Brevet FR2262263A1 — publié le 19750919

La présente invention concerne une chaudiere de type domestique, c' est-a-dire une chaudière de dimensions ramassées et de structure relativement légère, telle qu'unie chaudiere domestique comportant une paroi périphérique formée par une double coque et deux parois d'extrémité (parois terminales) la paroi périphérique formant une chambre périphérique parcourue par un fluide (de l'eau par exemple) et formant avec les parois dtextrémité une chambre centrale parcourue par un autre fluide (par exemple des gaz chauffants). Une telle chaudière peut par exemple servir à fournir de l'eau chaude dans une installation domestique de chauffage central.Dans une forme connue de chaudière domestique (voir brevet britannique NO 579.446), on obtient par coulée une paroi à double coque servant au passage de l'eau, une chambre centrale étant pré- vue pour le passage des gaz chauffants. Un plancher inférieur comporte une grille conique pour un foyer à combustible solide. Cet agencement présente des inconvenients : le moulage à double coque est relativement compliqué et motteux, et la paroi intérieure est de forme cylindrique, lisse et relativement épaisse (car il est difficile de produire par coulée une paroi suffisamment mince) une paroi de ce type ne favorise pas des transferts de chaleur efficaces entre l'eau et les gaz chauffants.Dans une autre chaudière connue (décrite dans le brevet britannique NO 627 143), une chemise d'eau relativement simplifiée est utilisée dans un foyer, mais cet agencement a l'inconvénient de fixer l'enveloppe intérieure lisse de la chemise à une trémie centrale fournissant du combustible à une grille infjrieure, de sorte qu'il ne peut s'établir de transfert efficace entre la chambre centrale (definie par la trémie) et la chemise. Il est prévu un passage extérieur pour des gaz chauffants, mais ceci augmente le diamètre et le cotit du foyer. La présente invention a pour but de realiser une chaudière de type domestique légère et compacte, et de fournir une thode aise et économique pour la fabriquer. L'invention a également pour but de réaliser une chaudière de type domestique aisèment démontable en vue de l'entretien ou du remplacement de pièces. Dans la presente invention, la coque intérieure de la paroi périphérique est ondulée, les crêtes et les sillons des on dulations s1 étendent selon la longueur de la paroi périphérique. Cet agencement rend la structure bien plus légère que les chaudières précédentes de débit comparable, pour chauffage central domestique, 11 effet des ondulations de la coque intérieure de la paroi cylindrique permettant de donner à la chambre destinée à la combustion plus dè compacité qu1auparavant. Dans la présente description et dans les revendications jointes, l'expression "fluide" employée ci-dessus désigne aussi bien des liquides, des gaz ou des vapeurs. En particulier, ledit fluide parcourant la chambre périphérique est de préférence constitué par un liquide å chauffer, de l'eau par exemple, tandis que ledit autre fluide parcourant la chambre centrale est constitué par un gaz de combustion chauffant. En outre, la présente invention a pour objet un pro cédez de fabrication d'une paroi périphérique à double coque pour échangeur de chaleur, ce procédé comportant les opérations suivantes t réalisation d'une première coque munie d'ondulations dont les crêtes et les sillons sont disposés selon la longueur de ladite coque; écrasement latéral des régions terminales des crêtes des ondulations pour les amener dans les régions adjacentes des sillons de façon à former des bagues terminales; mise en place de la première coque tubulaire a' l'intérieur d'une seconde coque tubulaire de façon que les bagues terminales de la première coque tubulaire soient adjacentes à des régions terminales annulaires de la seconde coque tubulaire; et accouplement des bagues annulaires aux régions annulaires voisines de façon que les coques ainsi réunies forment une chambre périphérique que parcourra un fluide. L'écrasement avec dévers (écrasement latéral) des régions terminales des crêtes peut se faire par un équipement hydraulique, ou similaire, les bagues terminales pouvant être réunies aux régions terminales adjacentes par une soudure en cordon. La présente invention est également constituée par une paroi périphérique à double coque pour échangeur de chaleur, chaque fois qu'elle est produite par la méthode exposée. La présente invention inclut également un échangeur de chaleur comportant une paroi périphérique qui est à double coque pour former des moyens périphériques du genre chambre qu'un certain fluide doit par courir; deux parois terminales; et des organes de fixation reliant de façon amovible les parois terminales aux extrémités correspondantes de la paroi périphérique de façon que celles-là forment avec celle-ci une chambre centrale destinée à être parcourue par un autre fluide. De préférence