CH493806A - Submerged combustion heater - Google Patents

Submerged combustion heater

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Publication number
CH493806A
CH493806A CH1845169A CH1845169A CH493806A CH 493806 A CH493806 A CH 493806A CH 1845169 A CH1845169 A CH 1845169A CH 1845169 A CH1845169 A CH 1845169A CH 493806 A CH493806 A CH 493806A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
liquid
combustion
space
combustion chamber
bell
Prior art date
Application number
CH1845169A
Other languages
French (fr)
Inventor
Bougard Jacques
Original Assignee
Hanrez Sa J Atel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanrez Sa J Atel filed Critical Hanrez Sa J Atel
Publication of CH493806A publication Critical patent/CH493806A/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C1/00Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers
    • F28C1/02Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers with counter-current only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/22Methods of steam generation characterised by form of heating method using combustion under pressure substantially exceeding atmospheric pressure
    • F22B1/26Steam boilers of submerged-flame type, i.e. the flame being surrounded by, or impinging on, the water to be vaporised, e.g. water in sprays
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/107Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using fluid fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Description

  

  Appareil de chauffage par     combustion        submergée       La présente invention a pour objet un appareil de       chauffage    par combustion submergée du     type    compor  tant dans une colonne une     chambre    de combustion dispo  sée au-dessous d'un espace garni de corps     répartissant     les     fluides    qui s'y rencontrent à     contre-courant,    le liqui  de à chauffer descendant d'une part et lés gaz de com  bustion     montant    d'autre     part.     



  Conformément à l'invention l'appareil comporte une  chambre de .combustion qui a la forme d'une cloche  fermée du haut et oblige les gaz de combustion à con  tourner     1ë.--bord    inférieur de la cloche pour rencontrer       immédiatement    le liquide tombant dispersé de l'espace à  corps de     répartitioh.     



  Dans les appareils de chauffage     pa@;combustion    sub  mergée connus, la chambre de combustion est ouverte  vers le haut, ce qui a pour conséquence que les gaz très  chauds sortant de cette     chambre    ne rencontrent le liqui  de à chauffer que dans l'espace à corps de répartition ou  seulement très peu auparavant. Il en résulte que la grille  soutenant les corps de répartition et     ces    derniers sont  soumis à la corrosion et à des incrustations rapides par  les gaz de combustion très chauds, pouvant avoir à ce       moment    une température de l'ordre<B>de</B> 10000 C.

   De plus,  le transfert de la chaleur des gaz au liquide à chauffer  s'effectuant essentiellement dans l'espace à corps de  répartition, celui-ci doit avoir des dimensions considéra  bles et     occuper    dans la colonne un grand volume.  



  Ces inconvénients sont éliminés dans l'appareil sui  vant l'invention par le fait que les gaz de combustion  très chauds, en contournant avec grande     turbulence    le  bord inférieur de la     cloche,    transmettent immédiatement  au liquide descendant une grande partie de leur chaleur,  soit par rayonnement, soit par contact direct avec le  liquide en gouttelettes. Les gaz sont par conséquent for  tement refroidis lorsqu'ils montent dans     l'espace    annu  laire entre la cloche et la paroi de la colonne et n'accu  sent qu'une température modérée, à laquelle ils n'ont    plus d'effet corrosif et incrustant et présentent     une    con  traction très sensible de leur volume.  



  De plus, l'espace à corps de répartition peut être sen  siblement plus petit que dans les appareils où les gaz  quittent la     chambre    de combustion par le haut pour  entrer directement dans cet     espace,        ce    qui permet de       diminuer    la section et la hauteur de la colonne et de  réduire de     ce    fait la quantité de fonte et de tôle     d'acier     résistant à la corrosion,     nécessaires    à la combustion de       l'appareil.    On peut aussi se passer du     calorifugeage    de  la paroi extérieure- de la colonne,

   vu que     celle-ci    n'est  nulle part en contact direct avec des gaz de combustion  chauds. Il résulte de     ce    qui     précède    que le     prix    de  revient de l'appareil suivant l'invention est sensiblement  inférieur à     celui    des appareils de chauffage par combus  tion submergée connus, et en outre que     ses    frais d'entre  tien sont     plus    réduits.  



