Brevet FR2295369A1 — publié le 19760716

L'invention Concerne un dispositif pour l'amélioration du rendement thermique d'une chaudière. Ce dispositif est notamment destiné à équiper des coudières à combustionpelycarburante, par esemple à fuel eomestique. Dans les chaudières connues, l'amélioration du rendement thermique est limitée, du fait de la température de sortie rela tivement élevée des fumées rejetées dans l'atmos?hlre. En effet, si l'on abaisse la température des fumées avant de les rejeter, elles risquent d'atteindre leur point de rosée à l'intErieur de la chaudière. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient en réali sant un dispositif permettant d'améliorer le rendement thermique d'une chaudière par récupération de la chaleur des fumées de com bustion, sans que ces fumées atteignent leur point de rosée à l'interieur de la chaudière. Un dispositif suivent l'invention pour l'amélioration du rendement thermique d'une chaudière à combustion polycarburante est caractérisé en ce outil comporte un échangeur rotatif en céramique poreuse pour réchauffer l'air aspiré nécessaire à la combustion à partir de la chaleur des fumées de la combustion, et des aoyens pour améliorer la combustion et éviter l'encras- servent de 1 t échangeur par les fumées. Suivant une caractéristique suplé.entaire de l'invention, ltéchangeur est constitué par un disque poreux en ravers duquel sont disposés de façon adjacente l'arrivée d'air frais atmos phérique d'une part et le départ des fumées de la combustion d'autre part dans des canalisations où ces circulations gazeuses s'effectuent à contre-courant l'une par rapport à l'autre, le disque-poreux tournant autour d'un axe théorique parallele à la direction générale des deux écoulements azeux tandis qu'un sys tème d'étanchéité estprévu entre ce disque touruant et les parties fixes des canalisations pour éviter le court-circuitage des gaz de l'une à l'autre. Suivant une caractéristique suplémentaire de l'inventIon, les sections transversales des canalisatios de circulation ga zeuse prennent appui par leurs contours sur les faces latérales opposées du disque échangeur par l'intermédiaire de joints d'étanchéité en carbones Suivant use caractéristique su plémentaire de l'invention, le isque poreux est placé en travers d'une section transversale de la canalisation d'arrivée d'ir frais dont la surface est inférieure à la section correspondante de la canalisation de départ de fumées. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention la canalisation d'arrive d'air est munie entre son passage à travers l'échangeur rotatif et son entrée dans une chambre de combustion de la chaudière d'un serpentin tubulaire interne dans lequel circulent les carburants de la combustion avant leur injection dans le brûleur, si bien que l'air, préalablement rechauffé à partir des fumées, réchauffe à son tour le circuit d'alimentation en carburants, ce qui permet d'affiner la pulsé irisation effectuée par le gicleur. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention la chaudière est alunie d'une tôle de rayonnement sensiblement tubulaire placée coaxialement au brtlleur, autour de la flamme, et à distance des conduits dans lesquels circule un fuide à échauffer par cette chaudière, de façon que cette tôle atteigne une température suffisamment élevée pour que les particules extérieures du jet de carburant qui sont projetées par le gicleur sur ses parois soient intégralement brûlées, si bien que les fumées sont exemptes d'bapuretés, tandis que le rendement de combustion est maintenu sensiblement constant. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention la chaudière est munie d'un moteur électrique dont l'arbre de sortie est simultanément relié à une pompe d'injection placée sur le circuit d'alimentation en hydrocarbures, à un ventilateur situé à l'intérieur de la canalisation d'air atmosphérique pour aspirer cet air vers la chaudière, à un arbre qui entrain en rotation le disque poreux de l'échangeur rotatif, la pompe d'injection étant en prise par l'intermédiaire dVun train d'engrena; ges multiplicateur et ue arbre du disque et en rise par l'intermédiaire d'un réducteur à tis sans fin. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention - Fig. 1 est une vue d'une chaudière en coure schématique ver icale montent un exemple d'adaptation du dispositif suivant l'invention. - Fig. 2 est une vue de dessus du disque de l'échangeur. On a représenté sur la figure 1 une chaudière comportant un circuit d'eau s'effectuant entre une arrivée 3 et un départ 4 dans un réservoir 2 muni de chicanes 5. Un foyer 6 situé vers la partie basse de cette chaudière qui est enfin reliée à une canalisation d'arrivée d'air atmosphérique 7 débouchant vers le foyer, à une canalisation d'arrivée de fuel domestique 8, débouchant dans la même zone et à une canalisation pour l'évacu- ation des gaz brillés, ou fumées 9. L'air frais atmosphérique est aspiré par l'estrémité supérieure de la canalisation 7, munie d'un filtre insonorisant 10 et situé à l'extérieur du batiment renfermant la chaudière.La canalisation 7 est munie d'un ventilateur interne 11 qui assure une circulation suivant les flèches 12 et 13. Les gaz brtles sont évacués de la chaudière par la canalisation 9 dans laquelle ils circulent suivant les flèches 14 et 15. Cette canalisation est reliée, à son extrémité supérieure, à une cheminée non représentée et débouchant à l'extérieur vers le haut. Les canalisations 7 et 9 traversent toutes deux un meme échangaur 16. Dans cette traversée, elles sont adjacentes, et ont une orientation commune verticale de leurs circulations ga zeuses. Ainsi, la canalisation d'arrivée d'air est divisée par l'écbangeur en une partie supérieure 7a et une partie inférieure 7b l'air circulant de haut en bas de la partie 7a à la partie 7b. De la meAme façon, les fumées circulent de bas en haut d'une partie 9e à une partie 9b, donc en sens inverse de l-'air. L'échangeur 16 comprend un disque poreux céramique 17 entratné en rotation par un arbre 18 d'axe vertical, et relié coaxialement au disque 17. Chaque section transversale d'une canalisation 7e, 7b, 3a et 9b prend appui sur la face latérale supérieure ou inféfieure du disque par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité en carbone qui délimite ainsi un contour fermé et reste en contact étroit avec le disque durant sa rotation. De plus, les contours des sections d'une meme canalisation divisée en deux parties par le disque sont exactement en regard d'une face à l'autre du disque. On a représenté sur la figure 2 une vue de dessus du disque 17 montrant le secteur 19 suivant lequel l'air atmosphérique traverse le disque, et le secteur 20 suivant lequel les fumées traversent également le disque. La section transversale de la canalisation 7a prend appui sur la face supérieure du disque par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité qui délimite un contour 21. Le contour 22 correspond à la canalisation 9b, dont le secteur 20 est d'une section supérieure au secteur 19. L'échangeur est entouré d'un carter 24 qui prend appui, de 1 > art et d'autre du disque 17, sur ce disque par un contour circulaire 23. La canalisation 7b comporte, avant son entrée dans la chaudière (Fig.1), un serpentin tubulaire interne 25 dans lequel circule le fuel à la sortie de la canalisation 8. Ce serpentin est relié au gicleur 26 du brtleur qui est dirigé de façon à produire une pulvérisation orientée horizontalement, 27. Une tôle de rayonnement tubulaire 28 est placée coaxialement au brtleur, de façon que la pulvérisation 27 soit localisée appro- ximativement au milieu de sa longeur. L'une de ses extrémités, 29, est fermée et fixée sur la paroi interne de la chaudière. L'autre extrémité, 30, est ouverte pour l'évacuation des fumées suivant la flèche 31. Cette ttle est située à distance de la paroi 32 du réservoir 2. Dans ce résarvoir, l'eau circule entre les chicanes 5, qui sont elles-memes creuses, tubulaires, et munies d'un perturbateur hélicoïdal pour assurer la circulation des fumées. Un moteur électrique 33 est en liaison, par son arbre de sortie, avec un réducteur à vis sans fin 34 et un train d'engrenages multiplicateur 35. Le réducteur 34 est relié, par l'inter médiewre d'un joint de Cardan 36, à l'arbre 18 pour entratner en rotation, le disque 17. Le train 35 est relié par son pignon de sortie 37 à un arbre 38 