EP0118363B1 - Installation et procédé de chauffage du type à combustion submergée - Google Patents

Installation et procédé de chauffage du type à combustion submergée Download PDF

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EP0118363B1
EP0118363B1 EP19840400407 EP84400407A EP0118363B1 EP 0118363 B1 EP0118363 B1 EP 0118363B1 EP 19840400407 EP19840400407 EP 19840400407 EP 84400407 A EP84400407 A EP 84400407A EP 0118363 B1 EP0118363 B1 EP 0118363B1
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EP
European Patent Office
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bath
water
smoke
heating
tank
Prior art date
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EP19840400407
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German (de)
English (en)
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EP0118363A3 (en
EP0118363A2 (fr
Inventor
Francois Laurent
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Individual
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/107—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids

Definitions

  • the present invention relates to an installation and a method making it possible to improve the operating characteristics of a heating installation of the submerged combustion type.
  • This technique also has the advantage that the heat exchanger is very simplified in construction, being mostly made up of a kind of duct extending the combustion chamber into which the burner opens.
  • patent FR-A-434,648 which describes an apparatus intended for the rapid heating of a liquid (such as water) by circulation along a tower. washing heated at its base by a burner of the type "Bunsen". the tower is equipped over its height of baffle plates and the liquid must become hot flowing on the trays and from tray to tray, contacting the fumes produced by the burner.
  • the object of the invention is therefore, in a submerged combustion installation, to solve the abovementioned problems, by proposing a simple installation making it possible to obtain very good operating yields with bath temperatures which may be in the region of 90 ° C.
  • the proposed heating installation which comprises a tank containing a bath to be heated by means of a submerged combustion burner and a means partially plunging into the bath to confine under it, in a volume provided for this purpose.
  • the combustion fumes produced by said burner is characterized according to the invention in that, with a view to obtaining, with good yields, heating temperatures clearly above 60 ° C., and for example ranging up to around 90 ° C.
  • the installation on the outlet of the fumes, above their said means of containment is equipped with a washing tower comprising, in counter-current with the fumes, a series of cascades forming several substantially continuous curtains of water arranged in series on the smoke path, said curtains being supplied with a flow of cold water to be heated from the installation, said cascades comprising walls for forming water curtains provided in the upper part and in the lower part with means such as s only teeth, projecting edges and orifices ensuring continuous formation without tearing the curtains over their entire width and in that said means for confin
  • the installation can be run continuously or discontinuously depending on usage.
  • the bath water outlet flow rate is controlled and the heating of the bath is controlled to the maximum desired temperature, for example 88 ° C. when said flow rate is greater than a determined minimum flow rate, while when this bath flow rate is less than this determined minimum flow rate the bath is only heated to a selected minimum temperature, for example 70 ° C., so as to satisfy instantly to the needs of the request.
  • FIG. 1 we have illustrated an installation identified as a whole 1 comprising a tank 2 containing a water bath 3 to be heated by means of a submerged combustion burner 4 opening into the tank in a combustion chamber 5 being continued by an exchanger 6.
  • the products of combustion of the combustible gas usually used are essentially carbon dioxide and water vapor. Most of the water vapor condenses in the bath water (if the bath is not too hot) to which the latent heat of vaporization of the fumes is given up, while the incondensables are evacuated to the chimney 7.
  • a washing tower 8 is provided before the chimney 7 in which is vaporized as indicated in 9 cold water brought by a pipe 10 of the returns of the installation or of supplements.
  • the supply of cold returns 10 corresponds to the evacuation of hot water at 11.
  • the washing tower 8 allows, by spraying cold water at 9 going against the flow of hot fumes rising from the partially condensing the water vapor tending to escape from the installation, and finding correct operating yields.
  • the overall efficiency of the installation is not very good and decreases further if the flow rate of hot water is low and that consequently the cold returns are at low flow rate or at a temperature not low enough.
  • FIG. 2 representing a washing tower modified in accordance with the invention.
  • the washing tower 8 disposed above the upper volume 13 of the tank 2 not occupied by the heating bath 3 essentially comprises according to the invention a series of cascades forming several water curtains R1, R2, R3, R4 substantially continuous arranged in series on the smoke path materialized by the arrows.
  • Each curtain is formed from a water retention basin C1, C2, C3, C4 formed essentially by an inclined wall 14 at the bottom ending, on the raised side of the wall against the wall of the washing tower 8 , and on the other side, leaving a reduced passage section S for the fumes, by a substantially vertical wall 15.
