,z3s~7 La pr~sente invention concerne une installation et un pro-c~d~ permettant d'am~liorer les caract~ristiques de fonctionn~mcnt d'une installation de chauffage du type ~ combustion submerg~e.
Pour diverses applicatio~,notamment de chauffage indus-S triel, de chauffage de piscineset autres, on utilise parfois desinstallations comportant des brûleurs ~ combustion submerg~e.
L'intéret de telles installations est que l'on r~cupère, du fait du barbotage des gaz de combustion dans l'eau à ch2uffer, la plus grande partie de la chaleur latente de condensation des fum~es, au moins si la température du bain n'est pas trop élevée.
Dans de te]les conditions on obtient couramment des rendements calculés sur le pouvoir calorifique inférieur (PCI~ supérieurs à 100%, et fréquemment de l'ordre de 105%.
Cette technique présente également l'avantage que l'échan~
geur de chaleurest de construction très simplifi~e,étant constitu~
la plupart du temps d'une sorte de conduit prolongeant la chambre de combustion dans laquelle débouche le br~leur.
Si l'on veut obtenir des températures de bain relativement élev~es, et en particulier supérieures à 60C, le rendement de la combustion submergée diminue.Si l'on ne prend pas des précautions particuli~res, le rendement tombe même à zéro pour une température de bain voisine de 90C, température à partir de laquelle la cha-leur apportée par la combustion ne sert plus pratiquement qu'à é~
vaporer l'eau du bain, vapeur d'eau qui s'échappe avec les fum~es à la cheminée.
Dans certaines installations, on a tent~ cependant par divers moyens d'utiliser le principe de la combustion submergée pour obtenir des températures de bain supérieures à 60C, et ce avec des rendements convenables. Pour atteindre ce but on a pr~-conis~ de faire traverser par les fumes l'eau froide des retoursou de l'alimentation du bain, de fa~on à condenser et récup~rer la chaleur de vaporisation de l'eau et des produits de la combustion.
Les solutions connues sont cornpliquées demandant l'emploi de pom-pes de circulation qui sont chères et consomment de la puissance, et les résultats obtenus sont généralement peu satisfaisantssur le plan du rendement, surtout dès que la température du bain doit dépasser 70 ou80C.
L'objet de l'invention est, dans une installation ~ com -bustion submergée, de résoudre les problèmes susmentionnés, en proposant une installation simple permettant d'obtenir de tr~s . ~
'' .: . , z3s ~ 7 The present invention relates to an installation and a pro-c ~ d ~ allowing to improve the functional characteristics of a heating installation of the ~ submerged combustion ~ e type.
For various applications, including industrial heating S triel, swimming pool heating and the like, we sometimes use installations with burners ~ submerged combustion ~ e.
The interest of such installations is that one r ~ cupère, due to the bubbling of the combustion gases in the water to be heated, most of the latent heat of condensation of smoke ~ es, at least if the bath temperature is not too high.
In te] conditions, yields are commonly obtained calculated on the lower calorific value (PCI ~ higher 100%, and frequently around 105%.
This technique also has the advantage that the sample ~
heat gest is very simplified construction, being constituted mostly a kind of conduit extending the room combustion in which emerges the br ~ their.
If one wants to obtain relatively bath temperatures elevated, and in particular above 60C, the yield of the submerged combustion decreases. If care is not taken particular, the yield even drops to zero for a temperature of bath close to 90C, temperature from which the brought to them by combustion is used practically only in é ~
vaporize the bath water, water vapor which escapes with the smoke ~ es at the fireplace.
In some installations, however, attempts have been made ~
various ways to use the principle of submerged combustion to obtain bath temperatures above 60C, and this with decent yields. To achieve this goal we have pr ~ -conis ~ to make the fumes pass through the cold water from the returns or from the bath supply, in order to condense and recover the heat of vaporization of water and products of combustion.
Known solutions are explained requiring the use of pump expensive traffic that consumes power, and the results obtained are generally unsatisfactory on the performance plan, especially as soon as the bath temperature should exceed 70 or 80C.
The object of the invention is, in an installation ~ com -submerged bustion, to solve the aforementioned problems, by offering a simple installation to obtain very ~
. ~
'' .:.
2 ~X23S~
,, ~
bons rendements de fonctionnement avec des temp~ratures de bain pouvant avoisiner 90C.
A cet effet, l'installation de chauffage du type à combus-tion submergée se caractérise selon l'invention en ce qu'on ~quipe 5 l'installation sur la sortie des fumées au-dessus du bain ~ chauf-fer d'une tour de lavage comprenant en contre-courant avec les fumées une série de cascadesformant plusieurs rideaux d'eau sensi-blement continus disposés en série sur le trajet aes fum~es, les-dits rideaux étant aliment~s par un débit d'eau froide à chauffer 10 de l'installation, lesdites cascades comportant des parois de for~
mation des rideaux d'eau pourvues en partie haute et en partie basse de moyens tels que des dents, des arêtes en saillie et des orifices assurant une formation continue sans déchirure. des .
rideaux-sur ~oute leur largeur .
