Brevet FR2463895A1 — publié le 19810227

Installation de chauffage. L'invention concerne une installation de chauffage à mazout, gaz combustible ou autres liquides combustibles ou matériaux gazeux, comportant un brûleur à flamme bleue, sans suie et possédant un bon rendement, et un dispositif de bar- botage se présentant sous la forme d'un dôme avec des côtés indentés, les parties les plus hautes des indentations se trouvant au-dessous du niveau du liquide dans le laveur de fumée. En raison de la crise mondiale de l'énergie, un grand effort a été fait durant les dernières années pour utiliser complètement la chaleur fournie par les combustibles dans le domaine des installations de chauffage, notamment des ins- tallations de chauffage à mazout. Ainsi, on a mis au point un brûleur possédant un bon rendement à flamme bleue, qui est un brûleur ne faisant en aucun cas de la suie (brochure "Verbrennung total" RE de M.A.N. Brennerbau, Rossweg 6, 2000 Hambourg). Même avec un tel brûleur, l'économie de chauffage n'est pas idéale, étant donné qu'une partie de la chaleur produite par la flamme bleue est perdue dans l'air de la cheminée. Dans un tel brûleur on a essayé de régénérer la chaleur perdue dans l'air de la cheminée, mais jusqu'ici sans grand succès. A ce sujet on se référera à un article de "Ingenioren" no 49, 8 décembre 1978 (Oliefyret minikedel uden forurening og med 100% nyttevirkning", ("Mini-brûleur traité au mazout, sans pollution et avec un rendement de %). L'invention se propose de fournir une installation de chauffage du type ci-dessus, qui assure une meilleure écono- mie de chauffage que les installations de chauffage anté- rieures de ce type. L'installation de chauffage suivant l'invention se ca- ractérise en ce que les parois latérales du dispositif de barbotage possèdent, en fonction de la pression et du débit volumétrique pendant le fonctionnement normal, une hauteur minimale comprise entre 20 et 500 mm, ce qui évite des pul- sations non souhaitées, que les indentations du dispositif de barbotage occupent une proportion telle de la surface des parois latérales que le courant de gaz de combustion, durant le fonctionnement normal, ne circule que dans les indenta- tions et ne barbote pas au-dessous de la partie inférieure des parois latérales du dispositif de barbotage, et que le dispositif de barbotage comporte également un échangeur de chaleur qui refroidit la partie sensiblement horizontale du dôme. De façon surprenante, il s'est avéré que l'installation de chauffage suivant l'invention assure une économie de chauffage nettement plus importante que les installations de chauffage existantes de ce type. Dans l'installation de chauffage suivant l'invention, la chaleur provenant de la flamme est tout d'abord utilisée de façon normale par un ou plusieurs échangeurs de chaleur qui sont placés en communication avec la chambre de combus- tion. Ensuite, on fait barboter les gaz de combustion dans le dispositif de barbotage dans lequel la zone o s'effectue le barbotage occupe d'autant plus de place que la pression de fumée est importante. Suivant l'invention, le dispositif de lavage est un dispositif de barbotage avec de l'eau. A ce sujet, il est crucial d'utiliser un brûleur possédant un bon rendement, sans aucune formation de suie, sinon le dis- positif de barbotage se bloquerait au bout de peu de temps. Il s'est avéré qu'un dispositif de barbotage présentantcette constitution peut absorber de façon particulièrement effica- ce la chaleur de condensation provenant de la vapeur d'eau disponible qui s'est formée lors de la combustion en même temps que la chaleur contenue dans les gaz de combustion. De plus, de façon surprenante, on a trouvé que l'échangeur de chaleur, qui refroidit la partie sensiblement horizontale du dôme, est nécessaire dans l'installation de chauffage suivant l'invention, du fait qu'autrement la partie sensi- blement horizontale du dispositif de barbotage deviendrait très chaude au cours du fonctionnement et par conséquent se déformerait, ce qui se traduirait par un risque que certai- nes des indentations soient situées au-dessus du niveau du liquide dansle dispositif de barbotage, réduisant de ce fait fortement le rendement de l'installation de chauffage. Ceci s'applique au cas o le dispositif de barbotage est constitué par un métal, de préférence de l'acier inoxydable, ce qui est le matériau normalement utilisé pour le disposi- tif de barbotage. Lorsque le dispositif de barbotage est en matériau céramique par exemple, l'échangeur de chaleur qui refroidit la partie sensiblement horizontale du dispositif de barbotage n'est pas obligatoire. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'installation de chauffage comporte également un échangeur de chaleur en aval du dispositif de barbotage. Ceci assure une économie de chauffage particulièrement importante. Suivant un autre mode de réalisation préféré de l'in- vention, les indentations du dispositif de barbotage occu- pent entre 1% et 50 % de la surface des parois latérales. Ce- ci assure une absorption extrêmement efficace de la chaleur contenue dans les gaz de combustion dans le laveur de fumée, étant donné que cela évite des pulsations non souhaitées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les indentations du dispositif de barbotage se présentent sous la forme de fentes. On obtient de ce fait une combustion plus fiable sans pulsations non souhaitées par rapport au cas o les indentations se présentent sous la forme de trous. Du point de vue technique, c'est un très bon mode de réalisa- tion pour la fabrication du dispositif de barbotage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les fentes sont formées en ménageant de minces indentations ver- ticales et en repliant alternativement les parties latérales de ces indentations vers l'extérieur et vers l'intérieur. Ceci assure une très bonne utilisation de la chaleur dans les gaz de combustion. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, un serpentin d'évaporation provenant d'une thermopompe est associé à la conduite de gaz de combustion en aval de l'é- changeur de chaleur, après le laveur de fumée, et la thermo- pompe est agencée de manière à ne fonctionner que pendant certains intervalles de temps qui sont liés aux intervalles de temps durant lesquels fonctionne l'installation de chauf- fage. Ceci assure une utilisation extrêmement efficace de la chaleur dans les gaz de combustion et par conséquent un ren- dement global extrêmement élevé de l'installation de chauf- fage. Cette utilisation extrêmement efficace de la chaleur dans les gaz de combustion peut être obtenue du fait que la température dans le serpentin de condensation de la thermo- pompe peut être amenée à une valeur très inférieure à la température de la partie froide dans les autres échangeurs de chaleur. Il est par conséquent de la plus haute importan- ce que la thermopompe soit le dernier dispositif d'absorp- tion de chaleur dans l'installation de chaufffage suivant l'invention. Lors d'un fonctionnement correct, il est pos- sible d'obtenir que la partie de la cheminée qui se trouve en aval du serpentin de refroidissement de la thermopompe n'ait plus le caractère d'une cheminée mais celui d'une con- duite d'air. L'intervalle de temps durant lequel la thermo- pompe doit fonctionner peut par exemple être l'intervalle de temps durant lequel l'installation de chauffage fonctionne, plus un certain intervalle, par exemple de deux minutes, a- près l'arrêt de l'installation de chauffage. Les différents échangeurs de chaleur dans l'installation de chauffage sui- vant l'invention peuvent fonctionner séparément ou en combi- naisons arbitraires. Cependant, la thermopompe, si elle fait partie de l'installation de chauffage, doit toujours fonc- tionner séparément. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un plateau antipulsations est disposé au-dessous du dispositif de barbotage, ce plateau anti-pulsations ayant la forme d'un réservoir dont le fond se trouve au niveau ou au-dessous du bord inférieur des parois latérales du dispositif de barbo- tage, et dont la partie supérieure des parois latérales se trouve au-dessus du niveau de liquide. Le plateau anti-pul- sations doit comporter des indentations profondes pour les tuyaux de fumée et les conduites de raccordement avec les échangeurs de chaleur, et il s'est avéré que les plateaux anti-pulsations suppriment les vibrations dans la masse d'eau du laveur de fumée, apparaissant notamment lors du dé- marrage du brûleur, ce qui améliore encore l'économie de chauffage. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, une soupape de sûreté commandée par un bilame est montée dans les parois latérales du dispositif de barbotage au-des- sus du niveau du liquide, cette soupape de sûreté étant ou- verte à une température basse et fermée à une température importante. Ainsi, le processus de combustion démarre sans pulsations. La soupape de dérivation commandée par un bilame est avantageusement conçue de manière à se fermer lorsque le brûleur a fonctionné pendant environ une minute, après quoi on obtient un rendement maximal du dispositif de barbotage. Ceci permet d'augmenter encore l'économie de chauffage. Il s'avère que l'installation de chauffage suivant l'invention permet d'atteindre une utilisation de la cha- leur du combustible de 107 % du pouvoir calorifique in- férieur dans le cas du mazout, et de 110% dans le cas de certains gaz combustibles, c'est-à-dire du gaz naturel, dans les deux cas même sans thermopompe. La présente invention sera mieux comprise à 1 'aide de la descrip- tion suivante de plusieurs modes de réalisation préférés mais non li- mitatifs représentés aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réali- sation préféré de l'invention; - la figure 2 est un schéma d'un second mode de réali- sation préféré de l'invention; - les figures 2a, 2b, 2c représentent des détails de l'installa- tion de la figure 2; et - la figure 3 est un schéma d'un troisième mode de réa- lisation préféré de l'invention. Les éléments constitutifs du mode de réalisation repré- senté sur la figure 1 sont résumés ci-après 1. chambre de combustion 2. brûleur 3. conduite de fumée 4. plateau pour les gaz de combustion 5. refroidissement à l'eau 6. fentes dans les plateaux pour la fumée (dispositif de barbotage) 7. échangeur de chaleur - eau du robinet 8. échangeur de chaleur - chauffage 9. conduite d'évacuation - air de combustion 10. agents de refroidissement provenant de la thernoponmpe 11. thermopompe 12. neutraliseur, commandé électroniquement 13. commande électronique du brûleur à mazout en fonc- tion de la thermopompe 14. câble électrique 15. eau chaude provenant de la thermopompe 16. évacuation - eau chaude du robinet 17. évacuation - eau chaude de chauffage. 18. eau de retour - chauffage (en provenance des radia-. teurs) 19. entrée d'eau froide du robinet 20. trop plein 21. eau 22. chaudière. De façon plus détaillée, la référence 22 désigne une chaudière dans laquelle la référence 1 désigne la chambre de combustion et la référence 2 désigne un brûleur à mazout à flamme bleue, la-référence 3 désigne la soupape de gaz de combustion, et la référence 4 désigne le dôme (dispositif de barbotage) avec des côtés indentés 6, et un échangeur de chaleur en 5. La référence 7 désigne un échangeur de chaleur (eau sanitaire) pour l'eau du robinet chaude/ La référence 8 désigne un é- changeur de chaleur de condensation des gaz de combustion, et la référence 9 désigne la conduite d'évacuation des gaz de combustion. La référence 10 désigne une conduite o cir- culent des agents de refroidissement refroidis, la référence 11 désigne une thermopompe. La référence 12 désigne une uni- té de neutralisation, la référence 13 désigne une unité de commande électronique dans laquelle la référence 14 désigne des câbles qui relient la chaudière et la thermopompe, en ce qui concerne la commande. La référence 15 désigne une con- duite o circule de l'eau chaude provenant de la thermopompe. La référence 16 désigne l'évacuation de l'eau du robinet, la référence 17 désigne l'évacuation de l'eau de chauffage. La référence 18 désigne l'eau de retour du chauffage. La réfé- rence 19 désigne l'entrée de l'eau du robinet froide. La ré- férence 20 désigne une conduite servant de trop plein et la référence 21 désigne de l'eau. Le fonctionnement de ce mode de réalisation de l'ins- tallation de chauffage suivant l'invention est le suivant La référence 22 désigne la chaudière. Le brûleur à ma- zout 2 débouche dans la chambre de combustion 1 d'o le gaz de combustion est envoyé dans la conduite de fumée 3. Lorsque le gaz de combustion frappe le dispositif de barbotage 4, la pression développée fait barboter le gaz de combustion à travers les indentations 6 prévues tout autour du dispositif de barbotage, transférant de ce fait de la chaleur et des produits chimiques résiduels à l'eau 21. Le gaz de combus- tion transfère également de la chaleur à l'échangeur 5. Une fois que le gaz de combustion est sorti de l'eau et est en- trainé, il est refroidi par l'échangeur de chaleur 8, le lo gaz de combustion étant condensé et transférant de la cha- leur à 8, après quoi ce gaz de combustion quitte la chaudiè- re par la conduite d'évacuation 9, à une faible température. La référence 7 désigne un échangeur de chaleur qui absorbe la chaleur pour la transférer à l'eau du robinet. Les échan- geurs de chaleur- 5 et 8 sont utilisés pour absorber de la chaleur pour le chauffage. La référence 12 désigne une unité de neutralisation