Brevet FR2508608A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne une chaudière à condensation par voie sèche. Dans la suite, on considérera plus particulièrement une réalisation d'une telle chaudière équippée de brûleurs à gaz. Toutefois, la chaudière suivant l'invention peut également être utilisée avec des bruleurs à combustible liquide. En pratique, une chaudière à condensation par voie sèche est une chaudière dans laquelle les gaz de combustion, essentiellement du gaz carbonique et de l'eau cédent leurs calories à travers un échangeur de chaleur surdimensionné, au point tel que la température de sortie des gaz de combustion descend au-dessous du point de rosée, Un objet de la présente invention consiste à prévoir une chaudière à condensation qui soit d'un prix de revient moins élevé que les chaudières antérieurement connues, tout en ayant la même efficacité. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu une chaudière à condensation comportant une chambre de combustion en forme de pot autour de laquelle est prévue une chemise annulaire qui est traversée par un faisceau de tubes d'échange de chaleur condui- sant les gaz chauds de combustion de la sortie de la chambre de combustion vers la sortie des gaz refroidis, chaque tube d'échange de chaleur ayant une structure allongeant le trajet des gaz de manière que la vapeur dieau contenue dans les gaz de combustion soit pratique ment condensée à ia sortie du tube dans la zone d'arrivée du retour d'eau froide. Suivant une autre caractéristique, la chaudière à condensation est légèrement inclinée par rapport à l'horizontale, l'entrée des tubes d'échange de chaleur étant plus haute que leur sortie. Suivant une autre caractéristique, dans le pot de la chambre de combustion, est prévu un cylindre de guidage s'arrêtant avant le fond du pot et dont la partie interne guide la flamme du brûleur contre le fond du pot, l'espace compris entre la face externe dudit cylindre et la face interne de la paroi latérale du pot guidant les gaz de combustion du fond du pot vers les entrées des tubes d'échange e chaleur Suivant une autre caractéristique, entre les sorties des tube échange de chaleur et la tubulure d'évacuation des gaz brûlés, est prévue une chambre dont le point bas de laquelle est relié à l'extérieur par une conduite d'évacuation de l'eau de condensation, la conduite comportant un siphon de hauteur convenable. Suivant une autre caractéristiqe, chaque tube d'échange est constitué par un tube droit externe dans lequel est enfilé un tube interne fermé entouré d'une hélice, le diamètre hors tout du tube interne fermé, plus l'hélice, étant égal au diamètre interne du tube externe. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un chaudière, suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe transversale de la chaudière de la Fig. 1, suivant la ligne II-II, et la Fig. 3 ëst une vue d'une variante de détail de la chaudière de la Fig. 1. La chaudière de la Fig. 1 a une allure générale cylindrique et comprend une chambre de combustion 1 en forme de pot formée d'une paroi cylindrique 2 fermée par un fond 3, et une chemise annulaire d'eau à chauffer 4 limitée dans le sens radial, d'une part, intérieurement par la face externe de la paroi 2 et, d'autre part, par une enveloppe extérieure cylindrique 5. La chemise d'eau 4 est traversée par une nappe annulaire de tubes longitudinaux 6 conduisant les gaz de combustion. Les deux bouts de l'enveloppe cylindrique 5 sont fermés, d'une part, par un fond 7 derrière le fond 3 de la chambre de combustion et, d'autre part, par un couvercle 8 en face de l'entrée de la chambre de combustion. Le centre du fond 7 est ouvert et les bords du trou central sont soudés à un départ de conduit de fumée 10 sur lequel est monté un extracteur 11, schématiquement représenté. Le centre du couvercle 9 'est également ouvert pour le passage du bruleur 12 de la chaudière, également schématiquement représenté. La face interne du couvercle 9, ainsi que celle de la face adjacente de l'enveloppe 5, sont respectivement doublées de couches de fibres d'alumine 13 et 14. Longitudinalement, la chemise d'eau 4 est limitée par deux couronnes circulaires 15 et 16, évidemment percées de trous correspondant aux passages des tubes 6. Les tubes 5 sont soudés aux bords des trous des plaques 15 et 16. Le bord libre 17 de la paroi 2 se trouve à- une certaine distance de la face interne de la couche isolante 13. La face interne du fond 3, ainsi que