Brevet FR2468852A1 — publié le 19810508

246885'L La présente invention concerne une chaudière convenant notamment à des installations de chauffage domestique. Comme on le sait, un problème fortement ressenti actuel- lement est celui des économies d'énergie, et notamment celui de réduire le plus possible tout gaspillage dans les chaudiè- res des installations de chauffage domestique. En fait, les chaudières de chauffage usuelles ont un rendement thermique relativement faible et on n'a jusqu'ici obtenu que des améliorations marginales de ces rendements. La présente invention vise à procurer une chaudière, convenant notamment aux installations de chauffage domestique, qui permet d'augmenter le rendement thermique de la chaudière d'une manière très appréciable, en n'utilisant que des solu- tions simples et faciles à mettre en oeuvre. Dans ce but, on a donc recherché une chaudière capable d'utiliser dans une large mesure la puissance calorifique des fumées de combustion, indépendamment du type de combustible utilisé. On a par ailleurs recherché une chaudière extrêmement fiable et sure en fonctionnement, pouvant être aisément et rapidement entretenue et dont la réalisation soit simple et peu onéreuse. la présente invention fournit une chaudière, convenant notamment à des installations de chauffage domestique, qui comporte des parois délimitant une chambre de chauffage et, à l'intérieur de cette chambre, au moins une cuve pour y conte- nir un liquide à chauffer et ménageant un volume intermédiaire entre ces parois et la cuve, et qui est caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, à l'intérieur de cet espace inter- médiaire, une multiplicité de tubes entourant la cuve et rac- cordant la partie inférieure de celle-ci à sa partie supérieure en relation de by-pass avec elles. On va maintenant décrire de façon détaillée des exem- ples de réalisations d'une chaudière selon l'invention, en liaison avec le dessin joint sur lequel: - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe par- tielle d'une première réalisation de la chaudière selon l'in- vention - la figure 2 est une coupe prise selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en élévation et en coupe par- tielle d'une deuxième réalisation de cette chaudière; - la figure 4 est une coupe prise selon la ligne IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue en élévation et en coupe par- tielle d'une troisième réalisation de cette chaudière; - la figure 6 est une coupe prise selon la ligne VI-VI de la figure 5; - la figure 7 montre schématiquement une quatrième réa- lisation de cette chaudière, installée dans une cheminée; - la figure 8 est une vue en élévation en coupe par- tielle de la chaudière de la figure 7; et - la figure 9 est une vue en coupe prise selon la ligne IX-IX de la figure 8. On se reporte maintenant aux figures, et notamment aux figures 1 et 2 du dessin. La chaudière 1, convenant notamment aux installations de chauffage domestique, comporte une cuve cylindrique 2 ayant un axe central vertical et à l'intérieur de laquelle circule un liquide de chauffage, notamment de l'eau, chauffé à l'intérieur de la cuve elle-même et circulant entre une canalisation de retour 3 et une canalisation de dé- part 4. La cuve est entourée par une jaquette extérieure 5, recouverte d'une couche d'isolation thermique 6; la jaquette délimite, en liaison avec la cuve, un espace creux 7 qui est balayé verticalement par les gaz de combustion chauds s'éle- vant selon le trajet indiqué par les flèches. Les gaz proviennent du foyer de la chaudière dont la partie supérieure de la chambre de combustion est repérée en 8; ils se rassemblent dans le volume supérieur 9 de l'espace délimité par la jaquette 5 et ils s'échappent par un collec- teur d'évacuation 10. Un tube de tirage il est aligné avec l'axe de la cuve 2 et communique avec l'intérieur du collecteur 10. Tout autour de la buve 2 sont disposés de nombreux tubes de dérivation 12 formant un faisceau tubulaire qui en- toure l'enveloppe cylindrique de la cuve 2, ce faisceau tubu- laire étant raccordé à la cuve et s'étendant d'une première rangée annulaire de trous 13 à la périphérie