FR2936298A1 - Systeme de chauffage a tube immerge pour alimentation en gaz basse pression et procede correspondant. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de chauffage à tube immergé compact comprenant un brûleur (B) comprenant un dispositif de pré-mélange (1, 2) pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible et une chambre de combustion (3) pour brûler le mélange air/gaz, et un tube immergé compact (T) en contact avec un élément à chauffer. Selon l'invention, le dispositif de pré-mélange comporte un mélangeur venturi (1) comprenant une entrée d'air (111) pour recevoir un premier flux d'air de pression P1, une entrée de gaz (124) pour recevoir un flux de gaz de pression P2 inférieure à P1 et une sortie (131) pour délivrer un mélange air/gaz, ledit mélangeur venturi étant adapté pour que ledit premier flux d'air aspire le flux de gaz pour former en sortie un mélange air/gaz ayant une pression P inférieure ou égale à P1.

Description

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Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de chauffage à tube immergé compact comportant un brûleur comprenant un dispositif de pré-mélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible, une chambre de combustion pour brûler le mélange air/gaz fourni par le dispositif de pré-mélange, et au moins un tube immergé compact raccordé à ladite chambre de combustion et en contact avec un élément à chauffer, tel qu'un liquide ou une solution aqueuse en bain ou en cuve. L' invention concerne également un procédé de chauffage à tube immergé compact comprenant une étape de pré-mélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible, une étape de combustion pour brûler le mélange air/gaz, et une étape de circulation du produit de la combustion dans tube immergé compact en contact avec un élément à chauffer.

Arrière-plan technologique de l'invention De tels systèmes comprenant un dispositif de pré-mélange sont connus de l'art antérieur. Le dispositif de pré-mélange consiste classiquement en une chambre dans laquelle se mélangent de l'air et du gaz introduits dans la chambre respectivement par une arrivée d'air et une arrivée de gaz. Pour obtenir un mélange stoechiométrique permettant une combustion complète du mélange dans la chambre de combustion, la quantité d'air introduite dans la chambre représente généralement 88% du mélange et la quantité de gaz représente 12% du mélange. L'air introduit dans la chambre de pré-mélange est un air surpressé à 100 millibars et la pression du gaz est de 300 millibars. En-deçà de cette pression de gaz, la perte de charge dans le tube immergé compact empêche la combustion de se développer. Cette valeur de pression de gaz est couramment employée dans l'industrie en France et correspond à la pression délivrée par les réseaux de gaz français alimentant les sites industriels ou les collectivités en France. Mais ce n'est pas toujours le cas à l'étranger, notamment en Allemagne, Grande-Bretagne, Belgique et Russie, où la pression de gaz délivrée aux établissements recevant du public est limitée réglementairement à 20 millibars.

Pour remédier à cette faible pression de gaz et permettre l'utilisation de systèmes de chauffage à tube immergé compact avec

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dispositif de pré-mélange à l'étranger, une solution consiste à prévoir un surpresseur de gaz sur l'arrivée de gaz en entrée de brûleur, en amont de la chambre de pré-mélange. Cette solution n'est pas cependant pas satisfaisante car la pression délivrée par le surpresseur n'est pas toujours stable et l'agressivité du gaz sur les joints et membranes du surpresseur engendre des problèmes de durabilité du matériel. Cette solution est par ailleurs relativement coûteuse à l'installation puis en entretien.

Résumé de l'invention Le but de la présente invention est de pallier toute ou partie des inconvénients précités. A cet effet, la présente invention propose un système de chauffage à tube immergé compact dans lequel le brûleur est équipé d'un dispositif de pré-mélange destiné à créer par effet venturi une dépression dans le flux d'air pour que le gaz à faible pression soit aspiré par le flux d'air au niveau de cette dépression. L'invention concerne un système de chauffage à tube immergé compact comprenant : - un brûleur comprenant un dispositif de pré-mélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible et une chambre de combustion pour brûler le mélange air/gaz fourni par ledit dispositif de pré-mélange, et - au moins un tube immergé compact en contact avec un élément à chauffer, ledit tube immergé compact étant raccordé à ladite 25 chambre de combustion, caractérisé en ce que le dispositif de pré-mélange principal comporte un mélangeur venturi comprenant une entrée d'air pour recevoir un premier flux d'air de pression P1 délivré par une première source d'air, une entrée de gaz pour recevoir un flux de gaz de pression 30 P2 inférieure à pi délivré par une source de gaz et une sortie pour délivrer un mélange air/gaz, ledit mélangeur venturi étant adapté pour que ledit premier flux d'air aspire le flux de gaz pour former en sortie un mélange air/gaz ayant une pression P inférieure ou égale à pi et supérieure à P2. 35 Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de pré-mélange principal comporte en outre une chambre de pré-mélange,

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interposée entre la sortie du mélangeur venturi et la chambre de combustion, laquelle chambre de pré-mélange comprend une entrée de mélange pour recevoir le mélange air/gaz de pression P délivré par le mélangeur venturi, une entrée d'air pour recevoir un second flux d'air de pression P3 inférieure à la pression P délivré par une deuxième source d'air, et une sortie, raccordée à la chambre de combustion, pour délivrer un mélange air/gaz ayant une pression P' inférieure à la pression P dans la chambre de combustion. Lors de la phase d'allumage, l'inflammation du mélange génère une surpression importante dans la chambre de combustion. Ce système de pré-mélange à deux étages, avec réalisation d'un mélange primaire enrichi en gaz à une pression importante supérieure à la pression du mélange final de combustion, permet de garantir une alimentation continue en gaz de la chambre de combustion, notamment lors de la phase d'allumage.