       Le    brûleur est     avantageusement        disposé    horizontale  ment au niveau de la partie supérieure de la chambre de  combustion, ce qui permet d'une part un     accès    aisé à  tous les organes du brûleur, et d'autre part     d'accumuler     le liquide chaud au-dessous de la chambre de combus  tion, alors que dans les appareils     connus,    le liquide  chaud est     accumulé    le plus souvent autour de la chambre  de combustion et le     brûleur    disposé     verticalement    dans  l'axe de     cette    chambre,

       ce    qui a pour conséquence que le  brûleur est difficilement     accessible    et que la hauteur de  la     colonne    doit être prévue plus grande que dans l'appa  reil suivant la     présente    invention. La forme de cloche  fermée du haut de la     chambre    de combustion empêche  l'immersion du brûleur lors d'une     montée    du niveau du  liquide pouvant s'accumuler au bas de la colonne, par  exemple     pendant    que     l'appareil    est hors     service.     



  Comme les gaz de combustion quittent l'appareil  pour gagner la cheminée à une température à peine supé  rieure à     celle    du liquide froid entrant, le rendement ther-           mique    de     l'appareil    suivant l'invention se rapproche sen  siblement de 100 pour cent.  



  En somme,     l'appareil    de chauffage par combustion  submergée conforme à     l'invention,    se distingue des appa  reils connus par une exécution plus     simple,    un encom  brement moindre, un prix de revient nettement plus  faible et un rendement thermique supérieur.  



  Le dessin annexé     représente    à     titre    d'exemple une  forme d'exécution de     l'invention.     



  La figure unique montre une     coupe    schématique du  nouvel appareil de chauffage à combustion submergée.  Cet appareil comporte     dans    urne     colonne    de     section     circulaire ou rectangulaire 1, une chambre de combus  tion 2 ayant la forme d'une cloche fermée du haut qui  est disposée au-dessous d'une grille 3 supportant les  corps de répartition remplissant     l'espace    4 dans     lequel     les     fluides    se     rencontrent    à contre-courant.

       Cet        espace     est surmonté d'un plateau 5 à fond perforé et     connecté     à une conduite 6 amenant le liquide froid. Au sommet  de la colonne est prévue une     tubulure    7     destinée    à  évacuer les gaz de combustion refroidis par la     cheminée,     et au bas de la colonne se trouve     un        espace    8 d'où le  liquide chauffé :est     acheminé    par une conduite 9 vers le  lieu d'utilisation.

   Près du     sommet    de la cloche 2     est    dis  posé un brûleur 10 à axe     horizontal,        alimenté    en com  bustible par une conduite 11 et en air comburant par  une soufflerie 12.  



  Le liquide froid     venant    de la     conduite    6, :s'étend sur  le plateau 5 et, en :traversant le fond     perforé    de ce der  nier, il se     répartit    sur la .section entière de     respaee    4 à  corps de     répartition,    dans lequel il rencontre à contre  courant les gaz de     combustion:    déjà fortement refroidis.

    Après avoir traversé la     grille    3,     i1    tombe finement dis  persé, en     partie    sur la cloche 2 pour     ruisseler        ensuite    sur  la     face    extérieure de     celle-ci    en la refroidissant, et     en     partie par l'espace     annulaire    13, tout en     restant    cons  tamment en     contact    direct avec     les    gaz de combustion  remontant la colonne.

       Le        liquide    chaud est     recueilli    dans       l'espace    8 au-dessous de la chambre de     combustion    et  quitte la colonne par la conduite 9.  



       Les    gaz de combustion produits dans la cloche 2, au  moment de contourner avec grande     turbulence    le bord  inférieur de     la    cloche, ont une température de l'ordre de  1000 C. Ils     cèdent        immédiatement    une partie très im  portante de leur chaleur au liquide à chauffer, par  rayonnement et par contact avec     le    liquide descendant en  forme dispersée, de     sorte    que peu au-dessus du bas de       l'espace    annulaire 13 ils se trouvent à .une température  fortement     réduite,

      à     laquelle        ils    n'ont plus aucun     effet          corrosif        et        incrustant.    Par leur refroidissement     brusque,     ils ont aussi subi une     contraction        importante    de leur  volume,     ce    qui leur permet de remonter     l'espace    annu-         laire    ainsi que     l'espace    à     corps    de     répartition    sans  refouler le liquide     descendant.     



  A titre d'exemple, on peut     indiquer    que dans un       appareil    de chauffage d'une capacité de 160 000 Cal/  heure, destiné à chauffer de l'eau à 900 C entrant par la  conduite 6 à la température de 100 C, on a constaté dans  l'espace     annulaire    13, peu au-dessus du bas, une     tempé-          rature    de l'ordre de<B>600</B> C.