les parois terminales viennent toucher les extrémités de la paroi périphérique, et les organes de fixation comportent des moyens de liaison réglables reliés à 11 une des parois terminales et appuyant l'autre paroi terminale, de façon que la paroi périphérique soit amoviblement serrée entre les parois terminales. De préférence aussi, les moyens de liaison comportent un bâti reposant sur le sol de sorte que l'échangeur de chaleur est soutenu verticalement et à quelque distance du sole Le bâti permet aussi d'enfermer l'échangeur de chaleur par des isolants thermiques et des Danneaux. Des formes de réalisation de la présente invention sont décrites ci-après à titre d'exemple en se référant au dessin annexé dans lequel - la Figure 1 représente, vue de l'avant, une chaudière domestique selon une forme de réalisation de la présente invention; - la Figure 2 représente une vue en plan de la chaudière de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur utilisé dans la chaudière de la Figure 1; - la Figure 4 est une vue en plan de l'échangeur de la Figure 3 coupé selon la ligne A - A de la Figure 3; - la Figure 5 représente une vue perspective du bâti de la chaudière de la Figure 1, l'échangeur de chaleur étant enle vé; - la Figure 6 est une vue latérale, en coupe, de la plaque de base de l'échangeur de la Figure 3; ; - la Figure 7 représente une vue latérale, en coupe, du couvercle de ltechangeur de la Figure 3; - la Figure 8 est une élévation latérale, en coupe, d'un échangeur de chaleur selon une autre forme de réalisation de la présente invention; et - la Figure 9 représente une vue en bout et en coupe d'une portion d'une extrémité des échangeurs des Figures 3 et 8, elle montre l'aplatissement des ondulations longitudinales de l'en- veloppe intérieure. Si l'on se réfère aux Figures 1 à 7, un réchauffeur d'eau 1 (Fig. 1) appartenant àune chaudière destinée à être utilisée dans des systèmes de chauffage central domestique est constitué ; par une charpente ou bâti vertical 2, ayant la forme générale d'un paralléllépipède reposant sur le sol (Fig. 5) et pouvant être clos par des panneaux; par un échangeur de chaleur vertical 3, de forme générale cylindrique, monté dans le bâti 2, et par un brûleur 4 monté sur le plancher 5 de l'échangeur de chaleur 3 pour débiter dans ltéchangeur de chaleur 3. Le brûleur peut être un brûleur à fueloil du genre décrit dans la demande de brevet britannique des demandeurs (NO 1 147 141). Ce peut également être un brûleur à gaz. Le bâti 2 est constitué par un couple de cadres tubulaires 6 en forme d'U renversé, maintenus écartés par un élément 7 en forme de cornière, de façon à former quatre jambages verticaux. L'élément 7 relie les cadres (6) en U en leurs sommets arrières; il présente une aile supérieure horizontale 8 percée d'une ouverture 9 permettant le passage d'une gaine à fumées servant à évacuer les produits de combustion sortant du sommet de 11 échangeur de chaleur 3. On prévoit de plus un fer en U 14 réunissant transversalement les cadres 6 en forme de U. L'échangeur de chaleur 3,'disposé entre les cadres du bâti, est constitué par une paroi de fond (ou plancher) 5 percée d'une ouverture propre à recevoir le brûleur et reliée sur ses angles aux quatre jambages verticaux 6 du bâti 2, par une paroi cylindrique verticale 10 (Fig. 3) reposant sur la paroi de fond 5 et faite de deux coques concentriques 11, 12, et par une paroi supé- rieure circulaire ou couvercle 13 (Figo 1 et 7), sur l'extrémité supérieure de la paroi cylindrique 10. Une chambre annulaire 15 (Fig. 3) formée par la double coque 11, 12 de la paroi cylindrique 10 comporte un orifice d'entrée 16 et un orifice de sortie 17 (Fig. 4) destinés à liteau à chauffer, et le brûleur 4 débite dans le fond de la chambre centrale de combustion 18 formée par la paroi cylindrique 10 et les parois terminales 5, 13, de sorte que les produits de combustion traversent en montant la chambre de combustion, pour parvenir à la gaine de fumée, et chauffent l'eau qui se trouve dans la chambre annulaire 15 par transfert de chaleur au travers de la coque intérieure Il de la paroi cylindrique 10. Deux disques horizontaux 33, espacés axialement, forment chicanes dans le haut de la chambre de combustion pour la mettre en surpression et ame- liorer le rendement des transferts de chaleur a' l'extrémité supérieure de l'échangeur de chaleur 3.Comme on le soit sur la Figure 4, le sommet dirigé vers l'extérieur d'une ner w re nervure de la coque in- térieure ondulée Il est aligné sur l'axe de l'entrée d'eau 16; cet agencement sert à favoriser l'étalement uniforme, dans la chambre périphérique 15, de l'eau venant de l'entrée 16. La paroi cylindrique à double coque 10 a la structure suivante : Une coque intériellre ll,de forme générale cylindrique, faite de tôle d'acier inoxydable de faible épaisseur, possède des ondulations 19 dont les crêtes et les sillons sont disposés selon la