Selon une autre caractéristique de l'~nvention, on pr~voit un plateau,recouvrant la plus grande partie de la surface du bain, placé en dessous de la tour de lavage, ledit plateau comportant une surface sensiblement horizontale bordée d~une paroi dépassant en dessus et en dessous dlelle en ménageant au-dessus un volume de 20 recueillement des eaux tombant de la tour de lavage et en dessous un volume~de confinement des fumées s'élevant du bain. En utilisant les moyens ci-dessus mentionnés, il devient:possible d'atteindre des températures de bain voisines de 90C, avec des rendements de combustion tout à fait satisfaisant~pourvu.seulem~t que les re~ours 25 d'eau froide dans la tour de lavage soient à une température conve-nable, suffisa~mentbasse par exemple voisine de 40C ou inférieure.
La conduite de l'installation peut se faire de façon conti-nue ou discontinue selon l'usage~
En usage continu , conformément à un perfectionnement de 30 l'invention, on procede au contrôle du.dé.bit de sortie d'eau du bain et l'on commande le chauffage du bain jusqu'à la temp~rature maximale souhaitée, par exemple de 88C lo~ue ledit débit est sup~rieur ~ un débit minimum déterminé, tandis que lorsque ce d~-b~t est inférieur ~ ce d~bit minimum déterminé on ne chauffe le 35 bain que jusqu'à une température minimale détermin~e choisie, par exemple de 70C, de façon à satisfaire instantan~ment aux besoins de la demande.
L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plu5 claire-ment ~ l'aide de la description qui va suivre faite en r~f~rence :
' ,. . ~ ~ ' . ; , 2 ~ X23S ~
,, ~
good operating yields with bath temperatures can be around 90C.
For this purpose, the combustion-type heating installation submerged tion is characterized according to the invention in that ~ team 5 installation on the smoke outlet above the bath ~ heating-iron of a washing tower comprising against the current with the smoke a series of waterfalls forming several curtains of sensitive water enely continuous arranged in series on the path aes smoke ~ es, said curtains being supplied ~ s by a flow of cold water to be heated 10 of the installation, said waterfalls comprising walls of for ~
mation of water curtains provided at the top and in part bass means such as teeth, protruding edges and holes for continuous training without tearing. of.
curtains-on ~ oute their width.
According to another characteristic of the ~ nvention, we see a tray, covering most of the surface of the bath, placed below the washing tower, said tray comprising a substantially horizontal surface bordered by a wall projecting at above and below it, leaving a volume of 20 collection of water falling from the washing tower and below a volume ~ of confinement of the fumes rising from the bath. Using the means mentioned above, it becomes: possible to reach bath temperatures close to 90C, with yields combustion completely satisfactory ~ provided.seulem ~ t that re ~ bears 25 of cold water in the washing tower are at a suitable temperature filler, sufficient ~ mentbasse for example close to 40C or lower.
The installation can be operated continuously naked or discontinuous depending on usage ~
In continuous use, in accordance with an improvement of 30 the invention, one proceeds to the control of the water outlet flow rate of the bath and the heating of the bath is controlled up to the temperature maximum desired, for example 88C lo ~ ue said flow is sup ~ laughing ~ a determined minimum flow, while when this d ~ -b ~ t is lower ~ this d ~ minimum bit determined we do not heat the 35 bath only up to a determined minimum temperature ~ e, for example of 70C, so as to instantly satisfy the needs demand.
The invention and its implementation will appear more clear ment ~ using the description which follows made in reference :
'' ,. . ~ ~ '. ; ,
3 ~.~S2~
aux dessins annex~s dans lesquels :
La figure 1 montre en coupe,sch~matiquement une installa-tion ~ combustion suhmergée pour le chauffage de l'eau ~ des temp~ratures supérieures ~ 60C con~ue selon l'art antérieur, La figure 2 montre en vue en coupe schématique à plus grande échelle une partie de l'installation illustrée ~ la figure 1 modifiée selon des perfectionnements conformes à l'invention.
La figure 3 montre en vueperspective ~ plus grande ~chelle comment sont formées les parois d'une cuvette de rétention d'eau 10 pour la formation des cascades dans la tour comme illustré ~ la figure 2, . La figure 4 montre en vueper.spective de façon schématique et avec arrachements- un plateau destin~ à coop~rer dans le bain avec la tour de lavage, 15 La figure 5 montre schématiquement une vue en coupe faite sensiblement selon le plan V-V de la figure 4, La figure 6 montre de façon schématique comme la figure 1 une installation modifi~e selon l'invention avec différents organes de commande et de contrôle de cette installation.
