Brevet FR2582786A1 — publié le 19861205

L'invention a pour objet un chauffe-liquide indus- triel à gaz. Elle vise, notamment, un tel appareil propre à être utilisé pour le chauffage d'un liquide de traitement, - au sens donné à ce terme en ingénierie -, c'est-à-dire un liquide contenant des produits spécifiques mis en oeuvre au cours d'un processus de fabrication ou de production ou de transformation de matière. On connait déjà des installations de chauffage d'un liquide de traitement, par exemple du bain de teinture d'un autoclave, qui font application d'un circuit de vapeur. Dans de telles installations, le rendementq8hauffage de l'opération de teinture est relativement faible, générale- ment de l'ordre de 60 % par rapport au PCI (Pouvoir calori- fique inférieur) du combustible, de sorte que ces installa- tions ne sont pas entièrement satisfaisantes sur le plan économique. Pour pallier cet inconvénient des installations connues, la Demanderesse s'est fixé pour objectif de four- nir un appareil de chauffage d'un liquide de traitement permettant d'obtenir un rendement élevé, aussi bien en ce qui concerne le chauffeliquide lui-même que son application à un traitement particulier, par exemple dans le domaine de l'industrie alimentaire, ou de l'industrie textile. C'est, d'une façon générale, un but de l'invention de fournir un appareil qui permette le chauffage d'un liquide de traitement sans fluide caloporteur intermédiaire et qui permette d'élever la température dudit liquide contenu dans un bac ou dans un autoclave jusqu'à des valeurs de l'ordre de ou supérieures à 130'C, la ou les vitesses de montée en température pouvant être réglées à volonté en fonction des desiderata de la pratique. C'est, encore, un but de l'invention de fournir un tel appareil dont l'entretien et l'exploitation soient aussi simples que possible, notamment en ce qui concerne la facilité de nettoyage, ce facteur étant d'importance par- ticulière lorsque le liquide est un liquide de traitement utilisé dans le domaine de l'industrie alimentaire ou de l'industrie textile. C'est, aussi, un but de l'invention de fournir un tel appareil qui, sous un faible encombrement, fournisse une puissance suffisante pour pouvoir être associé à d'autres appareillages d'une installation industrielle comprenant le chauffe-liquide, par exemple un autoclave d'une instal- lation de teinture ou de blanchiment. C'est, également, un but de l'invention de fournir un tel appareil qui, par sa réalisation en tant que dispo- sitif "autonome", puisse être adapté de manière spécifique à un appareillage qu'il est destiné à équiper et à proximité immédiate duquel il peut être installé. C'est, enfin, un but de l'invention de fournir un tel appareil qui permette l'exploitation de l'installation dont il fait partie de façon analogue à ce qui était réalisé auparavant pour les installations connues, en particulier sans qu'il soit nécessaire de prendre de dispositions parti- culières eu égard à la conservation des caractéristiques du liquide de traitement mis en oeuvre. Un chauffe-liquide industriel à gaz selon l'inven- tion est caractérisé en ce qu'il comprend un tube foyer dont une face d'extrémité frontale est munie d'un brleur à gaz et un échangeur de chaleur dans lequel peuvent circuler concurremment le liquide à chauffer et les fumées de com- bustion, l'échangeur formant avec ledit tube foyer un ensem- ble unitaire monobloc agencé de manière telle que le liquide à chauffer forme, d'une part, une première lame liquide enfermant la quasi-totalité du tube foyer, à l'exception de la face frontale recevant le brleur à gaz et, d'autre part, dans l'échangeur, une pluralité de secondes lames liquides s'étendant sensiblement parallèlement à la direc- tion longitudinale du tube foyer et adjacentes, dans ledit échangeur, à des chambres de circulation des fumées de combustion issues du tube foyer. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'échangeur de chaleur est du type de celui décrit dans le Brevet français 2 439 967 au nom de la Demanderesse. Selon une autre caractéristique de l'invention, le liquide à chauffer circule sous pression à l'intérieur de l'appareil par l'intermédiaire d'une pompe externe. Pour faciliter le nettoyage de l'appareil, le tube foyer et l'échangeur sont réunis entre eux sur la face frontale portant le brleur à gaz par des brides assemblées à l'aide de moyens aisément amovibles. Dans une réalisation avantageuse le tube proprement dit du tube foyer et le faisceau de l'échangeur sont soudés sur l'une desdites brides à l'une de leurs extrémités, d'une part, et sont réunis entre eux à leur autre extrémité distante de celle portant le brûleur, d'autre part. Une plaque de séparation régnant sur la plus grande partie de la longueur de l'échangeur est avantageusement interposée entre le tube foyer et ledit échangeur. Dans une réalisation préférée, une seule et même virole externe entoure à la fois le faisceau de l'échangeur et la plus grande