Brevet FR2475187A1 — publié le 19810807

La présente invention est relative à une chaudière à conduits de fumée pour l'obtention d'eau chaude ou de vapeur, comprenant un carter pourvu d'un carneau entouré d'une masse d'eau, et une plura- lité de conduits d'eau communiquant avec cette masse d'eau et se trouvant en relation d'échange de chaleur avec le carneau. Une telle chaudière a par exemple été décrite dans le brevet néerlandais n"57 935. Dans cette chaudière antérieure, le carneau est constitué par un seul tuyau large, à travers lequel une pluralité de conduits d'eau d'un diamètre relativement faible s'étendent en sens transversal. Il s'agit d'une chaudière à passage unique, ayant un rendement peu élevé, c'est-à-dire les gaz de combustion quittent la chaudière à une température très élevée. De plus, le diamètre rela- tivement faible des conduits d'eau et leur emplacement dans la partie arrière du carneau ne sont pas très favorables à une bonne circula- tion de l'eau, ce qui ne contribue pas non plus à assurer un bon ren- dement. Dans le passé, afin d'améliorer leur rendement, on a conçu des chaudières à passages multiples, dans lesquelles le bouilleur ou le premier carneau, réalisé sous forme d'un tuyau large, s'étend pratiquement sur toute la longueur du carter, la sortie de ce tuyau étant reliée à une chambre de combustion à partir de laquelle, de nouveau, s'étend un grand nombre de tuyaux de plus faible diamètre pratiquement sur toute la longueur du carter et forme un second car- neau. Ce second carneau peut aboutir dans une chambre de fumée équipée d'une cheminée, ou dans une chambre d'inversion, à laquelle est relié un troisième carneau similaire et qui aboutit dans une chambre de fumée. Ces chaudières à double ou triple passage procurent en effet un meilleur rendement, mais la circulation de l'eau n'est toujours pas idéale, en particulier dans les chaudières à eau chaude ou à vapeur de basse pression o un courtcircuit peut se produire, même lorsqu'on emploie une pompe de circulation séparée. En outre, dans ces chaudiè- res à passages multiples, la résistance à l'évacuation est relativement - 2 -- forte, ce qui rend l'emploi d'une soufflerie de grande capacité néces- saire. Par ailleurs, le grand nombre de tuyaux parallèles et très rapprochés, logés dans les orifices correspondants dans des plaques à tubes ordinaires rend la construction du second et, éventuellement, du troisième carneau relativement compliquée, ce qui se manifeste par- ticulièrement bien lorsqu' après un certain nombre d'années de fonc- tionnement un ou plusieurs tubes doivent être remplacés. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus énoncés. Par conséquent, l'invention a pour objet une chaudière à conduit de fumée du type ci-dessus décrit, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un second carneau à côté du bouilleur ou premier carneau, ce second carneau comprenant un tuyau unique large à travers lequel s'étend transversalement par rapport au sens longitudinal du tuyau large, une pluralité de conduits d'eau d'un diamè- tre relativement élevé, et qui occupent en alternance des positions croisées. La définition des conduits d'eau occupant en alternance des po- sitions croisées vise aussi les constructions dans lesquelles plusieurs, de préférence deux, conduits d'eau sont orientés de la même façon et sont suivis et précédés par quelques conduits d'eau, par exemple éga- lement deux, en position croisée par rapport aux conduits précédemment nommés. A titre d'exemple non limitatif une réalisation de l'invention sera décrite ci-après avec référence au dessin annexé. La figure représente une vue en perspective d'une réalisation d'une chaudière à conduits de fumée selon l'invention. La chaudière représentée est à triple passage, mais l'invention s'applique également aux chaudières ayant un nombre de passages différent, par exemple deux. Un bâti 1 supporte une enceinte cylindrique 2, dont les contours sont représentés en trait interrompu, munie de parois terminales. Dans cette enceinte s'étend, dans le dessin du côté gauche vers la droite, -3- un tuyau large 3, formant le bouilleur ou premier carneau. Une extré- mité de ce premier carneau est reliée à travers un orifice dans la paroi terminale à une soufflerie, non représentée, qui, pendant son fonctionnement, souffle des gaz chauds dans le carneau. La soufflerie est située à l'extrémité du bouilleur 4. L'autre extrémité du bouilleur aboutit dans une chambre d'in- version 5, appelée quelquefois chambre de combustion, située à l'ex- trémité de l'enceinte éloignée de la soufflerie. A travers la chambre de combustion, les gaz chauds peuvent entrer