Brevet FR2500915A2 — publié le 19820903

FR 2500915 A2 19820903 FR 8104264 A 19810302 CHAUDIERE BASSE PRESSION PERFECTIONNEE L'invention concerne une chaudière basse pression perfectionnée qui peut soit être équipée d'un brûleur à combustible liquide (mazout...), soit être adaptée pour brûler des combustibles solides ou à l'état divisé (bois, sciures, pailles, copeaux,...), soit être mixte pour pouvoir brûler indifféremment des combustibles de diverses natures. L'invention vise une chaudière du type de celle décrite dans la demande principale et revendiquée dans les revendications 1, 2, 3, 4 et 7 déposées le 10 février 1981, cette chaudière fournissant des calories à une eau primaire qui peut être utilisée dans diverses applications, en particulier pour chauffer des radiateurs d'une installation de chauffage ou pour réchauffer de l'eau sanitaire contenue dans un ou plusieurs ballons. On sait que la qualité essentielle d'une chaudière réside dans ses performances thermiques. Le rendement thermique (rapport de la quantité de chaleur accumulée par l'eau primaire pendant une période donnée, à la quantité de combustible dépensée pendant cette période, multipliée par le pouvoir calorifique de celui-ci) est généralement de l'ordre de 40 à 60 % pour les chaudières connues ; au-delà d'une valeur de l'ordre de 60 à 65 %, le rendement devient très difficile à améliorer et une amélioration de quelques pour cent se fait au prix d'une complexité beaucoup plus grande de la chaudière et d'une augmentation importante de son coût. De plus, dans le cas d'une chaudière à combustible solide ou d'une chaudière mixte, on constate que ce rendement se dégrade au cours du temps en raison notamment de dépôts intérieurs qui apparaissent sur les parois de la chaudière. La présente invention se propose de fournir une chaudière perfectionnée, susceptible de bénéficier d'un rendement élevé (de l'ordre de 85 à 90 %), tout en gardant une structure simple. Un autre objectif de l'invention est de limiter considérablement la baisse de ce rendement au cours du temps. A cet effet, la chaudière visée par l'invention comprend un corps de chauffe formant foyer et s'étendant le long d'un axe sensiblement horizontal, un faisceau tubulaire situé au-dessus et à proximité dudit corps de chauffe et relié à celui-ci en vue de recevoir les fumées, un conduit d'évacuation des fumées dans lequel débouche le faisceau tubulaire, et une enceinte de circulation d'eau primaire dotée de raccordements d'entrée et de sortie pour son branchement sur un-circuit de chauffage ; selon la présente invention, ladite chaudière est. caractérisée en ce que . l'enceinte de circulation d'eau primaire s'étend le long de l'axe du corps de chauffe autour de ce dernier et du faisceau tubulaire, de sorte que ledit corps et ledit faisceau se trouvent plongés dans ladite enceinte au coeur de l'eau primaire, laquelle forme une lame d'eau annulaire autour de ces éléments, le faisceau tubulaire est relié au corps de chauffe par l'entremise d'une chambre de combustion des matières volatiles, cette chambre étant située en bout et à l'arrière du corps de chauffe de façon à communiquer avec celui-ci et avec le faisceau tubulaire, et étant délimitée par une paroi arrière adaptée pour y préserver une température élevée Ainsi, une combustion des matières volatiles, et particulièrement de l'oxyde de carbone, est réalisée dans la chambre située en aval du foyer ; cette combustion complémentaire est rendue possible par la température élevée de cette chambre (de l'ordre de 700du) et entraîne un dégagement supplémentaire de chaleur qui s' accompagne d'une réduction du taux en oxyde de carbone des fumées qui sortent delta chambre : onzamélioret-ainsi le rendement de la combustion réalisée dans la chaudière.En outre, la chaleur transmise par les parois du corps de chauffe et la chaleur réeupé- rée par le faisceau tubulaire (chaleur accumulée par les fumées dans le foyer et dans la chambre précitée) sont quasiintégralement transmises à l'eau primaire sans pertes notables,compte-tenu de la géométrie de enceinte qui contient cette eau et de son agencement par rapport à ce foyer et à ce faisceau tubulaire. Selon un mode de réalisation préféré permettant d'accrottre encore le rendement thermique, l'encein- te de circulation deau primaire comprend à l'arrière de la chambre précitée un compartiment d'eau pour la récupération partielle des calories transmises par la paroi arrière de ladite chambre ; cette chambre est séparée de ce compartiment par cette paroi arrière laquelle est adaptée pour préserver une température élevée dans ladite chambre, tout en transmettant les excédents de calories vers ledit compartiment. En particulier, cette paroi arrière comprend une couche d'un matériau réfractaire à inertie thermique élevée, qui est adaptée pour accumuler des calories à haut régime de combustion et pour les restituer à bas régime à l'eau du compartiment et aux fumées de la chambre (afin d'y préserver une température élevée). La chaudière conforme à l'invention peut être une chaudière à combustible liquide, équipée de fa çon classique d'un brûleur apte à produire une flamme à l'intérieur du corps de chauffe. Elle peut également être adaptée pour brûler des combustibles solides ou à l'état divisé ; elle est alors équipée de façon classique d'une porte avant d'accès au corps de chauffe en vue de son alimentation et d'une grille située à l'intérieur de celui-ci, afin de séparer son volume en un cendrier inférieur et un foyer supérieur apte à recevoir le combustible. Dans ce cas, une paroi d'obturation ferme le cendrier à son extrémité arrière adjacente à la chambre précitée pour éviter un tirageàl'arrière dececendrier. De plus, la paroi du corps de chauffe est de préférence doublée intérieurement, au niveau du foyer, d'une chemise amovible ; cette chemise qui n'est pas en contact direct avec l'eau primaire est ainsi agencée pour se trouver à température plus élevée que celle de ladite paroi (notamment température de l'ordre de 2000C). A cette température, les goudrons susceptibles de se déposer sont brûlés, ce qui élimine ou réduit considérablement les dépôts et fournit un dégagement calorifique supplémentaire. On accrott ainsi de quelques points lue rendement de la chaudière tout en évitant sa dégradation dans le temps ; la chemise du foyer peut le cas échéant être aisément retirée pour nettoyage. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque tube du faisceau tubulaire de récupération, parcouru par les fumées, est doublé intérieurement par une chemise cylindrique amovible, qui, se trouvant à-tempéra- ture plus élevée, permet de réduire considérablement les dépôts de goudron dans ce faisceau comme décrit ci-dessus. La chaudière conforme à l'invention peut également être mixte et comporter à la fois un brûleur à combustible liquide et un foyer adapté pour recevoir un combustible solide ou à l'état divisé. Ce brûleur p-eut en par ticulier être assujetti à la porte d'accès de façon à libérer entièrement l'accès au foyer lorsque la porte est ouverte et à venir en position normale de combustion lorsque la porte est fermée. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, d'autres caractéristiques, buts et avantages se dégageront de la description qui suit en regard des dessins annexés, lesquels en présentent à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description . la figure lest une coupe d'ensemble par un plan vertical axial AA' d'une chaudière conforme à l'invention la la figure 2 en est une coupe par un plan transversal BB' et la figure 3 une coupe par un plan parallèle CC' décalé par rapport au premier, . la figure 4 en est une coupe transversale de détail D, . la figure 5 est une vue de détail montrant en plan la grille qui équipe le corps de chauffe de la chaudière, . les figures 6 et 7 sont des figures de détail respectivement en coupe et en vue frontale montrant un système d'admission d'air à commande thermostatique et un système de protection de la tête de brûleurfqui équipent la chaudière. La chaudière conforme à l'invention, représentée à titre d'exemple aux figures, est une chaudière mixte, apte à brûler avec un rendement élevé aussi bien un combustible liquide tel que mazout qu'un combustible solide ou à l'état divisé, tel que bois, copeaux... Cette chaudière comprend un corps de chauffe cylindrique 1 qui s'étend le long d'un axe horizontal sur une longueur comprise entre 1 et 2 m pour pouvoir y introduire sans difficultés des bûches dans le sens de la longueur. A l'avant, le corps de chauffe est fermé par une porte articulée circulaire 4 qui s'étend sur toute la face frontale du corps de chauffe. Cette porte calorifugée par du béton réfractaire soutient un brûleur 5 dont la tête se trouve en regard du volume interne du corps de chauffe 1 et est associée à un système de protection 6 qui lai sera décrit plus loin. En outrefporte est équipée d'un systè- me