une épaisseur uniforme sur toute sa longueur. Les unités réfrac- taires sont empilées verticaleoent d'une manière telle qu'une pluralité de passages d'écoulement 2 soient formés en s'étendant dans une direction verticale. Quatre coins la de chaque unité réfractaire 1 sont découpés de manière qu'une section droite de l'unité soit octogonale. Les coins la d'unités réfractaires 1 horizontalement adjacentes sont en contact mutuel tandis que les extrémités supérieures lb sont en contact avec les extrémités inférieures correspondan- tes lc. Dans un tel ensemble en briques convention- nel, les passages d'écoulement 2 sont séparés l'un de l'autre de telle sorte que le gaz s'écoule indépen- damment dans chaque passage 2. Par exemple, une fois que du gaz arrive dans l'extrémité inférieure ouverte d'une unité réfractaire spécifique placée complètement en bas, le gaz passe seulement dans un passage d'écoulement défini par une série d'unités réfractai- res jointes verticalement les unes avec les autres puis il sort par l'extrémité supérieure ouverte de l'unité réfractaire placée complètement en haut. Le gaz ne s'écoule jamais dans un passage adjacent quelconque. En conséquence, si la température du gaz à un niveau de départ n'est pas uniforme, une partie du gaz à basse température s'écoulera dans un passage spécifique tandis qu'une partie du gaz à haute température s'écoulera dans un autre passage spécifique. Ces parties de gaz ne seront pas mélangées. En outre, des gaz séparés peuvent s'écouler à des débits différents dans les passages d'écoulement séparés. Il en résulte que la vitesse d'échange de chaleur est variable et n'est pas uniforme à un certain niveau horizontal. Egalement le gaz peut s'écouler dans les passages 2 sous la forme d'un écoulement laminaire et non sous la forme d'un écou- lement turbulent. En conséquence, on ne peut pas réaliser aisément un échange de chaleur du type à convection avec un rendement élevé. Un objet de cette invention est de créer un ensemble en briques réfractaires pour un récupérateur de chaleur dans lequel un écoulement de gaz du type à convection peut être amélioré de telle sorte qu'une distribution uniforme de température puisse être obtenue dans l'écoulement de gaz en vue d'augmenter 20. le rendement d'échange de chaleur. Un autre objet de cette invention est de créer un ensemble en briques réfractaires pour un récupérateur de chaleur dans lequel un écoulement de gaz turbulent puisse aisément être produit. Conformément à cette invention, un ensemble en briques réfractaires pour un récupérateur de chaleur comprend une pluralité d'unités en briques réfractaires comportant chacune une paroi intérieure d'écoulement de gaz et une paroi extérieure d'écou- lement de gaz. Chaque paroi extérieure comporte quatre parties de coin pourvues chacune de, plusieurs moyens convexes et concaves d'une manière 'telle que les moyens concaves puissent s'appliquer contre les moyens convexes afin de maintenir les unités en briques sous l'effet du frottement exercé entre elles. Un exemple préféré de moyens convexes et concaves est une combinaison de deux bandes correspondantes s'étendant parallèlement à une direction perpendiculaire à la ligne centrale d'un passage d'écoulement de gaz. Bien que les parois intérieures et extérieures puissent être planes, il est préférable que chaque paroi comporte des bandes convexes et concaves qui peuvent s'étendre dans n'importe quelle direction. De préfé- rence les bandes convexes et concaves comprennent une série de sommets et de creux qui sont disposés l'un derrière l'autre avec une forme de soufflet ou de dents de scie. Lorsque plusieurs unités en briques sont assemblées d'une manière prédéterminée dans un ordre prédéterminé, les bandes convexes et concaves d'une unité réfractaire s'appliquent contre celles d'une autre unité réfractaire seulement dans les parties de coin adjacentes des unités réfractaires. Certaines unités réfractaires adjacentes sélectionnées sont placées séparément l'une de l'autre dans une direction verticale. Par exemple, une extré- mité supérieure plane d'une unité réfractaire infé- rieure est espacée d'une extrémité inférieure plane d'une unité réfractaire supérieure de façon à former quatre passages