Brevet FR2274876A1 — publié le 19760109

La présente invention est relative à une chaudière équipée d'un brûleur par exemple à gaz avec tête cylindrique perforée. La chaudière comprend une chambre de combustion avec un échangeur de chaleur tubulaire disposé coaxialement au brûleur et parcouru intérieurement par un liquide de chauffage. Ce liquide de chauffage est chauffé par les gaz brûlés traversant radialement la chambre de combustion à partir du brûleur. Dans les chaudières connues de ce genre, l'échangeur de chaleur est constitué d'un ensemble de tubes en acier cuivré ou en cuivre. Les tubes verticaux ou horizontaux, disposés transversalement au trajet des gaz brûlés, sont reliés entre eux à leurs extrémités par des collecteurs assurant plus ou moins bien la répartition du liquide de chauffage entre eux. En outre, pour augmenter la surface d'échanges calorifiques entre les gaz brûlés et le liquide de chauffage,l'échangeur de chaleur comprend un empilage d'éléments intermédiaires en acier cuivré ou en aluminium, disposés entre et autour des tubes. Ces éléments intermédiaires reliés aux tubes mécaniquement ou par brasures font corps avec ces derniers. Dans un premier cas, les éléments intermédiaires sont formés par des ailettes annulaires horizontales de quelques millièmes de millimètre d'épaisseur, en nombre plus ou moins grand. Les ailettes équidistantes présentent des perforations disposées coaxialement en hauteur. Les perforations des ailettes sont traversées sans jeu par les tubes pour assurer la liaison de ces ailettes à ces tubes. Dans un deuxième cas, les éléments intermédiaires sont constitués de billes de quatre à cinq millimètres de diamètre. Les billes prennent mutuellement appui les unes sur les autres et sont brasées npn seulement aux tubes mais aussi entre elles. Dans les deux cas, l'ensemble rigide formé par les tubes et les éléments intermédiaires qui y sont fixés, est soumis à un traitement de protection contre la corrosion. Les chaudières connues présentent des inconvénients inhérents à leur échangeur de chaleur. En effet, malgré la protection précitée, il est difficile de protéger efficacement l'échangeur de chaleur contre la corrosion des gaz brûlés. I1 en est ainsi à cause des difficultés de contrôler pratiquement la qualité de la liaison des éléments intermédiaires aux tubes et la qualité de la protection de l'ensemble et d'obtenir une régularité dans ces processus. L'échangeur de chaleur en question est souvent rapidement corrodé et détérioré. De plus, la présence des éléments intermédiaires entre et autour des tubes crée des cavités et des interstices de faible volume surtout dans le cas des billes. Ces cavités et ces interstices traversés par les gaz brûlés sont rapidement encrassés par les poussières et les dépôts de ces gaz. De la sorte, l'échangeur de chaleur doit subir des nettoyages fréquents d'ailleurs difficiles à bien exécuter. En outre, l'encrassement des cavités et des interstices susmentionnés réduit sensiblement les échanges calorifiques entre les gaz brûlés et le liquide de chauffage et diminue nettement le rendement thermique de l'échangeur de chaleur.De plus, 1' encrassement en question crée dans le trajet des gaz brûlés des pertes de charge importantes engendrant un chauffage irrégulier du liquide de chauffage et nécessitant le montage d'un by-pass dans la chaudière pour empêcher les bruits d'ébullition de ce liquide de chauffage par une circulation plus rapide du fluide. Enfin, le tra Jet du liquide de chauffage est souvent tel qu'il crée de fortes pertes de charge nécessitant l'utilisation de pompes relativement puissantes. L'objet de l'invention est une nouvelle chaudière permettant d'éliminer les inconvénients précités des cas connus. A cet effet, dans une chaudière selon l'invention, l'échangeur de chaleur est constitué d'un tube s'étendant en hélice concentriquement à la paroi latérale cylindrique de la chambre de combustion. Cette paroi latérale présente des trous d'échappement des gaz brûlés qui sont situés vis-à-vis des spires du tube. De la sorte, les gaz brûlés sont forcés à lécher quasi complètement le pourtour du tube avant de quitter la chambre de combustion. De préférence, dans la nouvelle chaudière, les trous d'échappement des gaz brûlés situés dans la paroi latérale de la chambre de combustion ont leurs centres alignés successivement vis-àvis de l'axe de l'hélice du tube constitutif de l'échangeur de chaleur. Selon une caractéristique de la nouvelle chaudière, la chambre de combustion est entourée latéralement d'une enceinte prismatique constituant une boite à fumées raccordée à un dispositif d'évacuation des gaz brûlés. Afin de pouvoir remplacer rapidement et facilement le tube en hélice de la nouvelle chaudière, les extrémités de ce tube portent chacune un raccord de liaison aux tuyauteries correspondantes d'amenée et de départ du liquide de chauffage, les manchons de ce raccord se séparant au ras de la boîte à fumées. D'autres détails et particularités de l'invention apparat- tront au cours de la description et des dessins annexés au présent mémoire qui représentent schématiquement et à titre d'exemple seulement, une forme de réalisation de l'invention. - La figure 1 est une coupe axiale verticale d'une forme de réalisation d'une chaudière selon l'invention. - La figure 2 est une coupe horizontale de la chaudière faite suivant la ligne II-II de la figure précédente. - La figure 3 illustre en détails le raccordement de l'é- changeur de chaleur à une tuyauterie d'eau. - La figure 4 est une vue en élévation étalée de la surface intérieure