Brevet FR2711224A1 — publié le 19950421

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE A RECYCLAGE PARTIEL DES GAZ DE COMBUSTION La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage à recyclage partiel des gaz de combustion, le terme dispositif de chauffage s'appliquant aussi bien à une chaudière qu'à un brûleur. Une chaudière est alimentée en combustible constitué par exemple par du gaz ou par du fioul, qui brûle à l'intérieure d'une chambre de combustion en présence d'air. Les produits de la combustion sont constitués par du dioxyde de carbone, éventuellement de l'oxyde de carbone, de la vapeur d'eau, de l'air en excès, et de l'azote qui, s'oxyde en monoxyde d'azote NO, et en dioxyde d'azote NO2. Dans la mesure où ces oxydes d'azote sont évacués dans l'atmosphère, ils peuvent former en présence d'eau de l'acide nitrique qui cause de graves dégâts écologiques. II est donc connu d'essayer de réduire autant que possible la production d'oxyde d'azote. II est connu que l'oxyde d'azote se forme à haute température. De nombreuses tentatives ont été faites pour réduire la température de la flamme et par suite diminuer la production d'oxyde d'azote. Une réduction de la température de la flamme peut être obtenue en répartissant la flamme à l'aide de plusieurs petits brûleurs. Cette solution est coûteuse à mettre en oeuvre car elle augmente le nombre de brûleurs. Une autre solution consiste à placer dans la flamme des barres qui prennent de l'énergie, qui rayonnent et font chuter la température de la flamme. Une autre solution consiste en la recirculation des gaz de combustion à la tête du brûleur. Les gaz de combustion sont ramenés à l'intérieur du brûleur, latéralement, au niveau de la flamme pour diminuer la température de celle-ci. Une autre solution consiste à réaliser un recyclage externe des gaz de combustion depuis la sortie de la chaudière, à une température de l'ordre de 2000C. Ces fumées sont réinjectées dans la zone de formation de la flamme, ou en amont de celle-ci. Les fumées sont riches en dioxyde de carbone et pauvres en azote, par rapport à l'air extérieur. II est donc possible en réalisant un mélange d'air neuf, c'est-à-dire riche en azote, et un mélange de fumées recyclées qui, elles, sont pauvres en azote. II est possible dans de telles conditions de diviser par deux la teneur en oxyde d'azote des gaz rejetés. Dans un tel cas, il est prévu un conduit de recyclage des fumées contenant une turbine entraînée par un moteur qui lui est associé, un pressostat de contrôle de débit, un volet de modulation en fonction de la puissance, actionné par un moteur électrique avec contrôle de position, un dispositif de protection thermique, et bien entendu les dispositifs d'alimentation électrique et de commande appropriés. II en résulte une complication de l'installation, et une complication de la surveillance et de la maintenance, puisqu'il convient de s'assurer du bon fonctionnement de la turbine montée dans le conduit de recyclage lorsque la chaudière fonctionne. Le but de l'invention est de fournir une chaudière à recyclage partiel des gaz de combustion, dans laquelle le recyclage des gaz puisse être réalisé de façon simple et économique, avec une excellente certitude que les gaz soient recyclés dès que la chaudière est en fonctionnement. A cet effet, dans le dispositif qu'elle concerne, du type précité, dans le conduit de recyclage est disposée une turbine entraînée par le moteur qui entraîne la turbine assurant l'amenée de l'air à la chambre de combustion et l'évacuation des fumées hors de celle-ci. Etant donné que c'est le même moteur qui entraîne la turbine disposée dans le conduit de recyclage et la turbine assurant l'amenée de l'air à la chambre de combustion et l'évacuation des fumées hors de celleci, cette chaudière permet de faire l'économie d'un moteur spécifique d'entraînement de la turbine de recyclage, de l'alimentation électrique de ce moteur, de sa protection, ainsi que du dispositif de contrôle de fonctionnement, dans la mesure où le fonctionnement de cette turbine est directement lié au fonctionnement de la turbine principale assurant la circulation de l'air de combustion et l'évacuation des fumées. Selon une forme simple d'exécution de cette chaudière les deux turbines respectivement de circulation d'air et des fumées et de recyclage, sont parallèles et calées sur l'arbre d'un même moteur. Dans la mesure où cette chaudière est une chaudière dont le combustible est le fioul, ou une chaudière