longueur de la coque 11, soit axialement, soit hélicoldalement, mais de préférence axialement car il est plus aisé de former des ondulations axiales.On voit sur la Figure 9 qu'â l'intérieur de la coque intérieure 11 les régions terminales des crêtes des ondulations 19 sont écrasées radialement vers l'extérieur par une presse ou un dispositif similaire, de façon à être chassées latéralement dans les sillons adjacents afin que des bagues terminales llA, dont la section est de forme générale rectangulaire, soient formées sur la coque 11, le diamètre extérieur des bagues étant celui de la coque 11.Une coque extérieure cylindrique 12, également en tôle d'acier inoxydable de faible épaisseur, est épaulée ou rétreinte à ses extrémités pour donner des collets 12A qui ont la même largeur que les bagues llA de la coque intérieure et qui, lorsque la coque extérieure 12 est placée sur la coque intérieure li forment un ajustage glissant sur les bagues lIA de la coque intérieure 11. On réunit alors par un cordon de soudure les bagues terminales lIA et les collets 12 des coques pour former la paroi 10. Comme les coques 11, 12 ainsi assemblées sont écartées l'une de l'autre sauf aux extrémités, elles forment entre elles la chambre annulaire 15. Des orifices d'entrée et de sortie sur la paroi 10 sont prévus pour y adapter des tubulures d'entrée et de sortie 16, 17 permettant à de l'eau d'arriver dans la chambre annulaire 15 et d'en sortir. Les ondulations 19 de la coque interne assurent un transfert de chaleur très efficace, ce qui permet de réduire le diamètre de la paroi 10 et donc les dimensions hors tout de l'échangeur de chaleur 3. Dans le mode de réalisation de la Figure 8, la coque extérieure 12 présente elle aussi des ondulations 20, mais leurs crêtes et leurs sillons sont dirigées périphériquement, à angle droit de ltaxe de la coque. Ces ondulations supplémentaires 20 ont pour effet de renforcer la paroi 10 et d'améliorer la turbulence et les transferts de chaleur. La Figure 8 montre également qu'une chemise 34 formant isolant thermique entoure la paroi 10. Le montage de l'échangeur de chaleur 3 dans le bâti 2 se fait de la façon suivante Le plancher 5 de 11 échangeur de chaleur 3 porte un rebord circulaire en saillie, 21 (Fig. 1 et 6), qui entoure et positionne 11 extrémité inférieure de la paroi cylindrique 10 qui repose sur le plancher 5. Le couvercle 13 (voir Fig. 7) de l'échangeur de chaleur 3 est constitué par deux plaques 22, 23 séparées par un isolant thermique 24, et présente sur sa face inférieure une gorge annulaire 26 qui reçoit le sommet de la paroi cylindrique 10, de façon que le couvercle soit ainsi placé sur ladite paroi. Une fenôtre d'inspection 27 est prévue sur le couvercle 13, percé d'une ouverture 28 pour la gaine de fumées.Le couvercle 13 est serré sur le sommet de la paroi cylindrique 10 par un dispositif comprenant une barre de poussée 30 dont les extrémités s'engagent sous les barres 6A formant les fonds des U des cadres latéraux 6, et une vis 31 traversant un trou central fileté de la barre de poussée et s'appuyant sur un bossage 32 monté sur le couvercle 13. La vis 31 étant serrée, le bâti 2 et le dispositif de serrage forment des mo-yens de liaison grâce auxquels la double paroi cylindrique est amoviblement serrée entre le couvercle 13 et le plancher 5 de l'échan- geur de chaleur 3. En dévissant la vis 31 et en enlevant la barre de poussée 30, on peut retirer d'abord le couvercle 13, puis la paroi cylindrique 10 du bâti 2 de façon à faciliter l'entretien et le remplacement des pièces de l'échangeur de chaleur 3. L'échange de chaleur entre l'eau et les gaz chauds de combustion se fait par les ondulations 19 de la coque intérieure 11 de la paroi cylindrique 10. Un appareil ainsi construit est considérablement plus léger que les chaudières pour chauffage central domestique de type antérieur ayant un débit comparable, car les ondulations de la coque intérieure de la paroi cylindrique permettent de donner à la chambre de combustion des dimensions plus fai bleus. En outre, grâce aux ondulations 19 de la paroi intérieure 11, une chaudière de n'importe quelle taille offre une large plage de débits possibles. Ainsi, une chaudière ayant environ 36 cm de diamètre et 61 cm de hauteur peut avoir un débit thermique horaire choisi à volonté entre 10.000 et 18.000 calories (40.000 à 70.000 B.Th. U par heure).Dtautres avantages de la chaudière selon l'in vention, décrite ci-dessus, sont 1/ La faible contenance en eau, d'où il résulte que la réponse à une demande de chaleur est rapide. Lorsque le fluide caloporteur est de l'eau, le peu d'épaisseur de la section formant chemise d'eau assure que la flamme est moins, refroidie quand l'eau d'alimentation, froide, revient à la base de la chaudière. 2/ Faibles dimensions hors tout de la chaudière. 3/ Poids total réduit, ce qui facilite l'emballage, les transports, l'installation et I'entretien, et rend la fabrication économique. 