LU84228A1 - DEVICE FOR TREATING FUMES AND OXIDIZING GASES OF A FIREPLACE - Google Patents
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Description
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La présente invention concerne un dispositif de traitement des fumées et des gaz comburants d'un foyer.The present invention relates to a device for treating smoke and oxidizing gases from a fireplace.
Il est connu selon différents documents (brevet US 1 680 145, brevet US 2 183 956, brevet US 5 2 825 210, brevet US 3 200 607, brevet US 3 552 488, brevet canadien 482 104, brevet français 942 065 et brevet français 79 00 901) de favoriser le rendement d'une combustion dans un foyer par échange de chaleur et de condensât entre les fumées * sortant du foyer et les gaz comburants (air comburant) fournis 10 au foyer.It is known from various documents (US patent 1,680,145, US patent 2,183,956, US patent 5 2,825,210, US patent 3,200,607, US patent 3,552,488, Canadian patent 482,104, French patent 942,065 and French patent 79 00 901) to promote the efficiency of combustion in a hearth by heat and condensate exchange between the fumes * leaving the hearth and the oxidizing gases (combustion air) supplied to the hearth.
- Il est notamment connu selon le brevet fran çais 79 00 901 un procédé et un dispositif d'échange de chaleur et de condensât par l'intermédiaire d'un couplage thermique fait à travers une paroi d'échange thermique et en recueillant 15 les condensats du gaz chaud-pour mettre ces condensats en contact avec le gaz froid en cours de réchauffement.- It is notably known according to French patent 79 00 901 a method and a device for exchanging heat and condensate by means of a thermal coupling made through a heat exchange wall and collecting the condensates. hot gas - to put these condensates in contact with the cold gas during heating.
Bien que cette solution soit intéressante, elle nécessite certains aménagements pour la réalisation pratique.Although this solution is interesting, it requires certain adjustments for practical implementation.
En particulier, l'échangeur prévu pour la mise en oeuvre de 20 ce procédé, consiste à réaliser une boîte munie de cloisons R verticales délimitant des conduits de passage alternés pour les gaz chauds et les gaz froids, le fond de la boîte constitu-* ant un collecteur de condensât et la partie supérieure de la boîte étant munie dans chaque couloir de passage de gaz, d'or-25 ganes de pulvérisation de condensât.In particular, the exchanger provided for the implementation of this process consists in producing a box provided with vertical partitions R delimiting alternate passage conduits for hot gases and cold gases, the bottom of the box constituting * ant a condensate collector and the upper part of the box being provided in each gas passage corridor, with 25 ganes of condensate spray.
En effet, le condensât a tendance à ruisseler le long des parois adjacentes d'échange de chaleur entre les deux flux, or le film de condensât est dans certaines conditions à la même température de part et d'autre des parois, ce qui 30 réduit pratiquement à zéro le rendement de l'échange thermique.Indeed, the condensate tends to run along the adjacent walls of heat exchange between the two flows, or the film of condensate is under certain conditions at the same temperature on both sides of the walls, which reduces practically zero the efficiency of the heat exchange.
Il est donc indispensable d'éviter ou de réduire le ruissellement du condensât dans la mesure où l'échange de chaleur doit se faire par l'intermédiaire de parois séparant les conduits des deux flux.It is therefore essential to avoid or reduce the runoff of the condensate since the heat exchange must be done by means of walls separating the conduits from the two flows.
35 A cela s'ajoute que la réalisation pratique d'un échangeur tel que celui décrit ci-dessus est relativement complexe et présente de multiples problèmes de tôlerie et de chaudronnerie.35 In addition, the practical construction of an exchanger such as that described above is relatively complex and presents multiple problems of sheet metal and sheet metal work.
