Brevet FR2563324A1 — publié le 19851025

Procédé. et dispositif sou le chauffage d'un bain de liquide, et application au chauffage de serres de culture. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le chauffage d'un bain de liquide. Elle concerne également l'application de ce procédé au chaffage de serres de culture. On a déjà proposé dans la technique de chauffer des bains de liquide, habituellement de l'eau, en immergeant dans le bain des moyens d'échange de chaleur, à tubes ou à plaques, alimentés en produits de combustion d'un combustible, généralement gazeux. SouS leur forme la plus usuelle, les dispositifs connus comportent un brûleur, alimentant une chambre de combustion immergée dans le bain, en position horizontale ou verticale, elle-urme connectée à des échangeurs thermiques, à tubes ou à plaques, également immergés dans le bain, mais équipés d'un système d'évacuation à l'atmosphère des gaz de combustion (voir "Le chauffage des liquides industriels par tubes et échangeurs immergés compacts", corr'nunication de Monsieur Benoît FARDEAU, Congrès de 1983 de l'Association Technique de l'Industrie du Gaz en France). De tels dispositifs de chauffage "indirect" du bain, dans lesquels le mcyen de chauffage est immergé dans le liquide, mais sans contact direct entre le liquide et les gaz de combustion, se présentent sous une forme compacte et ont des performances thermiques satisfaisantes. Ils nécessitent cependant une construction complexe et très soignée et impliquant une perte d'énergie importante, au moins égale à la chaleur latente de la vapeur d'eau contenue dans les produits de 1a co1'bustion, qui sont rejetés directement à l'atmosphère à plus ou moins aute température. Ainsi qu'il a été décrit dans la mSme communication, on a donc proposé de remplacer l'échappement à à 1' atmosphère des produits de combustion par un barbotage de ceux-ci au sein du liquide à chauffer. Dans les dispositifs de chauffage "direct" décrits dans cette publicatian, on retrouve donc, comme pre précéderment, m brûleur de combustible communiquant avec une chambre de combustion, alimentant elle-même en gaz de combustion des échangeurs de chaleur, généralement à tube, immergés dans le liquide, mais ces échangeurs conportent des orifices d'évacuation des gaz débouchant directeTent dans le bain à chauffer. On récupère ainsi la majeure partie de l'énergie calorifique des gaz de combustion et ceci se traduit par une très importante économie de combustible, qui peut atteindre 25 %. En revanche, avec de tels dispositifs, en l'absence de combustion, le liquide pénètre à l'intérieur des échangeurs - calorifiques et- de - la chambre de combustion, ce qui entraîne des inconvénients graves - d'une part, le brûleur doit être alimenté en combustible sous une pression élevée, afin que les gaz de combustion puissent vaincre la contre-pression de liquide et chasser celui-ci du dispositif lorsque le brûleur est allumé ; cette contrainte exige l'emploi d'une soufflante d'air à haute pression (supérieure à ioe mbar), dont la consommation d'électricité est très élevée - d'autre part, l'allumage électrique du brûleur est rendu difficile par l'humidité règnant Darus la chambre - enfin et surtout, il est fréquent que des chocs thermiques se produisent sur les parties les plus chaudes du brûleur, si un postbalayage très long (et très coûteux) n'est pas observé. La présente invention vise à proposer un dispositif de chauffage direct d'un bain de liquide, dans lequel les gaz de combustion barbotent dans le liquide à chauffer, mais qui ne presente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus, c'est-a-dire dans lequel l'intérieur de la chambre de combustion et des échangeurs de chaleur demeure isolé du liquide, même lorsque le brûleur n'est pas utilisé. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de chauffage d'un bain de liquide dans lequel des gaz de combustion circulent dans une chambre de combustion éventuellement connectée à au moins un échangeur de chaleur, l'ensemble étant immergé au moins partiellement dans ledit bain de liquide, les gaz étant finalement rejetés dans l'atmosphère, procédé caractérisé en ce que lesdits gaz, après avoir été rejetés initialement à l'extérieur dudit bain de liquide, sans entrer en contact avec celui-ci, sont réintroduits dans ledit liquide avant d'être rejetés finalement dans l'atmosphère. L'invention a également pour objet un dispositif pour le chauffage d'un bain de liquide, comprenant un moyen de combustion d'un mélange de combustible et de comburant, une chambre de combustion reliée audit moyen et immergée au moins partiellement dans ledit bain, au moins un échangeur thermique connecté à ladite chambre et immergé dans ledit bain, ledit échangeur comprenant au moins un moyen de rejet des produits de combustion à l'extérieur dudit bain, éventuellement confondu avec ladite chambre de combustion, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de réinjection desdits produits de combustion dans le liquide après rejet de ceux-ci à l'extérieur dudit bain. De façon connue en soi, le moyen de combustion comprendra un brûleur alimenté en combustible et muni