Brevet FR2261487A1 — publié le 19750912

L'invention se rapporte à un dispositif destiné à améliorer le rendement d'une installation de chauffage central qui comprend un générateur de chaleur servant à échauffer et distribuer un véhicule de chaleur en le faisant circuler dans un circuit de conduites de chauffage et dans laquelle au moins une partie du conduit de gaz des fumée partant du générateur de chaleur est entourée d'une chemise qui délimite entre elle-même et ce conduit de gaz de fumée un volume intercalaire formant l'une des conduites par lesquelles on fait circuler le véhicule de chaleur dans le circuit de conduites de chauffage et dans le générateur de chaleur, de sorte que le véhicule de chaleur circulant dans ce volume intercalaire s'échauffe par échange de chaleur avec les gaz de fumée qui circulent de bas en haut dans le conduit de gaz de fumée Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un volet d'étranglement monté dans le conduit de gaz de fumée au-dessus du niveau de ladite chemise et au moyen duquel on peut réduire fortement la section de passage du conduit de gaz de fumée lorsque l'arrivée de combustible est interrompue, dans le cas d'un générateur de chaleur chauffe par un combustible liquide ou gazeux ou bien lorsque le feu baisse, dans le cas d'une chaudière chauffée par un combustible solide, et, d'autre part, un ou plusieurs éléments réfractaires grande capacité d'accumulation de la chaleur, qui sont logés dans le foyer pour absorber la chaleur pendant les périodes de chauffe pendant lesquelles le volet d'étrarsglen.ent est ouvert et pour restituer cette chaleur au véhicule de chaleur de 11 installation de chauffage pendant les périodes intercalaires pendant lesquelles le volet d'étranglement est presque ferme On utilise de préférence comme éléments réfractaires des blocs de diabase, qui est une roche éruptive très résistante et possédant une très grande capacité d'accumulation de chaleur. Le montage d'un volet dlétranglement dans 19 conduit des gaz de fumée au-dessus du niveau de la chemise qui entoure ce conduit a l'avantage qu'il permet de faire obstacle à l'échappement de la chaleur de l'installation avec Be flux de gaz chauds qui sort par le conduit de sortie des gaz de fumée pendant les périodes intermédiaires qui séparent les périodes de chauffe; la chaleur ainsi retenue peut au contraire être transmise au. réseau de conduites de chauffage et au véhicule de chaleur, ce qui permet de prolonger les périodes intermédiaires et d'économiser le combustible, en entrainant une élévation du rendement thermique de 11installation, L'utilisation d'un volet d'étranglement au-dessus de la chemise et d'éléments réfractaires å grande capacité d'accumulation de la chaleur dans le foyer améliore considérablement la puissance de chauffe et le rendement thermique de l'installation.En l'absence du volet au-dessus de la chemise, seule une fraction de la chaleur emmagasinée par les éléments rétractaires pourrait être utilisée pour le chauffage du véhicule de chaleur contenu dans le réseau de conduites de chauffage tandis qu'unie grande partie de la chaleur emmagasinée dans ces éléments serait perdue avec les gaz chauds sortant par le conduit de gaz de fumée.Du fait que le conduit de gaz de fumée est étranglé au-dessus du niveau de la chemise pendant les intervalles sdparant les périodes de chauffe, l'échappement à l'atmosphère de la chaleur avec le courant de gaz chauds sortant par le conduit de gaz de fumée est entravé et la chaleur ainsi retenue est transmise par échange de chaleur au véhicule de chaleur qui circule dans la chemise, ce qui augmente considérablement la puissance etk rendement thermique de l'installation.On a constaté que, lorsqu'or. place dans le foyer des éléments possédant une grande capacité d'accumulation de chaleur et que le véhicule de chaleur est l'eau, il est nécessaire d'étrangler fortement le conduit de gaz de fumée au-dessus du niveau de la chemise, c'est-à-dire de réduire fortement la section de passage de ce conduit lorsque l'introduction d'air comburant dans le foyer est interrompue parce que, autrement, lseau contenue dans la chemise serait portée a l'ébullition par les gaz chauds circulant dans le conduit de gaz de fumée. Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, la combinaison d'une chemise de véhicule de chaleur entourant le conduit de gaz de fumée d'un volet d'étranglement placé dans le conduit de gaz de fumée au-dessus du rideau de la chemise et d'un certain nombre d'éléments accumulateurs de chaleur dans le foyer apporte une amélioration considérable de la puissance et ou rendement de l'installation On a procédé d des essais comparatifs réels sur des installations chauffées au mazout, dont les unes étaient réalisées suivant l'invention, et les autres étaient du type habituel, sans chemise de véhicule da chaleur ni volet dtétranglement monté dans le conduit de fumée au-dessus du niveau de- la chemise, ni éléments accumulateurs de chaleur.On a constaté que la consosmation de mazout des installations du type antérieur étaient plus du double dé celle des installations suivant l'invention Les périodes inter- médiaires pendant lesquelles était arrêté le brûleur à mazout, qui s'enclenche et se déclenche automatiquement à certaines températures de la chaudière, étaient d'environ 3 h dans les installations suivant l'invention tandis que, dans les installations de la technique antérieure, elles n'atteignaient qu'une fraction de cette durée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris la lecture de la description. qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale représentant une chaudière à eau chaude la cheminée correspondante, la chemise d'eau montée dans la cheminée pour assurer l'échange de chaleur entre les gaz.de fumée et 11 eau qui revient è la chaudiere, et un volet d'étranglement des gaz de fumée, prévu au-dessus du niveau de la chemise d'eau, et des éléments accumulateurs de chaleur montés dans la chaudière; et - la figure 2 représente schématiquement et en coupe verticale une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le véhicule de chaleur estl'air. De la chaudière à eau chaude 11 de la figure 1, part un tube 12 de gaz de fumée, branché au centre de la chaudière. Ce tube traverse verticalement de bas en haut la cheminée 13 non maçonnée. Dans L'exemple de réalisation représenté, cette cheminée possède la hauteur appropriée pour une maison à un seul niveau. Un tube d'eau extérieur 14 qui est monté dans la cheminée enveloppe le tube 12 de gaz de fumée pour former une chemise d'eau qui s'étend sur la majeure partie de la longueur du tube de gaz de fumée 12.Le diamètre du tube extérieur 14 est suffisamment supérieur à celui du tube intérieur 12 pour qu'il subsiste entre les deux tubes une fente annulaire d'une largeur suffisante pour ramener l'eau de retour du circuit à la chaudière Le canal d'eau annulaire formé entre les deux tubes est fermé à ses estr6aites supérieure et inférieure A son extrémité supérieure, il est relié à la conduite 15 de retour d'eau du circuit d'eau chaude 16 et, à son extrémité inferieure, il est relié au tuyau de retour 17 aboutissant è la chaudiere 11. Une poupe de circulation 33 est intercalée de la façon habituelle dans le circuit de conduites de chauffage.En cas de besoin, par exemple lorsque le batixent è chauffer comporte plusieurs étages, le tube 14 peut être subdivise en plusieurs segments, chaque segment étant raccorde de la façon décrite plus haut mais avec cette différence que l'extréeité inférieure de chaque segment supérieur est raccordée à l'extré- lité supérieure du segrent incEdiaterent sous-3acent au lieu d'être raccordée directcrsent à la chaudière. Dans l'installation représentée à titre d'exesple, la cheminée maçonnée habituelle a été re placRe par 9o cylindre 18 en tCle galvanisée, le volume intercalaire compris entre le cylindre 18 et le tube d'eau 14 étant rempli d'une matière isolante 19, qui peut être constituée par exemple par de laine minérale, La conduite de retour 15, le tuyau de retour d'eau 17 et la conduite 20 qui mène au vase d'expansion 21 sont logés à l'intérieur du cylindre 18 et enrobés dans la matière isolante 2, de sorte que ces canalisations ne donnent lieu à aucune perte de chaleur. De même, la conduite de tro?