Brevet FR2499688A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne une chaudière à liquide caloporteur tel que de l'eau pour des combustibles tendant à provoquer des encrassements tels que le bois ou le mazout. Quel que soit le réglage d'une chaudière, la combustion du bois donne lieu à des imbrulés gazeux qui s'échappent avec les fumées et se déposent sur les parois froides sous forme de goudrons. Il en est de même, à un degré moindre, avec le mazout, où les dépôts s'effectuent sous forme de suie. I1 existe des chambres de post-combustion, essentiellement constituées par une boute à fumée classique, mais qui ne sont susceptibles de briller que des imbrûlés légers tels que l'hydrogène ou l'oxyde de carbone. Pour arrêter les imbrûlés lourds envisagés ici, on a utilisé des chicanes placées sur le trajet des fumées et refroidies par l'eau. Mais on ne parvient ainsi qu'à localiser les dépôts et non à les supprimer. En outre, le ramonage s'avère difficile. La présente invention vise à réaliser une chaudière dans laquelle les imbrûlés lourds tels que goudrons et suie fassent ltobjet d'une post-combustion complète. Suivant l'invention, la chaudière à liquide caloporteur tel que l'eau, pour combustible tendant à provoquer des encrassements par dépôt de goudrons ou de suie, comprend un foyer entouré d'une double enveloppe à circulation de liquide formant une sole et des parois latérales, et une botte de collecte des fumées extérieure à la double enveloppe, communiquant avec le foyer et comportant un élément de tuyauterie d'évacuation. Elle est caractérisée en ce que la botte à fumée est reliée au foyer par l'intermédiaire d'au moins un passage muni d'un déflecteur plein disposé pour donner aux fumées un mouvement tourbillonnaire. Le déflecteur plein (et par consequent non refridi) est porté à haute température et conduit les fumées daiis la boite à fumée a une température qui ceche la (ondensation des goudrons. Dans cette boîte, aux parois également très chaudes, la turbulence provoquée ptr le déflecteur favorise une combustion quasi-complète des goudrons. Dans le cas de combustion de mazout, le même effet s'observe sur les particules de carbone normalement oratrices de suie. Suivant une réalisation préférée de l'invention, le passage de fumée précité comprend un certain nombre de tubes d'axe vertical fixés sur un support lui-même fixé aux parois interne de la chaudière , dans une disposition qui rappelle les tubes de furneesclassiques. Dans chaque tube, le déflecteur comprend avantageusement une plaque vrillée, sensiblement hélicoldale, propre à conférer aux fumées la turbulence convenable. Chaque plaque comprend une traverse prévue pour reposer sur le bord supérieur du tube. Le mauvais contact thermique ainsi établi entre le support et le déflecteur contribue à éviter tout refroidissement du déflecteur. On a d'autre part un montage simple et facilement démontable. Chaque plaque est avantageusement obtenue à partir d'une plaque plane rectangulaire par deux pliages obliques. On obtient ainsi de façon très économique l'équivalent pratique d'un hélicoïde. suivant une réalisation préférée de l'invention, l'élément de tuyauterie de la boîte à fumées est dirigé transversalement à la direction de passage des fumées entre le foyer et la boîte à fumées. On a constaté une amélioration du fonctionnement grâce à cette disposition. On peut penser qu'une tuyauterie dirigée dans le prolongement du passage des fumées provoque, par le tirage, un effet d'aspiration énergique qui contrarie la turbulence dans la boîte à fumées. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, suivant I-I de la fig. 3, d'une chaudière conforme à l'invention, La figure 2 est une vue en plan avec demi-coupe, suivant II-II de la fig. 3 avec enlèvement partiel du calorifuge supérieur, La figure 3 est une vue latérale de la chaudière suivant III-III de la fig. 1, La figure 4 est une vue en perspective d'un déflecteur, La figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la fig. 4. En référence aux figures 1 à 3, une chaudière à eau chaude comprend un foyer 1 entouré d'une double enveloppe 2 formant une sole 3 et une paroi latérale cylindrique 4. Cette chaudière est destinée à brûler du bois et, de façon connue, le foyer 1 ne comporte pas de grille. La double enveloppe 2 est en relation avec un circuit d'eau chaude par des ajutages 5 et 6, respectivement d'entrée et de sortie. Hu-dessus de la double enveloppe 2, et dans le prolongement des parois cylindriques, est disposée une boîte à fumées 7 fermée à sa partie supérieure par un couvercle 8 muni d'une trappe de visite 9. Un élément de tuyauterie 11 est prévu pour raccorder la boîte à fumées à une conduite d'évacuation. L'axe de cet Clénient est sensiblement perpendiculaire à l'axe de révolution de la double enveloppe 2. Une porte d'alimentation 12 est disposée environ à mi-hauteur de la chaudière et, au voisinage de la sole 3, une ouverture 13 est prévue pour le décrassage du foyer. Cette ouverture est fermée par une trappe 14 dans laquelle est pratiquée une ouverture d'entrée d'air obturable par une opercule 15 reliée à un thermostat à bilame 16 par une chaine 17. A l'extrémité de la double enveloppe 2 voisine de la boîte à fumées 7 sont disposés des tubes 18 d'axes parallèles à la double enveloppe fixés sur deux disques pleins 19 parallèles à la sole 3 et fixés eux-memes sur la double enveloppe. De la sorte, la boîte à fumées 7 ne communique avec le foyer 1 que par les tubes 18 qui constituent le seul passage des fumées. Des trous 20 font communiquer la double enveloppe 2 avec l'espace situé entre les disques 19, de manière à établir une circulation d'eau autour des tubes 18. Dans chaque tube 18 est disposé un déflecteur 21 représenté isolé à la figure 4. Ce déflecteur comprend une plaque pleine rectangulaire 22 dont les bords ont été pliés suivant des plis obliques 23 de manière à lui conférer unefbrme vrillée se rapprochant de celle d'un hélicoïde (fig. 4 et 5). Une traverse 24 est fixée sur la plaque à l'opposé des régions pliées, et sa longueur est supérieure au diamètre des tubes 18, de manière que le déflecteur 21 ainsi constitué puisse reposer sur le bord supérieur du tube (fig. 1). L'ensemble de la chaudière repose sur des pieds 25 et est recouvert d'un calorifuge 26. La chaudière décrite présente un certain nombre de caractéristiques dimensionnelles qui sont nécessaires à un fonctionnement satisfaisant. ..insi, la longueur des tubes 18 est sensiblement ;gale ; la hauteur B de la boîte à fumées 7, et cette tulut ur B est elle-même comprise entre 15 et 20% de la hauteur F du foyer définie entre la sole 3 et l'extrémité tel'entre des tubes 18. Il en résulte que la somme de la hauteur B de la boîte à fumées et de la longueur des tubes 18 doit être comprise entre 30 et 40% de la hauteur F du foyer, mais il est préférable de limiter cette plage entre 30 et 35 %. La section de passage totale offerte par les tubes 18 est comprise entre 20 et 40% de la section transversale du foyer 1. Dans l'exemple décrit, elle est de 25, valeur à considérer comme préférentielle. La section de l'élément de tuyauterie 1l d'évacuation est comprise entre 20 et 40% de la section de passage totale des tubes 18. Dans l'exemple décrit, ce rapport est de 33%, valeur préférentielle. En fonctionnement, les fumées passent dans les tubes 18 et longent les déflecteurs 21. Du fait de leur montage par l'intermédiaire des traverses 24, les déflecteurs 21 sont en mauvais contact thermique avec les tubes 18 et, par conséquent, très chauds. Il en résulte que les fumées sont amenées à haute température dans la boîte à fumées 7 sans qu'aucun dépôt de goudron ne se produise sur les parois qu'elles longent. Une fois les fumées parvenues dans la boîte 7, la turbulence provoquée par les déflecteurs 21 favorise les chocs intermoléculaires et les vapeurs de goudron sont parfaitement brûlées. Il est possible également qu'un effet catalytique se produise au voisinage des parois chauffées. Du fait de cette post-combustion, les parois de la boîte à fumées sont portées à haute température et elles émettent par rayonnement un flux de chaleur important vers la chaudière, en se comportant approximativement comme un corps gris. Dans ces conditions, la post-combustion des imbrûlés