Brevet FR2275735A1 — publié le 19760116

La présente invention concerne une chaudière, ou générateur, comprenant un foyer, un premier réservoir d'eau recevant l'eau alimentée, un second réservoir d'eau servant à l'évacuation, suivant le cas, d'eau chaude ou de vapeur d'eau, et des éléments raccordant ces deux réservoirs, ces éléments contenant des tubes de fumée servant à faire passer les gaz de combustion du foyer dans une chambre collectrice. Les chaudières connues de ce genre sont généralement des chaudières à tubes à eau, clest-à-dire où l'eau circuledans des tubes exposés aux gaz de combustion, ou encore des chaudières à tubes à fumée, c'est-à-dire ou l'eau est contenue dans des réservoirs traversés par des tubes de circulation des gaz de combustion. Ces deux genres de chaudières sont de construction relativement compliquée et de fabrication coûteuse. Ces inconvénients affectent surtout les chaudières à tubes d'eau, lesquelles doivent être utilisées pour obtenir de la vapeur d'eau sous pression élevée.De plus, les dimensions des chaudières de ces deux genres doivent être étudiées pour un débit maximal donné, et par conséquent ces chaudières connues présentent l'inconvénient que, en cas d'abaissement du débit par rapport au débit maximal, il se produit des phénomènes de condensation sous l'effet d'une température trop basse dans les espaces où circulent les gaz de combustion-, température trop basse qui, dans les chaudières à chauffage au fuel, se présente en général de façon intermittente pendant les périodes d'arrêt du brûleur, la durée de ces périodes d'arrêt augmentant avec la diminution de débit. Cette condensation a pour conséquence bien connue la corrosion des surfaces exposées, surtout dans le cas du chauffage avec un combustible renfermant du soufre. L'invention a donc pour objet une chaudière de construction simple, et plus spécialement du type à tubes d'eau, pouvant, en dépit de sa simplicité, être adaptée aux pressions très élevées. La chaudière selon l'invention, contrairement aux chaudières de type connu signalées plus haut, peut être fabriquée selon des procédés modernes et rationnels, par postes de montage partiel. L'invention vise également une chaudiere que l'on peut régler suivant une gatmne très étendue de débits, sans risque d'apparition de condensations aux faibles débits. A cette fin, les éléments de raccordement des deux réservoirs consistent dans un grand nombre de tubes réunis les uns aux autres, constituant une enveloppe qui entoure le foyer. D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, des formes préférées de réalisation, sur ces dessins - la figure 1 est une coupe verticale d'une chaudière selon l'invention ; - la figure 2 est une coupe horizontale faite suivant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 représente un détail, en coupe et à plus grande échelle, de la figure 2 ; et - la figure 4 est une coupe analogue à la figure 1 d'une autre forme de réalisation de la chaudière. La chaudière représentée a la forme générale d'un cylindre vertical. Une enveloppe entourant le foyer 1 est constituée par un grand nombre de grands tubes 2 soudés les uns aux autres et dont les axes traversent un cercle. Le fond du foyer 1 est constitué par un réservoir d'eau 3, plat et de révolution, muni d'une arrivée d'eau 4 en son centre, et ce réservoir est raccordé sur son pourtour aux tubes 2 au moyen de tubes 5 plus étroits. Dans ce réservoir inférieur 3 sont placés des plateaux 14, agencés de façon à diriger l'écoulement de l'eau du tube 4 vers les tubes 5 (figure 2). L'intervalle entre le réservoir 3 et les extrémités inférieures des tubes 2 est recouvert par une bande 6 annulaire et par une tôle 7 adaptée sur la paroi extérieure constituée par les tubes 2. Le plafond de ce foyer I est constitué par un réservoir supérieur 8, de forme annulaire, destiné à recevoir l'eau ou la vapeur, ce réservoir étant raccordé, à l'aide de tubes 9, aux tubes 2 et comportant un tube d'échappement servant à évacuer l'eau chauffée, ou encore la vapeur d'eau produite, si la chaudière est utilisée comme génératrice de vapeur d'eau. Le réservoir 8 et les tubes 2 sont rigidement reliés les uns aux autres par une tôle 10. Dans l'orifice central 11 du réservoir 8 est fixé, au moyen d'un plateau 12, un brûleur à fuel 13, qui peut être de genre courant. Dans chacun des tubes 2 passent plusieurs tubes 15. Les extrémités inférieures de ces tubes 15 arrivent au foyer 1, tandis que leurs extrémités supérieures aboutissent à une chambre collectrice 18 de forme cintrée, dans laquelle sont rassemblés les gaz de combustion, par l'intermédiaire d'une chambre 16 pour chacun des tubes 2, chambre qui ne communique pas avec le volume intérieur du tube correspondant, et d'un obturateur 17 que l'on peut actionner, entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture, par l'intermédiaire d'un levier et d'une barré de commande. De la chambre collectrice 18, les gaz de combustion sont évacués par