Brevet FR2190348A1 — publié le 19740201

L'invention se rapporte aux installations de serres et notamment aux dispositifs pour chauffer les serres. On connais actuellement les dispositifs pour chauffer les serres comprenant un générateur thermique, dans lequel la chaleur est produite, par la combustion d'un combustible gazeux, et une conduite de distribution de gaz percée de trous par lesquels le mélange produits de combustion-air s'échappe dans la serre. La conduite de distribution de gaz est raccordée à la chambre de combustion de combustible gazeux par l'intermédiaire d'un ventilateur qui refoule les produits de combustion et l'air dans la conduite de distribution. Le défaut essentiel de ces dispositifs est qu'ils ne sont pas suffisamment économiques. Ceci est du à ce qu'il faut, dans ces installations, pour assurer une plage de température uniforme à l'intérieur de la serre, mélanger les produits de combustion sortant du générateur thermique à l'air environnant afin de réduire au niveau requis la température du mélange, de gaz et d'air sortant de la conduite de distribution de gaz. Comme l'on sait, la température du mélange gaz-air à la sortie de la conduite de distribution de gaz ne doit pas dépasser la température de l'air dans la serre de plus de 30-359C. La température des produits de la combustion b la sortie du générateur thermique étant de 1000-1200"C, il est clair qu un assez grand volume d'air devra être aspiré. En général, le volume d'air est 30 à 40 fois plus grand que le volume des produits de combustion, ce qui exige des ventilateurs puissants. On connaît aussi des dispositifs analogues pour chauffer les serres dans lesquels des générateurs thermiques du type à calorifères sont utilisés, par exemple le dispositif pour chauffer les serres décrit dans la revue japonaise "Hitachi hyoron" t. 53 n 6, 1971, pages 583-588 Le défaut de ces dispositifs est que leur générateur thermique est d'une fabrication compliquée et que son rendement déterminé par sa conception n'est pas assez élevé.(60-70 %). Un autre défaut de ces dispositifs est qu'ils ne peuvent pas servir à alimenter les plantes en acide carbonique car le refoulement des produits de la combustion dans la conduite de distribution de gaz n'y St pas prevu. On connais déjà bien les dispositifs de chauffage utilisés pour chauffer les serres se présentant sous l'aspect d'un brûleur à gaz dans lequel la combustion du mélange combustible de gaz se déroule sur la surface t extérieure de panneaux en matériau réfractaire poreux possédant une haute capacité de radiation calorifique ; ces panneaux sont, en général, en céramique. En brûlant, ces gaz chauffent au rouge ces panneaux qui deviennent la source de l'émission infrarouge. Le défaut de ces dispositifs de chauffage est l'intensité considérable de la radiation calorifique du panneau en céramique. Quand les serres sont chauffées par de tels dispositifs, les plantes sont séchées et même brûlées. En outre, une partie considérable de la chaleur de tels dispositifs (près de 40 %} arrive avec les produits chauds de la combustion dans la zone supérieure desserres où elle est dissipée en pure perte. On connaît aussi les dispositifs servant essentiellement à alimenter en acide carbonique les plantes dans les serres. Ces dispositifs se présentent sous l'aspect d'une chambre de combustion de gaz combustibles, les produits de la combustion étant débités directement dans la serre. Cette chambre de combustion est placée sous un capot communiquant également avec l'atmosphère de la serre. Du milieu environnant, l'air est refoulé dans le capot à l'aide d'un ventilateur. L'extérieur de la chambre de combustion est baigné par cet air qui, ensuite, passe dans l'atmosphère de la serre. L'air, en sortant du dispositif, se mélange aux produits de combustion, abaissant leur température jusqu'au niveau requis pour que les plantes ne soient pas brûlées (par exemple, le dispositif fabriqué par la firme hollandaise "Ermaf"). Le défaut de ces dispositifs est, qu'en service, il se forme des quantités considérables d'oxyde carbonique ce qui est nuisible à la croissance des plantes et à la santé du personnel qui les soigne. De plus, la sortie concentrée des produits de combustion cause un surchauffage