Brevet FR2485173A1 — publié le 19811224

La présente demande divisionnaire a pour objet un géné .rateur de chaleur d'un type équipé selon le premier certificat d'addiction nO 78 17480 du 12 juin 1978 au brevet principal 76 01452 de brûleurs à gaz susceptibles de fonctionner en position inversée, c'est-à-dire brûleurs en haut et surface d'échange en bas. Un avantage spécifique d'une telle disposition est qu'elle permet de récupérer la chaleur de condensation de la vapeur doleau contenue dans les fumées, à la sortie de llappa- reil, par condensation sur les tubes d'rechange recevant les retours d'eau à chauffer et qui sont placés en position basse dans le générateur. Cette récupération de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau contenue dans-les fumées permet d'augmenter le rendement du générateur d'environ 105o par rapport à un fonçtionnement sans condensation. En pratique, avec un générateur perfectionne conforme à l'invention, les essais montrent qu'on obtient sans difficulté un rendement P.C.T. (pouvoir calorifique inférieur) de l'ordre de 105. En outre, on obtient des facilités de montage, d'installation, de compacité et de souplesse de fonctionnement remar tuables Selon une caractéristique objet de la présente demande divisionnaire, les surfaces d'échange du générateur comprennes plusieurs nappes de tubes à circulation d'eau disposées en dessous les unes des autres, avec les retours froids en bas et les départs chauds au-dessus. Ainsi, l'on obtient' une condensation efficace des vapeurs d'eau contenues dans les fumées sur la nappe basse, cette eau pouvant être évacuée à l'égout par simple écoulement sans difficulté. Selon une autre caractéristique objet des présents perfectionnements, la section des tubes de la nappe supérieure soumise directement à la combustion et au rayonnement du foyer chaud est réduite par rapport à celle des tubes de la nappe inférieure. De préférence, les tubes supérieurs ne seront pas ou peu ailetés alors que les tubes de la nappe la plus basse seront pourvus de larges ailettes. Ainsi, et en faisant un choix judicieux de la section de passage des tubes et de leur groupement, on obtiendra le meilleur gradient thermique dans les tubes d'échange entre leur entrée et leur sortie du générateur. Selon une autre caractéristique objet de la présente demande divisionnaire, la section interne du corps de chauffe au foyer du générateur va en s'élargissant du haut vers le bas, de même que les nappes de tubes d'échange. Ainsi, sont favorisées les circulations des fumées ainsi que l'amortis- sement des bruits de combustion et la suppression du rayonnement du foyer chaud sur le brûleur Selon une autre caractéristique de l'invention, le générateur est enfermé dans un boîtier étanche dans lequel est assurée une circulation forcée d'air de combustion admis aux brûleurs et dans lequel les produits de la combustion traversent ensuite les nappes de tubes successivement, des chicanes étant prévues à cet effet entre lesdites nappes, avant d'être extraits à la base du générateur. Les perfectionnements objet de la présente demande apparaîtront plus clairement à llaide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés illustrant un mode de réalisation. Dans ces dessins - la figure 1 est une vue de face d'un générateur de chaleur formant chaudière pour le chauffage de l'eau, cette vue étant faite selon la flèche I de la figure 2 ; - la figure 2 est une vue de côté faite selon la flèche II de la figure 1 de la même chaudière - la figure 3 est une vue par dessus de la chaudière illustrée aux figures 1 et 2 - la figure 4 est une vue à plus grande échelle faite en partie en-coupe et avec arrachements du générateur proprement dit de la chaudière dans une vue de coté comme la figure 2 - la figure 5 est une vue partie en coupe, partie en élévation à la même échelle que la figure 4 et avec arrachements relative au même générateur vue de face comme dans la figure 1. On se reportera tout d'abord aux figures 1 à 3 dans lesquelles on voit une chaudière 1 composée essentiellement d'un générateur de chaleur 2 monté sur un boîtier technique de'commande et d'alimentation 3. Le boîtier 3 repose sur le sol 4 par un piètement-5., En 6, on aperçoit les retours d'eau froide à la chaudière, en 7 le départ d'eau chaude, en 8, une vanne de commande d'isolation de la chaudière.Les brûleurs 9 à gaz à rampes de flammes sont disposés dans la partie haute du générateur, tandis