Brevet FR2507293A1 — publié le 19821210

L'invention a pour objet une chaudière à grand rendement, sans soufflerie. L'invention concerne une chaudière à grand rendement, d'une capacité allant jusqu'à environ 35 KW,et comprenant un br - leur, un échangeur de chaleur et un moyen d'admission de l'air et d'évacuation des fumées. Dans le cas de chaudières à gaz, l'expression "grand ren- dement" signifie qu'au moins le rendement de service est de 88 % du pouvoir calorifique brut, contrairement aux chaudières normale o le rendement est de l'ordre de 70-75 % Une conséquence du ren- dement élevé est que la température des fumées diminue notablemen en exigeant des mesures particulières pour s'assurer que ces fu- mées sont bien évacuées Dans une chaudière normale, le tirage engendré dans le carneau, peut être utilisé pour venir à bout de la résistance à travers l'échangeur de chaleur, en raison de la température relativement élevée des fumées évacuées Le tirage de la chaudière et le tirage de la cheminée sont souvent séparés Vu de l'autre par un registre obligatoire qui autorise l'admission d'air venant de l'espace Il faut considérer que dans les chau- dières à grand rendement, avec une surface d'échange de chaleur agrandie, il y a davantage de chaleur qui est fournie par les fu- mées, avec de ce fait, une plus grande résistance et une moindre température des fumées conduisant à un tirage insuffisant C'est pour cette raison que les chaudières à grand rendement équipées d'un échangeur de chaleur en deux parties placées l'une à côté de l'autre et reliées entre elles par une section de carneau courbe, sont équipées d'une soufflerie dans le circuit air/fumées Il fau remarquer que l'incorporation d'une soufflerie dans le circuit engendre des inconvénients notoires On note à cet effet, que l'utilisation d'une soufflerie signifie qu'une énergie-électrique supplémentaire doit être fournie avec des régulations et des dis- positifs de sécurité augmentant les prix de revient tout en impli quant en outre, un risque accru de panne. Un objet de la présente invention est de fournir une chau dière à grand rendement o l'évacuation des fumées peut se faire d'une façon fiable, sans avoir besoin d'utiliser une soufflerie. Selon la présente invention, la chaudière à grand rende- ment est équipée de moyens d'alimentation et d'évacuation formant un circuit fermé Ces moyens comprennent une colonne de gaz chaud reliée directement au brûleur, dont le tirage thermique engendré 2 2507293 surmonte la résistance engendrée par l'échangeur de chaleur, tan- dis qu'un moyen est en outre prévu pour limiter la formation de chaleur par la colonne de gaz chauds. Selon ces caractéristiques, un circuit thermique fermé, relative- ment important, sous forme de colonne de gaz chauds, est créé dans la chaudière à grand rendement, pour l'alimentation et l'éva- cuation cui sont disposées à proximité l'une de l'autre Cette disposition évite l'emploi de registre entre l'échangeur de cha- leur et le carneau, tout en créant des conditions supplémentaires pour que l'évacuation des fumées soit assurée sans aides exté- rieures Un des avantages de cette disposition désignée sous le nom de système à carneau équilibré, est que toutes les variations de pression dans le circuit air/fumées, sont éliminées en évitant le fonctionnement défectueux de la colonne de gaz chauds De ce fait, le rendement du générateur thermique est optimum Ces dis- positions éliminent les moyens connus, prévus dans la partie mu- rale de la chaudière, au-dessus du brûleur, et destinés à utiliser la chaleur d'une façon efficace pour chauffer son propre moyen de transport. Dans une réalisation préférée de l'invention, la chaudière à grand rendement est adaptée pour fonctionner en utilisant le gaz comme combustible Cette chaudière est caractérisée par un change- ment de température qui diminue doucement dans la colonne de gaz chauds, suivant une hauteur dépendant de sa capacité Par exemple, cette hauteur varie d'environ 20 cm ou plus, pour une capacité maximale d'une chaudière, de 8 KW, jusqu'à environ 35 cm ou plus, dans le cas d'une capacité maximale d'une chaudière, de 35 KW Il est également possible de réaliser une chaudière à grand rendement avec des dimensions verticales