Brevet FR2547024A1 — publié le 19841207

L'invention a pour objet un procédé et une installation pour la production d'eau chaude ou autre liquide, en continu, en particulier pour des besoins industriels. La fourniture d'eau chaude en continu dans le secteur industriel est réalisée très souvent à partir d'une chaudière à vapeur nécessitant un investissement important et travaillant avec des rendements qui ne dépassent guère 65%, du fait de l'emploi dans de telles installations d'échangeurs intermédiaires. Les températures demandées se situent usuellement dans une fourchette de 850 C à 1100C, en partant d'eau à une température voisine de 10 C. On a également proposé l'utilisation d'échangeurs immmergés dits "compacts " équipés de brûleurs à gaz à prémélange total et qui servent au chauffage de bains latents contenus dans des cuves. De telles installations qui s'utilisent en particulier dans l'industrie métallurgique pour le traitement de surface de divers produits sont intéressantes en ce que le rendement de chauffage peut atteindre fréquemment 90% sur pouvoir calorifique inférieur (PCI), tandis que l'ins tallation est peu encombrante et relativement simple donc peu coûteuse.Cependant, ces installations ne sont bien adaptées qu'à la préparation de bains latents, ne permettant pas notamment la production d'eau à une température supérieure à 1000C et étant mal adaptés à des demandes intermittentessauf à prévoir l'adjonction d'un ballon d'eall chaude tampon éventuellement prs srise ce qui entraine des surcoûts très notables d'installations et une chute du rendement thermique. L'invention a pour objet de résoudre les difficultés ci-dessus mentionnées en proposant une installation simple peu coûteuse présentant un très bon rendement thermique et une grande souplesse d'utilisation. L'invention utilise une installation du type à bain latent chauffé par un échangeur de chaleur immergé. Conformément au procédé de conduite de l'installation conforme à l'invention, en vue de satisfaire à tout instant une demande tout en optimisant les conditions de fonctionnement de l'installation - on mesure en permanence en au moins un point de la cuve voisin du conduit de soutirage du liquide chaud la température du liquide, - on mesure en permanence le niveau du liquide dans le bain autour d'un niveau optimal de remplissage et/ou le débit du liquide chaud soutiré, - on commande le chauffage de l'installation lorsque la température mesurée comme indiqué ci-dessus descend en dessous d'un premier seuil déterminé et on commande l'arrêt du chauffage lorsque cette température dépasse un second seuil déterminé supérieur au premier, - on commande l'alimentation en eau froide du bain lorsqu'il y a débit de liquide chaud soutiré ou lorsque le niveau de liquide dans le bain descend en dessous d'une pre miere hauteur déterminée et on commande l'arrêt de l'alimentation en eau froide lorsque ledit niveau s'élève au dessus d'un seconde hauteur déterminée située à un niveau supérieur à ladite première hauteur. L'installation conforme à l'invention comporte ainsi essentiellement à l'intérieur d'unecuve thermiquement isolée au moins un générateur de chaleur immergé du type alimenté par un brûleur à prémélange air/gaz combustible et les divers organes de contrôle de fonctionnement de l'installation tels que sondes de températures, détecteurs de niveau et/ou de contrôle de débit de soutirage et d'alimentation du bain. L'invention, sa mise en oeuvre et ses avantages apparaetront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant schématiquement à titre d'exemple un mode de réalisation. Dans ces dessins la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une installation conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe faite sensiblement au niveau du plan II-II de la figure 1; la figure 3 est un diagramme électrique relatif au contrôle de fonctionnement du brûleur. Se reportant tout d'abord aux figures 1 et 2, on aperçoit une installation repérée dans son ensemble 1 compor tant essentiellement une cuve 2 isolée thermiquement de l'extérieur par une paroi 3 contenant le bain 4 du liquide à chauffer, tell'eau par exemple.Le niveau du bain apparaît en 5 et au dessus le volume de vapeur 6 mis en liaison avec l'atmosphère par un évent7 se terminant éventuellement par une soupage d'arrêt 8 si le bain doit être chauffé à une température supérieur à 1000C. Le bain 4 est chauffé par un générateur de chaleur repéré dans son ensemble 9 comportant essentiellement un brûleur 10 à prémélange total alimenté en