Brevet FR2528154A1 — publié le 19831209

DISPOSITIF POUR UTILISER UNE PARTIE DE LA CHALEUR QUE CONTIENNENT LES GAZ D'EVACUATIdN SORTANT D'UNE CHAUDIERE PAR LA CHEMINEE La présente invention concerne un dispositif pour utiliser une partie de la chaleur que contiennent les gaz d'évacuation sortant d'unechaudièrepar la cheminée, ce dispositif comprenant au moins une chaudière et au moins un échangeur thermique à convection disposé après la surface de chauffe permanente de la chaudière dans la direction de circulation des gaz d'évacuation. Le rendement des dispositifs de chauffage fonctionnant au charbon, au gaz ou au pétrole peut être amé- lioré, non seulement en assurant une combustioi complète mais aussi en réduisant la chaleur que contiennent les gaz d'évacuation sortant dans l'atmosphère. Les prescriptions techniques de sécurité pour les industries du gaz et du pétrole déterminent la température minimale au point de branchement des gaz d'évacuation, avant leur sortie, pour des dispositifs ménagers ou comunaux de production de chaleur. Dans le cas des dispositifs de production de chaleur utilisables dans l'industrie et dans les centrales électriques, par exemple avec des chaudières, il n'existe aucune valeur déterminée officiellement de la température minimale des gaz d'évacuation émis par le dispositif.Pour cette raison, pour le dimensionnement thermique d'une chaudière par le calcul de température des gaz sortants de la chaudière, des conditions moyennes sont prises en considération pour lesquelles les gaz d'évacuation au point de sortie de la cheminée ne sont pas refroidis en hiver au-dessous du point de rosée, meme dans des conditions défavorables de localisation et dans des conditions atmosphériques défavorables. Mais de cette manière, dans la plus grande partie de l'année, les gaz d'évacuation sortent de la cheminée avec une température qui, de façon injustifiée, est très supérieure au point de rosée, en entraînant avec eux une grande quantité de chaleur inutilisée, c 'est-à- dire que le rendement de la chaudière est réduit. La situation est semblable avec les projets de chaudière individuelle car dans ce cas, la température des gaz d'évacuation quittant la surface de chauffe de la chaudière est déterminée de manière que la température de ces gaz d'évacuation à la sortie de la cheminée se situe au-dessus du point de rosée même dans des conditions hibernales défavorables. Si les gaz d'évacuation sont refroidis au-dessous du point de rosée, il faut egalement prendre des dispositions pour la protection contre la corrosion. En pratique, il faut calculer avec le point de rosée de l'eau et le point de rosée de l'acide. Les deux valeurs ne sont pas constantes même avec une même chaudière, car elles dépendent du combustible, de la pression, de la teneur en humidité et de la quantité d'air en excès. Il résulte de tout cela que pour le dimensionnement d'une chaudière, il faut tenir compte de ces effets ainsi que des conditions de localisation et de la température extérieure, superposées dans le plus mauvais cas et il en résulte que la température des gaz d'évacuation sortant de la chéminee est toujours nettement supérieure à la température qui devrait correspondre à la plus grande partie de l'utilisation paur que la température du point qe rosée soit évitée. Cela veut dire que pour le dimensionnement, sont prises en considération des conditions qui ntexis- tent pas simultanément - ce qui est le cas dans la plus grande partie de l'utilisation - et par consequent, les gaz d'évacuation sont conduits dans la cheminée à une haute température injustifiée. Par conséquent, les gaz d'évacuation s'échappent dans l'atmosphère par la section de sortie de la cheminée avec une température qui est supérieure à la température du point de rosée. Il est fréquent que des chaudières d'un meme type et avec un meme échangeur thermique soient utilisées pour brûler du gaz naturel exempt de soufre et du mazout à forte teneur en soufre. Dans le cas d'un chauffage avec du gaz naturel exempt de soufre, il faut éviter le point de rosée de l'eau qui, à la pression atmosphérique, se situe entre 50 et 700C. Dans le cas de chauffage au mazout avec une teneur en soufre, il faut éviter le point de rosée de l'acide qui, avec une teneur en soufre de 0 > 5, est de l'ordre de 1100C. I1 faut remarquer qu'il y a une différence notable entre les deux points de rosée et que dans le cas d'un chauffage alterné , le point de rosée plus élevé de l'acide sulfurique détermine la température des gaz d'évacuation sortant de la chaudière, meme pendant le chauffage au gaz naturel. L'invention a donc pour objet de proposer un dispositif destiné à utiliser une partie de la chaleur résiduelle que contiennent les gaz d'évacuation sortant de la chaudière, grâce auquel les gaz d'évacuation conduits à la cheminée, en toute periode d'exploitation et en brûlant un combustible quelconque, sortent de la cheminée à une température qui convient. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que, dans la conduite de l'agent de refroidissement aboutissant à l'échangeur thermique est placé un dispositif à deux voies pouvant être actionné par un ré- gulateur et qu'à l'entrée de ce régulateur sont connectées la sortie d'un capteur de température placé dans la section de sortie de la cheminée et la sortie d'un appareil de mesure de point de rosée disposé dans la conduite des gaz d'évacuation sortant de la chaudière, et que la sortie du régulateur produisant un signal de commande orienté est connecté à ltorgane d'actionnement du dispositif à deux voies, ce signal de commande étant proportion nel à la différence entre les signaux d'entrée. Cette solution permet d'obtenir que les gaz d'évacuation sortant de la chaudière sont seulement re froidis jusqu'à une température pour laquelle la température des gaz d'évacuation sortant de la cheminée est encore supérieure au point de rosée momentané, ce qui veut dire qu'il ne se produit jamais de condensation ou de corrosion nuisible dans la cheminée. Par ailleurs, le dispositif selon l'invention permet d'utiliser la chaleur que contiennent les gaz d'évacuation jusqu'à une température prmise de construction, et qu'il permet d'éviter, pendant l'utilisation du combustible, de prendre pour base des conditions défavorables quand ces dernières ne sont pas présentes. De cette manière, il est possible d'obtenir une économie notable du combustible et également d'améliorer le rendement de la chaudière. Il peut être avantageux que l'appareil de mesure de point de rosée soit mis en marche périodiquement. Cette solution est avantageuse car le point de rosée des gaz d'évacuation sortant de la chaudière, pour une chaudière donnée, ne varie pas fréquemment et ainsi, avec un réglage périodique, éventuellement fait à la main, le dispositif est plus simple et moins coûteux. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, dans le cas drutilisation de plusieurs chaudières, ces dernières sont branchées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation et dans le cas d'utilisation de plusieurs échangeurs thermiques à convection, ces derniers sont branchés en parallèle aussi bien sur le côté des gaz d'évacuation que sur le côté de l'agent de refroidissement. Le dispositif selon l'invention offre la possi bilité également d'utiliser plusieurs chaudières ou plusieurs échangeurs thermiques. Selon un autre mode encore de réalisation, le dispositif comporte plusieurs chaudières qui sont branchées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation et chaque chaudière est associée avec un échangeur thermique à convection qui comporte un circuit de refroidissement autonome, séparé, dans lequel est disposé un dispositif à deux voies. De cette manière, le dispositif offre la possibilité d'utiliser des agents de refroidissement de différents types. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels La Figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation dans lequel un dispositif- à deux voies est agencé en collecteur, la Figure 2 est un mode de réalisation dans lequel le dispositif à deux voies est agencé en distributeur, la Figure 3 est le schéma de principe d'un autre mode de réalisation dans lequel l'agent de refroidissement provenant du dispositif à deux voies n'aboutit pas à la chaudière mais à un utilisateur extérieur, la Figure 4 représente le mode de réalisation de la Figure 3 dans le cas où le dispositif à deux voies est agencé en distributeur, la Figure 5 représente un autre mode de réalisation dans lequel plusieurs chaudières sont utilisées et sont branchées en parallèle sur le coté des gaz d'éva cation, la Figure 6 représente un mode de réalisation similaire à celui de la Fig. 2 avec plusieurs