20 En se .. rep.ortant tout d'abord ~ la figure 1 on a illustré
une installation repérée dans son ensemble 1 comportant une cuve 2 contenant un bain 3 d'eau ~ chauffer au moyen d'un br~leur 4 combustion submergée débouchant dans la cuve dansune chambre de . combustion 5 se continuant par un échangeur 6. Les produits de la 25 combustion du gaz combustible habituellement utilis~.sont essentiel-lement du gaz carboni~ue et de la vapeur d'eau. La plus grande par-tie de la vapeur d'eau se condense dans l'eau du bain (si le bain n'est pas trop chaud~ auquel est céd~e la chaleur latente de vaporisation des fumées, tandis que les incondensables sont évacués 30 ~ la cheminée 7.
Comme mentionné ci-dessus une telle installation fonction-ne avec un très bon rendement si la temp~rature du bain est infé-rieure~ 60C environ. Par contre, au-dessus de cette température le rendement d1minue très vite du fait que la chaleur apport~e par 35 la combustion du brûleur sert ~ vaporiser une quantit~ d'eau de plus en plu5 grande,laquelle est envoyée en pure perte ~ la chemi-née 7. Le rendement tombe ~ zéro vers 90C.
Conformément ~ l'art antérieur lorsqu'on veut avec une installation 3 combustion submerg~e obtenir une temp~rature du ~ .~ .
~, . . ~ .
, '`: `
:
3S~
bain 3 sup~rieure ~ 60~C et avec un rendement de fonctionnement acceptable, on pr~voit avant la chemin~e 7 une tour de lavage 8 dans laquelle est vaporisée comme indiqu~ en 9 l'eau froide amen~e par une canalisation 10 des reto~rs de l'installation ou de com-pl~ments. A l'amenée des retours froids 10 correspond -1! évacua-tion de l'eau chaude en 11. La tour de lavage 8 permet grace ~ la pulvérisation d'eau froide en 9 allant à contre-courant des fumées chaudes s'élevant du bain de condenser en partie la vapeur d'eau tendant à s'échapper de l'installation~ et de retrouver ~es rende-ments de fonctionnement corrects . L'installation n'est relative-ment efficace que dans la mesure où la pulv~risation 9 se fait sous forte pression de multiples jets très fins, ce qui nécessite l'utilisation d'une pompe 12 relativement puissante et l'emploi de grilles de pulv~risation au niveau de l'injection en 9. Ces grilles ont tendance à se colmater--, par suite notamment des d~p~ts de calcaire.
Le rendement global de l'installation n'est pas très bon et diminueencore si le d~bit d'utiiisation d'eau chaude est faible et qu'en conséquence les reiours froids sont à faible débit ou température pas assez basse.
On se reportera maintenant à la figure 2 représentant une tour de lavage modifiée conformément à l'invention.
La tour de lavage 8 disposée au-dessus du volume 13~supé-rieur de la cuve 2 non occupée par le bain à chauffer 3 comporte essentiellement ~elon l'invention une série de cascades formant plusieursrideaux d'eau R1,R2, R3, R4 sensiblement continus dispos~s en série sur le trajet des fumées mat~rialisées par les flèches.
Chaque rideau se forme à partir d'une cuvette C1, C2, C3, C4 de rétention d'eau formée essentiellement d'une paroi inclinée 14 de ond se terminant, du c8té sur~levé de la paroi contre la paroi de la tour de lavage 8, et de l'autre c8té, en laissant une section de passage S réduite pour les fu~ées~par une paroi 15 sensiblement verticale.
Comme il appara~t plus clairement à la figure 3, la paroi 15 sur laquelle se forme le rideau de la cascade, comprend ~ sa partie supérieureun rebord 16 denté, lequel assure une bonne r~par-tition de l'écoulement de l'eau le long de toute la paroi 15, même si le bord 16 n'est pas yarfaitement horizontal. Sans une telle mesure, le rideau risquerait de ne se former que d'un côt~.
` : . . ~ '. ,:
. ~.
, 5 ~ ~5~35~
D'autre part, la parol 15 descend très n~tablement en-des-sous de la plaque de fond 14, de facon à pr~senter un rebord inf~rieur 17 qui fait ~aillie en-dessous de la paroi 14; cekte mesure est nécessaire de façon ~ empecher que le rideau d'eau qui doitseformer sur l'arete 17 ne remonte par capillarité en-des-sous de la surface de fond 14 de la cuvette, -.~r~ant des déchiru-res dans le r.ideau. En outre, des orifices 18 sont avantageusement pr~vus au voisina~e de l'arête inférieure 17 de la paroi 15 t de façon ~ assurer une bonne répartition de la cascade tout le long 1u de l'arête 17, les orifices 18 travaillant un peu de façon analo-gue ~ la denture du rebord 16.