mixte, la pompe à fioul peut être également calée sur l'arbre du moteur. Avantageusement, et afin de réduire le nombre d'organes de la chaudière, celle-ci comporte deux volets de réglage de la section de passage respectivement des conduits de circulation d'air et de fumées, et de recyclage, ces deux volets étant accouplés mécaniquement pour faire varier dans un même sens les sections de passage des conduits dans lesquels ils sont montés, et étant actionnés par un organe de commande unique. Suivant une première forme d'exécution de cette chaudière, dans le cas d'un brûleur à air soufflé, la turbine disposée dans le conduit de recyclage est disposée à proximité de l'extrémité aval de ce conduit, considérée dans le sens de circulation des gaz recyclés. Dans ce cas, le conduit de recyclage d'air peut déboucher en aval de la turbine de soufflage d'air, en amont ou en aval du déflecteur de la tête de combustion, ou en amont de la turbine de soufflage d'air. II est à noter que, si le conduit de recyclage débouche en aval de la turbine de soufflage d'air, seule la turbine disposée dans le conduit de recyclage est en acier inoxydable, I'autre turbine pouvant être réalisée en un acier de qualité plus ordinaire, dans la mesure où elle n'est pas soumise au flux des gaz recyclés, qui sont corrosifs. Dans la mesure où le conduit de recyclage débouche en amont de la turbine de soufflage d'air, cette dernière doit également être réalisée en acier inoxydable puisque les gaz recyclés passent à son contact. Selon une autre forme d'exécution, dans le cas d'une chaudière à extracteur de fumée, la turbine disposée dans le conduit de recyclage est disposée à proximité de l'extrémité amont de ce conduit, considérée dans le sens de circulation des gaz recyclés. Dans ce cas, le conduit de recyclage peut déboucher soit en amont, soit en aval de la turbine d'extraction de fumées. Dans les deux cas, les deux turbines étant soumises à un flux de gaz de combustion, devront être réalisées en acier inoxydable. De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cette chaudière Figure 1 est une vue très schématique d'un premier dispositif de recyclage des gaz de combustion Figures 2 et 3 sont deux vues en coupe longitudinale et en coupe transversale correspondant à la réalisation du dispositif de figure 1 Figure 4 est une vue très schématique d'un second dispositif; Figure 5 est une vue schématique d'un troisième dispositif travaillant avec extraction des gaz de combustion Figure 6 est une vue partielle d'une réalisation correspondant au dispositif de figure 5 Figure 7 est une vue d'un autre dispositif travaillant avec extraction des gaz de combustion. La figure 1 représente très schématiquement une chambre de combustion 2, dans laquelle débouchent un conduit 3 d'amenée d'air de combustion, et un conduit 4 d'évacuation des gaz. La formation de la flamme est réalisée au niveau d'un déflecteur 5 de tête de combustion. En aval de la chambre de combustion 2 débouche, dans le conduit d'évacuation 4 des fumées, un conduit 6 dont l'autre extrémité débouche dans le conduit 3 d'amenée d'air, en amont du déflecteur 5 de tête de combustion. Dans le conduit 3 d'amenée d'air à la chambre de combustion est disposée une turbine de soufflage d'air 7, entraînée par un moteur électrique 8. Conformément à l'invention, sur l'arbre 9 du moteur 8, est également calée une deuxième turbine 10 montée dans le conduit 6 de recyclage. Sur cet arbre 9 peut être montée une pompe à fioul 12, dans la mesure où il s'agit d'une chaudière à fioul ou d'une chaudière mixte. Dans les conduits 3 et 6 sont montés des volets ou registres, respectivement 13 et 14, destinés à faire varier la section de passage de ces deux conduits. Les deux volets 13 et 14 sont reliés par un accouplement mécanique 15 et commandés simultanément par un même moteur, de telle sorte qu'ils font varier dans un même sens les sections de passage des conduits dans lesquels ils sont montés. II résulte de ce qui précède que le recyclage des fumées est assuré à l'aide d'une turbine 10 entraînée par le même moteur 8 que la turbine de soufflage d'air 7, et que le registre 14 de réglage de la section est entraîné simultanément au registre 13 de réglage de la section de passage du conduit d'amenée d'air 3. Le recyclage est donc assuré sans mise en oeuvre de moyens spécifiques onéreux, notamment d'un moteur spécifique à la turbine 10, de moyens de contrôle du fonctionnement de cette turbine, d'un pressostat, et des différents organes