FR2563324A1

FR2563324A1 - Process and device for heating a liquid bath, and application to heating cultivation greenhouses

Info

Publication number: FR2563324A1
Application number: FR8406312A
Authority: FR
Inventors: Bernard Gallet
Original assignee: TotalGaz Compagnie Francaise des Gaz Liquefies SNC
Current assignee: FinaGaz SAS
Priority date: 1984-04-20
Filing date: 1984-04-20
Publication date: 1985-10-25

Abstract

The invention relates to a process and a device for heating a liquid bath 5, in which combustion gases circulate in a combustion chamber 4 possibly connected to at least one heat exchanger 6, the whole being immersed at least partially in said liquid bath, the gases being ejected finally into the atmosphere. According to the invention, the combustion gases, after having been ejected initially to the outside of said liquid bath 5, without coming into contact with the latter, are reintroduced into said liquid before being ejected finally into the atmosphere.

Description

Procédé. et dispositif sou le chauffage d'un bain de liquide, et application au chauffage de serres de culture. Process. and device for heating a liquid bath, and application for heating greenhouses.

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le chauffage d'un bain de liquide. Elle concerne également l'application de ce procédé au chaffage de serres de culture. The present invention relates to a method and a device for heating a liquid bath. It also relates to the application of this process to the heating of cultivated greenhouses.

On a déjà proposé dans la technique de chauffer des bains de liquide, habituellement de l'eau, en immergeant dans le bain des moyens d'échange de chaleur, à tubes ou à plaques, alimentés en produits de combustion d'un combustible, généralement gazeux. It has already been proposed in the art to heat baths of liquid, usually water, by immersing in the bath heat exchange means, with tubes or plates, supplied with combustion products of a fuel, generally gaseous.

SouS leur forme la plus usuelle, les dispositifs connus comportent un brûleur, alimentant une chambre de combustion immergée dans le bain, en position horizontale ou verticale, elle-urme connectée à des échangeurs thermiques, à tubes ou à plaques, également immergés dans le bain, mais équipés d'un système d'évacuation à l'atmosphère des gaz de combustion (voir "Le chauffage des liquides industriels par tubes et échangeurs immergés compacts", corr'nunication de Monsieur Benoît FARDEAU, Congrès de 1983 de l'Association
Technique de l'Industrie du Gaz en France).In their most usual form, the known devices include a burner, supplying a combustion chamber immersed in the bath, in a horizontal or vertical position, itself connected to heat exchangers, with tubes or plates, also immersed in the bath , but equipped with a system for evacuating combustion gases to the atmosphere (see "Heating of industrial liquids by tubes and compact immersed exchangers", communication from Mr. Benoît FARDEAU, 1983 Congress of the Association
Technical of the Gas Industry in France).

De tels dispositifs de chauffage "indirect" du bain, dans lesquels le mcyen de chauffage est immergé dans le liquide, mais sans contact direct entre le liquide et les gaz de combustion, se présentent sous une forme compacte et ont des performances thermiques satisfaisantes. Ils nécessitent cependant une construction complexe et très soignée et impliquant une perte d'énergie importante, au moins égale à la chaleur latente de la vapeur d'eau contenue dans les produits de 1a co1'bustion, qui sont rejetés directement à l'atmosphère à plus ou moins aute température. Such "indirect" bath heating devices, in which the heating circuit is immersed in the liquid, but without direct contact between the liquid and the combustion gases, are in a compact form and have satisfactory thermal performance. However, they require a complex and very careful construction and involving a significant loss of energy, at least equal to the latent heat of the water vapor contained in the combustion products, which are discharged directly to the atmosphere at more or less another temperature.

Ainsi qu'il a été décrit dans la mSme communication, on a donc proposé de remplacer l'échappement à à 1' atmosphère des produits de combustion par un barbotage de ceux-ci au sein du liquide à chauffer. As has been described in the same communication, it has therefore been proposed to replace the exhaust to the atmosphere of the combustion products by bubbling them through the liquid to be heated.

