Brevet FR2404811A1 — publié le 19790427

La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage de liquides, à passage continu, fonctionnant avec un combustible liquide, notamment de l'huile minérale, comportant une chambre de combustion cylindrique ou prismatique qui contient sur un côté frontal un brûleur à ventilation et qui est limitée par une chemise de chambre ouverte du côté frontal opposé, et comportant également un échangeur de chaleur entourant la chambre de combustion qui est placé dans l'espace annulaire entre la chemise de chambre et une paroi de carter extérieure, la paroi de carter contenant un espace de déflexion pour les gaz de combustion, cet espace faisant suite au côté frontal ouvert de la chambre de combustion, et étant limité par un fond-déflecteur dirigé transversalement par rapport à l'axe de la chambre de combustion. Dans les dispositifs de chauffage de ce type, par exemple dans celui qui est décrit par la demande de brevet allemand 1 454 684, le brûleur se trouve dans la zone frontale supérieure d'une chambre de combustion cylindrique, dont l'axe longitudinal est disposé verticalement. Les gaz de combustion qui sortent par en bas de la chambre de combustion subissent, dans l'espace de déflexion, une déviation de 1800 environ et sont ensuite amenés dans espace annulaire qui se trouve entre la paroi de la chambre et la paroi extérieure du carter de dispositif et dans laquelle se trouve l'échangeur de chaleur qui se présente de préférence sous la forme d'un serpentin hélicoïdal à double pas.La plupart du temps, une conduite d'échappement des gaz de combustion, évacuant ces gaz de combustion par exemple dans une cheminée, est disposée à peu près à la hauteur du brûleur. C'est un but de l'invention de créer, pour une installation à brûleur, un dispositif de chauffage à passage continu ayant un rendement maximal tout en occupant un espace aussi réduit que possible, et qui fonctionne indépendamment des influences extérieures, notamment de la direction du vent, l'installation de brûleur devant, de-plus, pouvoir fonctionner également sur des véhicules et des bateaux.Le tuyau d'évacuation des gaz de combustion doit avoir une section transversale aussi petite que possible et, quelle que soit sa longueur, doit pouvoir être disposé au choix horizontalement ou verticalement suivant le type d'installation. I1 faut surtout que les à-coups de pression qui de produisent lors de la mise en marche du brûleur et qui peuvent également être éventuellement dus à des irrégularités d'arrivée de combustible ne puissent se répercuter sur la colonne de gaz de combustion dans la conduite d'échappement des gaz de combustion, de façon à maintenir le plus possible un courant d'écoulement laminaire des gaz de combustion Ce résultat est obtenu par l'invention grace au fait qu'il est prévu, à une certaine distance axiale du fond de déflexion une paroi frontale extérieure de carter qui, avec le fond de déflexion et la paroi latérale du carter, délimite une chambre d'oscillation agissant comme résonateur d'aspiration, qui est relié à la chambre de déflexion par une zone d'étranglement acoustico-pneumatique. Selon un développement de l'invention, on peut réaliser de façon simple une zone d'étranglement particulièrement efficace en prévoyant entre la face intérieure de la paroi de carter et le bord du fond de déflexion un intervalle de quelques dixièmes de millimètre. L'échangeur de chaleur en forme de serpentin hélicol- dal recouvre à- la façon d'une grille le canal d'évacuation des gaz de combustion raccordé au carter et réalise ainsi un amortissement apériodique pour le système oscillatoire qui, autrement, pourrait s'établir entre le tuyau d'échappement des gaz de combustion, la chambre de combustion et l'espace de déviation pour les gaz de combustion, se raccordant directement à ladite chambre de combustion, et formant un deuxième espace oscillatoire.L'espace oscillatoire qui se trouve entre la paroi frontale du corps et le fond de déflexion est capable d'aspirer et d'absorber les à-coups de pression provoqués par le brûleur et par la flamme de brûleur, de sorte que ces à-coups ne peuvent se répercuter sur la colonne de gaz de combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de l'exemple de réalisation décrit ciapres en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente en coupe longitudinale verticale, partiellement schématique, un dispositif de chauffage à passage continu selon l'invention - la figure 2 représente ce meme dispositif également en coupe longitudinale, mais fortement schématisée - la figure 3 est un schéma simplifié