Brevet FR2257875A1 — publié le 19750808

La présente invention concerne les dispositifs complementaires de chaudières, permettant l'amélioration de leur rendement par la récupération thermique des gaz de combustion après leur sortie des chaudières. Dans l'état actuel, la technique des chaudières de chauffage ne permet pas les échanges thermiques complets, sinon à leur sortie des chaudières les fumées seraient froides. Or actuellement, à la sortie des chaudières, les fumées ont encore des températures très élevées. de l'ordre de 120 à 350 degrés centigrades. Cette chaleur s'en allant avec les fumées, est donc perdue. Le dispositif suivant l'inveniton permet de mettre à profit une particularité naturelle des conduits de fumées, à savoir leur grande surface disponible qui est utilisée ici pour des échanges thermiques. En effet, la chaleur perdue des fumées encore chaudes est récupérée : 1 - En réchauffant de l'eau 5 circulant entre deux conduits métalliques concen- triques verticaux 1 et 2, le conduit intérieur I étant celui des fumées chaudes. 2 - En améliorant encore ces échanges thermiques par l'utilisation de chicanes 6 pour le brassage de la colonne de fumée montante. 7 - En remédiant aux déperditions thermiques de l'eau ainsi réchauffée par calorifugeage 10 du conduit extérieur 2. Le dispositif objet de l'invention colporte deux conduits métalliques concentriques verticaux 1 et 2 fermés entre eux aux extrémités par deux anneaux métalliques 3 et 4. Dans ce volume en forme de couronne 5, la circulation d'eau est réchauffée par la ChEdlREr que lui cèdent les fumées encore chaudes ascendantes en contact avec le conduit intérieur 1. les chicanes 6 solidaires de tiges métalliques 7 reliées entre elles par leurs anneaux dont le plus haut est filé à son support démontable 8 dans l'are au sommet du conduit de fumée, améliorent les échanges thermiques par le mélange de la zone centrale chaude de la colonne de fumées à la zone périphérique qui en montant se refroidit. En partie haute du conduit extérieur préalablement coupé, le joint de dilatation 9 de type accordéon ou autre absorbe la dilatation différentielle des deux conduits. vautour du conduit extérieur le calorifugeage 10 sur toute la hauteur du conduit s'oppose aux déperditions thermiques de l'eau réchauffée. La fixation de l'ensemble du dispositif ne se fait qu'à sa base, les autres fixations du type collier à fourreau laissent un léger jeu permettant les dilatations. L'entrée inférieure d'eau froide 11 est branchée à l'installation traditionnelle. La sortie supérieure d'eau réchauffée 12 est branchée à l'installation traditionnelle. La circulation d'eau est entraînée par l'installation traditionnelle, par pompe de circulation ou thermosipnon. Le contrtle de récupération thermique se fait par un ensemble de deux ther-omètres, l'un 13 sur l'entrée d'eau froide 11, et l'autre 14 sur la sortie d'eau réchauffée 12. Le réglage du débit et de la température optima de l'eau réchauffée se fait par l'aquastat 15. La régulation d'eau tempérée se fait dans l'installation traditionnelle par vanne à voies multiples, motorisée ou non. La circulation à sens unique est contrôlée par le clapet anti-retour 16. Le niveau d'eau est contrôlé par manomètre 17. L'air pouvant se trouver dans le circuit d'eau est chassé par le purgeur automatique à flotteur îa. Les éventuelles surpressions d'eau sont évacuées par l'action d'une soupape de sec unité tarée 19 raccordée à un trop plein 20. Ltisolation du restant de l'installation se fait par la fermeture des vannes d'arrêt supérieure 21 et inférieure 22. La vidange de l'eau se fait par la fermeture des deux vannes d'arrêt, l'ouver- ture du robinet de vidange inférieur 23 et 1'ouverture du robinet purgeur supérieur 24. Le remplissage en eau se fait en fermant le robinet purgeur 24 et le robinet de vidange 23 puis l'ouverture des vannes d'arrêt 21 et 22. La dépose des chicanes pour entretien se fait en les retirant par le haut du conduit en dépendant de son support démontable 8 le dernier arneau supérieur solidaire de la tige 7. La repose des chicanes se fait en sens inverse de leur dépose. L'entretien du conduit se fait en déposant les chicanes et leur support démon- table 8. Après le ramonage reposer le support démontable et les chicanes. La protection des parties en contact avec l'eau est celle utilisée de façon traditionnelle : huile soluble dans eau, @@tirouille soluble aciers @alvanisés, zingués, inoxydables etc... La @rotection des parties en co.tac avec les funées est celle utilisé@ de façon traditionnelle : aciers galvanisés, zingués, inoxydables etc... L'évacuation des éveatuelles condensatios sur la paroi du conduit de fu@ée se fait de façon traditionnelle en partie basse du conduit par un entonnoir @elié à une canalisation d'eau usée. L'adaptation du dispositif à toutes les puissances de chaudières et @ de grandes tuteurs de conduit est déterminée par de ingénieurs spécialistes. L'adaptation du dispositif à une partie seulement de grande hauteur se fait par prolongation du seul conduit de fumées en conduit traditionnel au-dessus du dispositif; L'amélioration du rendement d'installations non seulement neuves mais aussi existantes et perfectibles se fait en utilisant le dispositif comme un complément de surface d'échange thermique disponible pouvant être ajouté à celle des chaudières. La dispositif objet de l'invention peut être utilisé 1 - Dans tous les cas où à la sortie des chaudières, les fumées encore chaudes peuvent titre utilisées pour récupération thermique en réchauffant de l'eau 2 - Dans tous les cas où cette récupération thermique permet de disposer de plus de chaleur à consommation égale d' énergie, et par conséquent de consommer moins d'énergie pour-obtendr une chaleur égale. 