Brevet FR2290638A1 — publié le 19760604

La présente invention concerne un procédé et une installation de chauffage de locaux notamment d'ateliers où la chaleur est apportée par récupération sur les fumées rejetées à l'extérieur d'un ou plusieurs appareils à combustion situés au voisinage et notamment de fours brûlants des combustibles. Les fours thermiques servent à porter à une température déterminée des produits à traiter. Pour obtenir cette température, la chambre de travail est chauffée par un ou plusieurs brûleurs brûlant un combustible généralement liquide (mazout) ou gazeux (gaz naturel) ou éventuellement solide. La combustion donne des produits résiduels ou fumées qui sortent du four à des températures élevées. De nombreux procédés existent pour récupérer la chaleur restant dans ces fumées. Les plus connus consistent à réchauffer l'air de combustion, à produire de la vapeur ou à réchauffer un fluide colporteur dans un générateur dit de récupération. A cet-' effet, les fumées chaudes doivent'être envoyées dans un échangeur par surface où elles cèdent une partie de leur chaleur au fluide à réchauffer, lequel est envoyé ensuite vers des utilisations diverses. Le procédé et l'installation, objets de l'invention, ont notamment pour but d'assurer le chauffage partiel ou total de locaux situés à proximité de tels fours sans utiliser d'échangeurs intermédiaires ni d'autres fluidescal3porteurs que l1air et les fumées elles-mêmes. Le procédé de chauffage selon la présente invention est caractérisé en ce que l'on aspire au moins une partie des fumées sortant du ou des appareils à combustion, on mélange ces fumées ohaudes avec une certain quantité d'air frais ou de fumées refroidies, qui est fonction de la température souhaitée dans les locaux à chauffer, et 1'on fait passer le mélange ainsi obtenu dans des tubes métalliquas placés dans les parties hautes des locaux à chauffer. Le mélange de fumées chaudes et d'air ou de fumées refroidies transmet sa chaleur aux parois métalliques des tubes qui à letr tout rayonnent vers les zones froides. l'es fumées refroidies sont ensuite extraites par un ventilateur et rejetées à l'extérieur. L'émission par rayonnement étant d'autant plus grande que la température de la paroi métallique est plus élevée (la puissance rayonnée est en principe proportionnelle à la puissance 4ème de la température absolue), on cherchera à utiliser un mélange dont la température est la plus élevée possible. Cette température doit toutefois permettre de conserver une tenue acceptable des matériaux utilisés. On doit éviter par ailleurs d'abaisser la température dans les tubes en dessous des températures de rosée du mélange en circulation. Ep pratique on peut utiliser des mélanges dont la température est au moins de 1500C et de préférence comprise entre 200 et 500bu. Le réglage de la température dans les locaux à chauffer est assuré enimodifiant la quantité d'air frais ou de fumées refroidies que l'on ajoute aux fumées chaudes. Par fumées refroidies on désigne les fumées qui se sont refroidies au cours de leur passage dans les tubes et dont une partie peut être ainsi mélangée aux fumées chaudes, l'autre partie étant rejetée à l1ext-érieur. On sait que dans nombreux cas, les produits de combustion des fours sont évacués directement dans le local. fl est alors possible selon une variante de l'invention, d'effectuer en même temps les opérations d'aspiration de fumées chaudes et de mélange, c'est à dire que l'on aspire directement un mélange de fumées chaudes et d'air. I1 est par ailleurs avantageux de maintenir des tubes métalliques dans lesquels passe le mélange, en dépression par rapport à la pression atmosphérique. Cela évite des fuites de gaz éventUellement toxiques et/ ou l'apparition d'odeurs désagréables dans les locaux à chauffer. L'invention a également pour objet une installation de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé selon ltinvention. Cette installation comprend essentiellement ane prise de fumées chaudes disposée à la sortie de l'appareil à combustion et munie éventuellement d'un orifice d'aspiration d'air frais, un tube de transfert reliant ladite prise à un ou plusieurs tubes métalliques de rayonnement et un groupe d'aspiration raccordé à l'extrémité du(ou des) tubes de rayonnement, refoulant les fumées dans une cheminée d'évacuation dans l'atmosphère. La température de la paroi métallique diminuant constamment d'un bout à l'autre du tube de rayonnement, il est possible d'obtenir une équirépartition de la chaleur transmise en utilisant des tubes en forme d'épingle à cheveux, c'est à dire des tubes comprenant un aller, un coude à 1800, puis un retour parallèle à l'aller. n est également possible pour équilibrer l'émission, d'augmenter la surface radiante par grossissement des tubes ou par d'autres artifices au fur et b mesure que la température ddlx!t. La régulation du chauffage du local en fonction de la température interne obtenue (ou de la température extérieure) peut être effectuée manuellement ou automatiquement par l'un