permettant d'expliquer le fonctionnement de l'espace vibratoire (V3) - la figure 4 représente à plus grande échelle un dispositif de préchauffage pour le combustible qui se trouve à l'emplacement X de la figure 1. Le dispositif de chauffage à passage continu représenté est destiné à fonctionner à l'huile minérale et possède un brûleur à ventilation 1 qui fait saillie à l'intérieur d'une chambre de combustion cylindrique 2, dans la zone frontale supérieure de celle-ci, les gaz de combustion 3 quittant le brûleur 1 suivant une direction en symétrie de rotation par rapport à l'axe longitu dinal de la chambre de combustion 2. Cette chambre est ouverte sur son côté frontal inférieur et est limitée dans le sens radial par une chemise 4.Une paroi de carter extérieure 6 est disposée coa xialement à la chemise 4, à une certaine distance radiale de cette dernière, Dans l'espace annulaire 7 formé éntre la chemise 4 et la paroi de corps 6 est dijposé un serpentin 8, jouant le rôle d'échan geur de chaleur, présentant dans sa partie inférieure la forme d'une double spirale, dans lequel pénètre par une tubulure d'entrée 9 et une conduite d'alimentation 10 de l'eau qui sert de fluide caloporteur pour un système de chauffage non représenté et est refoulée par une pompe de circulation non représentée non plus. L'eau parcourt le serpentin 8, s'échauffe pendant ce parcourt et quitte le serpentin 8 par un dispositif de préchauffage placé en X à la figure 1 et représenté en détail à la figure 4.L'eau chaude passe ensuite dans une conduite de sortie 11 et quitte l'installation à brûleur représentée par la tubulure de sortie 12. Les gaz de combustion et la fumée produits par le brûleur 1 passent par l'espace annulaire 7 tout en abandonnant une grande partie de leur chaleur à l'eau qui circule dans le serpentin 8. A peu près à hauteur du brûleur 1 se trouve dans la paroi 6 de carter une ouverture de sortie non référencée pour les gaz de combustion 13 qui sont évacués hors de l'installation au. moyen d'une conduite d'échappement 14 adaptée en diamètre et en longueur aux conditions locales. Pour que la combustion s'effectue indépendamment des conditions extérieures, il est nécessaire que les gaz de combustion et la fumée quittant le brûleur 1 soient le moins possible dérangée dans leur écoulement laminaire. Mais on ne peut éviter, lors de la mise en marche de l'installation, et également, éventuellement, par suite d'irrégularités d'alimentation en combustible provoquées, par exemple, par des bulles dans ce combustible, qu'il ne se pro duise dans le brûleur ou la flamme de brûleur des à-coups de pres sion. I1 ne faut pas que ces à-coups se répercutent dans la conduite de sortie des gaz de combustion.Pour cette raison, il est prévu entre la paroi frontale extérieure du carter et la face frontale inférieure ouverte de la chambre de combustion 2, à une faible distance axiale de la paroi frontale 15, un fond déflecteur 16 dirigé transversalement par rapport à l'axe de la chambre de combustion, qui limite d'un côté l'espace de déviation 17 faisant suite à la chambre de combustion 2 et qui, par rapport à la paroi frontale 15, laisse dégagé un espace oscillatoire 18 agissant comme résonateur d'aspiration. Pour mieux comprendre les choses, on a désigné à la figure 2 par VI l'espace intérieur de la chambre de combustion 2 jouant le rôle de premier espace sonore. A celui-ci fait suite vers le bas un deuxième espace sonore V 2 qui est formé par l'espace de déviation 17 dont il a été question plus haut, et par l'espace annulaire 7 qui s'y raccorde vers le haut. L'espace oscillatoire 18 se trouvant en dessous du fond déflecteur 16 est désigné par V 3 aux figures 2 et 3. Comme on peut le voir à la figure 3, cet espace oscillatoire V 3 est relié par un canal d'amortissement 20 aux deux premiers espacoesonores V 1 et V 2.Ce canal d'amortissement 20 forme une zone d'étranglement permettant un écoulement dans le sens de la flèche 21 ; derrière l'entrée 22 dans l'espace oscillatoire 18, ou V 3, la pression d'une onde de pression est fortement affaiblie, de sorte qu'en pratique, il ne peut pas y avoir d'écoulement dans le sens opposé. Dans l'exemple de réalisation représenté, il est prévu, pour obtenir une telle zone d'étranglement indiquée en 20 à la figure 3, une fente annulaire 24 ayant une largeur radiale de quelles dixièmes de millimètre, (environ 0,5 mm dans l'exemple représenté), entre la paroi de carter 6 et le bord du fond déflecteur 16.La profondeur axiale de l'espace oscillatoire 18 est au moins approximativement en résonance avec les deux espaces sonores V 1, c'est à dire