local dans la serre. Un autre défaut de ces dispositifs est qu'ils ne peuvent servir à alimenter les plantes que par de l'acide carbonique. Ceci exige l'emploi, en plus de ces dispositifs, d'un dispositif spécial destiné uniquement au chauffage des serres. Le but de l'invention est d'éliminer les défauts cités des dispositifs décrits plus haut. Le but de l'invention est de perfectionner la transmission de la chaleur dans la zone de croissance des plantes dans la serre. Ce résultat est obtenu de la manière suivante Dans un dispositif pour chauffer les serres, comprenant un générateur thermique dans lequel la chaleur est produite par la combustion d'un combustible, essentiellement gazeux, une conduite de distribution de gaz percée de trous pour la sortie des produits de combustion dans la serre et un ventilateur refoulant les produits de combustion provenant du générateur thermiqut dans la conduite en question, l'invention prévoit l'incorporation, entre le générateur thermique etla conduite de distribution de gaz, d'une chambre tubulaire complémentaire dont les parois sont exécutées en une matière à haute conductibilité thermique et à forte capacité de radiation, le ventilateur étant monté entre ladite chambre tubulaire et la conduite de distribution de gaz et une tubulure pour l'aspiration de l'air environnant se trouvant à l'extrémité de la chambre tubulaire, en amont du ventilateur. Une telle construction permet d'utiliser la chaleur des produits de combustion faiblement additionnés d'air par sa transmission par radiation dans la zone des plantes à travers les parois latérales de la chambre complémentaire placée entre le générateur thermique et la conduite de distribution de gaz. Ceci, à son tour, abaisse considérablement la température du mélange gazeux aspiré de la chambre complémentaire par le ventilateur et refoulé dans la conduite de distribution de gaz, ce qui permet de réduire considérablement le volume d'air aspiré du milieu environnant par le ventilateur en vue de diluer les produits de combustion afin de réduire jusqu'à la valeur requise la température du mélange gazeux arrivant directement dans la serre. I1 est avantageux de réunir deux dispositifs de chauffage de serres, de l'invention , en un système faisant un tout, de manière que la conduite de distribution de gaz d'un des dispositifs soit raccordée au générateur thermique de l'autre dispositif, des volets étant placés dans chaque tubulure débitant l'air dans le générateur thermique ainsi que dans chaque conduite de distribution de gaz en amont du générateur thermique et des vannes étant prévues sur les trous des conduites de distribution de gaz et à brancher sur l'entrée de chaque conduite de distribution un tuyau pour l'évacuation des produits de combustion. Un tel système permet, selon les besoins, soit de chauffer seulement les serres, essentiellement par radiation, les trous des conduites de gaz étant alors obturés par les vannes et les volets occupant les positions appropriées dans les tubulures débitant l'air dans le générateur thermique et dans chaque conduite de distribution de gaz en amont du générateur athermique, soit quand les vannes des conduites de distribution de gaz sont ouvertes et la position des volets mentionnés plus haut est modifiée en cerrespondance. de cumuler les chauffages par radiation et par convection des serres et d'alimenter en même temps les plantes en acide carbonique par le gaz carbonique contenu dans les produits de combustion. La possibilité d'une telle modification du régime de travail du dispositif a une importance particulière. I1 a été, en effet, actuellement établi qu'il est très important de régler et même d'exclure l'alimentation d s plantes par de l'acide carbonique selon l'heure de la journée. Con'rn- lt- prx te la pratique, cela a une influence positive sur la croissance et K .lop=- ment des plantes. On trouvera ci-dessous une description détaillée de l'invention sous une- forme concrète d'exécution avec renvois au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif pur chauffer les serres exécuté conformément à l'invention, - la figure 2 est une vue en plan de deux dispositifs pour chauffer les serres, exécutés conformément à l'invention et réunis en un seul