  • the wall 15 on which the curtain of the waterfall is formed comprises at its upper part a toothed flange 16, which ensures a good distribution of the flow of water along all the wall 15, even if the edge 16 is not perfectly horizontal. Without such a measure, the curtain could only form on one side.
  • the wall 15 descends very notably below the bottom plate 14, so as to present a lower rim 17 which projects below the wall 14; this measurement is necessary so as to prevent the curtain of water which is to form on the edge 17 from rising by capillary action below the bottom surface 14 of the bowl, creating tears in the curtain.
  • orifices 18 are advantageously provided in the vicinity of the lower edge 17 of the wall 15, so as to ensure a good distribution of the cascade along the edge 17, the orifices 18 working a little similar to the teeth of the rim 16.
  • the upper bowl C1 is supplied by a perforated cold water return pipe 19 which acts as a diffuser 9 in FIG. 1 but does not have the drawbacks thereof.
  • this power is used to form a sort of last curtain R5 before the smoke leaves the chimney 7, and the smoke is guided to the chimney entrance by deflectors 20 also forming fins of condensation.
  • each curtain R is received before falling into the lower bowl on a cup 21 forming a gutter located slightly above the upper level of the lower bowl.
  • the gutters 21 thus form splashes and break the curtain in its lower part further increasing the exchange by contact between the water and the fumes.
  • condensation fins 22 which protrude below the surface 14 of the bottom of the bowls promoting the exchange and cooling of the fumes which are at a temperature higher than that of the bowl forming deflector under which they are guided.
  • the fins 22 stop before the surface of the front wall 15, so as to avoid the possibilities of reassembly of the curtain of water under the bowl, as mentioned above.
  • the washing tower is advantageously insulated, at least in its lower part, as illustrated in 23.
  • the washing tower does not penetrate a great height into the tank 2, in particular when the height of the installation must be limited, provision is made for a widening of the connection section by tilting the connection wall as indicated in 24.
  • FIGs 4 and 5 are illustrated other means working in conjunction with the washing tower to improve the performance of the installation.
  • Figure 4 we find in external view the washing tower 8 with the chimney 7 and the inlet of the cold water returns feeding the conduit 19.
  • the top 25 of the tank has been torn off and exploded, so as to reveal below a plate 26 whose construction and use will be described below.
  • the plate 26 covers most of the surface of the bath, presenting only a notch 27 for the passage of the burner 4 and leaving all around it an annular passage 28 (FIG. 5) between the wall of the tank and it.
  • the plate 26 comprises a substantially horizontal surface 29 bordered by a wall 30 projecting above and below the surface 29, providing above there a volume 31 for collecting water falling from the washing tower 8 and below a volume 32 for confining the fumes rising from the bath as illustrated by the bubbles 33 in FIG. 5.
  • the plate 26 In normal operation of the installation, that is to say when the burner is supplied, the plate 26 is partly immersed in the bath 3, so that there is a certain back pressure which must be overcome by the fumes s accumulating in the confinement volume 32 to pass under the lower edge 33 of the volume 32 to escape towards the washing tower.
  • the surface 29 of the plate has at its lower part exchange fins 34 forming a projection favoring the condensation of fumes under the effect of colder water falling from the washing tower 8 contained in the volume 31 of the plate.
  • regulation of the system is ensured, as will be described below so as to obtain a difference in level h between the free surface of the bath 3 and the level 35 of the bath in the confinement space 32, of the about 15 to 20 centimeters, that is to say an overpressure of about 15 to 20 millibars.
  • overpressure compared to atmospheric pressure is interesting, in that it improves the exchange and condensation yields.
  • FIG. 6 a schematic description has been made of how the submerged combustion reaction can be advantageously carried out.
  • the flow rate of water leaving the bath is checked by means of a measuring device 38.
  • this flow rate is greater than a determined minimum flow rate, the heating of the bath is controlled to the maximum temperature, which is detected by any suitably placed probe.
  • the hot water outlet flow, drawn off at 11 corresponds to a substantially equivalent flow of cold water supplied at 10.
  • This flow is controlled by a solenoid valve 39 whose electrical control 40 is connected as indicated at 41 to a level probe 42 which stops the supply of cold water when the level of the bath tends to become too high in the tank, that is to say to submerge the plate 26.
  • the proper functioning of the burner requires conditions relatively precise determined pressures outside which good combustion could not be obtained.
  • Another probe similarly controls the supply of cold water through line 10 when the level of the bath drops below a predetermined level, for example such as level 43 below which the optimum overpressure h in the containment chamber 32 would no longer be obtained (Figure 5).
  • the measurement thermostat (not shown) cuts off the supply to the burner.