inférieure jus- qu'à une deuxième rangée annulaire de trous 14 disposés au voisinage de la périphérie supérieure de la cuve 2, le raccor- dement s'effectuant par des raccords coudés 15 et 16. Une telle disposition des tubes 12 est une caractéristique impor- tante de cette chaudière par rapport aux chaudières usuelles similaires. On se reporte maintenant aux figures 3 et 4; la chau- dière repérée dans son ensemble en 20, comporte une cuve cylindrique 21 à axe vertical, à travers laquelle circule un liquide de chauffage entre une canalisation de retour 22 et une canalisation de départ 23. Cette cuve est entourée par une jaquette extérieure 24, recouverte d'une couche isolante 25. La jaquette délimite, en liaison avec la cuve, un espace creux 26 qui est balayé verti- calement par les fumées ou gaz de combustion montant dans le sens indiqué par les flèches. Comme dans la réalisation précédente, ces gaz provien- nent du foyer de la chaudière, indiqué schématiquement en 27, et se rassemblent dans la partie supérieure 28 de l'espace délimité par la jaquette 24, pour s'échapper à travers un collecteur d'évacuation 29. Un tube de tirage 30 est aligné avec l'axe de la cuve 21 à l'intérieur de celle-ci, et commu- nique avec le collecteur 29. La jaquette extérieure 24 comporte deux manchons cylin- driques, un manchon extérieur 31 et un manchon intérieur con- centrique 32, qui sont séparés par un intervalle 33 à l'inté- tieur duquel circule un liquide caloporteur, tel que de l'eau, ce liquide provenant de la cuve 21 par l'intermédiaire d'une première rangée radiale de raccords 34 raccordant ensemble l'intervalle 33 et la cuve 21. Une deuxième rangée radiale de raccords 35 raccorde l'intervalle 33 à la cuve 21. Le manchon 32 délimite l'espace creux 26 dont il constitue la paroi extérieure, cet espace étant balayé par les gaz ou fumées de combustion chauds. Dans cet espace creux 26 sont installés, selon des axes verticaux parallèles au corps de la cuve 21, de nombreux tubes de dérivation 36 qui forment un faisceau cylindrique de tubes, disposés en une seule rangée et adaptés pour entourer l'enve- loppe cylindrique de la cuve 21; ce faisceau tubulaire com- munique avec la cuve par les trous 37 d'une première rangée annulaire de trous disposés dans la périphérie inférieure et une deuxième rangée annulaire de trous 38 disposés à la partie supérieure, ces rangées étant situées à proximité des raccords 34 et 35. En se reportant maintenant aux figures 5 et 6, la chau- dière repérée dans son ensemble en 41 comporte une cuve cen- trale 42 avec un axe pratiquement vertical, cette cuve-pou- vant avoir en coupe transversale une forme circulaire, carrée ou différente, selon les spécifications. Une cuve extérieure 43 entoure en pratique latéralement la cuve 42 et communique avec cette dernière par des tubes d'interconnexion 44 disposés à la fois en haut et en bas, un liquide pouvant ainsi circuler entre les deux cuves 42 et 43. Un liquide d'échange thermique circule à l'intérieur des cuves 42 et 43, ce liquide étant en général de l'eau, et étant amené, par des raccordements habituels, à une installation de chauffage de locaux ou à une installation d'eau chaude sani- taire. :Ces cuves 42 et 43 délimitent ensemble un espace annu- laire creux 45 qui est, en pratique, balayé par les fumées de combustion y circulant. De façon avantageuse, bien que ce ne soit pas nécessaire, les cuves 42 et 43 sont placées à l'intérieur d'une enveloppe extérieure 46, de préférence en un matériau réfractaire et thermiquement isolant, qui délimite une ouverture d'échappe- ment supérieure 47 pour permettre aux fumées de combustion de passer dans la cheminée d'évacuation. Une caractéristique importante de l'invention réside en ce que la surface latérale de la cuve intérieure 42 est équipée d'une première multiplicité d'éléments tubulaires 50 qui sont déportés par rapport à cette surface pour créer une zone de chauffage préférentielle du liquide d'échange thermi- que. En fait, en raison de la grande surface d'échange ther- mique procurée par la surface des éléments tubulaires 50 par rapport au liquide d'échange thermique qu'ils contiennent, il