3 - Des applications particulièrement intéressantes peuvent être le remplacement de l'eau par d'autres liquides ou par de l'air. - REVENDICATIONS 1 - Dispositif à échange thermique fumée-eau permettant une écononie d' énergie par récupération de la chaleur des gaz de combustion après leur sortie des chaudières |leur température atteint fréquemment de 120 à 350 degrés centigrades), caractérisé par le fait : a) qu'il comporte un moyen de mettre à profit une particularité naturelle des conduits de fumées chaudes, à savoir leur grande surface intérieure disponible pour des échanges thermiques, b) qu'il comporte un moyen d'améliorer encore ces échanges thermiques, c) qu'il comporte un moyen de s'opposer aux déperditions thermiques de la chaleur récupérée. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait : a) que le moyen de mettre à profit la surface intérieure disponible des conduits de fumées chaudes pour des échanges thermiques est un circuit d'eau contenu entre deux conduits métalliques concentriques verticaux fermés entre eux aux extré- mités par deux anneaux métalliques, que dans ce volume en forme de couronne, la circulation d'eau est réchauffée par la chaleur que lui cèdent les fumées encore chaudes ascendantes en contact avec le conduit intérieur. b) que le moyen d'améliorer encore les échanges thermiques est un jeu de chicanes solidaires de tiges métalliques reliées entre elles par leurs anneaux dont le plus haut est fixé à son support démontable dans l'axe et au sommet du conduit de fumées, que ces chicanes améliorent ie--echange's thermiques par le mélange de la zone centrale chaude ascendante à la~zone périphérique qui se refroidit en montant. c) que le moyen de s'opposer aux déperditions thermiques de la chaleur récupérée est le calorifugeage du conduit extérieur. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait t a) qu'il comporte un moyen d'absorber la dilatation différentielle des deux conduits métalliques concentriques verticaux, b > qu'il comporte un doyen de fixation permettant la libre dilatation de l'ensemble. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait a) que le moyen d'absorbeur la dilatation différentielle des deux conduits métalliques concentriques verticaux est en partie haute du conduit extérieur préalablement coupé, un joint de dilatation de type accordéon ou autre. b) que le moyen de fixation permettant la libre dilatation de l'ensemble est de ne le fixer à ses appuis que par sa base, les autres fixations étant par exemple des colliers à fourreau laissant un léger jeu.- 5 - Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait a) qu'il comporte un moyen d'alimentation en eau froide, b) qu'il comporte un moyen de distribution d'eau réchauffée, c) qu'il comporte un moyen de faire circuler l'eau qu'il contient, d) qutil comporte un moyen de contrtle de la récupération thermique par le circuit d'eau réchauffée, e) qu'il comporte un moyen de réglage optimum de la température de l'eau réchauffée, f) qutil comporte un moyen de régulation d'eau tempérée, g) qutil comporte un moyen de s'opposer à la circulation d'eau en sens inverse, h) qu'il comporte un zwyan d'indiquer le niveau de remplissage en eau, i) qu'il comporte un moyen de chasser l'air qui pourrait se trouver dans le circuit d'eau, j) qu'il comporte un moyen d'évacuer les éventuelles surpressions d'eau. 6 - Dispoaitif selon la revendication 5, caractérisé par le fait t a) que le moyen d'alimentation en eau froide est un branchement d'eau en partie inférieure raccord à l'installation traditionnelle. b) que le moyen de distribution d'eau réchauffée est un branchement d'eau en partie supérieure raccordé à l'installation traditionnelle. c) que le moyen de faire circuler l'eau qu'il contient dans une installation traditionnelle est le thermosiphon oti l'incorporation d'une pompe A eau. d) que le moyen qu'il comporte de contrôler la récupération thermique par le circuit d'eau réchauffée est un en amble de deux tbermoiètres disposés, l'un sur le branchement d'eau froide et l'autre sur le branchement d'eau réchauffée. e) que le moyen qu'il comporte de régler le débit et la température optima de lteau réchauffée est un aquastat. @ f) que le moyen qu'il comporte de réguler 11 eau tempérée est dans l'imstal- lation traditionnelle une vanne à voies multiples motorisée ou non. g) que le moyen qu'il comporte de s'opposer à la circulation d'eau en sens inverse est un clapet anti-retour. h) que le moyen qu'il comporte d'indiquer le niveau de remplissage en eau est un manomètre. i) que le moyen qu'il comporte de chasser l'air qui pourrait se trouver dans le circuit d'eau est un purgeur automatique à flotteur. j) que le moyen qu'il comporte d'évacuer les éventuelles surpressions d'eau est une soupape de sécurité tarée raccordée à un trop plein. 