  • the level of the bath drops due to the cancellation of the overpressure in the confinement chamber 32, for example substantially at the level marked 44 in FIG. 6.
  • No cold water supply is allowed as long as the level in the chamber does not fall below a determined critical level measured for example by a probe 45 which controls the supply of cold water and prohibits under such conditions the ignition of the burner 4, as long as the level of the bath has not risen .
  • the heating of the bath is stopped at this temperature if the sampling flow rate measured by the measuring device 38 is less than a predetermined minimum flow.
  • the cold recycling or make-up water is brought at 10 into the washing tower, each time the level of the bath tends to fall below a determined minimum level, such as for example as measured by the probe 45.
  • the heating of the bath is controlled to a selected minimum temperature, for example 70 ° C., and the supply of cold water is stopped when the bath has risen to a determined maximum threshold. , for example measured by the probe 42.
  • Heating to a higher temperature of the bath is only controlled when the level of the bath drops below the threshold 42, which means that hot water was taken at 11 in the bath.
  • a siphon forming an overflow 46 avoids exceeding the level of the threshold 42 in the absence of withdrawal of hot water in the bath and under the effect of condensations occurring in the washing tower and in the volume 13 above of the bath.
  • the various means of the invention allow easy operation of the installation with excellent yields, thanks in particular to the effective contact between the fumes charged with saturated vapors and the cold water returns and, on the other hand, thanks operating under slight combustion overpressure improving efficiency.
  • the pressure drops both on the smoke circuit and on the water recycling circuit are reduced to completely acceptable values and corresponding to the normal gas, air and water supply pressures, no pump. or booster is only necessary.

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Description

  • La présente invention concerne une installation et un procédé permettant d'améliorer les caractéristiques de fonctionnement d'une installation de chauffage du type à combustion submergée.
  • Pour diverses applications, notamment de chauffage industriel, de chauffage de piscines et autres, on utilise parfois des installations comportant des brûleurs à combustion submergée.
  • L'intérêt de telles installations est que l'on récupère, du fait du barbotage des gaz de combustion dans l'eau à chauffer, la plus grande partie de la chaleur latente de condensation des fumées, au moins si la température du bain n'est par trop élevée, Dans de telles conditions, on obtient couramment des rendements calculés sur le pouvoir calorifique inférieur (PCI) supérieurs à 100%, et fréquemment de l'ordre de 105%.
  • Cette technique présente également l'avantage que l'échangeur de chaleur est de construction très simplifiée, étant constitué la plupart du temps d'une sorte de conduit prolongeant la chambre de combustion dans laquelle débouche le brûleur.
  • Si l'on veut obtenir des températures de bain relativement élevées, et en particulier supérieures à 60 °C, le rendement de la combustion submergée diminue. Si l'on ne prend pas des précautions particulières, le rendement tombe même à zéro pour une température de bain voisine de 90cC, température à partir de laquelle la chaleur apportée par la combustion ne sert plus pratiquement qu'à évaporer l'eau du bain, vapeur d'eau qui s'échappe avec les fumées à la cheminée.
  • Dans certaines installations, on a tenté cependant par divers moyens d'utiliser le principe de la combustion submergée pour obtenir des températures de bain supérieures à 60 °C, et ce, avec des rendements convenables. Pour atteindre ce but, on a préconisé de faire traverser par les fumées l'eau froide des retours ou de l'alimentation du bain, de façon à condenser et récupérer la chaleur de vaporisation de l'eau et des produits de la combustion. Les solutions connues sont compliquées, demandant en général l'emploi de pompes de circulation qui sont chères et consomment de la puissance, et les résultats obtenus sont généralement peu satisfaisants sur le plan du rendement, surtout dès que la température du bain doit dépasser 70 ou 80 °C.
  • Parmi les installations connues dans la technique, on peut noter également celle du brevet FR-A-434 648 qui décrit un appareil destiné au chauffage rapide d'un liquide (tel que de l'eau) par circulation le long d'une tour de lavage chauffée à sa base par un brûleur du type «bec BUNSEN". La tour est équipée sur sa hauteur de plateaux-chicanes et le liquide doit s'échauffer en circulant sur les plateaux et en passant de plateau en plateau, au contact des fumées produites par le brûleur.
  • Mais on aura noté qu'il ne s'agit pas là d'une installation du type à combustion submergée qui seule permet d'obtenir avec de bons rendements des températures de chauffage nettement supérieures à 60 °C.
