Brevet FR2000714A1 — publié le 19690912

La présente invention concerne une .chaudière en métal, préférablement, en fonte, du type composé d'une série d'éléments disposés verticalement ou obliquement et accouplés l'un à l'autre, lesquels, après leur combinaison de cette manière, cons-5 tituent au moins partiellement, la chambre de combustion, le• parcours des produits de combustion et celui du liquide destiné à être réchauffé- le "but principal de la présente invention est la réalisation d'une chaudière composée d'une série d'éléments qui 10 sont accouplés l'un à l'autre, le coefficient de transmission thermique entre les gaz "brûlés et les parois délimitant le parcours du. gaz, étant augmenté par suite des agencements constituant 1'objet de l'invention, en améliorant de cette façon, toutes les autres conditions demeurant égales, la quantité de" 15 chaleur fournie à l'eau de chauffage. Ledit but, ainsi que d'autres qui ressortiront de la description détaillée ci-après, sont obtenus grâce à une chaudière du type mentionné, laquelle est caractérisée notamment par le fait que les éléments dont elle est formée délimitent une sé-20 rie de conduits des gaz brûlés s' étendant du "bas vers le haut et qui sont plus ou moins inclinés par rapport à l'horizontale. Selon un aspect particulier et préféré de l'invention, on prévoit que les conduits de gaz brûlés, lesquels sont formés par les éléments accouplés, présentent une section dimi-25 nuant progressivement, en passant d'une section elliptique ou rhomboïdale à une seation également sensiblement elliptique ou 'rhomboïdale, mais avec son grand axe décalé de 90° par rapport à celui de la section elliptique de plus grandes dimensions. Selon un autre aspect de l'invention, dans le "but 30 d'agrandir la surface sur laquelle a lieu l'échange thermique et d'augmenter la longueur du parcours des fumées en imprimant aux gaz brûlés un mouvement de rotation, on prévoit que les conduits parcourus par les gaz brûlés présentent des saillies sur les parois délimitant lesdits conduits» Lesdites saillies peuvent être 35 formées par une série de nervures ou ailettes disposées obliquement par rapport à l'axe longitudinal du conduit, lesquelles éventuellement peuvent former entre elles-mêmes à l'intérieur du dit conduit, une hélice avec une ou plusieurs origines et un filetage constant ou variable. Selon une forme préférée de .iéa-40 lig&tion, les éléments qui, combinés deux à deux délimitent les 01199 2 2000714 conduits de passage des gaz brûlés, présentent une série de nervures ou ailettes inclinées par rapport à l'axe longitudinal des conduits et les nervures d'un des éléments sont décalées par rapport aux nervures de l'autre élément adjacent au premier,, Selon une caractéristique importante de l'invention, on prévoit de conserver, autant que possible, constante la vitesse des gaz brûlés, en réduisant progressivement la section des conduits dans lesquels les gaz se déplacent. Selon l'invention, l'accouplement de deux éléments adjacents engendre toujours des conduits dont la coupe transversale peut avoir une forme générique quelconque, préférablement toutefois assimilable à la forme circulaire, où, dans chaque conduit, les nervures d'un demi-conduit sont disposées d'une manière différente par rapport aux nervures du demi-conduit adjacent. Plus précisément, l'obliquité ou l'inclinaison des nervures relatives à un demi-conduit (l'obliquité étant évaluée par rapport à l'axe longitudinal du conduit) est différente de celle des nervures du demi-conduit correspondant de l'élément adjacent et, plus particulièrement encore, l'inclinaison par rapport à l'axe du conduit est telle, qu'en projetant orthogo-nalement les nervures sur un plan contenant la ligne ou la surface de contact entre deux éléments adjacents, la projection d'une paire d'au moins deux nervures appartenant l'une à un demi-conduit et l'autre au demi-conduit adjacent, se coupent à l'endroit d'un point intérieur à la projection du conduit obtenu par la combinaison des deux demi-conduits. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après donnée simplement à titre explicatif et non limitatif, de deux formes particulières et préférées de réalisation représentées aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 montre une vue schématique de face d'un des éléments de la chaudière ; ■ • la figure 2 montre une vue par le haut et partielle de trois éléments accouplés de la chaudière, suivant la flèche II de la figure 1 ; la figure 3 montre une coupe correspondant sensiblement à III-III de la figure 1 ; la figure 4 montre une coupe selon IV-IV de la figure 1 ; la figure 5 montre une coupe selon Y-Y de la fig. 1; 69 01199 3 2000714 la figure 6 montre une vue de face d'une autre forme de réalisation d'un élément composant la chaudière ; il s'agit d'un élément intermédiaire ; les éléments étant différents seulement par le fait qu'ils sont munis de demi-conduits sur une 5 seule face ; la figure 7 est une coupe selon A-A de la figure 6 ; la figure 8 montre une coupe selon B-B de la figure 6; la figure 9 montre une coupe selon C-C de la figure 6; la figure 10 montre une coupe selon E-D de la fig. 6» En se référant aux figures 1 à 5» la chaudière est composée _ d'une série d'éléments identiques 11unal'autre, repérés dans leur ensemble par 2« A l'extrémité , la chaudière est délimitée par deux éléments terminaux (non représentés),lesquels présentent une surface lisse vers les côtés extérieurs. ' Les divers éléments formant la chaudière, lesquels à la "partie inférieure délimitent la chambre de combustion 3, sont réunis l'un à l'autre au moyen de tiges selon une technique bien connue» Chaque élément 2 comprend, sur les faces extérieures 20 une série de demi-canaux 4» lesdits demi-canaux se transformant en plusieurs canaux fermés 5 par suite de la jonction des demi-canaux correspondants appartenant à l'élément 2 adjacent, comme cela est visible à la figure 2. En d'autres termes, chaque élément 2 présente, dans le sens de la hauteur, une série de for-25 mes adjacentes, lesquelles, ensemble avec les formes de l'élément adjacent forment une série de conduits^qui portent les gaz brûlés de la chambre de combustion 3 à la zone du sommet de la chaudière, où ils sont envoyés à la cheminée (non représentée). Comme on le sait, avec l'abaissement de la tempéra-50 ture, le mouvement d'un gaz brûlé dans un conduit présentant toujours la même coupe transversale est ralenti, avec en conséquence, une réduction du coefficient de transmission thermique et par suite de la quantité de chaleur transmise à l'extérieur du conduit. La présente invention vise à ce que la section de 35 passage des divers conduits 5 dérivant de la combinaison des éléments 2 constituant la chaudière, présente un rétrécissement progressif du bas vers le haut, comme cela résulte clairement des figures 3, 4 et 5 montrant trois coupes prises à des hauteurs différentes d'une paire de conduits adjacents. En particu-•40 lier, comme on peut le relever toujours sur lesdites figures, " r.OP" 69 01199 + 2000714 la section la plus "basse représentée à la figure 3 correspond sensiblement à une ellipse, la section intermédiaire 4 ayant des dimensions plus petites correspond à un cercle, et enfin la section la plus haute comme cela ressort de la figure 5, a des di-5 mensions encore plus petites et elle est sensiblement une ellipse dont le grand axe est toutefois décalé de 90° par rapport à celui de la coupe la plus basse à la figure 3. Dans le but d'augmenter la surface par l'intermédiaire de laquelle a lieu l'échange thermique, et pour donner un 10 mouvement ascensionnel et de rotation à une vitesse à peu près constante'aux gaz brûlés, on prévoit selon l'invention qu'à l'intérieur des conduits 5 soient constituées des nervures (formant corps avec les éléments), lesquelles, selon le dessin, ont une forme d'ailettes ou brides 6 inclinées par rapport à l'axe Ion-15 gitudinal du conduit. L'inclinaison -Qt l'écartement des nervures varie du bas vers le haut, et elles se rapprochent à partir du bas vers le haut du conduit correspondant pour tenir compte de la réduction du volume des gaz brûlés par suite de l'abaissement de température provenant du refroidissement, lequel 20 est dû à l'échange thermique. Les nervures 6 d'une des demi-parties du conduit sont décalées par rapport à celles de l'autre deai-partie du même conduit, et en conséquence, comme cela est montré à la figure 1, la position des nervures dans le demi-conduit non représenté et qui sera combiné avec celui qui est re-25 présenté, est celle indiquée par la ligne en traits interrompus 6a. De cette manière, à l'intérieur de chaque conduit on peut imaginer l'existence d'une série de traits de filetages en hélice avec pas différents s'étendant sur 180° du demi-conduit et où les traits de filetage (nervures^ d'un demi-conduit sont 30 décalés par rapport à ceux du demi-conduit correspondante Par conséquent dans le cadre de l'invention rentrent donc les divers filetages ou mieux les divers tracés de spirales se combinant l'un à l'autre de manière à former des ailettes ou nervures en hélice ayant un pas variable ou