qu'elle est adaptée au volume de la chambre de combustion et au volume V 2 du deuxième espace sonore qui. est formé par l'espace annulaire 7 et l'espace de déviation 17.Le découplage recherché de la conduite d'échappement 14, est réalisé grâce au serpentin 8 logé dans l'espace annulaire 7 qui recouvre à la façon d'une grille l'ouverture de sortie non représentée dés gaz de combustion 13. Non seulement le fond déflecteur 16 permet d'obtenir un couplage apériodique et une synchronisation de l'espace oscillatoire 18 agissant comme résonateur d'aspiration, mais il assure en meme temps la protection contre le rayonnement de la paroi frontale 15 du corps disposée à une certaine distance axiale. En outre, le fond déflecteur 16 joue le rôle d'évaporateur d'eau de condensation lors de la mise en marche et pendant la période d'échauffement, alors que l'échangeur de chaleur est parcouru par de l'eau froide qui n'a pas encore été réchauffée. Pour pouvoir dévier dans la zone de déviation 17 les gaz de combustion 3 dans des conditions d'écoulement correctes et pratiquement sans turbulence, il est prévu au centre du fond déflecteur 16 un renflement conique 25 dont le sommet arrondi est dirigé vers le brûleur 1. Dans ce renflement s'engage par en bas une baguette d'arc-boutement 26 qui prend appui sur la paroi frontale du carter 15. Pour économiser le combustible, il est prévu dans l'exemple de réalisation représenté que le combustible arrivant au brûleur 1 est à une température constante, ce qui assure une combustion parfaite et, par conséquent, permet de réaliser une économie importante de combustible. A cet effet, il est prévu un dispositif préchauffeur désigné par X à la figure 1, qui est représenté en détail à la figure 4. Le combustible aspiré dans un réservoir de combustible 27 par le brûleur 1 au moyen d'un tuyau d'aspiration 28 arrive par une conduite d'arrivée 29 au dispositif préchauffeur qui contient une spirale chauffante 30 entourant étroitement le tuyau d'écoulement d'eau chaude 11.Cette spirale chauffante est faite d'un tube de cuivre qui est enroulé en plusieurs spires sur le tuyau dgécoulement ll et est relié à celui-ci, par exemple par brasage, de façon à assurer la transmission de chaleur par conduction. Le combustible froid arrive à la spirale chauffante 30 par un étranglement 31 qui est formé par une bague non représentée en détail, insérée dans le tuyau formant la spirale chauffante et en diminuant la section de passage.Après être passé par les spires de la spirale chauffante 30, le combustible réchauffé arrive dans une conduite d'amenée 33 reliée directement au brûleur 1 qui est en liaison directe de conduction de chaleur avec un thermostat pour fuel 34,~Celui-~ci peut, de façon connue en soi, être une thermostat à cire ou un thermostat à bilame, et, par une tringlerie articulée 35, il est en liaison avec l'élément de manoeuvre 36 d'une soupape ou robinet 37 qui peut être du type à boisseau ou à diaphragme et est disposé dans une conduite de dérivation 38 placée parallèlement à la spirale chauffante 30.Lorsque l'eau chaude circulant dans la conduite d'écoulement Il du serpentin 8 a, par échange thermique, porté la température du combustible circulant dans la spirale chauffante 30 à 200, le robinet 37 est ouvert par le thermostat 34 suffisamment pour qu'il ne passe plus par la spirale chauffante qu'une quantité de combustible telle que, par mélange du courant partiel chauffé par la spirale chauffante avec le courant partiel arrivant directement par le robient 37 dans la conduite d'amenée, on maintienne le combustible qui se trouve dans la conduite d'amenée 33 à une température d'environ 25qu. Pour que,~lors de la mise en marche de l'installation, à partir de l'état froid, le combustible atteigne le plus vite possible la température constante d'environ 25 qu'on veut lui donner, alors même que l'eau circulant dans la spirale chauffante 30 n'a pas encore atteint cette température, il est prévu dans l'exemple de réalisation choisi et représenté d'intercaler un dispositif de chauffage électrique 40 dans unedeuxième conduite d'amenée 41 arrivant au brûleur 1. Mais le dispositif de chauffage électrique 40 ne reste raccordé à un réseau d'alimentation en courant élec trique non représenté que jusqu'à. ce qu'un thermostat de préchauf- fage indiqué en 42 se soit déclenché.Dès que le brûleur l est en fonctionnement et peut fournir de l'eau chaude à une température suffisamment élevée, par exemple au moins 300C, la spirale chauffante électrique reste déconnectée de façon permanente et l'eau chaude produite est utilisée pour chauffer le