Brevet FR2513745A1 — publié le 19830401

L'invention concerne un chauffe-eau à accumu- lation et à gazo On connaît déjà plusieurs réalisations de ce type de chauffe-eau. Dans une première réalisation connue le réservoir d'eau, calorifugé, et généralement en forme de cylindre à axe vertical, est traversé de haut en bas par un large tube de fumée, à l'extrémité inférieure duquel est disposé un bradeur à gaz ; à l'intérieur de ce tube de fumée sont disposées des chicanes,destinées à accrottre le rendement,tout en évitant les excès d'air ; l'extrémité supérieure du tube de fumée est raccordée à une cheminée.Pour qu'un chauffe-eau de ce type présente une puissance satisfaisante, il faut que sa surface de chauffe soit la plus grande possible, c'est-à-dire que son tube de fumée présente un diamètre le plus grand possible. Pour un réservoir cylindrique d'eau, de diamètre constant, ceci ne peut être obtenu qu'aux dépens du volume intérieur utile du réservoir d'eau. Le compromis recherché entre les dimensions extérieures du réservoir d'eau, qui ne doit pas être trop encoabrant,- et l'importance de Sa surface de chauffe, se fait généralement aux dépens du rendement, ce qui est peu satisfaisant. Dans un autre type connu de chauffe-eau à accumulation et à gaz, comportant également un réservoir calorifugé, généralement en forme de cylindre à axe vertical, ce dernier est traversé de bas en haut par un faisceau vertical de tubes de fumée , dont les extrémités sont assujetties de façon étanche respectivement à deux plaques tubulaires, dont les bords sont eux-mêmes solidaires des parois supérieure et inférieure du réservoir. Cette disposition permet d'augmenter sensiblement la surface de chauffe sans trop accroître le diamètre du réservoir d'eau.Elle présente cependant plusieurs inconvénients graves t la fabrication du faisceau est coftteuse, d'autant plus qu'il comporte de nombreux tubes,dont les extrémités sont par exemple dudgeonnées dans les plaque s tubulaires correspondantes. La plaque tubulaire inférieure, exposée directement aux flammes du brûleur à gaz, est, de ce fait, soumise à des contraintes thermiques très importantes, qui réduisent considérablement sa durée de vie et surtout celle des étanchéités des extrémités inférieures des tubes'. Par ailleurs, c'est sur cette plaque tubulaire intérieure que s'accumule le tartre déposé par l'eau qui circule autour des tubes du faisceau, et eees dépôts de tartre fragilisent ------ ladite plaque inférieure. Le but principal de la présente invention est de réaliser un chauffe-eau à accumulation et à gaz, ne présentant pas les inconvénients des chauffe-eau des types connus, précédemment indiqués, tout en offrant un rendement élevé. Le chauffe-eau à accumulation et à gaz selon la présente invention est du type comportant un réservoir d'eau ,traversé de bas en haut par au moins un tube de fumée, à la base duquel est monté le brûleur à gaz g il est caractérisé en ce que le tube de fumé. est à double paroi, de façon à délimiter un conduit périphérique pour la circulation des fumées, ayant une section horizontal6 annulaire, de largeur radiale très inférieure aux dimensions transversales moyennes, notamment au: diamètre moyen. de ladite section annulaire, et une chambre intérieure, qui est fermée à la partie supérieure du réservoir et près de Sa partie inférieure, et que dea moyens appropriés font communiquer ladite chambre intérieure avec la partie du réservoir dteau entourant 1. tube de fumée, de préférence vers les extrémités supérieu- re et inférieure dudit tube de fumée. Le chauffe-eau selon la présente invention peut être doté d'une surface de chauffe importante, et par suite présenter une puissance élevée, à la seule condition que sa section horizontale annulaire présente des dimensions transversales moyennes, notamment un diamètre moyen dans le cas d'un tube de fumée cylindrique, qui soit égales à une fraction importante des dimensions transversales correspondantes du réservoir d'eau, notamment de son diamètre interne il est cylindrique. En outre, cette disposition, qui est très avantageuse pour l'obtention d'un rendement élevé, n'entraîne pratiquement aucune réduction du volume intérieur total du réservoir. qui est occupé par la masse d'eau, puisque cette masse d'eau, non seulement occupe la chambre annulsire qui entoure le tube de fumée, comme dans la première réalisa- tion connue, précédemment mentionnée, mais que, en outre, la masse d'eau occupe la chambre intérieure du tube de fumée à double paroi.La masse dteau totale contenue dans le réservoir d'eau du chauffe-eau selon le présente zinven- tion est donc à chaque instant répartie dans deux chambres distinctes, les deux masses partielles d'eau se trouvant d'ailleurs respectivement en contact avec des surfaces de chauffe distinctes, constituées respectivement par les deux parois du tube de fumée.Comme,d'autre part,les deux masses partielles d'eau sont mises en communication aux