Brevet FR2499223A1 — publié le 19820806

La présente invention concerne d'une manière générale, les chaudières destinées aux installations de chauffage cen- tral. Le demandeur a proposé dans sa demande de brevet franças NI 2 311 258 du 16 Mai 1975 et le premier certificat d'addi- tion y rattaché NO 2 348 448 du 13 Avril 1976 une chaudière destinée à une installation de chauffage central dans la- quelle le corps de chauffe est formé par un réseau d'éléments tubulaires comprenant, une première ceinture supérieure, et une seconde ceinture inférieure fc mant collecteurs, qui sont réunies, et en communication, par une pluralité d'éléments tubulaires, l'ensemble que constitue les ceintures et les éléments tubulaires étant noyé dans un matériau réfractaire formant le foyer. On sait que la combustion, en particulier d'un combusti- ble solide ne donne pas, à l'intérieur du foyer, un degré de température égal en tous points, de sorte que le matériau réfractaire et le corps de chauffe sont soumis à des contrain- tes néfastes qui se répercutent sur la longévité de vie des organes en cause, et partant, sur le bon rendement calorifi- que de la chaudière. En effet, l'expérience a montré qu'il pouvait se produi- re, dans le temps, des détériorations du foyer, notamment du matériau réfractaire, lesquelles sans comporter aucun carac- tère de gravité, pouvaient avoir quelque influence sur un fonctionnement irréprochable de la chaudière. L'invention a pour objet une chaudière du genre considé- ré avec un foyer et un corps de chauffe, ayant une structure propre à conférer à la chaudière des caractéristiques mécani- ques et thermiques plus élevées comparativement à la techni- que antérieure. Une chaudière suivant l'invention, en particulier pour installation de chauffage central, pouvant fonctionner indis- tinctement avec un combustible liquide ou solide, et du type comportant un foyer avec un corps de chauffe parcouru par un fluide à réchauffer, ce corps de chauffe étant raccordé de manière connue à l'installation, ledit foyer étant globale- ment parallélépipédique avec une paroi de dessus et de dessous une paroi de façade, une paroi de fond, et des cotés laté- raux, se caractérise par le fait que le corps de chauffe comprend une capacité supérieure et une capacité inférieure lesquelles sont réunies et en communication, au moyen d'une pluralité d'éléments tubulaires avantageusement parallèles et rectilignes, lesdites capacités ayant une surface corres- pondante respectivement à la surface intérieure des parois de dessus et de dessous. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la 1o partie inférieure du corps de chauffe ainsi constituée, est enveloppée, sur environ les trois quart de la hauteur des éléments tubulaires, avec un matériau réfractaire connu en soi, mais de telle manière que des chambrages sont formés en- tre éléments tubulaires et matériau réfractaire. Un tel corps de chauffe offre comme avantage celui d'être d'une construction simple alliée à une robustesse surprenante. Suivant une autre caractéristique importante de l'inven- tion, les passages mettant en communication les éléments tu- bulaires avec les capacités, sont prévus avec des sections décroissantes de l'arrière du foyer vers la paroi de façade. Selon une autre caractéristique de l'invention le maté- riau réfractaire n'adhère pas aux éléments tubulaires, grâce aux chambrages annulaires ménagé lors de la réalisation du matériau réfractaire. De telles dispositions prises conjointement confèrent à un tel foyer des caractéristiques mécaniques et thermiques remarquables. En effet, le matériau réfractaire agissant comme échan- geur de chaleur permet d'avoir -en fonctionnement de la chau- dière- des parois de foyer dont le degré de température est compris entre 500 et 800 degrés centigrades alors que les éléments tubulaires sont sensiblement à un même degré de tem- pérature que le fluide circulant dans l'installation, en sor- te que le corps de chauffe n'est pas soumis à des contraintes excessives. De plus, la surface du matériau réfractaire étant soumi- se à une forte chaleur ainsi qu'il vient d'être dit, offre 1' avantage de former une surface autonettoyante empêchant ainsi l'encrassement du foyer. En outre, le fait de prévoir des passages de communica- tion qui soient décroissants de l'arrière vers l'avant de la chaudière (zone à plus faible degré de température) ainsi que des capacités supérieure et inférieure respectivement, complè- tent la disposition cidessus, du fait que l'on obtient ainsi une répartition calorifique uniforme dans le corps de chauffe d'o il résulte des dilatations