que les nappes des tubes d'échange d'eau à chauffer 10 sont situées dans.la partie basse du générat-eurr L'air de combustion-est admis en 11 à 1t partie supérieure et extérieure.de la chaudière, les fumées étant extraites en 12 à la base de la chaudière En 13, on aperçoit l'arrivée du gaz de combustion. En 14, est le pupitre de commande de la chaudière à la partie supérieure du boîtier technique 3. On décrira maintenant en relation avec les figures 4 et 5 les perfectionnements spécifiques de-llinvention.O En 9, sont les brûleurs à gaz, C.es brûleurs créent dans la chambre de conbustion du générateur 2 des flammes 16 qui brûlent en étant dirigées vers le bas Les brûleurs 9 sont alimentés en gaz de combustion par une conduite 17.Ils sont avantageusement alimentés comme illustré à la figure 4 par leurs deux extrémités 18 et 19 de façon à obtenir par la circulation même du gaz un bon refroidissement des conduits dtalimentation 20 de gaz L'air de combustion est amené au générateur par la partie supérieure comme illustré par desfl-èches pleines à la figure 5. Flair descend en aspiration dans un passage ménagé de chaquecôté entre la paroi extérieure latérale 21 dugéné- rateur et une paroi parallèle 22 On obtient ainsi un premier préchauffage de l'air et la su-ppression des pertes par rayonnement des parois extérieure-s, L'air remonte ensuite entre la paroi interne 22 du générateur et les parois 23 qui entourent la chambre de combustion 15 On obtient dans l'espace 24 entre paroi 22 et paroi 23 un second préchauffage plus pous-sé de l'air de combustion Les parois 23 sont constituées avantageusement en un matériau isolant thermique, par exemple laine de roche 54 tenue, coté extérieur par une tôle perforée 25. L'ensemble dont le volume va en divergeant du haut vers le bas forme également catisse d'assourdissement des bruits. On notera par référence aux figures 4 et 5 que la chambre de combustion 15 va en divergeant du haut vers le bas aussi bien longitudinalement que latéralement. L'air de combustion arrive alors dans le boîtier 26 formant gaine de distribution d'air pour le brûleur. Les fumées de combustion descendent dans la chambre 15 et traversent à la base de cette chambre les nappes de tubes d'échange 10 avant- d'être canalisées par une paroi 27 en dessous. de ces tubes puisde là vers le conduit 28 d'extrac- tion des fumées. On remarquera que le circuit d'air et des fumées matérialisé par les flèches pleines à l'intérieur de ia chau dière est parfaitement étanche depuis l'entrée d'air en 11 jusqu'à l'extraction par le conduit 28. En 29, au-dessus des brûleurs 9, on a montré un bouclier qui canalise l'air à llentrée du boîtier 26 et constitue également réflecteur de chaleur D'autre part, l'ensemble du générateur est entouré de parois isolantes thermiques 30, 31., 32, 33 par exemple de laine de verre convenablement maintenue entre des tôles métalliques. On décrira maintenant la circulation de l'eau.-Lteau froide provenant des retours 6 pénètre en 34 à la base du genératetrX Elle traverse d'abord la nappe des huit tubes ailetés de gros diamètre elle-meme divisée en deux ensembles de quatre tubes respectivement 35 et 36 L'veau (flèches claires) provenant du conduit 34 pénètre par la nourrice 57 pour alimenter les quatre tubes en parallèle 3-5 d'où elle ressort par la nourrice 38 pour. alimenter dans l'autre sens les quatre tubes 36. A leur sortie, les tubes 36 communiquent avec la nourrice 39 d'alimentation de la nappe supérieure des tubes 37 tous alimentés en parallèle. La sortie de ces tubes 37 communique-avec la nourrice 40 d'alimentation de la nappe supérieure 41 eux aussi alimentés tous en parallèle.La sortie-de ces tubes se fait par la nourrice 42 vers le conduit de sortie dieau chaude 43. Dans un exemple de réalisation, la nappe des tubes inférieurs comprend huit tubes ailetés de 2 491 mm de section, la nappe médiane comprend huit tubes ailetés de 380 mm de section, et la nappe supérieure comprend huit tubes lisses de 373 mm2 de section. On remarquera la forme divergente vers le bas (figure 5) de la nappe des tubes compris entre les deux parois isolantes latérales 44, 45. On notera en outre les déflecteurs constitués par des plaques 46, 47, 48 entre chaque nappe de tubes imposant la circulation des fumées autour de chaque nappe de tubes. A cet effet, la plaque 46 entre nappe supérieure et nappe médiane oblige les fumées à traverser la nappe de tubes wédia- ne en