La présente invention a .pour but de créer un 2 d'une réalisation simple.The present invention aims to create a 2 of a simple embodiment.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif de traitement de gaz relativement chauds et humides et de gac relativement secs et frais, notamment de fumées de gaz ccmbu-5 rants, d'un foyer pour récupérer la chaleur et éventuellement les condensats d'un gaz et réchauffer et humidifier l'autre gaz, tel que les fumées et l'air comburant, dispositif caractérisé en ce qu'il se compose de deux enceintes dont l'une est traversée de bas en haut par les gaz chauds et humides et 10 l'autre est traversée de bas en haut par les gaz relativement , secs et frais, le fond de chaque enceinte constituant un collecteur pour les condensats, le fond de la première enceinte étant relié à la partie haute de la seconde enceinte par un moyen de prélèvement des condensats pour introduire les conden-15 sats et le liquide dans la partie haute de la seconde colonne et les mettre en contact avec les gaz relativement secs et frais circulant dans cette enceinte, et de même le fond de la seconde enceinte est relié à la partie supérieure de la première enceinte par un moyen de prélèvement de condensât pour prélever les 20 condensats du fond et les introduire dans la partie haute de l'enceinte traversée par les gaz chauds et humides.To this end, the invention relates to a device for treating relatively hot and humid gases and relatively dry and cool gacs, in particular of fumes of combustion gases, of a hearth for recovering the heat and possibly the condensates of a gas and reheat and humidify the other gas, such as smoke and combustion air, device characterized in that it consists of two enclosures, one of which is crossed from bottom to top by hot and humid gases and 10 the other is traversed from bottom to top by relatively dry and fresh gases, the bottom of each enclosure constituting a collector for the condensates, the bottom of the first enclosure being connected to the upper part of the second enclosure by means condensate collection system to introduce the condensate and the liquid into the upper part of the second column and bring them into contact with the relatively dry and fresh gases circulating in this enclosure, and likewise the bottom of the second enclosure is connectedto the upper part of the first enclosure by means of condensate removal to take the condensates from the bottom and introduce them into the upper part of the enclosure through which the hot and humid gases pass.
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La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un premier mode 25 de réalisation, - la figure 2 est un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention.The present invention will be described in more detail using the appended drawings in which: - Figure 1 is a diagram of a first embodiment, - Figure 2 is a diagram of a second embodiment of the invention. 'invention.
Selon la figure 1, le dispositif de traitement des fumées et des gaz comburants par échange de chaleur et de 30 condensât, se compose d'une première enceinte ou colonne 1 munie d'une entrée de fumées 2 et d'une sortie de fumées 3. L'entrée de fumées 2 est prévue au voisinage de la base de la colonne 1, la sortie 3 étant située dans.sa partie supérieure.According to FIG. 1, the device for treating fumes and oxidizing gases by heat and condensate exchange, consists of a first enclosure or column 1 provided with a fume inlet 2 and a fume outlet 3 The smoke inlet 2 is provided in the vicinity of the base of the column 1, the outlet 3 being located in its upper part.
Le dispositif comporte également une seconde 35 enceinte ou colonne de traitement 4 pour l'air comburant. Cette colonne comporte à sa base une entrée d'air 5 et à sa partie supérieure une sortie d'air 6.The device also includes a second enclosure or treatment column 4 for the combustion air. This column has an air inlet 5 at its base and an air outlet 6 at its upper part.
Le fond de la colonne 1 traversée par les fumées forme un collecteur de condensât. De même, le fond 8 40 de la colonne 4 traversée Dar l'air comburant forme un 3 collecteur de condensât.The bottom of column 1 through which the flue gases pass forms a condensate collector. Likewise, the bottom 8 40 of the column 4 passing through the combustion air forms a 3 condensate collector.
Le fond 7 de la colonne 1 est relié par une conduite 9 munie d'une pompe 10 à la partie supérieure de la colonne 4 pour y déboucher par l'intermédiaire de buses 5 de pulvérisation 11. La pompe 10 aspire le condensât qui se trouve au fond 7 de la colonne 1 pour envoyer ce condensât dans le sens de la flèche A, à travers la conduite 9 et les buses de pulvérisation 11 au-dessus des garnitures 12 contenues dans la colonne 4.The bottom 7 of the column 1 is connected by a pipe 9 provided with a pump 10 to the upper part of the column 4 so as to open there through spray nozzles 5. The pump 10 sucks the condensate which is located at the bottom 7 of column 1 to send this condensate in the direction of arrow A, through line 9 and the spray nozzles 11 above the linings 12 contained in column 4.