également uniformes de ce dernier, et ce, sans aucun effet sur le matériau réfractaire du fait des chambrages annulaires, ce qui présente un avanta- ge incontestable notamment dans le cas o la combustion peut être déportée dans le foyer si l'on utilise un combustible solide. on remarquera que le matériau réfractaire n'occupe pas la totalité de la hauteur des éléments tubulaires, la raison en étant qu'à ce niveau les gaz de combustion ne sont pas susceptibles de provoquer un encrassement desdits éléments tubulaires; de plus cette disposition permet d'obtenir à 1' intérieur du foyer une égalité de puissance calorifique quels que soient les combustibles utilisés. Ces dispositions prises conjointement conduisent à une chaudière particulièrement robuste, avec un fonctionnement sûr, dans laquelle le combustible est avantageusement consti- tué par du bois de chauffage, mais pourrait être aussi consti- tué par un combustible liquide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre don- née à titre d'exemple en référence aux planches de dessins annexées dans lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective schématique d'une chaudière selon l'invention pour installation de chauffage; la figure 2 est une coupe longitudinale suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 illustre en perspective le corps de chauffe; la figure 5 est une vue en coupe à plus grande échelle suivant la ligne V-V de la figure 4, cette vue montrant plus particulièrement les passages entre éléments tubulaires et cuve supérieure; la figure 6 est une vue en coupe à échelle agrandie sui- vant la ligne VI-VI de la figure 3, cette vue montrant en particulier la chambre annulaire ménagée entre éléments tubu- laires et matériau réfractaire et, la figure 7 est une vue en coupe à plus grande échelle, suivant la ligne VII-VII de la figure 1, montrant l'alimenta- tion en air primaire du foyer. Dans la forme d'exécution choisie et représentée aux fi- gures 1 à 7, une chaudière selon l'invention comporte un corps de chauffe indiqué dans son ensemble par 10 qui est disposé dans une carrosserie 11 thermiquement isolée par tout moyen convenable connu en soi, la carrosserie étant illustrée sur les dessins par une forte épaisseur dans un but de simplifi- cation. La carrosserie 11, globalement parallélépipédique, com- porte de manière connue un dessus 12, un dessous 13, une pa- roi de façade 14, une paroi de fond 15, ainsi que des parois latérales respectivement 16 et 17; toutes ces parois étant recouvertes par une épaisseur de laine de verre 18. Le corps de chauffe (voir en particulier figure 4) est constitué par une capacité supérieure 20, une capacité infé- rieure 21, lesquelles sont réunies et en communication par une pluralité d'éléments tubulaires 22. Les capacités précitées soit de forme aplatie, elles sont quadrangulaires et présentent des dimensions correspondant aux parois internes respectivement du dessus 12 et du dessous 13, en sorte qu'elles-occupent toute la surface de ceux-ci, tandis que les éléments tubulaires 22 parallèles entre eux, et perpendiculaires au plan des capacités, sont disposés de manière à se trouver respectivement au voisinage des côtés latéraux 16, 17 et du fond 15. La capacité supérieure 20 comporte, sensiblement dans une zone centrale, un départ 24 de fluide vers une installa- tion (non représentée) alors que la capacité inférieure com- porte un retour 25 disposé par exemple sur un côté. On se référera maintenant plus particulièrement à la fi- gure 5, suivant laquelle on voit clairement que les éléments tubulaires 22 sont raccordés à la capacité 20 au moyen de soudures 27, et que les passages 28 mettant en communica- tion ces éléments tubulaires avec la capacité, ont une sec- tion progressivement croissante de l'avant "AV" vers l'ar- rière "AR" l'avant étant la paroi 14 et l'arrière la paroi 15 de la chaudière. Une disposition similaire est adoptée en ce qui concer- ne la liaison et les passages des éléments tubulaires 22 avec la capacité inférieure 21. Les éléments tubulaires 22 sont espacés les uns vers les autres sensiblement d'une valeur correspondant à leur diamè- tre, et ils sont (figures 2 et 3 en particulier) enveloppés sur sensiblement les trois quart de leur hauteur par un ma- tériau réfractaire 30; de même une dalle 31 de matériau ré- fractaire est coulée sur la capacité inférieure 21. On observera qu'une chambre annulaire 32 est formée en- tre chaque élément tubulaire 22 et le matériau réfractaire par la mise en place, autour des éléments tubulaires, et antérieurement à la coulée du matériau réfractaire, d'une pellicule de