Brevet FR2524969A1 — publié le 19831014

La présente invention concerne un procédé et une instal- lation permettant d'améliorer les caractéristiques de fonction- nement d'une installation de chauffage du type à combustion sub- mergée. Pour diverses applications, notamment de chauffage industriel, de chauffage de piscines et autres, on utilise par- fois dee installations utilisant des brûleurs à combustion sub- mergée. 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 Ceci permet d'obtenir des rendements calculés sur le pouvoir calorifique inférieur (PCI) supérieur à 100 % et fréquem- ment de l'ordre de 105 %. Cette technique séduisante présente cependant un certain nombre de difficultés inhérentes au principe même de la combus- tion qui s'effectue en milieu submergé L'installation doit utiliser une arrivée de combustible (gaz ou fuel par exemple), une arrivée d'air comburantpressurisé par un ventilateur ou ana- logue, un dispositif d'allumage automatique à bougie ou analogue et un programmateur qui commandera successivement et automatique- ment aux moments opportuns l'arrivée de combustible, l'allumage des brûleurs et l'arrêt d'alimentation de combustible lorsque la température de fonctionnement désirée aura été atteinte Les brû- leurs fonctionnant dans une chambre de combustion close, submer- gée, il est nécessaire pour des questions de sécurité et afin d'éviter tout risque d'explosion de réaliser avant allumage et après extinction des brûleurs respectivement un pré-balayage et un post-balayage à l'air de la chambre Ces cycles sont pris en charge par le programmateur. Cependant, la chambre de combustion ayant une inertie thermique relativement importante, et pouvant être portée lors de la combustion à des températures voisines de 10000 C, il appa- raît des difficultés entre chaque cycle de fonctionnement par suite de remontées de l'eau dans la chambre de combustion encore chaude après post-balayage, conduisant à des contraintes thermi- ques importantes de la chambre pouvant engendrer des fissures et des rementées de vapeur et d'air humide dans toute l'installa- tion pouvant perturber le bon fonctionnement des organes élec- triques notamment d'allumage. L'invention a pour objet d'éviter les inconvénients sus- mentionnés. A cet effet, le procédé conforme à l'invention se carac- térise en ce qu'on maintient, après arrêt commandé des brûleurs, la ventilation à l'air de l'installation au moins pendant un temps suffisamment long, par exemple de l'ordre de plusieurs mi- nutes, pour assurer le refroidissement jusqu'à une température voisine ou inférieure à 1000 C des parois de la chambre de com- bustion Ainsi, on évite radicalement le problème des contrain- tes dues à un refroidissement brutal par remontée d'eau dans la chambre de combustion et la production simultanée de vapeur d'eau néfaste au bon fonctionnement. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé est simplement mis en oeuvre en commandant l'arrivée d'air comburant pressurisé indépendamment du programmateur, dès que l'installa- tion est mise sous tension, par l'intermédiaire d'un relais à ouverture temporisée alimenté par le circuit de mise sous tension de l'installation et qui se ferme dès la mise en route de l'ins- tallation Ainsi, la circulation d'air comburant sera maintenu en permanence dans l'installation, et lorsqu'on arrêtera l'ins- tallation, par exemple en fin de journée si le cycle d'utilisa- tion est diurne, le relais à ouverture temporisé maintiendra dans l'installation la circulation d'air comburant suffisamment longtemps pour assurer le bon refroidissement de la chambre. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven- tion, l'installation comprend en outre sur le circuit de souf- flage d'air comburant un circuit de dérivation qui souffle de l'air sur les bougies d'allumage ou analogues et qui est comman- dé par une électrovanne à partir d'un relais à fermeture tempo- risée mis sous tension par le programmateur à chaque début d'un cycle d'allumage De cette façon, à la mise en route de chaque cycle d'allumage, et avant que l'allumage soit commandé par mise sous tension des bougies, de l'air sec comburant est soufflé sur les électrodes de la bougie, éliminant de ces électrodes toute trace d'humidité, assurant ainsi un démarrage sans problème du cycle. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un schéma d'une installation clas- sique à combustion submergée; la figure 2 montre un schéma de la même installation mais comportant les modifications objets de perfectionnements de l'invention. On décrira tout d'abord une installation classique telle qu'elle se présente comme illustrée à la figure 1. L'installation comprend un brûleur 1, du type jet ou autre qui développe une flamme 2 verticale dirigée vers le bas dans un foyer 3 constituant la chambre de combustion dont la paroi est habituellement métallique constituée d'une ou plusieurs couches Les produits ou gaz de la combustion s'échappent sous forme de bulles 4 par des trous 5 formés en bas de la chambre 3 directement dans le bain à chauffer 30, habituellement constitué par de l'eau contenue dans un récipient ou une enceinte convena- ble 31 et en dessous du niveau 15 du bain. Le cycle de fonctionnement (allumage et extinction) du brûleur est commandé par un programmateur 6 agréé devant répondre à des spécifications précises définies par les Pouvoirs Publics. Ce programmateur 6 donne des ordres au moteur 7 d'un ventilateur d'air comburant, vérifie la présence de la pression d'air conve- nable mesurée en 8 et de la pression de gaz convenable mesurée en 9 et envoie un ordre d'allumage par l'intermédiaire d'un transformateur haute tension 10 à une bougie d'allumage 11; le programmateur donne également des ordres aux électrovannes d'air 12 et de gaz 13 et vérifie la présence de la flamme par un organe de détection 14. Au début du cycle, le programmateur procède à un pré-ba- layage de l'installation, c'est-à-dire au balayage par l'air uniquement de l'ensemble de la chambre de combustion 3, la pres- sion de l'air devant être supérieure à la pression hydrostatique du liquide contenu dans le bain 30 Ce temps de pré-balayage est de l'ordre de la minute Ensuite, si les pressions d'air et de gaz sont convenables, le programmateur 6 commande l'alimentation du transformateur d'allumage 10 et le brûleur s'allume. En fin de cycle, c'est-à-dire lorsque le bain 30 a atteint la température désirée, le programmateur 6 ferme l'élec- trovanne 13 du combustible et procède à un post-balayage, c'est- à-dire à une post-ventilation de l'équipement en continuant à envoyer de l'air par le ventilateur 7 dans l'ensemble de l'ins- tallation pendant un temps de l'ordre de 30 secondes. Cette façon de faire, si elle est conforme aux spécifica- tions en vigueur dans la plupart des pays et valable pour des chaudières, présente pour l'utilisation spécifique du chauffage en direct par des produits de combustion les inconvénients sui- vants: lors de l'arrêt de l'installation, le liquide du bain remonte trop rapidement à l'intérieur de la chambre 3 Le métal porté sur sa face interne à une température de l'ordre de 10000 C est brutalement refroidi, ce qui crée des contraintes thermiques importantes et détériore ses qualités pouvant entraî- ner des fissures De plus, cela provoque une vaporisation du liquide créant une tension de vapeur qui chemine jusqu'aux électrovannes d'air 12 et de gaz 13 et aux membranes de prise de pression 8 et 9 Cette pression de vapeur risque également d'atteindre le ventilateur 7 La vapeur qui est à une températu- re supérieure à 1000 C détériore ainsi les organes précédemment cités qui sont la plupart du temps conçus pour des températures de fonctionnement ne dépassant pas 500 C et qui s'accommodent mal d'une humidité importante. lors de la régulation de l'installation, c'est-à-dire lors de l'arrêt momentané entre deux cycles de fonctionnement de l'installation lorsque le bain n'a pas besoin de chaleur (l'ins- tallation fonctionnant par tout ou rien) les problèmes sont identiques, puisque le programmateur procède au post-balayage comme indiqué ci-dessus et attend un ordre de la sonde de tempé- rature pour commander un autre démarrage Autrement dit, entre deux cycles de fonctionnement successifs, on retrouve les incon- vénients susmentionnés existant à la suite de la mise à l'arrêt de l'installation. l'allumage est incertain, car l'installation étant à l'arrêt définitif en fin de travail, une atmosphère humide règne dans l'enceinte 16 de la partie supérieure de la chambre 3, et les électrodes 17 de la bougie 11 sont humides L'installation risque de ne pas s'allumer, créant ainsi une gêne auprès de l'utilisateur Cet inconvénient existe également lors du fonc- tionnement normal entre deux cycles. On se reportera maintenant à la figure 2 montrant l'ins- tallation modifiée conforme à l'invention et dans laquelle les mêmes repères ont été utilisés pour repérer les pièces identiques. Conformément à l'invention, la mise en route du moteur 7 du ventilateur n'est plus commandée par la jonction 27 provenant du programmateur 6, mais directement par une jonction 21 reliée à la ligne d'alimentation en courant de l'installation, elle- même commandée par un relais 19 dont le contact 18 est temporisé à l'ouverture, le relais 19 étant lui-même alimenté à travers le bouton marche/arrêt 20 de l'installation. Il