Brevet FR3033025A1 — publié le 20160826

ALAMBIC EQUIPE D'UN TOUR A FEU A DEUX ETAGES La présente invention se rapporte à un alambic équipé d'un tour à feu à deux étages. Un alambic comprend une chaudière contenant un liquide à chauffer, un brûleur disposé sous la chaudière. Pour améliorer le transfert thermique vers la chaudière, le brûleur est disposé dans une enceinte appelée foyer de manière à limiter les déperditions thermiques vers l'extérieur. Selon un mode de réalisation connu, un brûleur comprend au moins une alimentation en gaz sous la forme d'au moins une rampe au niveau de laquelle sont prévus des injecteurs via lesquels sort le combustible, notamment le gaz. Au contact du comburant, notamment l'air ambiant, la combustion se produit au niveau de la sortie de chaque injecteur. Des évents sont prévus pour faire pénétrer à l'intérieur du foyer, l'air nécessaire à la combustion. Les gaz d'échappement produits lors de la combustion s'échappent via une cheminée. Pour améliorer le rendement, les gaz d'échappement très chauds sont utilisés pour réchauffer la chaudière avant d'être rejetés. A cet effet, une enceinte appelée tour à feu s'étend tout autour de la partie inférieure de la paroi périphérique de la chaudière afin que les gaz d'échappement soient en contact avec cette partie de la paroi de la chaudière avant d'être rejetés. Ainsi, la chaudière et son contenu sont chauffés grâce à un premier transfert thermique de type convection au niveau du foyer et par un second transfert thermique de type conduction au niveau du tour à feu. La présente invention vise à améliorer le rendement du transfert thermique au niveau du tour à feu. Ainsi, l'invention a pour objet un alambic comprenant une chaudière apte à contenir un liquide, un foyer fermé disposé sous la chaudière avec au moins un brûleur susceptible de générer des gaz brûlés chauds ainsi qu'un tour à feu qui s'étend tout autour de la partie inférieure de la paroi périphérique de la chaudière afin que les gaz brûlés chauds soient en contact avec cette partie de la paroi de la chaudière entre une entrée et une sortie du tour à feu, caractérisé en ce que le tour à feu comprend au moins une cloison permettant de 3033025 2 canaliser les gaz brûlés dans le tour à feu afin que ces derniers effectuent au moins deux fois le tour de la chaudière entre l'entrée et la sortie du tour à feu. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés 5 sur lesquels : - La figure 1 est une coupe d'un alambic équipé d'un brûleur selon une première variante de l'invention, - La figure 2 est une coupe illustrant en détails la partie de l'alambic de la figure 1 située sous la chaudière, 10 - La figure 3 est une vue latérale d'un brûleur selon une première variante de l'invention, - La figure 4 est une vue de dessus du brûleur de la figure 3, - La figure 5 est une coupe du brûleur de la figure 3, - La figure 6 est une coupe transversale d'un brûleur selon une autre variante de 15 l'invention, - La figure 7 est une coupe d'un alambic avec un tour à feu selon une variante de l'invention, - La figure 8A est une vue de dessus d'un premier étage du tour à feu illustré sur la figure 7, 20 - La figure 8B est une vue de dessus d'un second étage du tour à feu illustré sur la figure 7, et - La figure 9 est une coupe d'un alambic avec un tour à feu selon une variante de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un alambic comprenant une chaudière 10 25 supportée par un bâti 12 et apte à contenir un liquide à distiller ainsi qu'un foyer fermé 14 sous la forme d'une enceinte close, disposée sous la chaudière 10. L'alambic comprend également un tour à feu 16 ainsi qu'une cheminée 18 pour évacuer les gaz de combustion générés dans le foyer 14. Tous ces éléments sont connus de l'homme du métier et ne sont pas plus décrits. Selon un mode de réalisation, le foyer 14 comprend au moins un brûleur 26 et est délimité par le fond 20 de la chaudière, une paroi latérale périphérique 22 et une paroi inférieure 24 sensiblement horizontale. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette forme de foyer. 