protection apte à disparaître par combustion dès la mise en route de la chaudière. De telles dispositions, prises conjointement, (passages calibrés entre capacités et éléments tubulaires, matériau réfractaire enveloppant avec jeu partiellement les éléments tubulaires sur une partie de leur hauteur, éléments tubulai- res rectilignes), permettent d'obtenir en fonction du circuit des gaz de combustion une dilatation uniforme du corps de chauffe, en sorte que ce dernier n'est, en un quelconque en- droit, soumis à des contraintes néfastes. On notera que la hauteur du matériau réfractaire envelop- pant les éléments tubulaires a été choisie afin de trouver une égalité de puissance entre les combustibles liquides (fuel) et solides tels que bois, charbon, et ce en fonction du parcours des gaz de combustion. Après insertion du corps de chauffe 10 dans la carrosse- rie, on place dans le foyer ainsi réalisé un carneau 35 qui est suspendu à la capacité supérieure 20 au moyen d'un seul point d'attache 36 permettant ainsi une liberté pratiquement totale de dilatation de ce carneau. Le carneau en cause présente une forme globale de bac renversé, avec une face ouverte 35A. située en regard d'une ouverture de chargement 37 fermée par une porte 38, face ouverte et porte étant prévues sur la paroi de façade 14. Le carneau 35 est disposé de telle manière que ses bords inférieurs 40 se trouvent légèrement en dessous du bord su- périeur du matériau réfractaire 30 enveloppant les éléments tubulaires, tout en laissant un espace E destiné à l'évacua- tion des gaz de combustion vers une cheminée 42 aménagée dans la paroi de fond 15. La paroi de façade 14 est (dans l'exemple représenté) adaptée à porter d'une part, un brûleur 43 avec entrée 44 d' air secondaire, lequel brûleur est disposé en regard d'une ouverture 45 et, d'autre part, un registre 46 d'admission d' air primaire, connecté par cable ou autre 47 à un calorstat 48 connecté à la capacité supérieure 20. Une grille 50 surplombant la dalle 31 est également pré- vue dans le foyer F ainsi aménagé pour combustible solide. Le dispositif d'arrivée d'air primaire, bien visible en particulier à la figure 7, comporte un bottier 51 rapporté sur la face frontale de la paroi 14 et sur lequel est monté pivotant en 52 le registre 46 précité. Le bottier 51 comporte sur sa face avant 53 une ouvertu- re 54 et sur sa face arrière 55 une ouverture 56 qui est elle même placée en vis-à-vis d'un passage 57 aménagé dans la pa- roi 14. Une trappe 58 est montée mobile verticalement sur la fa- ce arrière 55 au moyen d'écrous 59 déplaçables dans des lu- mières 60 ménagées dans ladite face arrière. On peut ainsi par ce montage régler l'admission de l'air primaire à l'intérieur du foyer F selon la position de la trappe 58 qui obture plus ou moins l'ouverture 56, et ce, en fonction notamment de l'aspiration du conduit de cheminée non représenté ici par lequel les gaz de combustion sont évacués. Avec une telle disposition, l'admission d'air primaire à l'intérieur du foyer est constante quelle que soit la posi- tion donnée au registre 46 par l'intermédiaire du calorstat 48 et ce, jusqu'à la fermeture totale de ce registre, posi- tion pour laquelle l'installation de chauffage est à la tem- pérature désirée affichée par le calorstat 48. Une chaudière avec une configuration selon la présente invention, offre entre autres avantages celui de ne pas impo- ser au corps de chauffe des contraintes excessives notamment du fait que la présence du matériau réfractaire constitue un échangeur de chaleur modulant la température du fluide par- courant le corps de chauffe, c'est-à-dire environ 900 pour une installation de chauffage central normale, et 105 degrés pour une installation de chauffage en eau surchauffée De ce fait, les éléments tubulaires rectilignes, en com- binaison avec les chambres annulaires ménagées autour de cha- que élément tubulaire n'ont aucune influence néfaste sur le matériau réfractaire qui conserve ainsi dans le temps toutes ses caractéristiques initiales. Il sera observé que les passages E ménagés entre les bords du carneau et le foyer agissent comme un passage cali- bré pour l'évacuation des gaz vers la partie supérieure des éléments tubulaires avant leur évacuation dans la cheminée. De plus, dans le cas o la chaudière fonctionne avec un combustible solide, tel que du bois de chauffage, la dalle inférieure, vu son degré de température élevé agit comme un incinérateur en sorte que les petits déchets incandescents tombant sur cette dalle se trouvent incinérés et ne donnent pratiquement pas de cendres. L'air secondaire passant à