Le système selon l'invention comporte également un dispositif d'allumage pour générer une flamme pilote dans la chambre de combustion. Ce dispositif d'allumage comprend un dispositif de pré-mélange d'allumage pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible de manière à produire un mélange air/gaz dit mélange allumeur et des moyens d'allumage débouchant dans la chambre de combustion pour enflammer ledit mélange allumeur dans la chambre de combustion et générer la flamme pilote. Dans le premier mode de réalisation du système de l'invention, le dispositif de pré-mélange d' allumage comporte avantageusement: - un mélangeur venturi d' allumage comprenant une entrée d'air pour recevoir un premier flux d'air allumeur de pression P1 délivré par ladite première source d'air, une entrée de gaz pour recevoir un flux de gaz allumeur de pression P2 inférieure à P 1 délivré par ladite source de gaz et une sortie pour délivrer le mélange allumeur, ledit mélangeur venturi d'allumage étant adapté pour que ledit premier flux d'air allumeur aspire le flux de gaz allumeur pour former en sortie un mélange allumeur ayant une pression P inférieure ou égale à P1, et - une chambre de pré-mélange, interposée entre la sortie du mélangeur venturi d'allumage et lesdits moyens d'allumage, laquelle chambre de pré-mélange d'allumage comprend une entrée de mélange pour recevoir le mélange air/gaz délivré par le mélangeur venturi

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d'allumage, une entrée d'air pour recevoir un second flux d'air allumeur délivré par la deuxième source d'air ayant une pression P3 inférieure à la pression P, et une sortie raccordée à la chambre de combustion pour délivrer un mélange air/gaz ayant une pression P' inférieure à la pression P. Dans ce premier mode de réalisation, la pression P1 est comprise entre 1 et 6 bars pour que, pour une pression de gaz P2 inférieure à 300 millibars, la pression P du mélange enrichi en gaz soit supérieure à 100 mb et pour que, pour une pression P3 supérieure à 30 mb, la pression P' du mélange final soit également supérieure à 30 mb. La pression Pl est de préférence comprise entre 3 et 4 bars et la pression P2 est égale à 20 mb. Avantageusement, pour réduire la consommation d'air à pression P1, le système comprend en outre un dispositif de pré-mélange secondaire comprenant un mélangeur venturi ayant une entrée d'air pour recevoir un flux d'air de pression P3 supérieure à P2, une entrée de gaz pour recevoir un flux de gaz de pression P2 et une sortie raccordée à la chambre de combustion. Le mélangeur venturi est adapté pour que le flux d'air de pression P3 aspire le flux de gaz de pression P2 et forme en sortie un mélange secondaire de pression sensiblement égale à P'. Ce mélange secondaire est additionné, après une phase de démarrage, au mélange air/gaz provenant de la chambre de pré-mélange pour alimenter la chambre de combustion. Le mélange fourni par ce dispositif de pré-mélange secondaire permet ainsi de réduire la quantité de mélange à produire dans le dispositif de pré-mélange principal, et donc de réduire la consommation d'air à pression P1.

Selon un deuxième mode de réalisation, la sortie du mélangeur venturi est directement raccordée à la chambre de combustion. Dans ce mode de réalisation, le dispositif ne comprend qu'un seul étage formé par le mélangeur venturi. Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de pré- mélange d'allumage comporte uniquement un mélangeur venturi d'allumage comprenant une entrée d'air pour recevoir un premier flux d'air allumeur de pression P1 délivré par ladite première source d'air, une entrée de gaz pour recevoir un flux de gaz allumeur de pression P2 inférieure à PI délivré par ladite source de gaz et une sortie pour délivrer le mélange allumeur aux moyens d'allumage, ledit mélangeur venturi d'allumage étant adapté pour que ledit premier flux d'air allumeur aspire le flux de gaz allumeur pour former en sortie un mélange allumeur ayant 5 une pression P inférieure ou égale à PL Les pressions d'air employées dans ce mode de réalisation sont différentes de celles utilisées dans le premier mode de réalisation. La pression P1 est supérieure à 30 mb pour que, pour une pression de gaz P2 inférieure à 300 millibars, la pression P du mélange fourni à la io chambre de combustion soit également supérieure à 30 mb. Dans ce second mode de réalisation, le système comporte en outre avantageusement un dispositif de délestage, disposé en sortie de la chambre de combustion, pour évacuer vers l'extérieur au moins une partie du produit de la combustion du mélange air/gaz dans la chambre 15 de combustion lorsque la pression dans la chambre de combustion est supérieure à une pression Pmax supérieure à P (à confirmer que Pmax>P). Ce dispositif de délestage permet de réduire la surpression présente dans la chambre de combustion lors de l'allumage du mélange air/gaz dans la chambre de combustion. Ce dispositif de délestage est plus 20 particulièrement destiné à être mis en place dans le système selon le second mode de réalisation.