constant, avec 35 une ou plusieurs origines. Comme on le voit clairement sur les dessins, ,les ailettes ou nervures ont un développement radial limité, tel qu*au centre du' conduit il reste un parcours non entravé, comme cela résulte clairement de toutes les figures. sf .1 ; ; } 69 01199 5 2000714 les éléments de la chaudière sont creux,, ils délimitent donc de's cavités 7 où. l'eau circule, laquelle est amenée par le collecteur d'entrée 8 et débouche en haut dans un collecteur 9» les collecteurs sont formés au moyen de l'assemblage et 5 de la liaison des divers éléments constituant la chaudière, lesquels dans le but susdit, selon des dispositions conventionnelles, présentent des appendices tubulaires avec axe longitudinal perpendiculaire au plan desdits éléments, reliés avec les cavités 7 de leur élément. 10 Selon le principe de l'invention on réalise donc une chaudière du type formé par l'assemblage et par la combinaison d'une série d'éléments, lesquels forment entre eux une série de conduits ayant une section transversale décroissante ou constante s'étendant du bas vers le haut avec axe vertical ou in-15 cliné (comme montré sur les figures), et éventuellement munis de nervures, ailettes, saillies ou autres , lesquelles de pré-, férenoe se resserrent dans les conduits en allant du bas vers le haut. A la figure 6 est montrée une vue de face dfun élé-20 ment intermédiaire de la chaudière- dans une forme diverse de réalisation. L'élément intermédiaire est indiqué dans son erisem-.ble par 100. Sur une face est prévue une série de quatre demi-conduits avec leurs axes légèrement convergents, indiqués en 101 et sur la surface opposée, des demi-conduits avec axe légè-25 rement convérgents, indiqués en 102. les éléments d'extrémité de la chaudière, non représentés présentent également des demi-conduits avec inclinaison égale, mais ils sont prévus seulement sur une face desdits éléments» 30 Les éléments sont réalisés de préférence en.fonte. Ils sont creux en 103, où ils sont parcourus par l'eau qui doit être réchauffée, laquelle arrive froide à l'intérieur de l'élément c'est-à-dire en 103 par une conduite formée par le rapprochement des éléments et qui s'étend à l*endroit de leur extré— 35 mité inférieure, où dans ce but sont prévues des saillies cylindriques 104, dont l'ouverture centrale 105 constitue un des tronçons de ladite conduite. Plus particulièrement, lesdites saillies cylindriques sont placées à l'endroit d'une des arêtes inférieures de l'élément et communiquent par des ouvertures 40 non représentées avec une paire de canaux 106 et 107 s'étendant 69 01199 6 2000714 à l'endroit de la partie inférieure de l'élément repéré dans son ensemble par 108. Par lesdites conduites 106, 107 l'eau rejoint la cavité intérieure 103 des éléments, en touchant les parois des demi-canaux 101 et 102, pour rejoindre ensuite un prolonge-5 ment latéral supérieur de l'élément. ledit prolongement est traversé par des trous de passage et est indiqué en 109 et il constitue, lorsque les éléments différents de la chaudière sont accouplés, la conduite de sortie de l'eau chaude. Les ouvertures co-axiales 110 relient l'intérieur 103 de chaque élément avec les 10 autres éléments accouplés. La partie inférieure annulaire 108 des divers éléments accouplés forme l'enceinte ou chambre de combustion 111 ou au moins une partie de celle-ci. A une certaine hauteur des côtés en élévation 108A 15 et 108B de la partie annulaire 108 se trouve une nervure 112 en saillie sur les faces de l'élément intermédiaire 100, partant du côté intérieur des côtés en élévation 1081, 108B et s'étendant jusqu'à l'extrémité supérieure de l'élément. Au côté droit selon la figure 6 la nervure est prolongée par un appendice 113 et au 20 côté gauche se termine au niveau des faces de l'appendice 109* Le long de la surface desdites nervures 112 a lieu la jonction . des éléments adjacents, éventuellement avec insertion d'une matière d'étanchéité. La jonction a lieu également à l'endroit des nervures longitudinales 140 lesquelles séparent l'un par rapport 25 à l'afctre les demi-conduits de la même face de l'élément. Le plan contenant la surface extérieure desdites nervures sera appelé ci-dessous plan de projection et permettra le repérage des saillies, lesquelles, comme on le décrira d'une manière plus détaillée, sont disposées à l'endroit de chaque de-30 mi-conduit 101,102. Comme cela a été mentionné plus haut, l'élément 100 présente sur ses faces opposées des ondulations formant les demi-conduits 101, 102, les dites ondulations étant délimitées latéralement par les