système formant un circuit fermé, également suivant l'invention, - la figure 3 montre schématiquement l'emplacement des chambre. tubulaires complémentaires et des conduites de distribution de gaz du système à l'intérieur de la serre. Le dispositif pour chauffer les serres comprend un générateur thermique 1 (figure 1), une conduite de distribution de gaz 2, et une chambre tubulaire 3 incorporée entre le générateur thermique 1 et la conduite de dis tri- bution de gaz 2. La chambre 3 est raccordée par un de ses bouts au générateur thermique 1 et par l'autre à la conduite de distribution de gaz 2 par l'intermédiaire d'un ventilateur 4. Le générateur thermique 1 se compose d'une chambre cJramlnup en tunnel 5 entourée par une enveloppe cylindrique 6 de sorte qu'un cana; annulaire soit formé entre les parois de l'enveloppe ou capot et la chambre en tunnel. Dans l'une des faces de la chambre en tunnel 5 est incorporé un brûleur à gaz à injection 7, la seconde face de cette chambre 5 étant ouverte. Un dispositif de postcombustion 8, également å l'intérieur du capot 6, se trouve du côté de la face ouverte de la chambre 5. Le dispositif de postcombustion 8 est un corps cylindrique en céramique ou autre matière réfractaire possédant une action catalysante dans les réactions d'oxydation. I1 comprend des fentes servant au passage des produits de combustion. La chambre tubulaire 3 peut être en acier noir ou autre matière possédant une haute conductibilité thermique et un haut pouvoir rayonnant. Une extrémité de la chambre tubulaire 3 est raccordée au capot 6 et communique ainsi avec le canal annulaire du générateur thermique. L'autre extrémité de cette chambre est raccordée au ventilateur 4. A l'extrémité de la chambre 3 réunie au ventilateur 4, se trouve une tubulure 9 pour l'aspiration de l'air du milieu environnant. Un volet 10 se trouve à l'intérieur de la tubulure 9. Un volet 11 se trouve également à l'intérieur de la chambre 3, juste en amont de la tubulure 9. La conduite ou canalisation dedistributionde gaz2peutAre réalide en toute matière ; elle est percée de trous 12 régulièrement distribués sur toute sa longueur. Le mélange produits de combustion-air s'échappe par les trous 12. I1 est avantageux de monter des vannes (non représentées) sur les trous de la canalisation. L'échappement des gaz par les trous 12 peut être réglé à l'aide de ces vannes. Le dispositif décrit plus haut sert en même temps à chauffer la serre et à alimenter les plantes par de l'acide carbonique. Le dispositif fonctionne de la manière suivante Le broyeur à gaz 7 est d'abord allumé, puis le ventilateur 4 est mis en marche. De De la chambre en tunnel 5, les produits de combustion passent par le dispositif de postcombustion 8 puis dans la chambre 3 où les produits de combustion sont mélangés à l'air arrivant par le canal annulaire du générateur thermique 1. Le mélange gazeux est mélangé, avant d'arriver au ventilateur, à la portion d'air additionnelle arrivant par la tubulure 9. La position des volets 10 et 11 est réglée pour un rapport assigné des produits de la combustion et de l'air du milieu environnant dans le mélange. De la chambre 3, le mélange gazeux est refoulé, par le ventilateur 4, dans la conduite 2 d'où il passe dans la serre à travers les trous 12. Grâce à la présence de a chambre tubulaire complémentaile 3 la chaleur des produits de combustion est transmise par les parois de cette chambre à la serre. Le mélange gazeux est donc considérablement refroidi avant d'atteindre le ventilateur et c'est pourquoi le volume d'air débite pour refroidir les produits de combustion est réduit. Une température uniforme dans la serre est obtenue n modifiant la position des vannes sur les trous 12 sur toute la longueur de 14 conduite. Le système pour chauffer les serres représenté sur la figure 2 comprend deux dispositifs comme celui décrit plus haut, qui sont raccordés l'un à l'autre de sorte que la conduite de distribution de gaz 13 de chaque dispositif soit raccordée à l'entrée du générateur thermique 1 de l'autre dispositif, si bien que ce système forme un circuit fermé. Des volets 14 sont montés à l'extrémité de chaque conduite 13 dans le sens du mouvement du mélange gazeux. Des tubulures 15 pour l'entrée de