se crée un fort gradient de température qui, en pratique, augmente le débit du liquide, ce qui accroît encore le taux d'échange thermique. Pour accroitre encore ce dernier, on équipe également la surface latérale interne de la cuve exté- rieure 43 d'une seconde multiplicité d'éléments tubulaires 51 dont la fonction est tout à fait similaire à celle des élé- ments tubulaires 50. - De façon avantageuse, les éléments-tubulaires 50 et 51, qui sont logés dans l'espace annulaire creux 45, sont réunis ensemble par une plaque ou coque annulaire 60 ayant une dou- ble fonction, à savoir celle de fournir des quantités supplé- mentaires de chaleur par conduction aux éléments tubulaires et 51, et celle de servir de plaque rayonnante pour mieux récupérer la capacité calorifique des fumées de combustion. Les figures 7 à 9 représentent une réalisation de l'in- vention convenant particulièrement pour être installée dans l'âtre d'une cheminée, et dans laquelle la chaudière, repérée dans son ensemble en 61, comporte une cuve 62 destinée à con- tenir un liquide caloporteur tel que de l'eau. la cuve 62 a un axe pratiquement vertical et a, de pré- férence, bien que ce ne soit pas nécessaire, une forme carrée, ou de façon générale polygonale en vue en plan, de façon à être aisément logée dans l'âtre d'une cheminée usuelle 63. La même eau normalement utilisée dans l'installation de chauffage central circule à travers la cuve 62 entre une canalisation de retour 65 et une canalisation de départ 64. Un conduit 66 traverse axialement la cuve 62 et sert de dispositif de tirage aux fumées chaudes en formant un élément d'échange thermique avec la cuve elle-même. La surface extérieure de la cuve 62 est équipée d'une multiplicité de tubes 70 s'étendant en pratique depuis des 2A58852 trous inférieurs 71 jusqu'à des trous supérieurs 12 formés à travers la surface de la cuve, ce qui crée un trajet paral- lèle préférentiel sur lequel le liquide caloporteur, généra- lement de l'eau, est balayé par les fumées de combustion- chaudes et atteint rapidement une température élevée du fait de la grande surface de contact. Une caractéristique de la chaudière selon l'invention est que des tubes inférieurs 80 sont branchés, au moins en partie, sur des tubes parallèles déportés 70 et s'étendant en dessous de la cuve 62. De façon plus spécifique, les tubes inférieurs 80 ne se raccordent qu'aux tubes déportés 70 prévus sur les parois latérales et sur la partie arrière de la cuve 62, en ne tou- chant pas aux tubes 70 prévus sur la partie avant de la cuve 62. les tubes précités 80 sont raccordés l'un à l'autre en dessous de la cuve 62 et sont séparés par une distance suffi- sante pour permettre à ces tubes de créer un élément de grille, constituant en fait l'âtre de la cheminée ou le support des produits à y brtler. En se reportant plus en détail à une réalisation préfé- rée bien que non limitative, les tubes inférieurs 80 des pa- rois latérales sont-raccordés aux tubes inférieurs 80 des parois opposées, tandis que les tubes inférieurs 80 de la par- tie arrière sont tous raccordés au dernier des tubes infé- rieurs reliant entre eux lés tubes des parois latérales. Tout d'abord, cette disposition a l'avantage de former une grille pouvant supporter les produits à brftler et, ce qui est encore plus important, permet de récupérer la chaleur résiduelle des braises, du fait que le contact direct des pro- duits en combustion avec les tubes d'échange thermique 80 permet à la chaleur de passer directement dans le liquide caloporteur, au lieu d'être évacuée à l'extérieur. On notera que la chaudière selon l'invention, en procu- rant un ensemble de tubes de dérivation, permet un degré d'échange thermique élevé, qui crée dans le fluide d'échange thermique un courant de convexion qui entretient dans ce liquide une turbulence modérée; celle- ci accélère le débit à l'intérieur des divers éléments tubulaires disposés paral- lèlement l'un à l'autre, et ce débit accru sert à améliorer le rendement d'échange thermique-. Dans la mise en pratique de l'invention, les produits utilisés, à condition qu'ils soient compatibles avec l'appli- cation prévue, les dimensions et