Brevet FR2085192A1 — publié le 19711224

La présente invention est relative à -chaudière pour fluide caloporteur à haute température (de l'ordre de 3000C), sans pression. Ce fluide étant le plus souvent de l'huile minérale, il importe qu'il circule activement dans la totalité du corps de chauffe sans qu'il se produise de surchauffe localisée qui provoquerait rapidement sa dégradation. Actuellement-, un tel résultat est obtenu en pulsant le fluide caloporteur à l'aide d'une pompe de circulation dans un ou plusieurs serpentins tubulaires. En raison de la -perte de charge élevée, la pompe précitée doit être entraînée par un moteur électrique puissant, dont la cpnsommation est donc importante, ne permettant ps d'étendre à l'usage domestique les applications du chauffage par fluide caloporteur à haute température, sans pression. La présente invention a pour but la réalisation d'unechaudière présentant des pertes de charge minimales et dans laquelle la-circulation du fluide peut s'effectuer à des vitesses normales permettant, néanmoins, de réduire considérablement la puissance absorbé-e par la pompe de- circulatio-n, la diminution des pertes de charge étant obtenue en réalisant un circuit de fluide court. La chaudière, objet de la présente invention, est caractérisée en ce que le fluide à chauffer est envoyé dans un conduit enroulé hélicoidalement à spires jointives, les surfaces échangeuses étant constituées par la périphérie intérieure èt extérieure des dites spires et par des tubes de fumée traversant le dit conduit, les dits tubes étant disposés de façon à ce que leur axe soit parallèle à l'axe de l'hélice. De cette façon, les tubes de fumée, dont le diamètre de chacun est légèrement inférieur à ltépaisseur du conduit, constituent des obstacles engendrant des phénomènes de turbulence déterminant le brassage naturel des molécules de fluide à chauffer qui assure le chauffage uniforme de toute la masse et, ce, même si le dit fluide circule à vitesse lente. La présente invention sera mieux comprise par la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés à titre d exemple indicatif seulement, sur lesquels La figure 1 est une vue schématique en perspective montrant le principe de réalisation d'une chaudière conforme à l'invention; La figure 2 est une vue en coupe verticale, limitée à la section, montrant un mode de réalisation de cette chaudière La figure 3 est une vue en coupe effectuée selon la ligne III-III de la figure 2 et limitée à la section La figure 4 est une vue en coupe effectuée selon la ligne IV-IV de la figure 2 et limitée à la section La figure 5 est une vue en perspective éclatée, avec arrachements partiels, de la chaudière de l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit que le fluide à chauffer, en l'espèce de l'huile minérale, est envoyé dans une canalisation 1, de section rectangulaire par exemple, enroulée hélicoïdalement sur champ à spires jointives de préférence, les faces extérieure et intérieur-e des spires ainsi formées délimitant deux surfaces échangeuses 2 et 3 cylindriques, la surface 2 intérieure pouvant constituer l'enveloppe du foyer, tandis que celle 3 extérieure est en contact avec les fumées provenant du dit foyer. Le fluide circulant dans le conduit 1 se réchauffe également au contact d'une autre surface échangeuse constituée par un faisceau de tubes de fumée 4 traversant le dit conduit et disposés de façon à ce que leur axe soit parallèle à l'axe de l'hélice circulaire directrice. L'épaisseur de la canalisation 1, délimitée par la distance séparant les deux surfaces 2 et 3, est légèrement supérieure au diamètre des tubes 4. De cette façon, en plus de leur rôle d'échangeur thermique, les tubes 4-forment des obstacles à la circulation du fluide l'obligeant à s'étirer en favorisant la rapidité des échanges thermiques. De plus, en aval des tubes 4, il se produit, même à des vitesses de circulation relativement lentes du fluide, des turbulences provoquant un brassage énergique des molécules assurant le réchauffement uniforme de toute la masse du fluide. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, une chaudière réalisée selon les principes ci-dessus. En se reportant à la figure 2, on voit que le corps de chauffe, de type annulaire, est constitué par deux viroles 5 et 6 concentriques respectivement intérieure et extérieure, les deux dit-es viroles étant enfermées dans une virole 7, formant avec celle 6, collecteur fumées et présentant un orifice d'évacuation 8 à une de ses extrémités La virole 7 est obturée par deux plaques 9 et 10 dont celle 9 est en contact direct avec la flamme du foyer, tandis que celle 10 supporte le brûleur 11. Selon la présente invention, l'espace annulaire compris entre les viroles 5 et 6 est partiellement obturé par une bande 12 enroulée hélicoïdalement sur champ autour de la dite virole 5. De cette façon, les deux viroles 5 et 6 délimitent un conduit 13 de section rectangulaire. Des tubes de fumées 14, dont les axes sont parallèles à celui commun des viroles 5, 6 et 7, sont logés dans l'espace annulaire précité et traversent les différentes spires de la bande 12 qui présente, à cet effet, des trous 15 L'espace annulaire précité est obturé, à son extrémité opposée au brûleur 11, par une couronne 16 comportant des orifices 17 de passage des tubes de fumée 14. A leur autre extrémité, les deux viroles 5 et 6 sont obturées respectivement par des plaques 18 et 19 réunies en leur centre par un fourreau 20 de guidage