Enfin, l'invention concerne également un procédé de chauffage à tube immergé compact comprenant : 25 - une étape de pré-mélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible, - une étape de combustion pour brûler le mélange air/gaz, - une étape de circulation comprenant la circulation du produit de la combustion dans tube immergé compact en contact avec un 30 élément à chauffer, caractérisé en ce que l'étape de pré-mélange comprend une étape d'aspiration, par un flux d'air de pression P1, d'un flux de gaz de pression P2 inférieure à pi pour former un mélange air/gaz de pression P inférieure ou égale à pi et supérieure à P2. 35 Selon un premier mode de réalisation lié au premier mode de réalisation du système de l'invention, l'étape de pré-mélange du

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procédé comprend la réalisation d'un mélange primaire air/gaz à une pression P supérieure à 100 mb, par aspiration d'un flux de gaz à une pression P2 inférieure à 300 millibars par un flux d'air à pression P1 comprise entre 1 et 6 bars, et la réalisation d'un premier mélange de combustion à pression P' supérieure à 30 mb par mélange d'un second flux d'air à pression P3 supérieure à 30 mb avec ledit mélange primaire, l'étape de combustion comprenant la combustion dudit mélange de combustion. Avantageusement, l'étape de pré-mélange comprend en outre la réalisation d'un second mélange de combustion de pression sensiblement égale à p' par aspiration d'un flux de gaz de pression P2 par un flux d'air de pression P3, ledit second mélange de combustion venant s'additionner audit premier mélange de combustion après une phase de démarrage et l'étape de combustion comprenant alors la combustion desdits premier et second mélanges de combustion.

Selon un deuxième mode de réalisation lié au deuxième mode de réalisation du système de l'invention, l'étape de pré-mélange du procédé comprend la réalisation d'un mélange de combustion air/gaz à une pression P supérieure à 30 mb, par aspiration d'un flux de gaz à une pression P2 inférieure à 300 millibars par un flux d'air à pression P1 supérieure à 30 mb, et l'étape de combustion comprenant la combustion dudit mélange de combustion. Avantageusement, dans ce second mode de réalisation, l'étape de circulation comprend l'évacuation vers l'extérieur d'au moins une partie du produit de la combustion lorsque la pression dans la chambre de combustion est supérieure à une pression Pmax supérieure à P.

Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre de deux modes de réalisation particuliers de l'invention, en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

7 - la figure 1 représente de manière schématique un premier mode de réalisation d'un système de chauffage à tube immergé compact conforme à l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe axiale d'un dispositif de pré-mélange du système de la figure 1; - la figure 3 représente une vue en perspective et en coupe d'un dispositif de pré-mélange du système de la figure 1 ; - la figure 4 représente de manière schématique un second mode de réalisation d'un système de chauffage à tube immergé io compact conforme à l'invention; - la figure 5 représente de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un système de chauffage à tube immergé compact conforme à l'invention; et - la figure 6 représente de manière schématique une variante 15 du premier mode de réalisation d'un système de chauffage à tube immergé compact conforme à l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 représente de manière schématique un premier 20 mode de réalisation d'un système de chauffage à tube immergé compact conforme à l'invention. Ce système comprend un brûleur à gaz B et au moins un tube immergé compact T, en forme de serpentin, en contact avec l'élément à chauffer dans lequel circulent les produits de la combustion 25 générés par le brûleur B. Le brûleur B est alimenté en gaz combustible par une source de gaz G1 délivrant du gaz sous une pression P2 et en air par deux sources d'air: une première source d'air Al délivrant un flux d'air sous une pression P1 très supérieure à P2 et une deuxième source d'air A2 30 délivrant un flux d'air sous une pression P3 supérieure à P2. La source de gaz G1 est par exemple un réseau de distribution de gaz et les sources d'air Al et A2 sont par exemple des compresseurs ou surpresseurs d'air. Le gaz combustible délivré par la source de gaz G1 est du type gaz naturel ou méthane. 35 Le brûleur B comprend essentiellement un dispositif de pré-mélange principal, une tête de brûleur 4 et une chambre de combustion

