Brevet FR2345668A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne les appareils de chauffage au gaz (radiateurs, chautte-bains, chaudibres murales) du type a circuit étanche dans lesquels un brûleur est disposé b la partie basse d'une chambre de combustion, étanche par rapport au local à chauffer, lais communiquant avec l'air extérieur par deux conduits, dont l'un sert à l'admission de l'air nécessaire a la combustion, et l'autre 9 l'évacuation des gaz brflîés. Le dispositir, objet de l'invention, a pour but de stabiliser la combustion dans la chambre de ce type d'appareil, de manibre que son rendement thermique soit très peu affecté par les conditions atmosph- riques régnant sur la façade au débouché des deux conduits. Afin de mieux comprendre les caractéristiques essentielles de l'invention, on rappellera que dans la chambre de combustion d'un appareil de chauffage au gaz du type b circuit étanche, la circulation est assurée s - d'une part, par le tirage naturel dû au gaz chaud de combustion (la sortie des fumées as situant au-dessus du niveau du brûleur) - d'autre part, par la différence des pressions qui peut s'établir au débouché des deux conduits et provoquée par des mouvements de l'air extérieur 3 cette différence de pression, nulle par air calme, mais sensible par vent, peut s'ajouter ou se retrancher du tirage naturel. Pour éviter que cette différence ne soit telle qu'elle inverse la circulation des gaz dans la chambre de combustion, ce qui aurait pour effet d'éteindre le brûleur, les deux conduits sont rapprochés l'un de l'autre et coiffée d'un dispositif appelé "ventouse", qui a pour but de maintenir une pression a l'orifice d'entrée d'air toujours supérieure å la pression régnant b l'orifice de sortie des gaz brillés, et quelle que soit la direction du vent et son intensité. - la plupart des dispositifs actuellement en place ne donnent pas entibre satisfaction 3 pour certaines directions, le vent arrive à éteindrs le brûleur, soit par inversion de la circulation, soit parce qu'une certaine quantité des gaz brûlés est aspirée avec l'air de combustion et on diminue la teneur en oxygène. Par contre, certains dispositifs accusent une-forte prépondérance b l'entrée d'air par rapport b la sortie des gaz biglés d'ob une circulation accélérée des gaz dans la chambra de combustion au fur et b mesure de l'augmentation de la vitesse du vent, ce qui entrasse une baisse du rendement thermique de l'appareil, et, dans certains cas, le soufflage du brfllour. Le dispositif, objet de la présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Pour bien montrer de quelle nanisme il peut être réalisé, on a représenté aux dessins annexés, d'une part, aux figures 1 9 3, des schémas d'installation d'un chauffe-bains gaz circuit étanche et d'autre part, aux figures 4 à 5 des dessins et courbes relatifs a l'invention. Figure 1, le schéma d'un chautte-bains b gaz b circuit étanche dont les conduits d'entrée d'air comburant E et de sortie des gaz brûlés S sont superposés et débouchent au ras de la façade. Figure 2, le schéma d'un chauffe-bains à gaz b circuit étanche, dont les conduits d'entrée d'air comburant E et de sortie des gaz brûlés S sont concentriques et débouchent tous deux au ras de la façade. Figure 3, le schéma d'un chauffe-bains à gaz a circuit étanche, dont les conduits d'entrée d'air comburant E et de sortis des gaz brûlés S sont superposés et concentriques et débouchent au ras de la façade. Figure 4, une vue en coupe de la ventouse conforme à l'invention Figure 5, les courbes représentatives de la différence de pression dans une ventouse constituée cornue indiqué a la figure 4. En se rapportant b la figure 1, on rappelle qu'un chautre-bainsà circuit étanche est constitué par une chambre (1) dans le bas de laquelle est enfermé le brûleur (2) alimenté an gaz par l'intermédiaire d'un bloc de régulation (3). En dessous du brûleur, la chambre (1) communique avec l'extérieur par le conduit (4) d'alimentation d'air frais, et par le haut par le conduit (5) d'évacuation des gaz brûles g la circulation des gaz brûlés s'y établit naturellement, dans le sens indiqué par les flèche. - Au dessus du brûleur, un corps de chauffe (6) permet d'évacuer par circulation d'eau, les calories cédées par les gaz chauds de combustion. L'ensemble d'éléments (7)- (4) - (5) confiture un circuit étanche par rapport au local ob il est installé. Si les deux conduits (4) et (5) débouchaient en air rigoureusement calme, la circulation des gaz brûlés s'établirait dans le sens indiqué, mise en mouvement par les gaz chauds ayant tendance è s'élever. En pratique, l'air extérieur est toujours plus ou moins en mouve- ment, et les pressions atmosphériques ne sont jamais égales aux points E et S ob débouchent les conduite. Si l'en désigne par (h) la valeur du tirage naturel, et par (e) et (s) les pressions qui règnent aux points E et S, trois cas peuvent se produire. 