Dans les dispositifs de chauffage "direct" décrits dans cette publicatian, on retrouve donc, comme pre précéderment, m brûleur de combustible communiquant avec une chambre de combustion, alimentant elle-même en gaz de combustion des échangeurs de chaleur, généralement à tube, immergés dans le liquide, mais ces échangeurs conportent des orifices d'évacuation des gaz débouchant directeTent dans le bain à chauffer.In the "direct" heating devices described in this publicatian, we therefore find, as a previous point, m fuel burner communicating with a combustion chamber, itself supplying combustion gases to heat exchangers, generally tube, submerged in the liquid, but these exchangers have gas discharge orifices opening directly into the bath to be heated.

On récupère ainsi la majeure partie de l'énergie calorifique des gaz de combustion et ceci se traduit par une très importante économie de combustible, qui peut atteindre 25 %. En revanche, avec de tels dispositifs, en l'absence de combustion, le liquide pénètre à l'intérieur des échangeurs - calorifiques et- de - la chambre de combustion, ce qui entraîne des inconvénients graves
- d'une part, le brûleur doit être alimenté en combustible sous une pression élevée, afin que les gaz de combustion puissent vaincre la contre-pression de liquide et chasser celui-ci du dispositif lorsque le brûleur est allumé ; cette contrainte exige l'emploi d'une soufflante d'air à haute pression (supérieure à ioe mbar), dont la consommation d'électricité est très élevée
- d'autre part, l'allumage électrique du brûleur est rendu difficile par l'humidité règnant Darus la chambre
- enfin et surtout, il est fréquent que des chocs thermiques se produisent sur les parties les plus chaudes du brûleur, si un postbalayage très long (et très coûteux) n'est pas observé.Most of the heat energy from the combustion gases is thus recovered and this translates into a very significant fuel saving, which can reach 25%. On the other hand, with such devices, in the absence of combustion, the liquid penetrates inside the heat exchangers - and - of - the combustion chamber, which causes serious drawbacks
- On the one hand, the burner must be supplied with fuel under high pressure, so that the combustion gases can overcome the liquid back pressure and expel it from the device when the burner is on; this constraint requires the use of a high pressure air blower (greater than ioe mbar), whose electricity consumption is very high
- on the other hand, the electric ignition of the burner is made difficult by the humidity prevailing in the bedroom
- last but not least, it is frequent that thermal shocks occur on the hottest parts of the burner, if a very long (and very expensive) post-sweep is not observed.

La présente invention vise à proposer un dispositif de chauffage direct d'un bain de liquide, dans lequel les gaz de combustion barbotent dans le liquide à chauffer, mais qui ne presente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus, c'est-a-dire dans lequel l'intérieur de la chambre de combustion et des échangeurs de chaleur demeure isolé du liquide, même lorsque le brûleur n'est pas utilisé. The present invention aims to provide a device for direct heating of a liquid bath, in which the combustion gases bubble through the liquid to be heated, but which does not have the drawbacks mentioned above, that is to say wherein the interior of the combustion chamber and heat exchangers remains isolated from the liquid, even when the burner is not in use.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de chauffage d'un bain de liquide dans lequel des gaz de combustion circulent dans une chambre de combustion éventuellement connectée à au moins un échangeur de chaleur, l'ensemble étant immergé au moins partiellement dans ledit bain de liquide, les gaz étant finalement rejetés dans l'atmosphère, procédé caractérisé en ce que lesdits gaz, après avoir été rejetés initialement à l'extérieur dudit bain de liquide, sans entrer en contact avec celui-ci, sont réintroduits dans ledit liquide avant d'être rejetés finalement dans l'atmosphère. To this end, the subject of the invention is a method of heating a liquid bath in which combustion gases circulate in a combustion chamber possibly connected to at least one heat exchanger, the assembly being at least partially submerged in said liquid bath, the gases being finally discharged into the atmosphere, a process characterized in that said gases, after having been initially discharged outside said liquid bath, without coming into contact with it, are reintroduced into said liquid before being finally released into the atmosphere.

