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Procédé et dispositif pour le chauffa~e par f-lamme d'une
chambre en dépression
La présente invention concerne le chauffage par
flammes d'une enceinte close maintenue en dépression par un
système d'aspiration en vue de chauffer de façon homogène une
masse solide ou liquide à une température moyenne - typique-
ment de l'ordre de 600C -, sans contact de cette masse avec
les flammes de combustion, en maximisant le transfert
thermique depuis les flammes vers la masse, par convection,
conduction et rayonnement, une éventuelle décomposition
thermique de la masse étant favorisée par l'évacuation des
gaz produits par le système d'aspiration.
L'invention s'applique notamment, mais pas
exclusivement, au chauffage des chambres isolées d'un système
de traitement par thermolyse, tel notamment que décrit dans
le document WO 92/16599.
Traditionnellement, les procédés de chauffage
mettent en oeuvre des cources énergétiques telles que des gaz
(gaz naturel, propane, gaz pauvre ...), l'électricité
(chauffage par résistances) ou des combustibles liquides
(fuel lourd par exemple). Ces procédés privilégient générale-
ment l'un des modes de transfert d'énergie que sont la
convection, la conduction ou le rayonnement, ce qui réduit
notablement le rendement énergétique de l'installation. A
1 titre d'exemple, on citera :
- chauffage par résistance : rayonnement essen-
tiellement, avec peu de convection dans une enceinte en
dépression,
FEUILLE DE REMPLACEh~Efi~T (REGLE 26)
WO94125814 PCT~94/00502
~16189~ 2
- chauffage par brûleur gaz ou fuel : répartition
de la chaleur aléatoire, possibilité de contact flamme-masse
à chauffer, possibilité de création de point chaud ou de
point froid.
De plus et dans le but d'obtenir un chauffage
homogène, on utilise dans certains cas des systèmes mécani-
ques complexes (four tournant par exemple) dont la fiabilité
et la longueur souffrent des températures importantes.
L'invention a pour objet un procédé et un
dispositif pour un chauffage d'une masse solide ou liquide,
qui soit à haut rendement énergétique et qui satisfasse aux
conditions suivantes :
- pas de contact direct de la flamme (elle est
par exemple à température moyenne de 1300C) avec la masse à
chauffer,
- contribution optimale des trois modes de
transfert thermique que sont le rayonnement, la conduction et
la convection,
- maintien de l'enceinte chauffée en dépression
(pression inférieure a 900 mbar) permettant une évacuation de
tous les gaz présents dans le systeme,
- possibilité de contrôle de la trajectoire des
gaz dans la chambre de chauffe par création de lignes de flux
préférentielles et par là-même possibilité de contrôle du
phénomène convectif.
L'invention propose à cet effet un procédé pour
le chauffage en dépression d'une masse selon lequel on place
cette masse dans une chambre de chauffe fermée, et on
connecte une première zone de paroi de cette chambre de
chauffe à une source d'aspiration, caractérisé en ce que, à
distance de cette première zone de paroi, on conforme une
seconde zone de paroi en une grille ou plaque perforée ayant
des orifices de taille inférieure à 3 mm environ, et en ce
qu'on génère des flammes léchant cette grille ou plaque
perforée à l'opposé de cette chambre de chauffe.
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Selon des dispositions préférées de l'invention,
éventuellement combinées :
- on place cette masse sur un support ouvert à sa partie
supérieure, et on choisit cette seconde zone de paroi à la
partie supérieure de la chambre de chauffe,
- cette première zone de paroi est choisie à la partie
inférieure de la chambre de chauffe,
- on dispose la masse à traiter sur un support au moins en
partie perforé,
- on dispose ladite masse à traiter sensiblement entre les
première et seconde zones de paroi,
- on génère ces flammes dans une chambre de combustion
fermée, dont une zone de paroi est constituée par cette
grille ou plaque perforée.
L'invention propose également un dispositif pour
le chauffage en dépression d'une masse, comportant une
chambre de chauffe fermée contenant la masse, une source
d'aspiration connectée à une première zone de paroi de cette
chambre de chauffe, et une source de chaleur, caractérisé en
ce que cette source de chaleur comporte une grille ou plaque
perforée constituant une seconde zone de paroi et ayant des
orifices de taille inférieure à 3 mm, et au moins un brûleur
disposé derrière cette grille ou plaque perforée à l'oppose
de la chambre de chauffe.
Selon d'autres dispositions préférées, éventuel-
lement combinées :
- la chambre de chauffe comporte, pour la masse, un support
ouvert à sa partie supérieure, cette grille étant située en
une zone de plafond de la chambre de chauffe,
- la première zone de paroi est une zone de plancher de la
chambre de chauffe,
- la chambre de chauffe comporte, pour la masse, un support
au moins en partie perforé,
- la chambre de chauffe comporte, pour la masse, un support
sensiblement disposé entre la première zone de paroi et la
grille ou plaque perforée,
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~161894
- il comporte une enceinte coupée en deux par ladite grille
ou plaque perforée en ladite chambre de chauffe, et une
chambre de combustion dans laq~elle débouchent les brûleurs,
- cette chambre de chauffe c.omporte au moins une partie
étanche transversale.