d'admission d'air 7 qui sera également décrit plus loin. Le corps de chauffe 1 est muni d'une grille 8 qui est située à peu près au quart inférieur de sa hauteur et qui sépare le corps en un foyer supérieur la et en un cendrier inférieur lb. Cette grille 8 est constituée comme le montre la figure 5 par une pluralité d'éléments transversaux tels que 8a, disposés les uns près des autres et s'appuyant à leurs extrémités sur deux longerons 9 en forme de T qui sont assujettis dans le corps de chauffe le long de deux directrices de celui-ci. Les éléments de grille 8a sont ajourés pour autoriser la chute des cendres et présentent des bords transversaux en dents de scie qui s 'embottent. Le corps de chauffe 1 est délimité par une paroi cylindrique 2 et est doublé au niveau de son foyer la (au-dessus de la grille 8) par une chemise 3 s'étendant sur toute sa longueur et ayant une section en forme de secteur circulaire. Le corps de chauffe est partiellement fermé à son extrémité arrière par une paroi 10 qui est ouverte au niveau de la zone centrale proche de 1 'axe. Cette paroi comporte une portion basse 10a qui ferme totalement le cendrier. A l'arrière de la paroi 10 est disposée une paroi arrière 11 de forme cintrée, dont la concavité est tournée vers le corps, pour délimiter une chambre 12 en communication au niveau de sa zone centrale la plus large avec le foyer la. La paroi arrière 11 de la chambre est réalisée en acier lia doublé d'un revêtement de béton cellulaire llb, de quelques centimètres d'épaisseur (par exemple 5 à 6 centimètres). Au-dessus du corps 1, est disposé un faisceau tubulaire 13 composé de plusieurs tubes rectilignes 13a s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe du corps de chauffe depuis la chambre arrière 12 jusque vers une bot- te de fumées avant 14. Ce faisceau tubulaire débouche, à l'arrière, dans la chambre 12 au niveau de la zone périphérique plus étroite de celle-ci ; cette zone est équipée en partie haute d'un diffuseur 15 adapté pour guider le flux de fumées vers le faisceau tubulaire 13. A l'avant, le faisceau tubulaire 13 débouche dans la botte de fumées 14 laquelle communique avec un conduit d'évacuation de fumée 16 qui s'échappe vers le haut et est pourvu d'un papillon réglable de fermeture 17. Les tubes 13a du faisceau tubulaire, en particulier en nombre de l'ordre de 7 à 10 (8 en l'exemple représenté), sont répartis au-dessus du corps de chauffe, au voisinage de celui-ci, sur un secteur de cercle situé audessus du plan diamétral horizontal du corps de chauffe, comme le montre la figure 2. En outre, chaque tube 13a réalisé en acier est doublé intérieurement par une chemise cylindrique en acier telle que 18, qui peut être retirée à travers la botte à fumée 14. par une trappe 14a que comporte celle-ci. L'ensemble constitué par le corps de chauffe 1, la chambre arrière 12 et le faisceau tubulaire 13 est contenu dans une enceinte de circulation d'eau primaire 19, qui est délimitée par une paroi cylindrique en acier, avec un compartiment d'eau 19a situé derrière la paroi 11 de la chambre 12. Ainsi, le corps 1 et le faisceau 13 se trouvent plongés dans ladite enceinte 19 au coeur de l'eau primaire, ces éléments étant entièrement entourés d'une lame d'eau annulaire, cependant que, à l'arrière, les calories transmises par la paroi 11 sont récupérées par l'eau du compartiment 19a. Ce compartiment19acommunique avec la partie annulaire de l'enceinte par une jonction inférieure 20 et une jonction supérieure 21. La jonction inférieure est munie d'un conduit de raccordement 22 à la branche retour d'un circuit de chauffage, cependant que la jonction supérieure est munie d'un conduit de raccordement 23 à la branche départ de ce circuit de chauffage. Ce circuit peut être quelconque, circuit muni de radiateurs de chauffage central, circuit d'eau sanitaire, circuit muni d'échangeurs de chaleur en vue d'une utilisation spécifique. De plus, l'enceinte d'eau primaire 19 est entourée d'un habillage externe 24 se prolongeant jusqu'au voisinage de la porte 4 et contenant un calorifugeage 25, par exemple une forte épaisseur de laine de verre. En outre, deux drains tels que 26 formés par des conduits d'évacuation des condensations sont disposés dans la zone avant de- la chaudière, de part et d'autre du corps de chauffe 1. Ces drains s'ouvrent à la partie basse de la bofte de fumées 14 et débouchent à l'extérieur à la base de la chaudière. Par ailleurs, le système d'admission