partie de la périphérie du tube foyer. Dans une telle réalisation, également, le tube foyer, la virole externe, et les canaux de circulation du liquide à travers l'échangeur sont conformés pour ne présen- ter ni arête vive, ni point de rétention, ni obstacle ou point à perte de charge singulière susceptible de provoquer des zones de moins bonne circulation du liquide. Les parois délimitant la lame liquide enfermant la quasi totalité du tube foyer, d'une part, et celles délimitant les lames liquides dans l'échangeur de chaleur, d'autre part, sont avantageusement en un matériau approprié à la nature physico-chimique du liquide à chauffer, comme de l'acier inoxydable ou analogue. L'invention vise également une installation de chauffage de liquide à gaz, notamment pour l'industrie textile ou l'industrie alimentaire, caractérisée en ce qu'elle comporte un chauffe-liquide tel que défini cidessus, un moyen de mise en circulation du liquide dans le chauffe- liquide, des moyens de commande et de régulation du brtleur à gaz et des moyens de commande du débit du liquide dans le chauffe-liquide. Dans une forme de réalisation d'une telle instal- lation, le liquide pénètre dans le chauffe-liquide par une tubulure communiquant avec ladite première lame liquide et sort par une tubulure communiquant avec l'échangeur de chaleur. Dans une autre réalisation, le liquide pénètre dans le chauffe-liquide par la tubulure communiquant avec l'échangeur de chaleur et sort du chauffe-liquide par la tubulure communiquant avec ladite première lame liquide. L'invention sera mieux comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple, et en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil chauffeliquide industriel à gaz selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 2; - la figure 6 est une vue schématique d'un exemple d'installation de teinture comportant un appareil selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre la structure générale d'un chauffe-liquide industriel à gaz selon l'invention. Il comprend un tube foyer 10 et un échangeur de chaleur 11 formant avec ledit tube foyer un ensemble uni- taire monobloc. Comme bien visible sur les figures 2 à 5, le tube foyer 10 comporte un tube proprement dit 12, avantageu- sement en acier inoxydable, fermé à une de ses extrémités par une paroi frontale 18 et à l'intérieur duquel est entre- tenue une flamme F, issue d'un brûleur 25 rapporté sur l'autre face frontale qui définit ainsi avec la paroi 18 et le tube 12 une chambre de combustion cylindrique C. Le tube 12 est entouré, sur la plus grande partie de sa périphérie, par une virole externe 13 qui ménage avec ledit tube 12 et le long de celui-ci un espace annulaire 14, ledit espace se poursuivant sur la paroi frontale 18, -entre cette dernière et une face 17 qui lui est parallèle de la virole 13-, par un espace 14a, les espaces 14 et 14a définissant une première lame de passage du liquide de traitement que l'appareil est destiné à chauffer. Au voisinage de la face frontale présentant le brQleur, une tubulure 15, à bride de raccordement 16, est soudée sur la virole 13 et cela de manière telle qu'il n'y ait aucun obstacle à l'écoulement du liquide susceptible d'entraîner des zones de stagnation, ou de rétention dudit liquide qui pénètre ou sort de l'appareil par ladite tubulure. Il en est d'ailleurs de même sur toute la lon- gueur et l'épaisseur de la lame liquide pour ne pas provoquer, localement, de surchauffe du liquide susceptible d'altérer ses caractéristiques. A cet effet, l'invention prévoit de conformer le tube foyer, la virole externe, et les canaux de circula- tion du liquide au travers de l'échangeur 11 de manière qu'il n'y ait en aucun endroit d'arêtes vives, de points de rétention, d'obstacles ou de points à perte de charge singulière susceptibles de provoquer des zones de moins bonne circulation du liquide et, partant, un échauffement excessif conduisant à une détérioration de ses caractéris- tiques. En outre, les parois limitant la lame liquide autour du tube foyer et les canaux de circulation à travers l'échangeur sont avantageusement polies et le trajet du liquide dessiné pour ne pas provoquer de baisse de vitesse de circulation qui, entraînant une surchauffe, pourrait endommager les produits thermosensibles contenus dans le liquide de traitement. Selon l'invention, également, le tube foyer 10 et l'échangeur 11 sont réunis suivant un ensemble unitaire monobloc avec interposition entre eux d'une tôle 19 qui règne sur la plus grande partie de la longueur de l'échangeur (figures 2 à 5), ladite tale définissant avec le tube 12 la partie -supérieure, -sur le dessin-, de l'espace annu- laire 14 de circulation du liquide dans l'appareil. Dans la forme de réalisation décrite et réprésentée, l'assemblage a lieu, d'une part, au voisinage de la paroi 18 et, d'autre part, à l'extrémité frontale de l'appareil présentant le brleur à gaz par deux brides accolées 20 et 21 conformées chacune extérieurement