des moyens suivants a) Un registre mobile ouvre une entrée d'air placée tout de suite en aval de la prise de fumées chaudes. La quantité d'air admise refoidit les fumées à la valeur nécessaire pour obtenir 1'rémission désirée dans le loyal à chauffer. b) Dans le cas où les produits de combustion sortent du four par une ou plusieurs ouvertures sur la partie supérieure directement dans le local, et où l'on aspire un mélange d'air et de fumée, il est possible de faire varier la proportion du mélange en utilisant pour la prise de fumée un tube coudé susceptible de se déplacer au voisinage d'une ouverture du four. Suivant sa position, il peut aspirer un mélange variable d'air et de fumées. c) Dans le cas où l'on mélange des fumées refroidies gvec des fumées chaudes, on utilise un tube de rayonnement formant une boucle fermée. Cette boucle est alors munie d'un ventilateur de recyclage créant un courant de circulation continue. Ce ventilateur peut être disposé sur la boucle en amont du piquage d'évacuation dans l'atmosphère. La quantité de fumée refroidie mélangée aux fumées chaudes peut entre commandée au moyen d'ira volet de réglage situé entre le piquage dé refoulement à l'atmos perd des fumées refroidies et le piquage d'aspiration des fumées chaudes. Ces deux piquages peuvent Entre munis chacun d'un' registre d'obturation et réglage. En variante on peut placer le ventilateur de recyclage -à la partie la plus froide de la boucîe,maintenant celle-ci en dépression, un second ventilateur monté sur le piquage d'évacuation refoulant une partie des fumées à ltextérieur. Les fumées chaudes entrent alors naturellement par surpression. Cette solution permet de maintenir la boucle en dépression sans risque d'émanation de gaz vers l'extérieur et éventuellement de régler la température de manière simple par marche ou arrêt du ventilateur. En outre, par rapport au cas où l'on utilise un volet de réglage on diminue ainsi les pertes de charges. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant au dessin annexé et sur lequel les figures 1 à 4 sont des vues de dessus représentant respectivement plusieurs modes de réalisation d'une installation selon l'invention. L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 comprend un four 1 avec sa cheminée d'évacuation des fumées 2, sur cette cheminée 2 un piquage d'aspiration des fumées 3 muni d'un volet et une ouie d'aspiration d'air 4 munie de même d'un organe de réglage, un tube de transfert calorifugé 5 dans le passage d travers les locaux non chauffés, un tube de rayonnement 6 en épingle à cheveux, comportant un calorifugeage sur la partie supérieure et un grouPe moto-ventilateur d'aspiration 7, monté dans une cheminée d'extraction à l'atmosphère 8. En variante, le groupe d'aspiration peut envoyer les fumées refroidies dans la cheminée 2 d'évacuation des fumées du four. Par ailleurs le calorifugeage de la partie supérieure des tubes rayonnants peut être remplacé par une tôle de recouvrement elle-même calorifugée sur le dessus. Le fonctionnement de cette installation est le suivant: la mise en marche du groupe moto ventilateur provoque l'aspiration des fumées chaudes et de l'air dont la proportion est réglée par les organes de réglage placés sur le piquage 3 et l'oute d'aspiration 4. Pour arrêter le chauffage on ferme le volet placé sur le piquage 3 et on aspire de l'air pour évacuer les fumées résiduelles, réduisant ainsi les risques de condensation dans les tubes. L'installation représentée sur la figure 2, est un exemple de réalisation dans le cas où les produits de combustion sont rejetés direstement dans le local à la partie supérieure du four. L'installation comporte, au dessus de l'ouverture 9 du four 10, une prise de fumée ll montée sur un tube mobile 12 se raccordant par un joint tournant ou un manchon d'amiante:13 à un tube fixel4, un servo-moteur 15(pouvant être remplacée par une tringlerie manuelle) commandant le déplacement du tube mobile 12 pour régler le mélange air-fumées aspiré en fonction de la température du local à chauffer, un tube de distribution 16 raccordé au tube 14, des tubes de rayonnement 17 parallèles reliés au tube 16 et à un tube collecteur 18 lui-même relié à un groupe d'aspiration 19 renvoyant les fumées vers une cheminée 20. Le fonctionnement de cette installation est semblable au précédent mis k part le réglage du mélange fumées chaudes / air qui est assuré par le déplacement du tube 12. L'installation représentée sur la figure 3 est un exemple d'une installation d boucle fermée. Elle comprend, comme l'installation de la figure 1, une prise de fumée 3 sur la cheminée 2 d'un four 1. Le tube rayonnant 21 forme une boucle fermée maintenue en dépression et en circulation par un ventilateur 22 à fonctionnement continu. Un volet 23 de réglage de pression est placé sur la boucle entre le piquage d'aspiration des fumées chaudes 24 et le piquage d'évacuation 25 dans une cheminée 26. La régulation de la température est effectuée par la commande du volet 23, qui modifie la différence de pression entre les