-plein 22 qui part du vase d'expansion est également logée à l'intérieur du cylindre 18. La partie de la cheminée qui se trouve au-dessus du toit 23 est constituée par un cbne 24 en tOle galvanisée et le volume intercalaire compris entre ce cbne et la partie supérieure du tube de gaz de fumée est remplie d'une matière isolante 25 qui peut également etre constituée par de la laine minérale. Un tuyau 26 de purge d'air du circuit de chauffage s'élève a l'intérieur du cOne et débouche à l'extérieur à travers la paroi de ce dernier. Au-dessus de l'extrémité supérieure du tube d'eau 14, le tube de gaz de fumée 12 renferme, à proximité de son orifice de sortie, un volet d'étrangle- ment 27 au moyen duquel le tuyau de gaz de fumée peut être sensiblement mais non totalement obturé Ce volet est suspendu de façon à tendre normalement à s'ouvrir La chaudière à eau chaude représentée à titre d'exemple sur la figure 1 est chauffée au mazout et elle est donc équipée d'un brûleur de mazout 28 de la façon habituelle. Un bloc de diabase 29 est placd autour du foyer 34, Ce bloc est ouvert à sa partie supérieure et sur le cOté d'injec- tion du combustible. Un autre bloc 35 du meme type est monté au-dessus du foyer, ot il est supporté par une grille 30.Ainsi qu'il ressort dii dessin, il n'est pas nécessaire de prévoir un réseau coplioué de conduits ce gaz de fumée à l'intérieur de la chaudière lorsque-le tube de gaz de fumée est entouré d'une chemise d'eau, de sorte que la construction de la chaudière est plus simple et moins conteuse. Par ailleurs, la chaudière peut astre plus petite. De mime, le fait que le tube de gaz de fumée soit raccordé directement à la face supérieure de la chaudière réduit l'encombrement. On peut également prévoir à l'intérieur de la chaudière un faisceau de tubes pour la fourniture d'eau chaude. Le volet d'étranglement 27 est avantageusement raccordé au bradeur par l'intermédiaire d'un relais et d'une bobine 31 et par des moyens (non représentés) appropriés pour que le volet soit automatiquement amené à sa position d'étranglement lorsque le brûleur s'éteint et s'ouvre avant que le brtleur ne démarre à nouveau. Grace à la chemise d'eau et aux blocs accumulateurs de chaleur logés dans le foyer, la température au moment du conduit de gaz de fumée peut Autre maintenue à un niveau suffisamment élevé, par exemple à environ 9O0C, pour qu'il ne se produise aucun dépôt de suie ni aucune condensation de vapeur d'eau dans ce tube. On peut éviter, de cette façon, la corrosion du tube de gaz de fumée. L'installation comprend avantageusement des appareils de contrôle de la température qui servent à contrôler le maintien de la température citée plus haut, qui est réglée au moyen du volet 32 prévu entre la chaudière et le tube de gaz de fumée.Grace à la combinaison de la chemise d'eau et des blocs accumulateurs de chaleur qui maintiennent constamnent la température de la chaudière à un niveau élevé, la chaudière reste également sensiblement exempte de suie L'invention est applicable non seulement aux chaudieres chauffées par des combustibles liquides tels que le mazout mais également aux chaudières chauffées par des combustibles solides tels que le charbon, le bois et la tourbe et également aux chaudières chauffées par des combustibles gazeux. La figure 2 représente un exemple d'une installation suivant l'invention dans laquelle le véhicule de chaleur est l'air. Le tube de gaz de fumée 112 part du générateur de chaleur 111 et s'élève verticalement à l'intérieur d'une cheminée en tôle 113 qui est isolée au moyen d'une couche de laine minérale 114. Dans le volume intercalaire compris entre la cheminée 113 et le tube 112 de gaz de fumée, est prévue une chemise en tôle 115S parallèle à la cheminée 113 et au tube 112 et qui divise le volume intercalaire en deux chambres annulaires qui sont en communication entre elles du fait que la chemise 115 ne se prolonge pas jusqu'à l'extrémité supérieure de la cheminée.Le chambre annulaire intérieure 117 est en communication par un conduit d'air chaud 116 avec le côté d'entrée du circuit de conduites de chauffage et la chambre annulaire extérieure 119 est en communication par un conduit de retour 118 avec le côté de retour du circuit de conduites de chauffage. Une soufflerie, nonreprésentée, qui est intercalée dans le circuit de conduites de chauffage, aspire l'air chaud qui circule de haut en bas dans la chambre annulaire intérieure 117 et qui est chauffé par échange de chaleur avec les gaz de fumée chauds qui circulent dans le tube 112 et refoule cet air chaud par le conduit d'air chaud 116 qui introduit cet air dans le circuit de conduites de chauffage.Par ailleurs, la soufflerie fait monter l'air du conduit de retour 118 dans la chambre annulaire extérieure 119, où cet air est préchauffé par échange de chaleur indirect avec l'air plus chaud qui circule de haut en bas dans la chambre annulaire intérieure 117. L'air est ensuite aspiré de haut en bas dans la chambre annulaire intérieure 