dans le second carneau 6, qui s'étend de la chambre de combustion essentiellement parallèlement au bouilleur vers une seconde chambre d'inversion 7, appelé dans la présente description également chambre de fumée ou chambre d'inver- sion frontale, située à l'extrémité de la soufflerie. Dans le cas d'une chaudière à double passage, la chambre 7 est reliée à la cheminée. Dans la réalisation représentée toutefois, ilest prévu un troisième carneau 8 qui s'étend de la chambre de fumée 7 essentiellement paral- lè 1 ement au second carneau, et aboutit dans une chambre de fumée 9 située à l'extrémité opposée de l'enceinte et reliée à une cheminée 10. Autour des premier, second et troisième carneaux, l'enceinte est entièrement remplie d'eau à chauffer, et munie d'entrées et de sorties pour l'eau refroidie et réchauffée, non représentées. Le bouilleur ou premier carneau, est constitué par un tuyau large. Dans la réalisation représentée les second et troisième carneaux sont des tuyaux d'un diamètre moins grand mais encore relativement important, dans lesquels une pluralité de conduits en travers sont montés transversalement par rapport au sens longitudinal des tuyaux principaux, chacun de ces conduits en travers étant orienté essentiel- lement perpendiculairement à la position du conduit précédent. Dans les conditions de fonctionnement les axes des conduits en travers forment avec la verticale un angle de préférence égal ou inférieur à 450. Comme indiqué ci-dessus, les conduits en travers peuvent être arrangés en groupes alternants comprenant chacun quelques -4- conduits orientés dans la même direction, chaque groupe étant donc précédé et suivi d'un groupe de conduits orientés en sens croisé. Ainsi, dans le second carneau, vu du côté de la soufflerie, le premier conduit en travers ll est orienté du bas à-gauche en haut à droite sous un angle de 450 par rapport à la verticale. Le troisième conduit 13 s'oriente de nouveau du bas à gauche en haut à droite etc... Les conduits en travers sont soudés dans des orifices correspondants dans les parois des tuyaux 6 et 8, de façon que l'eau circule dans ces conduits. L'orientation des conduits en travers telle que décrite ci- dessus et représentée dans le dessin annexé, crée une circulation naturelle et avantageuse de l'eau, contrariant l'apparition de "courtcircuit" (un flux d'eau froide allant directement de l'entrée vers la sortie) et, généralement, une pompe de circulation n'est plus nécessaire. Des expériences ont montré que le diamètre des conduits en travers s'élève de préférence à au moins 20 % du diamètre du tuyau large et est plus spécialement compris entre 20 et 25 % du-diamètre du tuyau large. En outre, en respectant la forme des carneaux telle que décrite, et représentée dans le dessin, la résistance d'évacuation est relative- ment faible, de sorte que la consommation de puissance de la soufflerie pour un même rendement ou même supérieur de l'échange de chaleur dans la chaudière, est inférieure à celle des chaudières à conduits de fumée antérieures. Enfin, la chaudière à conduits de fumée selon la présente inven- tion est plus simple au point de vue constructif que toute chaudière exis- tante, grâce au fait que les carneaux selon la présente invention permet- tent de faire une économie d'environ 50 % en matériau de construction et main-d'oeuvre. Les carneaux selon l'invention peuvent être fabriqués séparément et être installés en une pièce dans la chaudière. Cela est également important pour les réparations car les temps morts pendant la réparation sont ainsi réduits. 2477 187 De nombreuses variantes de réalisation sont possibles par rapport à celle ci-dessus décrite. Comme il a été indiqué ci-dessus, le principe de l'invention s'applique également à des chaudières à dou- ble passage. Des expériences ont en outre montré que si, dans une chaudière à trois passages dans laquelle les second et troisième carneaux sont constitués par des faisceaux de conduits de fumée parallèles, par exemple le second carneau est remplacé par un carneau selon l'enseignement de la présente invention, on obtient une amélioration considérable. Les carneaux 6 et 8 n'ont pas nécessairement le même diamè- tre. Comme le montre le dessin, le tuyau 8 du troisième carneau peut présenter un diamètre inférieur à celui du tuyau 6 du second carneau. Cela est en rapport avec la température plus basse des gaz de combus- tion dans le troisième carneau par rapport au second carneau. De façon similaire, les conduits en travers peuvent avoir des diamètres différents dans chacun des carneaux en partant du front vers l'arrière, vu dans le sens de l'écoulement des gaz de carneau. Par ailleurs, il n'est pas non plus strictement nécessaire que les conduits en travers successifs se croisent de manière essentiel- ?O lement perpendiculaire;d'autres positions sont possibles et réalisa- bles. Il convient de faire remarquer encore qu'un carneau peut aussi être formé par une pluralité de tuyaux larges parallèles, pourvus de. conduits d'eau en positions croisées, comme décrit ci-dessus. 