3033025 3 Selon un mode de réalisation, le brûleur 26 comprend au moins une paroi poreuse 28 dont une première face 30 est en contact avec le foyer et en regard du fond 20 de la chaudière et dont la face opposée 32 délimite une chambre d'alimentation 34 en un mélange gazeux comportant un comburant (air) et un carburant (gaz). Le fait d'utiliser une paroi poreuse 5 permet d'améliorer le transfert thermique au niveau du foyer. En effet, en plus des flammes présentes au niveau de la première face 30 qui permettent d'obtenir un transfert thermique par convection, la paroi poreuse 28 permet d'obtenir un transfert thermique par rayonnement. De préférence, la paroi poreuse est un treillis métallique. 10 Ce treillis est constitué de fils métalliques tricotés. Ces fils métalliques sont en acier réfractaire et doivent avoir une bonne résistance à la corrosion à haute température. A titre d'exemple, la paroi poreuse est réalisée à partir d'un tissu commercialisé sous la référence « Bekinit » utilisant des fils métalliques en un matériau commercialisé sous la dénomination « Fecralloy ». 15 Avantageusement, cette chambre d'alimentation 34 est isolée thermiquement du foyer afin que la combustion s'opère au niveau de la première face 30 de la paroi poreuse et non en amont selon le sens d'écoulement du flux gazeux référencé 36 (voir figure 5). A cet effet, des moyens d'isolation thermique 38 sont interposés entre le foyer 14 et l'alimentation en un mélange gazeux. Cet agencement permet d'éviter que le point d'auto-inflammation du 20 mélange gazeux ne soit atteint en amont de la paroi poreuse alors que le brûleur est disposé dans le foyer ou en contact avec le foyer et que la température dans le foyer est largement supérieure au point d'auto-inflammation. La chambre d'alimentation 34 est reliée à un système d'alimentation 40 en mélange gazeux comburant (air) et carburant (gaz) via un conduit d'alimentation 42. 25 Ce système d'alimentation 40 comprend des moyens pour injecter du gaz et des moyens pour injecter de l'air dans le conduit d'alimentation 42. Il comprend des moyens pour ajuster le rapport entre le volume de gaz injecté et le volume d'air injecté, en agissant par exemple sur les moyens pour injecter le gaz et/ou les moyens pour injecter de l'air. De préférence, le rapport entre le volume de gaz et le volume d'air injectés est ajusté de manière à obtenir un 30 excès d'air compris entre 15% et 30% par rapport au dosage stoechiométrique. Avantageusement, le système d'alimentation 40 comprend des moyens pour souffler le comburant à savoir l'air et donc le mélange en direction de la paroi poreuse 28. 3033025 4 Cet agencement permet d'imposer un régime de combustion qui permet de limiter l'influence du tirage de la cheminée sur la combustion voire de rendre cette dernière indépendante du tirage. Ce flux gazeux peut varier en fonction de la puissance de chauffage souhaitée. 5 Selon un mode de réalisation, les moyens pour injecter l'air et les moyens pour souffler l'air se présentent sous la forme d'une unique turbine qui impose un flux d'air. Les moyens d'injection du gaz se présentent sous la forme d'un injecteur et permettent d'ajuster le rapport carburant/comburant. A titre d'exemple, pour un alambic de 25 hl, le débit de la turbine est compris entre 0 et 200 10 m3/h. Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, la chambre d'alimentation 34 se présente sous la forme d'un caisson sensiblement parallélépipédique délimité par un fond 44, des parois latérales 46 et la paroi poreuse 28 qui est disposée parallèlement au fond 44 et espacée de ce dernier. 