L'invention a également pour objet un dispositif pour le chauffage d'un bain de liquide, comprenant un moyen de combustion d'un mélange de combustible et de comburant, une chambre de combustion reliée audit moyen et immergée au moins partiellement dans ledit bain, au moins un échangeur thermique connecté à ladite chambre et immergé dans ledit bain, ledit échangeur comprenant au moins un moyen de rejet des produits de combustion à l'extérieur dudit bain, éventuellement confondu avec ladite chambre de combustion, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de réinjection desdits produits de combustion dans le liquide après rejet de ceux-ci à l'extérieur dudit bain. The invention also relates to a device for heating a liquid bath, comprising a means of combustion of a mixture of fuel and oxidant, a combustion chamber connected to said means and at least partially immersed in said bath, at least one heat exchanger connected to said chamber and immersed in said bath, said exchanger comprising at least one means for rejecting combustion products outside said bath, possibly coincident with said combustion chamber, said device being characterized in that 'It comprises a means for reinjecting said combustion products into the liquid after rejection of these outside of said bath.

De façon connue en soi, le moyen de combustion comprendra un brûleur alimenté en combustible et muni d'une entrée d'air, et, de préférence, ce brûleur sera disposé verticalement à l'aplomb de la chambre de combustion. La pression d'alimentation en air du brûleur pourra être relativement faible, c'est-å-dire de l'ordre de 20 mbar, représentant une consommation électrique du ventilateur cinq fois plus faible que celle d'une soufflante haute pression. In a manner known per se, the combustion means will comprise a burner supplied with fuel and provided with an air inlet, and, preferably, this burner will be arranged vertically above the combustion chamber. The air supply pressure of the burner may be relatively low, that is to say of the order of 20 mbar, representing a power consumption of the fan five times lower than that of a high pressure blower.

L'échangeur de température pour être de tout type connu en soi, mais, avantageusement, on utilisera un et, de préférence, plusieurs échangeurs à plaques, disposés ver-.c,lement, en 3aralltle, dans le bain de liquide. The temperature exchanger to be of any type known per se, but, advantageously, one and, preferably, several plate exchangers, arranged ver-.c, LEMENT, in 3aralltle, in the liquid bath.

Chaque échangeur pourra comprendre une chenancne de remet à l'extérieur du bain des gaz de combustion ayant traversé l'échangeur et, dans sa forme de réalisation la plus simple, le moyen de réinjection de ces gaz dans le liquide comprendra un capot coiffant la ou lesdites cheminées et plongeant de toutes parts dans le liquide, afin que les gaz ne puissent s'en échapper qu'en baunDotar.* dans celu- ci. Each exchanger may include a channel for delivering combustion gases that have passed through the exchanger outside the bath and, in its simplest embodiment, the means for reinjecting these gases into the liquid will include a cap covering the or the said chimneys and plunging on all sides into the liquid, so that the gases can escape from it only in baunDotar. * therein.

Les gaz de combustion cédant audit capot une partie de leurs calories avant d'etre réintroduits dans le bain de liquide, un moyen d'arrosage en liquide sera de préférence disposé au-dessus dudit capot, afin de récupérer ses calories, le liquide d'arrosage se déversant ensuite dans ledit bain. The combustion gases yielding to said cover part of their calories before being reintroduced into the liquid bath, a liquid sprinkling means will preferably be placed above said cover, in order to recover its calories, the liquid watering then pouring into said bath.

Avantageusement, le capot ne laissera s'échapper les gaz de combustion que suivant l'un de ses côtés, ou il s'étendra horizontalement dans le liquide par une plaque perforée, en imposant ainsi aux gaz de combustion un contact prolongé avec le liquide. Advantageously, the cover will only allow the combustion gases to escape along one of its sides, or it will extend horizontally in the liquid by a perforated plate, thus imposing on the combustion gases a prolonged contact with the liquid.

