Brevet FR2010174A1 — publié le 19700213

-i- 2010174 La présente invention concerne une chaudière utilisée pour chauffer de l'eau qui circule de façon continue dans des tuyaux chauffants, telle qu'un chauffe-"bain ou un chauffe-eau. Pour augmenter l'efficacité thermique des chaudières classiques de ce 5 type, on utilise différents moyens. On emploie par exemple des tuyaux possédant des ailettes chauffantes ou des tuyaux disposés hélicoïdalement ou en serpentins, ou encore en rangées parallèles en vue d'augmenter au maximum la surface de chauffe. Dans la chaudière suivant l'invention, on utilise ce dernier 10 agencement, c'est-à-dire des rangées parallèles d'éléments chauffants qui sont alimentés chacun par un tube d'arrivée d'eau et sont disposés verticalement en quinconce . Un tel agencement des éléments chauffants contribue à pallier un inconvénient des chaudières existantes. 15 En effet, la chaleur de la flamme est transmise dans une seule direction du "bas vers le haut de la chaudière, et sa capacité thermique diminue progressivement du fait que l'échange thermique se produit d'abord entre les tuyaux chauffants les plus bas et est très affaibli au niveau des tuyaux les plus hauts. Il en 20 résulte que le tuyau chauffant disposé dans la partie inférieure de la chaudière est porté à une température très élevée. Cette tendance est plus nettement marquée dans les chaudières qui ont une excellente capacité thermique. Dans la partie inférieure du conduit qui collecte l'eau s'écoulant des différents tuyaux 25 chauffants au voisinage du tuyau de distribution, l'eau chaude a une température uniforme par suite du mélange de l'eau qui provient des différents tuyaux. Cependant, on constate souvent une variation locale dans la température de l'eau. Il se produit entre les tuyaux chauffants disposés verticalement une convec-.30 tion qui rend un chauffage régulier difficile. la présente invention a pour but une chaudière dans laquelle on peut contrôler les conditions de chauffage dans les différents tuyaux chauffants, c'est-à-dire le temps de chauffage (vitesse de l'eau) et la surface de chauffage en fonction des 35 variations des températures de chauffage suivant la position des tuyaux par rapport à la source de chauffage de manière à chauffer les différents tuyaux à une température uniforme et constante . Ii'invention sera mieux comprise à la lecture détaillée de la 69 18312 -2- 2010174 } description qui suit et à l'examen des dessins annexés, qui- représentent à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention* - La fig.1 est une vue en coupe longitudinale de face d'un mode 5 de réalisation préféré de, la cïiaudière suivant l'invention» La fig.2 est une vue en coupe longitudinale de côté de la chaudière de la fig.1. La fig.3 est une vue schématique de côté d'un autre mode de réalisation de la chaudière suivant l'invention. 10 Sur la fig.1, on a représenté une chaudière qui comporte une enveloppe 1 de forme prismatique, des brûleurs 2, logés dans sa partie inférieure et une cheminée supérieure 3« L'enveloppe 1 présente sur au moins deux de ses faces opposées des doubles-parois 4 et 5 Qui servent de conduits pour l'eau. Le conduit 4 15 communique avec un tuyau d'admission 6, tandis que le conduit 5 communique avec un tuyau de distribution 7» A l'intérieur de l'enveloppe 1 sont logés des éléments chauffants 8,9 et 10 qui s'étendent transversalement entre les doubles-parois 4 et 5 et sont disposés verticalement en quinconce 20 de manière à ménager des espaces entre eux. Poux des raisons de commodité, on a seulement attribué des références à l'élément inférieur 8, à l'élément médian 9 et à l'élément supérieur 10. Les éléments chauffants 8, 9 et 10 comportent respectivement à . leurs deux extrémités des ouvertures 8', 9* et 10' qui commu-25 niquent avec les doubles parois 4 et 5° Le nombre et le diamètre des ouvertures 8', 9' et 10' dépendent de la position des éléments chauffants respectifs. Ces ouvertures sont, établies de manière que le rapport dé la surface totale b des ouvertures et de la section a d'un élément chauffant soit maximal dans l'élé-30 ment placé le plus bas. Il est évident que chacune des ouvertures sert de régulateur. La différence du rapport b : a dans les éléments chauffants respectifs contribue à régler la répartit i-on de l'eau dans les différents éléments 'Chauffants. En d'autres termes, lorsque de l'eau est envoyée dans le tuyau 35 • d'admission 6 et-répartie aux divers-éléments charç££ants.par le : conduit 4 et les ouvertures 8'« 9' ou 10', le débit d'eau par unité, de-tefflps est inférieur dans l'élément supérieur 10 et supérieur dans l'élément inférieur 8.. - L1 eau qui circule dans les différents éléments chauffants est 69 18312 -3- 2Q10174 recueillie dans le conduit 5 et sort par le tuyau de distribution 7» En même temps, la chaleur de la flamme des brûleurs 2 s 1 élève en serpentant dans les intervalles qui séparent les éléments 5 chauffants et sort par la cheminée supérieure 3» Le long de son parcours, la chaleur de la flamme vient effectivement en contact avec les éléments chauffants. Un échange thermique s1 effectue entre l'air ambiant chauffé et les éléments chauffants, ce qui chauffe l'eau à l'intérieur de ces éléments. L'énergie thermi-10 que décroit cependant progressivement à partir du premier échange thermique qui se produit au niveau de l'élément chauffant inférieur 8 jusqu'à l'élément chauffant supérieur 