  • Au brevet US-A-3 060 921 qui enseigne aussi une installation de chauffage de liquide, est proposée une autre solution qui consiste à utiliser un brûleur à combustion submergée et à prévoir une sorte de couvercle au sommet de la cheminée par laquelle sont évacuées les fumées de combustion. Le couvercle plonge à sa base dans le bain à chauffer de manière à confiner sous lui les fumées, forçant ainsi leur circulation dans le bain avant leur évacuation à la cheminée.
  • Mais il reste que cette installation comme la précédente est d'application domestique et ne permet pas d'atteindre les rendements recherchés pour des températures de bain pouvant atteindre 90 °C.
  • En outre, l'installation du brevet US-3 060 921 est dépourvue de tour de lavage. Or dans la technique en cause et dans le cadre d'une application industrielle, l'emploi d'une telle tour conditionne largement l'obtention de températures de bain élevées.
  • L'objet de l'invention est donc, dans une installation à combustion submergée, de résoudre les problèmes susmentionnés, en proposant une installation simple permettant d'obtenir de très bons rendements de fonctionnement avec des températures de bain pouvant avoisiner 90 °C.
  • A cet effet, l'installation de chauffage proposée qui comporte une cuve contenant un bain à chauffer par l'intermédiaire d'un brûleur à combustion submergée et un moyen plongeant partiellement dans le bain pour confiner sous lui, dans un volume prévu à cet effet, les fumées de combustion produites par ledit brûleur, se caractérise selon l'invention en ce qu'en vue d'obtenir avec de bons rendements des températures de chauffage nettement supérieures à 60 °C, et par exemple allant jusque vers 90°C, on équipe l'installation sur la sortie des fumées, au-dessus de leur dit moyen de confinement, d'une tour de lavage comprenant, en contre-courant avec les fumées, une série de cascades formant plusieurs rideaux d'eau sensiblement continus disposés en série sur le trajet des fumées, lesdits rideaux étant alimentés par un débit d'eau froide à chauffer de l'installation lesdites cascades comportant des parois de formation des rideaux d'eau pourvues en partie haute et en partie basse de moyens tels que des dents, des arêtes en saillie et des orifices assurant une formation continue sans déchirure des rideaux sur toute leur largeur et en ce que ledit moyen de confinement des fumées se présente sous la forme d'un plateau recouvrant la plus grande partie de la surface du bain, ledit plateau comportant une surface sensiblement horizontale bordée d'une paroi dépassant au-dessus et en dessous d'elle en ménageant au-dessus un volume de recueillement des eaux tombant de la tour de lavage.
  • En utilisant les moyens ci-dessus mentionnés, il devient possible d'atteindre des températures de bain voisines de 90°C, avec des rendements de combustion tout à fait satisfaisants, pourvu seulement que les retours d'eau froide dans la tour de lavage soient à une température convenable, suffisamment basse, par exemple voisine de 40 °C ou inférieure.
  • La conduite de l'installation peut se faire de façon continue ou discontinue selon l'usage.
  • En usage continu, conformément à un perfectionnement de l'invention, on procède au contrôle du débit de sortie d'eau du bain et l'on commande le chauffage du bain jusqu'à la température maximale souhaitée, par exemple de 88°C lorsque ledit débit est supérieur à un débit minimum déterminé, tandis que lorsque ce débit de bain est inférieur à ce débit minimum déterminé on ne chauffe le bain que jusqu'à une température minimale déterminée choisie, par exemple de 70 °C, de façon à satisfaire instantanément aux besoins de la demande.
  • L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • La figure 1 montre en coupe, schématiquement une installation à combustion submergée pour le chauffage de l'eau à des températures supérieures à 60 °C conçue selon l'art antérieur.
    • La figure 2 montre en vue en coupe schématique à plus grande échelle une partie de l'installation illustrée à la figure 1 modifiée selon des perfectionnements conformes à l'invention.
    • La figure 3 montre en vue perspective à plus grande échelle comment sont formées les parois d'une cuvette de rétention d'eau pour la formation des cascades dans la tour comme illustré à la figure 2.
    • La figure 4 montre en vue perspective de façon schématique et avec arrachements un plateau destiné à coopérer dans le bain avec la tour de lavage.
    • La figure 5 montre schématiquement une vue en coupe faite sensiblement selon le plan V-V de la figure 4.
    • La figure 6 montre de façon schématique comme la figure 1 une installation modifiée selon l'invention avec différents organes de commande et de contrôle de cette installation.