celle de la zone adjacente de la paroi 2 sont revêtues d'une couche de ciment réfractaire 18, la face interne centrale de la couche 18 étant encore recouverte d'une couche de fibres d'alumine 19. La couronne 15 se trouve un peu plus éloignée du fond 7 que le fond 3 et, réciproquement, la couronne 16 est pratiquement au niveau du bord libre 17 de la paroi 2. Enfin, près de la couronne 15, l'enveloppe 5 comporte un orifice sur les bords duquel est soudée une tubulure 20, destinée à être reliée à la canalisation de retour d'eau froide de l'installation à chauffer et assurant l'entrée de l'eau froide dans la chemise d'eau 4, et près de la couronne 16, elle comporte un trou sur les bords duquel est soudée uné tubulure 21 destinées à être raccordée à la canalisation de départ d'eau chaude et communiquant avec la chemise d'eau 4. Suivant l'invention, dans la chambre de combustion 1, à l'intérieur de la paroi 2, il est prévu un cylindre creux 22 dont une extrémité 23 est appliquée contre la couche 13, qui revêt le couvercle i, et dont l'autre extrémité 24 est située à une certaine distance de la face libre de la couche 19 du fond 3. La face externe du cylindre 22 est pourvue d'une pluralité d'ailettes 25. La largeur des ailettes 25 est, au jeu nécessaire près, égale à la différence des rayons du cylindre 22 et de la paroi 2. Dans le sens longitudinal, vers le fond 3, les ailettes 25 s'arrêtent avant le chant de la couche de ciment réfractaire 18. Vers le bord libre 17 de 2, la largeur des ailettes 25 est plus grande de manière à former des butées 26 qui limitent la pénètration du cylindre 22 dans la chambre de combustion. Le talon 27 des ailettes 25 est un peu écarté de la couche 13. Autour du bord 23 du cylindre 22, est soudée une couronne transversale 28 de petite largeur qui augmente l'aire de la surface de contact du cylindre 22 avec la couché 13. Les tubes 5 forment avec la chemise d'eau 4 l'échangeur thermique. En pratique, à l'intérieur des tubes 6, sont glissés des tubes fermés 29 dont chacun porte sur sa face extérieure une hélice 30. Le diamètre hors tout des tubes 29, plus leurs hélices est égal au diamètre intérieur des tubes 6. Les hélices 30 obligent dans chaque tube 6, le courant de gaz chaud à parourir un long chemin en hélice au cours duquel il échange pratiquement toute sa chaleur au point de sortir du tube 6 à une température telle que la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion se condense, en cédant sa chaleur de condensation. Par ailleurs, des chicanes 31, sous la forme de plaques transversales, sont prévues dans la chemise d'eau 4. Les chicanes 31 à 33 sont disposées de manière à ce que l'eau froide entrant par 20une puisse circuler longitudinalement, directement vers la sortie d'eau chaude 21, mais dérive, autour de la paroi 2, un parcours en hélice. Comme le montre la coupe transversale de la Fig. 2, les ailettes 25 peuvent n'être pas réparties uniformément autour de l'axe de la chaudière, mais être plus nombreuses entre les parties basses du cylindre 22 et de la paroi 2 qu'entre leurs parties hautes. En pratique, les ailettes 25 assurent le centrage du cylindre 22 dans la chambre de combustion. En fonctionnement, la flamme 34 du brûleur 12 est projetée, à l'intérieur du tube 22, contre la couche d'alumine 19. Puis les gaz de combustion parcourent l'espace annulaire entre 22 et 2, vers les couches 13 et 14, puis suivent les parcours en hélice définis par les tubes 6, 29 et les hélices 30, pour déboucher dans la chambre de sortie 35, entre 3 et 10, et être éjectés par le tuyau 10, à travers l'extracteur 11. La Fig. 1 montre également que l'axe de révolution R de la chaudière est incliné par rapport à l'horizontale d'un angle a, de manière que le point le plus bas de la chaudière soit celui du fond 7. Dans ces conditions, l'eau de condensation qui se forme dans la partie finale des tubes 6, s'écoule vers la chambre 35 pour se rassembler au point le plus bas de 7. Pour assurer l'écoulement de cette eau vers l'extérieur, un tuyau de sortie 36, débouchant dans le bas de la paroi 5, près du point bas de 7, est prévu. Le tuyau 36 est coudé pour former un siphon retenant une hauteur d'eau suffisante entre deux points 3e et 37, pour équilibrer la dépression créée par l'extracteur 11. On évite ainsi l'entrée d'air par 36. Au démarrage d'un fonctionnement, quand la chaudière est froide, et en particulier le fond 3 du pot avec ses couches 18 et 19, il peut se créer un peu d'eau de