15 Le fond 44 comprend un orifice 48 relié à une première extrémité du conduit d'alimentation 42 dont l'autre extrémité est reliée au système d'alimentation 40. Comme illustré sur la figure 5, le caisson comprend à l'intérieur au moins un déflecteur 50 qui permet de dévier le flux gazeux sortant du conduit d'alimentation 42 en direction des parois latérales 46 du caisson afin que le mélange gazeux frais entrant dans le caisson lèche 20 les parois latérales 46 et les refroidisse ce qui tend à limiter l'élévation de température à l'intérieur du caisson. De préférence, le caisson comprend des moyens pour répartir le mélange sur toute la surface de la paroi poreuse. Ainsi, le caisson comprend une plaque de répartition 52 parallèle à la paroi poreuse et espacée de cette dernière. Cette plaque de répartition 52 25 comprend une pluralité d'ouvertures 54 dont les formes, la densité, la répartition permettent d'ajuster la répartition du flux du mélange gazeux sur la surface de la paroi poreuse. Selon un mode de réalisation, la plaque de répartition est une tôle en acier avec des ouvertures de 3 mm de diamètre et un taux d'ouverture de 4 à 5% (rapport entre la 30 superficie des parties pleines de la plaque et celle des ouvertures). Selon un mode de réalisation, le caisson est réalisé à partir d'un assemblage de tôles pliées pour former le fond 44 et les parois latérales 46. L'extrémité supérieure des parois latérales 3033025 5 46 est pliée de manière à former un rebord périphérique 56 offrant une surface d'appui pour la paroi poreuse 28. Cette dernière est maintenue en place grâce à des plaques 58 qui sont fixées aux parois latérales 46, la paroi poreuse 28 étant pincée entre le rebord périphérique 56 et les plaques 58. 5 Avantageusement, les plaques 58 ne sont pas continues. Ainsi, un même côté du caisson peut comprendre plusieurs plaques 58. Selon un mode de réalisation, les plaques 58 se présentent sous la forme de cornières sectionnées et espacées entre elles. Cet agencement permet de gérer les différences de dilatation entre les différentes parties reliées. Pour initier la combustion, des moyens d'allumage 60 sont intégrés dans la paroi poreuse 28 10 ou disposés juste au-dessus de la première face 30 de la paroi poreuse 28. Selon un mode de réalisation, les moyens d'allumage se présentent sous la forme d'une électrode apte à générer une étincelle entre elle et le treillis métallique. Lorsque le brûleur à gaz se présente sous la forme d'un caisson, la paroi inférieure 24 du foyer comprend une ouverture 62 permettant de dégager au moins partiellement la paroi 15 poreuse. L'ouverture 62 a des formes et des dimensions qui sont sensiblement identiques au pourtour intérieur 64 des plaques 58 du caisson ce qui correspond à la périphérie extérieure de la surface active de la paroi poreuse. De préférence, la paroi inférieure 24 comprend un décrochement qui permet de loger le caisson et de rapprocher la paroi poreuse 28 du fond de la chaudière. 20 L'ouverture 62 est délimitée par un bord périphérique 66 sensiblement plan. Les moyens d'isolation thermiques 38 sous forme d'un joint 68 sont intercalés entre le bord périphérique 66 de l'ouverture 62 et le pourtour du caisson (plus précisément les plaques 58 du caisson), ce dernier étant maintenu plaqué en direction du bord périphérique 66 par des moyens de liaison 70. 25 Selon un mode de réalisation, le joint 68 est composé de fils de verre entrelacés autour d'une âme constituée d'un ruban en verre haute température cardé. A titre d'exemple, on peut utiliser un joint commercialisé sous la dénomination « Ferlajoint VHTC ». Les moyens de liaison 70 peuvent être réalisés de différentes manières, comme par exemple sous la forme de quatre sauterelles. 30 Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 6, la chambre d'alimentation 34 est tubulaire. 3033025 6 Ainsi, la chambre d'alimentation 34 est délimitée par un premier tube 72 comportant au moins une ouverture 74 obturée par une paroi poreuse 28 susceptible d'être de même nature que celle du mode de réalisation des figures 1 à 5. La paroi poreuse 28 est solidarisée au tube 72 par tous moyens appropriés comme par 5 exemple par soudage, rivetage ou autre. Avantageusement, la ou les ouvertures sont disposées le long de la génératrice supérieure du tube 72 de manière à être orientées vers le fond de la chaudière. Un second tube 78 est disposé à l'intérieur du premier tube 72, les deux tubes 78 et 72 ayant des axes sensiblement parallèles et de préférence confondus. 