  • En se reportant tout d'abord à la figure 1 on a illusfré une installation repérée dans son ensemble 1 comportant une cuve 2 contenant un bain 3 d'eau à chauffer au moyen d'un brûleur 4 à combustion submergée débouchant dans la cuve dans une chambre de combustion 5 se continuant par un échangeur 6. Les produits de la combustion du gaz combustible habituellement utilisé sont essentiellement du gaz carbonique et de la vapeur d'eau. La plus grande partie de la vapeur d'eau se condense dans l'eau du bain (si le bain n'est pas trop chaud) auquel est cédée la chaleur latente de vaporisation des fumées, tandis que les inconden- sables sont évacués à la cheminée 7.
  • Comme mentionné ci-dessus une telle installation fonctionne avec un très bon rendement si la température du bain est inférieure à 60 °C environ. Par contre, au-dessus de cette température le rendement diminue très vite du fait que la chaleur apportée par la combustion du brûleur sert à vaporiser une quantité d'eau de plus en plus grande, laquelle est envoyée en pure perte à la cheminée 7. Le rendement tombe à zéro vers 90cC.
  • Conformément à l'art antérieur lorsqu'on veut avec une installation à combustion submergée obtenir une température du bain 3 supérieure à 60°C et avec un rendement de fonctionnement acceptable, on prévoit avant la cheminée 7 une tour de lavage 8 dans laquelle est vaporisée comme indiqué en 9 l'eau froide amenée par une canalisation 10 des retours de l'installation ou de compléments. A l'amenée des retours froids 10 correspond l'évacuation de l'eau chaude en 11. La tour de lavage 8 permet grâce à la pulvérisation d'eau froide en 9 allant à contre-courant des fumées chaudes s'élevant du bain de condenser en partie la vapeur d'eau tendant à s'échapper de l'installation, et de retrouver des rendements de fonctionnement corrects. L'installation n'est relativement efficace que dans la mesure où la pulvérisation 9 se fait sous forte pression de multiples jets très fins, ce qui nécessite l'utilisation d'une pompe 12 relativement puissante et l'emploi de grilles de pulvérisation au niveau de l'injection en 9. Ces grilles ont tendance à se colmater, par suite notamment des dépôts de calcaire.
  • Le rendement global de l'installation n'est pas très bon et diminue encore si le débit d'utilisation d'eau chaude est faible et qu'en conséquence les retours froids sont à faible débit ou à température pas assez basse.
  • On se reportera maintenant à la figure 2 représentant une tour de lavage modifiée conformément à l'invention.
  • La tour de lavage 8 disposée au-dessus du volume 13 supérieur de la cuve 2 non occupée par le bain à chauffer 3 comporte essentiellement selon l'invention une série de cascades formant plusieurs rideaux d'eau R1, R2, R3, R4 sensiblement continus disposés en série sur le trajet des fumées matérialisées par les flèches. Chaque rideau se forme à partir d'une cuvette C1, C2, C3, C4 de rétention d'eau formée essentiellement d'une paroi inclinée 14 de fond se terminant, du côté surélevé de la paroi contre la paroi de la tour de lavage 8, et de l'autre côté, en laissant une section de passage S réduite pour les fumées, par une paroi 15 sensiblement verticale.
  • Comme il apparaît plus clairement à la figure 3, la paroi 15 sur laquelle se forme le rideau de la cascade, comprend à sa partie supérieure un rebord 16 denté, lequel assure une bonne répartition de l'écoulement de l'eau le long de toute la paroi 15, même si le bord 16 n'est pas parfaitement horizontal. Sans une telle mesure, le rideau risquerait de ne se former que d'un côté.
  • D'autre part, la paroi 15 descend très notablement en dessous de la plaque de fond 14, de façon à présenter un rebord inférieur 17 qui fait saillie en dessous de la paroi 14; cette mesure est nécessaire de façon à empêcher que le rideau d'eau qui doit se former sur l'arête 17 ne remonte par capillarité en dessous de la surface de fond 14 de la cuvette, créant des déchirures dans le rideau. En outre, des orifices 18 sont avantageusement prévus au voisinage de l'arête inférieure 17 de la paroi 15, de façon à assurer une bonne répartition de la cascade tout de long de l'arête 17, les orifices 18 travaillant un peu de façon analogue à la denture du rebord 16.
  • Par l'utilisation de ces divers moyens conju- . gués on est assuré d'obtenir des rideaux R1, R2... parfaitement continus, sans déchirure et à travers lesquels les fumées devront donc se frayer un passage, l'installation assurant un bon contact eau-fumée, donc une condensation efficace de la vapeur d'eau contenue dans les fumées.