des tubes d'échappement 19. Compte tenu du réglage désiré du débit, la chaudière peut comporter un obturateur 17 pour chacun des tubes 2 ou pour certains d'entre eux seulement.Si le problème du réglage du débit ne se pose pas, on peut se dispenser des obturateurs. La chaudière comprend enfin une gaine extérieure 20 qui contient un produit isolant 21. Des pieds 22 supportent la chaudière. La chaudière représentée sur la figure 4 et correspondant à une seconde forme de réalisation est analogue de manière générale à la précédente. Comme représenté sur la figure 4 > le manteau du foyer I est constitué par de gros tubes 2 réunis les uns aux autres, dans lesquels passent les tubes plus étroits 15 identiques à ceux de la première forme de réalisstion, ces tubes 2 aboutissant, par leur extrémité inférieure, au foyer 1 > et par leur extrémité supérieure, dans les volumes 16 munis d'obturateurs 17. De plus, cette seconde forme de réalisation comprend un revêtement extérieur 20 et 21, une bande 6, une tale 7 et des tubes 5 de raccordement., Toutefois, les deux formes de réalisation different sur un point important.Dans le cas de la figure 4, la partie supérieure du foyer 1 comprend un grand nombre de tubes 26 séparés les uns des autres, en forme de cage d'écureuil et dont les extrémités inférieures débouchent dans un réservoir d'eau 27 de forme annulaire,relié aux volumes remplis d'eau des tubes 2, au moyen de tubes de raccordement 28. A leur extrémité supérieure, les tubes 26 aboutissent à un réservoir d'eau 29, auquel sont raccordés également les volumes remplis d'eau du tube 2, au moyen de tubes 30. Le réservoir 29 comporte un tube d'échappement 31. L'autre face du réservoir 29 et la cage constituée par les parties supérieures des tubes 26 délimitent, avec une tôle 32, une chambre 33 collectrice de gaz, reliée aux volumes 16 au moyen des obturateurs 17. A l'extrémité inférieure des tubes 2 se trouve un autre collecteur de gaz 34,que délEitent les tubes 5. Les parois de ce collecteur 34 sont communes avec un réservoir d'eau 35 muni d'un tube d'arrivée 36, et par la bande 6 et la tôle 37. Ce collecteur de gaz 34 comporte un tube d'échappement 38. La chaudière comporte un fond 43. La chaudière selon la figure 4 peut être conçue pour être chauffée de deux manières différentes. C'est ainsi, par exemple, qu elle peut comporter à sa partie stlpérieure, un brûleur de fuel 44, identique à celui de la première forme de réalisation. La chaudière peut également être prévue pour être chauffée à l'aide d'un combustible solide, comme il apparait sur la figure 4. Pour cela, le centre de la tôle annulaire 37, le réservoir annulaire d'eau 35 et le fond 43 sont munis d'un revêtement réfractaire 39. Sur ce revêtement 39, sont disposés des barreaux de grille 40 et l'on a accès de l'extérieur à l'espace en question, par une porte 41. La manoeuvre de cette porte 41 est rendue possible par le fait que le réservoir d'eau 35 comporte une ouverture et que des tubes 2 sont raccourcis, comme représenté sur la figure.A l'avant de la porte 41, il n'est pas possible de disposer des tubes de raccordement 5 avec le réservoir d'eau 35. En remplacement, il est prévu un certain nombre de tubes 42 qui raccordent les tubes 2 raccourcis aux tubes 2 voisins de longueur normale. Suivant le combustible utilisé, le foyer 1 du fond de la chaudière peut être agencé de différentes manières, par exemple, comporter un foyer mécanique. On peut également installer un brûleur de fuel à la partie inférieure de la chaudiere et, dans ce cas, il n'y a plus besoin du brûleur 44. En outre, la chaudière peut être agencée pour brûler indiféremment un combustible solide ou liquide et,à ces fins, peut comporter un foyer pour le combustible solide et un brûleur de fuel, lequel peut être fixe ou basculant à partir de sa position d'utilisation. Quand on allume la chaudière selon la première forme de réalisation, des flammes partent du brûleur 13 et descendent dans le foyer 1. Les gaz très chauds viennent frapper le fond de la chaudière et il en résulte un réchauffage préalable de l'eau dans le réservoir 3. Les gaz de combustion montent ensuite, par les tubes 15, dans les chambres 16, et après avoir franchi les obturateurs 17, passent dans le collecteur 18, pour échapper ensuite par le tube 19. L'eau est introduite dans la chaudibre par le tube 4, circule dans le réservoir 3 étant guidée par les plateaux 14 et monte dans les tubes 5. De ces tubes 5, l'eau continue son ascension par les tubes 2 en entourant les tubes de fumée 15, puis passe par les tubes 9 dans le réservoir 8 et, après avoir traversé le conduit d'échap- pement, est utilisée à l'état d'eau très chaude ou de vapeur d'eau. Comme déjà indiqué, l'eau est soumise à un réchauffage préalable dans le réservoir 3, mais est principalement chauffée dans les tubes 2, à l'intérieur desquels les tubes 15 constituent une grande surface d'échange entre les gaz de combustion et l'eau. Dans le réservoir 8 l'eau est soumise