Brevet FR2177021A1 — publié le 19731102

La présente invention se rapporte à une chaudière aquatubulaire pour installations'd'eau chaude et de chauffage central, comportant une partie de chauffage par rayonnement et une partie de chauffage par contact séparées par une cloison et entourées par des tubes de paroi de même forme raccordés à des tubes longitudinaux servant de distributeurs et de collecteurs, l'eau de retour refroidie arrivant par en dessous à la partie de chauffage. par contact et l'eau d'arrivée réchauffée étant évacuée par les collecteurs de la partie de chauffage par rayonnement qui, dans. ltécoulement du fluide de travail, est montée en aval de la partie de chauffage par contact. Une chaudière aquatubulaire de ce type est connue-par le-brevet anglais n0 1 167 002. Dans cette chaudière, au moins le distributeur longitudinal inférieur est constitué par un tube traversant toute la longueur de la chaudière et à l'extrémité duquel sont raccordés les tubes de paroi latérale de la partie de chauffage tubes per.contact/dans lesquels l'écoulement s'effectue vers le bas--et-qu amènent au distributeur longitudinal de la partie de chauffage par contact l'eau chauffée en vue de lui faire subir un chauffage supplé l mentaire dans la partie de chauffage par rayonnement. La cloison entre la partie de chauffage par rayonnement et la partie de chauffage par contact ainsi que les parois frontales et arrières de la chaudière sont en pierre et/ou en matériau isolant. Or, on s'efforce de nos jours de réunir la chaudière aquatubulaire composée de différents éléments en un système modulaire de manière à simplifier la fabrication en atelier, faciliter le transport, même en cas d'unités de grande puissance, et, à réduire les travaux à effectuer sur le chantier. On s'efforce, en outre, de plus en plus de munir toutes les parois des tubes parcourus par le fluide de travail et de réduire au minimum l'emploi de maçonnage et/ou d'isolement. La présente invention a, par conséquent, pour objet une chaudière aquatubulaire qui soit entièrement entourée et cons tituée de différents éléments réunis en un système modulaire7 ces éléments devant à leur tour présenter une forme et une configurat-hen essentiellement identiques afin de permettre une rationalisation de la production et de réduire autant que possible les travaux à effec tuer sur le chantier. Cette chaudière doit, en outre, assurer une parfaite circulation de l'eau. Pour résoudre ce problème avec une chaudière aquatubu laire du type précité, l'invention propose que la cloison entre la partie de chauffage par rayonnement et la partie de chauffage par contact ainsi que les parois frontale et arrière de la chaudière soient constituées par des éléments de paroi essentiellement identiques dont les tubes parallèles sont raccordés chacun à un tube inférieur et à un tube supérieur dispo.sés transversalement par rapport aux tubes longitudinaux, et que ceut-ci soient séparés dans l'espace les uns des autres par rapport à la partie de chauffage par rayonnement et à la partie de chauffage par contact. Ce résultat est atteint par le fait que, d'une part, les tubes (tubes du fond, tubes des parois latérales et tubes du plafond) entourant la partie de chauffage par rayonnement et la-- partie de chauffage par contact ont tous une forme identiques at. tendu qu'ils sont raccordés aux tubes longitudinaux placés danse plan médian longitudinal vertical de la chaudière et, d'autre part, que la cloison ainsi que les parois frontale et arrière constituées d'éléments identiques sont formées par des tubes parallèles,-par- tant chacun d'un tube transversal inférieur: et débouchant dans un.. tube transversal supérieur servant respectivement de distributeur pu de collecteur. La partie de chauffage par rayonnement et laf partie de chauffage par contact ainsi que les éléments de paroi peuvent être fabriqués et transportés individuellement pour être ensuite assemblés sans difficulté à pied d'oeuvre, attendu que pour mettre la chaudière en état de fonctionner, il suffit de procéder à. quelques assemblages mécaniques et de prévoir quelques conduites de-raccordement. Dans une chaudière réalisée de cette façon, la cireu- lation de l'eau.peut s'effectuer de différentes manières. il est possible, en effet, de relier le raccordement de l'eau revenant du système de chauffage au tube hongitudinal -.