Par l'utilisation de ces divers moyens conjugu~on est assuré-: d'obtenir des rideaux R1, R2... parfaitement continus, sans déchirure et à travers lesquels les fumées devront donc se frayer 1$ un passage, l'installa~on assurant un bon contact eau-fumée,.donc une condensation efficace de la vapeur.d'eau contenue dans les fum~es.
La cuvette.supérieure c1 est alimentée par un con~uit 19 de retour d'eau froide.perforé qui fait fonction au aiffuseur g de ~0 ~a figure 1 mais n'en présente pas les inconv~nients. o~ ~rofite cependant de cette aiimentation pour former une sorte de aernier rideau R5 avant la sortie des'fumées à la cheminée 7, et l'on guide les fum~es ~ l'entrée de.la cheminée par des déflecteurs 20 formant également ailettes de condensation.-.25 - Les cuvettès sont disposées les unes au-dessus des autres en quinconce de fason à venir d~border d'environ la moitié de leur longue~r.au-dessus de la cuvette inférieure. Avantageusement~ `
chaque rideau R est resu avant de tomber dans la cuvette inférieure sur une coupelle 21 formant gouttièresituée peu au-dèssus du ni-30 veau supérieur de la cuvette inferieure. Les.goutti~res 21 formenk ainsi des éclaboussures et.brisent le.rideau dans sa partie basse augmentant encore l'échange par contact entre l'eau et les fumées.
D'autre part, sous chaque cuvette C sont formées des ailet-tes de condensation 22 qui font saillie sous la surface 14 du fond des cuvettes favorisant les ~changes et le refroidissement des fum~es qui sont à température supérieure à celle de la cuvette formant déflecteur sous laquelle elles sont guidées. Les ailettes 22 s'arrêtent avant l.a surface de la paroi avant 15, de`fa~on ~
éviter les possibilités de remontée ~u rideau d'eau sous la cuvet-40 te, comme mentionné plus hau-t.
.
.
' `, ' ~S~35~
-~ ~tant donn~ qu'~ la sortie du bain les fum~es sont chaudes on calorifuye avantageusement la tour de lavage, au mo.ins dans sa partie basse, comme illustr~ en 23. En outre, lorsque la tour de lavage ne p~nëtre pas sur une grande hauteur dans la cuve 2, ~n 5 particulier lorsque la hauteur de l'installation doit être limitée, on pr~voit un ~largissement de la section de raccordement en incli-nant la paroi de raccordement comme indiqué en 24.
On se reportera maintenant aux figures4 et 5 dans lesquel-les sont illustrés d'autresmoyenstravaillant en conjugaison avec 10 la tour de lavage pour am~liorer le rendement de l'installation.
A la figure 4 on retrouve en vue extérieure la tour de lavage 8 avec la cheminée 7 et l'entrée des retours d'eau froide alimentant le conduit l9.On a arraché et éclaté. le dessus 25 de la cuve, de façon à laisser voir en-dessous un plateau 26 dont la construction 15 et l'usage vont être décrits ci-après. On aperçoit également dans la cuve 2 le brûleur 4 avec la chambre de combustion 5 et 1'échan-geur 6 d'où s'échappent:à~'intérieur du bain les fumées.
Le plateau 26 recouvre la plus grande partie de la surface -du bain, en présentant seulement une échancrure 27 pour le passage 20 du brûleur 4 et en laissant tout autour de lui un passage annulaire 28 (figure 5) entre la paroi de la cuve et lui.
Le plateau 26 comprend une surface sensiblement horizontale 29 bordée d'une paroi 30 dépassant en-dessus et en-dessous de la surface 29, en ménageant au-dessus un volume 3? de recueillement 25 des eaux tombant.de la tour de lavage 8 et en-dessous un volume 32 de confinement des fumées`s'élevant du bain comme illustr~ par les bulles 33 ~ la figure 5.
En fonctionnement normal de l'installation, c'est-~-dire lorsque le brûleur est alimenté, le plateau 26 est en partie immer-30 gé dans le bain 3, de sorte ~u'il existe une certaine contre-pres-sion que doiventvaincre les fumées s'accumulant dans le volume de confinement 32 pour passer par dessous l'ar~te inférieure 33 du volume 32 pour s'~chapper vers la tour de lavage. La surface 29 du plateau comporte à sa partie inf~rieure des ailettes 34 dféchange 35 formant saillie favorisant la condensation des fumées sous l'effet de l'eau plus froide tombant de la tour de lavage 8 contenue dans le volume 31 du plateau. De préf~rence, on assure la réyulation du système, comme il sera d~crit ci-apre6 de façon 3 obtenir une dif-férence de niveau h entre la surace libre du bain 3 et le niveau 40 35 du bain dans l'espace de confinement 32, de l'ordre de 15 à
~ ' .
