Brevet FR2268227A1 — publié le 19751114

La présente inirention concerne les appareils de chauffage au gaz (radiateurs, chauffe-bains, chaudières murales) du type à circuit étanche dans lesquels un valeur est disposé à la partie basse d'une chambre de combustion, étanche par rapport au local à chauffer, mais communiquant avec l'air extérieur par deux conduits, dont l'un sert à l'admission de l'air nécessaire à la combustion, et l'autre à l'évacuation des gaz brûlées. Le dispositif objet de l'invention a pour but de stabiliser la combustion dans la chambre de ce type d'appareil, de manière que son rendement thermique soit très peu affecté par les conditions atmosphériques régnant sur la façade au débouché des deux conduits. Afin de miteux comprendre les caractéristiques essentielles de l'invention, on rappellera que dans la chambre de combusiion d'un appareil de chauffage au gaz du type à circuit étanche, la circulation est assurée - d'une part, par le tirage naturel dû au gaz chaud de combustion (la sortie des fumées se situant au dessus du niveau du bruleur). - d'autre part, par la différence des pressions qui peut s'établir au débouché des deux conduits et provoquée par des mouvements de l'air extérieur ; cette différence de pression, nulle par air calme, mais sensible par vent, peut s'ajouter ou se retrancher du tirage naturel. Pour éviter que cette différence ne soit telle qu'elle inverse la circulation des gaz dans la chambre de combustion, ce qui aurait pour effet d'éteindre le bruleur, les deux conduits sont rapprochés l'un de l'autre et coiffés d'un dispositif appelé "ventouse", qui a pour but de maintenir une pression à l'orifice d'entrée dtair toujours supérieure à la pression régnant à l'orifice de sortie des gaz brûlées, et quelle que soit la direction du vent et son intensité. - La plupart des dispositifs actuellement en place ne donnent pas entière satisfaction ; pour certaines directions, le vent arrive à éteindre le brûleur, soit par inversion de la circulation, soit parce qu'unie certaine quantité des gaz brdiés est aspirée avec l'air de combustion et en diminue la teneur en oxygène.Par contre, 0 certains dispositifs accusent une forte prépondérance à l'entrée d'air par rapport à la sortie des gaz br{-lés d' oà une circulation accélérée des gaz dans la chambre de combustion au fur et à mesure de l'augmentation de la vitesse du vent, ce qui entraîne une baisse du rendement thermique de l'appareil et, dans certains cas, le soufflage du brûleur. Le dispositif, objet de la présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Pour bien montrer de quelle manière ;l peut être réalisé, on a représenté aux dessins annexés, d'une part, aux figures 1 et 2 des schémas d'installation d'un chauffe-bains à gaz à circuit étanche et d'autre part, aux figures 3 à 6 des dessins et courbes relatifs à diverses variantes de l'invention. Figure 1, le schéma d'un chauffe-bains à gaz à circuit étanche dont les conduits d'entrée d'air comburant E et de sortie des gaz brûlés S débouchent au ras de la façade. Figure 2, le schema d'un chauffe-bains à gaz à circuit étanche, dont les conduits d'entrée d'air comburant E et de sortie des gaz brûlés S sont concentriques -et débouchent tous deux au ras de la façade. Figure 3, une vue en coupe d'un premier type de ventouse conforme à l'invention Figure 4, une vue en coupe d'un deuxième type de ventouse conforme à l'invention, dans laquelle l'adjonction d'un disque annulaire (9) permet la réduction de la différence des pressions entre l'entrée d'air et la sortie des gaz brûlés. Figure 5, une vue en coupe d'un troisième type de ventouse conforme à l'invention, dans laquelle l'adjonction d'un deuxième disque annulaire (10) permet la réduction de la différence des pressions entre l'entrée d'air et la sortie des gaz brûlés. Figure 6 (a), la courbe représentative de la différence de pression dans une ventouse constituée comme indiqué à la figure 3. Figure 6 (b), la courbe représentative de la différence de pression dans une ventouse constituée comme indiqué à la figure 4. Figure 6 (c), la courbe représentative de la différence de pression dans une ventouse constituée comme indiqué à la figure 5. - En se rapportant à la figure 1, on rappelle qu'un chauffe-bains à circuit étanche est constitué par une chambre (1) dans le bas de laquelle est enfermé le bruleur (2) alimenté en gaz par l'intermédiaire d'un bloc de régulation (3). En dessous du brûleur, la chambre (1) communique avec l'extérieur par le conduit (4) d'alimentation d'air frais, et par le haut par le conduit (5) d'évacuation des gaz brulés ; la circulation des gaz brûlés s'y établit naturellement, dans le sens indiqué par les flèches. - Au dessus du brûleur, un corps de chauffe (6) permet d'évacuer par circulation d'eau, les calories cédées par les gaz chauds de combustion. L'ensemble d'éléments (1) - (4) - (5) constitue un circuit étanche par rapport au local où il est installé. Si les deux conduits (4) et (5) débouchaient en air rigoureusement calme, la circulation des gaz brûlées s'établirait dans le sens indiqué, mise en mouvement par les gaz chauds ayant tendance à s'élever. En pratique, l'air extérieur est toujours plus ou moins en mouvement, et les pressions atmosphériques ne sont jamais égales aux points E et S où débouchent les conduits. Si l'on désigne par (h) la valeur du tirage naturel, et par (e) et (s) les pressions qui règnent aux points E et S, trois cas peuvent se produire. 