Brevet FR2479428A1 — publié le 19811002

I1 existe sur le marché des chaudières à gaz à circuit de combustion étanche dites "à ventouse". Ces chaudières sont en général placées contre un mur et en élévation. xeur puissance n'excède pas, en pratique, 70 RW car, au-dessus de cette valeur, il n'existe pas de combinaison chaudière/brûleur pour satisfaire le problème du fonctionnement en "ventouse. La présente invention a pour objectif principal de créer une chaudière de faible encombrement et de bas prix de revient, que l'on puisse faire fonctionner circuit de combustion étanche avec des puissances nettement supérieures à celles des chaudières à ventouse connues. A cet effet, la chaudière est enfermée dans une enveloppe étanche formant avant-foyer, qui l'entoure de toutes parts en ménageant autour d'elle un espace dans lequel l'air de combus tion est injecté sous pression. Lorsque cet air est pris à l'extérieur, la chaudière fonctionne en circuit de combustion étanche, les tuyaux d'aspiration d'air et de sortie des gaz brûlés pouvant etre situés assez près l'un de l'autre pour que le vent éventuel n'ait pas d'influence sur le débit d'air de combustion. On peut aussi aspirer l'air frais dans là chaufferie, le tuyau d'évacuation des produits de combustion étant alors raccordé à une cheminée. L'avant-foyer "pressurlsé" qui entoure la chaudière de toutes parts empêche toute fuitedes produits de combustion de serépandre dans la chaufferie. Il fait office de calorifuge très efficace permettant d'obtenir une température très basse des parois extérieures de l'enveloppe et soustrait à la chaleur les appareils de sécurité et de contrôle qu'on peut y loger. Avantageusement, l'enveloppe est disposée verticalement et munie d'un couvercle amovible à sa partie supérieure, la chaudière comportant un coffre contenant un échangeur et un ou plusieurs brûleurs disposés verticalement de telle sorte que le mélange air-gaz de ces brûleurs se déplace de haut en bas, l'airfrais et le gaz étant injectés à la partie supérieure. De ce fait,nonseule- ment l'entretien du brûleur est facile, mais il se produit une circulation naturelle de l'air injecté qui assure le refroidissement de la chaudière sans surcharge de la puissance du ventilateur et avec pré-chauffage de l'air fourni au brûleur, donc récupération de calories augmentant le rendement global de la chaudière. L'échangeur est de préférence constitué de tubes à ailettes verticaux disposés autour du ou des brûleurs ou de part et d'autre de ceux-ci, ces tubes étant raccordés à leurs extrémités à des collecteurs d'entrée et de sortie d'eau. On obtient ainsi une puissance élevée, avec un faible encombrement. Cet échangeur peut être combiné à un tube servant à la fourniture d'eau chaude à des fins sanitaires ou industrielles par exemple. le ou les brûleurs sont alimentés en air et en gaz dans des proportions sensiblement stoechiométriques. Ils comportent avantageusement un corps tubulaire muni de trous sur toute la hauteur en regard des tubes de l'échangeur, la répartition du débit thermique étant assurée par operculage partiel et convenable des trous. La chaudière convient particulièrement à l'alimentation d'installations de chauffage combinées ou non avec un service de fourniture d'eau chaude. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en plan avec coupe horizontale partielle d'une chaudière conforme à l'invention. lia figure 2 est une coupe par II - II de la figure 1. lia figure 3 est une vue analogue à la figure 1 , mais représentant une variante. 7 figure 4 est une coupe par IV-IV ae la figure 3. la figure 5 est une vue schématique développée d'un échangeur agence en vue de la fourniture d'eau chaude à usage doestique. 