7 - Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait a) qu'il comporte un moyen d'isoler son circuit d'eau du restant de l'ins- tallation traditionnelle, b) qu'il comporte un moyen de vidanger l'eau sans vidanger celle de l'installation traditionnelle, c) qu'il comporte un moyen de remplissage en eau après vidange et de remise en circulation de cette eau. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait : a) que le moyen d'isoler son circuit d'eau du restant de l'installation traditionnelle est la fermeture de deux vannes a'arrêt, l'une -sur le branchement infé-rieur d'eau froide, l'autre sur le branchement supérieur d'eau réebauffée. b) que le moyen de vidanger l'eau qu'il contient sans vidanger celle de l'installation traditionnelle est d'abord la fermeture des deux vannez dlarrEt et ensuite l'ouverture du robinet inférieur de vidange et l'ouverture du robinet purgeur en haut du dispositif. c) que le moyen de remplissage en eau après vidange et de remise en circulation de cette eau est d'abord la fermeture du robinet inférieur de vidange et la fermeture du robinet purgeur en haut du dispositif et ensuite l'ouverture des deux vannes dtarret. 9 - Dispositif selon les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait a) qu'il comporte un moyen de déposer et reposer aisément les chicanes pour leur entretien, b) qu'il comporte un moyen d'entretenir le conduit de fumées, c) qu'il comporte des moyens de protéger les parties métalliques en contact avec l'eau, d) qu'il comporte des moyens de protéger les parties en contact avec les fumées, e) qu'il comporte un moyen d'évacuer les condensations éventuelles d'eau sur la paroi du conduit de fumée, f) qu'il comporte un moyen de s'adapter à toutes les puissances de chaudires et à de grandes hauteurs de conduits, g) qu'il comporte un moyen de s'adapter à une partie seulement de grandes hauteurs, h) qutil comporte un moyen d'améliorer le rendement d'installations non seulement neuves mais aussi existantes perfectibles, i) qu'il comporte un moyen de branchement à la sortie meme des fumées de chaudière, j) qu'il comporte un moyen d'accroitre encore les échanges thermiques, par unité de longueur du conduit de fumées, k) qu'il comporte un moyen de s'adapter à d'autres types d'échange thermique. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait a) que le moyen de déposer et reposer aisément les chicanes pour leur entretien est pour la dépose, de saisir par le haut du conduit la tige métallique solidaire des chicanes, de dépendre de son support démontable l'anneau de la tige, de retirer par le haut les chicanes ; après leur entretien la repose de celles-ci se fait en sens inverse de la dépose. b) que le moyen d'entretenir le conduit de fumées est de déposer les chicanes ainsi que leur support démontable, de ramoner le conduit, de reposer ensuite le support démontable et les chicanes. c) que les moyens de protéger les parties métalliques en contact avec l'eau sont ceux utilisés de façon traditionnelle : huile soluble dans l'eau, anti-rouille soluble, aciers galvanisés, zingués, inoxydables, etc... d) que les moyens de protéger les parties métalliques en contact avec les fusées sont ceux utilisés de façon traditionnelle s aciers galvanisés, zingués, inoxydables, etc... e) que le moyen d'évacuer les condensations eventuelles d'eau sur la paroi du conduit de fumée est l'utilisation traditionnelle d'un entonnoir relié à une csnalisation d'eau usée. f)que le moyen de l'adapter i toutes les puissances de chaumières et à de grandes hauteurs de conduit est déterminé par des ingénieurs apécialistes. g) que le moyen de l'adapter à une partie seulement de grande hauteur est la prolongation du seul conduit de fumées en conduit traditionnel au-dessus du dispositif. h) que le moyen d'améliorer le rendement d'installations non seulement neuves ais aussi existantes et perfectibles est d'utiliser le dispositif comme un coaplé- ment de surface d'échange thermique disponible pouvant être ajouté à celle des chaudières. i) que le moyen de branchesent à la sortie méme des fumées de chaudières est selon les nécessités, de s'adapter aux parcours sinueux, coudes, déviations, parties inclinées etc... j) que le moyen d'accroitre encore les échanges thermiques par unité de longueur du conduit de fumées est de remplacer sa section circulaire par une section étoilée, crénelée ou ondulée. k) que le moyen de s'adapter à d'autres types d'échange thermique est le réchauffage d'autres liquides ou d'air.