piquages d'aspiration et d'évacuation. L'installation représentée sur la figure 4 est une variante de l'installation représentée sur la figure 3. Comme cette installation elle comprend une prise de fumée sur la cheminée 2 d'un four 1 et un tube rayonnant formant une boucle fermée maintenue en dépression et en circulation par une ventilateur à fonctionnement continu 22 Ce ventilateur est disposé entre le piquage d'aspiration 24 des fumées chaudes et le piquage d'évacuation 27 des fumées refroidies. L'évacuation des fumées froides est assurée par un ventilateur d'extraction 28 sur la cheminée 29. La régulation de la température est effectuée par la commande du ventilateur 28 qui extrait plus ou moins des fumées refroidies,un débit correspondant de fumées chaudes étant alors aspiré. Bien que l'invention ait été illustrée dans le cas de la récupération de chaleur sur fours d'où les fumées sortent,en général, très chaudes, elle s'applique également à la récupération de chaleur sur de nombreux autres appareils brûlants des combustibles tels que moteurs à combustion interne, turbines à gaz, chaudières, générateurs, réchauffeurs de fluides thermiques, organiques ....... REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage de locaux, et notamment d'ateliers, par récupération de chaleur sur les fumées rejetées à l'extérieur d'un ou plusieurs appareils å combustion situés au voisinage, et notamment de fours brillant des combustibles, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on aspire au moins une partie des fumées sortant du ou des appareils a combustion., on mélange ces fumées chaudes avec une certaine quantité d'air frais ou de fumées refroidies, qui est fonction de la température souhaitée dans les locaux à chauffer, et l'on fait passer ce mélange ainsi obtenu dans des tubes métalliques de rayonnement placés dans les parties hautes des locaux å chauffer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on aspire un mélange de fumées chaudes et d'air au-dessus d'un appareil å combustion å évacuation directe dans le local. ; 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on maintient les tubes métalliques dans lesquels passent le mélange a une pression inférieure å la pression atmosphérique en créant une aspiration à l'extrémité des tubes rayonnants au moyen par exemple d'un ventilateur. 4-. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle l'émission de chaleur des tubes rayonnants par l'ouverture plus ou moins grande d'un orifice d'aspiration d'air frais afin de faire varier la température du mélange gazeux circulant dans les tubes. 5. Installation pour le chauffage de locaux et notamment d'ateliers par récupération de chaleur des fumées rejetées a l'extérieur d'un appareil à combustion situé au voisinage, et notamment d'un four bruyant des combustibles, comprenant une prise de. fumées chaudes disposée a la sortie de l'appareil i combustion, reliée à un ou plusieurs tubes métalliques "de rayonnement et un groupe d'aspiration raccordé a l'extrémité du (ou des) tube (s) de rayonnement refoulant les fumées vers une cheminée d'évacuation dans l'atmosphère, caractérisée en ce que la prise de fumées chaudes comporte un orifice d'aspiration d'air frais dont l'ouverture' est commandée par un registre mobile. 6. Installation pour le chauffage de locaux et notamment d'ateliers par récupération de chaleur sur un four dont les produits de combustion sont évacués directement.dans le-local ot ce trouve ce four, comprenant une prise de fumées chaudes dis po à la sortie de l'appareil à combustion,relibe à un ou plusieurs tub('-t nctalliques de rayonnement et un groupe d'aspiration rac corde h l'extrémité du (ou des) tubes (s) de rayonnement refoulant les fumées vers une cheminée d'évacuation dans l'atmosphère, car:"::térisée en ce qu elle comprend pour la prise de fumée un équipage d'aspiration mobile susceptible de se déplacer au voisinage d l'ouverture de sortie des fumées et permettant de régler le mélange air-fumées circulant dans les tubes. 7. Installation pour le chauffage de locaux et notamment d'ateliers par récupération de chaleur des fumées rejetées à l'extérieur d'un appareil à combustion situé au voisinage, et notamment d'un four brayant des combustibles, comprenant une prise de fumées chaudes disposée a,Ia sortie de l'appareil a combustion, reliée à un ou plusiéurs tubes métalliques de'rayonnement, caractérisée en ce que le (ou les) tube (s) de rayonnement forme une boucle fermée et en ce que cette boucle est munie d'un ventilateur de recyclage. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le ventilateur de recyclage est situé sur la boucle en amont du piouage d'évacuation dans l'atmosphère et en ce qu'un volet de réglage est disposé entre ce piquage d'évacuation et le piquage d'admission de fumées chaudes dans la boucle. 9. Installation selon- la revendication 7, caractérisée en ce que le ventilateur de recyclage est situé i la partie la plus froide de la boucle et en ce qu'un ventilateur de réglage est monté sur le piquage d'évacuation.