d'écoulement transversal entre les unités. De préférence; deux types de premières et secondes unités sont empilés à la fois dans une direc- tion verticale et dans une direction horizontale afin de former plusieurs passages verticaux d'écoulement qui sont reliés par l'intermédiaire de plusieurs passages horizontaux d'écoulement transversal. La longueur des unités du premier type est plus grande que la longueur des unités du second type et la différence entre les longueurs des unités du premier et du second type correspond à la largeur des passages d'écoulement transversal dàns une direction verticale. Dans ce cas, le rapport entre la longueur des unités du premier type et la longueur des unités du second type est de préférence compris entre 1/2 et 9/10. Lorsqu'il est supérieur à 9/10, des impuretés conte- nues dans le gaz peuvent être fixées dans les passa- ges d'écoulement transversal à un degré tel que le gaz ne peut plus s'écouler efficacement. Si le rapport est inférieur à 1/2, la surface des bandes prévues dans les parties de coin peut être trop petite pour supporter les unités dans une condition stable. Egale- ment le nombre des unités du premier type est de préférence plus grand que le nombre des unités du second type à tout niveau vertical de manière à obtenir un ensemble stable. Au moins une des parois intérieures et extérieures comporte au moins une saillie en forme de bande le long d'une extrémité inférieure et/ou d'une extrémité supérieure de chaque unité réfractaire afin de former au moins une saillie en forme de boucle ou en forme de rebord dans chaque passage vertical d'écoulement. La saillie est orientée dans une direction perpendiculaire à la ligne centrale du passage d'écoulement. En combinaison avec une telle saillie, les parois intérieures et extérieures sont de préférence profilées de façon à former plusieurs bandes convexes et concaves afin d'obtenir une série de sommets et de creux qui sont disposés l'un après l'autre à la façon d'un soufflet ou de dents de scie. La hauteur de la saillie en forme de rebord est plus grande que celle des bandes et le rapport entre la longueur totale de l'unité et la hauteur de la saillie est de préférence compris entre 7 et 21. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective représentant un ensemble en briques réfractaires pour un récupéra- teur de chaleur, conformément à une première réalisa- tion de cette invention; la figure 2 est une vue en coupe faite selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe faite selon la ligne IIIIII de la figure 1; la figure 4 est une vue en perspective représentant une unité réfractaire utilisée dans l'ensemble en briques de la figure 1 les figures 5 à 8 sont des vues en perspective représentant d'autres unités réfractaires différentes utilisables dans un ensemble en briques conformément à cette invention la figure 9 est une vue en coupe de l'unité réfractai- re, faite selon la ligne D-D de la figure 8; les figures 10 à 14 sont des vues en coupe montrant d'autres unités réfractaires utilisables dans un ensembles en briques; la figure 15 est une vue en perspective représentant un autre ensemble en briques conforme à cette invention; et la figure 16 est une vue en perspective représentant un ensemble en briques conventionnel. Les figures 1 à 4 représentent un ensemble en briques réfractaires pour un récupérateur de chaleur correspondant à une réalisation préférée de cette inven- tion, dans lequel deux types de premières et secondes unités réfractaires 5, 6 sont assembles pour former plusieurs passages verticaux 9, 10 d'écoulement de gaz. Le rapport entre la longueur de la seconde unité 6 et celle de la première unité 5 est compris entre 1/2 et 9/10. Par exemple, si la première unité 5 a une longueur de 150 mm, la seconde unité 6 a une longueur de 75 à 135 mm. Les premières et les secondes unités sont formées de préférence d'une matière constituée par de l'alumine, de la silice et de l'oxyde de zirconium et qui est produite par un procédé de coulée ou calcination par fusion électrique. La première et la seconde unité 5, 6 ont sensiblement la même forme et elles diffèrent par leurs longueurs. Chaque unité 5, 6 comporte une surface extrême supérieure plane, une