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3. Le dispositif de pré-mélange principal est formé par un mélangeur venturi 1 destiné à mélanger le gaz provenant de la source G1 avec de l'air provenant de la source Al et d'une chambre de pré-mélange 2 destiné à mélanger le mélange provenant du mélangeur venturi avec de l'air provenant de la source A2. Le mélangeur venturi 1 est raccordé à la source d'air Al par une conduite d'alimentation en air 51 et à la source de gaz G1 par une conduite d'alimentation en gaz 52. La sortie du mélangeur venturi 1 est connectée à une entrée de la chambre de pré-mélange 2. La chambre de pré-mélange 2 est par ailleurs raccordée à la io source d'air A2 par une conduite d'alimentation en air 53 et par une conduite de mélange principal 54 à la tête de brûleur 4. La tête de brûleur 4, bien connue de l'homme du métier, comprend une chambre dite de répartition 41 pour recevoir le mélange air/gaz, appelé mélange principal, fourni par la conduite de mélange 15 principal 54. La chambre de répartition 41 communique avec la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire d'une grille de stabilisation de flammes 42. La grille 42 présente des orifices pour le passage du mélange principal vers la chambre de combustion 3. La chambre de combustion 3 est formée d'une portion 31 de forme cylindrique et d'une 20 portion 32 de forme tronconique permettant de la raccorder au tube immergé T de diamètre inférieur. Le brûleur B est également équipé de manière classique d'un dispositif d'allumage pour déclencher la combustion du mélange principal dans la chambre de combustion 3. Ce dispositif d'allumage 25 consiste en une électrode d'allumage 43 disposée au centre de la grille 42 et débouchant dans la chambre de combustion 42. Cette électrode est alimentée, au moment de l'allumage, par une haute tension destinée à créer un arc électrique entre la pointe de l'électrode et la grille. Ce dispositif d'allumage engendre une flamme pilote, laquelle est utilisée 30 par la suite pour la combustion du mélange principal. Ce dispositif d'allumage est alimenté, au moment de l'allumage de la flamme pilote, en gaz et en air par une chambre 44, dite d'allumage, disposée à l'intérieur de la chambre de répartition 41 autour de son axe longitudinal. La chambre d'allumage 44 est séparée de la chambre de répartition 41 35 par une paroi cylindrique s'étendant axialement le long de la tête de brûleur. La chambre d'allumage 44 communique avec la chambre de

9 combustion 3 par l'intermédiaire de la partie centrale de la grille 42, zone de la grille où est disposée l'électrode d'allumage 43. La chambre d'allumage 44 est alimentée en mélange air/gaz, appelé mélange allumeur, par une entrée 45 disposée à l'opposé de la grille 42. Le mélange allumeur est fourni par un dispositif de pré-mélange formé d'un mélangeur venturi 6 et d'une chambre de pré-mélange 7. Le mélangeur venturi 6 est raccordé à la conduite d'alimentation en air 51 par une conduite de dérivation d'air 55 et à la conduite d'alimentation en gaz 52 par une conduite de dérivation de gaz 56. La sortie du mélangeur venturi io 6 est connectée directement à une entrée de la chambre de pré-mélange 7. Une autre entrée de la chambre de pré-mélange 7 est raccordée à la conduite d'alimentation en air 53 par une conduite de dérivation d'air 57 et la sortie de la chambre de pré-mélange est raccordée par une conduite de pré-mélange 58 à l'entrée 45 de la chambre d'allumage 44. 15 Une pluralité de vannes et électrovannes est prévue pour contrôler l'alimentation et le débit de gaz et d'air dans les conduites. Une première vanne 511 contrôle l'alimentation en air du mélangeur venturi 1. Une vanne de gaz 521, disposée sur la conduite d'alimentation en gaz 52 en amont de la conduite de dérivation de gaz 56, contrôle 20 l'alimentation générale en gaz des conduites 52 et 56. Une électrovanne de sécurité 522 et une électrovanne 523 disposées sur la conduite d'alimentation en gaz 52, en aval de la conduite de dérivation de gaz 56, contrôlent l'arrivée de gaz dans le mélangeur venturi 1. Une vanne 531, disposée sur la conduite d'alimentation en air 53, en aval de la conduite 25 de dérivation d'air 57, régule le débit d'air dans la chambre de pré-mélange 2. Une vanne 551 montée sur la conduite de dérivation d'air 55 et une vanne 561 montée sur la conduite de dérivation de gaz 56 régulent respectivement le débit d'air et de gaz dans le mélangeur venturi 6. Enfin une vanne 571 montée sur la conduite de dérivation d'air 57 régule le 30 débit d'air dans la chambre de pré-mélange 7. Les figures 2 et 3 montrent un exemple de réalisation d'un mélangeur venturi conforme à l'invention. Ces figures décrivent plus particulièrement le mélangeur venturi 1 mais sont également valables pour le mélangeur venturi 6. 35 Le mélangeur venturi comprend, d'amont en aval dans le sens de circulation du flux d'air, un élément d'injection d'air 11, un 2936298 io