10 Ce second tube 78 est relié au conduit d'alimentation 42 ou correspond à une partie de ce conduit d'alimentation. Il comprend au moins une ouverture 80 permettant de laisser passer le mélange gazeux de l'intérieur du second tube 78 vers la zone située entre les deux tubes 72 et 78. Selon un mode de réalisation, la ou les ouvertures 80 sont disposées le long de la génératrice 15 supérieure du tube 78 de manière à être orientées vers la ou les ouvertures 74 du premier tube 72. La forme, les dimensions, l'agencement des ouvertures 80 sont déterminés en fonction de la répartition du flux gazeux souhaitée au niveau de la surface de la ou des parois poreuses 28. Deux cloisons 82 sont intercalées entre les deux tubes 72 et 78 de manière à scinder cette 20 zone entre les deux tubes 72 et 78 en deux secteurs isolés l'un de l'autre de manière étanche. Le premier secteur 84 permet de faire communiquer les ouvertures 74 et 80 et correspond à une chambre d'alimentation. Le premier secteur s'étend sur un secteur angulaire ajusté à la surface du premier tube 72 recouvert par la ou les paroi(s) poreuse(s) 28. 25 L'autre secteur 86 comprend les moyens d'isolation thermique 38. Ainsi, ce secteur 86 est rempli d'un matériau isolant thermiquement sous forme de poudre ou de granulats comme par exemple de la chamotte et permet d'isoler la chambre d'alimentation et le tube 78 assurant l'acheminement du mélange gazeux. Selon ce mode de réalisation, la paroi latérale périphérique 22 délimitant le foyer comprend 30 une ouverture permettant le passage du tube 72. Sur les figures 7, 8A et 8B, on a représenté un tour à feu permettant d'améliorer les échanges thermiques entre les gaz brûlés issus du foyer 14 et la chaudière 10. 3033025 7 Le tour à feu 16 est délimité par au moins une paroi espacée de la paroi de la chaudière, un fond 88 et une paroi supérieure 90 et communique en partie inférieure avec le foyer 14 via au moins une entrée 92 et en partie supérieure avec un conduit de cheminée 18 via au moins une sortie 94. 5 Selon un mode de réalisation, la paroi supérieure 90 est disposée dans un plan horizontal disposé en dessous du niveau de remplissage de la chaudière 10. Avantageusement, le tour à feu 16 comprend au moins une cloison 96 permettant de canaliser les gaz brûlés dans le tour à feu afin que ces derniers effectuent au moins deux fois le tour de la chaudière entre l'entrée 92 et la sortie 94 du tour à feu. Cette configuration 10 permet de rallonger la longueur du trajet des gaz brûlés en contact avec la chaudière et d'améliorer le rendement de l'échange entre les gaz brûlés et la chaudière. De préférence, la cloison est sensiblement horizontale et scinde le tour à feu en deux compartiments (ou étages) superposés l'un sur l'autre, un premier compartiment bas 98B et un second compartiment haut 98H, le compartiment bas 98B communiquant avec l'entrée 15 92 et le compartiment haut 98H avec la sortie 94. Selon un mode de réalisation, les deux compartiments 98B et 98H sont annulaires et s'étendent sur toute la périphérie de la chaudière 10. Pour assurer le passage des gaz brûlés du compartiment bas 98B au compartiment haut 98H, la cloison 96 comprend une ouverture 99 visible sur la figure 8A. L'entrée 92 et l'ouverture 20 99 sont rapprochées et séparées par une première cloison transversale 100 qui obture toute la section du compartiment bas 98B afin que les gaz brûlés parcourent le plus long trajet dans le compartiment bas, comme illustré sur la figure 8A. L'ouverture 99 et la sortie 94 sont rapprochées et séparées par une seconde cloison transversale 102 qui obture toute la section du compartiment haut 98H afin que les gaz brûlés parcourent le plus long trajet dans 25 le compartiment haut, comme illustré sur la figure 8B. Selon une autre caractéristique, la section du tour à feu 16 se réduit de l'entrée 92 vers la sortie 94 afin de tenir compte du refroidissement des gaz brûlés et maintenir une vitesse sensiblement constante des gaz brûlés dans le tour à feu 16. Avantageusement, le compartiment haut 98H a une section inférieure à celle du 30 compartiment bas 98B comme illustré sur la figure 7. 