l'air environnant dans le générateur thermique 1 sont incorporées dans chaque conduite 13 en amont du générateur thermique 1. Chaque tubulure 15 comprend également un volet 1t Des trous 17 de chaque conduite 13 peuvent être obturés par des vannes correspondantes (non représentées). Les vannes peuvent obturer les trous 17 soit partiellement, soit totalement. Sur l'entrée de chaque conduite 13, dans le sens du mouvement du mélange gazeux, est branché un tuyau 18 pour évacuer les produits de combustion, également muni d'un volet 19. Les tuyaux 18, gracie à leur grande longueur, assurent une forte dissipation de la chaleur des produits de combustion évacués du système. De plus, chaque dispositif du système comprend des tubulures 20 pour l'aspiration de l > air environnant ; les tubulures 20 sont également munies de volets 21. Des ventilateurs 22 de chaque dispositif du système assurent le refoulement du mélange gazeux. Ces ventilateurs sont montés entre la conduite de distribution de gaz 13 et une chambre tubulaire complémentaire 23 de chaque dispositif du système ; les parois de ces chambres 23 sont également réalisées en matière possédant une haute conductibilité thermique et une haute capacité de radiation. Un volet 24 est monté dans chaque chambre 23, juste en amont de la tubulure 20. Le système composé de ces deux disposit fs peut. soit sertir uniquement au chauffage, soit au chauffage et à l'alimentation des plarstes en acide carbonique Un tel système permet donc non seulement de chauffer les serres mais aussi de les alimenter en acide carbonique dans la mesure neces- saire et selon l'éclairement dans la serre, l'heure de la journée et autres facteurs pouvant influer sur le déroulement de la photosynthèse chez les plantes. Quand le système est destiné à chauffer la serre et à l'alimenter en acide carbonique, les volets 16 et 21 des tubulures t5 et 20 sont ouverts et les volets 14 de la conduite de distribution de gaz 13 ainsi que les volets 19 des tuyaux 18 sont fermés. Les vannes sur les trous 17 de la conduite de distribution de gaz 13 doivent, être ouvertes. Les produits de combustion sont aspirés, à l'aide des ventilateurs 22, des générateurs thermiques 1 et, en se mélangeant à l'air aspiré par les tubulures 16, passent dans les chambres 2j où ils transmettent une partie considérable de la chaleur à la serre, à travers les parois de cette chambre. A l'extrémité des chambres 23, les produits de combustion sont dilués avec de l'air aspiré par les tubulures 20. Le mélange produits de combustion-air est refoulé par les ventilateurs 22 dans les conduites de distribution de gaz 13 d'où le mélange gazeux passe, à travers les trous de sortie 17, dans la serre et sature uniformément tout son volume d'acide carbonique. Le rendement du système à ce régime de fonctionnement est presque 100 %. Si le débit d'alimentation d'acide carbonique dans la serre doit être arrêté et si cette dernière doit être uniquement chauffée, les volets 14 de la conduite de distribution de gaz 13 et les volets 19 des tuyaux d'évacuation 18, ainsi que les volets 24 des chambres tubulaires 23, doivent être ouverts et les volets 16 et 21 des tubulures 15 et 20 fermés. Les trous 17 des conduites de distribution de gaz 13 doivent également être obturés par les vannes. Le système étant ainsi réglé, les produits de combustion formés dans les générateurs thermiques 1 sont aspirés, à l'aide des ventilateurs 22, dans les chambres tubulaires 23 d'où ils sont ensuite refoulés dans les conduites de distribution de gaz 13 d'où ils passent dans le canal annulaire des générateurs thermiques 1. Les produits de combustion sortant des conduites 13 se chauffent dans le canal annulaire des générateurs thermiques 1 et se mélangent aussi aux produits de combustion nouvellement formés dans la chambre en tunnel du générateur thermique 1. Les produits de combustion sont ensuite à nouveau aspirés dans les chambres tubulaires 23. C'est ainsi que se déroule le recyclage continu des prod- de combustion dans le système, une partie des produits de combustion étant évacuée dans l'atmosphère par les tuyaux 18 des conduites de distribution de gaz 13. Pendant le recyclage des produits de combustion dans le système ils cèdent leur chaleur à la