de sécurité associés. Les figures 1 et 2 représentent en traits mixtes une variante du dispositif, dans laquelle l'extrémité aval 6a du conduit de recyclage 6 débouche non pas en amont du déflecteur 5 de tête de combustion, mais immédiatement en aval de celui-ci, dans la zone de formation de la flamme. Cette solution peut présenter, par rapport à la précédente, I'avantage de ne pas appauvrir le mélange, et d'éviter le décollement de la flamme. Dans les autres formes d'exécution, décrites en référence aux figures 4 à 7, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments que précédemment. La forme d'exécution représentée à la figure 4 est une variante d'exécution du dispositif représentée à la figure 1. La seule différence réside dans le fait que l'extrémité 6b du conduit de recyclage 6 débouche non pas en aval de la turbine 7 de soufflage de l'air, mais en amont de celle-ci. II en résulte que la turbine 7 de soufflage de l'air, étant soumise à un flux de gaz recyclés relativement corrosifs, doit être réalisée en acier inoxydable. Les figures 5 à 7 représentent deux dispositifs dans le cas d'une chaudière avec extracteur de fumées. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 5 et 6, le moteur électrique 8 entraîne, par l'intermédiaire de son arbre 9, d'une part, la turbine de recyclage 10 et, d'autre part, la turbine d'extraction 16. Les fumées en provenance du brûleur sont aspirées par la turbine d'extraction, et rejetées dans le conduit 17 en direction de la cheminée. Dans ce conduit 17, débouche le conduit de recyclage des gaz 6, sur lequel est montée la turbine 10. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 7, le conduit de recyclage 6 débouche dans le conduit 17, non plus en aval de la turbine 16, mais en amont de cette dernière. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage à recyclage partiel des gaz de combustion, du type comportant un conduit de recyclage (6) débouchant, d'une part, en aval de la chambre de combustion, dans le conduit d'évacuation des gaz (4, 17) et, d'autre part, dans la zone de formation de la flamme ou dans le conduit (3) d'alimentation du brûleur en air, caractérisée en ce que dans le conduit de recyclage (6) est disposée une turbine (10) entraînée par le moteur (8) qui entraîne la turbine (7, 16) assurant l'amenée de l'air à la chambre de combustion et l'évacuation des fumées hors de celle-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux turbines (7, 16, 10) respectivement de circulation d'air et des fumées et de recyclage, sont parallèles et calées sur l'arbre (9) d'un même moteur (8). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte deux volets (13, 14) de réglage de la section de passage respectivement des conduits (3, 6) de circulation d'air et des fumées, et de recyclage, ces deux volets (13, 14) étant accouplés mécaniquement pour faire varier dans un même sens les sections de passage des conduits (3, 6) dans lesquels ils sont montés, et étant actionnés par un organe de commande unique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans le cas d'un brûleur à air soufflé, la turbine (10) montée dans le conduit de recyclage (6) est disposée à proximité de l'extrémité aval de ce conduit, considérée dans le sens de circulation des gaz recyclés. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisée en ce que le conduit de recyclage (6) débouche en aval de la turbine de soufflage d'air, et en amont du déflecteur de la tête de combustion. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisée en ce que le conduit (6) de recyclage débouche en aval de la turbine de soufflage d'air, et en aval (6a) du déflecteur (5) de la tête de combustion, dans la zone de formation de la flamme. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisée en ce que le conduit de recyclage (6) débouche dans le conduit d'amenée d'air (3) en amont (6b) de la turbine (7) de soufflage d'air. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, dans le cas d'une chaudière à extracteur de fumée, la turbine (10) disposée dans le conduit de recyclage est disposée à proximité de l'extrémité amont de ce conduit, considérée dans le sens de circulation des gaz recyclés. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisée en ce que le conduit de recyclage (6) débouche en aval de la turbine (16) d'extraction de fumée. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisée en ce que le conduit de recyclage (6) débouche en amont de la turbine (16) d'extraction de fumée.