  • La cuvette supérieure C1 est alimentée par un conduit 19 de retour d'eau froide perforé qui fait fonction du diffuseur 9 de la figure 1 mais n'en présente pas les inconvénients. On profite cependant de cette alimentation pour former une sorte de dernier rideau R5 avant la sortie des fumées à la cheminée 7, et l'on guide les fumées à l'entrée de la cheminée par des déflecteurs 20 formant également ailettes de condensation.
  • Les cuvettes sont disposées les unes au-dessus des autres en quinconce de façon à venir déborder d'environ la moitié de leur longueur au-dessus de la cuvette inférieure. Avantageusement chaque rideau R est reçu avant de tomber dans la cuvette inférieure sur une coupelle 21 formant gouttière située peu au-dessus du niveau supérieur de la cuvette inférieure. Les gouttières 21 forment ainsi des éclaboussures et brisent le rideau dans sa partie basse augmentant encore l'échange par contact entre l'eau et les fumées.
  • D'autre part, sous chaque cuvette C sont formées des ailettes de condensation 22 qui font saillie sous la surface 14 du fond des cuvettes favorisant les échanges et le refroidissement des fumées qui sont à température supérieure à celle de la cuvette formant déflecteur sous laquelle elles sont guidées. Les ailettes 22 s'arrêtent avant la surface de la paroi avant 15, de façon à éviter les possibilités de rémontée du rideau d'eau sous la cuvette, comme mentionné plus haut.
  • Etant donné qu'à la sortie du bain les fumées sont chaudes on calorifuge avantageusement la tour de lavage, au moins dans sa partie basse, comme illustré en 23. En outre, lorsque la tour de lavage ne pénètre pas sur une grande hauteur dans la cuve 2, en particulier lorsque la hauteur de l'installation doit être limitée, on prévoit un élargissement de la section de raccordement en inclinant la paroi de raccordement comme indiqué en 24.
  • On se reportera maintenant aux figures 4 et 5 dans lesquelles sont illustrés d'autres moyens travaillant en conjugaison avec la tour de lavage pour améliorer le rendement de l'installation. A la figure 4 on retrouve en vue extérieure la tour de lavage 8 avec la cheminée 7 et l'entrée des retours d'eau froide alimentant le conduit 19. On a arraché et éclaté le dessus 25 de la cuve, de façon à laisser voir en dessous un plateau 26 dont la construction et l'usage vont être décrits ci-après. On aperçoit également dans la cuve 2 le brûleur 4 avec la chambre de combustion 5 et l'échangeur 6 d'où s'échappent à l'intérieur du bain les fumées.
  • Le plateau 26 recouvre la plus grande partie de la surface du bain, en présentant seulement une échancrure 27 pour le passage du brûleur 4 et en laissant tout autour de lui un passage annulaire 28 (figure 5) entre la paroi de la cuve et lui.
  • Le plateau 26 comprend une surface sensiblement horizontale 29 bordée d'une paroi 30 dépassant en dessus et en dessous de la surface 29, en ménageant au-dessus un volume 31 de recueillement des eaux tombant de la tour de lavage 8 et en dessous un volume 32 de confinement des fumées s'élevant du bain comme illustré par les bulles 33 à la figure 5.
  • En fonctionnement normal de l'installation, c'est-à-dire lorsque le brûleur est alimenté, le plateau 26 est en partie immergé dans le bain 3, de sorte qu'il existe une certaine contre-pression que doivent vaincre les fumées s'accumulant dans le volume de confinement 32 pour passer par- dessous l'arête inférieure 33 du volume 32 pour s'échapper vers la tour de lavage. La surface 29 du plateau comporte à sa partie inférieure des ailettes 34 d'échange formant saillie favorisant la condensation des fumées sous l'effet de l'eau plus froide tombant de la tour de lavage 8 contenue dans le volume 31 du plateau. De préférence, on assure la régulation du système, comme il sera décrit ci-après de façon à obtenir une différence de niveau h entre la surface libre du bain 3 et le niveau 35 du bain dans l'espace de confinement 32, de l'ordre de 15 à 20 centimètres, c'est-à-dire une surpression de l'ordre de 15 à 20 millibars. Un tel travail en «surpression» par rapport à la pression atmosphérique est intéressant, en ce qu'il améliore les rendements d'échange et de condensation.
  • Avec une installation du type décrit ci-dessus, des essais on montré qu'il était possible d'obtenir un rendement de 103% sur PCI avec une température des retours d'eau voisine de 35°C et une température de sortie d'eau de 88°C. Bien entendu le rendement augmente si les retours d'eau froide se font à température plus basse que 35 °C, ce qui peut être le cas pour de nombreuses utilisations, en particulier lorsqu'il n'y a pas de recyclage de l'eau ou recyclage partiel.