qui diffèrent à peine des chaudières connues Dans une variante, le sens de débit de l'alimentation et d'évacuation d'air et des fumées, est essentiellement vertical pour réduire au minimum la résistance de la circulation Dans une autre variante, la conception de la chaudière à grand rendement est con- sidérablement améliorée avec une construction de gaine de la colonne de gaz chauds, calculée pour que l'émission de chaleur provenant de la radiation et de la convection, soit minime La transmission de la chaleur par la colonne de gaz chauds peut encore être améliorée si la gaine de la colonne de gaz chauds comprend un isolant ou est établie avec un matériau mauvais conducteur L'on conçoit que se- lon l'invention, les dimensions de la chaudière à grand rendement sont réduites au minimum, avec un effet optimal, si la colonne ( gaz chauds qui est limitée en bas par le brûleur, est limitée et haut par l'échangeur de chaleur. Il est également possible, dans le cadre de l'invention, de réaliser l'échangeur de chaleur sous forme d'un tube vertical à double paroi, disposé au-dessus du brûleur. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le M- miter, dans le dessin annexé. La figure 1 est une vue schématique d'une première réali -10 sation d'une chaudière selon l'invention; La figure 2 est une vue schématique d'une réalisation er variante d'une chaudière selon l'invention. La chaudière à grand rendement illustrée figure 1 et for tionnant au gaz, ( 1), comprend un brûleur ( 2), un échangeur de chaleur ( 3) et un espace de récupération des fumées ( 4) en comm. nication avec un carneau ( 5) Il est prévu, entre le brûleur ( 2 J et l'échangeur de chaleur ( 3) avec un tuyau d'arrivée d'eau ( 6) et un tuyau de sortie d'eau ( 7), un espace ( 8) ayant une hauteur suffisante pour former générateur thermique sous forme d'une co- lonne de gaz chauds proportionnelle à la capacité de la chaudièl (l} A titre d'exemple, cette hauteur est d'environ 20 cm ou pli dans le cas d'une petite chaudière ayant une capacité maximale d'environ 8 KW, et de 35 cm ou plus, dans le cas d'une grosse cl dière ayant une capacité maximale d'environ 35 KW. Dans cette colonne de gaz chauds, la zone disposée à côt du brûleur ( 2), a une température la plus élevée Cette tempéra- ture diminue dès que la colonne de gaz chauds est irrégulière et perturbée La capacité du générateur thermique, déterminée par 1 température et la hauteur de la colonne de gaz chauds, doit en outre tenir compte de la diminution de température dans ladite colonne qui doit être réduite au minimum Cet inconvénient est supprimé en construisant la gaine de la chaudière à proximité d E la colonne de gaz chauds, suivant le brûleur utilisé, de telle manière que la somme de transmission de chaleur par radiation et par convection, soit minimale, sans toutefois exclure l'utilisa- tion d'une chemise d'eau En outre, il est également possible d'équiper la gaine de la chaudière d'un isolant ou d'un matériat mauvais conducteur. La chaudière ( 1) est en outre équipée d'un circuit fermé d'alimentation d'air et d'évacuation des fumées A cet effet, ur 3 - canalisation d'alimentation d'air ( 9) est prévue, avec une entrée située à proximité de la sortie du carneau ( 5), aboutissant norma- lement à l'atmosphère, tandis que les deux canalisations sont dis- posées dans une enveloppe de la chaudière ( 1) Par suite de cette disposition de la canalisation d'alimentation d'air ( 9), la chau- dière est complètement étanche Une telle construction est connue sous le nom de "système à carneau équilibré", ce qui, en collabo- ration avec le générateur thermique, rend possible la bonne éva- cuation des fumées dans une chaudière à grand rendement, sans avoir à faire appel à des aides supplémentaires, telles une souf- flerie Puisque le "système à carneau équilibré" supprime les variations de pression différentielle entre l'alimentation et l'évacuation, le registre peut être supprimé De ce fait, la co- lonne de gaz chauds agissant comme un générateur thermique, est capable de fournir un tirage suffisant pour une alimentation et une évacuation adéquates de l'air et des fumées, en assurant un bon fonctionnement du système. La figure 2 illustre une variante de réalisation de la