suivant une partie circu- laire de diamètre légèrement supérieur à celui du tube foyer et une partie radiale dont les dimensions sont quelque peu supérieures à la section droite de l'échangeur 11. La bride 21, sur laquelle sont soudés le tube 12 et le faisceau de l'échan- geur de chaleur 11, porte également le brCleur 25. Ladite bride est réunie à la bride 20 soudée sur la virole 13 par des fixations amovibles 22, par exemple des boulons et écrous qui permettent le démontage facile de ladite bride par rapport à la bride 20 pour permettre l'accès à l'espace intérieur à la virole externe 13 ainsi qu'à l'intérieur de l'échangeur 11. Pour la bonne tenue mécanique de l'ensemble, notamment pour prendre en compte le fait que l'appareil fonctionne sous pression, on prévoit de rendre plus rigide l'ensemble unitaire monobloc formé par le tube foyer 10 et l'échangeur 11 au moyen de renforts longitudinaux comme 44 et 45 ou encore, d'une plaque d'extrémité comme 46 au droit de la face frontale de l'appareil opposée à celle portant le brleur 25. Dans la forme de réalisation décrite et repré- sentée, et sans que cette indication ait quelque caractère limitatif que ce soit, l'échangeur de chaleur 11 est avan- tageusement du type de celui décrit dans le Brevet français n 2 439 967, au nom de la Demanderesse, en particulier du type de celui illustré sur la figure 6 de ce Brevet. Un tel échangeur est caractérisé en ce qu'il comprend des canaux 41 à section droite allongée, non circulaire, pour le passage du liquide et un faisceau de chambres 40 à section droite non circulaire, adjacentes auxdits canaux et prévues pour le passage des fumées de combustion issues du tube foyer. Lesdites fumées, dont le trajet est montré par les flèches fi, f2,' f3 sont évacuées, apres traversée de l'échangeur 11, par une canalisation de sortie 30, -munie d'une extraction des condensats 50, Figure 1 -, et dont l'extrémité libre est munie d'une bride de raccordement 31 à une cheminée de mise à l'atmosphère. La circulation des fumées dans l'échangeur 11 est à co-courant ou à contre courant de celle du liquide à chauffer lequel est mis en circulation par l'intermédiaire d'une pompe, non représentée. La virole 13, qui entoure la plus grande partie du tube 12, enferme également le faisceau de l'échangeur 11. Sur ladite virole, et sensiblement à l'opposé de la tubu- lure 15, est soudée une tubulure 42 à bride 43 d'entrée ou de sortie du liquide dans l'échangeur. Dans le cas o l'entrée de liquide se fait par la tubulure 15, le liquide se déplace sous forme d'une première lame liquide entre la paroi du tube foyer 12 et la virole externe 13, comme montré par la flèche e et par la flèche e2 entre la paroi frontale 18 du tube foyer et la paroi fron- tale qui lui est parallèle de la virole externe, puis pénètre dans l'échangeur 11 dont il sort par la tubulure 42 portant la bride 43 de raccord au reste de l'installation équipée du chauffe-liquide. Lorsque, dans un autre mode d'utilisation, le liquide à chauffer pénètre dans le chauffe-liquide par la tubulure 42, il traverse d'abord l'échangeur 11 puis, par un trajet inverse de celui défini ci-dessus, ressort de l'appa- reil par la tubulure 15. Un appareil selon l'invention est particulièrement bien approprié au chauffage de liquides de traitement mis en oeuvre dans l'industrie alimentaire ou pharmaceutique, par exemple le liquide d'un autoclave de stérilisation, ou dans l'industrie textile, qu'il s'agisse de bains de blan- chiment ou encore, en particulier, de bains de teinture. Dans une telle application, le chauffe-liquide selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour le chauffage du bain de teinture contenu dans un autoclave , figure 6, auquel sont associés un circuit de refroidis- sement 61 et un circuit de chauffage 62 muni d'un appareil selon l'invention. Celui-ci est alimenté à partir d'une ligne de gaz 63 reliée à une platine d'alimentation air-gaz 64 à laquelle est abouché un ventilateur d'air comburant 65 et qui est contrôlée à partir d'un programmateur 66 pour la commande du brleur 25 connecté à la platine 64 par des lignes 67 et 68, d'amenée de gaz et d'air, respectivement. Le bain de teinture issu de l'autoclave 60 est introduit dans le chauffeliquide selon l'invention par une pompe 72. La sortie du chauffe-liquide, par un circuit 73, amène de nouveau le bain dans l'autoclave 60. La structure de l'appareil telle que définie ci-dessus permet le chauffage sans difficultés du bain, même lorsque celui-ci est chargé par des fibrilles du ou des matériaux à teindre. En outre, et en raison de sa structure "intégrée", il est particulièrement bien adapté à la mise en oeuvre de bains courts, à faible ou très faibles rapports de bain, comme actuellement requis dans les usines de teinture modernes. Dans une installation telle que décrite ci-dessus, d'excellents résultats ont été obtenus en ce qui concerne le rendement thermique instantané de l'appareil, lequel est compris entre 