surface extrême inférieure plane et un passage d'écoulement de gaz 8. Les surfaces extrêmes supérieure et inférieure sont parallèles. Le passage 8 a une section droite sensiblement carrée et il s'étend au centre entre les surfaces extrêmes. Les unités 5, 6 ont un contour de section droite octogonale de façon à former quatre parties de coin 7. Les parties de coin 7 sont formées avec plusieurs bandes convexes et concaves en série, qui s'étendent parallèlement à un plan perpendiculaire à la ligne centrale du passage d'écoulement 8. A l'exception des parties de coin 7, les parois intérieureset extérieures des unités sont planes. Les bandes 7 sont profilées en forme de dents de scie ou de soufflet de manière qu'une série de sommets et de creux soint disposés l'un après l'autre. Les bandes convexes et concaves 7 d'unités adjacentes s'engagent l'une dans l'autre quand les unités sont assemblées. Une des quatre parties de coin 7 d'une unité s'engage dans la partie de coin correspondante 7 d'une unité horizontalement adjacente d'une manière telle que les bandes convexes soient en contact avec les bandes concaves, ce qui permet de maintenir les unités en position même si une unité inférieure n'est pas en contact avec, ou ne supporte pas une unité supérieure dans une direction verticale. Lorsqu'un groupe de quatre unités réfrac- taires sont disposées le long d'un plan horizontal, en addition au passage d'écoulement de gaz 9 formé dans chaque unité réfractaire, un autre passage d'écoulement de gaz 10 est défini dans les unités. Les unités réfractaires sont disposées horizontalement en contact l'une avec l'autre et elles sont verticalement empilées d'une manière telle que plusieurs longs passages d'écoulement soient formés de manière à s'étendre dans une direction verticale. Dans la réalisation des figures 1 à 4, deux premières unités 5 et une seule seconde unité 6 sont empilées de façon répétée sous forme d'un groupe dans une direction verticale afin de former un long passage vertical d'écoulement 9. Les extrémités verticalement adjacentes des unités sont en contact l'une avec l'autre et quatre espaces rectangulaires ou passages d'écoulement transversal 11 sont frmés de Dréférence par la seconde unité 6 et les premières uités 5a intervalles réguliers. Par exemple, dans le cas du passage d'écoulement de gaz 9 de droite de la figure 1, la seconde unité 6 est en contact avec la première unité inférieure 5 et n'est pas en contact avec la première unité supérieure 5. Bien que la première unité supérieure 5 ne soit pas supportée par la seconde unité 6, elle ne tombe pas du fait qu'elle est maintenue par les secondes unités 6 horizontale- ment adjacentes, qui sont supportées par les premières unités 5 verticalement adjacentes. Les passages d'écoulement transversal 11 fonctionnent comme un conduit de dérivation de telle sorte que le gaz puisse s'écouler horizontalement depuis un passage d'écoulement vertical jusque dans d'autres passages d'écoulement vertical. En d'autres termes, les passages d'écoulement vertical sont reliés par les passages d'écoulement horizontal 11 de telle sorte que le gaz puisse s'écouler dans toutes directions verticales et horizontales depuis une partie à haute pression jusqu'à une partie à basse pression dans le récupérateur de chaleur. Un ensemble en briques conforme à cette invention peut présenter des avantages remarquables lorsque des gaz d'échappement chauds provenant d'une sortie de soufflage d'un four de fusion de verre (non représenté) sont utilisés pour chauffer des unités réfractaires froides 5, 6 d'une manière telle que le gaz s'écoule vers le bas, ou bien si de l'air de combustion froid est préchauffé par des unités réfractaires chaudes 5, 6 de manière que l'air s'écou- le vers le haut. Lorsque le gaz chaud s'écoule vers le bas au travers des passages 9, 10 de façon à chauffer des unités réfractaires 5, 6, même si une partie du gaz relativement chaud s'écoule dans un passage vertical spécifique 9, 10, la partie de gaz chaud peut s'écouler horizontalement dans les passages d'écoulement transversal 11 pour arriver dans d'autres passages d'écoulement vertical 9, 10 qui se trouvent à une température relativement basse. En conséquence, la distribution de la