1 / - Si (e) est plus grand que (e), la différence de pression p = (e - s), agit dans le mess sens que le tirage naturel t la circulation des gaz biglés est accélérée, ce qui diminue le rendement, les gaz chaude n'ayant pas le temps de céder leur chaleur au corps de chauffe. - - Si (e) est plus petit que (s), la différence p = (s - e) agit dans le sens inverse du tirage naturel (h), la circulation des gaz brOlée est ralentis, et si (a - e) est plus grand que le tirage naturel (h), la circulation se renverse, et le brûleur s'éteint faute d'air. 3 / - Si (e) = (s), tout se passe comme si l'air était parfaitement calme, et la circulation des gaz brillés n'est pas perturbée. Cette égalité n'étant pas pratiquement réalisable, il faut faire en sorte que la différence (e - ) soit le plus faible possible tout en restant toujours positive. En se rapportant à la figure 2, on peut confondre les points E et S en rendant concentriques les 2 conduits (4) et (s > . Cette disposition déjé connue permet d'atténuer la différence de pression (e - s), mais une partie plus ou moins grande des gaz brûlés est ravalée par la rentre d'air frais ; le briller étant alors alimenté par de l'air vicié, la combustion devient mauvaise ; le brûleur peut s'éteinre par manque d'oxygène. En se rapportant à la figura 3, on s'aperçoit que l'on conserve les avantages du système è débouchés séparés et en même temps les avantages du système b débouchés concentriques. Cette nouvelle disposition, partie du dispositif, objet de l'invention, permet d'atténuer la différence de pression (e - s) tout en évitant qu'une partie des gaz broyés soit ravalée par l'entrée d'air. La ventouse, objet de la présente invention est à débouchés superposée et concentriques, cette disposition ayant été retenue pour bénéficier des avantages et éviter les inconvénients précédemment signalés. Elle est conçue de manière que la pression due au vent a l'orifice d'entrée d'air soit toujours superieure å la pression régnant & l'orifice de sortie des gaz brûlés, et agencée de telle sorte que la ditté- rence entre ces deux pressions soit aussi faible que possible, quelles que soient la direction et l'intensité du vent, afin que le rendement thermique de l'appareil soit très peu affecté par les conditions atmos- phériques régnant sur la façade. Elle rejette loin du mur les condensations qui peuvent se produire dans le conduit d'évacuation des gaz brûlés, et se forme ronde et son faible encombrement ne peuvent compromettre l'esthétique des façades Préalablement b la réalisation du dispositif* objet de la présente invention, des mesures faites en soufflerie ont mie en évidence des phénomènes physiques connus. a - au voisinage d'une façade frappée par un vent, les filets d'air se déplacent toujours parallèlement 9 cette façade, sauf dans le cas d'un vent perpendiculaire oti il y a rebroussoment de l'écoulement. b - au voisinage d'une façade frappés par un vent, il s'établit un gradient de pression telle que celle-ci est maximum contre la paroi et diminue quand on s'en éloigne pour se stabiliser a une distance d'environ 3 centimètres. Il s'ensuit que dans tout conduit, qui débouche au ras de la façade par une extrémité, et 9 3 centimètres en avant du ras de la façade par l'autre extrémité, il s'établit dans ce conduit une circulation permanente allant de la première extrdritd vers la seconde. c - dans le cas ob le conduit est a débouchés concentriques, le vent qui contDorne l'orifice circulaire en dépassement du ras de la façade, crée en amont de l'obstacle une zone de surpression, et en aval une zone de dépression, avec en moyenne surpression dans l'espace annulaire entourant l'orifice en dépassement. Sur ces