d'une entrée d'air, et, de préférence, ce brûleur sera disposé verticalement à l'aplomb de la chambre de combustion. La pression d'alimentation en air du brûleur pourra être relativement faible, c'est-å-dire de l'ordre de 20 mbar, représentant une consommation électrique du ventilateur cinq fois plus faible que celle d'une soufflante haute pression. L'échangeur de température pour être de tout type connu en soi, mais, avantageusement, on utilisera un et, de préférence, plusieurs échangeurs à plaques, disposés ver-.c,lement, en 3aralltle, dans le bain de liquide. Chaque échangeur pourra comprendre une chenancne de remet à l'extérieur du bain des gaz de combustion ayant traversé l'échangeur et, dans sa forme de réalisation la plus simple, le moyen de réinjection de ces gaz dans le liquide comprendra un capot coiffant la ou lesdites cheminées et plongeant de toutes parts dans le liquide, afin que les gaz ne puissent s'en échapper qu'en baunDotar.* dans celu- ci. Les gaz de combustion cédant audit capot une partie de leurs calories avant d'etre réintroduits dans le bain de liquide, un moyen d'arrosage en liquide sera de préférence disposé au-dessus dudit capot, afin de récupérer ses calories, le liquide d'arrosage se déversant ensuite dans ledit bain. Avantageusement, le capot ne laissera s'échapper les gaz de combustion que suivant l'un de ses côtés, ou il s'étendra horizontalement dans le liquide par une plaque perforée, en imposant ainsi aux gaz de combustion un contact prolongé avec le liquide. De préférence, cette plaque sera elle-mSme coiffée d'un second capot plongeant dans le liquide, mais muni d'une mise à l'atmosphère. Ce second capot coiffera de préférence partiellement le premier capot et, comme celui-ci, il sera équipé d'un système de pulvérisation qui l'arrosera en liquide retombant ensuite dans le bain. Les gaz ayant déjà barboté dans le liquide cèderont ainsi au second capot une partie des calories restantes, qui seront récupérées par le liquide d'arrosage. Avantageusement, les gaz traverseront euxmemes un rideau du liquide d'arrosage avant d'être rejetés à l'atmosphère. De préférence, les deux capots seront disposés de façon telle que l'on puisse utiliser un unique moyen d'arrosage qui leur soit commun. L' invention apporte donc un moyen simple et facile à mettre en oeuvre, qui cumule les avantages des dispositifs de chauffage connus, du type direct et indirect - comme dans les systèmes de chauffage direct, la plus grande partie de l'énergie thermique des gaz de combustion est récupérée, ce qui se traduit par une importante économie d'énergie, avec en outre l'avantage que c'est la température de l'eau de retour au bain (qui pourra, dans certains cas, être beaucoup plus basse que celle du bain) qui. détermine la température d'évacuation des gaz de combustion;; - comme dans les dispositifs de chauffage indirect, l'intérieur de la chambre de combustion et du ou des échangeurs thermiques est en permanence isolé du liquide, ce qui assure un allumage facile du bruleur, permet d'alimenter celui-ci en air et en combustible sans faible pression, et évite les chocs thermiques à l'arrêt du brûleur. Les dessins schématiques annexés illustrent une forme de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins La figure 1 est un schéma en élévation du dispositif de chauffage ; La figure 2 est une coupe transversale partielle illustrant la position de la chambre de combustion, des échangeurs à plaque et des cheminées de rejet des produits de combustion. Le dispositif représenté comprend un brûleur 1, équipé d'une alimentation 2 en gaz combustible, du propane par exemple, et d'une entrée d'air 3. Ce brûleur est disposé verticalement à l'aplomb d'une chambre de combustion cylindrique 4, à axe vertical, qui est immergée dans le bain de liquide 5.La chambre 4 communique avec trois échangeurs thermiques à plaques 6, également immergés dans le liquide, qui sont disposésverticalement en parallèle et sont équipés, à leur extrémité opposée à celle de la cnar.tze 4, d'une cheminée 7 de rejet do- produits de combustion, Oct l'orifice d'évacuation est disposé au-dessus du niveau du bain de liquide 5. L'ensemble du dispositif repose par des piètements 8 sur le fond 9 do bain. Conformément à li Invention, un capot 10, plongeant de tous c8tés dans le liquide, coiffe les cheminées 7. Ce capot est fermé partiellement à Sa partie inférieure suivant ses bords latéraux, à l'exception de l'un d'entre eux, suivant lequel il se prolonge dans le liquide par une tale perforée 11. Les gaz de combustion rejetés par les cheminées 7 doivent ainsi pénétrer à nouveau dans le liquide, dans lequel ils barbotent, avant d'être rejetés à l'atmosphère à travers la plaque 11. Au-dessus de cette plaque 11 s' étend un second capot 12, qui plonge également dans le liquide suivant une partie de sa périphérie et s'étend partiellement au-dessus du capot 10, duquel il est séparé par un intervalle 13, par lequel les gaz s'échappent à l'atmosphère. Une buse d'arrosage 14 pulvérise sur le capot 12 du liquide froid recyclé, qui ruisselle sur ce capot avant de se déverser dans le bain 5 et sur le capot 10, d'où il