10/ Si (e) est plus grand que (s), la différence de pression#p = (e - s), agit dans le même sens que le tirage naturel ; la circulation des gaz brûlés est accélérée, ce qui diminue le rendement, les gaz chauds n' avant pas le temps de céder leur chaleur au corps de chauffe. 2 / Si (e) est plus petit que (s), la différenceiS p = (s - e) agit dans le sens inverse du tirage naturel (h), la circulation des gaz brûlés est ralentie, et si (s - e) est plus grand que le tirage naturel (h), la circulation se renverse, et le bruleur s'éteint faute d'air. 30/ Si (e) = (s), tout se passe comme si l'air était parfaitement calme, et la circulation des gaz brayés n' est pas perturbée. Cette égalité tétant pas pratiquement réalisable, il faut faire en sorte que la différence (e - s) soit le plus faible possible tout en restant toujours positive. En se rapportant à la figure 2, on peut confondre les points E et S en rendant concentriques les 2 conduits (4) et (5). Cette disposition déjà connue permet d'atténuer la différence de pression (e - s), mais une partie plus ou moins grande des gaz brtlés est ravalée par la rentrée d'air frais ; le brûleur étant alors alimenté par de 1 air vicié, la combustion devient mauvaise ; le brûleur peut s'éteinre par manque d'oxygène. La ventouse, objet de la présente invention est à débouchés concentriques, cette disposition ayant été retenue pour la symétrie qu'elle présente pas rapport à l'azimut du vent, mais elle est établie de façon à éviter les- inconvénients précédemment signalés. Elle est conçue de manière que la pression due au vent à l'orifice d'entrée d'air soit toujours supérieure à la pression régnant à l'orifice de sortie des gaz brtlés, et agencée de telle sorte que la différence entre ces deux pressions soit aussi faible que possible quelles que soient la direction et l'intensité du vent, afin que le rendement thermique de l'appareil soit très peu affecté par les conditions atmosphériques régnant sur la façade. Elle rejette loin du mur les condensations qui peuvent se produire dans le conduit d'évacuation des gaz brûlés, et sa forme ronde et son faible encombrement ne peuvent compromettre l'esthétique des façades. Préalablement à la réalisation du dispositif, objet de la présente invention, des mesures faites en soufflerie ont mis en évidence des phénomènes physiques connus. a- au voisinage d'une façade frappée par un vent, les filets d'air se déplacent toujours pzPallèlement à cette façade, sauf dans le cas d'un vent perpendiculaire où il y a rebroussement de l@coulement b- au voisinage d'une façade frappée par un vent, il s'établit un gradient de pression telle que celle-ci est maauam contre la paroi et diminue quand on sten éloigne pour se stabiliser à une distance d'environ 3 @@@. Il s'ensuit que dans tout conduit, qui débouche au ras de la façade par une extrémité, et à 5 centimètres en avant du ras de la façade par l'autre extrémité, il s'établit dans ce conduit une circulation permanente allant de la première extrémité vers la seconde. c- dans le cas où le conduit est à débouchés concentriques, le vent qui contourne l'orifice circulaire en dépassement du ras de la façade, crée en amont de l'obstacle une zone de surpression, et en aval une zone de dépression, avec en moyenne surpression dans l'espace annulaire entourant l'orifice en dépassement. Sur ces bases expérimentales, l'objet de la présente invention est caractérisée par a- le tube d'entrée d'air comburant et le tube de sortie des gaz brayés sont concentriques ; la sortie des gaz brûlis s'effectuant par le tube intérieur, et la rentrée d'air comburant s'effectuant par l'espace annulaire séparant les deux tubes. b- l'espace annulaire de rentrée d'air à une section sensiblement égale à la section de sortie des gaz brûlées. c- le tube d'entrée d'air (i) débouche au ras de la façade, le tube de sortie des gaz brûlés (2) dépasse vers l'avant le tube d'entrée d'air de 3,5 centimètres afin de déboucher dans une zone où la pression est toujours inférieure à celle qui règne au ras de la façade ; ce dépassement facilite le passage dé l'air vers l'espace annulaire, il écarte du mur les condensations produites dans le tube d'évacuation des gaz brûlés. d- les deux tubes entrée d'air (1) et sortie des gaz-brûlés (2) sont coiffés par 3 troncs de cône (3 - 4 - 5) en métal déployé (6), de hauteur 3,5 cm. et de diamètres 17 et 23 cm. superposés et écartés l'un de l'autré d'une distance égale à leur hauteur ; la grande base du tronc de cône (3) se situe au ras de la façade et parallèlement