On appréciera que l'invention fait intervenir une
grille qui a une triple fonction puisque, à la fois, elle
arrête les flammes (empêchant que ces flammes la traversent),
elle homogénéise le transfert thermique (elle prélève de
l'énergie aux flammes et aux fumées, elle homogénéise sa
température par conduction et émet dans son ensemble de
l'énergie par radiation) tout en permettant le maintien en
dépression de la chambre où se trouve la masse (grâce à la
perte de charge qu'elle induit dans l'écoulement des fumées).
On appréciera que la grille joue d'autant mieux
ces rôles que ses orifices sont petits.
Des objets, caractéristiques et avantages de
l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à
titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé sur
lequel la figure 1 est le schéma d'une forme préférée de
réalisation d'une installation de chauffage conforme à
l'invention.
Une enceinte 1 ici parallélépipédique, munie
d'une porte basculante 11, de préférence transversale,
permettant l'introduction d'une masse ici solide 10, confine
une chambre de combustion 2 et une chambre de chauffage 3.
Les chambres 2 et 3 sont séparées par une grille ou plaque
perforée 13 avantageusement horizontale ; la chambre de
combustion est de préférence au dessus de la chambre de
chauffage.
L'ensemble enceinte 1 et porte 11 est calorifugé
pour limiter les déperditions calorifiques.
La chambre de combustion 2 est munie dans sa
partie supérieure de brûleurs à gaz 12 alimentés en gaz (par
exemple propane ou gaz naturel) par une conduite 8 et en
comburant (air ou oxygène) par une conduite 9. Des flammes 14
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se développent dans la chambre 2 qui peuvent, suivant la
configuration choisie, venir lécher la grille 13. Cette
grille ou plaque perforée comporte des petits trous (diamètre
des trous inférieur typiquement à 2 mm) de facon à ce que les
flammes 14 ne puissent pas traverser la grille pour atteindre
- la chambre 3, mais tout en permettant le passage dans la
chambre 3 des gaz de combustion.
La chambre de chauffage 3 est munie dans sa
partie inférieure d'un berceau 4 comportant un plan de
support de préférence constitué d'une grille perforée
(diamètre des trous de 4 mm environ) et muni de pieds,
destiné à supporter une masse 10 à chauffer et permettant, de
préférence, le passage des gaz. Cette chambre 3 est munie
dans sa partie inférieure de conduites d'aspiration 5
uniformément réparties sur le plancher 3A de la chambre, au
travers desquelles un système d'aspiration 6 (une pompe à
vide par exemple) aspire les gaz de combustion et les
éventuels gaz produits par une quelconque transformation de
masse pour les évacuer par une conduite 7. Ce dispositif
d'aspiration provoque une mise en dépression (300 mbar par
exemple) de la chambre de chauffe 3 et dans une moindre
mesure de la chambre de combustion 2 (typiquement 4S0 mbar).
On appréciera dans cette installation la mise en
jeu concourante de l'ensemble des modes de transfert
d'énergie :
- rayonnement direct sur la masse depuis la
grille 13 (dont la température peut atteindre 900C) puisque
le berceau est ouvert vers le haut et que la grille surplombe
la masse,
- conduction par l'intermédiaire des fumées de
combustion dont la circulation est forcée sur la répartition
des prises d'aspiration 5 et qui se fait avantageusement au
travers de la masse grâce notamment aux perforations du
berceau.
L'enceinte 1 est par exemple la chambre de
thermolyse, voire la chambre de déshydratation d'une instal-
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~1 61 8g~ 6
lation de thermolyse conforme au document W0-92/16599, auquel
cas l'enceinte comporte de préférence deux portes, et le
berceau est un chariot mobile dont le fond et/ou les parois
sont avantageusement poreuses.
A titre d'exemple, l'installation de la figure 1
a les particularités suivantes :
- nature : acier réfractaire 25 ni-20 Cr
- épaisseur : 10 mm
- longueur : 2000 mm
- hauteur sous la plaque perforée : 600 mm
- hauteur au dessus de la plaque
perforée : 200 mm
- largeur : 1500 mm
- nombre de brûleurs : 4
15 - combustible : propane
- débit de combustible : 1,5 m3/h
- carburant : air
- débit de carburant : 30 m3/h
- nature de la plaque perforée: acier réfractaire 25 Ni-20 Cr
- épaisseur de la plaque perforée : 15 mm
- diamètre des trous : 0,8 mm
- taille des mailles (carrées) : 4 mm
- débit d'aspiration : 0,1 m3/s
- nombre de buses d'aspiration : 6
25 - masse à chauffer : 100 kg
Il va de soi que la description qui précède n'a
été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de
nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de
l'art sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi par exemple,
les orifices peuvent être distribués uniformément suivant une
maille hexagonale. En principe le rapport de la surface
globale des trous à la surface totale de la grille ou plaque
perforée est sensiblement à 50 %, typiquement inférieur même
à 10-20 ~.