De préférence, cette plaque sera elle-mSme coiffée d'un second capot plongeant dans le liquide, mais muni d'une mise à l'atmosphère. Preferably, this plate will itself be capped with a second cover immersed in the liquid, but provided with a venting.

Ce second capot coiffera de préférence partiellement le premier capot et, comme celui-ci, il sera équipé d'un système de pulvérisation qui l'arrosera en liquide retombant ensuite dans le bain.This second cover will preferably partially cover the first cover and, like this one, it will be equipped with a spraying system which will spray it with liquid then falling back into the bath.

Les gaz ayant déjà barboté dans le liquide cèderont ainsi au second capot une partie des calories restantes, qui seront récupérées par le liquide d'arrosage. Avantageusement, les gaz traverseront euxmemes un rideau du liquide d'arrosage avant d'être rejetés à l'atmosphère. The gases which have already bubbled into the liquid will thus yield to the second cover part of the remaining calories, which will be recovered by the coolant. Advantageously, the gases themselves will pass through a curtain of the spraying liquid before being discharged into the atmosphere.

De préférence, les deux capots seront disposés de façon telle que l'on puisse utiliser un unique moyen d'arrosage qui leur soit commun. Preferably, the two covers will be arranged in such a way that a single watering means which is common to them can be used.

L' invention apporte donc un moyen simple et facile à mettre en oeuvre, qui cumule les avantages des dispositifs de chauffage connus, du type direct et indirect
- comme dans les systèmes de chauffage direct, la plus grande partie de l'énergie thermique des gaz de combustion est récupérée, ce qui se traduit par une importante économie d'énergie, avec en outre l'avantage que c'est la température de l'eau de retour au bain (qui pourra, dans certains cas, être beaucoup plus basse que celle du bain) qui. détermine la température d'évacuation des gaz de combustion;;
- comme dans les dispositifs de chauffage indirect, l'intérieur de la chambre de combustion et du ou des échangeurs thermiques est en permanence isolé du liquide, ce qui assure un allumage facile du bruleur, permet d'alimenter celui-ci en air et en combustible sans faible pression, et évite les chocs thermiques à l'arrêt du brûleur.The invention therefore provides a simple and easy to implement means, which combines the advantages of known heating devices, of the direct and indirect type.
- as in direct heating systems, most of the thermal energy from the combustion gases is recovered, which results in significant energy savings, with the additional advantage that it is the temperature of the return water to the bath (which may, in some cases, be much lower than that of the bath) which. determines the combustion gas discharge temperature;
- As in indirect heating devices, the interior of the combustion chamber and of the heat exchanger (s) is permanently isolated from the liquid, which ensures easy ignition of the burner, makes it possible to supply the latter with air and fuel without low pressure, and avoids thermal shock when the burner stops.

Les dessins schématiques annexés illustrent une forme de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins
La figure 1 est un schéma en élévation du dispositif de chauffage ;
La figure 2 est une coupe transversale partielle illustrant la position de la chambre de combustion, des échangeurs à plaque et des cheminées de rejet des produits de combustion.The appended schematic drawings illustrate a form of implementation of the invention. On these drawings
Figure 1 is an elevational diagram of the heating device;
FIG. 2 is a partial cross section illustrating the position of the combustion chamber, the plate exchangers and the chimneys for rejecting the combustion products.