475 187 -6- REVENDICATIONS I - Chaudière à conduits de fumée pour l'obtention d'eau chaude ou de vapeur comprenant une enceinte contenant un carneau entouré d'une masse d'eau, et une pluralité de conduits d'eau en communication avec cette masse d'eau ayant une relation d'échange de chaleur avec le carneau, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un second carneau à côté du bouilleur ou premier carneau, ce second carneau comprenant au moins un tuyau large traversé par une pluralité de groupes de conduits d'eau successifs, d'un diamètre relativement important, orientés transversalement par rapport à l'axe longitudinal du tuyau, chaque groupe de conduits étant composé d'un ou de plusieurs conduits d'eau successifs ayant la même orientation et occupant une position croisée par rapport aux groupes voisins précédent et suivant. 2 - Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conduits d'eau se croisent en alternance. 3 - Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les conduits d'eau ont un diamètre égal à au moins 20 % du diamè- tre du tuyau large. 4 - Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que le diamètre des conduits d'eau est compris entre 20 et 25 % du diamètre du tuyau large. - Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bouilleur ou premier carneau s'étend d'une première extrémité de l'enceinte vers une chambre de combustion située à l'autre,seconde.extrémité de l'enceinte, cette chambre de combustion étant en communication avec le second carneau qui s'étend jusqu'à la première extrémité de l'enceinte o il éboutit dans une chambre d'inversion, qui à son tour est en communication avec un troisième carneau retournant vers une chambre de fumée, située à l'autre, seconde, extrémité de l'enceinte, et pourvue d'une sortie de cheminée. -7- 6 - Chaudière selon la revendication 5 caractérisée en ce que le troisième carneau comprend au moins un tuyau large traversé par une pluralité de groupes successifs de conduits d'eau ayant un diamètre relativement important, et orientés transversalement à l'axe longitu- dinal du tuyau, chaque groupe de conduits d'eau étant formé par un ou plusieurs conduit. d'eau ayant la même orientation et occupant des positions croisées chaque fois par rapport aux groupes de conduits précédent et suivant. 7 - Chaudière selon la revendication 6 caractérisée en ce que les conduits d'eau successifs du troisième carneau se croisent en alternance. 8 Chaudière selon la revendication 6 ou 7 caractérisée en ce que les conduits d'eau ont un diamètre égal à au moins 2û % du diamètre du tuyau large. 9 - Chaudière selon la revendication 8 caractérisée en ce que le diamètre des conduits d'eau du troisième carneau est compris entre et 25 % du diamètre du tuyau large. - Chaudière selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisée en ce que les groupes de conduits d'eau dans chaque tuyau large pourvu de conduits d'eau se croisent essentiellement perpendicu- lairement et forment, en position de fonctionnement avec la verticale un angle égal ou inférieur à 45'. Il - Chaudière selon l'une quelconque des revendications 6 à , caractérisée en ce que le diamètre du ou des tuyaux larges du troisième carneau, est inférieur au diamètre du ou des tuyaux larges du second carneau. 12 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications l à 11 caractérisée en ce que le diamètre des conduits d'eau dans le second et/ou dans le troisième carneau varie dans le sens de l'écoulement des gaz de carneau. 13 - Tuyau pour chaudière à conduits de fumée telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un tuyau large équipé de groupes successifs d'un ou de 2475 187 - 8 - plusieurs conduits en travers successifs à extrémités ouvertes, ces groupes étant en alternance orientés de façon croisée. 14 - Tuyau selon la revendication 13 caractérisé en ce que le diamètre des conduits en travers est égal ou inférieur à 20 % du diamè- tre du tuyau large. - Tuyau selon la revendication 14 caractérisé en ce que le diamètre des conduits en travers est compris entre 20 et 25 % du diamètre du tuyau large. 16 - Tuyau selon l'une quelconque des revendications 13 à 15 caractérisé en ce que le diamètre des conduits en travers varie tout au long des tuyaux larges.