  • La conduite de l'installation décrite ci-dessus ne pose aucun problème s'il s'agit d'usage ponctuel discontinu, par exemple un chauffage de bain industriel à une température déterminée.
  • Par contre s'il s'agit d'usage plus ou moins continu, au cours duquel on désire avoir à chaque instant une température minimale du bain et à certain moment seulement des températures supérieures et/ou des débits d'eau chaudes importants, on peut procéder de la façon décrite ci-après pour obtenir une conduite de l'installation dans les meilleures conditions.
  • On se reportera maintenant à la figure 6 dans laquelle on a décrit schématiquement comment peut être avantageusement conduite la réaction de combustion submergée.
  • A la figure 6 on aperçoit les différents éléments principaux de l'installation qui ont été repérés par les mêmes chiffres de référence que dans les figures précédentes. Le brûleur 4 de l'installation est alimenté en gaz par une conduite 36 et en air par une conduite 37. On supposera tout d'abord que l'installation est destinée à fournir normalement un certain débit d'eau chaude sortant en 11 à une température déterminée, comprise par exemple entre 70 et 88 °C.
  • Dans de telles conditions de fonctionnement, on pilote avantageusement l'installation de la façon suivante.
  • On contrôle au moyen d'un appareil de mesure 38 le débit de sortie d'eau du bain. Lorsque ce débit est supérieur à un débit minimum déterminé, on commande le chauffage du bain jusqu'à la température maximale, laquelle est relevée par toute sonde convenablement placée. Bien entendu au débit de sortie d'eau chaude, soutiré en 11 correspond un débit sensiblement équivalent d'eau froide amené en 10. Ce débit est contrôlé par une électro-vanne 39 dont la commande électrique 40 est reliée comme indiqué en 41 à une sonde 42 de niveau qui arrête l'alimentation d'eau froide lorsque le niveau du bain tend à devenir trop élevé dans la cuve, c'est-à-dire à submerger le plateau 26. En effet le bon fonctionnement du brûleur nécessite des conditions de pression déterminées relativement précises en dehors desquelles une bonne combustion ne pourrait être obtenue. Une autre sonde (non représentée), commande de façon semblable l'alimentation en eau froide par le conduit 10 lorsque le niveau du bain descend en dessous d'un niveau prédéterminé, par exemple tel que le niveau 43 en dessous duquel la surpression h optimale dans la chambre de confinement 32 ne serait plus obtenue (figure 5). Lorsque la température maximale du bain est atteinte, le thermostat de mesure (non représenté) coupe l'alimentation du brûleur. Le niveau du bain descend du fait de l'annulation de la surpression dans la chambre de confinement 32, par exemple sensiblement au niveau repéré 44 à la figure 6. Aucune alimentation d'eau froide n'est admise tant que le niveau dans la chambre ne descend pas en dessous d'un niveau critique déterminé mesuré par exemple par une sonde 45 qui commande l'alimentation en eau froide et interdit dans de telles conditions l'allumage du brûleur 4, tant que le niveau du bain n'a pas remonté.
  • En outre, de façon à maintenir la température du bain à une température minimale souhaitée, par exemple de 70°C, le chauffage du bain est arrêté à cette température si le débit de prélèvement mesuré par l'appareil de mesure 38 est inférieur à un débit minimal prédéterminé.
  • Il existe bien sûr d'autres procédés de conduite de l'installation. Ainsi selon une variante l'eau froide de recyclage ou d'appoint est amenée en 10 dans la tour de lavage, chaque fois que le niveau du bain tend à descendre en dessous d'un niveau minimum déterminé, tel par exemple que mesuré par la sonde 45. Simultanément on commande le chauffage du bain jusqu'à une température minimale déterminée choisie, par exemple de 70 °C, et on arrête l'amenée d'eau froide lorsque le bain s'est élevé jusqu'à un seuil maximum déterminé, par exemple mesuré par la sonde 42. Le chauffage à température plus élevé du bain n'est commandé que lorsque le niveau du bain redescend en dessous du seuil 42, ce qui signifie que l'on a prélevé en 11 de l'eau chaude dans le bain. Un syphon formant trop-plein 46 évite de dépasser le niveau du seuil 42 en l'absence de prélèvement d'eau chaude dans le bain et sous l'effet de condensations se produisant dans la tour de lavage et dans le volume 13 au-dessus du bain.