'' ' ' ' ' . ' ~
- :
~2S~3~
".
20 centim~tr~,c'est-~-dire une surpression de l'ora.re de 15 3 20 rnillibars . un tel trav~len'~ression" par rapport ~ la pres-sion atmosphérique est intéressant, en ce qu'il améliore les ren-dements d'~change et de condensation~
Avec une installation du type d~crit ci-dessus, des essais on montré qu'il était possible d'obtenir un rendement de 103~ sur PCI avec une température des retours d'eau voisine:-de 35C et une température de sortie d'eau de 88~C. Bien entendu le rendement augmente si les retours d'eau froiae se font à température plus basse que 35C, ce qui peut être le cas pour de nombreuses utili-sations, en particulier lorsqu'il n'y a pas de recyclage de l'eau ou recyclage partiel.
La con~uite de l'installation décrite ci-dessus ne pose aucun problème. s'il s'agit d'usage ponctuel disconti~,u- ,par exem-ple un chauffage de bain industriel à une température déterminëe.
Par contre s'il s'agit d'usage plus ou moins continu ,aucours duquel on dési.re avoir ~ chaque ins~ant une température mini-male du.bain et à certain moment seulement des températures sup~-rieures et/ou des débits d'eau chaudes importants, on peut procé-der de la fàçon décrite ci-après pour obtenir une conduite de l'installation dans les meilleures conditions.
On se reportera maintenant à la figure 6 dans laquelle on a décrit schématiquement comment peut être avantageusement condui-~. la r~action de combustion submergée.
A la figure 6 on aperçoit les différents éléments princi-paux de l'installation qui ont été repérés par les mêmes chiffres de référence que dans les figures précédentes. Le br~leur 4 de l'installation-est alimenté en gaz par une conduite 36 et en air par une conduite 37. On supposera tout d'abord que l'installation est destinée ~ fournir normalement un certain débit d'eau chaude sortant en 11 à une température déterminée, comprise par exemple entre 70 et 88Co Dans de telles conditions de fonctionnement, on pilote avantageusement l'installation de la fason suivante.
On contrôle au moyen d'un appareil de mesure 38 le d~bit de sortie d'eau du bain. Lorsque ce débit est supérieur ~ un dé-bit minimum d~terminé, on commande le chauffage du bain jusqu'~
la temp~rature maximale, laquelle est relevée par toute sonde convenablement placée . Bien entendu au d~bit de sortie d'eau . '' 3~
chaude, soutir~ en 11 correspond un d~bit sensiblement Cqui -valent d'eau froide amené en 10. Ce débit est contr~l~ par une ~lectro-vanne 39 dont la commande ~lectrique 40 est reliée comme indiqu~ en 41 à une sonde 42 de niveau qui arrête l'alimentation 5 d'eau froide lorsque le niveau du ~ain tend ~ devenir trop élevé
dans la cuve, c'est-~-dire a submerger le plateau 26. En effet le bon onctionnement du brflleur nécessite des conditions de pression d~terminées relativement pr~cises en dehors desquelles une bonne combustion ne pourrait être obtenue. Une autre sonde (non repr~-sentée), commande de façon semblable l'alimentation en eau froide par le conduit 10 lorsque le niveau du bain descend en-dessous d'un niveau pré-déterminé, par exemple tel que le niveau 43 en-des-sous duquel la surpression h optimale dans la chambre de confine-ment 32 ne serait plus obtenue (figure 5). Lorsque la temp~rature 15 maximale du bain est atteinte, le thermostat de mesure ~non repr~-senté) coupe llalimentation du br~leur. Le niveau du bain descend du fait de l'annulation de la~surpression dans la chambre de con-finement 32, par exemple sensiblement au niveau rep~r~ 44 ~ la fi-gure 6. Aucune alimentation d'eau froide n'est admise tant que le 20 niveau dans la chambre ne descend pas en-dessous d'un niveau cri-tique déterminé mesur~ par exemple par une sonde 45 qui commande ; l'alimentation en eau froide et interdit dans de telles conditions l'allumage ~u br~leur 4, tant que le niveau du bain n'a pas remon-té.
En outre, de façon à maintenir la temp~rature du bain à une température minimale souhaitée,par exemple de 70C, le chauffage du bain est arreté à cette température si le débit de prélèvement mesuré par l'appareil de mesure 38 est inférieur a un débit mini-mal prédéterminé.
