Brevet FR2302481A1 — publié le 19760924

La présente invention concerne un condenseur-récupérateur de calories pour installations productrices de vapeur. Le domaine technique de l'invention est celui des installations productrices de vapeur å circuit fermé,dans lesquelles la vapeur produite par une chaudière alimente un appareil utilisateur, les condensats récupérés à la sortie de cet appareil étant dirigés vers une bâche ouverte et l'eau de condensation ainsi recueillie étant recyclée en direction de la chaudière par une pompe alimentairc. De telles-installations sont constamment uti-lisées par les blanchisseries, teintureries, pressings, etc... Dans ces installations, les condensats qui retournent A la bâche sont mélangés A de la vapeur qui est rejetée dans l'atmosphère, ce qui est la cause d'une perte de vapeur et de calories importante. En effet, à la sortie des purgeurs montés sur les appareils utilisateurs, 10% environ de vapeur de revaporisation se forme lors de la détente. Â celà s'ajoute, selon la conception du purgeur, un certain pourcentage de fuites de vapeur A l'ouverture du purgeur.De plus, les by-pass des purgeurs montés sur certaines tachines sont systématiquement utilisés à chaque mise en route le matin et malheureusement risquent de rester ouverts durant toute la Journée de travail; il y a également des risques de fuites de vapeur éventuelles au niveau de la vanne du by-pass. La présente invention vise A remédier à ces inconvénients et elle a donc pour but de fournir des moyens limitant la fuite des vapeurs accompagnant les condensats et permettant de récupérer les calories transportées par ces vapeurs et condensats. Â cet effet, l'invention a pour objet un condenseur-récupérateur de calories, destiné aux installations productrices de vapeur du type précité, qui constitue un échangeur de chaleur à contre-courant parcouru en sens inverses, d'une part, par les vapeurs et condensats récupérés à la sortie de l'appareil utilisateur et dirigés vers la banche, d'autre part, par l'eau provenant de la bâche que la pompe alimentaire envoie vers la chaudire. Il s'agit donc d'un échangeur de chaleur dans lequel le fluide échange de la chaleur avec lui-mie, à deux stades de son evolu- tion. Ainsi les calories des vapeurs et des condensats, au lieu d'être perdues dans l'atmosphère, sont transférées à l'eau plus froide qui se dirige vers la chaudière. On refroidit donc les vapeurs qui peuvent se condenser au lieu d''être perdues,et l'on réchauffe l'eau mise en pression par la pompe alimentaire,de sorte que les calories récupérées sont réinjectées dans le circuit d'utilisation.La mise en oeuvre de l'invention permet par suite une économie de combustible importante,de tordre de 15% par rapport au cas du retour des condensats dans une bâche ouverte, et de l'ordre, de 25% par rapport au cas du rejet directement à l'égout. Un autre avantage de l'invention est de limiter le dégagement de vapeurs considérées comme gênantes dans les zones habitées. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, le condenseur-récupérateur de calories est constitué, par une enceinte formée d'une paroi latérale cylindrique fermée à sa base et à son sommet par un fond et un couvercle circulaires,remplie par l'eau se dirigeant vers la chaudière,et renfermant au moins un serpentin traversé par les vapeurs et condensats qui est enroulé suivant une hélice dont l'axe vertical se confond avec celui de la paroi cylindrique précitée. Âvantageusement,cette paroi latérale cylindrique présente, à sa partie inférieure, une ouverture pour le raccordement du conduit d'eau en provenance de la pompe alimentaire et,à sa partie supérieure, une ouverture pour le raccordement du conduit d'eau menant à la chaudière, les deux extrémités de chaque serpentin présentant des parties de tubes verticales traversant le couvercle circulaire pour se raccorder l'une, à l'arrivée de vapeurs et de condensats en provenance de l'appareil d'utilisation, et l'autre, au conduit se