89 et 95 %/PCI, suivant la température du liquide de teinture. Pour un cycle de teinture, c'est-à-dire l'ensemble d'un traitement comportant des montées en température à vitesses bien déterminées, coupées par des paliers inter- médiaires et des phases de refroidissement, les rendements moyens de chauffage ont été de l'ordre de 93 à 94 %/PCI pour des températures de bains maximales de l'ordre de 130 C. Ces bons résultats sont dûs, en particulier, au fait que la température de sortie des fumées de combustion est de l'ordre de quelques degrés seulement supérieure à la température de sortie du liquide, ces résultats étant atteints pour des débits de liquides traités variant dans des rapports importants, de l'ordre de 1: 3. Une comparaison des résultats obtenus avec ceux d'une installation telle qu'illustrée ci-dessus mais compor- tant un chauffage du bain de teinture de l'autoclave par un circuit de vapeur a montré que des économies de l'ordre de 35 % au moins étaient réalisées à l'aide d'un appareil selon l'invention par rapport à une installation de chauf- fage à vapeur usuelle. REVENDICATIONS 1. Chauffe-liquide industriel à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un tube foyer (10) dont une face d'extré- mité frontale est munie d'un brûleur à gaz (25) et un échan- geur de chaleur (11) dans lequel peuvent circuler concur- remment le liquide à chauffer et les fumées de combustion, l'échangeur formant avec ledit tube foyer un ensemble uni- taire monobloc agencé de manière telle que le liquide à chauffer forme, d'une part, une première lame liquide enfer- mant la quasi-totalité du tube foyer, à l'exception de la face frontale d'extrémité recevant le brtleur à gaz et, d'autre part, dans l'échangeur, une pluralité de secondes lames liquides s'étendant sensiblement parallèlement à la direction longitudinale du tube foyer et adjacentes, dans ledit échangeur, à des chambres (40) de circulation des fumées de combustion issues du tube foyer (10). 2. Chauffe-liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube foyer (10) et l'échangeur (11) sont réunis entre eux sur la face frontale portant le brûleur à gaz (25) par des brides (20, 21) assemblées à l'aide de moyens aisément amovibles. 3. Chauffe-liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube proprement dit (12) du tube foyer (10) et le faisceau de l'échangeur (11)sont soudés à une de leurs extrémités sur une desdites brides (21), d'une part, et sont réunis entre eux à leur autre extrémité distante de celle portant le brûleur (25), d'autre part. 4. Chauffe-liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de séparation (19) régnant sur la plus grande partie de la longueur dudit échangeur (11) et interposée entre le tube foyer (10) et ledit échangeur (11). 5. Chauffe-liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois délimitant la lame liquide enfermant la quasi-totalité du tube foyer, d'une part, et celles délimitant les lames liquides dans l'échangeur de chaleur, d'autre part, sont avantageusement en un matériau approprié à la nature physico-chimique du liquide à chauffer, comme de l'acier inoxydable ou analogue. 6. Chauffe-liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des tubulures d'entrée et/ou de sortie de liquide (15, 42) soudées sur une seule et même virole externe (13) qui entoure à la fois le faisceau de l'échangeur de chaleur (11) et la plus grande partie de la périphérie du tube foyer. 7. Chauffe-liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube foyer (10), la virole externe (13), et les canaux (41) de circulation du liquide à travers l'échangeur (11) sont conformés pour ne présenter ni arête vive, ni point de rétention, ni obstacle ou point à perte de charge singulière susceptible de provoquer des zones de moins bonne circulation du liquide. 8. Chauffe-liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est du type de celui décrit dans le Brevet fran- çais 2 439 967 au nom de la Demanderesse. 9. Installation de chauffage de liquide à gaz, notamment pour l'industrie textile ou l'industrie alimen- taire, caractérisée en ce qu'elle comporte un chauffe- liquide selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, un moyen de mise en circulation du liquide dans le chauffe-liquide, des moyens de commande et de régulation du brûleur à gaz et des moyens de commande du débit du liquide dans le chauffe-liquide. 10. Installation de chauffage de liquide à gaz selon la revendication 9, caractérisée en ce que le liquide pénètre dans le chauffe-liquide par la tubulure (15) commu- niquant avec ladite première lame liquide (14) et sort par la tubulure (42) communiquant avec l'échangeur de chaleur (11). 2582?86 11. Installation de chauffage de liquide à gaz selon la revendication 9, caractérisée en ce que le liquide pénètre dans le chauffe-liquide par la tubulure (42) com- muniquant avec l'échangeur de chaleur (11) et sort par la tubulure (15) communiquant avec ladite première lame liquide (14).