élément intermédiaire dit de raccordement 12 et un élément d'éjection de mélange 13. L'élément d'injection d'air 11 est de forme tubulaire et définit un passage interne de section circulaire entre un orifice d'entrée 5 111 et un orifice de sortie 112. Il comprend, d'amont en aval, un premier tronçon 113 de section circulaire constante se prolongeant par un deuxième tronçon 114, formant convergent d'un venturi, dont la section circulaire diminue d'amont en aval. Le tronçon 113 est fileté intérieurement au niveau de io l'orifice d'entrée 111 pour son raccordement à la conduite d'alimentation en air 51. Le tronçon 114 débouche dans l'élément de raccordement 12. L'élément d'éjection de mélange 13 est de forme tubulaire et définit un passage interne de section circulaire entre un orifice d'entrée 131 et un orifice de sortie 132. L'élément 13 comprend au 15 moins un tronçon 133, formant divergent d'un venturi, dont le diamètre intérieur augmente d'amont en aval. Le diamètre intérieur à l'extrémité aval du tronçon 133 est sensiblement égal à celui de du tronçon 113 de l'élément d'injection d'air 11. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'élément 13 20 comprend en outre d'amont en aval, de part et d'autre du tronçon 133, un tronçon 134, formant convergent d'un venturi, dont le diamètre intérieur diminue d' amont en aval entre l'orifice d' entrée 131 et l'extrémité amont du tronçon 133 et un tronçon 135 de diamètre intérieur constant entre l'extrémité aval du tronçon 133 et l'orifice de sortie 132. Le diamètre 25 intérieur du tronçon 134 au niveau de l'orifice d'entrée 331 est légèrement supérieur à celui du tronçon 114 au niveau de l'orifice 112. S'agissant de l'élément de raccordement 12, il est également de forme tubulaire et définit un passage interne de section circulaire entre une ouverture d'entrée 121 de diamètre égal au diamètre extérieur 30 du tronçon 113 de l'élément 11 et une ouverture de sortie 122 de diamètre égale au diamètre extérieur de l'élément 13. Il présente en outre un alésage transversal 123 définissant un trou 124 dans la paroi tubulaire de l'élément 12 et un trou borgne 125 sur la face interne de la paroi en vis-à-vis du trou 124 par rapport à l'axe longitudinal du passage interne 35 de l'élément 12. La conduite d'alimentation en gaz 52 est raccordée, par exemple par vissage, au trou 124.

Il

L'élément d'injection d'air 11 est introduit dans l'ouverture d'entrée 121 de l'élément 12 de sorte que le tronçon 114 soit contenu dans l'alésage de l'élément 12. Le tronçon 113 est par exemple fileté extérieurement pour son montage dans l'ouverture 321. Le tronçon 114 est dimensionné pour être entièrement contenu dans l'alésage 123 et est disposé pour que l'orifice de sortie 112 soit disposé en regard et à faible distance de l'orifice d'entrée 131. La figure 4 représente de manière schématique la chambre de pré-mélange 2, le mélangeur venturi 1 et leur raccordement. La io chambre de pré-mélange 2 est de forme tubulaire et définit un passage interne de section circulaire entre une ouverture d'entrée 21 et une ouverture de sortie 22. Elle présente en outre un trou transversal 23, ménagé dans la paroi tubulaire de la chambre, auquel est raccordé par exemple par vissage l'orifice de sortie 132 du mélangeur venturi. La 15 conduite d'alimentation en gaz 53 et la conduite de pré-mélange 54 sont raccordées respectivement, par exemple par vissage, à l'ouverture d'entrée 21 et à l'ouverture de sortie 22. En fonctionnement, le flux d'air à pression P 1 pénètre dans l'élément 11 par l'orifice d'entrée 111 suivant la flèche F 1 et le flux de 20 gaz pénètre dans l'élément 12 par le trou 124 suivant la flèche F2. Le tronçon 114 formant convergent de venturi crée, au niveau des orifices 112 et 131, une dépression dans le flux d'air. Le flux de gaz est alors aspiré par le flux d'air. Le mélange ainsi formé circule ensuite à travers le passage interne de l'élément 13 suivant la flèche F3. Le débit de gaz 25 dans le mélangeur venturi est contrôlé par l'électrovanne 523 pour que le pré-mélange obtenu soit excédentaire en gaz par rapport aux dosages stoechiométriques. Le rapport air/gaz à la sortie du mélangeur venturi 1 est par exemple de 1 (50% d'air, 50% de gaz). Ce mélange enrichi en gaz est ensuite introduit dans la chambre de pré-mélange 2 par le trou 23 30 et mélangé au flux d'air de pression P3 pénétrant dans la chambre 2 par l'ouverture d'entrée 21 suivant la flèche F4. Le mélange ainsi obtenu est ensuite évacué par l'ouverture de sortie 22 suivant la flèche F5. Le débit du flux d'air alimentant la chambre 2 est contrôlé par l'électrovanne 531 pour que le mélange obtenu soit sensiblement stoechiométrique 35 (combustion complète du mélange avec éventuellement excès d'air), les