chaudière selon l'invention Selon cette variante, la chaudière à grand rendement ( 11) comporte un échangeur de chaleur ( 13) formé par un tube à double paroi constituant un espace qui se rétreint en ( 14) au-dessus du brûleur ( 12), et qui se continue par une canalisation ( 15) de section constante, comparable à un carneau. L'eau circulant dans le tube à double paroi forme échangeur de chaleur et est acheminée par une canalisation d'alimentation ( 16) et une canalisation d'évacuation ( 17) L'espace ( 14) et la cana- lisation ( 15) peuvent être de toute forme, afin d'optimiser la transmission de chaleur entre les fumées et l'eau. Entre le brûleur ( 12) et l'espace rétreint ( 14), est éga- lement formé un espace ( 18) de section transversale constante et d'une hauteur suffisante suivant la capacité de la chaudière, pour assurer la formation d'un générateur thermique sous forme d'une colonne de gaz chauds. En raison de la forme particulière de l'échangeur de cha- leur ( 13), l'émission de la colonne de gaz chauds est favorable- ment limitée La qaine de la chaudière peut être construite judi- cieusement, de façon que la somme de transmission de chaleur par radiation et par convection, soit minimale. Une canalisation d'air ( 19) est en outre prévue avec une entrée située en dehors de l'espace o la chaudière ( 11) est 4 - 2507293 installée, et à proximité du carneau ( 15), de manière à former un circuit fermé d'alimentation et d'évacuation La canalisation d'alimentation d'air ( 19) et le carneau ( 15) disposés concentri- quement, se prolongent en dehors d'une enveloppe ( 20). Il est bien évident que cet échangeur peut s'appliquer également dans le cas d'autres fluides, tels un échange de chaleu air/air. L'invention ne se limite aucunement à celui de ces modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ces O 10 diverses parties ayant plus spécialement été indiqués; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. -6 2507293 R E V E N D I C A T I O N $ -1 Chaudière à grand rendement, d'une capacité allant jusqu'à environ 35 KW, et comprenant un brûleur ( 2), un échangeur de chaleur ( 3) et un moyen pour fournir de l'air et évacuer les fumées, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation et d'évacuation forment un circuit fermé et comprennent une colonne de gaz chauds ( 8) reliée directement au brûleur ( 2), et dont le tirage thermique engendré peut surmonter au moins la résistance engendrée par l'échangeur de chaleur, un moyen étant prévu pour limiter la formation de chaleur par la colonne de gaz chauds. -2 Chaudière à grand rendement selon la revendication 1, adaptée pour fonctionner en utilisant le gaz comme combustible, caractérisée par une variation de température qui diminue dans la colonne de gaz chauds ( 8) établie suivant une hauteur dépendant de sa capacité et allant d'environ 20 cm ou plus, dans le cas d'une capacité maximale de chaudière, de 8 KW, à 35 cm ou plus, dans le cas d'une capacité maximale de chaudière, de 35 KW. -3 Chaudière à grand rendement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le sens d'écoulement dans l'alimen- tation et l'évacuation de l'air et des fumées, est essentiellement vertical. -4 Chaudière à grand rendement selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la colonne de gaz chauds ( 8) a une gaine de construction telle que la-s;omme de l'émission de chaleur par radiation et par convection, est minimale. -5 Chaudière à grand rendement selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la gaine de la colonne de gaz chauds est établie avec un isolant ou un matériau mauvais conducteur. -6 Chaudière à grand rendement selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, dans laquelle, au moins une partie de l'échangeur de chaleur est placée essentiellement ver- ticalement au-dessus du brûleur ( 2) ( 12), cé'ractér-sée en ce que 7 2507293 la colonne de gaz chauds ( 18) est limitée en bas par le brûleur ( 2) ( 12), et en haut, par l'échangeur de chaleur ( 3) ( 13). -7 Chaudière à grand rendement selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur ( 3) ( 13) comprend un tube à double paroi disposé verticalement et de section transversale appropriée, le brûleur ( 12) étant au bas de ce tube ( 13).