--. associé à la partie de chauffage par contact et servant de distributeur aux tubes de la paroi latérale de la partie de chauffage par contact et de faire en sorte pour que les tubes de paroi situés en face de la cloison amènent l'eau chauffée dans la partie de chauffage par contact directement et/ou indirectement aux distributeurs de la partie de chauffage par rayonnement. En pareil cas, ce sont les tubes chauffés et à courant descendant que l'on utilise pour trans férer l'eau à chauffer de la partie de chauffage par contact à la partie de chauffage par rayonnement.Pour assurer une parfaite circulation de l'eau on propose, par conséquent, de disposer perpendi culairement les sections les plus fortement chauffées des tubes à courant descendant, par conséquent celles situées à proximité de ltentrée des gaz dans la partie de chauffage par contact, et, en particulier, de les placer dans le même plan vertical que le collec- teur ou le distributeur voisin. Dans un tel agencement, il est primordial de tenir compte des techniques d'écoulement qui sont essentielles pour l'écoulement de l'eau et la sécurité de la chaudière, notamment en cas de tubes chauffés et à courant descendant.Lors du passage de l'eau dans les tubes de la partie de chauffage par contact, il est également essentiel que celle-ci soit chauffée avant sa descente attendu qu'il n'est pas admissible ou risqué de faire descendre l'eau de retour froide dans des tubes chauffés attendu que des.bulles d'air peuvent rester accrochées sur les parois internes des tubes et donner lieu à des corrosions. Dans le cas présent, l'oxygène ou l'air contenu dans l'eau est expulsé par le chauffage. Le collecteur supérieur qui reçoit l'eau chauffée dans la partie de chauffage par contact est avantageusement muni d'un tube d'aération par où l'air peut s'échapper. Une autre solution pour la circulation de l'eau à l'intérieur de la chaudière consiste à relier le raccordement de 11 eau revenant du système de chauffage au tube transversal servant de distributeur pour les tubes de la paroi arrière de la chaudière et que ce sont des tubes non chauffés qui relient le collecteur des tubes de la paroi arrière au distributeur de la cloison, lequel alimente par des conduites de raccordement particulières, les tubes des distributeurs longitudinaux des tubes du fond, de la paroi latérale et du plafond des parties de chauffage par rayonnement et par contact, ainsi que le distributeur de la paroi frontale de la chaudière. il est de suroroit possible de relier le raccordement de l'eau revenant du système de chauffage au distributeur des tubes de la paroi arrière de la chaudière à partir du collecteur desquels l'eau réchauffée dans la partie de chauffage par contact arrive dans les distributeurs de la partie de chauffage par rayonnement par des tubes chauffés de la paroi latérale de la partie de chauffage par contact. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale verticale d'une chaudière aquatubulaire, représentée schématiquement, selon l'invention la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 1;; les figures 4 et 5 sont des coupes partielles identiques à la figure 1 et représentent.des variantes par rapport au mode de réalisation illustrée sur cette dernière la figure 6 est une coupe longitudinale verticale d'un autre mode de réalisation d'une chaudière tubulaire, représentée schématiquement, selon l'invention la figure 7 est une coupe suivant VII-VII de la figure 6 la figure 8 est une coupe longitudinale verticale d'un autre mode de réalisation de la chaudière, représentée schématiquement, selon l'invention la figure 9 est une coupe suivant IX-IX de la figure 8. La chaudière aquatubulaire comporte une partie de chauffage par rayonnement I et une partie de chauffage par contact 2. Chacune de ces parties est constituée par une cavité entourée par des tubes, les tubes 3, de la partie de chauffage par rayonnement 1, étant raccordés à un distributeur longitudinal inférieur 4 et à un collecteur longitudinal supérieur 5 et formant