dirigeant vers la bache. Suivant une forme d'exécution particulière,les spires de chaque serpentin sont maintenues entre des pièces en bois verticales dont les extrémités supérieures sont fixées sous le couvercle circulaire et qui présentent des alvéoles de forme semicirculaire dans lesquels sont engagées les spires.L'emploide supports en bois évite toute détérioration du ou des serpentins, malgré les déformations dues à la dilatation, alors que l'utilisation de pièces métalliques risque de causer un perçage du ou des serpentins. Il est à noter que la dilatation de chaque Ierpentin,qui est importante si ce dernier est réalisé en cuivre ou en cupro-nickel, provoque à chaque mise en route de l'installation un dé tartrage automatique. De plus, le ou les serpentins fixés comme indiqué plus haut se trouvent suspendus uniquement au couvercle,de sorte que l'on peut accéder au fond de l'enceinte par simple démontage du couvercle, ceci en vue de procéder à l'élimination des dépôts de boues et de calcaire se formant au fond. Pour les installations importantes, il peut être intéressant de prévoir deux ou plusieurs serpentins, ce qui permet de conserver une section assez faible qui augmente la surface d'échange et facilite l'enroulement du tube. Suivant une disposition avantageuse, chaque serpentin s'in terronpt à une certaine hauteur au-dessus du fond inférieur et la partie inférieure de la paroi latérale cylindrique présente un trou de poing permettant l'accès à l'intérieur de l'enceinte. Ce trou de poing permet le contre de l'utilité du démontage du couvercle pour nettoyage. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, d titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce condenseur-récupérateur de calories pour installation productrice de vapeur Fig.1 est un schéma de l'ensemble de l'installation; Fig.2 est une vue en coupe par un plan vertical du condenseurrécupérateur seul dans une première forme d'exécution; Fig.3 est une vue partielle de ce condenseur-récupérateur,en coupe suivant 3-3 de figure 2, montrant å échelle agrandie un détail de réalisation; Fig.4 est une vue en coupe, similaire à la figure 2,représentant une deuxième forme d'exécution du condenseur-récupérateur selon l'invention; ; Fig.5 est une vue partielle, analogue à figure 3,en coupe sui vant 5-5 de figure 4. L'installation productrice de vapeur représentée très schéma tiquement à la figure 1 comprend, de manière connue, une chaudière 1 alimentant en vapeur un appareil utilisateur 2.Les condensats récupérés à la sortie de l'appareil 2, mélangés à de la vapeur, sont dirigés vers une bâche ouverte 3. Une pompe alimentaire 4 permet de recycler l'eau recueillie dans la bache 3,en direction de la chaudière 1. Bien que ce circuit soit fermé,les fuites de vapeur sont inévitables et il est donc prévu une arri vée d'eau 2 à la bâche 3. Selon l'invention, un condenseur-récupérateur de calories 6 est intercalé sur le conduit parcouru par les condensats,c'est dire entre l'appareil 2 et la bâche 3. Ce condenseur 6 est en réalité un échangeur de chaleur du type à contre-courant,parcouru en sens inverses,d'une part, par les vapeurs et condensats qui traversent un serpentin?, d'autre part, par l'eau que la pompe alimentaire 4 envoie vers la chaudière 1. Les différentes flèches et légendes de la figure I permettent de bien comprendre la configuration de ce circuit fermé dans lequel le fluide échange de la chaleur avec lui-même, à deux stades de son évolution, au niveau du condenseur 6. La figure 2 montre de quelle manière est construit ce condenseur 6 dans une première forme de réalisation. Une enceinte formée d'une paroi latérale cylindrique 8, fermée à sa base et à son sommet par un fond et un couvercle circulaires,respectivement 9 et Iqrenfermeb serpentin 7 qui est enroulé suivant une hélice dont l'axe vertical se confond avec l'axe de la paroi cylindrique 8. L'ensemble repose par exemple directement sur le soi 11. Le serpentin 2 comprend un certain nombre de spires 