condensation en bas du fond du pot. C'est pourquoi, un tuyau de faible diamètre 39 est prévu entre le bas du chant de la couche 18 et l'extérieur de manière que cette eau puisse s'écouler par gravité. Dans ce cas, un siphon peut n'être pas nécessaire, car la dépression créée par l'extracteur 11 se fait peu sentir à l'entrée du tuyau 39. Au lieu d'utiliser un extracteur 11 à la sortie des gaz brélés, on peut prévoir une soufflante qui envoie de l'air sous dépression du côté du brûleur. Dans ce cas, le siphon sur le tuyau 36 peut n'être pas nécessaire et le tuyau 39 est de préférence remplace par un tuyau 40 dont le point de départ est le même, mais qui peut déboucher directement dans la chambre 35. De préférence, le cylindre 22 est en acier inoxydable austéniti- que réfractaire au Nickel Chrome, dont un exemple est connu sous la dénomination AFNOR Z8 NC 3221 - W.Nr 48,76. En fait, il faut que le matériau du cylindre 22 est une bonne résistance au fluage jusqu'à 1100 OC, température que peut atteindre la périphérie de la flamme 34. Les autres pièces sont en acier inoxydable ordinaire, sauf les couches de ciment réfractaire et de fibres d'alumine mentionnées ci-dessus. A titre d'exemple, les dimensions d'une chaudière suivant l'invention peuvent être, pour obtenir une puissance de 17,5 à 60 k, les suivantes: diamètre de l'enveloppe 5, 51 cm; longueur de 5, 81 cm; diamètre de 2, 30 cm; longueur de 2, environ 60 cm; diamètre de 22, 18 cm, longueur de 22, environ 60 cm; distance de 24 à 19, de l'ordre de 2,5 à 3 cm, diamètre de des tubes 6, de 3 à 3,5 cm. Ces dimensions ne sont évidemment données que pour fixer les ordres de grandeur. Il faut encore noter que le couvercle 8 peut être fixé à l'enve- loppe par des moyens de fixation classiques quelconques, l'étanchéité étant assurée par les surfaces de contact entre les couches de zabres d'alumine 13 et 14. Par ailleurs, une fois le couvercle 3 enlevé, avec la couche 13, on a un accès direct à tous les éléments vitaux de la chaudière, tels que tube 22, tubes 29 qui peuvent etre sortis pour procéder à un nettoyage. REVENDICATIONS 1) Chaudière à condensation par voie sèche comportant une chambre de combustion en forme de pot autour de laquelle est prévue une chemise annulaire caractérisée en ce que la chemise annulaire d'eau (4) est traversée par un faisceau de tubes d'échange de chaleur (6) conduisant les gaz chauds de combustion de la sortie de la chambre de combustion (1) vers la sortie (10) des gaz refroidis, chaque tube d'échange de chaleur (6) ayant une structure allongeant le trajet des gaz de manière que la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion soit pratiquement condensée à la sortie du tube (6) dans la zone d'arrivée du retour d'eau froide (20). 2) Chaudière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chaudière à condensation est légèrement incline par rapport à l'horizontale, l'entrée des tubes d'échange de chaleur (6) étant plus haute que leur sortie. 3) Chaudière suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, dans le pot de la chambre de combustion (1), est prévu un cylindre de guidage (22) s'arrêtant avant le fond (3) du pot et dont la partie interne guide la flamme du brûleur contre le fond du pot, l'espace compris entre la face externe dudit cylindre (22) et la face interne de la paroi latérale (2) du pot guidant les gaz de combustion du fond du pot vers les entrées des tubes d'échange de chaleur (6). 4) Chaudière suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'entre les sorties des tubes d'échange de chaleur (6) et la tubulure d'évacuation (10) des gaz brûlés, est prévue une chambre (35) dont le point bas de laquelle est relié à l'extérieur par une conduite (36) d'évacuation de l'eau de condensation, la conduite comportant un siphon de hauteur convenable. 5) Chaudière suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque tube d'échange est consitué par un tube droit externe (6) dans lequel est enfilé un tube interne fermé (29), entouré d'une hélice (30), le diamètre hors tout du tube interne fermé, plus l'hélice, étant égal au diamètre interne du tube externe. 6) Chaudière suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'angle (N) d'inclinaison de la chaudière par rapport à l'horizontale est de l'ordre de 200. 7) Chaudière suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le fond (3) du pot est doublé d'une couche de ciment réfractaire (18) revêtue d'une couche de fibres d'alumine (19).