Le dispositif représenté comprend un brûleur 1, équipé d'une alimentation 2 en gaz combustible, du propane par exemple, et d'une entrée d'air 3. Ce brûleur est disposé verticalement à l'aplomb d'une chambre de combustion cylindrique 4, à axe vertical, qui est immergée dans le bain de liquide 5.La chambre 4 communique avec trois échangeurs thermiques à plaques 6, également immergés dans le liquide, qui sont disposésverticalement en parallèle et sont équipés, à leur extrémité opposée à celle de la cnar.tze 4, d'une cheminée 7 de rejet do- produits de combustion, Oct l'orifice d'évacuation est disposé au-dessus du niveau du bain de liquide 5. L'ensemble du dispositif repose par des piètements 8 sur le fond 9 do bain. The device shown comprises a burner 1, equipped with a supply 2 of combustible gas, for example propane, and an air inlet 3. This burner is arranged vertically above a cylindrical combustion chamber 4 , with a vertical axis, which is immersed in the liquid bath 5.The chamber 4 communicates with three plate heat exchangers 6, also immersed in the liquid, which are arranged vertically in parallel and are equipped, at their end opposite to that of the cnar.tze 4, of a chimney 7 of rejection of combustion products, Oct the evacuation orifice is disposed above the level of the liquid bath 5. The whole device rests by legs 8 on the bottom 9 do bath.

Conformément à li Invention, un capot 10, plongeant de tous c8tés dans le liquide, coiffe les cheminées 7. Ce capot est fermé partiellement à Sa partie inférieure suivant ses bords latéraux, à l'exception de l'un d'entre eux, suivant lequel il se prolonge dans le liquide par une tale perforée 11. In accordance with the invention, a cover 10, plunging from all sides in the liquid, covers the chimneys 7. This cover is partially closed at its lower part along its lateral edges, with the exception of one of them, according to which it is extended into the liquid by a perforated plate 11.

Les gaz de combustion rejetés par les cheminées 7 doivent ainsi pénétrer à nouveau dans le liquide, dans lequel ils barbotent, avant d'être rejetés à l'atmosphère à travers la plaque 11. The combustion gases discharged from the chimneys 7 must thus re-enter the liquid, in which they bubble, before being discharged into the atmosphere through the plate 11.

Au-dessus de cette plaque 11 s' étend un second capot 12, qui plonge également dans le liquide suivant une partie de sa périphérie et s'étend partiellement au-dessus du capot 10, duquel il est séparé par un intervalle 13, par lequel les gaz s'échappent à l'atmosphère. Above this plate 11 extends a second cover 12, which also plunges into the liquid along a part of its periphery and extends partially above the cover 10, from which it is separated by a gap 13, by which the gases escape to the atmosphere.

Une buse d'arrosage 14 pulvérise sur le capot 12 du liquide froid recyclé, qui ruisselle sur ce capot avant de se déverser dans le bain 5 et sur le capot 10, d'où il stécoule également dans le bain 5. Les calories cédées par les gaz de combustion aux capots sont ainsi récupérées par le liquide et réintroduites dans le bain. En outre, le rideau de liquide qui s'écoule du capot 12 sur Ie capot 10, au-dessus de l'intervalle 13, est également traversé par les gaz. Ceux-ci lui cèdent ainsi une fraction des calories qu'ils contiennent encore avant d'être rejetés à l'atmosphère à une température voisine de celle de l'eau de retour. A sprinkler nozzle 14 sprays on the cover 12 recycled cold liquid, which trickles down onto this cover before pouring into the bath 5 and onto the cover 10, from which it also flows into the bath 5. The calories given off by the combustion gases at the hoods are thus recovered by the liquid and reintroduced into the bath. In addition, the curtain of liquid flowing from the cover 12 on the cover 10, above the gap 13, is also crossed by the gases. These thus give it a fraction of the calories they still contain before being released into the atmosphere at a temperature close to that of the return water.

