WO2002012793A1 - Dispositif de préchauffage de fioul - Google Patents

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Alain Sebban
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/14—Details thereof
    • F23K5/20—Preheating devices

Definitions

  • the invention relates to a light or heavy fuel oil preheater for the purpose of saving fuel costs and at the same time cleaning up this fuel.
  • the invention is an innovation in the field of Economizer / Pollutant preheaters.
  • Some have used systems composed of round or flat tubes, heated using electrical resistors.
  • Others have used oil baths heated by electrical resistances, in which round or flat tubes or serpentine tubes are immersed, which in itself is not negative, but on the other hand causes electrical expenditure which is sometimes so expensive that these expenses partially cover or exceed the savings made in fuel oil.
  • an existing energy is recovered from the boiler which is free and does not come to hinder the savings made by preheating the fuel oil.
  • the heat generated by the combustion chamber includes a part which is completely lost in evacuation of gases and fumes at the level of the chimney
  • the exchanger technique is very well known and above all recognized for its efficiency since it is used in nuclear power plants and many other industries, that of perfume among others.
  • the present invention relates to an oil preheating device for a boiler comprising an oil combustion chamber and a gas evacuation chimney, said device comprising a heated thermal oil circuit and a heat exchanger between the thermal oil and the oil injector nozzle line in the combustion chamber of the boiler, characterized in that the thermal oil circuit includes a coil located in the chimney, for heating the thermal oil.
  • the coil is held in the chimney by the envelope surrounding it.
  • the coil has several tubes connected to an inlet tube and to an outlet tube.
  • the exchanger comprises a tank filled with oil and integrated into the oil circuit by an inlet tube and an outlet tube respectively connected to the outlet and the inlet of the coil in the chimney, and by the fact that the nozzle line passes through said tank.
  • the portion of the nozzle line passing through the tank is at least partially formed by a coil.
  • the tank filled with oil includes a pump immersed in the oil and the outlet of which is connected to the outlet tube, to circulate the oil.
  • the pump is mechanical and its rotor is driven by a motor outside the tank, via a transmission axis.
  • the tank and the motor are contained in a packaging box.
  • It includes a temperature sensor upstream of the nozzles and oil circulation control means, to regulate the temperature of the fuel oil according to a predetermined set point.
  • Figure 1 is an overview of the invention in a first embodiment.
  • Figures 2 to 6 illustrate a second mode.
  • a first embodiment of the invention described in FIG. 1 takes place as follows:
  • the return pump (13) then returns this hot thermal oil (18) to the coil (15) surrounded by its support envelope (14).
  • the hot thermal oil (18) is sent to a pressure relief tank (16), the plug (17) of which is tared to the desired pressure.
  • the function of the pressure relief tank (16) is to recover the excess volume of the hot thermal oil (18) excess due to an increase in density by the action of the heating of the thermal oil (18) by the heat from the chimney (22).
  • the thermal oil (18) recovered in the compression tank (16) is sent to the exchanger (6).
  • a temperature probe (20) on the nozzle line (8) before admission to the nozzles (9).
  • This probe (20) is connected in parallel with the booster pump (13).
  • the temperature sensor (20) closes and switches off the contact of the return pump (13). As the latter is no longer in operation, the closed circuit in which the thermal oil (18) circulates is interrupted.
  • the oil (18) becomes stagnant while the cold fuel continues to enter the exchanger (6) through the inlet (5). There is therefore an exchange of calories between the oil (18) contained in the exchanger (6) and the fuel oil.
  • the heated oil 18 is brought into an oil tank 23 via a tube 24 of diameter equal to the three tubes of the chimney coil.
  • the mechanical pump 25 driven by an independent motor 26 returns the oil via a tube 27 of the same diameter as that of arrival, to be injected again into the three tubes 4 mm in diameter of the coil 15, thus forming a closed oil circuit, chimney 22, oil tank 23, chimney 22.
  • the 4 mm tubes will be connected to the 24.27 12 mm tubes by perfect sealing bicone fittings.
  • the length of the coil 15 chimney and the coil 28 exchanger contained in the oil tank will vary depending on the capacity of the burner and its hourly flow rate. There is no limit either downward or upward as to capacities.
  • the heat exchange between the hot oil and the cold fuel oil will allow the latter to obtain an ideal temperature of 85/90 ° C, a temperature that will be controlled and regulated by a probe 29 temperature located at the outlet of the supply tube 31 of the exchanger coil 28, before admission to the nozzle 9.