bases- expérimentales, l'objet de la présents invention est caractérisés par A - Partie sortie des gaz brûle a - a partie sortie des gaz bruies comporte deux tubes concentriques, le tube de sortie des gaz brûles et le tube d'entrée d'air frais le sortie des gaz brûlés steffectue par le tube intérieur et l'entrée d'une partie d'air frais s'effectuant par l'espace annulaire qui sépare les deux tubes. b - L'espace annulaire d'entrée d'air a une section sensiblement la sne à la section du tube de sortie des gaz brûlés c - Figure 4, le tube d'entrée d'air (6) débouche au ras de la façade, le tube de sortie des gaz brûlés (5) dépasse vers l'avant le tube d'entrée d'air de 35 millimètres, afin de déboucher dans une zone où la pres sion est toujours inférieurs à la pression qui règne au ras de la façade ; ce dépassement facilite le passage de l'air vers l'espece annulaire, il écarts du mur les condensations produites dans le tube d'évacuation des gaz bugles. B - Partie entrés d'air frais a - La partie d'entrée d'air frais comporte deux tubes concentriques, le tube d'entrée d'air et un tube de communication avec le tube de sortis des gaz brûles. Le tube intérieur communique avec le tube de sortie des gaz brûles, l'entrée d'air s'effectuant par l'espace an nulaire-qui sépare les deux tubes. b - L'espace annulaire d'entrés d'air a une section sensiblement la eSme à la section du tube de communication avec le tube de sortie des gaz brOlés. c - Figure 4, le tube d'entrée d'air (îi) débouche au ras de la façade, le tube de cemmunication avec le tube de sortie des gaz brûles (12) débouche également au ras de la façade, de ce fait, nous avons, dans tous les cas et quelle que soit la direction et l'intensité du vent une meme pression au dessous et au-dessus du broyeur ; cette pression au dessus du brûleur diminue dans le sens d'écoulement des gaz brûlés par le fait que le débouche du tube de sortie des gaz brûles est situé dans une zone où la pression est toujours inférieure à la pression qui règne au ras de la façade. C - Figure 4, a - les deux tubes concentriques entrée d'air - sortie des gaz brûlés sont coiffés par une cage (1) faite d'un méplat de 2 x 12 millimètres disposé en hélice ; le plat de la spire est parallèle à la façade et se situe b 14 millimètres du ras de la façade. b - Les spires sont maintenues écartées entrtelles, d'une distance de 10 millimètres, par trois bouts de tube (2) décalés de 120 degrés l'ensemble est serré par trois tiges filetées dont une extrémité fixe la cage sur le tube extérieur d'entrée d'air. c - A l'autre extrémité des trois tiges est fixé un écran réalisé en tale de I millimètre d'épaisseur et formé de deux couronnes sphériques (3), d'une calotte sphérique (4) accolée é un disque plat (4 a), qui protège la sortie des gaz broyés contre l'action d'un vent perpendiculaire a la façade, de plus, il facilite l'écoulement des gaz brûlés. d - Le côté convexe des couronnes sphériques et de la calotte sphérique qui constitue l'écran est positionné face b la sortie des gaz brûle. e - La cage qui coiffe les deux tubes, partie sortie des gaz brOlés, a un diamètre extérieur de 178 millimètres et mesure entre spires extrêmes 80 millimètres. f - Les deux couronnes sphériques ont un diamètre, extérieur de 154 millimètres intérieur de 120 millimètres, extérieur de 124 milli mètres intérieur de 91 millimètres, et un rayon de courbure de 135 et 120 millimètres. g - La calotte sphérique et le disque plat ont un diamètre de 95 milli mètres, le rayon de courbure de la calotte sphérique est de 105 millimètres. h - Les deux couronnes sphériques et la calotte sphérique accolés au disque plat sont maintenues écartées entr'elles et de la cage d'une distance de 14 millimètres, par trois bouts de tube (2 a) décalés de 120 degrés D figure 4, a - Les deux tubes concentriques, entrée d'air et tube de communication avec le tube de sortie des gaz brûlés, sont coiffés par une cage (7) identique à celle qui coiffe les deux tubes concentriques, entrée d'air - sortie des gaz biglés, mais elle ne mesure entre spires extrêmes que 40 millimètres. b - Un écran, egalement identique à celui qui protège la sortie des gaz brûlis, protège l'entrée d'air frais, mais il ne comporte qu'une couronne sphérique. c - La couronne sphérique (g) a un diamètre extérieur de 154 millimètres