mélanose air + gaz combustible comme indiqué par la flèche 11 par un conduit 12 une chambre de combustion 13 dans laquelle s'effectue la plus grande partie de la combustion un échangeur de chaleur à pla qu's 14 faisant suite à la chambre de combustion -13 et debou- chant dans un collecteur 15 relié au conduit d'évacuation des fumées 16. Dans la chambre de combustion 13 sont également prévus comme il apparaît plus clairement sur la figure 2 différents conduits 16 traversant de haut en bas la chambre et qui sont parcourus par des courants de convexion de l'eau à chauffer comme indiqué par les flèches 17.Dans la partie échangeur à plaques14,des courants de convexion 18 circulant entre les plaques assurent également le bon chauffage et l'homogénéisation de la température du bain. la figure 2 illustre simplement schématiquement l'installation, le nombre des conduits et des plaques étant généralement nettement plus important qu'illustré schématiquement. En 19 on a figuré la cellule de contrôle par rayonnement ultra-violet du bon fonctionnement du brûleur, laquelle "regarde" la plaque 20 sur laquelle s'accrochent les flammes du brûleur par l'intermédiaire d'un conduit 21 protégeant la cellule 19 de l'atmosphère chaude et humide. L'installation comprend d'autre part une entrée 22 de liquide froid se faisant de préférence en partie basse vers l'extrémité de la cuve voisine du côté 15 de sortie du générateur de chaleur, et une sortie d'eau chaude 23 se faisant en partie haute du bain vers l'extrémité opposée au vosinage du brûleur 10. Ainsi la circulation d'eau froide se fait sensiblement dans le bain à contre-courant avec la circulation des fumées comme indiqué par la flèche 24. L'installation comprend en outre pour le contrôle de son fonctionnement une sonde 25 qui mesure en partie haute au voisinage du conduit de soutirage d'eau chaude la température du bain. Avantageusement une deuxième sonde du même type 26 est prévueà un niveau plus bas mais également vers l'extrémité de sortie d'eau chaude comme indiqué à la figure 1. L'installation est complétée par des sondes 27,28,29 mesurant trois niveaux d'eau dans le bain. On décrira maintenant le fonctionnement de l'installation. A la mise en route de l'installation les sondes 25 et 26 mesurent la température du bain dans les régions respectives 30 et 31. En supposant que le bain est à température trop basse, chacune de ces sondes commande un relais associé respectivement RTî T2 et RIZ1, T2 à la fermeture commandant la mise en route du programmateur 32 du brûleur de l'installation. A ce stade des opérations la cellule de contrôle 19 contrôle le bon allumage du brûleur, et en supposant le bain rempli à niveau convenable, le chauffage du bain s'effectue. Le chauffage persiste, tant que les deux sondes 30 et 31 ntont pas mesuré chacune le dépassement d'un seuil de température maximum T'2 et T2 respectivement. Par exemple le seuil T2 mesuré par la sonde 30 peut être de 95 0C, tandis que le seuil T'2 mesuré par la sonde T1 pourra être de 800C. Si ces deux températures sont dépassées, alors cela signifie que l'ensemble du bain est suffisamment chaud et les deux relais et Rut1, T2 RUT,1 T'2 ouvrant le circuit du programmateur 30 commandentl'arret du chauffage. La sonde 29 quant à elle repère le niveau du bain dans la cuve. Elle commande une vanne asservie 33 assurant l'alimentation d'eau froide dans le bain si le niveau tend à baisser et fermant cette alimentation si le niveau tend à trop s'éléver. Ainsi sont automatiquement compensés les soutirages d'eau chaude en 23. La sonde 27 est une sonde de -securité qui commandera l'arrêt de l'installation si le bain tend à atteindre ce niveau, ce qui peut être provoqué par exemple par un mauvais fonctionnement de l'électrovanne 33 ou de la sonde 29. De la même facon la sonde 28 détecte un manque d'eau dans l'installation si le niveau tend à baisser en dessous de cette sonde, commandant elle aussi l'arrêt de l'installation. De cette façon on est assuré que le niveau du bain 5 au dessus du générateur de chaleur 18 sera toujours maintenu sensiblement à la valeur h souhaitée mesurée par la sonde 29. On notera qu'à la place de la sonde 29 mesurant le niveau du bain, on peut placer sur l'orifice de sortie 23 d'eau chaude un débitmètre mesurant le soutirage et commandant en corrélation l'admission d'eau froide à l'électrovanne 33. De la description qui précède, il apparaît que la construction et la conception générale de l'invention sont très simples et en outre très avantageuses,en ce qu'ellespermettent