du dit brûleur. La plaque 19 présente des orifices 17' de passage des tubes 14 et, en outre, deux orifices 21 et 22 diamétralement opposés respecivenent d'arrivée et de départ du fluide. L'orifice 21 permet l'introduction d'lun tube 23 débouchant à proximité de la couronne 16 tandis que l'orifice 22 est raccordé à un conduit 24 d'évacuation du fluide L'orifice 22 permet, en outre, l'introduction d'une canne pyrométrique (non représentée) susceptible de s'étendre jusqu'à proximité de la couronne 16 à travers les trous 15 de la bande 12, l'espace annulaire ne présentant pas, à cet emplacement, de tubes de fumée. De cette façon, on voit qu'il est possible de contrôler la température du fluide en un point quelconque de la longueur du conduit 13. Le trajet du fluide est le suivant Les fumées en provenance du foyer heurtent la plaque 9, pénètrent dans les tubes 14, débouchent dans un espace 25 réservé entre les plaques 19 et 10 et empruntent l'espace annulaire 26 formé par les deux viroles 6 et 7 avant d'être évacuées par l'orifice 8. Le fluide caloporteur pulsé par la pompe de circulation (non représentée) parcourt le conduit hélicoïdal 13 et débouche dans l'espace 27 réservé entre les deux plaques 18 et 19. Pour éviter une accumulation du fluide à la partie basse de cet espace et une surchauffe intempestive, la portion de l'espace annulaire située en regard de l'orifice 22 est obturée par un cache 28 présentant un petit orifice 29. Le cache 28 comporte un déflecteur 30 en forme de Vé dont les branches s'étendent vers le centre de l'espace 27. De cette façon, le fluide qui pénètre dans l'espace 27 ne peut pas être évacué directement par l'orifice 22 mais est obligé d'effectuer un parcours curviligne autour du manchon 20 en évitant ainsi une stagnation dans le dit espace. Il faut noter que l'adoption d'un conduit à section rectangulaire aplatie permet de réduire la longueur du dit conduit. En effet, comparé à un conduit circulaire de même section, un conduit rectangulaire aplati présente -un périmètre plus important. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté mais s'étend, au contraire, à toutes variantes de formes, matières et dimensions. C'est ainsi, entre autres, que le conduit 1 peut présenter une section polygonale quelconque et notamment celle d'un parallélogramme aplati. REVENDICATIONS 1 - Chaudière pour fluide à haute température, sans pression caractérisée en ce que le fluide à réchauffer est envoyé dans un conduit enroulé selon une hélice circulaire, les surfaces échangeuses étant constituées par les périphéries intérieure et extérieure du dit conduit et par des tubes de fumée le traversant, les dits tubes étant disposés de façon à ce que leur axe soit parallèle à l'axe de la dite hélice directrice 2 - Chaudière, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit est enroulé à spires jointives 3 - Chaudière, selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les surfaces échangeuses sont constituées par deux viroles (5 et 6) concentriques réservant entre elles un espace annulaire dans lequel sont logés les tubes de fumée (14) qui traversent une bande (12),enroulée sur champ hélicoïdalement,et réunissent les deux dites viroles 4 -- Chaudière, selon la revendication 3, caractérisée en ce que les tubes de fumée (14) sont supportés, à une de leurs extrémités, par une plaque (19) obturant la virole extérieure (6) et, à leur autre extrémité, par une couronne (16) réunissant les deux extrémités des viroles, la virole intérieure (5) étant plus courte et obturée par une plaque (18) réunie à la plaque (19) de la virole extérieure par un manchon (20) de centrage du brûleur (11), l'ensemble étant enfermé-dans une troisième virole (7) dont les extrémités sont obturées par deux plaques (10 et 9) dont l'une (10) supporte le brûleur (11), tandis que l'autre (9) est en contact direct avec la flamme du foyer et permet de renvoyer les fumées dans les tubes de fumée, la dite troisième virole (7) ménageant avec la surface échangeuse extérieure (6) un espace annulaire (27) comportant un orifice d'évacuation (8) des fumées 5 - Chaudière, selon la revendication 4, caractérisée en ce que la plaque (19) obturant la surface échangeuse extérieure (6) présente deux orifices (21 et 22) diamétralement opposés, respectivement d'arrivée et de départ du fluide 6 - Chaudière, selon la revendication 5, caractérisée en ce que le fluide est amené par un tube (23) traversant la plaque (19) et débouchant à proximité de la couronne (9) reliant les deux viroles (5 et 6) 7 - Chaudière, selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'orifice (22) d'évacuation du fluide permet l'introduction d'une canne pyrométrique susceptible de s étendre jur9qu'à la couronne (16)- en traversant la bande hélicoïdale (12) par des trous (15) qui, à cet emplacement, ne comportent pas de tubes de fumée 8 - Chaudière, selon la revendication 4, caractérisée en ce que la portion de l'espace annulaire débouchant en regard de l'orifice d'évacuation (22) du fluide est obturée par un cache comportant un déflecteur en forme de Vé dont les branches s'étendent entre les plaques (18 et 19) obturant les deux viroles (5 et 6) ; ; 9 - Chaudière, selon la revendication 1 ou celle 3, caractérisée en ce que la distance séparant les deux surfaces échangeuses est légèrement supérieure au diamètre des tubes de fumée (14)i 10 - Chaudière, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit présente une section polygonale aplatie.