   Le volume des gaz de com  bustion a été réduit par conséquent à     environ;    le quart de  leur volume     primitif,        ce    qui leur permet de gagner la  cheminée par     la    tubulure 7     an    traversant les espaces 13  et 4 de sections relativement réduites.

   De plus, la hau  teur de     l'espace    4 peut être très     modeste.        Il    s'est avéré  qu'une hauteur de     cet    espace d'environ 43     centimètres     est bien     suffisants    pour le refroidissement     final    des gaz  de     combustion    à une     température    qui ne dépasse la  température du     liquide    froid entrant par 6 que de 2 à  30 C.     Il        en    :

  résulte un     rendement        thermique    de     l'appareil     atteignant     presque        le    rendement théorique.  



  Comme dans tous les     appareils    de chauffage par  combustion submergée, le liquide chaud est corrosif à  cause de son contact direct avec le gaz de     combustion     contenant des     produits    acides. Dans bien des cas, il peut  être avantageux d'utiliser le liquide chaud, sortant de  l'appareil de chauffage par la conduite 9,     comme        liquide          primaire        cédant        sa    chaleur à un liquide secondaire dans  un échangeur de chaleur en matière     résistant    à la corro  sion,

   pour rentrer en circuit fermé dans     l'appareil    de       chauffage    par la conduite 6.     Le    liquide secondaire assure  alors     le        -transport    de la chaleur au     lieu        d'utilisation.  



  Submerged combustion heating apparatus The present invention relates to a submerged combustion heating apparatus of the type comprising in a column a combustion chamber arranged below a space lined with bodies distributing the fluids which meet there. against the current, the liquid to be heated descending on the one hand and the combustion gas rising on the other.



  In accordance with the invention the apparatus comprises a combustion chamber which is in the form of a closed bell from above and forces the combustion gases to rotate on the lower edge of the bell to immediately meet the dispersed falling liquid. space to body distribution.



  In known submerged combustion heaters, the combustion chamber is open upwards, with the consequence that the very hot gases leaving this chamber only encounter the liquid to be heated in the space to be heated. distribution body or only very shortly before. As a result, the grid supporting the distribution bodies and the latter are subjected to corrosion and rapid encrustation by very hot combustion gases, which may at this time have a temperature of the order of <B> of </ B > 10,000 C.

   In addition, the transfer of heat from the gases to the liquid to be heated taking place essentially in the distribution body space, the latter must have considerable dimensions and occupy a large volume in the column.



  These drawbacks are eliminated in the apparatus according to the invention by the fact that the very hot combustion gases, bypassing the lower edge of the bell with great turbulence, immediately transmit a large part of their heat to the descending liquid, either by radiation, or by direct contact with the liquid in droplets. The gases are therefore strongly cooled when they rise in the annular space between the bell and the wall of the column and only accumulate a moderate temperature, at which they no longer have a corrosive effect. encrusting and have a very sensitive con traction of their volume.



  In addition, the space in the distribution body can be significantly smaller than in devices where the gases leave the combustion chamber at the top to enter this space directly, which makes it possible to reduce the section and the height of the gasket. column and thereby reduce the amount of cast iron and corrosion resistant steel sheet required for combustion of the appliance. It is also possible to do without thermal insulation of the outer wall of the column,

   since it is nowhere in direct contact with hot combustion gases. It follows from the foregoing that the cost price of the apparatus according to the invention is appreciably lower than that of known submerged combustion heaters, and furthermore that its maintenance costs are lower.



       The burner is advantageously arranged horizontally at the level of the upper part of the combustion chamber, which allows on the one hand easy access to all the burner components, and on the other hand to accumulate the hot liquid below. of the combustion chamber, whereas in known devices, the hot liquid is most often accumulated around the combustion chamber and the burner is arranged vertically in the axis of this chamber,

       which has the consequence that the burner is difficult to access and that the height of the column must be provided greater than in the apparatus according to the present invention. The closed bell shape of the top of the combustion chamber prevents immersion of the burner during a rise in the level of the liquid which may accumulate at the bottom of the column, for example while the appliance is out of service.



  As the combustion gases leave the apparatus into the chimney at a temperature only slightly higher than that of the entering cold liquid, the thermal efficiency of the apparatus according to the invention approximates substantially 100 percent.



  In short, the submerged combustion heater according to the invention differs from known devices by a simpler execution, a smaller size, a much lower cost price and a higher thermal efficiency.