3033025 8 A titre indicatif, la température des gaz brûlés est de l'ordre de 500 à 650° C au niveau de l'entrée 92 du compartiment bas 98B alors que la température au niveau de la sortie 94 du compartiment haut 98H est de l'ordre de 150 à 220° C. Afin de tenir compte de cette variation de température, la section du compartiment bas 98B 5 est de 1,3 à 1,8 fois supérieure à celle du compartiment haut 98H. L'invention propose également une solution illustrée par les figures 9 et 10, permettant de réduire les coûts de fabrication et d'installation d'un tour à feu et limitant les déperditions thermiques. En ce sens, le tour à feu est réalisé à partir de parois en acier inoxydable qui sont mises en 10 forme. Le fond 88 du tour à feu est distant du fond 20 de la chaudière de manière à recouvrir la face intérieure du fond 88 d'un premier isolant thermique 104. Pour la suite de la description, on entend par isolant thermique, un isolant thermique ou plusieurs isolants thermiques par exemple plusieurs couches d'isolants thermiques accolées 15 les unes contre les autres. Des structures porteuses 106 traversent le premier isolant thermique 104 et sont intercalées entre le bâti 12 et la chaudière 10 de manière à assurer la reprise des efforts, notamment le poids de la chaudière. Ces structures porteuses 106 peuvent être en un matériau réfractaire. Selon un mode de réalisation, le premier isolant thermique 104 comprend une découpe 20 centrale dont le chant 108 délimite le foyer 14. Avantageusement, le premier isolant thermique 104 comprend au niveau de sa face supérieure, une découpe 110 qui matérialise l'entrée 92 du tour à feu et qui permet de faire communiquer le foyer 14 avec le tour à feu. L'épaisseur du premier isolant thermique 104 est de l'ordre de 150 mm. Avantageusement, le premier isolant thermique 104 a une résistance thermique comprise 25 entre 1,5 et 2,5 K/W. Malgré la température élevée au niveau du foyer et de l'entrée du tour à feu (supérieure à 500°C), il est possible d'utiliser une paroi en acier inoxydable pour former le fond 88 et non un matériau réfractaire car l'isolant 104 permet de réduire la température au niveau de la paroi formant le fond 88. Avantageusement, le premier isolant thermique 104 comprend plusieurs couches, à savoir 30 de l'intérieur vers l'extérieur au moins une couche de laine de silicate alcalino-terreux 104.1, un pare vapeur 104.2 et au moins un matelas d'aérogel de silice 104.3. 3033025 9 Selon un mode de réalisation, le premier isolant 104 comprend deux couches de laine de silicate alcalino-terreux 104.1, un pare vapeur 10.2 sous forme d'une fine tôle métallique, au moins une couche de laine de roche 104.4 et au moins un matelas d'aérogel de silice 104.3. Les deux couches de laine de silicate alcalino-terreux 104.1 ont une épaisseur globale de 5 l'ordre de 60 à 70 mm. La ou les couches de laine de roche 104.4 ont une épaisseur globale de l'ordre de 80 mm. Le ou les matelas d'aérogel de silice 104.3 ont une épaisseur globale de l'ordre de 10 mm. En plus du fond 88, le tour à feu 16 comprend au moins une première paroi cylindrique 112 espacée de la chaudière. 10 Cette paroi cylindrique 112 est revêtue au niveau de sa face intérieure (orientée vers la chaudière) d'un deuxième isolant thermique 114. Cet isolant 114 permet de réduire la température au niveau de la face intérieure de la paroi cylindrique 112. De préférence, le deuxième isolant thermique 114 a une épaisseur de l'ordre de 10 à 15 mm. Selon un mode de réalisation, le deuxième isolant thermique 114 correspond à l'une des 15 couches de laine de silicate alcalino-terreux 104.1 qui remonte au niveau de la paroi cylindrique 112. Selon une autre caractéristique, la paroi cylindrique 112 comprend au niveau de sa face extérieure un revêtement isolant thermiquement 116. Avantageusement, le revêtement isolant thermiquement 116 a une résistance thermique 20 comprise entre 2 et 3 K/W. Ce revêtement 116 permet de limiter l'apparition d'un phénomène de condensation au niveau de la face intérieure de la paroi cylindrique 112 en contact avec les gaz brûlés chauds. Avantageusement, le revêtement isolant thermiquement 116 comprend plusieurs couches, à savoir de l'intérieur vers l'extérieur au moins une couche de laine de roche 116.1 et au 25 moins un matelas d'aérogel de silice 116.2. La ou les couches de laine de roche 116.1 ont une épaisseur globale de l'ordre de 120 mm. Le ou les matelas d'aérogel de silice 116.2 ont une épaisseur globale de l'ordre de 20 mm. De préférence, le tour à feu comprend plusieurs compartiments 98H et 98B. Dans ce cas, le tour à feu comprend plusieurs parois cylindriques 112 et 112', la première délimitant le 30 compartiment bas 98B et la seconde le compartiment haut 98H, la paroi cylindrique 112' ayant un diamètre supérieur à celui de la paroi cylindrique 112. 