117 pour être porte à une température supérieure par échar.ge de chaleur indirect avec les gaz de fumée chauds qui circulent dans le tube de gaz de fumée 112. La chambre de combustion 120 du générateur de chaleur est aménagée dans la partie extrême inférieure du tube de gaz de fumée, dans laquelle sont agencés un brûleur à mazout 121 travaillant par pulvérisation du combustible ainsi que des éléments accumulateurs de chaleur 122, par exemple des blocs de diabase qui forment un cercle autour du foyer. Dans un tube de surtie des fumées 123 qui est prévu à l'extrémité supérieure de la cheminée, est agencé un volet d'étranglement 124 qui est relié à un contrepoids 125 tendant à maintenir le volet en position d'ouverture.Le volet 124 est avantageusement relié au brûleur 121 par l'intermédiaire d'un relais et d'une bobine 126, et par des moyens (non représentés) appropriés pour amener le volet automatiquement à la position d'étranglement lorsque le brûleur est éteint et à la position d'ouverture immédiatement avant que le brûleur ne soit remis en marche. Un avantage particulier de l'installation suivant l'invention consiste en ce qu'elle ne comporte pas de canaux de petite section pour chauffer l'air à l'intérieur du générateur de chaleur. En effet, les canaux de petite section sont facilement obstrués par la suite, comme c'est habituellement le cas pour les générateur8 de chaleur qui chauffent et distribuent l'air servant de véhicule de chaleur. En remplacement de l'air, on peut également utiliser d'autres véhicules de chaleur gazeux comme, par exemple, la vapeur d1eau Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVEND I CAT IONS 1. Dispositif destiné à améliorer le rendement d'une installation de chauffage central qui comprend un générateur de chaleur servant à echauffer et distribuer un véhicule de chaleur en le faisant circuler dans un circuit de conduites de chauffage et dans laquelle au moins une partie du conduit de gaz de fumée partant du générateur de chaleur est entourée d'une chemise qui délimite entre elle-meme et ce conduit de gaz de fumée un volume intercalaire formant l'une des conduites par lesquelles on fait circuler le véhicule de chaleur dans le circuit de conduites de chauffage et dans le générateur de chaleur, de sorte que le véhicule de chaleur circulant dans ce volume intercalaire s'échauffe par échange de chaleur avec les gaz de fumée qui circulent de bas en haut dans le conduit de gaz de fumée, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un volet d'étranglement monté dans le conduit de gaz de fumée au-dessus du niveau de ladite chemise et au moyen duquel on peut réduire fortement la section de passage du conduit de gaz de fumée lorsque l'arrivée de combustible est interrompue, dans le cas d'un générateur de chaleur chauffé par un combustible liquide ou gazeux, ou bien lorsque le feu baisse, dans le cas d'une chaudière chauffée par un combustible solide, et d'autre part, un ou plusieurs éléments réfractaires à grande capacité d'accumulation de la chaleur, qui sont logés dans le foyer pour absorber la chaleur pendant les périodes de chauffe pendant lesquelles le volet d'étranglement est ouvert et pour restituer cette chaleur au véhicule de chaleur de l'installation de chauffage pendant les périodes intermédiaires pendant lesquelles le volet d'étranglement est presque fermé. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que,- dans le cas où l'installation est équipée d'un brûleur à combustible liquide, le réglage du volet d'étranglement et le fonctionnement du brûleur sont coordonnés de telle manière que le volet soit automatiquement amené d une position dlétranglement lorsque le brûleur est éteint et rouvert avant que le broyeur ne se remette en marche. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs éléments réfractaires à grande capacité d'accumulation de la chaleur, qui sont disposés tout autour du foyer, à l'exception du côté d'entrée du combustible. 4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2. caractérisé en ce qu'il comprend un élément réfractaire à grande capacité d'accumulatlon de la chaleur logé au-dessus du foyer. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments réfractaires sont composés de diabase. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que le véhicule de chaleur est l'eau. 7. Dispositif suivantl'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule de chaleur est l'air.