les contournant par ltextériear. La plaque déflectrice 47 entre nappe médiane et nappe basse oblige au contraire les fumées à traverser la nappe inférieure par le centre, comportant à cet effet une ouverture 49 dans sa partie centrale. La plaque déflectrice 48 située en-dessous de la nappe de tubes basse oblige les fumées à traverser toute la nappe pour s'échapper vers ltextériear. La circulation des fumées est matérialisée par les flèches pleines (figure 5) à travers les nappes de tubes. Avec une telle disposition, on obtient un gradient thermique uniforme dans chaque nappe de tubes, autrement dît un accroissement de température régulier et sensiblement identique d'une nappe de tubes à la suivante. La prévision à la nappe supérieure de tubes non ailetés de faible section permet à Ces tubes de supporter sans dommage le très fort rayonnement auxquels ils sont soumis de la part des brûleurs, et du foyer chaud, les tubes des deux autres nappes travaillant en convexion. Etant donné la disposition décrite en supposant par exemple que le retour froid se fait à 450C, on obtient sur les tubes 35, 36 de la nappe inférieure une très forte condensation de la vapeur doleau contenue dans les fumées. Liteau condensée qui cède donc-sa chaleur de condensation à ces tubes est recueillie par gravité sur la paroi 27 sur laquelle elle s'écoule dans une cuvette de récupération 50 d'où elle est évacuée à l'égout par un conduit 51. On notera que le conduit 28 des fumées fait saillie au-dessus du fond de la cuvette 50 pour éviter 'l'entraînement dans le conduit des fumées de-3leau condensée. Bien entendu, le degré de condensation variera en fonction de la température des retours froids. Plus les retours seront froids, plus la condensation sera fortc sur le tubes de la nappe basse et donc le rendement de fonctionne- ment meilleur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation illustré et décrit qui n'a été donné qulå titre exemple, l'invention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Générateur formant chaudière ou récupérateur de chaleur à condensation de vapeur dleau en particulier pour le chauffage d'eau chaude sanitaire ou de chauffage central, caractérisé en ce qugil comprend à sa partie inférieure en aval sur le circuit des fumées du corps de chauffe plusieurs nappes de tubes à circulation d'eau disposées en dessous les unes des autres. '2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites nappes de tubes sont disposées avec les retours froids en bas et les départs chauds au-dessots. 3. Générateur selon-la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en-ce que ledit corps de chauffe comprend des brûleurs à gaz montés au-dessus desdites nappes de tubes. 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits brûleurs à gaz sont orientés de fac on à fonctionner la tête en bas, flammes dirigées vers lesdites nappes de tubes. 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section des tubes de la nappe supérieure est réduite par rapportà celle des tubes de la nappe inférieure. 6. Générateur selon-l'une des reve.ndication précédentes, caractérisé en ce que les tubes sont d'autant plus ailetés qu'ils sont placés dans.une nappe plus basse. 7. Générateur selon lJune des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sections des passages des tubes et leur-groupement dans les nappes sont choisis de façon à obtenir des gradients thermiques sensiblement identiques entre l'entrée et la sortie de.lleau traversant chaque nappe 8. Générateur selon llune des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section interne du corps de chauffe du générateur va en s'élargissant du haut vers le bas. 9. Générateur selon'i'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les nappes des tubes d'échange vont en sgélargissant du haut vers le bas 10. Générateur selon ltune des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil est enfermé dansun boîtier étanche dans lequel est assurée une circulation forcée d'air de combustion admis aux brûleurs et dans lequel les produits de la combustion traversent ensuite les nappes de tubes successivement, des chicanes étant prévues à cet effet entre lesdites nappes, avant d'être extraits à la base du génératueur 11. Gçnérateur selon llune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une cuvette de récupération est formée sous les nappes de tubes ladite cuvette comprenant un trop plein d'évacuation à l'égout.