le fond, les parois latérales, ainsi que le plafond de la cavité. Les tubes 6 de la partie de chauffage par contact 2 sont raccordés à un distributeur longitudinal inférieur 7 et à un collecteur longitudinal: supérieur 8 et constituent également le fond, les parois latérales et le plafond de la cavité. Ils portent, en outre, des tubes 9 courbés en forme d'U qui pénètrent dans la cavité fermée et partent des sections des tubes 6 constituant les parois latérales.Les contours extérieurs des parties de chauffage par rayonnement 1. et par contact 2 sont semblables. La partie de chauffage par rayonnement 1 est, sur sa face frontale, fermée par une paroi tubulaire 10 qui, raccordée simplement par voie mécanique à la cavité délimitée par les tubes 3, comporte un brûleur (non représenté). Les parties de chauffage par rayonnement et par contact sont séparées l'une de l'autre par une paroi tubulaire 11, dans laquelle est aménagé un passage pour les gaz. Cette paroi tubulaire est également raccordée, par simple voie mécanique, aux cavités délimitées par les tubes 3 et 6. La paroi arrière de la chaudière est formée par une paroi tubulaire 12, elle-même raccordée, par simple poids mécanique, à la cavité délimitée par les tubes 6. Liteau refroidie revenant de 11 installation de chauffage est amenée à la chaudière par le tube 13 et, par le distributeur 7, passe dans les tubes 6 et les tubes 9 en U, dans lesquels elle est réchauffée. Â partir du collecteur 8, cette eau réchauffée gagne un tube collecteur supérieur transversal 14 auquel sont raccordés les tubes 12 de la paroi arrière.Par ces tubes chauffés 12 lteau- redescend jusqu'au distributeur 15 d'où elle est amenée, par les tubes 16, à un distributeur transversal 17 auquel sont raccordés les tubes Il de la cloison et qui, par l'intermédiaire des tubes t8, alimente le distributeur longitudinal 4 et le distributeur 19 de la paroi frontale 10. les tubes il de la cloison débouchent dans un collecteur 20, les tubes 10 de la paroi frontale dans un autre collecteur 21, tous deux étant, de même que le collecteur 5, raccor désà la tubulure d'entrée 22.Pour permettre une évacuation de l'air ou de l'oxygène dégagé par l'eau lors de son passage dans les tubes 6.et 9, et ce, avant que l'eau ne descende dans les tubes chauffés 12, le collecteur 14 est raccordé à au moins un tube de désaération 23, lui-même relié au système tubulaire amenant l'eau à l'installa tison de chauffage. Les distributeurs longitudinaux 4 et 7 ainsi que les collecteurs longitudinaux 5 et 8 sont mutuellement séparés l'espace et laissent subsister un espace intermédiaire dans lequel sont logés les tubes 11 de la cloison. les axes des distributeurs. longitudinaux 4 et 7 ainsi que ceux des collecteurs longitudinaux 5 et 8 sont à l'alignement les uns des autres, de sorte que les tubes 3 et 6 ont tous la m8me forme et peuvent être fabriqués d'après le mme gabarit. les axes des tubes transversaux 15, 17, 19 et 14, 20, 21 se situent respectivement dans un plan horizontal commun de sorte que ces éléments de paroi ont également la meme forme. Pour aménager un passage pour les gaz allant dans la partie de chauffage par contact il suffit de plier légèrement un sur deux des tubes 11. Pour assurer un bon écoulement descendant dans les tubes 12 et pour la préservation de ceux-ci, il est essentiel que la section la plus fortement chauffée de ces tubes, c'est-à-dire la section se trouvant à proximité de l'entrée du gaz allant dans la partie de contact, soit verticale et se situe dans le même plan vertical que le collecteur ou le distributeur voisin. Dans l'exemple suivant la figure 1, le tube collecteur 14, le distributeur 15 et les tubes 12 de la paroi arrière se situent dans un même plan vertical. Dans l'exemple suivant la figure 4, les gaz arrivent dans la partie de contact 2 en dessous de la partie de chauffage par rayonnement 1 et c'est pourquoi ici.le- distributeur 15 et les tubes 12 se trouvent dans un même plan vertical. Dans 1' exemple suivant la figure 5, les gaz, (comme sur la - fi- gure 1), arrivent par en haut dans la partie 2, mais les tubes 12 amènent l'eau directement au distributeur 17 de la partie 1. les tubes 12 sont donc plus fortement