également au chauffage. Lorsque le débit niaximal est demandé, on ouvre tous les obturateurs 17 et la chaleur est transférée des gaz à l'eau, dans les ensembles de tubes 2 et 15. Si lon demande un débit plus faible, il faut fermer un nombre convenable d'obturateurs 17. Dans la forme de réalisation représentée comportant 26 ensembles de tubes 2 et 15, on peut régler pas à pas le débit, en le faisant baisser chaque fois de 1/26 & partir du débit maximal. et,théoriquèment, on peut obtenir tous les débits intermédiaires entre le débit maximal et 1/26 de celui-ci. Aucun gaz de combustion ne passe dans les ensembles fermés de tubes 2 et 15 et, par conséquent, aucune condensation ne s'y produit. Dans le foyer 1, la température est si élevée qu'il ne s'y produit aucune condensation. Lorsque l'on chauffe la chaudière de la figure 4 à laide du brûleur 44, les flammes sont projetées vers le bas, dans la cage constituée par les tubes 26 qui, de la sorte, sont chauffés. A la partie inférieure du foyer 1, les flammes remontent et les gaz s'écoulent dans l'espace étroit compris entre les tubes 26 et la paroi formée par les tubes 2. De la sorte, une partie de la chaleur est transférée à l'eau des tubes 2 et-des tubes 26. Dans la chambre 33, où une nouvelle quantité de chaleur est transférée au réservoir 29, les gaz de combustion se dirigent vers le bas et pénètrent dans les chambres 16, à supposer que les obturateurs 17 correspondants soient ouverts (ou encore qu'il n'y ait aucun clapet 17, comme indiqué plus haut). Les gaz de combustion circulent dans les tubes 15 et transfèrent de la chaleur à l'eau des tubes 2 qui les entourent.Les gaz sont rassemblés dans le collecteur 34 et échappent par le tube 38. Si on sllume la chaudière avec du combustible solide introduit par la porte 41, ou au moyen d'un brûleur à fuel, installé à la partie inférieure de cette chaudière, les gaz de combustion montent, de sorte qu'unie certaine partie de ces gaz échappe dans le volume étroit compris entre les tubes 26 et la paroi constituée par les tubes 2, tandis qu'une autre partie de ces gaz monte dans le volume,dblimité à l'intérieur de la cage constituée par les tubes 26, et échappe entre ces tubes pour pénétrer dans l'espace 35. Par suite, les gaz de combustion sont recueillis dans la chambre annulaire 33 et poursuivent leur chemin comme indiqué plus haut. Avec la chaudière selon la forme de réalisation représentée sur la figure 4, on obtient l'avantage de possibilité de chauffage de la chaudière à sa partie inférieure avec du combustible solide, ce qui n'est pas possible dans le cas de la première forme de réalisation, en raison du trajet suivi par les gaz de combustion. De plus, le trajet des gaz de combustion est augmenté, ce qui, surtout avec les combustibles à longues flammes, assure un meilleur rendement. L'invention présente également l'avantage de ne pas nécessiter une enveloppe distincte entourant le foyer, les tubes à eau constituant la paroi d'enveloppe du foyer. Cela diminue le prix de fabrication et on doit noter de plus que l'enveloppe du foyer n'est pas soumise directement aux gaz de combustion. Entre l'intérieur et l'extérieur de cette enveloppe se trouve un espace rempli d'eau, de sorte que la température extérieure de la chemise est plus basse etque l'on peut simplifier l'isolation. En outre, avec la chaudière selon l'invention, il est possible de prévoir des dispositifs permettant de régler le débit dans de très grandes limites. Il va de soi que l'invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans pour cela sortir de son cadre ; en particulier, le cylindre constitué par les tubes 2 peut être horizontal. REVENDICATIONS 1. Chaudière comprenant un foyer, un premier réservoir d'eau recevant l'eau alimentée, un second réservoir d'eau servant à l'évacuation, suivant le cas, d'eau chaude ou de vapeur d'eau, et des éléments raccordant ces deux réservoirs, ces éléments contenant des tubes de fumée servant à faire passer les gaz de combustion du foyer dans une chambre collectrice, cette chaudière étant caractérisée en ce que ces éléments sont constitués par des tubes réunis les uns aux autres et cona- tituant une enveloppe entourant le foyer. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend des dispositifs de combustion, par exemple un brûleur à fuel, disposé à l'une d e s extrémités de l'enveloppe constituée par les tubes à eau et entourant le foyer, et par le fait que, à l'autre extrémité de cette paroi1 se trouve le premier réservoir devant être rempli d'eau. 3. Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une partie des tubes de fumée sont munis d'obturateurs individuels des gaz de combustion, pouvant être actionnés indépendauinent les uns des autres. 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que d'autres tubes à eau constituent une cage dans la chambre entourée par la paroi constituée par les premiers tubes à eau, cette cage étant réchauffée et guidant la circulation des gaz de combustion.