qui entratne en rotation le ventilateur 110 Une pompe à fuel 39, également reliée, mais par l'autre extrémité, à l'arbre de sortie du moteur, assure la circuit lation du fuel dans la canalisation 8. Le fonctionnement est le suivant. La rotation du disque poreux entre les canalisations 7 et 9 s'accompagne d'un échauffement du disque au cours de son passage dans le circuit de fumées suivi d'un refroidissement au cours de son passage dans le circuit d'air atmosphérique, il en résulte simultanément un réchauffement de l'air d'arrivée et un refroidissement des fumées. Le dispositif d'étanchéité évite tout court-c-cuitage des gaz entre les deux canalisations. L'air réchauffé à son tour le fuel qui circule dans le serpentin 25, si bien que le fuel vaporisé et l'air insufflé dans la chambre de combustion, ou foyer6, subissent un préchauf fage qui a pour but d'affiner la pulvérisation effectuée par le gicleur 26. La tôle 28 est portée à une température suffisamment élevée pour que les particules extérieures du jet de carburant qui sont projetées sur ses parois )ar le gicleur soient intégralement brûlées. il en résulte une absence totale d'im- brdlés dans les fumées de 13 combustion, ce ui est très impor- tant afin de ne pas abturer les pores du disque 17.Je plus, le rendement ue cor:bustion est ainsi maintenu sensiblenent constant. Un autre point important est ie fait que les fumées ne sont refroidies par l'échangeur 16 qu'une fois sorties de la chaudière si bien que ces fumées restent suffisament chaudes, lors do leur circulation d ns la chaudière, pour ne pas atteindre leur point de rosée0 Les chicanes 5 permettent d'éviter des zones "mortes", c'est-à-dire une certaine stagnation des eaux amenant des dépôts. De plus, ces chicanes améliorent le coefficient d'échanges thermiques entre les fumées et les eaux. Le perturbateur hélicoSdal a pour but de permettre aux fumées d'adhérer parfaitement aux parois du réservoir 2, afin d'améliorer encore ledit coefficient REVENDICA 5 - 1. Dispositif pour l'amélioration du rendement thermique d'une chaudière à combustion polycarburante comportant un éehan- geur rotatif en céramique poreuse en travers duquel sont disposées de façon adjacente l'arrivée d'air frais atmosphérique d'une part et le départ des fumées de la combustion d'autre part de fa çon à réchauffer l'air aspiré nécessaire à la combustion à partir de la chaleur des fumées de la combustion, caractérisé en ce que la chaudière est munie d'une tôle de rayonnement sensiblement tubulaire placée coaxialement au bradeur et à distance des conduites dans lesquels circule un fluide à échauffer par la chaudière, de façon que cette tôle atteigne une température suffisamment élevée pour que les particules extérieures du jet de carburant qui sont projetées par le gicleur sur ses parois soient intégralement brû- lées, si bien que les fumées sont exemptes d'imbrûlés capables de tétériorer l'échangeur en l'encrassant et en obturant ses pores, le rendement de combustible étant maintenu sensiblement constant. - 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'arrivée d'air est munie entre son passage à travers l'échangeur rotatif et son entrée dans une chambre de combustion de la chaudière d'un serpentin tubulaire interne dans lequel circulent les carburants de la combustion avant leur injection dans le bradeur, si bien que l'air préalablement réchauffé à partir des fumées réchauffe à son tour le circuit d'alimentation en carburants, ce qui permet d'affiner la pulvérisation effectuée par le gicleur. - 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaudière est munie d'un moteur électrique dont l'arbre de sortie est simultanément relié à une pompe d'injection placée sur le circuit d'alimentation en hydrocarbures, à un ventilateur situé à l'extérieur de la canalisation d'air atmosphérique pour aspirer cet air vers la chaudière, à un arbre qui entraLne en rotation le disque poreux de l'échangeur rotatif, la pompe d'injection étant en prise directe avec l'arbre du moteur, tandis que le ventilateur est en prise par I'intermédiaire d'un train d'engrenages multiplicateur et que l'arbre du disque est en prise par l'intermédiaire d'un réducteur à vis sans fin.