température peut devenir graduellement uniforme. Egalement, lorsque l'air froid s'écoule vers le haut, même si une partie d'air relativement froid s'écoule dans un certain passage d'écoulement vertical, cet air peut parvenir horizontalement, par l'intermédiaire des passages d'écoulement transversal, dans dautres passages d'écoulement vertical. En conséquence, il ne subsiste finalement pas d'unités qui continuent à être partiellement chaudes. Il en résulte qu'on peut augmenter le rendement d'échange de chaleur. Il est évident que cette invention n'est pas limitée à la réalisation décrite ci-dessus. Les passages d'écoulement transversal 11 peuvent être formés d'autres manières mais il est préférable que le volume total des passages d'écoulement transversal 11 corresponde sensiblement à 20 %, ou moins, du volume de l'ensemble total. Les parties de coin 7 des unités 5, 6 peuvent être formées avec tout profilé désiré si les unités peuvent être supportées par les unités horizon- talement adjacentes dans une condition stable. Par exemple la figure 5 représente une unité en briques réfractaires 5, 6 comportant des parties de coin de forme simple qui-sont chacune pourvues d'une partie plane, de deux parties convexes hémisphériques et d'une partie concave pour recevoir l'une d'elles. Les figures 6 et 7 représentent d'autres unités en briques réfractaires utilisables dans un récupérateur de chaleur conforme à cette invention. Le passage 8 a une section droite de forme sensible- ment carrée et il s'étend le long de sa partie centrale entre les deux extrémités planes opposées. L'unité 5, 6 a en section droite un contour octogonal de façon à former quatre parties de coin 7. A l'exception des extrémités, l'unité réfractaire comporte plusieurs bandes convexes et concaves 12, 13 ayant la forme de dents de scie ou de soufflet. Les bandes convexes et concaves 13 de la paroi extérieure s'étendent parallèlement à un plan perpendiculaire à la ligne centrale du passage d'écoulement 8. Les bandes convexes et concaves 12, 14 de la paroi intérieure s'étendent le long de la ligne centrale du passage d'écoulement 8, comme indiqué sur la figure 7, ou bien parallèlement à un plan perpen- diculaire à la ligne centrale du passage d'écoulement 8,comme le montre la figure 6. Les figures 8 à 14 représentent d'autres unités réfractaires différentes. Sur les figures 8 et 9, chacune des parois intérieure et extérieure comporte une saillie 104 en forme de boucle ou en forme de rebord aux deux extrémités inférieure et supérieure de chaque unité réfractaire 100. Les saillies 104 s'étendent le long des extrémités de l'unité ou bien le long d'un plan perpendiculaire au centre d'un passage d'écoulement 102. En coopération avec de telles saillies 104, les parois intérieure et extérieure comportent plusieurs bandes convexes et concaves 106 profilées en forme de soufflet ou de dents de scie. La hauteur H de la saillie 104 en forme de rebord est plus grande que la hauteur h des bandes 106 et le rapport entre la longueur L de l'unité 100 et la hauteur H de la saillie 104 est de préférence compris entre 7 et 21. Le passage 102 a une section droite de forme sensiblement carrée et il s'étend le long de sa partie centrale entre deux extrémités planes opposées 108, 109. L'unité 200 a en section droite un contour octogonal de façon à former quatre parties de coin qui correspondent sensiblement aux parties de coin 7 représentées sur les figures 1 à 7. A l'exception des extrémités 108, 109, l'unité réfractaire 100 comporte une pluralité de bandes convexes et concaves sur toute sa surface, ces bandes ayant la forme de dents de scie ou d'un soufflet. Les bandes convexes et concaves 106 s'étendent parallèlement à un plan perpendiculaire à la ligne centrale du passage d'écou- lement 102. A l'exception de la forme et de la position de la saillie en forme de rebord 104, les unités 110, , 130, 140, 150 sont sensiblement les mêmes que celle de la figure 9. Les unités comportent des parois intérieures et extérieures qui sont formées avec des 263Z058 il bandes 126, 136, 146, 156 profilées en forme de soufflet ou de dents de scie. Sur la figure 10, une saillie 114 en forme de rebord est prévue le long de chaque extrémité inférieure