travers le brileur (trajet fléché Fl) est admis en permanence à l'intérieur du foyer F, et il est destiné à enflammer les gaz délivrés de l'intérieur du foyer par la combustion d'un quelconque combustible solide (bois, charbon, ou autres). La configuration du foyer, en combinaison avec les amenées d'air primaire et secondaire conduit à une combustion parfaite du combustible conférant à la chaudière des performances calo- rifiques remarquables, avec une grande sureté dans le fonction- nement, tout en évitant l'encrassement du foyer. Il convient de préciser en outre qu'une telle chaudière peut être équipée, ainsi qu'il est illustré sur les figures d'un brûleur apte à former un passage d'admission d'air se- condaire; mais une telle chaudière peut aussi être dépourvue d'un tel brûleur si le combustible devant être utilisé est solide. Dans ce cas, l'amenée d'air secondaire à l'intérieur du foyer sera effectuée à travers un diffuseur d'air à orifi- ce calibré disposé sur la face avant de la carrosserie au lieu et place du brûleur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée laquelle est au contraire suscep- tible de modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Chaudière, en particulier pour installation de chauf- fage central, pouvant fonctionner indistinctement avec un combustible liquide ou solide, et du type comportant une carrosserie dans laquelle est aménagé un foyer avec un corps de chauffe parcouru par un fluide, ledit corps de chauffe étant adapté à être raccordé à une installation de chauffage connue en soi, et ledit foyer étant globalement parallélépi- pédique avec un dessus, un dessous,une paroi de façade, un fond, et des côtés latéraux, caractérisée par le fait que le corps de chauffe est constitué par une capacité supérieure, et une capacité inférieure, qui sont reliées et en communi- cation, au moyen d'une pluralité d'éléments tubulaires tous rectilignes. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractériséeen ce que les capacités sont en forme de cuve aplatie, elles sont quadrangulaires et leurs dimensions correspondent respec- tivement aux parois de dessus et de dessous de la carrosserie. 3. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments tubulaires sont parallèles entre eux, ils sont voisins des deux côtés latéraux et du fond de foyer. 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la communication entre capacité et éléments tubulaires est assurée par des passages ménagés dans lesdites capacités. 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que pour les éléments tubulaires voisins des côtés latéraux, les passages sont de diamètres progressivement croissants en partant du fond du foyer vers la paroi de façade. 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments tubulaires sont enveloppés sur un tronçon inférieur dans un matériau réfractaire. 7. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau réfractaire s'étend sensiblement sur les trois quart de la hauteur des éléments tubulaires. 8. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un espace annulaire est ménagé entre les éléments tubulaires et le matériau réfrac- taire. 9. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un carneau disposé dans le foyer ca- ractérisée en ce que le carneau est en forme globale de bac renversé avec une face ouverte côté paroi de façade du foyer. 10. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carneau est suspendu en un point au foyer, avantageusement à la cuve supérieure. 11. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bords inférieurs du carneau sont sensiblement au même niveau que le bord supérieur du matériau réfractaire, en ménageant un espace avec ce dernier. 12. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, en façade, et en partie inférieure, elle comporte un orifice d'admission d'air primai- re qui est réglable d'une part, au moyen d'un volet monté verticalement coulissant sur un support, et, d'autre part, au moyen d'un registre associé à un appareil de contrôle. 13. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une grille située un peu au dessus d'une dalle en matériau réfractaire constituant la surface inférieure du foyer. 14.Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une couche de laine de verre est prévue sur chaque face du foyer. 15. Forme de réalisation d'une chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de façade comporte une arrivée d'air secon- daire passant en permanence à travers un brOleur, ou à tra- vers un diffuseur d'air, en débit constant asservi au régla- ge d'un orifice calibré d'arrivée d'air secondaire.