combustible dans le dispositif de préchauffage représenté à la figure 4. Dans la figure 1, on a indiqué en 43 un manomètre à glycérine qli est monté sur la tubulure d'entrée 9. Derrière la tubulure d'entrée 9 se détache un dispositif mitigeur 44 qui est réglé par thermostat et aboutit à. un robinet multivoies 45 monté dans la conduite d'écoulement 31. Avec ce dernier coopère le relais 46 d'un thermostat à deux étages qui, dans un premier étage, maintient le brûleur à 60 000 unités thermiques et, dans un deuxième étage, à 90 000 unités thermiques : outre ce réglage automatique de la température de sortie qui peut être lue sur un thermomètre 47, il est également prévu un réglage à la main de cette température, qui peut s'effectuer au moyen d'un levier à main 48 agissant sur un robinet à boisseau sphérique à trois voies 49. Le robinet 49 permet d'éta-blir une liaison directe entre la tubulure d'entrée 9 et la tubulure de sortie 12 et, par conséquent, de régler la quantité d'eau froide à mélanger. 05 a prévu en outre suivant la figure 1 deux disjoncteurs 50 et 51 dont le premier est réglé pour 500 l/h et le deuxième pour 1200 l/h.- L'avantage particulier du dispositif de chauffage à passage continu décrit ci-dessus consiste en ce que, quelles que soient les circonstances, il permet de réaliser des économies de combustible, en ce que, après démarrage à froid, il atteint très rapidement ses conditions de fonctionnement optimales grâce au préchauffage électrique du combustible et, ensuite, maintient constante la température du combustible, et enfin en ce qu'une fois la combustion déclenchée, afin d'économiser l'énergie électrique, la chaleur nécessaire au préchauffage du combustible est prélevée sur le brt- leur et sur l'eau chaude chauffée par celui-ci. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de chauffage de liquide d passage continu fonctionnant avec un combustible liquide, notamment de l'huile minérale, comportant une chambre de combustion cylindrique ou prismatique qui contient sur un côté frontal un brûleur à ventilation et qui est limitée par une chemise de chambre ouverte du coté frontal opposé, et comportant également un échangeur de chaleur entourant la chambre de combustion qui-est placé dans l'espace annulaire entre la chemise de chambre et une paroi de carter extérieure, la paroi de carter contenant un espace de déflexion pour les gaz de combustion, cet espace faisant suite au côté frontal ouvert de la chambre de combustion, et étant limité par un fond déflecteur dirigé transversalement par rapport à l'axe de la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'à une certaine distance axiale du fond déflecteur (16), il est prévu une paroi frontale extérieure (15) de carter qui, avec le fond déflecteur et la paroi (6) de carter,délimite une chambre d'oscillation (18) agissant comme résonateur d'aspiration (V 3), qui est relié à la chambre de déflexion ('V 2, 17 ) par une zone d'étranglement'acoustico-pneumatique (20, 24 > . 2.- Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour obtenir la zone d'étranglement (20), il est prévu un intervalle (24) de quelques dixièmes de millimètre entre le côté intérieur de la paroi (6) de carter et le bord du fond déflecteur (16). 3.- Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fond déflecteur (16) comporte en son centre un renflement (25) dirigé vers le brûleur (1). 4.- Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de préchauffage (X) qui comporte une spirale chauffante (30) montée sur une conduite d'écoulement de liquide chaud (11), parcourue par au moins un courant partiel du combustible, et un robinet ou spu- pape (37) disposé sur une dérivation de ladite spirale chauffante, et actionné par un thermostat (34) qui maintient le combustible arrivant au brûleur à une température de préchauffage pré-réglée. 5.- Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en qu'il est prévu dans une conduite d'arrivée à la spirale chauffante (30) un point d'etranglement (31) enavant duquel se détache de ladite conduite une conduite de liaison (38) aboutissant à la soupape (37). 6.- Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour le départ à froid du brûleur (1), il est prévu un dispositif de chauffage électrique t4op pour le combustible. 7.- Dispositif de chauffage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un thermostat de préchauffage (42) relié au dispositif de chauffage (40) qui coupe ledit dispositif de chauffage lorsqu'est atteinte une température de préchauffage prédéterminée, et/ou une température minimale du liquide chaud quittant le dispositif de chauffage.