serre, essentiellement par radiation, par les parois des chambres 23 et les canalisations de distribution de gaz 13. Les tuyaux 18 étant posés dans la serre, les produits de la combustion traversant ces tuyaux transmettent également la chalaur r~~~'- de ces tuyaux et se refroidissent jusqu'à une température proche de celle de l'air dans la serre. La chaleur des produits de combustion évacués du système est ainsi utilisée aussi pour chauffer les serres. Le rendement en ce régime de fonctionnement atteint 94 à 95 7. Le fait que les chambres 3 et 23 ont une section en coin et que leur partie rétrécie est orientée vers le bas, c'est-à-dire, vers le sol des serres, a une importance particulière. L'angle d'inclinaison des parois des chambres 3 et 23 par rapport à la verticale est choisi en fonction de la largeur de la zone de la serre devant etre chauffée par radiation. I1 est rationnel de disposer les chambres tubulaires 23 et les conduites 13 à l'intérieur des serres comme indiqué à la figure 3. Outre les avantages énumérés, le dispositif de chauffage ou le système composé de tels dispositifs, fonctionnant en régime de chauffage et d'alimentation des plantes avec de l'acide carbonique, ont l'avantage de consommer considérablement moins d'énergie électrique et exigent un ventilateur d'un débit moindre que les dispositifs connus utilisés pour chauffer les erres. Ceci est dû à ce que le volume des produits de combustion dilués par l'air passant dans les chambres tubulaires 3 et 23 est de 4 à 7 fois inférieur, et dans la canalisation distributrice de gaz de 2 et 13 est de l,i a 2 fois inférieur au volume d'air dans les dispositifs connus dépourv- e chambres tubulaires complémentaires transmettant une partie considérable de l'énergie thermique à la serre par radiation. Les dispositifs proposés sont essentiellement conçus pour chauffer les serres, mais cela n'exclut pas la possibilité de les utiliser pour chauffer d'autres locaux et y maintenir un niveau assigné de concentretion d'acide carbonique (par exemple, dans les poulaillers, où la solidité de la coquille des oeufs pondus par les poules varie en fonction de la concentration du gaz carbonique dans ltair) ou de les utiliser dans des locaux et une augren- tation de la teneur en acide carbonique à une période déterminée est parfai tement admise (par exemple, dans les ateliers d'entreprises, les salles de sport, d'expositions et autres durant la nuit, les jours libres, soit quant personne ne s'y trouve). Dans l'ensemble de ces cas, les dispositifs peuvent chauffer les locaux avec un rendement proche de 100 %, même avec un faible échange d'air naturel dans les locaux. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour chauffer les serres, comprenant un générateur thermique dans lequel la chaleur est produite par la combustion d'un combustible, essentiellement gazeux, une conduite de distribution de gaz percée de trous pour la sortie des produits de la combustion dans la serre et un ventilateur refoulant les produits de combustion provenant du générateur thermique dans ladite conduite, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le générateur thermique et la conduite de distribution de gaz, une chambre tubulaire complémentaire dont les parois sont exécutées en une matière à haute conductibilité thermique et à forte capacité de radiation élevée, le ventilateur étant monté entre ladite chambre tubulaire et la conduite de distribution de gaz, et une tubulure pour l'aspiration de l'air environnant se trouvant à l'extrémité de la chambre tubulaire, en amont du ventilateur. 2. Système composé de dispositifs selon la revendication 1, pour chauffer les serres, caractérisé en ce que lesdits dispositifs sont réunis l'un à l'autre de manière que la conduite de distribution de gaz d'un des dispositifs soit raccordée au générateur thermique de l'autre dispositif, des volets étant placés dans chaque tubulure débitant l'air dans le générateur thermique ainsi que dans chaque conduite de distribution de gaz en amont du générateur thermique et des vannes étant prévues sur les trous des conduites de distribution de gaz et un tuyau pour l'évacuation des produits de combustion étant branché sur l'entrée de chaque conduite de distribution de gaz.