d'air 7 qui est associé à la porte 4 (figures 6 et 7) comprend un col 27 s'ouvrant dans le corps de chauffe au niveau du cendrier lb par un orifice d'admission (en l'exemple rectangulaire), un volet mobile 28 agencé pour venir obturer ce col et un système de manoeuvre de ce volet ; ce dernier comprend un axe supérieur 29 d'articulation du volet et une patte liée à celui-ci qui est articulée (par l'entremise-d'une biellette) sur le plongeoir 30a d'un organe à électroaimant 30. Cet organe 30 est électriquement relié à des sondes thermostatiques détectant la température de l'eau primaire, en vue de commander et déclencher l'ouverture ou la fermeture du volet 28. L'intérêt de ce système réside dans la rapidité de réponse obtenue, les systèmes classiques qui agissent par dilatation d'un ressort engendrant des manoeuvres beaucoup plus lentes. En outre, le système de protection 6 appelé à éviter un encrassement de la tête du brûleur 5 comprend une plaque d'obturation mobile 31 adapté pour masquer ou découvrir ladite tête de brûleur, des moyens de manoeuvre de cette plaque permettant de l'actionner entre la position d'obturation et la position d'ouverture, et des moyens de commande déclenchant lesdites manoeuvres. /de cette plaque En i exempl3i,tees moyens de manoeuvre Z comprennent un axe 32 qui porte la/plaque 31 et traverse la porte 4, et un moteur ou vérin tournant 33 qui fait pivoter cet axe. Les moyens de commande du moteur ou vérin 33 sont constitués par un circuit électrique classique, asservi à la pompe d'alimentation du brûleur 5, de façon à disposer la plaque 31 en position d'ouverture pendant les périodes de fonctionnement du brûleur où cette pompe débite, et en position de fermeture dans le cas contraire. On a pu constater que le rendemant thermique d'une chaudière conforme à celle ci-dessus décrite est notablement plus élevé que celui des chaudières classiques agencement de la chambre 12 qui permet l'établissement d'une température élevée dans celle-ci aussi bien à plein régime qu'à régime ralenti afin d'achever la combustion des matières volatiles, géométrie de l'enceinte d'eau primaire 19 (avec son compartiment 19a), du corps de chauffe 1 et du faisceau tubulaire 13, qui limite les déperditions, présence de chemises dans le foyer la et le faisceau tubulaire 13 non directement au contact de l'eau primaire de façon à se trouver à des températures appropriées pour brûler les goudrons. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède, mais en comprend toutes les variantes. REVENDICATIONS 1/ - Chaudière basse pression, comprenant un corps de chauffe (1) formant foyer (la) et s'étendant le long d'un axe sensiblement horizontal, un faisceau tubulaire (13) situé au-dessus et à proximité dudit corps de chauffe (1) et relié à celui-ci en vue de recevoir les fumées un conduit d'évacuation des fumées (16) dans lequel débouche le faisceau tubulaire (13), et une enceinte de circulation d'eau primaire (19), dotée de raccordements d'entrée (22) et de sortie (23) pour son branchement sur un circuit de chauffage et s'étendant le long de l'axe du corps de chauffe (1) autour de ce dernier et du faisceau tubulaire (13), de sorte que ledit corps et ledit faisceau se trouvent plongés dans ladite enceinte au coeur de l'eau primaire, laquelle forme une lame d'eau annulaire autour de ces éléments, ladite chaudière étant caractérisée en ce que . la paroi du corps de chauffe (1) est doublée intérieurement au niveau du foyer (la) d'une chemise amovible (3), agencée pour Ne trouver à température plus élevée que celle de ladite paroi de corps de chauffe (1), chaque tube 513a) du faisceau tubulaire est doublé intérieurement par une chemise amovible (18), agencée pour se trouver à température plus élevée que celle de la paroi externe dudit tube (13a). 2/ - Chaudière selon la revendication 1, dans laquelle le faisceau tubulaire (13) est relié au corps de chauffe (1) par l'entremise d'une chambre de combustion des matières volatiles (12), cette chambre (12) étant située en bout et à l'arrière du corps de chauffe (1) de façon à communiquer avec celui-ci et avec le faisceau tubulaire (13), caractérisée en ce que ladite chambre de combustion des matières volatiles est délimitée par une paroi arrière (11) adaptée pour y préserver une température élevée. 