  • the temperature sensor 29 electrically connected to the motor 26 of the mechanical pump 25, once the oil temperature has been reached, will cut the electrical supply to the motor 26, thus stopping the mechanical pump 25 which will interrupt the circuit of the oil.
  • the cold fuel oil continuing to arrive in the exchanger coil 28 of the oil tank 23, will cool it after a certain time.
  • the oil is no longer sufficiently heated by the oil, will allow the temperature sensor 29 to fire and thus restart the motor 26 of the mechanical pump 25 which will activate the oil circuit, chimney, oil tank , fireplace.
  • the oil tank 23 will be housed in a packaging box 40, insulated with rock wool, in order to keep its heat as long as possible, thus preventing the motor 26 of the mechanical pump 25 from turning too often.
  • the mechanical pump 25 which will be submerged in the oil so as never to defuse and not to suffer any wear since it is permanently lubricated.
  • At the base of the suction of the pump 25 is placed a filter to avoid any risk of damage to the pump.
  • the concept is entirely removable, the oil tank 23 being provided with a screwed cover 32.
  • a reinforced gasket 33 will ensure a perfect seal in the event that the device overturns.
  • the electric motor ensuring the driving of the mechanical pump can also be changed without any difficulty since it is outside the tank 23 and connected to the axis 35 of the pump by a connection ring 34 designed for this purpose.
  • a tube 37, fitted with a dipstick for ease of filling the oil, a tube 37, fitted with a dipstick
  • the thermal oil (18) that we used during our various tests is an oil whose characteristics indicated by the company SHELL®, indicate temperatures reaching 400 ° C without any deterioration. We therefore create a hot oil circuit, the temperature of which is sufficient to heat the fuel, without costing the user anything in terms of electricity consumption.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de préchauffage de fioul pour chaudière (10) comportant une chambre de combustion du fioul et une cheminée (22) d'évacuation des gaz, ledit dispositif comprenant un circuit d'huile thermique (18) chauffée et un échangeur (6, 23) de chaleur entre le circuit d'huile thermique (18) et la ligne gicleurs (8) d'admission de fioul dans la chambre de combustion de la chaudière (10). De façon caractéristique le circuit d'huile thermique (18) comporte un serpentin (15) situé dans la cheminée (22), pour chauffer l'huile thermique (18). Application aux chaudières au fioul domestique.

Description

«Dispositif de préchauffage de fioul»
L'invention concerne un préchauffeur de fioul domestique, léger ou lourd, dans le but d'économiser les dépenses en combustible et parallèlement de dépolluer ce combustible.
L'invention est une innovation dans le domaine des préchauffeurs Economiseur / Dépollueur. Nous rappelons qu'il existe un très grand nombre de brevets déposés à ce sujet. Certains ont utilisé des systèmes composés de tubes ronds ou plats, chauffés à l'aide de résistances électriques. D'autres ont utilisé des bains d'huile chauffée par résistances électriques, dans lesquels sont plongés des tubes ronds ou plats ou en serpentins, ce qui en soit n'est pas négatif, mais occasionne par contre des dépenses électriques parfois si onéreuses, que ces dépenses couvrent ou dépassent en partie l'économie réalisée en fioul.
Certains concepts ont utilisé l'eau chauffée par la chaudière pour chauffer des tubes ronds ou plats ou en serpentins dans lesquels circule le fioul. Ce système est économique quant aux dépenses électriques et serait acceptable s'il n'avait pas le défaut d'avoir une très faible source de chaleur, soit entre 50° et 70° C, ceci pour des raisons de sécurité pour l'usager.
Or, comme l'a démontré le CETIAT grand laboratoire thermique français, le fioul perd la totalité de sa viscosité et sa masse volumique est minimale à 90°, température idéale pour réunir les deux éléments fondamentaux permettant d'obtenir une économie d'une part sur le débit de fioul, d'autre part une meilleure combustion, une dépollution grâce à un produit devenu plus propre et enfin d'obtenir un meilleur rendement sur l'installation de chauffage.
Après maintes et maintes applications, nous avons fini par trouver la solution qui nous amènerait à obtenir les résultats que nous recherchions, c'est à dire, réaliser des économies de combustible sans que ces économies ne soient absorbées par des dépenses électriques essentiellement, qui enlèveraient tout intérêt au concept, ce qui fut le cas jusqu'à présent.
Aussi, selon l'invention, on récupère une énergie existante sur la chaudière qui est gratuite et ne vient pas entraver les économies réalisées grâce au préchauffage du fioul.
C'est sur ce principe essentiellement que repose l'invention.