"10 De même, le fond 8 de la colonne 4 est relié par une conduite 13 munie d'une pompe 14 et terminée par des buses de pulvérisation 15, à la partie supérieure de la colonne l pour pomper les condensats recueillis au fond 8 et les pulvériser par les buses 15 au-dessus des garnitures 17 se 15 trouvant dans la colonne 1. Les garnitures 12, 17 forment des éléments de ruissellement favorisant le contact entre les gaz (fumée, air comburant) et le liquide (condensât) pour soit réchauffer, soit refroidir les gaz (fumée, air comburant)."10 Similarly, the bottom 8 of the column 4 is connected by a pipe 13 provided with a pump 14 and terminated by spray nozzles 15, to the upper part of the column l to pump the condensates collected at the bottom 8 and spray them through the nozzles 15 above the linings 17 located in the column 1. The linings 12, 17 form trickling elements promoting contact between the gases (smoke, combustion air) and the liquid (condensate) to either reheat or cool the gases (smoke, combustion air).
Comme les conduites 9, 13 relient de façon 20 alternée les fonds 7, 8 des colonnes 1, 4 à leur partie supérieure 10, 3, on a ainsi une double boucle de circulation de condensât.As the pipes 9, 13 connect the bottoms 7, 8 of the columns 1, 4 alternately to their upper part 10, 3, there is thus a double condensate circulation loop.
Au niveau de la colonne 1, le liquide pulvérisé par les buses 15, circulant comme d'ailleurs dans l'autre 25 colonne, à contre-courant par rapport au gaz, refroidit les fumées en condensant éventuellement les parties condensables aux températures de fonctionnement. Le liquide ainsi recueilli dans le fond 7 est pompé par la pompe 10 pour être envoyé également à contre-courant dans la colonne 4. A ce niveau, le 30 liquide pulvérisé, se refroidit au contact de l'air comburant qui s'échauffe et s'humidifie. Le condensât froid recueilli au fond 8 est de nouveau pulvérisé dans la partie haute 3 de la colonne 1, etc.At the level of column 1, the liquid sprayed by the nozzles 15, circulating as elsewhere in the other column, against the current with respect to the gas, cools the fumes by possibly condensing the condensable parts at operating temperatures. The liquid thus collected in the bottom 7 is pumped by the pump 10 to also be sent against the current in the column 4. At this level, the sprayed liquid cools in contact with the combustion air which heats up and gets wet. The cold condensate collected at the bottom 8 is again sprayed in the upper part 3 of column 1, etc.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, 35 on effectue une pulvérisation des liquides qui en descendant dans les enceintes ou les colonnes 1, 4 ruissellent également sur les garnitures. On peut également envisager de n'utiliser que la pulvérisation à l'intérieur d'enceinte ne contenant pas de garniture et qui sont uniquement traversées par les 40 fumées et l'air comburant ou encore envisager une distribution * i 4 des liquides dans la partie haute des colonnes, sans pulvérisation mais avec simple ruissellement sur les garnitures ä l'intérieur des colonnes.In the embodiment described above, a spraying of the liquids is carried out which descends into the enclosures or the columns 1, 4 also trickles onto the linings. We can also consider using only the spray inside the enclosure containing no gasket and which are only crossed by the 40 fumes and the combustion air or even consider distributing * i 4 of the liquids in the part high of the columns, without spraying but with simple runoff on the linings inside the columns.
De même, bien que la description ci-dessus 5 envisage l'utilisation d'anneaux de raschig comme garnitures de ruissellement à l'intérieur des colonnes 1, 4, on pourrait envisager toute autre garniture compatible avec les gaz et les fluides utilisés.Likewise, although the above description contemplates the use of raschig rings as run-off linings inside the columns 1, 4, any other lining compatible with the gases and fluids used could be envisaged.