Dans une forme de réalisation pratique de ce dispositif, les échangeurs de plaques 6 ont une épaisseur interne de- 20 mm et sont séparés les urs des autres d'une distance de 90 mm. leur longpeur jusqu' aux cheminées 7 est d'environ 1 m-et leur hauteur d'environ 0,4 m. La chambre de combustion 4 a un diamètre interne d'environ 130 mm. La plaque perforée ll est immergée à environ 60 mm de la surface du bain de liquide. Le gaz alimentant le bruleur, du propane par exemple, est injecté dans celui-ci sous une pression relative de 100 mbar, et l'air sous une pression de 20 mbar. In a practical embodiment of this device, the plate exchangers 6 have an internal thickness of -20 mm and are separated from each other by a distance of 90 mm. their length to the chimneys 7 is approximately 1 m - and their height approximately 0.4 m. The combustion chamber 4 has an internal diameter of about 130 mm. The perforated plate 11 is immersed about 60 mm from the surface of the liquid bath. The gas supplying the burner, for example propane, is injected into it under a relative pressure of 100 mbar, and the air under a pressure of 20 mbar.

Un tel dispositif convient parfaitement au chauffage de serres de culture, qui nécessitent une grande stabilité thermique, et de l'eau à basse température pour chauffage par le sol, toutes conditions conduisant à une économie d'énergie maximale. Such a device is perfectly suitable for heating greenhouses, which require great thermal stability, and low temperature water for underfloor heating, all conditions leading to maximum energy savings.

Une telle application de ce dispositif de chauffage constitue un autre objet de l'invention. Another object of the invention is such an application of this heating device.

Claims

1.- Method of heating a liquid bath in which combustion gases circulate in a combustion chamber possibly connected to at least one heat exchanger, the assembly being at least partially immersed in said liquid bath, the gases being ultimately discharged into the atmosphere, a process characterized in that said gases, after having been initially discharged outside said liquid bath, without coming into contact with it, are reintroduced into said liquid before being finally discharged into the atmosphere.

2.- Device for heating a bath (5) of liquid, comprising a combustion channel (1) of a mixture of fuel and oxidant, a combustion chamber (4) connected to said means and at least partially submerged in said bath, at least one heat exchanger (6) connected to said chamber and immersed in said bath, said exchanger comprising at least one means for rejecting (7) combustion products outside said bath, said device being characterized in what it includes means (10) for reinjecting said combustion products into the liquid after rejection of these outside of said bath.

3.- Device according to claim 2, characterized in that the or said heat exchangers are plate exchangers (6) arranged vertically in said bath.

4.- Device according to claim 3, characterized in that said heat exchangers (6) are arranged in parallel.

5.- Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the means for rejecting the combustion gases comprises a chimney (7), disposed on said exchangers (6) opposite to or on said chamber of combustion (4) and opening above the level of said liquid bath.

6.- Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the means for reinjea-tion of the combustion gases in the liquid bath comprises a cover (10) coi: Both the or said means of gas rejection combustion outside the liquid bath, said cover being arranged so that said gases can escape only by bubbling through the liquid

7.- Device according to claim 6, characterized in that said cover (10) immersed on all sides in the liquid.

8.- Device according to one of claims 6 and 7, characterized in that said cover (10) lets escape said combustion gases only along one of its sides, equipped, for the passage of gases, d 'A substantially horizontal perforated plate (11), plunging into the liquid bath.

9.- Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that it comprises a second cover (12) plunging into said liquid bath and provided with a venting, which overcomes the part of the first hood (10) through which combustion gases escape from said first hood by bubbling through the bath.

10.- Device according to claim 9, characterized in that said second cover (12) partially covers said first cover (10) and is separated by a gap (13) through which said combustion gases escape to the atmosphere .

11.- Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that one and / or the other of said covers (10, 12) is merosed in liquid by at least one watering means (14).

12.- Device according to claim 11, characterized in that the sprinkler means (14) is cornnun to the two covers (10, 12).

13.- Device according to one of claims il and 12, characterized in that said means for sprinkling the second cover (12) is arranged so that the combustion gases pass through the coolant escaping the atmosphere.

14.- Device according to one of claims il to 12, characterized in that the said spraying means or said hoods are supplied with cold liquid from said bath recycled therein.

15.- Application of the method according to claim 1 or of the device according to one of claims 2 to 14 for heating greenhouses.