de la moitié de la chambre de combustion de la chaudière. Dans ces différentes figures, des mêmes notations de référence-désignent des éléments identiques. La chaudière représentée, par exemple murale, sert à chauffer un débit d'eau par échange calorifique avec des gaz brûlés provenant de la combustion d'un combustible gazeux. En fait, la chaudière comprend une chambre de combustion 1 délimitée par une paroi cylindrique latérale 2, un fond 3 et un couvercle 4 pouvant-être isolés phonétiquement. La chambre de combustion 1 est équipée d'un brûleur à gaz 5 dont la tête cylindrique et perforée est disposée coaxialement à la paroi latérale 2. Le brûleur 5 connu en soi est monté sur le fond 3. Le brûleur 5 est alimenté en gaz combustible par une conduite à gaz 6 et en air comburant par une conduite à air 7. Le brûleur 5 développe une flamme passant à travers les perforations de la tête et se propageant radialement dans la chambre de combustion i. La chambre de combustion 1 renferme un échangeur de chaleur constitué d'un seul tube 8 s'étendant en hélice régulière de l'entrée 9 à la sortie 10. L'hélice du tube 8 est coaxiale au brûleur 5 et à la paroi latérale 2. Le tube 8 est parcouru intérieurement par un débit d'eau circulant de l'entrée 9 à la sortie 10. Au cours de son trajet à travers le tube 8, l'eau est chauffée progressivement sous l'action thermique des gaz brûlés. La paroi latérale 2 présente des trous 11 d'échappement des gaz brûlés de la chambre de combustion 1. Ainsi qu'on peut le voir à la figure 1, les trous il se trouvent vis-à-vis des spires du tube 8. Plus précisément, les centres des trous 11 sont situés horizontalement en face de l'axe de l'hélice du tube 8. Les centres des trous 11 sont donc alignés successivement suivant une ligne hélico idole dont le développement dans le plan vertical est bien illustré à la dernière figure. De la sorte, les gaz brûlés traversabnt radialement la cham-bre de combustion 1 à partir de la tête du brûleur 5 sont forcés à circuler le long du pourtour du tube 8 avant d'atteindre les trous 11 et de s'échapper de cette chambre de combustion. Ainsi les gaz brûlés lèchent quasi complètement la face extérieure du tube 8 assurant notamment un rendement thermique favorable de l'échangeur de chaleur. Il est à noter que, dans l'exemple choisi, les gaz brûlés sortent de la chambre de combustion ? uniquement à travers les trous 11, le couvercle 4 étant plein. La chambre de combustion 1 est disposée dans une enceinte fermée constituant une botte à fumées 12 délimitée par une paroi latérale prismatique 13, un fond 14 traverse par le brûleur 5 et un couvercle 15 présentant une ouverture de raccordement à une conduite 16 communiquant avec une cheminée. La paroi latérale 13, le fond 14 et le couvercle 15 peuvent être garnis intérieurement d'un matériau absorbant les bruits de la flamme et du brûleur 5. Les gaz brûlés sortant de la chambre de combustion 1 remontent dans la botte à fumées 12 et sont évacués à travers la conduite 16. Comme la botte à fumées 12 entoure complètement la chambre à combustion 1, la pression qui y règne est voisine de la pression atmosphérique. Il en résulte que les risques de fuite dans la botte à fumées 12 sont minimes malgré une pression plus importante dans la chambre de combustion 1 due par exemple au brûleur 5 pulsé à pré-mélange en air total. D'autre part, les configurations en plan circulaire de la chambre de combustion 1 et hexagonale de la boîte à fumées 12 sont favorables à l'insonorisation de la chaudière. Comme le montre la figure 2, le raccordement du tube 8 aux conduites d'admission 17 et de refoulement 18 de l'eau est réalisé chaque fois au moyen d'un raccord 19 connu en soi. Les manchons du raccord 19 se séparent au ras de la botte à fumées 12. Il est à noter que le brûleur 5 et la botte à fumées 12 sont logés dans un bottier 20 visible uniquement à la figure 1. Dans l'exemple choisi, les gaz brûlés sortent supérieurement de la boîte à fumées 12 à travers la conduite 16. Dans un autre cas, les gaz brûlés peuvent être extraits latéralement de la boîte à fumées par une ventouse à tirage compensé. REViNDICAT IONS 1.- Chaudière comprenant dans une chambre de combustion équipée d'un brûleur, un échangeur de chaleur tubulaire disposé coaxialement au brûleur et parcouru intérieurement par un liquide de chauffage chauffé par les gaz brûlés traversant radialement la chambre de combustion, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur est constitué d'un tube s'étendant en hélice concentriquement à la paroi latérale cylindrique de la chambre de combustion, laquelle paroi présente des trous d'échappement des gaz brûlés, situés vis-à-vis des spires du tube, en sorte de forcer ces gaz brû- lés à lécher quasi complètement le pourtour de ce tube avant de quitter cette chambre de combustion. 2.- Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les trous d'échappement des gaz brûlés situés dans la paroi latérale de la chambre de combustion ont leurs centres alignés successivement vis-à-vis de ltaxe de l'hélice du tube constitutif de l'échangeur de chaleur. 3.- Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre ae combustion est entourée latéralement d'une enceinte prismatique constituant une botte à fumées raccordée à un dispositif d'évacuation des gaz brûlés. 4.- Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que les extrémités du tube en hélice portent chacune un raccord de liaison aux tuyauteries correspondantes d'amenée et de départ du liquide de chauffage, les manchons de ce raccord se séparant au ras de la botte à fumées.