12 situées à faible distance de la paroi latérale 8. La spire supérieure se prolonge par un tube vertical 13 qui traverse le couvercle 10 et est raccordé, par l'intermédiaire d'un manchon 14, à l'arrivée de vapeurs et de condensats en provenance de l'appareil 2. La spire inférieure est prolongée par un autre tube vertical 22 qui s'étend sur presque toute la hauteur de l'enceinte et traverse lui aussi le couvercle 10 pour pouvoir être raccordé,par l'intermédiaire dtun manchon 16, au conduit se dirigeant vers la bâche 3. Le serpentin z ,réalisé par exemple en tube de cuivre,est suspendu au couvercle 10 au moyen d'éléments en bois diamétralement opposés, visibles à la figure 2 et surtout à la figure 3. De chaque côté, les spires 12 sont maintenues entre une première pièce en bois verticale 17 lisse et une seconde pièce en bois verticale 18 présentant des alvéoles semi-circulaires 19,dans lesquels sont introduites les spires 12. A leur extrémité su périeure, les deux pièces 17 et 18 sont assemblées entre elles, ainsi qu'à une attache métallique 20 solidaire du couvercle 10, au moyen de vis 21. En outre, d'autres vis 22 relient à inter valles réguliers les pièces 17 et 18, afin d'assurer l'lmmobili- sation des spires 12 du serpentin 2. Les pièces en bois 17 et 18 ainsi que les spires 12 s'interrompent à une certaine hauteur au-dessus du fond 9,ceci dans le but de faciliter le nettoyage de ce fond. La paroi latérale 8 de l'enceinte présente, à sa partie inférieure, une ouverture 23 sur le bord de laquelle est soudé un manchon 24 permettant le raccordement du conduit d'eau en provenance de la pompe 4 et, à sa partie supérieure, une ouverture similaire 25 sur le bord de laquelle est soudé un manchon 26 permettant le raccordement du conduit d'eau menant à la chaudière 1. Â sa partie inférieure, la paroi latérale 8 comporte encore une ouverture de vidange 27,normalement obturée par un bouchon 28, et un trou da poing 29 permettant l'accès à l'intérieur de l'enceinte. Lorsque l'installation est en fonctionnement, les vapeurs et condensats en provenance de l'appareil 2 arrivent au condenseur 6 et le traversent de haut en bas, parcourant le serpentin sur toute sa longueur; l'eau puisée dans la bâche 3 par la pompe alimentaire 4,entrant par l'ouverture inférieure 23 et sortant par l'ouverture supérieure 25, parcourt donc l'enceinte de bas en haut. On obtient ainsi un échange de chaleur avec circulation à contrelcourant au cours duquel les calories véhicu lees par ces vapeurs et les condensats sont transférées à l'eau qui sort en direction de la chaudière 1. Les condensats obtenus à la base du serpentin 7 remontent finalement par le tube vertical 15 pour être évacués vers la bâche 3. En cas de non-ionctionnement de la pompe alimentaire 4, par exemple en fin de journée de travail, i1ie produit à 1' in- térieur de l'enceinte formée par le condenseur 6 une vaporisation de l'eau. La vapeur formée s'élimine naturellement en direction de l'entrée d'eau de la chaudière 1, tandisqie la protection de l'entrée d'eau inférieure,par l'ouverture 23,est assurée par un clapet de non-retour 30 indiqué à la figure 1. Dans le cas d'une installation à fonctionnement permanent,il peut être avantageux de monter le condenseur-récupérateur de calories 6 avec un by-pass permettant d'éliminer momentanément ledit condenseur pour un nettoyage éventuel. Les figures 4 et 5 représentent une seconde forme de réalisa tion du condenseur-récupérateur selon l'invention,qui se dstin- gue essentiellement de celle des figures 2 et 3 par son double serpentin S 7b . En effet, entre les manches 14 et 16 Jouant le rôle de collecteurs,tous les conduits sont dédoublés, Un premier tube vertical 13a alimente les spires 12a du serpentin extérieur 7a,elles-mêmes raccordées au tube de sortie 15a;un second tube vertical 13b alimente les spires 12b du serpentin intérieur 7b ,elles-mêmes raccordées au tube de sortie 15b. Le dispositif de suspension de ce double serpentin 7a,7b est lui aussi