les formes peuvent être quelconques, de façon à être les mieux appropriés aux spécifi- cations particulières. REVENDICATIONS 1. Chaudière, notamment pour installations de chauffage domestique, comportant des parois délimitant une chambre de chauffage et, à l'intérieur de celle-ci, au moins une cuve propre à contenir un liquide à chauffer et ménageant un espace intermédiaire entre ces parois et la cuve, caractérisée en ce qu'à l'intérieur de cet espace intermédiaire est prévue, en outre,une multiplicité de tubes entourant la cuve et raccor- dant la partie inférieure de celle-ci à sa partie inférieure en relation de by-pass avec elles. 2* Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuve a une forme cylindrique avec un axe sensible- ment vertical et en ce que les parois-comportent une jaquette extérieure isolante, les tubes de dérivation s'étendant prati- quement parallèlement à la cuve. 3. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la multiplicité de tubes forme un seul faisceau tubu- laire cylindrique entourant la cuve. 4. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tube de la multiplicité de tubes est raccordé à un trou ménagé à l'extrémité supérieure de la cuve cylindri- que, et un trou ménagé à l'extrémité inférieure de cette cuve. 5. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que la jaquette extérieure comporte une enveloppe cylindri- que à double paroi, un intervalle de circulation d'eau fonc- tionnant en dérivation par rapport à la cuve, l'enveloppe intérieure faisant face à l'espace creux à travers lequel circule les gaz de combustion. 6. Chaudière selon la revendication 5, caractérisée en ce que cette enveloppe double est formée de deux enveloppes cylindriques concentriques à la cuve de la chaudière et s'étendant sur toute la longueur de la cuve, l'intervalle en- tre les deux enveloppes étant relié en parallèle à la cuve par des raccords radiaux aux deux extrémités pour dériver le courant de liquide d'échange thermique de la cuve. 7. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans l'espace creux dans lequel 26 ZS 852 circulent les gaz de combustion chauds, une première multipli- cité d'éléments tubulaires montés en parallèle sur la surface latérale de la cuve centrale, et une deuxième multiplicité d'éléments tubulaires montés en parallèle sur la surface laté- rale interne d'une cuve extérieure à travers laquelle circule le liquide d'échange thermique, cette cuve extérieure étant raccordée en parallèle par rapport à la cuve centrale, 8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une enveloppe extérieure équipée d'un orifice d'évacuation destiné à être raccordé à une cheminée d'évacuation entourant la cuve extérieure, cette enveloppe extérieure étant de préférence formée en un matériau réfrac- taire thermiquement isolant. 9. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte dans l'espace creux dans lequel circulent les gaz de combustion chauds une coque pratiquement fermée interposée entre la première et la deuxième multiplicité d'éléments tubulaires. 10. Chaudière selon la revendication 9, caractérisée en ce que cette coque pratiquement fermée, raccordée à la pre- mière et à la deuxième multiplicité d'éléments tubulaires, sert à procurer un échange thermique par conduction et radia- tion. 11. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des tubes inférieurs branchés au moins sur une partie de la multiplicité de tubes et s'étendant en des- sous de la cuve pour former une grille support pour les pro- duits à brûler. 12. Chaudière selon la revendication 11, caractérisée en ce que ces tubes inférieurs garnissent les parois latérales et la paroi arrière de la cuve en laissant la paroi antérieure dégagée pour accéder à la grille définie par les tubes infé- rieurs. 13. Chaudière selon la revendication 11, caractérisée en ce que les tubes inférieurs branchés sur les tubes disposés sur les parois latérales de la cuve sont raccordés l'un à 2Z58852 l'autre, les tubes inférieurs branchés sur les tubes de déri- vation situés sur la partie arrière de la cuve étant raccor- dés au dernier des tubes inférieurs prévus sur les parois latérales.