Il existe bien sûr d'autresprocédésde conduite de l'instal~
lation. Ainsi selon une variante l'eau froide de recyclage ou ` : d'appoint est amenée en 10 dans la tour de lavage, chaque fois ~ue le niveau du bain tend à descendre en-dessous d'un niveau minimun déterminé, tel par exemple que mesuré par la sonde 45. Simultan~-35 ment on commande le chauffage du bain jusqu'à une température mini-male d~termin~e choisie, par exemple de 70C, et on arrete l'ame-née d'eau froide lorsque le bain s'est élevé jusqu'à un seuil ma-ximum d~termin~, par exemple mesur~ par la sonde 42~ Le chauffage à température plus élevé du bain n'est commandé que lorsque le .
, 23~3 ~ g niveau du bain redescend en-dessous du seuil 42, ce qui signifie - que l'on a prélev~ en 11 de l'eau chaude dans le bain. Un syphon formant .trop-plein 46 ~vite de dépasser le niveau du seuil 4~ en l'absence de pr~lèvement d'eau chaude dans le bain et sous l'effet de co.ndensationsse produisant dans la tour de lavage et dans le volume 13 au-dessus du bain.
On notera que les différents moyens de l'invention permettent une conduite aisée de l'installation avec d'excellents rendements, grâce en particulier au contact efficace entre les fumées chargées de vapeurssaturanteset les retours d'eau froids et grâce d'autre part au fonctionnement. en légère surpression de la combustion améliorant le rendement. En outre les pertes de charge tant sur le circuit des fumées que sur le circuit de recyclage de l'eau sont r~duites à des valeurs tout ~ fait acceptables et correspondant.aux pressionsnormalesd'alimentation en gaz~en air et en eau, aucune pompeousu~resseur n'étant nécessaires.
. 3 ~. ~ S2 ~
to the accompanying drawings in which:
Figure 1 shows in section, sch ~ matically an installation tion ~ suhmergée combustion for water heating ~ des temp ~ upper erasures ~ 60C con ~ ue according to the prior art, Figure 2 shows a schematic sectional view to more large scale part of the installation illustrated ~ the figure 1 modified according to improvements according to the invention.
Figure 3 shows a perspective view ~ larger ~ scale how the walls of a water retention basin are formed 10 for the formation of the waterfalls in the tower as illustrated ~ la figure 2, . Figure 4 shows schematically a perspective view.
and with cut-outs- a tray intended to cooperate in the bath with the washing tower, Figure 5 schematically shows a sectional view made substantially according to the plane VV of FIG. 4, Figure 6 shows schematically as Figure 1 a modified installation according to the invention with different members of command and control of this installation.
20 By .. rep.ortant first ~ Figure 1 is illustrated an installation identified as a whole 1 comprising a tank 2 containing a water bath 3 ~ heat by means of a br ~ their 4 submerged combustion leading into the tank in a . combustion 5 continuing with an exchanger 6. The products of the 25 combustion of combustible gas usually used ~. Are essential-LEMENT carboni ~ ue gas and water vapor. The largest par-water vapor condenses in the bath water (if the bath is not too hot ~ to which is yielded ~ e the latent heat of vaporization of the fumes, while the incondensables are evacuated 30 ~ the chimney 7.
As mentioned above, such an installation works ne with a very good yield if the temperature of the bath is lower about ~ 60C. However, above this temperature the output decreases very quickly due to the fact that the heat supplied by 35 the combustion of the burner serves to vaporize a quantity of water from more and more large, which is sent in pure loss ~ the chemi-born 7. The yield drops to zero around 90C.
According to the prior art when one wants with a 3 submerged combustion installation to obtain a temperature ~. ~.
~, . . ~.
, '': ``
:
3S ~
bath 3 superior ~ 60 ~ C and with an operating efficiency acceptable, we foresee before the path ~ e 7 a washing tower 8 in which is vaporized as indicated ~ in 9 the cold water amen ~ e by a pipe 10 of the reto ~ rs of the installation or com-plements. To bring cold returns 10 corresponds -1! evacuated tion of hot water at 11. The washing tower 8 allows thanks to the spraying cold water in 9 going against the smoke hot rising from the bath to partially condense the water vapor tending to escape from the installation ~ and to find ~ es rende-correct operating elements. Installation is not relative-ment effective only insofar as the spraying 9 is done under strong pressure from multiple very fine jets, which requires the use of a relatively powerful pump 12 and the use of spray grids at the injection level in 9. These grids tend to become clogged--, particularly as a result of d ~ p ~ ts of limestone.
The overall performance of the installation is not very good and decreases again if the hot water usage rate is low and as a consequence cold returns are at low flow or temperature not low enough.
We will now refer to FIG. 2 representing a washing tower modified in accordance with the invention.
The washing tower 8 disposed above the volume 13 ~ above laughing of the tank 2 not occupied by the bath to be heated 3 comprises basically ~ according to the invention a series of waterfalls forming several water channels R1, R2, R3, R4 substantially continuous arranged ~ s in series on the path of the smoke mat ~ rialized by the arrows.