La chaleur engendrée par la chambre de combustion comprend une partie qui est totalement perdue en évacuation des gaz et fumées au niveau de la cheminée
Tous les relevés effectués sur cet élément qu'est la cheminée, font ressortir des températures se situant entre 140 °C et 250 °C, cela dépendant de l'installation.
A cette chaleur récupérée gratuitement, nous avons associé un serpentin échangeur dont le rôle est de permettre un échange calorique immédiat entre deux liquides.
Comme son nom l'indique, son rôle est d'échanger les calories entre deux ou trois liquides, soit du chaud vers le froid, soit le froid vers le chaud, selon l'application auquel on le destine. Dans notre cas, nous réchauffons un fioul froid par les calories disponibles dans la chaleur d'un liquide chaud issue de la chaleur de la cheminée.
La technique des échangeurs est très connue et surtout reconnue pour son efficacité puisque employée dans les centrales nucléaires et beaucoup d'autres industries, celle du parfum entre autres. La présente invention est relative à un dispositif de préchauffage de fioul pour chaudière comportant une chambre de combustion du fioul et une cheminée d'évacuation des gaz, ledit dispositif comprenant un circuit d'huile thermique chauffée et un échangeur de chaleur entre le circuit d'huile thermique et la ligne gicleurs d'admission de fioul dans la chambre de combustion de la chaudière, caractérisé par le fait que le circuit d'huile thermique comporte un serpentin situé dans la cheminée, pour chauffer l'huile thermique. Selon des variantes préférées :
- le serpentin est tenu dans la cheminée par l'enveloppe l'entourant. - le serpentin comporte plusieurs tubes connectés à un tube d'entrée et à tube de sortie.
- l'échangeur comprend un bac empli d'huile et intégré dans le circuit d'huile par un tube d'entrée et un tube de sortie respectivement reliés à la sortie et à l'entrée du serpentin dans la cheminée, et par le fait que la ligne gicleur passe par ledit bac.
- la portion de la ligne gicleur passant par le bac est au moins partiellement constituée par un serpentin.
- le bac empli d'huile comporte une pompe immergée dans l'huile et dont la sortie est reliée au tube de sortie, pour réaliser la circulation de l'huile. - la pompe est mécanique et que son rotor est entraîné par un moteur extérieur au bac, par le biais d'un axe de transmission.
- le bac et le moteur sont contenus dans une boîte de conditionnement.
- il comporte une sonde de température en amont des gicleurs et des moyens de commande de la circulation d'huile, pour réguler la température du fioul selon une consigne prédéterminée.
Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.
La figure 1 est une vue d'ensemble de l'invention dans un premier mode de réalisation. Les figures 2 à 6 en illustrent un second mode.
Un premier mode de réalisation de l'invention décrit en figure 1 se déroule de la façon suivante :
Nous avons à l'origine une arrivée (1) du fioul de la cuve dans la pompe à mazout (3) dont le surplus est renvoyé par le retour (2) de la pompe (3). La sortie (4) de la pompe (3) envoie du fioul froid dans l'entrée (5) du serpentin (6) dans lequel circule de l'huile thermique chaude (18) afin de faire ressortir le fioul, chaud, par la sortie (7) de l'échangeur (6) pour être évacué vers le ou les gicleurs (9) par la ligne gicleur (8). La pompe de rappel (13) aspire l'huile thermique chaude (18) par le tube d'alimentation (12) raccordé à la sortie (11) de l'échangeur (6).
La pompe de rappel (13) renvoie ensuite cette huile thermique chaude (18) dans le serpentin (15) entouré de son enveloppe de soutien (14).
L'huile thermique chaude (18) est envoyée dans un bac de décompression (16) dont le bouchon (17) est taré à la pression désirée.
La fonction du bac de décompression (16) est de récupérer l'excédent volumique de l'huile thermique chaude (18) excédent dû à une augmentation de la masse volumique par l'action du réchauffage de l'huile thermique (18) par la chaleur de la cheminée (22). L'huile thermique (18) récupérée dans le bac de compression (16) est envoyée dans l'échangeur (6). Afin de contrôler la température désirée du fioul nous avons placé une sonde de température (20) sur la ligne gicleur (8) avant l'admission aux gicleurs (9). Cette sonde (20) est connectée en parallèle avec la pompe de rappel (13). Lorsque la température du fioul atteint la température désirée, la sonde de température (20) se ferme et coupe le contact de la pompe de rappel (13). Cette dernière n'étant plus en fonction, le circuit fermé dans lequel circule l'huile thermique (18) est interrompu. L'huile (18) devient stagnante alors que le fioul froid continue de pénétrer dans l'échangeur (6) par l'entrée (5). II s'opère donc un échange de calories entre l'huile (18) contenue dans l'échangeur (6) et le fioul.