3ars le ode de réalisaUior représenté sur les figures 1 et 2, la chaudière comporte une enveloppe verticale étanche 1, qui peut être poséesur le sol par l'intermédiare d'un socle la et est fermée G sa partie supérieure par un couvercle amovible lb. La section droie de l'enveloppe 1 peut etre quelccnque, carrée par exemple. L'enveloppe 1 contiens un coffre 2, de section droite plus petite et de hauteur moindre, disposé de telle sorte qu'un espace libre soit prévu sur toutes ses faces. lie coffre 2 est muni d'un couvercle amovible 2a. Il contiens un échangeur formé de tubes 3, disposés verticalement selon les génératrices d'un cylindre, comme le montre la figure 1. entre deux collecteurs annulaires 4. L'eau à chauffer entre dans le collecteur inférieur par une tubulure 5 et sort du collecteur supérieur par une tubulure 6. Comme on peut le voir sur la figure 2, les tubulures 5 et 6 traversent, avec étanchéité, les parois du coffre 2 et de l'enveloppe 1. lie fond du coffre 2 et le couvercle 2a sont plaqués contre les échangeurs grâce à des bossages annulaires 2b dont ils sont munis (figure 2).Les tubes 3 sont garnis, sur toute leur longueur, d'ailettes 3a destinées à augmenter la surface d'échange de chaleur. En outre, des chicanes verticales en V 3b sont disposées à l'extérieur des tubes 3, comme le montre la figure 1 afin d'amener les gaz à lécher lesdits tubes. lie couvercle 2a du coffre 2 présente un orifice circulaire axial 2c par lequel est introduit, dans l'axe de l'échangeur, un brûleur 7 qui présente, dans sa partie supérieure, un anneau 7a d'étanchéité qui vient reposer sur ce couvercle 2figure 2). A sa partie supérieure, hors du coffre 2, le brûleur comporte un mélangeur 8, composé d'une chemise annulaire qui entoure le corps tubulaire du brûleur. le gaz arrive par une tubulure latérale 9, qui traverse avec étanchéité la paroi de l'enveloppe 1 et sur laquelle sont montés, à l'intérieur de l'enveloppe 1, les dispositifs 9a de régulation et de contrôle. lie gaz passe dans le corps du brûleur par unecouronne de trous d'injection 10 située à la partie supérieure du mélangeur. La section d'entrée d'air de ce dernier est réglée au moyen d'un noyau cylindro-conique 11, muni dtune collerette supérieure 11a et aue l'on peut faire pénétrer plus ou moins dans le corps du brûleur 7. Ce corps se prolonge dans le coffre 2 jusqu'au bas du collecteur inférieur. Il est fermé à sa base et percé sur toute sa portion, en regard des tubes 3, de multiples couronnes de petits trous 12 par lesquels sort le mélange d'air et de gaz. Cette sortie par de multiples petits trous interdit le retour de flamme. Afin de faire en sorte que les ailettes 3a de l'échangeur reçoivent la même quantité de chaleur sur toute la hauteur des tubes 3 malgré les mouvements de convection des gaz brûlés dans le sens vertical, on munit la portion perforée du brûleur de bagues operculantes 13 que l'on rapproche plus ou moins les unes des autres, afin de dégager le nombre de trousqn'il faut. Deux bagues 13 seulement ont été représentées sur la figure 2 afin de ne pas compliquer le dessin. La partie supérieure de l'enveloppe 1 est raccordée à un ventilateur 14 qui met en surpression l'avant-foyer 15 que constitue ladite partie, ainsi que l'espace annulaire 16 qui entoure le coffre 2 et la partie inférieure 17, située sous ce coffre. les gaz brûlés sont collectés dans l'espace 18 où ils parviennent après être passés entre les tubes 3,3a et ils sortent du coffre 2 par un tuyau latéral 19 qui traverse avec étanchéité la parai de l'enveloppe 1 puis le mur M. L'air frais est fourni au ventilateur 14 par un tuyau 20 qui traverse également le mur X. La chaudière que l'on vient de décrire fonctionne comme suit : le ventilateur 14 aspire l'air frais par le tuyau 20 et met sous pression les espaces 15, 16 et 17 de l'enveloppe 1 qui forme avant foyer. Cet air est refoulé dans le mélangeur 8 où il se mélange avec le gaz sortant des trous d'injection 10. Après allumage, le mélange brûle autour du brûleur 7, passe entre les tubes 3, 3a, en les contournant, grâce aux chicanes 3b, parvient à l'espace 18 et sort par le tuyau 19. lies tuyaux 19 et 20 débouchant sensiblement dans le même plan vertical et à peu de distance l'un de 1' autre, le vent qui s'exerce éventuellement sur leurs orifices rend constantes les pressions différentielles d'entrée et de sortie de l'air. Il s'ensuit dans ce cas, une surpression dans l'avant-foyer, qui n'a aucune incidence notable sur les différences de pressions et, donc, sur le débit d'air de combustion. Dans la variante des figures 3 et 4, les tubes à ailettes 3,3a, de l'échangeur sont disposés sur deux lignes parallèles et des écrans