Each curtain is formed from a bowl C1, C2, C3, C4 of water retention formed essentially by an inclined wall 14 of ond ending, c8té on ~ lifted from the wall against the wall of the washing tower 8, and on the other side, leaving a section of passage S reduced for fu ~ ées ~ by a wall 15 substantially vertical.
As appears more clearly in Figure 3, the wall 15 on which the curtain of the waterfall is formed, includes ~ its upper part 16 toothed rim, which ensures good r ~ par-tition of the flow of water along the entire wall 15, even if the edge 16 is not perfectly horizontal. Without such measure, the curtain may only form one side ~.
`:. . ~ '. ,::
. ~.
, 5 ~ ~ 5 ~ 35 ~
On the other hand, the parol 15 descends very n ~ tablement en-des-under the bottom plate 14, so as to present a rim inf ~ laughing 17 which does ~ aillie below the wall 14; cekte measure is necessary to prevent the water curtain which must form on edge 17 does not rise by capillarity below under the bottom surface 14 of the bowl, -. ~ r ~ ant tears-res in the grid. In addition, orifices 18 are advantageously pr ~ seen in the vicinity ~ e of the lower edge 17 of the wall 15 t of way ~ ensure good distribution of the waterfall all along 1u of the edge 17, the orifices 18 working somewhat analogously gue ~ the teeth of the rim 16.
By the use of these various means conjug ~ we are assured: to obtain curtains R1, R2 ... perfectly continuous, without tear and through which the fumes must therefore spawn 1 $ a passage, installed it ~ ensuring good water-smoke contact,.
effective condensation of the water vapor contained in the smoked.
The upper bowl c1 is supplied by a con ~ uit 19 return of cold water. perforated which acts as a diffuser g ~ 0 ~ a Figure 1 but does not have the disadvantages ~ nients. o ~ ~ rofite however of this feeding to form a sort of an eral curtain R5 before the smoke outlet at the chimney 7, and one guide the smoke ~ es ~ the entry of the chimney by deflectors 20 also forming condensation fins.
.25 - The bowls are arranged one above the other staggered fason to come d ~ border of about half of their long ~ r. above the lower bowl. Advantageously ~ `
each curtain R is resu before falling into the lower bowl on a cup 21 forming a gutter located slightly above the level 30 upper calf of the lower bowl. Les.goutti ~ res 21 formenk splashing and breaking the curtain in its lower part further increasing the exchange by contact between water and fumes.
On the other hand, under each bowl C are formed fins condensation condensers 22 which project below the surface 14 of the bottom cuvettes favoring changes and the cooling of fum ~ es which are at a temperature higher than that of the bowl forming a deflector under which they are guided. The fins 22 stop before the surface of the front wall 15, de`fa ~ on ~
avoid the possibility of rising ~ u curtain of water under the bowl-40 te, as mentioned above.
.
.
'' `, '' ~ S ~ 35 ~
- ~ ~ as given ~ that at the end of the bath the smoke is hot the washing tower is advantageously insulated, at least in its lower part, as illustrated in 23. In addition, when the tower washing does not take place over a large height in the tank 2, ~ n 5 especially when the height of the installation must be limited, we see a widening of the inclined connection section the connection wall as shown in 24.
We will now refer to Figures 4 and 5 in which are illustrated by other means working in conjunction with 10 the washing tower to improve the performance of the installation.
In Figure 4 we find in external view the washing tower 8 with the chimney 7 and the cold water return inlet supplying the l9 conduit. We tore off and burst. the top 25 of the tank, so as to let see below a plate 26 whose construction 15 and usage will be described below. We also see in the tank 2 the burner 4 with the combustion chamber 5 and the sample geur 6 from which escape: inside the bath fumes.
The plate 26 covers most of the surface -of the bath, presenting only a notch 27 for the passage 20 of burner 4 and leaving an annular passage all around it 28 (Figure 5) between the wall of the tank and him.
The plate 26 comprises a substantially horizontal surface 29 bordered by a wall 30 protruding above and below the surface 29, leaving a volume 3 above it? of meditation 25 water falling from the washing tower 8 and below a volume 32 of containment of fumes rising from the bath as illustrated by bubbles 33 ~ Figure 5.
In normal operation of the installation, that is to say when the burner is supplied, the plate 26 is partly immersed 30 ge in bath 3, so ~ that there is some counter pressure that must be overcome by the fumes accumulating in the volume of confinement 32 to pass below the lower ar ~ te 33 of volume 32 to escape to the washing tower. Surface 29 of tray has at its lower part ~ fins 34 dféchange fins 35 forming a projection favoring the condensation of smoke under the effect cooler water falling from the washing tower 8 contained in volume 31 of the tray. Preferably, the reyulation of the system, as will be described below so as to obtain a diff level h reference between the free area of bath 3 and the level 40 35 of the bath in the confinement space 32, of the order of 15 to ~ '.
