Brevet FR2432145A1 — publié le 19800222

La présente invention concerne une chaudière comprenant un caisson en acier et un échangeur en fonte à circulation d'eau. Les chaudières de ce type sont connues. Le brevet français Z 273 239 montre, par exemple, une chaudière caisson en acier et è éçhan- geur en fonte. L'échangeur -est mis en place sur la tranche de la paroi en acier du caisson par introduction du rebord annulaire du caisson dans une gorge annulaire de l'dchangeur, et par serrage au moyen de douions. Cette chaudière permet de rapporter è un même caisson des échangeurs en fonte de dimensions différentes; mais elle est trop onéreuse. I1 a d'autre-part été réalisé une chaudière acier à foyer en fonte grise sans circulation d'eau, ce foyer étant fixé par coulée ou frettage sur les parois en acier du caisson. La fabrication de cette chaudière est délicate; de plus, le foyer échangeur correspond è une seule puissance calorifique. La présente invention vise à réalise-r une chaudière peu coûteuse comportant un échangeur en fonte ordinaire assemblé au caisson en acier par un mode de fixation tel que ladite chaudière présente une bonne tenue dans le temps et une résistance satisfaisante aux sollicitations thermiques. Par ailleurs, l'invention a notamment pour but d'obtenir aisément avec un m8me foyer des chaudières de puissances différentes. Selon l'invention, l'échangeur comprend au moins un élément dont le corps est en fonte ordinaire, définit une chambre de circulation d'eau et est-muni sur son pourtour d'au moins un insert métallique de soudage, noyé partiellement et ancré dans ledit corps, la partie libre de chaque insert traversant une ouverture pratiquée dans le caisson et étant soudée sur la face extérieure dudit caisson. Les inserts décrits entraînent une fixation étanche et inamovible de l'échangeur au caisson par le moyen d'un soudage très simple, puisque réalisable de l'extérieur du caisson, et ils absorbent de manière satisfaisante les sollicitations thermiques différentielles entre la fonte et l'acier. Le caisson est constitué par le foyer de la chaudière ou par toute enveloppe en acier dans laquelle sont conduits les gaz brillés avant leur évacuation hors de la chaudière. De préférence, les inserts de soudage sont des pièces tubulaires au nombre de deux et constituent respectivement les passages d'entrée d'eau dans le corps et de sortie d'eau hors du corps, lesdits passages communiquant avec la chambre de circulation d'eau du corps et avec un volume d'eau de la chaudière. I1 y a lieu de remarquer que les inserts servent dès lors non seulement à assembler le corps d'échangeur au caisson, mais aussi à raccorder la chambre de circulation d'eau prévue dans le corps avec le volume d'eau du caisson. Il en résulte un refroic'issement notable des inserts et des zones limitrophes et, donc, une atténuation des contraintes thermiques développées dans les parties en acier et en fonte. Les inserts tubulaires sont avantageusement nervurés ou crantés et/ou dotés d'une extrémité effilée de manière à être ancrés par voie mécanique et/ou, respectivement, ancrés par soudage. L'utilisation d'éléments échangeurs à inserts permet de fabriquer aisément des chaudières de puissances différentes en utilisant un même foyer et au choix un élément échangeur ou plusieurs éléments échangeurs du même type. La chaudière peut ainsi comprendre plusieurs éléments échangeurs groupés dans le caisson, de sorte que les gaz brûlés soient assujettis à lécher successivement au moins deux éléments, lesdits éléments étant tous fixés au caisson par soudage des inserts sur la paroi extérieure du caisson. L'objet de l'invention sera encore mieux compris à l'aide de la description suivante de plusieurs modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe verticale de la chaudière selon un plan - noté D-D sur la figure 2 - qui passe par l'axe du foyer. La figure 2 représente en élévation et en coupe partielle l'échangeur de la figure 1. La figure 3 montre en coupe,selon une vue analogue à la figure 1, un mode de réalisation à deux éléments échangeurs. La figure 4 est une vue en élévation et coupe partielle des éléments échangeurs de la figure 3. Les figures 5 et 6 représentent respectivement en plan et en élévation les coupes l-I et K-K d'un autre mode de réalisation à trois éléments échangeurs. La chaudière de chauffage des figures 1 à 3 comprend une