verticaux 3c sont prévus aux extrémités de ces lignes, entre celles-ci de façon à obliger les gaz à passer entre les tubes. Le collecteur supérieur présente deux compartiments 4a et 4b, qui communiquent respectivement avec l'une et l'autre des lignes de tubes, l'entrée de l'eau s'effectuant en 5 dans le compartiment 4a et la sortie en 6 du compartiment 4b. l'eau circule donc de haut en bas dans les tubes de droite et de bas en haut dans les tubes de gauche, comme indiqué par des flèches sur la figure 4. Trois brûleurs 7 sont disposés verticalement et en ligne entre les deux lignes de tubes 3. Ils sont alimentés par la tubulure 9 au moyen d'un collecteur 9b. Le fonctionnement est le même que celui du mode de réalisation précédemment décrit. Si l'on désire produire de l'eau chaude, par exemple à des fins domestiques, sanitaires ou industrielles, sans être oblir: gé de passer par un échangeur extérieur, il suffit, quelle que soit la variante adoptée pour la chaudière de faire passer un tube 21 dans les tubes 3 et les collecteurs 4. L'entrée de l'eau à distribuer se fait en 22 et la sortie en 23, figure 5. le tube 21 est de préférence en cuivre ou en acier inoxy- dable.l'échange de chaleur est très actif du fait de la grande surface de contact et des grandes vitesses de l'eau de part et d'au- tre. lie volume de la chaudière reste le même. lies avantages qu'apporte la présente invention sont multiples. La surpression qui règne constamment dans l'enveloppe 1 autour du coffre 2 interdit à toute fuite de gaz brûlé, de se répandre dans la chaufferie. La présence d'air dans les espaces 15, 16 et 17 dispense d'utiliser des produits calorifuges sur les parois de l'-envelop- pe 1. En effet, l'air chauffé dans les espaces inférieurs 16 et 17.monte dans l'enveloppe où il se mélange, -dans l'espace 15 avec l'air frais soufflé par le ventilateur. Il en résulte une circulation par thermosiphon qui d'une part empêche un échauffement excessif de l'air et d'autre part, assure un réchauffage de l'air qui pénètre dans le mélangeur 8. les calories ainsi récupérées participent à un meilleur rendement global de la chaudière. On économise en outre l'énergie à produire par le ventilateur. lies appareils de contrôle et de régulation 9a fonctionnent bien car ils se trouvent refroidis par l'arrivée d'air frais dans l'espace supérieur 15 où ils sont placés. le mélange d'air et de gaz peut être dosé stoechiométriquement dans le ou les melangeurs 8, ce qui permet d'avoir une flamme très courte d'où une capacité de foyer extrêmement réduite. La partie centrale du ou des mélangeurs, constituée par le noyau cylindro-conique Il est facilement amovible et permet l'accès facile au corps du brûleur. Or, c'est à l'intérieur de ce corps et sur les petits trous 12 que peuvent s'accumuler les poussiè- res. Après avoir enlevé le couvercle lb et le noyau 11, un simple brossage précipite les poussières au fond du brûleur qui a été prolongé à cet effet vers le bas sous la portion perforée. On peut ainsi se dispenser d'un filtre sur l'arrivée d'air frais, filtre qui serait plus difficile à nettoyer que le brûleur. Par ailleurs, un encrassement anormal de l'intérieur du brûleur est signalé par le contrôleur de débit d'air qui met automatiquement la chaudière à l'arrêt.Le démontage du brûleur ne présente aucune difficulté une fois le couvercle lb de l'enveloppe enlevé. l'échangeur, placé verticalement, offre des avantages dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, l'entrée de l'eau par le bas et sa sortie par le haut autorisent une purge complète d'air En outre, tous les tubes étant parcourus par de l'eau à la même temperature, aucun problème de tension dû à des différences de dilatation ne peut se poser. Quel que soit le mode de réalisation adopté, l'installation est très simple puIsqu'il suffit de faire passer les tuyaux 19 et 20 à l'extérieur, leur orifice extérieur étant de préférence protégé par une grille. Si l'on ne veut ou ne peut bénéficier du circuit étanche, il suffit de raccorder le tuyau 19 à une cheminée, le ventilateur aspirant alors l'air dans la chaufferie. le ventilateur peut être calculé de façon qu'une pression résiduelle notable soit assurée à la sortie des produits de combustion. On peut ainsi réduire considérablement la section de la cheminée ou la section des tuyaux 19 et 20 qui relient la chaudière à l'extérieur lorsqu'on utilise le circuit étanche dans son intégralité. On a pu construire, selon l'invention, une chaudière de 200 KW qui mesurait au sol 0,50 z 0,45 m et avait une hauteur de 1,05 m. Ce volume est environ le septième de celui d'une chaudière à gaz classique. lie poids se trouve corrélativement réduit, la chaudière pouvant être transportée dans le coffre arrière d'une voiture de tourisme légère. Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir du cadre de l'invention. - R3VENDICATIONS 1.- Chaudière à gaz pouvant fonctionner en circuit de combustion étanche, caractérisée en ce qu'elle est enfermée dans une enveloppe étanche (1) formant avant-foyer, qui l'entoure de toutes parts en ménageant autour d'elle un espace(15, 16, 17)dans lequel l'air de combustion est injecté sous pression. 2.- Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (1) est disposée verticalement et munie à sa partie supérieure d'un couvercle amovible (lob), la chaudière comportant un coffre (2) contenant un échangeur (3,4) et au moins un brûleur (7) disposé verticalement et pénétrant dans le coffre par la partie supérieure de celui-ci, l'arrivée d'air et de gaz s'effectuant par la partie supérieure de l'enveloppe (1). 3.- Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'échangeur colporte des tubes à ailettes (3) disposés verticalement et réunis à des collecteurs (4) supérieur et inférieur, le ou les brûleurs (7) comportant un corps tubulaire perforé s'étendant sensiblement sur toute la hauteur en regard des tubes à ailettes 4.- Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que le brûleur (7) est unique et les tubes à ailettes (3) sont disposés autour du corps du brûleur. 5.- Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que plusieurs brûleurs (7) sont disposés en ligne, les tubes à ailettes (3) étant disposés également en lignes de part et d'autre des brûleurs. 6.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le coffre 2 comporte un couvercle amovible (2a) dans lequel passent le ou les brûleurs (7), le fond et le couvercle du coffre étant adaptés contre les collecteurs(4) de telle sorte que les gaz soient obligés de passer entre les tubes à ailettes (3). 7.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que le corps du brûleur est percé de multiples trous (12), des bagues d'operculation (13) étant prévues de façon à répartir la section de sortie de flammes de telle sorte que les tubes à ailettes (3) de l'échangeur reçoivent la même quantité de chaleur sur toute leur hauteur, malgré les mouvements de convection des gaz brûlés dans le sens vertical. 8.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisée en ce que le ou les brûleurs (7) comportent un mélangeur (8) équipé d'un noyau de réglage (11) qui peut coulisser dans la partie supérieure du brûleur de façon à être facilement amovible permettant ainsi le nettoyage aisé, in tutu de l'intérieur du brûleur, ce dernier étant fermé à son extrêmité inférieure qui se prolonge au-dessous de la portion perforée. 9.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2 à 8 caractérisée en ce que les appareils (9a) de sécurité et de contrôle spnt placés dans l'avant foyer dans la portion sup-érieure (15) de celui-ci ou s'effectue l'arrivée d'air frais. 10.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 caractérisée en ce que l'échangeur (3,4) comporte un circuit (21-23) permettant la fourniture d'eau chaude à des fins sanitaires ou industrielles. 11.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le tuyau d'arrivée d'air frais (20) et le tuyau (19) d'évacuation des gaz brûlés débouchent à proximité l'un de l'autre de façon à ce que le vent éventuel n'ait pas d'influence sur le débit d'air de combustion. 12.- Chaudière selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 11 caractérisée en enoe.que l'air frais yest.refoulé par un ventilateur (14) calculé de façon à assurer une pression résiduelle de sortie des gaz brûlés qui permet de réduire la section des tuyaux (19,20) ou d'une éventuelle cheminée.