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proportions d'air et de gaz dans le mélange fourni à la chambre de combustion étant alors sensiblement égales à 88% d'air et 12% de gaz. Dans ce premier mode de réalisation, la pression du flux de gaz P2 étant inférieure à 300 mb, la pression P1 du premier flux d'air est comprise entre 1 et 6 bars, de préférence entre 3 et 4 bars, et la pression P3 du deuxième flux d'air est supérieure à 30 mb. La pression P du mélange obtenue en sortie de mélangeur venturi est alors supérieure à 100 mb, et la pression P' en sortie de chambre de pré-mélange est supérieure à 30 mb. Par exemple, pour une pression P2 de gaz à 20 mb, la pression P1 est prise égale à 3 bars pour obtenir, à la sortie du mélangeur venturi 1, un mélange enrichi ayant une pression P de 300 mb. Ce mélange enrichi est ensuite mélangé dans la chambre de pré-mélange 2 avec un flux d'air ayant une pression P3 égale à 100 mb de manière à obtenir un mélange, en sortie de chambre de pré-mélange, ayant une pression P' de l'ordre de 100 mb. S'agissant des débits d'air et de gaz, quelle que soit la puissance du brûleur, le débit de l'air à pression P1 est compris entre 0,2 et 4 fois le débit du gaz à pression P2 pour du gaz naturel. L'air à pression P3 vient en complément de l'air à pression P1 pour obtenir une combustion complète avec éventuellement un léger excès d'air dans la chambre de combustion. Ce fonctionnement est également valable pour le dispositif de pré-mélange formé par le mélangeur venturi 6 et de la chambre de pré-mélange 7, les débits d'air et de gaz étant plus faibles.

La figure 5 représente de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un système de chauffage à tube immergé compact conforme à l'invention. Le brûleur, référencé B', qui y est représenté comporte moins d'éléments que le brûleur B de la figure 1. Le dispositif de pré-mélange y est simplifié et ne comporte plus de chambre de pré-mélange à la sortie du mélangeur venturi. Les mélangeurs venturi 1 et 6 sont remplacés par des mélangeurs venturi 101 et 106. Les éléments qui sont identiques à ceux de la figure 1 sont désignés avec les mêmes références.35

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Le brûleur B' est alimenté en gaz combustible par la source de gaz G1 délivrant du gaz sous une pression P2 inférieure à 300 mb et en air par une seule source d'air Al délivrant un flux d'air sous une pression Pl supérieure à P2.

En comparaison avec la figure 1, la chambre de mélange 2 est supprimée et la sortie du mélangeur venturi 101 est directement raccordée, via la conduite 54, à la tête de brûleur 4. De même, la chambre de mélange 7 est supprimée et le mélangeur venturi 106 est directement raccordé, via la conduite 58, à l'entrée 45 de la chambre 1 o d'allumage 44. Dans ce deuxième mode de réalisation, les débits de gaz et d'air à l'entrée des mélangeurs venturi 1 et 6 sont contrôlés, au moyen des vannes, pour que le mélange obtenu en sortie de mélangeur soit stoechiométrique (88% d'air et 12% de gaz) et non enrichi en gaz 15 comme c'est le cas dans le premier mode de réalisation. Le mélange fourni à la chambre de combustion est donc directement fourni par le mélangeur venturi. Dans ce mode de réalisation, pour une pression P2 de gaz inférieure à 300 mb, la pression P1 du premier flux d'air est prise 20 supérieure à 30 mb. Par exemple, la pression P1 est prise égale à 120 mb pour une pression P2 de gaz de 20 mb. A la sortie du mélangeur venturi 1, on obtient un mélange ayant une pression P de l'ordre de 100 mb. Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, le débit de l'air à pression P1 est compris entre 1 et 15 fois le débit du gaz à pression P2 pour du gaz 25 naturel, quelle que soit la puissance du brûleur. Par ailleurs, il est à noter que, les pressions et les débits employés dans ce mode de réalisation étant différents de ceux employés dans le premier mode de réalisation, les mélangeurs venturi 101 et 106 ont un dimensionnement différent des mélangeurs venturi 1 et 6 du 30 premier mode de réalisation. Avantageusement, le brûleur B' est équipé d'un dispositif de délestage 8 pour limiter les phénomènes de surpression survenant à l'allumage du mélange principal qui pourraient perturber le fonctionnement du mélangeur venturi. En effet, lors de l'inflammation 35 du mélange principal, celui-ci entre en expansion et une surpression importante se crée, ayant pour conséquence de ralentir fortement le débit

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du mélange principal dans la tête de brûleur 4. Cette chute de débit peut avoir pour conséquence de limiter, voire d'annuler, la dépression dans le mélangeur venturi 1. Le flux de gaz n'est alors plus aspiré par le flux d'air et la combustion est stoppée. Le dispositif de délestage 8, placé en sortie de brûleur par exemple au niveau de la partie tronconique 32 de la chambre de combustion, est utilisé pour réduire ce phénomène de surpression. Il consiste par exemple en un tube reliant la chambre de combustion 3 à l'extérieur, ledit tube étant muni d'une soupape de surpression pour évacuer vers l'extérieur au moins une partie du produit de la combustion lorsque la pression dans la chambre de combustion est supérieure à une pression Pmax, elle-même supérieure à P. La pression Pmax est par exemple égale à a P, a étant supérieur ou égal à 1,1. En variante, le tube est équipé d'un système de clapet dont l'ouverture est commandée au moment de l'allumage de la flamme pilote, éventuellement en fonction de la pression à l'intérieur de la chambre de combustion.