3033025 10 Dans ce cas, le deuxième isolant thermique 114 ne recouvre que la face intérieure de la paroi cylindrique 112. La présence du deuxième isolant thermique 114 au niveau de la paroi cylindrique 112' n'est pas nécessaire car la température des gaz brûlés dans le compartiment haut 98H est inférieure à celle des gaz brûlés au niveau du compartiment bas 98B. 5 A contrario, le revêtement isolant thermiquement 116 s'étend au niveau des faces extérieures des deux parois cylindriques 112 et 112'. Cependant, l'épaisseur du revêtement 116 est nettement moins importante au niveau de la paroi cylindrique 112' que de la paroi cylindrique 112, la résistance thermique au niveau de la paroi 112' devant être comprise entre 1 et 2 K/W. 10 Au niveau de la paroi cylindrique 112', la ou les couches de laine de roche 116.1 ont une épaisseur globale de l'ordre de 40 mm. En complément des parois cylindriques 112, 112' et du fond 88, le tour à feu comprend une cloison 96 qui sépare les deux compartiments 98B et 98H et une paroi supérieure 90, toutes les deux en acier inoxydable. La cloison 96 assure également la jonction entre les deux parois 15 cylindriques 112 et 112'. REVENDICATIONS1. Alambic comprenant une chaudière (10) apte à contenir un liquide, un foyer fermé (14) disposé sous la chaudière (10) avec au moins un brûleur (26) susceptible de générer des gaz brûlés chauds ainsi qu'un tour à feu (16) comprenant au moins une paroi qui s'étend tout autour de la partie inférieure de la paroi périphérique de la chaudière afin que les gaz brûlés chauds soient en contact avec cette partie de la paroi de la chaudière entre une entrée (92) et une sortie (94) du tour à feu, caractérisé en ce que le tour à feu (16) comprend au moins une cloison (96) permettant de canaliser les gaz brûlés dans le tour à feu afin que ces derniers effectuent au moins deux fois le tour de la chaudière entre l'entrée (92) et la sortie (94) du tour à feu. 2. Alambic selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison (96) est sensiblement horizontale et scinde le tour à feu en deux compartiments superposés l'un sur l'autre, un premier compartiment bas (98B) et un second compartiment haut (98H) qui communiquent entre eux grâce à une ouverture (99), le compartiment bas (98B) communiquant avec l'entrée (92) et le compartiment haut (98H) avec la sortie (94). 3. Alambic selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrée (92) et l'ouverture (99) sont rapprochées et séparées par une première cloison transversale (100) qui obture toute la section du compartiment bas (98B) afin que les gaz brûlés parcourent le plus long trajet dans le compartiment bas. 4. Alambic selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'ouverture (99) et la sortie (94) sont rapprochées et séparées par une seconde cloison transversale (102) qui obture toute la section du compartiment haut (98H) afin que les gaz brûlés parcourent le plus long trajet dans le compartiment haut. 5. Alambic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section du tour à feu (16) se réduit de l'entrée (92) vers la sortie (94) afin de maintenir une vitesse sensiblement constante des gaz brûlés dans le tour à feu (16). 6. Alambic selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le compartiment bas (98B) a une section supérieure à celle du compartiment haut (98H). 7. Alambic selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section du compartiment bas (98B) est de 1,3 à 1,8 fois supérieure à celle du compartiment haut (98H).