des parois intérieure et extérieure. Sur la figure 12, une saillie 134 en forme de rebord est prévue le long d'une extrémité inférieure de seulement une partie intérieure. Sur la figure 13, une saillie 144 en forme de rebord est prévue le long d'une extrémité supérieure de seulement une paroi extérieure. Sur la figure 14, les bandes 156 sont disposées avec un décalage d'un demi-pas entre les parois intérieure et extérieure. Conformément aux réalisations des figures 8 à 14, du fait que la saillie en forme de rebord emp&che efficacement le gaz de s'écouler d'une maniè- re laminaire, les effets d'un écoulement turbulent peuvent être notablement améliorés en combinaison avec l'augmentation de la surface spécifique, ce qui permet d'obtenir un haut rendement de transmission de chaleur. La figure 15 représente un autre ensemble er briques dans lequel les premières et secondes unités 5a, 6a sont semblables à celles des figures 1 à 4, excepté que chaque passage d'écoulement 9a défini par leurs parois intérieures a une section droite de contour sensiblement octogonal dont la forme correspond à celle de la paroi extérieure. Quatre unités 5a, 6a sont agencées sous fcrme d'un groupe à chaque niveau. Dans une direction verticale, 3C chacun des différents courts passages verticaux 9a est relié à chacun des différents courts passages verticaux lla définis par les quatre parois exté- rieuresdes unités l'une après l'autre. Plusieurs passages d'écoulement transversal lla sont formés entre les premières et secondes unités 5, 6a. Bien que cela ne soit pas représenté, des bandes convexes et concaves d'une paroi exté- rieure peuvent être agencées de manière à s'étendre le long de la ligne centrale du passage d'écoulement, comme les bandes 14 prévues sur la paroi intérieure de la figure 7. Des exemples préférés de bandes de ce genre sont décrits dans la demande de brevet qui a été déposée au Japon sous le numéro 63-273110. REVENDICATIONS 1. Ensemble en briques réfractaires pour un récupérateur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'unités en briques (5, 6) assemblées dans les deux directions horizontale et verticale pour former plusieurs longs passages (9, 10) d'écoulement vertical, chacune des unités en briques (5, 6) comportant une paroi intérieure, une paroi extérieure et deux extrémités ouvertes opposées, la paroi intérieure définissant une partie des passages d'écoulement vertical (9, 10) et comportant une ligne centrale entre les extrémités ouvertes, la paroi extérieure définissant une partie des passages d'écoulement vertical (9, 10), la paroi extérieure comportant quatre parties de coin (7) qui sont amenées en contact l'une avec l'autre lors de l'assemblage des unités, chaque partie de coin (7) comportant des parties concaves et convexes (12, 13) d'une manière telle que les parties concaves puissent s'appliquer contre les parties convexes quand les parties de coin adjacentes (7) entrent en contact l'une avec l'autre de telle sorte que les unités en briques (5, 6) puissent être maintenues en position, certaines unités en briques sélectionnées étant écartées d'unités en briques verticalement adjacentes de façon à former des passages (11) d'écoulement transversal entre elles de telle sorte que les passages (9, 10) d'écoulement vertical soient reliés entre eux par l'intermédiaire des passages (11) d'écoulement transversal. 2. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties concaves et convexes (12, 13) sont formées par une combinaison de bandes concaves et convexes qui sont orientées parallèlement à un plan perpendiculaire à la ligne centrale du passage d'écoulement. 3. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties concaves et convexes (12, 13) sont réalisées sous la forme d'un soufflet ou de dents de scie. 4. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties convexes et concaves (12, 13) sont formées par une combinaison de parties convexes hémisphériques et de parties concaves destinées à recevoir des parties convexes hémisphériques correspondantes. 5. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités en briques (5, 6) comprennent deux types d'unités en briques qui ont toutes sensiblement la même forme, excepté qu'un type d'unités en briques a une longueur relativement courte par comparaison à celle de l'autre type d'unités en briques. 6. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois intérieure et extérieure comportent des bandes convexes et concaves (12, 13). 7. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités opposées (108, 109) sont planes et parallèles. 8. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des unités en briques (5, 6) a un contour octogonal en section droite de façon à former les quatre parties de coin (105) sur la paroi extérieure. 9. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités en briques (5, 6) comprennent un premier type d'unités ayant une longueur standard et un second type d'unités ayant une longueur relativement courte de façon à former les passages d'écoulement transversal (11) entre les unités du premier type et les unités du second type quand elles sont assemblées. 10. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 9, caractérisé en ce que la différence de longueurs entre les unités du premier et second type correspond à la largeur des passages d'écoulement transversal (11) dans une direction verticale. 11. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur des unités du second type et la longueur des unités du premier type est compris entre 1/2 et 9/10. 12. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 9, caractérisé en ce que le nombre d'unités du premier type est plus grand que le nombre d'unités du second type en n'importe quel niveau vertical. 13. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une saillie (104) est formée sur au moins une des parois intérieure et extérieure pour produire un écoulement de gaz turbulent, la hauteur de la saillie (104) étant plus grande que celle des bandes (9, 10) et en ce que plusieurs saillies sont disposées sous la forme d'un rebord dans les passages d'écoulement vertical quand les unités en briques (5, 6) sont assemblées. 14. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 13, caractérisé en ce que certaines unités en briques sélectionnées parmi l'ensemble d'unités sont espacées d'unités en briques verticale- ment adjacentes de façon à former des passages d'écou- lement transversal (11) entre elles de telle sorte que les passages d'écoulement vertical (9, 10) soient reliés entre eux par l'intermédiaire des passages d'écoulement transversal (11). 15. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 14, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur totale (L) des unités en briques (5, 6) et la hauteur (h) de la saillie (104) est compris entre 7 et 21. 16. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 14, caractérisé en ce que les extré- mités opposées sont planes et les passages d'écoule- ment transversal (11) ont une section rectangulaire. 17. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 14, caractérisé en ce que le volume total des passages d'écoulement transversal (11) correspond sensiblement à 20 % ou moins de celui de l'ensemble total. 18. Ensemble en briques réfractaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume total des passages d'écoulement transversal (11) est sensiblement de 20 % ou moins de celui de l'ensemble total. 19. Ensemble en briques réfractaires selon -la revendication'l 1, caractérise en ce qu'il comprend une pluralité d'unités en briques (100, 110,120, , 140, 15n, 5a, 6a)assemblées dans les deux direc- tions horizontale et verticale de façon à former plusieurs passages d'écoulement vertical (9, 10), et trans- versal ( a), chacune des unités en briques (100, 110, 120, 130,140, , Sa, 6a) comportant une paroi intérieure, une paroi extérieure et deux extrémités ouvertes opposées, les parois intérieure et extérieure comportant des bandes convexes et concaves (126, 136, 146, 156), au moins une saillie (114, 134, 144) étant formée sur au moins une des parois intérieure et extérieure afin de produire un écoulement de gaz turbulent, la hauteur de la saillie (114, 134, 144) étant supérieure à celle des bandes (126, 136, 146, 156) de telle sorte que plusieurs saillies soient placées sous 1La forme d'un rebord dans les passages d'écoulement vertical quand les unités en briques (100, 110, 120, 130, 140, 150 5a, 6a) sont assemblées.