Tous les relevés effectués sur les cheminées font ressortir des températures se situant entre 140 et 250 °C, cela dépendant de l'installation.
Selon le mode de réalisation illustré aux figures 2 à 6 cette chaleur récupérée gratuitement, nous avons introduit un serpentin à l'intérieur du tube de cheminée, serpentin composé de trois tubes de 4 mm de diamètre, dans lesquels circule de l'huile afin que celle-ci se réchauffe très rapidement.
L'huile réchauffée 18 est amenée dans un bac à huile 23 par l'intermédiaire d'un tube 24 de diamètre égal aux trois tubes du serpentin de la cheminée. Une fois déversée dans le bac à huile 23, la pompe mécanique 25 entraînée par un moteur 26 indépendant, renvoie l'huile par l'intermédiaire d'un tube 27 de même diamètre que celui d'arrivée, pour être injecté à nouveau dans les trois tubes de 4 mm de diamètre du serpentin 15, formant ainsi un circuit fermé de l'huile, cheminée 22, bac à huile 23, cheminée 22.
Les tubes de 4 mm seront raccordés aux tubes 24,27 de 12 mm par des raccords bicônes d'une parfaite étanchéité.
A l'intérieur du bac à huile 23 nous avons installé un serpentin 28 échangeur de 2 mm de diamètre, ceci comme son nom l'indique d'obtenir un échange calorique immédiat entre l'huile chaude arrivant du serpentin 25 contenu dans la cheminée 22, et le fioul froid arrivant de la pompe 3 à mazout du brûleur.
La longueur du serpentin 15 cheminée et du serpentin 28 échangeur contenu dans le bac à huile, variera en fonction de la capacité du brûleur et de son débit horaire. Il n'y a aucune limite tant vers le bas que vers le haut quant aux capacités.
Une fois le circuit d'huile terminé, l'échange calorique entre l'huile chaude et le fioul froid, permettra à ce dernier d'obtenir une température idéale de 85/90 °C, température qui sera contrôlée et régulée par une sonde 29 de température située à la sortie du tube d'alimentation 31 du serpentin 28 échangeur, avant l'admission au gicleur 9.
La sonde de température 29 reliée électriquement au moteur 26 de la pompe mécanique 25, permettra une fois la température du fioul atteinte, de couper l'alimentation électrique du moteur 26, mettant ainsi en arrêt la pompe mécanique 25 qui interrompra le circuit de l'huile. Le fioul froid continuant d'arriver dans le serpentin échangeur 28 du bac à huile 23, refroidira celle-ci au bout d'un certain temps. Le fioul n'étant plus suffisamment réchauffé par l'huile, permettra à la sonde de température 29 de se déclencher et remettre ainsi en marche le moteur 26 de la pompe mécanique 25 qui actionnera le circuit de l'huile, cheminée, bac à huile, cheminée. Le bac à huile 23 sera logé dans une boîte de conditionnement 40, isolé par de la laine de roche, afin de conserver sa chaleur le plus longtemps possible, évitant ainsi au moteur 26 de la pompe mécanique 25 de tourner trop souvent. Dans le bac à huile 23 sera également logée la pompe mécanique 25 qui sera noyée dans l'huile afin de ne jamais désamorcer et de ne subir aucune usure puisque lubrifiée en permanence.
A la base de l'aspiration de la pompe 25 est placé un filtre pour éviter tous risque de détérioration de la pompe.
Le concept est entièrement démontable, le bac à huile 23 étant muni d'un couvercle 32 vissé. Un joint d'étanchéité 33 armé, assurera une parfaite étanchéité pour le cas où l'appareil se renverserait.
Tous les tubes seront raccordés par des raccords bicônes donnant ainsi une très grande sécurité tant sur le plan solidité, qu'étanchéité.
Le moteur électrique assurant l'entraînement de la pompe mécanique, pourra également être changé sans aucune difficulté puisqu'il est extérieur au bac 23 et relié à l'axe 35 de la pompe par une bague de raccordement 34 conçue à cet effet. Pour une facilité de remplissage de l'huile, un tube 37, muni d'une jauge
36, arrivera sur le toit de la boîte de conditionnement, le tube 37 plongeant dans le bac à huile 23.
Il est à noter que les variations de températures extérieures n'auront plus d'influence sur les gicleurs trop souvent sujets à des dérèglements et par conséquent des pannes. Les compagnies de maintenance de chaudières y retrouveront aisément leur compte.