4/ Structure modulaire de l'échangeur de chaleur, ce qui permet l'interchangeabilité des pièces, et leur remplacement sans enlèvement de l'ensemble de la chaudière. 5/ Structure ondulée de la coque intérieure de ltéchan- geur de chialeur, ce qui permet d'utiliser des tôles d'acier inoxydable peu épaisses qui ne coûtent alors pas plus que les tôles épaisses d'acier doux des chaudières de structure classique, et qui de plus s'accommodent mieux des hautes températures et durent plus longtemps. I1 est clair que l'on peut utiliser cet échangeur de chaleur non seulement pour des échanges thermiques entre de l'eau et des gaz, mais aussi pour des échanges entre d'autres fluides. On comprendra en outre que des modifications peuvent être apportées à la chaudière décrite, sans pour autant sortir du domaine de la présente invention. Par exemple, le couvercle peut être fixé amoviblement à la paroi cylindrique par d'autres moyens que le dispositif de serrage à vis 30, 31; c1 est ainsi qu'un dispositif à levier peut remplacer le dispositif de serrage à vis. REVENDICATIONS 1. Chaudiere de type domestique, par exemple pour fournir de l'eau chaude dans une installation domestique de chauffage central, cette chaudière comportant une paroi périphérique - laquelle comprend deux coques concentriques - et des parois terminales,la paroi périphérique formant d'une part une chambre périphérique, destinée à être parcourue par un fluide, et formant d'autre part, avec les parois terminales, une chambre centrale destinée à être parcourue par un autre fluide tel que des gaz chauffants provenant d'une combustion, cette chaudière étant ca ractérisée en ce que la coque intérieure de la paroi périphérique est ondulée, les crêtes et les sillons des ondulations étant disposés selon la longueur de la paroi périphérique. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les crêtes et les sillons s'étendent axialement par rapport à la paroi. 3. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1/ ou 2/, caractérisée en ce que chaque région terminale annulaire de la coque intérieure de la paroi est assemblée, avec étan chéité aux fluides, à une partie annulaire terminale correspon dant de la coque extérieure. 4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que la coque intérieure présente des parties terminales annulaires qui saillent axialement, et en ce que chaque région terminale de la coque extérieure est agencée de façon à s'ajuster sur celle de ces régions terminales annulaires et saillantes qui lui correspond, de façon à permettre d'assembler - avec étanchéité aux fluides - ces régions terminales. 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des moyens de fixation relient amoviblement les parois terminales aux extrémités correspondantes de la paroi périphérique et comprennent des moyens de liaison qui sont reliés à une paroi terminale et provoquent l'appui sur l'autre paroi terminale, de sorte que la paroi péripherique est amoviblement serrée entre les parois terminales. 6. Chaudière selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de liaison comportent un bâti posé sur le sol, la chaudière étant ainsi soutenue verticalement et dégagée du sol. 7. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la coque extérieure est ondu idée, les crêtes et les sillons des ondulations étant disposés selon la périphérie de la coque extérieure. 8. Chaudière selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la coque intérieure est disposée de façon que le sommet dirigé vers l'extérieur d'une crête soit aligné sur l'axe d'une entrée faisant arriver le fluide dans la chambre périphérique. 9. Procédé de fabrication d'une paroi périphérique à double coque pour une chaudière de type domestique, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : former une première coque tubulaire portant des ondulations dont les crêtes et les sillons sont dirigés selon la longueur de la coque; écraser laté raclement les régions terminales des crêtes des ondulations en les refoulant dans les régions adjacentes des sillons de façon à former des bagues terminales sur la première coque tubulaire; dispoeer la première coque tubulaire à l'intérieur d'une seconde coque tubulaire de façon que les bagues terminales de la première coque tubulaire soient au voisinage de regions terminales adjacentes de la seconde coque tubulaire; et relier les bagues terminales aux régions annulaires adJacentes, de sorte que les coques forment ensemble une chambre périphérique destinée à être parcourue par un fluide. 10. Procédé selon la revendication 9/, caractérisé en ce que l'écrasement latéral des régions terminales des crêtes se fait à l'aide d'une presse ou d'un equipement similaire. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9/ ou 10/, caractérisée en ce que les bagues terminales sont assemblées aux régions annulaires terminales adjacentes par soudage en cordon.