enveloppe 1 en acier contenant l'eau à chauffer et un foyer tubulaire horizontal 2 en acier, lequel foyer est soudé à l'enveloppe. Un brûleur de fuel 3 et une buse tubulaire d'évacuation 4 pour les gaz brûlés sont disposés selon l'axe 5 du foyer. Entre le brûleur 3 qui développe en fonctionnement une flamme horizontale 6 et la buse 4, il est prévu, dans le foyer, un échangeur à un seul élément (figure 1) ou à deux éléments 7a, 7b (figure3) L'échangeur 7 de la figure 1 comporte un corps creux 9 en fonte ordinaire à chaudière. Ce corps définit une chambre 10 de circulation d'eau communiquant avec le volume d'eau 8 de la chaudière par une ouverture d'entrée 11 et une ouverture de sortie 12.Disposé coaxialement au foyer, le corps 9 comprend, pour constituer la chambre 10, un épanouissement annulaire creux 13 et un disque central creux 14; le disque 14 pourrait bien sar être également plein. L'épanouissement annulaire 13 présente, du côté du brûleur, une couronne 15 prévue pour porter une virole 16 en acier qui constitue avec le disque 14 un foyer a retour. Les ouvertures 11, 12 sont délimitées par un col annulaire 17 et, respectivemént, 18.-On notera que l'épanouissement annulaire 13 et le disque central 14 déterminent deux cuvettes l9a > 19b : la cuvette 19a forme un fond borgne pour le foyer à retour, tandis que la cuvette l9b est léchée par les gaz renvoyés par le fond 20 du foyer acier et par la surface extérieure de la buse 4. On constate que la figure 2 représente, dans son quart supérieur droit > une coupe verticale de l'échangeur suivant le plan A-A de la figure 1; la moitié inférieure de la figure représente l'échangeur selon la flèche B et le quartXsupérieurguche montre l-'extérieur du corps selon la flèche C. Le corps d'échangeur 9 est muni d'ailettes radiales 21, 22; les ailettes 21 sont associées à la cuvette 19a et se terminent sur la couronne 15; les ailettes 22 forment butée pour la virole 16 emmanchée sur la couronne et se développent depuis -celle-ci jusqu'à la cuvette 19b en épousant sensiblement la forme de l'épanouissement annulaire 13.On crée ainsi une zone d'échange thermique intense puisque des canaux axiaux 23 délimités par les ailettes 22 sont créés entre la-périphérie du corps d'échangeur et la surface intérieure du foyer humide. Le corps d'échangeur 9 est doté selon l'invention de deux inserts tubulaires de soudage 33 en acier, noyés au moulage dans les cols annulaires 17, 18 qui entourent les ouvertures 11, 12. La partie noyée des inserts est crantée ou nervurée comme indiqué en 33a pour améliorer l'ancrage mécanique des inserts dans la fonte. De plus, l'extrémité 33b des inserts est effilée et les cols annulaires 17, 18 sont épanouis pour permettre, lors de la- coulée du corps, un ancrage thermique des inserts par soudage dans la fonte. La partie libre de chaque insert traverse une ouverture 34 prévue dans un dégagement plan 36 prévu dans la paroi en acier du foyer. L'insert est fixé dans le dégagement 36 par un cordon circulaire de soudure 35.Les inserts 33 offrent selon l'invention un faible diamètre, de sorte que les ouvertures associées 34 pratiquées dans le caisson sont également de faible diamètre et que le soudage s'effectue rapidement. I1 doit être noté que les gaz brûlés suivent un cheminement défini par les flèches 26 à 31. La circulation de l'eau dans la chambre 10 et dans les inserts permet d'atténuer les contraintes thermiques dans le corps en fonte près des cols 17, 18 et dans la paroi en acier du foyer. Le mode de réalisation des figures 3 et 4 comprend un échangeur 7 à deux éléments jointifs 7a, 7b. Muni d'ailettes 37, l'élément 7b substitué à la virole en acier 16 de l'échangeur de la figure 1 contribue à créer un foyer humide à retour en fonte rapporté dans le foyer humide en acier. A la différence de l'élément 7a, l'élément 7b est dépourvu de disque central 14 de façon à laisser la flamme et les gaz réchauffer l'eau qui circule dans la chambre 10 entre les ouvertures 11, 12 dudit élément 7b. La figure 4 représente, à sa partie supérieure, les vues selon les flèches E ( droite) et H (à gauche) de la figure 3 et, à sa partie inférieure, les demi-coupes F-F (à droite) et C-G (à gauche) de la figure 3. Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, l'échangeur comprend trois éléments en fonte 40, 41, 42 en forme de cylindres aplatis munis d'ailettes 44, groupés en batterie et juxtaposés à l'intérieur d'un foyer en acier tubulaire de section carrée ou rectangulaire. Les deux éléments extérieurs 40, 42 sont raccordés par un écran 43, tandis que les éléments 40, 41 et 41, 42 sont, respectivement, séparés par des tales déflectrices 45, 46. L'écran 43 fait face au brtleur 3 et permet de dévier les gaz vers le côté des éléments 40, 42, comme indiqué par la flèche 48, puis de les renvoyer d'autre part vers l'élément central 41 selon la flèche 49 en vue de leur évacuation par la buse 4. L'assemblage des éléments échangeurs au foyer en acier s'effectue facilement par soudage des inserts tubulaires en acier 33 en 36 sur la paroi extérieure du foyer. L'utilisation conforme à l'invention de plusieurs éléments échangeurs à inserts de soudage permet de réaliser des chaudières de différentes puissances dans un atelier simplement équipé pour le soudage à partir d'un élément standard en fonte (figure 5) ou d'au maximum deux éléments standards en fonte (figure 3), lesquels auront préalablement été équipés en fonderie des inserts à faibles dimensions. Les différents modes de réalisation décrits peuvent subir un certain nombre de modifications sans que l'on sorte du cadre de l'invention déterminé par les revendications annexées. Les inserts de soudage pourraient ainsi être filetés et être fixés par vissage dans les cols annulaires 17, 18. La chaudière équipée de ltechangeur en fonte peut évidemment être une chaudière à gaz. En outre, à la place du foyer tubulaire en acier 2, on peut utiliser tout autre caisson en acier de forme appropriée. REVENDICATIONS 1. Chaudière, notamment de chauffage central, comprepant un caisson en acier et un échangeur en fonte à circulation d'eau, caractérisé par le fait que l'échangeur comprend au moins un élément échangeur dont le corps est en fonte ordinaire, définit une chambre de circulation d'eau et est muni sur son pourtour d'au moins un insert métallique de soudage, noyé partiel- lement et retenu dans ledit corps, la partie libre de chaque insert traversant une ouverture pratiquée dans le caisson et étant soudée sur la face extérieure du caisson. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque insert de soudage est une pièce tubulaire constituant un passage d'entrée d'eau dans le corps ou de sortie d'eau hors du corps, ledit passage communiquant avec la chambre de circulation d'eau du corps et avec un volume d'eau de la chaudière. 3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les inserts tubulaires de l'échangeur et les ouvertures associées pratiquées dans le caisson présentent un faible diamètre. 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 a 3 caractérisée par le fait que la partie noyée des inserts de soudage est nervurée ou crantée de manière à assurer en faveur des inserts un ancrage mécanique résistant aux sollicitations thermiques. 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la partie noyée des inserts de soudage présente une extrémité effilée logée dans un col annulaire épanoui du corps en fonte de manière à produire après coulée du corps un soudage de ladite extremité dans le col annulaire. 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle le caisson est constitué par un foyer tubulaire humide, caractérisée par le fait que chaque insert de soudage est situé dans une zone périphérique du foyer qui est balayée par les gaz brdlés. 7. Chaudière selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le corps d'échangeur en fonte présente une chambre annulaire de circulation d'eau et un disque central, tandis qu'une virole en acier est rapportée sur le corps en fonte du cbté du brflleur et constitue avec le disque central un foyer à retour coaxial au foyer humide en acier. 8. Chaudière selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'échangeur présente un premier élément dont le corps en fonte comprend une chambre annulaire de circulation d'eau et un disque central et présente au moins un autre élément dont le corps en fonte comprend une chambre annulaire de circulation d'eau sans disque central et qui est placé de manière jointive contre le premier élément de façon à réaliser avec lui un foyer humide coaxial au foyer humide en acier. 9. Chaudière selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'échangeur comprend plusieurs éléments disposés en nombre variable dans le foyer tubulaire et soudés à celui-ci au moyen des inserts.