intérieur de 120 millimètres et un rayon de courbure de 135 milli mètres. d - Le calotte sphérique (10) et le disque plat (10 a) ont un diamètre de 130 millimètres, le rayon de courbure de la calotte sphérique est de 120 millimètres. Grace à cet ensemble ainsi constitué, les filets d'air circulent toujours parallèlement à la façade dans l'espace où débouchent les conduits d'entrée d'air et d'évacuation des gaz brûlés, et quelle que soit la direction du vent. Si l'on soumet cette ventouse Fig. 4 à l'action d'un vent, de vitesse constante de 22 mètres par seconde, et d'incidence o depuis 0 degrés (vent perpendiculaire à la façade) Jusqu'à 90 degrés (vent rasant parallèle è la façade), et ai l'on mesure, pour chaque incidence, la différence de pression statique ## régnant entre l'espace annulaire, entrée d'air frais, et l'intérieur du conduit d'évacuation des gaz biglés, en un point situé juste avant le débouché du conduit qui relis le tube intérieur, entrée d'air frais, au tube de sortie des gaz brOlés, cSté broyeur figure 4 (13), on obtient la courbs représentée figure 5 (a) En se rapportant à cette courbe, on constate t - que pour les incidences perpendiculaire et rasante iip est faible, mais croit pour devenir maximum b l'incidence de 15 degrés. - Cette incidence critique est celle qui donne donc la circulation maximum et, par suite, le rendement thermique le plus faible. Pour réduire ce maximum deAy , un moyen consiste de réaliser la réduction de la différence de pression entre les débouchés du tube de sortie des gaz broyés et le tube d'entrée d'air frais, en diminuant le dépassement du tube de sortie des gaz brûles par rapport au ras de la façade ; dépassement ramené de 35 millimètres à 20 millimètres. Soumise b l'action du vent dans les mimes conditions que la ventouse Figure 4, la courbe représentative prend l'allure reproduite Figure 5 (b) En se rapportant 9 cette courbe, on constats que pour l'incidence 15 degrés #p est maximum, mais a été ramené de 0,4 millimètre å 0,26 millimètre de hauteur d'eau et va en décroissant pour être presque nul b l'incidence 90 degrés (vent rasant parallèle h la façade). Un choix convenable du dépassement du tube d'évacuation des gaz brûlés par rapport au ras de la façade, permet de retenir le maximum de #p à l'incidence critique d'une valeur telle que le rendement thermique ds l'appareil de chauffage fonctionnant dans les conditions de vent les plus déavotables, reste supérieur eu rendement minimum fixé par les normes. Sur cette description faisant l'objet de la présente invention, il doit outre entendu que l'invention ne se limite pas aux formes de réalisations ci-dessus décrites1 ni aux indications dimentionnelles qui ont été données. L'invention n'exclut pas les cas où une certaine excentration ou une section non exactement circulaire sereit retenue. Le dispositif, objet de l'invention, peut entre utilisé dans tous les cas d'installations d'appareils de chauffage au gaz b circuit étanche devant être munis obligatoirement de ce type de dispositif pour leur bon fonctionnement. a - lors de la pose d'on radiateur b circuit étanche destiné au chauffage d'un local b - lors de la pose d'un chautte-bsins h circuit étanche destiné à la production d'eau chaude pour une salle de bains c - lors de la pose d'une chaudière murale 9 circuit étanche destinée au chauffage d'un appartement ou d'un pavillon. Revendications 1 - Dispositif permettant de stabiliser la flamme d'un broyeur à gaz dans la chambre de bombustion d'un appareil de chauffage è circuit étanche, caractérisée par le fait que le moyen qui permet aux filets d'air de se déplacer toujours parallèlement aux débouchés des deux conduits entrée d'air et sortie des gaz brûlés est une cage faite d'un méplat disposé en hélice. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le moyen qui facilite l'évacuation des gaz brtlés est un écran formé de deux couronnes sphériques, d'une calotte sphérique accolés avec un disque plat, dont le côté convexe est positionné face b la sortie des gaz brûlés. 3 -Dispositif selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le moyen qui permet de diminuer la vitesse d'écoulement des gaz chauds de combustion est un conduit qui met en communication le tube intérieur, entrée d'air frais, avec le tube d'évacuation des gaz brûlés.