nervures 140. Dans chacun des demi-conduits sont 35 disposées des ailettes ou brides, lesquelles pour ce qui concerne le -demi-conduit 101 sont indiquées en 114, tandis que pour les demi-conduits 102 elles sont indiquées en 115» Lesdites ailettes 114» 115 s'échelonnent du bas vers le haut de chaque demi-conduit et elles sont pratiquement cons-40 tituées par des brides sensiblement semi-annulaires dans des place 69 01199 7 2000714 par exemple le plan X-X, inclinés par rapport à l'axe longitudinal Y de chaque conduit. les nervures desdits demi-conduits peuvent être parallèles l'une à l'autre ou non parallèles# Dans chaque cas les ailettes de chaque demi-conduit doivent avoir de pré-5 férence leurs extrémités d'un même côté de l'axe longitudinal du demi-conduit à un niveau supérieur à celui de leur autre extrémité. Gomme on le voit à la figure 6, les ailettes 102 (re présentées par des traits interrompus) sont inclinées par rapport 10 à l'axe longitudinal du demi-conduit sensiblement dans une direction opposée à celle des ailettes du demi-conduit 101. Plus particulièrement, quand deux éléments sont rapprochés l'un de l'autre, un demi-conduit 102 est combiné avec un demi-conduit 101 en formant un conduit unique. En projetant orthogonalement, c'est 15 à-dire perpendiculairement par rapport au plan de la figure 1, sur un plan qui contient la surface extérieure de la nervure 112, soit les contours du conduit, soit les ailettes appartenant aux deux demi-conduits formant ledit conduit, on voit que les projec tions d'au moins l'une des ailettes du demi-conduit 102 et au 20 moins l'une des ailettes du demi-conduit 101, se croisent à l'intérieur de la projection dans les contours latéraux du conduit. Les produits de la combustion pénètrent dans les divers conduits (obtenus par l'accouplement des divers éléments formant la chaudière)par leurs extrémités inférieures 120. Les 25 ailettes obligent lesdits produits à suivre un mouvement ascendant dirigé d'une manière appropriée et débouchent à la partie haute des conduits dans une chambre de récupération non représentée pour être envoyés vers la cheminée. Il faut considérer que l'un des éléments fondamen-30 taux de la présente invention est la disposition croisée des ailettes ou nervures appartenant à des demi-conduits correspondants* A la limite , dans chaque demi-conduit pourrait être prévue une seule ailette. Les projections des deux ailettes de chaque conduit sur le plan de référence sont donc croisées. 69 01199 8 2000714 REYEHDICATIONS lo Chaudière avec éléments réunis selon une disposition alignée, caractérisée en ce que lesdits éléments combinés l'un à l'autre, forment une série de conduits. ^ 2. Chaudière selon la revendication 1, caractéri sée en ce que les conduits se rétrécissent en partant de l'entrée des gaz vers leur sortie. 3o Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément, à l'exception des éléments d'ex- 10 trémité, présente sur des faces opposées une série de demi-canaux, lesquels se combinant avec ceux des éléments adjacents, forment les canaux ou conduits des gaz brûlés» 4. Chaudière selon les revendications précédentes, caractérisée en ce qu'à l'intérieur des conduits ou tuyaux sont 15 prévues des saillies , nervures, ailettes ou similaires pour augmenter la surface de l'échange thermique. 5. Chaudière selon les revendications qui précèdent, caractérisée en ce que chaque demi-conduit présente des ailettes obliques, lesquelles s'échelonnent du bas vers le haut et 20 sont décalées par rapport aux ailettes du demi-conduit correspondant de l'élément adjacent. 6. Chaudière selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que la section transversale initiale de chaque conduit est assimilable à une ellipse, tandis que la section à 25 l'endroit de la sortie, ayant des dimensions inférieures, est é-galement en ellipse, mais avec l'axe principal décalé de 90° par rapport à la section initiale. 7. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans les conduits obtenus par accouplement des éléments 30 est prévue au moins une paire d'ailettes à disposition croisée, dont l'une appartient à un demi-conduit et l'autre à un autre demi-conduit. 8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que les éléments intermédiaires présentent des demi-con- 35 duits, chacun muni d'ailettes, constituées par des brides sensiblement semi-annulaires dans un plan, disposées obliquement par rapport à l'axe longitudinal du demi-conduit, les ailettes des demi-canaux d'une face étant croisées par rapport aux ailettes des demi-canaux de la face opposée.