quelque peu modifié par rapport à celui des figures 2 et 3,comme le montre notamment la figure 5: La pièce en bois 18 présente des alvéoles semi-circulaires 19a et 19b sur ses deux bords verticaux,de manière à recevoir les spires 12a et 12b des deux serpentins,qui sont maintenues par deux autres pièces verticales lisses 17a et 17b. Toutes ces pièces sont assemblées au moyen de vis 21 et 22 et suspendues au moyen de deux attaches métalliques 20a et 20b soudées au couvercle 10. Le fonctionnement n'est pas modifié,la seule particularité étant la répartition des vapeurs et condensats,arrivant au condenseur 6,entre les deux serpentins 7a et 7b ,ce qui peut avoir pour avantage une diminution des pertes de charge. L'invention s'applique à toutes sortes d'industries consommant de la vapeur:blanchisserie, teinturerie, pressing,apprêtage, fabrication du goudron, équarrissage, etc... Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce condenseur-récupérateur de calories pour installations productrices de vapeur qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif;elle en embrasse,au contraire, toutes les variantes de réalisation, et c'est ainsi que,par exempie, le nombre des serpentins n'est pas limité à deux mais peut être plus élevé,suivant l'importance de l'installation considérée. -REVENDICADIONS 1.- Condenseur-récupérateur de calories pour installations productrices de vapeur,dans lesquelles la vapeur produite par une chaudière alimente un appareil utilisateur,les condensats récupérés à la sortie de cet appareil étant dirigés vers une bâche ouverte et l'eau de condensation ainsi recueillie étant recyclée en direction de la chaudière par une pompe alimentaire, caractérisé en ce qu'il constitue un échangeur de chaleur à contre-courant parcouru en sens inverses,d'une part,par les vapeurs et condensats récupérés à la sortie de l'appareil utilisateur et dirigés vers la bâche,d'autre part,par l'eau provenant de la bâche que la pompe alimentaire envoie vers la chaudière. 2.- Condenseur-récupérateur de calories selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il est constitué par une enceinte formée d'une paroi latérale cylindrique fermée à sa base et å son sommet par un fond et un couvercle circulaires,remplie par l'eau se dirigeant vers la chaudière,et renfermant au moins un serpentin traversé par les vapeurs et condensats qui est enroulé suivant une hélice dont l'axe vertical se confond avec celui de la paroi cylindrique précitée. 3.- Condenseur-récupérateur de calories selon la revendication 2, caractérisé en ce que sa paroi latérale cylindrique pré senté,à sa partie inférieure,une ouverture pour le raccordement du conduit d'eau en provenance de la pompe alimentaire et,à sa partie supérieure,une ouverture pour le raccordement du conduit d'eau menant à la chaudière,les deux extrémités de chaque serpentin présentant des parties de tube verticales traversant le couvercle circulaire pour se raccorder l'une, à l'arrivée de vapeurs et de condensats en provenance de l'appareil d'utilisation, et l'autre, au conduit se dirigeant vers la bâché. 4.- Condenseur-récupérateur de calories selon la revendication 3,caractérisé en ce que les spires de chaque serpentin sont maintenues entre des pièces en bois verticales dont les extrémités supérieures sont fixées sous le couvercle circulaire et qui présentent des alvéoles de forme semi-circulaire dans lesquels sont engagées les spires. 5.- Condenseur-récupérateur de calories selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque serpentin stinter- rompt à une certaine hauteur au-dessus du fond inférieur et lapartie inférieure de la paroi latérale cylindrique présente un trouez poing permettant l'accès à l'intérieur de l'enceinte. 6.- Condenseur-récupérateur de calories selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un clapet de non-retour est monté sur le conduit d'eau en provenance de la pompe alimentaire, se raccordant à la partie inférieure de la paroi latérale cylindrique.