apparatt ainsi que tant que le bouton marche/arrêt 20 sera fermé, le moteur 7 du ventilateur sera alimenté assurant la mise sous pression d'air de l'installation, et évitant par consé- quent radicalement toute remontée de liquide du bain 30 dans la chambre de combustion 3. En outre, lors de l'arrêt de l'installation, par exemple en fin de journée, c'est-à-dire à l'ouverture du bouton marche/ arrêt 20, le moteur 7 restera alimenté par la ligne 21 le temps de la temporisation du contact 18 et assurera le refroidissement nécessaire de la paroi de la chambre de combustion 3 La durée de temporisation sera suffisante pour assurer que la température de la paroi interne de la chambre 3 ne sera pas sensiblement su- périeure à 1000 C; avec des installations de puissance classique, cette durée de temporisation pourra être de l'ordre de 8 à 10 mn environ Ainsi, on assure la marche permanente du ventilateur 7 lorsque l'installation est sous tension, et le post-balayage en fin de travail pendant un temps suffisant, tout en utilisant un programmateur agréé assurant des temps de sécurité imposés par les spécifications et ne nécessitant aucune modification impor- tante de l'installation. En ce qui concerne la sûreté de l'allumage, et selon une autre caractéristique de l'invention, on soufflera les électrodes 17 de la bougie 11 à l'air à travers un tube 22 alimenté par l'intermédiaire d'une électrovanne 23 en dérivation sur le cir- cuit de soufflage d'air principal 29 du ventilateur. Dans l'exemple illustré de commande, l'électrovanne 23 est alimentée à partir de la jonction 27 du programmateur qui servait initialement à commander la mise en route du ventilateur en pré et post-balayages L'alimentation de l'électrovanne 23 se fait en outre à travers le contact 24 d'un relais 25 alimenté par la jonction 27 et temporisé à la fermeture La temporisation pourra être de 30 secondes environ, correspondant au temps de pré-balayage Par cette disposition, les électrodes 17 de la bougie 11 sont soufflées et débarrassées de leur humidité avant l'alimentation du transformateur 10, et ce à chaque cycle d'allu- mage De cette manière, on évite non seulement à l'origine la production de vapeur d'eau dans la partie supérieure 16 de la chambre de combustion, mais on débarrasse également efficacement les électrodes 17 de toute trace d'humidité au début de chaque cycle d'allumage. REVENDICATIONS 1 Procédé améliorant les caractéristiques de fonction- nement d'une installation de chauffage du type utilisant des brûleurs ( 1) à combustion submergée, caractérisé en ce qu'en vue d'éviter des contraintes thermiques néfastes de la chambre de combustion ( 3) et des retours de vapeur vers différents organes de l'installation, on maintient, après arrêt commandé des brû- leurs ( 1), la ventilation ( 7) à l'air de l'installation, au moins pendant un temps suffisamment long, par exemple de l'ordre de plusieurs minutes, pour assurer le refroidissement jusqu'à une température voisine ou inférieure à 1000 C des parois de la chambre de combustion ( 3). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient en permanence l'installation sous ventilation ( 7) d'air tant que l'arrêt général de l'installation, par exem- ple en fin de journée, n'est pas commandé. 3 Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, du type comportant au moins un brûleur ( 1) à chambre de combustion ( 3) submergée, une arrivée de combustible, une arrivée d'air comburant pressurisé par un ventilateur ( 7) ou analogue, un dispositif d'allumage automatique à bougies ( 11) ou analogue, un programmateur -( 6) commandant successivement aux moments opportuns l'arrivée de combustible, l'allumage et l'arrêt d'alimentation de combustible, ladite installation étant caractérisée en ce que l'arrivée d'air comburant pressurisé par le ventilateur ( 7) est commandée indé- pendamment du programmateur ( 6) dès que l'installation est mise sous tension par l'intermédiaire d'un relais ( 19) à ouverture temporisée alimenté par le circuit de mise sous tension ( 21) de l'installation et qui se ferme dès la mise en route de l'instal- lation. 4 Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la temporisation dudit relais ( 19) à l'ouverture est de plusieurs minutes, par exemple une dizaine de minutes. Installation selon la revendication 3 ou la revendi- cation 4, caractérisée en ce qu'elle comprend sur le soufflage d'air comburant ( 29) un circuit de dérivation ( 22) qui souffle de l'air sur les bougies ( 11) d'allumage ou analogue et qui est commandé par une électrovanne ( 23) à partir d'un relais ( 25) à fermeture temporisée mis sous tension par le programma- teur ( 6) à chaque début d'un cycle d'allumage.