L'huile thermique (18) que nous avons utilisé lors de nos différents essais, est une huile dont caractéristiques indiquées par la compagnie SHELL®, indiquent des températures atteignant 400°C sans aucune détérioration. Nous réalisons donc un circuit d'huile chaude, dont la température est suffisante pour réchauffer le fioul, sans que cela ne coûte rien à l'utilisateur en consommation électrique.
Le but que nous nous sommes fixé et que nous avons atteint, était d'utiliser des éléments faciles à trouver sur le marché industriel et de profiter gratuitement des ressources naturelles de la chaudière, malheureusement perdues, sauf pour notre concept.
La mise en œuvre de l'ensemble de l'appareil est d'une grande simplicité et ne demande que 2 à 3 heures d'installation pour l'homme de l'art. Notre procédé devrait intéresser en premier lieu, toutes les compagnies de maintenance du chauffage vendeurs de calories, ainsi que les ministères de la santé et de l'environnement, pour la dépollution qu'engendre notre concept.
REFERENCES
1. Arrivée du fioul dans la pompe à mazout
2. Retour du trop plein de fioul vers la cuve à mazout 3. Pompe
4. Sortie de la pompe du fioul froid vers l'échangeur
5. Entrée du fioul froid de l'échangeur
6. Echangeur
7. Sortie du fioul chaud de l'échangeur 8. Ligne gicleurs
9. Gicleurs
10. chaudière
11. Sortie de l'huile chaude de l'échangeur
12. Tube d'alimentation de l'huile chaude vers la pompe de rappel 13. Pompe de rappel
14. Enveloppe de serpentin
15. Serpentin
16. Bac de décompression
17. Bouchon taré du bac de décompression 18. Huile thermique chaude
19. Tube d'alimentation de l'huile thermique chaude vers l'échangeur
20. Sonde de température tarée
21. Entrée de l'huile thermique chaude dans l'échangeur
22. Cheminée d'évacuation des gaz et fumées 23. Bac à huile
24. Tube d'entrée
25. Pompe mécanique
26. Moteur
27. Tube de sortie 28. Serpentin échangeur
29. Sonde
30. Tube d'admission
31. Tube d'alimentation
32. Couvercle 33. Joint
34. Bague de raccordement
35. Axe
36. Jauge 37. Tube de remplissage
38. Crépine
39. Sonde de température
40. Boîte de conditionnement
41. Passage du tube de remplissage 37 42. Prise électrique
43. Pieds
44. Passage du tube de sortie 27
45. Passage du tube d'entrée24
46. Passage du tube d'alimentation 31 47. Passage du tube d'admission 30

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de préchauffage de fioul pour chaudière (10) comportant une chambre de combustion du fioul et une cheminée (22) d'évacuation des gaz, ledit dispositif comprenant un circuit d'huile thermique (18) chauffée et un échangeur (6, 23) de chaleur entre le circuit d'huile thermique (18) et la ligne gicleurs (8) d'admission de fioul dans la chambre de combustion de la chaudière (10), caractérisé par le fait que le circuit d'huile thermique (18) comporte un serpentin (15) situé dans la cheminée (22), pour chauffer l'huile thermique (18).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le serpentin (15) est tenu dans la cheminée (22) par l'enveloppe (14) l'entourant.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le serpentin (15) comporte plusieurs tubes connectés à un tube d'entrée
(24) et à tube de sortie (27).
4. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'échangeur comprend un bac (23) empli d'huile et intégré dans le circuit d'huile par un tube d'entrée (24) et un tube de sortie (27) respectivement reliés à la sortie et à l'entrée du serpentin (15) dans la cheminée (22), et par le fait que la ligne gicleur (8) passe par ledit bac (23).
5. Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la portion de la ligne gicleur (8) passant par le bac (23) est au moins partiellement constituée par un serpentin (28).
6. Dispositif, selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé par le fait que le bac (23) empli d'huile comporte une pompe (25) immergée dans l'huile et dont la sortie est reliée au tube de sortie (27), pour réaliser la circulation de l'huile.
7. Dispositif, selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la pompe (25) est mécanique et que son rotor est entraîné par un moteur (26) extérieur au bac (23), par le biais d'un axe (35) de transmission.
8. Dispositif, selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le bac (23) et le moteur (6) sont contenus dans une boîte de conditionnement (40).
9. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une sonde de température (29) en amont des gicleurs (9) et des moyens de commande de la circulation d'huile, pour réguler la température du fioul selon une consigne prédéterminée.
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FR2770621A1 (fr) * 1997-11-05 1999-05-07 Alain Sebban Appareil economiseur de fuel et reducteur de gaz polluants

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