La figure 6 représente de manière schématique une variante du premier mode de réalisation de l'invention. Le brûleur, référencé B", qui est représenté dans cette figure comporte, en plus des éléments du brûleur B de la figure 1, un dispositif de pré-mélange secondaire comprenant un mélangeur venturi 201' et deux électrovannes 591 et 592. Les mélangeurs venturi 1 et 6 sont remplacés par des mélangeurs venturi 201 et 206. Les éléments qui sont identiques à ceux de la figure 1 sont désignés avec les mêmes références. Le mélangeur venturi 201' est destiné à mélanger du gaz à pression P2 provenant de la source GI avec de l'air à pression P3 provenant de la source A2 et est dimensionné pour délivrer en sortie un mélange de combustion secondaire ayant une pression sensiblement égale à p'. Il est raccordé à la source d'air A2 par une conduite d'alimentation en air 59a et à la source de gaz GI par une conduite d'alimentation en gaz 59b. Sa sortie est connectée à la conduite de mélange principal 54 par une conduite de mélange 59c. L'électrovanne 591 est une électrovanne de sécurité et l'électrovanne 592 est utilisée pour contrôler le débit de sortie du mélangeur 201'.

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Ce dispositif de pré-mélange secondaire est destiné à limiter la consommation d'air à pression P1 du système. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le bâtiment dans lequel le système de l'invention est installé ne dispose pas de réseau d'air comprimé et que l'air de pression P 1 est uniquement fourni par un compresseur dédié. Au démarrage, le système de l'invention est alimenté en air de pression P 1 avec un débit réduit pour obtenir une puissance de fonctionnement comprise entre 10 et 60% de la puissance nominale. Pendant cette phase de démarrage, l'électrovanne 592 est fermée. La chambre de combustion 3 n'est alimentée que par le mélange provenant de la chambre de pré-mélange 2. Après cette phase de démarrage, la puissance nominale est atteinte en ouvrant l'électrovanne 592 de façon à ce que la chambre de combustion 3 soit alimentée à la fois par le mélange provenant de la chambre de pré-mélange 2 et par le mélange secondaire provenant du mélangeur venturi 201'. Dans ce mode de réalisation, les pressions et les débits employés étant différents de ceux employés dans le premier mode de réalisation, les mélangeurs venturi 201 et 206 ont un dimensionnement différent des mélangeurs venturi 1 et 6 du premier mode de réalisation.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec deux modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. Les valeurs de pression citées dans la présente demande sont données à titre indicatif et peuvent être modifiées de manière à rester dans le cadre de l'invention.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1) Système de chauffage à tube immergé compact comprenant : - un brûleur (B ; B', B") comprenant un dispositif de pré-mélange principal (1, 2; 101, 201) pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible et une chambre de combustion (3) pour brûler le mélange air/gaz fourni par ledit dispositif de pré-mélange, et - au moins un tube immergé compact (T) en contact avec un 10 élément à chauffer, ledit tube immergé compact étant raccordé à ladite chambre de combustion (3), caractérisé en ce que le dispositif de pré-mélange principal comporte un mélangeur venturi (1, 101, 201) comprenant une entrée d'air (111) pour recevoir un premier flux d'air de pression P1 délivré par 15 une première source d'air (Al), une entrée de gaz (124) pour recevoir un flux de gaz de pression P2 inférieure à pi délivré par une source de gaz (G1) et une sortie (131) pour délivrer un mélange air/gaz, ledit mélangeur venturi étant adapté pour que ledit premier flux d'air aspire le flux de gaz pour former en sortie un mélange air/gaz ayant une pression 20 P inférieure ou égale à pi et supérieure à P2.
2. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de pré-mélange principal comporte en outre une chambre de pré-mélange (2), interposée entre la sortie du mélangeur venturi (1; 201) 25 et la chambre de combustion (3), laquelle chambre de pré-mélange comprend une entrée de mélange (23) pour recevoir le mélange air/gaz de pression P délivré par le mélangeur venturi (1; 201), une entrée d'air (21) pour recevoir un second flux d'air de pression P3 inférieure à la pression P délivré par une deuxième source d'air (A2), et une sortie (22), 30 raccordée à la chambre de combustion, pour délivrer un mélange air/gaz ayant une pression P' inférieure à la pression P dans la chambre de combustion.
3. 3) Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il 35 comprend en outre un dispositif de pré-mélange secondaire (201') comprenant un mélangeur venturi (201') ayant une entrée d'air pour 17 recevoir un flux d'air de pression P3 supérieure à P2, une entrée de gaz pour recevoir un flux de gaz de pression P2 et une sortie raccordée à la chambre de combustion pour délivrer un mélange air/gaz dit mélange secondaire, ledit mélangeur venturi étant adapté pour que le flux d'air de pression P3 aspire le flux de gaz pour former en sortie un mélange secondaire de pression P', le mélange secondaire venant s'additionner au mélange air/gaz provenant de la chambre de pré-mélange (2) après une phase de démarrage.