10 au niveau duquel l'échange thermique est beaucoup plus faible. La température de l'eau dans chaque élément chauffant dépend de sa capa-15 cité thermique par unité de volume d'eau. Dans la chaudière de la présente invention, du fait que le volume d'eau varie dans les différents éléments chauffants en fonction de leur position ou de leur distance du brûleur ou de la source de chaleur, l'élément chauffant inférieur 8 qui est le plus proche du brûleur 20 et qui reçoit le plus grand volume d'eau est soumis à l'énergie thermique la plus grande alors que l'élément chauffant supérieur 10 dans lequel circule un volume d'eau relativement faible est soumis à une énergie thermique réduite. De cette façon, la température de l'eau s'élève uniformément dans les différents 25 éléments chauffants. Il en résulte que la température de l'eau est uniforme à l'intérieur du conduit 5» c'est-à-dire qu'elle est identique dans la partie supérieure et dans la partie inférieure de ce conduit. Il ne se produit pas de convection d'eau et de l'eau chaude à température régulière est fournie par le 30 tuyau de distribution 7« En d'autres termes, l'eau qui circule de façon permanente dans les différents éléments chauffants est chauffée à la température voulue du fait que les conditions de chauffage préétablies demeurent. Ainsi la chaudière utilisée comme chauffe-eau peut fournir de l'eau chaude sans variations 35 de température. On peut donc régler facilement la température de l'eau chaude qu'on désire obtenir en faisant varier le volume d'eau admis dans la chaudière, comme dans les chaudières de type classique. L'enveloppe 1 comporte également des parois doubles opposées 2010174 11 et 12 (fig. 2) qui sont.adjacentes aux conduits 4 et 5 et ser- 1 vent d'éléments chauffants, les parois 11 et 12 comportent respectivement d'un seul côté ou des deux côtés des ouvertures 11* et 12* qui communiquent avec les conduits 4 et 5. la fig. 3 représente un autre mode de réalisation de la chaudière suivant l'invention qui comporte une pluralité d'éléments tubulaires 8, 9 et 10, mais dans laquelle les conduits à eau (4 et 5) sont remplacés par des tuyaux verticaux 13 et 14. Chacun de ces tuyaux verticaux communique par un orifice avec les éléments chauffants, comme dans le mode de réalisation précédent. Bien entendu, la chaudière n'a pas nécessairement la forme d'un prisme. Elle peut par exemple être cylindrique. En ce qui concerne le réglage d'un volume d'eau correspondant à la capacité thermique qui varie en fonction de la position verticale des éléments chauffants, un autre facteur entre en ligne de compte. Il s'agit de la variation de la section ou de l'épaisseur des éléments ou tuyaux chauffants. Si on utilise dans une chaudière des tuyaux chauffants ayant chacun une section différente, chaque tuyau chauffant présente un rapport différent entre sa surface périphérique externe et son volume interne et la surface de chauffage par unité de volume varie de l'un à l'autre de sorte que l'efficacité de l'échange thermique varie également. Un échange thermique optimal est obtenu avec un tuyau de petit diamètre. Un tel facteur n'est cependant pas très Important en pratique à moins que la différence de diamètre ëntre les divers tuyaux chauffants soit très grande, le fait d'employer des tuyaux chauffants de diamètre différent peut abaisser le rendement de la chaudière de façon négligeable. En pratique, il est cependant souhaitable d'utiliser des tuyaux chauffants de même diamètre, disposés en rangées parallèles. la chaudière suivant l'invention permet ainsi de régler le volume d'eau à répartir entre une pluralité d'éléments ou tuyaux chauffants disposés en quinconce dans le sens de la hauteur suivant des rangées parallèles, suivant les différences de capacité thermique de chaque élément ou tuyau chauffant, de manière que l'eau qui s'écoule dans ces éléments soit chauffée "uniformément sans différences locales, à la température désirée. Un tuyau chauffant én forme de spirale ou de serpentin peut fournir une eau chaude à température uniforme, mais il présente 18312 69 18312 -5- 2010174 l'inconvénient d'avoir une configuration compliquée qui le rend difficile à fabriquer. En revanche, la chaudière de la présente invention, grâce à la simplicité de disposition de ses éléments chauffants, est facile à fabriquer et a un prix de revient peu 5 élevé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de 10 l'invention. 69 18312 -6- 2010174 * - REVENDICATIONS - 1.- Chaudière comprenant une pluralité d'éléments chauffants "branchés sur un conduit d'admission d'eau et disposés en rangées parallèles formant quinconce dans le sens de la hauteur, chaque 5 élément chauffant comportant une ou plusieurs ouvertures formées à l'une au moins des extrémités de chaque élément chauffant adjacente au conduit d'admission ou de distribution d'eau, la ou lesdites ouvertures servant à contrôler le volume d'eau à introduire dans les divers éléments chauffants, lesdits éléments 10 chauffants étant disposés par rangées dans le trajetde transfert de chaleur d'une source de chaleur telle qu'un brûleur. 2.- Chaudière suivant 1 dans laquelle le volume d'eau introduit dans les éléments chauffants par les ouvertures précitées varie en fonction de la distance qui sépare lesdits éléments de 15 la source de chaleur. 3.- Chauffe-eau ou chauffe-bain présentant les caractéristiques décrites dans l'une des revendications précédentes.