chauffés dans leur section supérieure et c'estpourquoi le tube collecteur 14 et cette section plus fortement chauffée des tubes 12 se trouvent dans un même plan vertical. Dans l'exemple suivant la figure 6, liteau refroidie revenant de l'installation de chauffage arrive à la chaudière par les tubes 13 et passe, par l'intermédiaire du distributeur 15'. dans les tubes 12 et les tubes 9' en U portés par ces derniers, dans lesquels elle est réchauffée. L'eau réchauffée est amenée à un tube collecteur 14 dans lequel débouchent les tubes 12 de laj.M paroi arrière qui partent du distributeur 15'. A partir du collec-- teur 14, l'eau redescend par les tubes non chauffés 25, vers un distributeur 17 auquel sont raccordés les tubes 11 de la cloison etwqui, d'une part, par l'intermédiaire des tubes 18, alimente le distributeur longitudinal 4 et le distributeur 19 de la paroi front tale 10 et d'autre part, par les tubes 26, alimente le distributeur 7 des tubes 6 de la partie de contact. les tubes 11 de la cloison débouchent dans un collecteur 20, les tubes 10 de la paroi frontale dans un autre collecteur 21, ces deux collecteurs, ainsi que les collecteurs 5 et 8, étant raccordés à la tubulure d'entrée 22. Pour le reste, cette chaudière est identique à celle décrite ci-devant.. Dans l'exemple suivant la figure 8, l'eau refroidie revenant de l'installation de chauffage arrive par les-tubes.t3^ dans la chaudière et parvient, par le tube transversal 15', dans les tubes 12 et les tubes 9' en U portés par ces derniers,. dans lesquels elle est réchauffée. A partir du collecteur 14, cette eau réchauffée est amenée au tube longitudinal 8 auquel sont raccordés les tubes 6' des parois latérales. Par ces tubes chauffés 6', l'eau descend dans le tube longitudinal 7 d'où elle gagne, par les tubes 27, le distributeur transversal 17 auquel sont raccordés les tubes il de la cloison et qui alimente, par l'intermédiaire des tubes 18, le distributeur longitudinal 4, ainsi que le distributeur 19 de la paroi frontale 10. les collecteurs 5, 20 et 21 sont reliés à la tubulure d'entrée 22.Pour le reste, la chaudière est ici aussi identique aux exemples précédents. Entre le système tubulaire amenant lteau d'entrée et le distributeur principal 17 pour la partie de chauffage par rayonnement on peut avantageusement placer des tubes de retour non chauffés 24 qui permettent une circulation naturelle dans cette partie. Comme on peut le voir sur les figures 1, 6 et 8, les tubes 9, 9' pénétrant dans la partie de chauffage par contact 2 sont réunis en deux groupes de surface de chauffe. Acet effet, le groupe se trouvant dans la zone des températures basses, en l'occur- rence le groupe inférieur, présente avantageusement une surface d'absorption de chaleur plus grande que le groupe se trouvant dans la zone de températures élevées, ce qui permet d'équilibrer les différences de température dans le réchauffage de l'eau. REVENDICA?IONS 1. Chaudière aquatubulaire pour installations d'eau chaude et de chauffage central, comportant une partie de chauffage par rayonnement et une partie de chauffage par contact séparées par une cloison et entourées par des tubes de paroi de même forme raccordés à des tubes longitudinaux servant de distributeurs et de collecteurs, l'eau de retour refroidie arrivant par en dessous à -. la partie de chauffage par contact et l'eau réchauffée étant évacuée par les collecteurs de la partie de chauffage par rayonnement qui, dans 1' écoulement du fluide de travail, est montée en aval de la partie de chauffage par contact, caractérisée par le fait que la cloison entre la partie de chauffage par rayonnement et la partie de chauffage par contact ainsi que les parois frontale et arrière de la chaudière sont constituées par des éléments de paroi identiques dont les tubes parallèles sont raccordés chacun à un tube inférieur et à un tube supérieur disposés transversalement - aux - tubes longitudinaux et que ces derniers sont séparés dans 11 espace les uns des autres par rapport à la partie de chauffage par rayonnement et la partie de chauffage par contact. 2. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le raccordement de lteau revenant de l'installation de chauffage est relié au tube longitudinal associé à la partie de chauffage par contact et servant de distributeurpour les tubes de la paroi latérale de la partie de chauffage par contact et que ce sont les tubes de paroi situés en regard de la cloison qui amènent l'eau chauffée dans la partie de chauffage par contact directement ou/et indirectement aux distributeurs de la. partie de chauffage par rayonnement. 3. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le raccordement de l'eau revenant de l'installation de chauffage est relié au tube transversal servant de distributeur aux tubes de la paroi arrière de la chaudière. et que-ce sont des tubes non chauffés qui relient le collecteur des tubes de la paroi arrière au distributeur de la cloison, lequel alimente, par des conduites spéciales, les tubes des distributeurs longitudinaux des tubes du fond, de la paroi latérale et du plafond des parties de chauffage par rayonnement et par contact, ainsi que le distributeur de la paroi frontale de la chaudière. 4. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le raccordement de l'eau revenant de l'installation de chauffage est relié au distributeur des tubes de la paroi arrière de la chaudière et qu'à partir de leur collecteur, l'eau réchauffée dans la partie de chauffage par contact est amenée dans les distributeurs de la partie de chauffage par rayonnement par des tubes chauffés de la paroi latérale de la partie de chauffage par contact. 5. Chaudière aquatubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les axes des tubes longitudinaux sont en alignement. 6. Chaudière aquatubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les axes des tubes transversaux se trouvent respectivement dans des plans horizontaux communs. 7. Chaudière aquatubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que les tubes transversaux inférieurs sont installés à un niveau plus bas que les tubes longitudinaux inférieurs et que les tubes transversaux supérieurs sont situés à un niveau plus haut que les tubes longitudinaux supérieurs. 8. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les sections, voisines de l'entrée du gaz dans la partie de chauffage par contact, des tubes de paroi à écoulement descendant se situent dans le même plan vertical que le collecteur ou le distributeur voisin. 9. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les tubes de paroi à courant descendant et le collecteur ou le distributeur raccordé à ces derniers sont situés dans un plan vertical commun. 10. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'aux tubes de la paroi latérale de la partie de chauffage par contact sont raccordés les tubes formant des méandres ou recourbés en forme d'U qui pénètrent dans l'espace défini par ces mêmes tubes de paroi. 11. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'aux tubes de la paroi arrière de la chaudière sont raccordés les tubes formant des méandres ou recourbés en forme d'U pénétrant dans la partie de chauffage par contact. 12. Chaudière aquatubulaire selon la revendication 10 ou 11, caractérisée par le fait que les tubes raccordés aux tubes de paroi et faisant saillie à l'intérieur de la partie de chauffage par contact sont réunis en deux groupes de surface de chauffe le groupe se situant dans la zone de basses températures ayant une surface d'absorption de chaleur plus grande que celui se trouvant dans la zone des températures plus élevées. 13. Chaudière aquatubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que les tubes de raccordement partant du tube transversal inférieur de la cloison vont jusqu'au distributeur longitudinal de la partie de chauffage par rayonnement et jusqu'au tube transversal inférieur de la paroi frontale. 14. Chaudière aquatubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée par le fait que le système collecteur supérieur d'entrée est relié, par des raccordements non chauffés, au tube transversal inférieur de la cloison. 15. Chaudière aquatubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait que le tube transversal supérieur de la partie de chauffage par contact est muni d'au moins une conduite d'aération raccordée à un point élevé du système collecteur d'entrée.