de bénéficier des conditions particulièrement bonnes de rendement d'une installation du type décrit fonctionnant en combustion immergée. En outre dans une telle installation le volume de la cuve assure les soutirages instantanés d'eau chaude formant hydro-accumulation sans surcoût d'installation. Les détections de températures au niveau bas T1, T'1 qui peuvent être par exemple choisies respectivement à 850C et 700C protègent également l'utilisateur contre un refroidissement excessif du bain par suite par exemple d'une longue période d'inutilisation. En effet si par suite d'une longue période d'inutilisation l'eau tend à se refroidir, d'abord dans les couches inférieures, la sonde 26 détectera une baisse de température par exemple en dessous de 700C commandant la mise en route du brûleur et par suite la remise en température de tout le bain du fait des mouvements de convexion que cette mise en route provoque. Bien entendu le réglage de la température du bain se fait au niveau souhaité en jouant sur le réglage des sondes 30 et 31. Enfin si l'on veut obtenir des bains d'eau chaude à une température supérieure à 1000C, par exemple pour la production de vapeur, il suffit de programmer en correspondance les sondes 30 et 31 et de tarer la soupape 8 de l'évent 7 à la pression correspondante. REVENDICATIONS 1. Procédé de conduite d'une installation de production d'eau chaude, ou autre liquide, en continu utilisant un échangeur de chaleur immergé dans une cuve contenant un bain de liquide à chauffer caractérisé en ce qu'en vue de satisfaire à tout instant une demande tout en optimisant les conditions de fonctionnement de l'installation - on mesure en permanence en au moins un point 60}de de la cuve (2)voisin du conduit (23) de soutirage du liquide chaud la température du liquide, - on mesure en permanence le niveau du liquide dans le bain (4) autour d'un niveau (29) optimal de remplissage et/ou le débit de liquide chaud soutiré, - on commandc le chauffage de l'installation lorsque la température mesurée comme indiqué ci-dessusdescend en dessous d'un premier seuil déterminé T1 et on commande l'arrêt du chauffage lorsque cette température dépasse un second seuil déterminé T2 supérieur au premier, - on commande l'alimentation en eau froide (22)du bain lorsqu'il y a un débit de liquide chaud soutiré ou lorsque le niveau de liquide dans le bain (4) descend en dessous d'une première hauteur déterminée et on comn;ande l'arrêt de llalimen- tation en eau froide lorsque ledit niveau s'élève au dessus d'une seconde hauteur déterminée située à un niveau supérieur à ladite première hauteur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en qu'on mesure la température du bain en deux points (30, 31) situés à des niveaux différents au voisinage du conduit de soutirage (23) du liquide chaud pour commander la mise en route ou l'arrêt du chauffage selon les niveaux de températures atteints T1, T2, T'1, T'2. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en qu'on prévoit une sonde de niveau haut (27) arrêtant le fonctionnement de l'installation et notamment son chauffage et l'alimentation en eau froide si ce niveau est dépassé 4.Procédé selon l'une des revendication précédentes caractérisé en ce qu'on prévoit une sonde de niveau bas 28 arrêtant le fonctionnement de l'installation et notamment son chauffage si le niveau du bain descend en dessous de ce niveau. -5. Installation de production d'eau chaude ou autre liquide, en continu utilisant un échangeur de chaleur immergé dans une cuve contenant un bain de liquide à chauffer pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes caractériséeen qu'elle comporte à l'intérieur d'une cuve (2) thermiquement isolée au moins un générateur de chaleur immergé (18) du type alimenté par un brûleur à prémélange air/gaz combustible et les divers organes de contrôle de fonctionnement de l'installation tels que des sondes de températures (25,26), des détecteurs de niveau (27,28, 29) et/ou de contrôle de débit de soutirage et d'alimentation. 6. Installation selon la revendication 5 caractériséeencequele soutirage de liquide chaud se fait vers une extrémité de la cuve en partie haute, l'alimentation en liquide froid se faisant vers l'extrémité opposée de la cuve en partie basse, et la circulation de liquide dans la cuve se faisant sensiblement d contre-courant des gaz brdlés dans ledit générateur de chaleur(18). 7.Installation selonlesrevendications 5 ou 6 caractérisée en ce que la cuve (2) est fermée de façon étanche par une soupape tarée (8).