qui neutralise l'eau 21 la thermopompe est utilisée pour pré-chauffer l'eau du robi- net froide 19 arrivant à l'entrée 15-de l'échangeur de cha- leur 7. L'unité de commande électronique 13 a pour but de commander le démarrage et l'arrêt de la thermopompe 11 en fonction du brûleur à mazout 2 afin que leurs effets ne s'opposent pas. Un autre mode de réalisation préféré de l'installation de chauffage est représenté sur la figure 2 sur laquelle les références inférieures ou égales à 22 désignent les mêmes éléments que sur la figure 1. Ce mode de réalisation ne comporte pas les éléments de la figure 1 suivants: 7. échangeur de chaleur - eau du robinet 10. agents de refroidissement provenant de la thermo- pompe 11. thermopompe 12. neutraliseur 13. commande électronique 14. câble électrique 15. eau chaude provenant de la thermopompe 16. eau du robinet chaude évacuée 19. entrée de l'eau du robinet froide. Par contre, ce mode de réalisation comporte 23. plateau anti-pulsations 24. soupape de dérivation 24a. soupape de dérivation - dessin de détail 24b. soupape de dérivation - position ouverte (froid) 24c. soupape de dérivation - position fermée (chaud) 25. chambre pour l'eau échangeant de la chaleur 26. plaque de séparation entre l'eau du laveur de fumée et l'eau du chauffage central. Les différents éléments seront décrits plus en détail dans ce qui suit, dans la mesure o les références 1 à 22 correspondent aux mêmes éléments que sur la figure 1 et o les éléments 7, 10,- 11, 12, 13, 14, 15, 16 et 19 ne sont pas re- présentés pour plus de clarté. La référence 23 désigne un plateau anti-pulsations qui supprime les vibrations dans la masse d'eau. La référence 24 désigne une soupape de dérivation qui est représentée en 24a, 24b (froid) et 24c (chaud). La référence 25 désigne une chambre pour de l'eau échangeant de la chaleur qui remplace l'échangeur de chaleur 7 de la figure 1. La référence 26 dé- signe une plaque qui sépare l'eau du chauffage central de l'eau de lavage de la fumée. Le fonctionnement de ce mode de réalisation de l'ins- tallation de chauffage est le même que celui de l'installa- tion de la figure 1, avec addition des éléments suivants: La référence 23 désigne un plateau anti-pulsations qui supprime les vibrations dans la masse d'eau 21, notamment en cas de démarrage à froid. La soupape 24 sert à dériver la pression à l'intérieur du dispositif de barbotage 4 au dé- marrage tant que le dispositif de barbotage 4 et la soupape 24 sont froids. La référence 24a désigneunevuededétail (fig. 2a) de la soupape de dérivation 24 dans laquelle la ligne en pointillés représente la pé ftraton dans le dispositif de barbotage 4. La référence 24b/désigne la soupape de dériva- tion dans l'état froid. Lors du démarrage du brûleur 2, la soupape de dérivation est ouverte; après environ 1 minute de fonctionnement, la soupape de dérivation 24 se ferme comme représenté en 24W eM en association avec le pla- teau anti-pulsations 23,assure un démarrage doux et un fonctionnement silencieux continu de l'installation. Un troisième mode de réalisation préféré de l'instal- lation de chauffage suivant l'invention est représenté sur la figure 3, sur laquelle les références 1 à 26 désignent les mêmes éléments que sur les figures 1 et 2. Ce mode de réalisation ne comporte pas les éléments de la figure 1 suivants: 10. agents de refroidissement provenant de la thermo- pompe 11. thermopompe 12. neutraliseur 13. commande électronique 14. câble électrique 15. eau chaude provenant de la thermopompe. Dans ce mode de réalisation, 8 est remplacé par 8a, qui est un échangeur de chaleur à circulation croisée air/air, 17 est remplacé par 17a, qui est de la chaleur évacuée, air de chauffage, 18 est remplacé par 18a, qui est de l'air de retour, chauffage, 25 est remplacé par 25a, qui est une chambre pour de l'air échangeant de la chaleur. Ce mode de réalisation comporte également 27. pompe de circulation 28. ventilateur 29. conduites de raccordement. Les éléments constitutifs sont décrits plus en détail dans ce qui suit, les références 1 à 26 désignant les mêmes éléments qu'en se référant aux figures 1 et 2. On remarquera cependant que la référence 8a désigne un échangeur de cha- leur air-air, que la référence 17a désigne une évacuation d'air chaud pour le chauffage et que la référence 18a dési- gne l'air de retour refroidi, éventuellement mélangé avec de l'air frais, que la référence 25a désigne une chambre pour de l'air échangeant de la chaleur, que la référence 27 désigne une pompe de circulation qui fait circuler l'eau de lavage de la fumée, que la référence 28 désigne un ventila- teur à moteur qui brasse l'air du chauffage central, et que la référence 29 désigne une conduite de raccordement entre les parties supérieure et inférieure échangeant de la cha- leur. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est simi- laire à celui des installations des figures 1 et 2, avec les différences suivantes: Au lieu de l'échangeur de chaleur supérieur 8 dans le- quel l'échange se fait entre de l'air et de l'eau, l'échan- geur 8a est un échangeur de chaleur à circulation croisée d'air, étant donné que le gaz de combustion chaud, une fois qu'il a traversé le dispositif de barbotage 4, traverse l'échangeur de chaleur 8a à circulation croisée et transfère de la chaleur à l'air de retour provenant du chauffage l8a. Cet air de retour 18a est envoyé dans la conduite de raccor- dement 29 et traverse la chambre 2-5a d'échange de chaleur et est évacué par 17a sous la forme d'air de chauffage chaud, étant donné que le ventilateur 28 fait circuler l'air. La référence 27 désigne une pompe de circulation qui fait cir- culer l'eau de lavage 21 de la fumée entre le laveur de fu- mée 4,21 et l'échangeur de chaleur 7 pour l'eau du robinet; en même temps la partie sensiblement horizontale du dôme est refroidie, en 5. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. il REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage à mazout, gaz combustible ou autres liquides combustibles ou matériaux gazeux, compor- tant un brûleur à flamme bleue, sans suie et possédant un bon rendement, et un dispositif de barbotage se présentant sous la forme d'un dôme avec des côtés indentés, les parties les plus hautes des indentations se trouvant au-dessous du niveau du liquide dans le laveur de fumée, caractérisé en ce que les parois latérales du dispositif de barbotage possè- dent, en fonction de la pression et du débit volumétrique pendant le fonctionnement normal, une hauteur minimale com- prise entre 20 et 500 mm, ce qui évite des pulsations non souhaitées, que les indentations du dispositif de barbotage occupent une proportion telle de la surface des parois laté- rales que le courant de gaz de combustion, durant le fonc- tionnement normal, ne circule que dans les indentations et ne barbote pas au-dessous de la partie inférieure des parois latérales du dispositif de barbotage, et que le dispositif de barbotage comporte également un échangeur de chaleur qui refroidit la partie sensiblement horizontale du dôme. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte également un échangeur de chaleur en aval du dispositif de barbotage. 3. Installation suivant la revendication 1 ou 2, ca- ractérisée en ce que les indentations du dispositif de bar- botage occupent entre lJet 50 % de la surface des parois la- térales. 4. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à3, ca- ractérisée en ce que les indentations du dispositif de bar- botage se présentent sous la forme de fentes. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications là 4, ca- ractérisée en ce que les fentes sont formées en ménageant de minces indentations verticales et en repliant alternative- ment les parties latérales de ces indentations vers l'exté- rieur et vers l'intérieur. 6. Installation suivant l'une quelconque des revendications là 5,ca- ractérisée en ce qu'un serpentin d'évaporation provenant d'une thermopompe est associé à la conduite de gaz de com- bustion en aval de l'échangeur de chaleur, après le laveur de fumée, et la thermopompe est agencée de manière à ne fonc- tionner que pendant certains intervalles de temps qui sont liés aux intervalles de temps durant lesquels fonctionne l'installation de chauffage. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications - à 6, ca- ractérisée en ce qu'un plateau anti-pulsations est disposé au-dessous du dispositif de barbotage, ce plateau anti-pul- sations ayant la forme d'un réservoir dont le fond se trouve au niveau ou au-dessous du bord inférieur des parois latéra- les du dispositif de barbotage, et dont la partie supérieure des parois latérales se trouve au-dessus du niveau de liquide. 8. Installation suivant l'une quelconque des revendications là 7, ca- ractérisée en ce qu'une soupape de sûreté commandée par un bilame est montée dans les parois latérales du dispositif de barbotage au-dessus du niveau du liquide, cette soupape de sûreté étant ouverte à une température basse et fermée à une température importante.