à celle-ci. e- les 3 troncs de cône sont reliés entre eux par 4 tiges cylindriques de petit diamètre (7) et fixées à l'extérieur de l'espace annulaire. f- un écran formé par un disque plein (8) est fixé sur la petite base du tronc de cône (5) pour protéger la sortie des gaz brûlés contre l'action d'un tent perpendiculaire à la façade. Grâce à cet ensemble ainsi constitué, les filets d'air circulent toujours parallèlement à la façade dans l'espace où débouchent les deux conduits d'entrée d'air et évacuation des gaz brulés, et quelle que soit la direction du vent. Si l'on soumet cette ventouse Fig. 3 à l'action d'un vent, de vitesse constante de 20 mètres par seconde, et d'incidence&alpha; variable depuis 0 (vent perpendiculaire à la façade) jusqu'à 900 (vent rasant parallèle à la façade), et si I' on mesure, pour chaque incidence, la différence de pression statique Llp régaant entre l'espace annulaire et l'intérieur du conduit, on obtient la courbe représentée fig. 6 (a). En se rapportant à cette courbe, on constate que pour les incidences perpendiculaire et rasante p est faible, mais croit pour devenir maximum à une incidence comprise entre 50 et 600. Cette incidence critique est celle qui donne donc la circulation maximum, et, par suite, le rendement thermique le plus faible. Pour réduire ce maiimum de # p, un premier moyen consiste de réaliser la réduction de la différence de pression entre les débouchés des deux conduits, par la mise en place d'un disque annulaire (9) Fig. 4 à l'extrémité du tube de sortie des gaz brûlés, et de même diamètre que la petite base d'un tronc de cône. Soumise à l'action du vent dans les memes conditions que la ventouse Fig. 3, la courbe représentative prend l'allule reproduite Fig. 6 (b) En se rapportant à cette courbe, on constate que pour l'incidence 15 # p est maximum, mais a été ramené de 1,35 mm. à 1,2 mm. de hauteur d'eau et va en décroissant pour etre de 0,2 mm. à l'incidence 9û0, Un deuxième moyen Fig. 5 de réaliser la réduction de la différence de pression entre les débouchés des deux conduits, consiste à placer un 2ème disque annulaire (tQ) sur le tube de sortie des gaz brûlée, de même diamètre que le I er disque dans le même plan que le ras de façade, tout en maintenant une section annulaire entrée d'air sensiblement la même à la secticn de sortie des gaz brûlés. Soumise à l'action du vent dans les mêmes conditions que la ventouse Fig. 3, la courbe représentative prend l'allule reproduite fig. 6 (c). En se rapportant à cette courbe, on constate que pour l'incidence 15 # p est maximum, mais a été ramené de 1,2 ss. à 0,5 mm. de hauteur d'eau et va en décroissant pour étre presque nul à l'incidence 900 (vent rasant parallèle à la façade). Un choix convenable des dimensions relatives des différents moyens de correction décrits ci-dessus, permet de choisir le maximum de # p à l'incidence critique à une valeur telle que le rendement thermique de L'appareil de chauffage fonctionnant dans les conditions de vent les plus défavorables, reste supérieur au rendement minimum fixé par les normes. Sur cette description faisant l'objet de la présente invention, il doit etre entendu que l'invention ne se limite pas aux formes de réalisations ci-dessus décrites, ni aux indications dimentionnelles qui ont été données. L'invention n'exclut pas les cas où une certaine excentration ou une section non exactement circulaire serait retenue. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas d'installation d'appareils de chauffage au gaz à circuit étanche devant être munis obligatoirement de type de dispositif pour leur bon fonctionnement. a - lors de la pose d'un radiateur à circuit étanche destiné au chauffage d'un local b - lors de la pose d'un chauffe-bains à circuit étanche destiné à la production d'eau chaude pour une salle de bains c - lors de la pose d'une chaudière murale à circuit étanche destinée au chauffage d'un appartement ou d'un pavillon. REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant de stabiliser la flamme d'un brûleur à gaz dans la chambre de combustion d'un appareil de chauffage à circuit étanche, caractérisée par le fait que le Doyen qui permet aux filets d'air de se déplacer toujours parallèlement à la façade est'in tronc de cône en métal déployé. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisée par le fait Que le moyen qui permet aux filets d'air de se déplacer toujours parallèl@@ent à la façade au débouché des deux co@duits, est constitué par 3 troncs de cône en métal déployé. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'un preiier moyen destiné à réduire la différence de pression entre les débouchés des deux conduits, est un disque annulaire fixé à l'extrémité du tube de sortie des gaz brûlés. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'un deuxième moyen destiné à réduire la différence de pression entre les débouchés des deux conduits, est un deuxiè@@ disque annulaire fixé sur le tube de sortie don gaz brûlés dans le plan du raa de la façade.