  • On notera que les différents moyens de l'invention permettent une conduite aisée de l'installation avec d'excellents rendements, grâce en particulier au contact efficace entre les fumées chargées de vapeurs saturantes et les retours d'eau froids et grâce d'autre part au fonctionnement en légère surpression de la combustion améliorant le rendement. En outre les pertes de charge tant sur le circuit des fumées que sur le circuit de recyclage de l'eau sont réduites à des valeurs tout à fait acceptables et correspondant aux pressions normales d'alimentation en gaz, en air et en eau, aucune pompe ou surpresseur n'étant nécessaires.

Claims (9)

1. Installation de chauffage comportant une cuve contenant au bain (3) à chauffer par l'intermédiaire d'un brûleur (4) à combustion submergée et un moyen (26) plongeant partiellement dans le bain pour confiner sous lui, dans un volume (32) prévu à cet effet, les fumées de combustion produites par ledit brûleur caractérisée en ce qu'en vue d'obtenir avec de bons rendements des températures de chauffage nettement supérieures à 60 °C, et par exemple allant jusque vers 90 °C, on équipe l'installation (1) sur la sortie des fumées, au-dessus de leur dit moyen (26) de confinement, d'une tour de lavage (8) comprenant en contre-courant avec les fumées une série de cascades formant plusieurs rideaux d'eau (R1-R4) sensiblement continus disposés en série sur le trajet des fumées, lesdits rideaux étant alimentés par un débit d'eau froide (10) à chauffer de l'installation, lesdites cascades comportant des parois (15) de formation des rideaux d'eau (R1-R4) pourvues en partie haute et en partie basse de moyens tels que des dents (16), des arêtes en saillie (17) et des orifices (18) assurant une formation continue sans déchirure des rideaux sur toute leur largeur et en ce que ledit moyen de confinement des fumées se présente sous la forme d'un plateau (26) recouvrant la plus grande partie de la surface du bain (3), ledit plateau comportant une surface sensiblement horizontale (29) bordée d'une paroi (30) dépassant en dessus et en dessous d'elle en ménageant au-dessus un volume (31) de recueillement des eaux tombant de la tour de lavage.
2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque cascade est alimentée par une cuvette (C1-C4) formée essentiellement d'une paroi inclinée (14) de fond se terminant, du côté surélevé de la paroi, contre la paroi de la tour de lavage (8) et de l'autre côté, en laissant une section de passage (S) réduite pour les fumées, par une paroi (15) précitée sensiblement verticale pourvue en partie haute de dents ou découpes (16) assurant la formation du rideau d'eau sur toute la largeur de débordement de la cascade et dont la partie basse fait saillie (17) en dessous de la paroi inférieure contiguë (14) de la cuvette.
3. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque cuvette (C1-C4) est disposée en quinconce par rapport à la cuvette inférieure de façon à ménager un trajet sinueux plus long pour les fumées, chaque cuvette supérieure débordant d'environ la moitié de sa longueur au-dessus de la cuvette inférieure.
4. Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que chaque rideau d'eau (R1-R4) est reçu au-dessus du niveau de la cuvette inférieure (C1-C4) dans une gouttière de déversement (21).
5. Installation selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que des ailettes de condensation (22) font saillie sous la surface de fond (14) des cuvettes (C1-C4).
6. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la tour de lavage (8) comprend à sa base une section de raccordement élargie (24) avec le volume (13) du bain.
7. Procédé de conduite d'une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on contrôle (38) le débit de sortie d'eau (11) du bain et l'on commande le chauffage du bain jusqu'à la température maximale souhaitée (par exemple de 88°C) lorsque ledit débit est supérieur à un débit minimum déterminé tandis que lorsque ce débit est inférieur à ce débit minimum déterminé, on ne chauffe le bain que jusqu'à une température minimale déterminée choisie (par exemple de 70 °C).
8. Procédé de conduite d'une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'on amène de l'eau froide de recyclage ou d'appoint dans le bain en la faisant pénétrer (10) en haut de la tour de lavage (8) chaque fois que le niveau du bain descend en dessous d'un seuil minimum déterminé (45), simultanément on commande le chauffage du bain jusqu'à une température minimale déterminée choisie (par exemple de 70 °C), on arrête l'amenée d'eau froide lorsque le bain s'est élevé jusqu'à un seuil maximum déterminé (42) et on ne commande un chauffage à température plus élevée du bain que lorsque le niveau du bain redescend en dessous du seuil maximum déterminé précité.
9. Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8 caractérisé en ce qu'en fonctionnement de l'installation on contrôle le niveau (43) du bain de façon que le plateau (26) soit immergé en partie sur une hauteur déterminée.
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