chaudières, la Figure 7 représente un mode de réalisation similaire à celui de la Fig. 3, avec plusieurs chaudières, la Figure 8 représente un mode de réalisation similaire à celui de la Fig. 4 avec plusieurs chaudières, la Figure 9 représente un mode de réalisation avec une chaudière et plusieurs échangeurs thermiques branchés en parallèle, la Figure 10 représente un mode de réalisation avec plusieurs chaudières et plusieurs échangeurs thermiques, les chaudières étant reliées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation et les échangeurs thermiques étant branchés en parallèle aussi bien sur le coté des gaz d'évacuation que sur le coté de l'agent de refroidissement, et la Figure 11 représente un dispositif avec plusieurs chaudières et plusieurs échangeurs thermiques, les chaudières étant reliées en parallèle et les échangeurs thermiques comportant chacun un circuit de refroidissement propre. Dais le dispositif représenté sur la Figure i, un échangeur thermique 5 à convection est intercalé derrière la surface de chauffe permanente de la chaudière 4, vue dans la direction des gaz d'évacuation. Les gaz d'évacuation sortant de la chaudière 4 passent par la conduite 11 dans la cheminée 6. Dans la conduite 11 est placé un dispositif d'arrêt 7 et suivant la position ouverte ou fermée de ce dispositif, les gaz d'évacuation passent directement dans la cheminée 6 ou par ltéchangeur thermique 5 à convection. Par cet échangeur thermique 5 passe également un agent de refroidissenent dans la conduite 1 dans laquelle se trouve un dispositif à deux voies 2. L'agent de refroidissement circule vers la chaudière 4, en partie directement et en partie en passant par ltéchangeur thermique 5 à convection. Un capteur de température 9 est disposé dans la section de sortie de la cheminée 6. Un appareil 8 de mesure de point de rosée est disposé dans la conduite 11 des gaz d'évacuation. Les sorties du capteur de température et de cet appareil sont connectées à l'entrée d'un régulateur 3 dont la sortie est reliée à l'organe d'actionnement 12 du dispositif à deux voies 2. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante. La chaudière 4 est mise en fonctionnement avec le dispositif d'arrêt 7 complètement ouvert, ctest-à-dire que la totalité des gaz d'évacuation sont conduits par la conduite i1 directement danslacheminée 6 Quand la chaudière 4 et la cheminée 6 atteignent la température de fonctionnement, appareil 8 de mesure de point de rosée et le capteur de température 9 sont mis en marche. I1 en résulte que le régulateur- 3 et le dispositif à deux voies 2 sont mis enfonctionnement. Le dispositif d'arrêt 7 est fermé periodi- quement et entre-temps, le courant d'agent de refroidissement est établi dans la conduite 1. Le point de rosée des gaz d'évacuation sortant de la chaudière 4 par la conduite 11 est mesuré et l'appareil de mesure émet vers le régulateur 3 un signal proportionnel à la valeur mesurée. Le capteur de température 9 disposé dans la section de sortie de la cheminée 6 mesure la température effective des gaz d'évacuation sortant dans l'air et son signal de sortie est retransmis au régulateur 3. Ce dernier compare les deux valeurs de température et, en fonction du signe de la différence, il délivre un signal de commande à l'organe d'actionnement 12 du dispositif à deux voies 2. I1 en resulte que le dispositif à deux voies 2 délivre à l'échangeur thermique 5 à convection une quantité d'agent de refroidissement telle que les gaz d'évacuation soient refroidis jusqu'à une température à laquelle la température des gaz mesurée par le capteur de température 9 est encore supérieure à la température du point de rosée momentané mesurée par l'appareil 8 de mesure de point de rosée. Dans le cas où la cheminée 6 est équipée d'une protection contre la corrosion, c'est-à-dire où la température des gaz d'évacuation sortant dans l'atmosphère peut autre inférieure d'une différence de température dé- terminée à la température du point de rosée, le régulateur 3 réduit de cette différence de température le point de rosée et cette valeur réduite est comparée avec la température mesurée par le capteur de température 9 Si l'échangeur thermique 5 à convection est suffisamment dimensionné, il est possible d'o-btenir avec le dispositif selon l'invention que, indépendamment de tous les facteurs influençant le point de