  The appended drawing shows by way of example one embodiment of the invention.



  The single figure shows a schematic sectional view of the new submerged combustion heater. This apparatus comprises in a column urn of circular or rectangular section 1, a combustion chamber 2 having the shape of a closed bell from the top which is arranged below a grid 3 supporting the distribution bodies filling the space 4 in which fluids meet against each other.

       This space is surmounted by a plate 5 with a perforated bottom and connected to a pipe 6 bringing in the cold liquid. At the top of the column is provided a pipe 7 intended to evacuate the combustion gases cooled by the chimney, and at the bottom of the column is a space 8 from where the heated liquid: is routed by a pipe 9 to the place of 'use.

   Near the top of the bell 2 is placed a burner 10 with a horizontal axis, supplied with fuel by a pipe 11 and with combustion air by a blower 12.



  The cold liquid coming from the pipe 6,: extends over the plate 5 and, by: crossing the perforated bottom of the latter, it is distributed over the entire section of respaee 4 with distribution body, in which it meets against the flow of combustion gases: already strongly cooled.

    After passing through the grid 3, it falls finely dispersed, partly on the bell 2 to then trickle over the outer face of the latter while cooling it, and partly through the annular space 13, while remaining constantly in direct contact with the combustion gases going up the column.

       The hot liquid is collected in the space 8 below the combustion chamber and leaves the column through line 9.



       The combustion gases produced in the bell 2, when going around the lower edge of the bell with great turbulence, have a temperature of the order of 1000 C. They immediately give up a very important part of their heat to the liquid to be heated. , by radiation and by contact with the descending liquid in dispersed form, so that a little above the bottom of the annular space 13 they are at a greatly reduced temperature,

      to which they no longer have any corrosive and encrusting effect. By their sudden cooling, they have also undergone a significant contraction of their volume, which allows them to move up the annular space as well as the space with the distribution body without pushing back the descending liquid.



  By way of example, it can be indicated that in a heater with a capacity of 160,000 Cal / hour, intended to heat water to 900 C entering through line 6 at a temperature of 100 C, we have found in annular space 13, a little above the bottom, a temperature of the order of <B> 600 </B> C.

   The volume of the combustion gases has therefore been reduced to approximately; a quarter of their original volume, which allows them to gain the chimney by the pipe 7 year passing through the spaces 13 and 4 of relatively small sections.

   In addition, the height of the space 4 can be very modest. It turned out that a height of this space of about 43 centimeters is quite sufficient for the final cooling of the combustion gases to a temperature which only exceeds the temperature of the cold liquid entering by 6 by 2 to 30 C. in    :

  The result is a thermal efficiency of the device almost reaching the theoretical efficiency.



  As in all submerged combustion heaters, hot liquid is corrosive due to direct contact with flue gas containing acidic products. In many cases, it may be advantageous to use the hot liquid, leaving the heater through line 9, as a primary liquid transferring its heat to a secondary liquid in a heat exchanger made of corrosion resistant material. ,

   to enter a closed circuit in the heating device via line 6. The secondary liquid then ensures the -transport of heat to the place of use.

 

Claims (1)

REVENDICATION Appareil de chauffage par combustion ,submergée en forme de colonne dans laquelle la chambre de combus tion est disposée au-dessous d'un espace garni de corps répartissant les fluides qui s'y rencontrent à contre- courant, CLAIM Heating apparatus by combustion, submerged in the form of a column in which the combustion chamber is arranged below a space furnished with bodies distributing the fluids which meet therein countercurrently, le liquide à chauffer descendant d'une part et les gaz de combustion montant d'autre part, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion qui a la forme d'une cloche fermée du haut et oblige les gaz de combustion à contourner le bord , the liquid to be heated descending on the one hand and the combustion gases rising on the other hand, characterized in that it comprises a combustion chamber which has the shape of a closed bell from the top and forces the combustion gases to bypass the edge , inférieur de la cloche pour rencontrer immédiatement le liquide tom bant dispersé de l'espace à corps de répartition. SOUS-REVENDICATION Appareil :suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un brûleur disposé horizontalement au niveau .de la partie supérieure de la chambre de com bustion. lower part of the bell to immediately meet the liquid tom bant dispersed from the distribution body space. SUB-CLAIM Apparatus: according to claim, characterized in that it comprises a burner arranged horizontally at the level of the upper part of the combustion chamber.
CH1845169A 1968-12-27 1969-12-11 Submerged combustion heater CH493806A (en)

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