'''''' . '~
-:
~ 2S ~ 3 ~
".
20 cm ~ tr ~, that is to say ~ an overpressure of the ora.re of 15 3 20 rnillibars. such trav ~ len '~ ression "compared to the pres-atmospheric sion is interesting in that it improves the Exchange and condensation items With an installation of the type described above, tests we showed that it was possible to obtain a yield of 103 ~ on PCI with a nearby return water temperature: -from 35C and a leaving water temperature of 88 ~ C. Of course the yield increases if cold water returns are at a higher temperature lower than 35C, which can be the case for many applications.
especially when there is no recycling of water or partial recycling.
The con ~ uite of the installation described above does not pose no problem. if it is a point use disconti ~, u-, for example-ple industrial bath heating at a determined temperature.
On the other hand, if it is a question of more or less continuous use, during which one wishes to have ~ each ins ~ ing a minimum temperature.
male du.bain and at certain times only higher temperatures ~ -and / or large hot water flows, we can proceed der of the way described below to obtain a installation in the best conditions.
We will now refer to Figure 6 in which has schematically described how can be advantageously driven ~. r ~ submerged combustion action.
In Figure 6 we see the different main elements installation pals which were identified by the same numbers than in the previous figures. The burner 4 of the installation is supplied with gas via a pipe 36 and with air by a pipe 37. We will first assume that the installation is intended to normally provide a certain flow of hot water leaving in 11 at a determined temperature, for example understood between 70 and 88Co In such operating conditions, we pilot advantageously the installation of the following way.
We control by means of a measuring device 38 the bit water outlet. When this flow is greater ~ a de-minimum bit completed, heating of the bath is controlled until ~
the maximum temperature, which is read by any probe suitably placed. Of course at the water outlet bit . '' 3 ~
hot, racking at 11 corresponds to a flow rate which is substantially C -are worth cold water brought in 10. This flow is contr ~ l ~ by a ~ electro-valve 39 whose ~ electrical control 40 is connected as indicated ~ at 41 to a level probe 42 which stops the supply 5 cold water when the level of ~ ain tends to become too high in the tank, that is to say ~ to submerge the plate 26. Indeed the good burner operation requires pressure conditions d ~ relatively precise ~ finished outside of which a good combustion could not be obtained. Another probe (not shown ~ -smelled), similarly controls the supply of cold water through line 10 when the bath level drops below of a predetermined level, for example such as level 43 below under which the optimal overpressure h in the confining chamber ment 32 would no longer be obtained (Figure 5). When the temperature 15 bath maximum is reached, the measurement thermostat ~ not shown ~ -smelled) cut llalimentation of the burner. The bath level goes down due to the cancellation of the ~ overpressure in the control chamber finely 32, for example substantially at the level rep ~ r ~ 44 ~ the fi-gure 6. No cold water supply is allowed as long as the 20 level in the room does not go below a critical level tick determined measured ~ for example by a probe 45 which controls ; cold water supply and prohibited under such conditions ignition ~ u br ~ their 4, as long as the level of the bath has not risen-you.
In addition, in order to maintain the temperature of the bath at a minimum desired temperature, for example 70C, heating of the bath is stopped at this temperature if the sample flow measured by the measuring device 38 is less than a minimum flow badly predetermined.
There are of course other procedures for conducting the installation ~
lation. Thus according to a variant the cold recycling water or `: make-up is brought in 10 in the washing tower, each time ~ ue the bath level tends to drop below a minimum level determined, for example as measured by probe 45. Simultan ~ -35 heating of the bath is controlled to a minimum temperature male d ~ termin ~ e chosen, for example 70C, and we stop the soul-born of cold water when the bath has risen to a ma-maximum d ~ termin ~, for example measured ~ by probe 42 ~ Heating at higher bath temperature is only controlled when the .
, 23 ~ 3 ~ g bath level drops below threshold 42, which means - that we took ~ in 11 hot water in the bath. A siphon forming. too full 46 ~ quickly to exceed the threshold level 4 ~
the absence of hot water sampling in the bath and under the effect of co.ndensationsse producing in the washing tower and in the volume 13 above the bath.
It will be noted that the different means of the invention allow easy operation of the installation with excellent yields, thanks in particular to the effective contact between fumes charged with saturated vapors and cold water returns and on the other hand thanks to the operation. slightly overpressure of the combustion improving performance. In addition the pressure drops both on the smoke circuit and on the recycling circuit of water are reduced to completely acceptable values and corresponding to normal gas supply pressures ~ air and in water, no pompousu ~ resseur being necessary.
.