3/ - Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'enceinte de circulation d'eau primaire (19) comprend à l'arrière de la chambre (12) précitée un ompartiment d'eau (19a) pour la récupération partielle des calories produites dans ladite chambre (12), la chambre (12) étant séparée de ce compartiment (l9a) par la paroi arrière (11), laquelle est adaptée pour préserver une température élevée dans ladite chambre (12) tout en transmettant vers le compartiment (19a) les excédents de calories. 4/ - Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi arrière (11) comprend une couche (llb) d'un matériau à inertie thermique élevée, adaptée pour accumuler des calories à haut régime de combustion et restituer celles-ci à bas régime aux fumées de la chambre (12) et à l'eau du compartiment (19a). 5/ - Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que la paroi arrière (11) est réalisée en acier (lla) doublé d'un revetement de béton cellulaire (1lb). 6/ - Chaudière selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, dans laquelle la paroi arrière (11) délimitant la chambre (12) présente une forme cintrée dont la concavité est tournée vers ladite chambre (12), caractérisée en ce que le corps de chauffe (1) est doté à son extrémité ar rière de parois (lO)rSe rodez fermeture partielle l'amenant à commu- niquer avec la zone centrale la plus large de la chambre (12). 7/ - Chaudière selon la revendication 6, dans laquelle le faisceau tubulaire (13) est agencé por communiquer avec la zone périphérique plus étroite de ladite chambre (12), caractérisée en ce que la chambre (l2) comprend en partie haute un diffuseur (15-) adapté pour guider le flux des fumées vers ledit faisceau tubulaire (13). 8/ - Chaudière selon la revendication 7, dans laquelle le faisceau tubulaire s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de corps de chauffe (l) depuis la chambre arrière (12) jusque vers une boîte à fumée avant (14), caracti- sée en ce qu'elle comprend au moins un drain (26) formé par un conduit d'évacuation des condensations, s'ouvrant à la partie basse de la bote à fumée (14) et débouchant à l'extérieur de la chaudière. 9/ - Chaudière selon l'une des revendications précédentes, comprenant un brûleur à combustible liquide (5) agencé pour engendrer une flamme à l'intérieur du corps de chauffe (l). 10/ - Chaudière selon l'une des revendications précédentes, comprenant une porte avant (4) d'accès au volume interne du corps de chauffe (1) et une grille (8) si tuée b l'intérieur dudit corps de chauffe et adaptée pour né- parer le volume intérieur de celui-ci en un cendrier inférieur (lb) et un foyer supérieur (la) apte & recevoir des combustibles salides, ou à l'état divisé, tel que bois, sciures, pailles, copeaUx, ladite chaudière étant caractérisée en ce qu'une paroi d'obturation (lova) ferme le cendrier (lb) à son extrémité arrière adjacente b la chambre (12). 11/ - Chaudière selon la revendication 10, caractérisée en ce que la grille (8) est constituée par une plu ralité d'éléments transversaux (8a) ajourés, disposés les uns près des autres et s'appuyant à leus extrémités sur des longerons (9) assujettis dans le corps de chauffe (1) le long de deux directrices de celui-ci. 12/ - Chaudière selon les revendications 9 et lOprises ensemble, ayant un caractère mixte lui permettant de brûler des combustibles liquides et solides ou à l'état divisé, dans laquelle le brûleur (5) est assujetti sur la porte d'accès (4) de façon à générer une flamme à l'intérieur du foyer. 13/ - Chaudière selon l'une des revendications 10, 11 ou 12, comprenant un col d'admission d'air (27) dans le corps de chauffe (1), un volet mobile (28) d'obturation de ce col, et un système de manoeuvre de ce volet, caractérisée en ce que ledit systeme est un système à électroaimant (30) commandé par au moins une sonde thermostatique. 14/ - Chaudière selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'il comprend une plaque d'obturation mobile (31) pour la protection de la tête du brûleur (5), des moyens de manoeuvre de cette plaque (32, 33) entre une position d'obturation où elle masque la tête de brûleur par rapport au foyer et une position d'ouverture où elle dégage ladite tête, et des moyens de commande adaptés pour disposer ladite plaque en position d'ouverture pendant les périodes de fonctionnement du brûleur et en position d'obturation dans le cas contraire. 15/ - Chaudière selon la revendication 14, da-s laquelle le bl-uleur (5) est alimenté en combustible par l'entremise d'une pompe, caractérisée en ce que les moyens de commande de la plaque d'obturation (31) sont asservis à ladite pompe.