stécoule également dans le bain 5. Les calories cédées par les gaz de combustion aux capots sont ainsi récupérées par le liquide et réintroduites dans le bain. En outre, le rideau de liquide qui s'écoule du capot 12 sur Ie capot 10, au-dessus de l'intervalle 13, est également traversé par les gaz. Ceux-ci lui cèdent ainsi une fraction des calories qu'ils contiennent encore avant d'être rejetés à l'atmosphère à une température voisine de celle de l'eau de retour. Dans une forme de réalisation pratique de ce dispositif, les échangeurs de plaques 6 ont une épaisseur interne de- 20 mm et sont séparés les urs des autres d'une distance de 90 mm. leur longpeur jusqu' aux cheminées 7 est d'environ 1 m-et leur hauteur d'environ 0,4 m. La chambre de combustion 4 a un diamètre interne d'environ 130 mm. La plaque perforée ll est immergée à environ 60 mm de la surface du bain de liquide. Le gaz alimentant le bruleur, du propane par exemple, est injecté dans celui-ci sous une pression relative de 100 mbar, et l'air sous une pression de 20 mbar. Un tel dispositif convient parfaitement au chauffage de serres de culture, qui nécessitent une grande stabilité thermique, et de l'eau à basse température pour chauffage par le sol, toutes conditions conduisant à une économie d'énergie maximale. Une telle application de ce dispositif de chauffage constitue un autre objet de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de chauffage d'un bain de liquide dans lequel des gaz de combustion circulent dans une chambre de combustion éventuellement connectée à au moins un échangeur de chaleur, l'ensemble étant immergé au moins partiellement dans ledit bain de liquide, les gaz étant rejetés finalement dans l'atmosphère, procédé dé caractérisé en ce que lesdits gaz, après avoir été rejetés initialement à l'extérieur dudit bain de liquide, sans entrer en contact avec celuici, sont réintroduits dans ledit liquide avant d'être rejetés finalement dans l'atmosphère. 2.- Dispositif pour le chauffage d'un bain (5) de liquide, comprenant un mcyen de combustion (1) d'un mélange de combustible et de comburant, une chambre de combustion (4) reliée audit moyen et immergée au moins partiellement dans ledit bain, au moins un échangeur thermique (6) connecté à ladite chambre et immergé dans ledit bain, ledit échangeur comprenant au moins un moyen de rejet (7) des produits de combustion à l'extérieur dudit bain, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (10) de réinjection desdits produits de combustion dans le liquide après rejet de ceux-ci à l'extérieur dudit bain. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou lesdits échangeurs thermiques sont des échangeurs à plaque (6) disposés verticalement dans ledit bain. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits échangeurs thermiques (6) sont disposés en parallèle. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen de rejet des gaz de combustion comprend une cheminée (7), disposée sur lesdits échangeurs (6) à l'opposé de ou sur ladite chambre de combustion (4) et débouchant au-dessus du niveau dudit bain de liquide. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen de réinjea-tion des gaz de combustion dans le bain de liquide comprend un capot (10) coi:Tant le ou lesdits moyens de rejet des gaz de combustion à l'extérieur du bain de liquide, ledit capot étant disposé de façon telle que lesdits gaz ne puissent s'en échapper qu ' en barbotant dans le liquide 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capot (10) plonge de toute part dans le liquide. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit capot (10) ne laisse s'échapper lesdits gaz de combustion que suivant l'un de ses côtés, équipé, pour le passage des gaz, d'une plaque perforée (11) sensiblement horizontale, plongeant dans le bain de liquide. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un second capot (12) plongeant dans ledit bain de liquide et muni d'une mise à l'atmosphère, qui surmonte la partie du premier capot (10) par laquelle des gaz de combustion s'echappent dudit premier capot en barbotant dans le bain. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit second capot (12) coiffe partiellement ledit premier capot (10) et en est séparé par un intervalle (13) par lequel lesdits gaz de combustion s'échappent à l'atmosphère. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'un et/ou l'autre desdits capots (10, 12) est merosé en liquide par au moins un moyen d'arrosage (14). 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen d'arrosage (14) est cornnun aux deux capots( 10, 12). 13.- Dispositif selon l'une des revendications il et 12, caractérisé en ce que ledit moyen d'arrosage du second capot (12) est disposé de façon telle que les gaz de conibustion traversent le liquide d'arrosage en s'échappant à l'atmosphère. 14.- Dispositif selon l'une des revendications il à 12, caractérisé en ce que le ou lesdits moyens d'arrosage desdits capots sont alimentés en liquide froid dudit bain recyclé à celuici. 15.- Application du procédé selon la revendication 1 ou du dispositif selon l'une des revendications 2 à 14 au chauffage de serres de culture.