rosée des gaz d'évacuation, les gaz sortent de la cheminée 6 à la tem pérature du point de rosée ou, dans le cas d'une cheminée avec une protection anti-corrosion, à une température donnée, au-dessous du point de rosée. Pour l'agent de refroidissement, il est possible d'utiliser un liquide, par exemple de l'eau d'alimentation de la chaudière ou de l'eau à chauffer pour etre utilisée à un autre endroit, ou de l'air, par exemple l'air de combustion de la chaudière ou de l'air à chauffer pour être utilisé à un autre endroit. Le fonctionnement de l'appareil de mesure de point de rosée peut être permanent ou périodique. Dans le cas d'un fonctionnement périodique, le résultat de la mesure précédente reste toujours dans le régulateur 3 jusqu'à l'arrivée du résultat de mesure suivant. Le nouveau résultat de mesure efface le précédent. Le mode de réalisation représenté sur la Fig. 2 diffère de celui de la Fig. 1 par le fait que le dispositif à deux voies 2 est disposé comme un distributeur et non comme un collecteur. Dans le mode de réalisation représenté sur la Fig. 3, l'agent de refroidissement passant par l'échangeur thermique à convection et par le dispositif à deux voies 2 n'aboutit pas à la chaudière 4 mais passe par la conduite 10 vers un utilisateur extérieur de chaleur. Le mode de réalisation de la Fig. 4 diffère decelui de la Fig. 3 en ce que le dispositif à deux voies 2 est agencé en distributeur et non en collecteur. Le mode de réalisation de la Fig. 5 est identique en son principe à celui de la Fig. 1 mais les chaudières sont branchées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation. Avec la même différence, la Fig. 6 est identique à la Fig. 2, la Fig. 7 à la Fig. 3 et la Fig.8 à la Fig. 4. Le mode de- réalisation de la Figure 9 diffère de celui de la Figure 1 en ce que n éléments d'échangeurs thermiques 5 à convection sont branchés en parallèle. Avec la même différence, la Figure 10 est identique à la Figure 2. Le mode de réalisation représenté sur la Figure 11 diffère de celui de la Figure 2 en ce que n éléments de chaudière 4 et n éléments d'échangeurs thermiques 5 à convection et des agents de refroidissement de i sortes sont utilisés. Les chaudières sont branchées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation et les échangeurs thermiques à convection comportent des circuits de refroidissement indépendants. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'utilisation d'une partie de la chaleur que contiennent les gaz d'évacuation sortant d'une chaudière par la cheminée, ce dispositif comprenant au moins une chaudière et au moins un échangeur thermique à convection dans la direction de circulation des gaz d'évacuation, disposé après la surface de chauffe de la chaudière, dispositif caractérisé en ce que, dans la conduite(l)de l'agent de refroidissement aboutissant à l'échangeur thermique (5) est intercalé un dispositif à deux voies(2)pouvant être actionné par le régulateur(3) l'entrée du régulateur étant connectée à la sortie d'un capteur de température (9) monté dans la section de sortie de la cheminée (6) et à la sortie d'un appareil (8) de mesure de point de rosée disposé dans la conduite (11) des gaz d'évacuation sortant de la chaudière, la sortie du régulateur produisant un signal de commande orienté étant reliée à un organe d'actionnement (12) du dispositif à deux voies (2), le signal de commande étant proportionnel à la différence entre les signaux d'entrée. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil (8) de mesure de point de rosée est mis en marche périodiquement. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le cas d'utilisation de plusieurs chaudières (4), les chaudières (4) sont branchées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation (Figures 5 à 8 et 10, 11). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans le cas d'utilisation de plusieurs échangeurs thermiques (5) ses derniers sont branchés en parallèle aussi bien sur le côté des gaz d'évacuation que sur le côté de l'agent de refroidissement. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs chaudières (4) qui sont branchées en parallèle sur le côté des gaz d'évacuation, chaque chaudière (4) étant associée avec un échangeur thermique à convection qui comporte son propre circuit de refroidissement et dans lequel est disposé un dispositif à deux voies (2).