La circulation décrite ci-dessus assure non 10 seulement un échange de chaleur entre les fumées qui, par définition, sont chaudes, dans la colonne 1 et l'air comburant qui, par définition, est froid, dans la colonne 4 mais également une collecte de condensât des fumées et une humidification correspondante de l'air comburant, humidification 15 intéressante pour le rendement de la combustion.The circulation described above not only ensures a heat exchange between the fumes which, by definition, are hot, in column 1 and the combustion air which, by definition, is cold, in column 4, but also a collection. smoke condensate and a corresponding humidification of the combustion air, humidification advantageous for the combustion efficiency.
Les condensât^ de la chaudière non représentée sont envoyés par la conduite dans le fond 7 de la colonne 1. En effet, ces condensats étant des liquides chauds, il convient de les envoyer vers le fond 7 et non vers le fond 8.The condensate from the boiler, not shown, is sent via the pipe to the bottom 7 of the column 1. In fact, since these condensates are hot liquids, they should be sent to the bottom 7 and not to the bottom 8.
20 Le fond 8 qui contient les condensats froids, est muni d'un trop plein'1^ en forme de siphon permettant d'évacuer l'excédent de condensât.The bottom 8 which contains the cold condensates, is provided with an overflow'1 ^ in the form of a siphon allowing the excess condensate to be drained off.
Pour éviter des différences de hauteur de colonne d'eau ou pour équilibrer les liquides aux fonds 7, 8, 25 il est prévu une conduite de liaison et d'équilibrage 16 qui relie les fonds 7 et 8.To avoid differences in the height of the water column or to balance the liquids at the bottoms 7, 8, 25 there is provided a connecting and balancing pipe 16 which connects the bottoms 7 and 8.
Bien que dans le schéma auquel se rapporte la description ci-dessus, les colonnes 1 et 4 soient séparées, il est possible de réaliser une installation à colonnes adja-30 centes ou même pour, dans certains cas, faciliter la construction, éviter des problèmes de déperdition thermique, etc., réaliser deux colonnes concentriques.Although in the diagram to which the description above relates, the columns 1 and 4 are separated, it is possible to carry out an installation with adja-30 centes columns or even for, in certain cases, to facilitate the construction, to avoid problems heat loss, etc., make two concentric columns.
De façon généralemême si les colonnes sont adjacentes ou concentriques, l'échange de chaleur qui se 35 fera entre des cloisons mitoyennes ou deux.„colonnes, sera faible, la plus grande partie de l'échange thermique se faisant en effet par le liquide caloporteur (mélange de condensât) qui ruissellera sur les garnitures à l'intérieur des colonnes.Generally, even if the columns are adjacent or concentric, the heat exchange which will take place between adjoining partitions or two. Columns will be weak, most of the heat exchange being effected by the heat transfer liquid. (condensate mixture) which will trickle down on the linings inside the columns.
40 L'installation comnorte différents movens de * 5 contrôle et de mesure tels que des sondes de température placées en différents endroits des colonnes et des circuits de gaz, de fumées, et de liquides. De plus, des débitmètres peuvent être prévus dans les conduites de circulation de 5 liquides.40 The installation includes various control and measurement devices such as temperature probes placed in different places of the columns and circuits of gases, fumes, and liquids. In addition, flow meters can be provided in the lines for circulating liquids.
Les fonds 7, 8 ou la conduite de liaison 16 peuvent être branchés sur une alimentation en eau, de façon à faire par exemple le premier remplxssage de l'installation lors de la mise en route ou après avoir vidé l'installation 10 lors de travaux d'entretien, etc.The bottoms 7, 8 or the connecting pipe 16 can be connected to a water supply, so as to make, for example, the first filling of the installation during start-up or after emptying the installation 10 during work maintenance, etc.