gazeux représente une récupération d'énergie relativement importante, ce qui est confirmé par l'amélioration constatée du rendement de la chaudière. On a même constaté, de façon surprenante, que la température des fumées à la cheminée était abaissée par rapport aux chaudières connues. Suivant une solution non représentée, la chaudière peut avantageusement comporter un brûleur à mazout qui sert à l'allumage du bois, et qui peut également servir de moyen de chauffage unique, en l'absence de bois. On a constaté, dans la marche au mazout, l'absence de dépôt de suie, analogue à l'absence de dépôt de goudron dans la marche. au bois. L'invention permet donc d'une part une amélioration du rendement de combustion par post-combustion des imbrûlés gazeux, et d'autre part une amélioration du rendement de transmission par suppression des dépôts isolants sur les parties hautes refroidies (notamment le ciel) des chaudières classiques, sans nécessiter les habituels ramonages souvent difficiles et imparfaits. En outre, ces avantages sont obtenus par une construction très économique. Bien entendu,l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais couvre toute variante constructive à la portée de l'homme de ltart. REVENDICATIONS 1. Chaudière à liquide caloporteur tel que l'eau, pour combustible tendant à provoquer des encrassements par dépôt de goudrons ou de suie, comprenant un foyer (1) entouré d'une double enveloppe (2) à circulation de liquide formant une sole (3) et des parois latérales (4), et une boîte (7) de collecte des fumées extérieure à la double enveloppe, communiquant avec le foyer (1) et comportant un élément (11) de tuyauterie d'évacuation caractérisée en ce que la boite à fumées (7) est reliée au foyer (1) par l'intermédiaire d'au moins un passage (18) muni d'un déflecteur plein (21) disposé pour donner aux fumées un mouvement tourbillonnaire. 2. Chaudière conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le passage de fumées précité comprend un certain nombre de tubes (18) d'axe vertical fixés sur un support (19) lui-même fixé aux parois internes de la chaudière. 3. Chaudière conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que, dans chaque tube (18), le déflecteur comprend une plaque vrillée (21), sensiblement hélicoidale. 4. Chaudière conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que chaque plaque (21) comprend une traverse (24)prévue pour reposer sur le bord supérieur du tube (18). 5. Chaudière conforme à l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque plaque (21) est obtenue à partir d'une plaque plane (22) rectangulaire par deux pliages obliques (23). 6. Chaudière conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément (11) de tuyauterie d'évacuation de la boîte à fumées (7) est dirigé transversalement à la direction de passage des fumées entre le foyer (1) et la boîte à fumées (7). 7. Chaudière conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le passage des fumées du foyer (1) à la boîte à fumées (7) s'étend sur une longueur sensiblement égale à la hauteur (B) de la boîte à fumées (7). 8. Chaudière conforme à liune des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la hauteur (B) de la boite à fumées (7) est comprise entre 15 et 20% de la hauteur (F) du foyer (1) définie entre la sole (3) et l'entrée du passage de fumées (18) vers la boîte à fumées (7). 9. Chaudière conforme à 1'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la somme de la hauteur (B) de la boîte à fumées (7) et de la longueur du passage (18) entre le foyer (1) et ladite boite (7) est comprise entre 30 et 35% de la hauteur (F) du foyer (1) définie entre la sole (3) et l'entrée dudit passage (18). 10. Chaudière conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la section totale du passage des fumées (18) du foyer (1) vers la boîte à fumées (7) est comprise entre 20 et 40% de la section du foyer (1). 11. Chaudière conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la section de l'élément (11) de tuyauterie d'évacuation des fumées est comprise entre 20 et 40% de la section du passage (18) des fumées du foyer (1) vers la boîte à fumées (7).