4. 4) Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'allumage pour générer une flamme pilote dans la chambre de combustion (3), lequel dispositif d'allumage comprend un dispositif de pré-mélange d'allumage (6, 106, 7) pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible de manière à produire un mélange air/gaz dit mélange allumeur et des moyens d'allumage (43, 44) débouchant dans la chambre de combustion (3) pour enflammer ledit mélange allumeur dans la chambre de combustion et générer la flamme pilote, et en ce que ledit dispositif de pré-mélange d'allumage 20 comporte : - un mélangeur venturi d'allumage (6; 206) comprenant une entrée d'air pour recevoir un premier flux d'air allumeur de pression P1 délivré par ladite première source d'air (Al), une entrée de gaz pour recevoir un flux de gaz allumeur de pression P2 inférieure à P 1 délivré 25 par ladite source de gaz (G1) et une sortie pour délivrer le mélange allumeur, ledit mélangeur venturi d' allumage (6; 206) étant adapté pour que ledit premier flux d'air allumeur aspire le flux de gaz allumeur pour former en sortie un mélange allumeur ayant une pression P inférieure ou égale à pi, et 30 - une chambre de pré-mélange (7), interposée entre la sortie du mélangeur venturi d'allumage (6; 206) et lesdits moyens d'allumage (43, 44), laquelle chambre de pré-mélange d'allumage comprend une entrée de mélange pour recevoir le mélange air/gaz délivré par le mélangeur venturi d'allumage (6; 206), une entrée d'air pour recevoir un 35 second flux d'air allumeur délivré par la deuxième source d'air (A2) ayant une pression P3 inférieure à la pression P, et une sortie (22),18 raccordée à la chambre de combustion, pour délivrer un mélange air/gaz ayant une pression P' inférieure à la pression P.
5. 5) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 5 sortie (131) du mélangeur venturi (101) est raccordée à la chambre de combustion (3).
6. 6) Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'allumage pour générer une flamme pilote dans 10 la chambre de combustion (3), lequel dispositif d'allumage comprend un dispositif de pré-mélange d'allumage (106) pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible de manière à produire un mélange air/gaz dit mélange allumeur et des moyens d'allumage (43, 44) débouchant dans la chambre de combustion (3) pour enflammer ledit 15 mélange allumeur dans la chambre de combustion, et en ce que ledit dispositif de pré-mélange d'allumage comporte un mélangeur venturi d'allumage (106) comprenant une entrée d'air pour recevoir un premier flux d'air allumeur de pression P1 délivré par ladite première source d'air (Al), une entrée de gaz pour recevoir un 20 flux de gaz allumeur de pression P2 inférieure à pi délivré par ladite source de gaz (G1) et une sortie pour délivrer le mélange allumeur aux moyens d' allumage, ledit mélangeur venturi d' allumage (106) étant adapté pour que ledit premier flux d'air allumeur aspire le flux de gaz allumeur pour former en sortie un mélange allumeur ayant une pression 25 P inférieure ou égale à PL
7. 7) Système selon la revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de délestage (8), disposé en sortie de la chambre de combustion (3) pour évacuer vers l'extérieur au moins 30 une partie du produit de la combustion du mélange air/gaz dans la chambre de combustion lorsque la pression dans la chambre de combustion est supérieure à une pression Pmax supérieure à P.
8. 8. Procédé de chauffage à tube immergé compact 35 comprenant : 19 - une étape de pré-mélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible, - une étape de combustion pour brûler le mélange air/gaz, - une étape de circulation comprenant la circulation du produit de la combustion dans tube immergé compact en contact avec un élément à chauffer, caractérisé en ce que l'étape de pré-mélange comprend une étape d'aspiration, par un flux d'air de pression P1, d'un flux de gaz de pression P2 inférieure à pi pour former un mélange air/gaz de pression P inférieure ou égale à pi et supérieure à P2.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de pré-mélange comprend - la réalisation d'un mélange primaire air/gaz à une pression P supérieure à 100 mb, par aspiration d'un flux de gaz à une pression P2 inférieure à 300 mb par un flux d'air à pression P1 comprise entre 1 et 6 b, et - la réalisation d'un premier mélange de combustion à pression P' supérieure à 30 mb par mélange d'un second flux d'air à pression P3 supérieure à 30 mb avec ledit mélange primaire, l'étape de combustion comprenant la combustion dudit premier mélange de combustion.
10. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de pré-mélange comprend en outre la réalisation d'un second mélange de combustion de pression sensiblement égale à p' par aspiration d'un flux de gaz de pression P2 par un flux d'air de pression P3 supérieure à P2, ledit second mélange de combustion venant s'additionner audit premier mélange de combustion après une phase de démarrage l'étape de combustion comprenant la combustion desdits premier et second mélanges de combustion.
11. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que 35 l'étape de pré-mélange comprend 20 - la réalisation d'un mélange de combustion air/gaz à une pression P supérieure à 100 mb, par aspiration d'un flux de gaz à une pression P2 inférieure à 300 mb par un flux d'air à pression P1 supérieure à 30 mb, et l'étape de combustion comprenant la combustion dudit mélange de combustion.
12. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite étape de circulation comprend l'évacuation vers l'extérieur d'au moins une partie du produit de la combustion lorsque la pression dans la chambre de combustion est supérieure à une pression Pmax supérieure à P.