Selon la figure 2, le dispositif se compose de deux colonnes ou enceintes 1, 4 comportant comme les colonnes précédentes des entrées et des sorties de fumées et d'air portant les mêmes références que ci-dessus.According to Figure 2, the device consists of two columns or enclosures 1, 4 comprising, like the previous columns, smoke and air inlets and outlets bearing the same references as above.
15 De façon particulière, dans le dispositif de la figure 2, les enceintes 1 et 4 sont superposées, ce qui permet de simplifier l'installation puisque le circuit 9 est remplacé par le circuit 9' qui relie simplement le fond 7 au dispositif de pulvérisation de projection de liquide 11 qui se 20 trouve dans la partie supérieure de la colonne 4, le fluide circulant par gravité si bien qu'il est inutile de prévoir une pompe. Pour éviter les communications de gaz en fonction des pressions respectives, il est prévu un siphon 9". Des dispositifs anti-retour, usuels, peuvent également être prévus 25 dans la conduite de liaison 9*.15 In a particular way, in the device of FIG. 2, the enclosures 1 and 4 are superimposed, which makes it possible to simplify the installation since the circuit 9 is replaced by the circuit 9 'which simply connects the bottom 7 to the spraying device liquid projection 11 which is located in the upper part of the column 4, the fluid circulating by gravity so that it is unnecessary to provide a pump. To avoid gas communications as a function of the respective pressures, a siphon 9 "is provided. Usual non-return devices can also be provided in the connection pipe 9 *.
Le recyclage des liquides du fond 8 de la colonne 4 se fait par un circuit 13 muni d'une pompe 14 équivalent au moyen décrit à propos de la figure 1.The liquids from the bottom 8 of the column 4 are recycled by a circuit 13 provided with a pump 14 equivalent to the means described with reference to FIG. 1.
Le second mode de réalisation de l'invention 30 offre lorsqu'un montage superposé est possible, l'avantage de faciliter la régulation puisque le débit est conditionné uniquement par la pompe 14, les liquides du fond 7 de la colonne ou de l'enceinte 1 passant automatiquement dans la partie supérieure de l'enceinte ou colonne 4.The second embodiment of the invention 30 offers, when a superimposed mounting is possible, the advantage of facilitating regulation since the flow rate is conditioned solely by the pump 14, the liquids from the bottom 7 of the column or of the enclosure 1 automatically passing through the upper part of the enclosure or column 4.
35 Les mêmes remarques que celles faites à propos du dispositif de la figure 1 s'appliquent également dans ce cas ; les liquides peuvent soit être pulvérisés par les dispositifs 11, 15 dans la partie haute des enceintes ou colonnes 4,1; ces enceintes ou colonnes 4, 1 peuvent » . ' 6The same remarks as those made with respect to the device of FIG. 1 also apply in this case; liquids can either be sprayed by devices 11, 15 in the upper part of the enclosures or columns 4,1; these enclosures or columns 4, 1 may ". '6
En résumé, le fond de chaque enceinte est relié à la partie supérieure de l'autre enceinte par des moyens de prélèvement de liquide et de condensât pour introduire ces liquides et condensats dans la partie supérieure de l'autre 5 enceinte. Les dispositifs décrits ci-dessus pour l'échange de la chaleur et des condensats peuvent s'appliquer de façon générale au traitement de gaz, pour humidifier/sécher et réchauffer/refroidir différents gaz par échange entre les veines de gaz.In summary, the bottom of each enclosure is connected to the upper part of the other enclosure by means of liquid and condensate removal to introduce these liquids and condensates into the upper part of the other enclosure. The devices described above for the exchange of heat and condensates can be applied in general to the treatment of gases, for humidifying / drying and heating / cooling different gases by exchange between the gas streams.
10 De tels dispositifs s'appliquent en particulier pour le traitement des fumées et de l'air comburant à la sortie et à la rentrée d'un foyer, quel que soit le type de combustion ou de combustible utilisé dans le foyer.10 Such devices apply in particular for the treatment of smoke and combustion air at the outlet and the re-entry of a home, whatever the type of combustion or fuel used in the home.
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