extrémités intérieure et supérieure du tube de fumée, par exemple par des conduites radiales qui travers sent sa double paroi, il s'établit,entre les deux chambres que le tube de fumée délimite à ltintdrieur du réservoir d'eau,une circulation par thermosiphon, qui contribue à l'uniformisation de la température dans les deux chambres du réservoir. Tomme, d'autre part l'intervalle entre les deux parois du tube de fumée peut être prédéterminé pour éviter tout excès d'air, il n'est pas nécessaire de prévoir des chicanes comme dans le eas de la première réalisation antérieure, précédemment mentionnée, ce qui simplifie donc la fabrication du chauffe-eau selon la présente invention, et abaisse son prix de revient.Ces mêmes avantages sont obtenus,grâce à la présente invention, par rapport à la seconde réalisation d'un chauffe-ean à faisceau de tubes,qui a été mentionnée précédemment t l'emploi d'un tube de fumée à double paroi selon la présente invention supprime tous les inconvénients, notamment le coût élevé et les problèmes d'étanchéité,qui sont liés à l'emploi d'un faisceau de tubes, encastrés dans deux plaques tubulaires.D'autre part, la cloison qui ferme l'extrémité inférieure de la chambre intérieure du tube de fumée, si elle est exposée directement aux flammes du brûleur à gaz, peut entre aisément réalisée et dimensionnée de façon à subir sans dommage les importantes contraintes thermiques qui en résultent, puisque, n@tamment, cette cloison peut être d'une seule pièce avec la paroi intérieure du tube de fumée Enfin, le problème du détartrage du chauffe-eau selon la présente invention peut être aisément résolu en prévoyant, selon une autre caractéristique de l'invention, un trou d'homme, aménagé à travers la paroi du réservoir d'eau, près de sa base, notamment au niveau de la conduite radiale inférieure,qui fait communiquer les parties du réservoir situées respec- tivement à l'extérieur et à l'intérieur du tube de fumée à double paroi; A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du chauffe-eau à accumulation et à gaz selon la présente invention. ha figure unique du dessin annexé représente une forme de réalisation cylindrique à axe vertical, en coupe par un plan axial. Sur la figure unique du dessin annexé, 1 désigne la paroi latérale d'un réservoir de forme cylindrique,à axe vertical, z-z' ; ses parois supérieure,1a, et inférieure, 1b, sont traversés de façon étanche par un tube de fumée, également cylindrique et d'axe z-z', dont on a désigné par 2 la paroi externe, constituée par exemple par un virole de tôle ; cette virole cylindrique, 2, présente une longueur un peu supérieure à celle du réser- voir 1-1a-1b, de telle sorte que ses extrémités dépassent légèrement non seulement les parois supérieure, la, et inférieure, 1b, du réservoir, mais aussi le calorifugeage, 3, qui les recouvre de même que la paroi latérale 1 dudit réservoir.La seconde paroi du tube de fumée est consti- tuée par la paroi latérale, cylindrique, 4, d'un corps de chaudronnerie, dont les extrémités supérieure et inférieure sont fermées respectivement par des cloisons 4a et 4b g les cloisons 4a et 4b peuvent faire respective- ment partie, par exemple, de coiffes en tale, réalisées par exemple par emboutissage, et soudées aux extrémités de la virole cylindrique 4 ; cependant, la cloison inférieure 4b,- qui sera soumise à des contraintes thermiques élevées, est de préférence dune seule pièce avec la paroi cylindrique 4.La virole 4 présente d'autre part un diamètre légèrement inférieur à celui de la virole 2, de manière à ménager entre elles, c'est-à-dire entre les deux parois du tube de fumée, un intervalle annulaire ayant par exemple une largeur e = 10mm, et, plus géndrale- ment, une valeur adaptée pour éviter tout excès dtair dans l'intervalle annulaire mentionn, qui constitue le tube de fumée proprement dit. Comme visible sur la figure, la cloison inférieure 4b est disposée à une certaine hauteur au-dessus de l'extrémité inférieure de la virole cylindrique 2X, endessous de laquelle est disposé un brûleur à gaz 5, par exemple circulaire, dont le diamètre est de préfé- rence voisin de celui de l'intervalle annulaire entre les deux viroles cylindriques 2 et 4 t grâce à cette disposition, une chambre 6, formant foyer, est ménagée entre le brûleur 5 et la cloison inférieure 4bo Quant à la cloison supérieure 4a, elle peut sans inconvénient se trouver sensiblement au niveau de la paroi supérieure, la, du réservoir d'eau ; l'extrémfté supérieure de la virole 2 est raccordée à un conduit d'évacuation des. gaz brûlés, qui a été schématisé en 7. Enfin, deux conduites radiales, 8a et 8b, sont montées respectivement vers les extrémités supérieure et inférieure du tube de fumée, par exemple un peu en-dessous et un peu au-dessus des cloisons 4a et 4b qui ferment sa chambre intérieure t ces conduites radiales, dont les longueur.s peuvent être exactement adaptées à la largeur radiale d e de l'intervalle annulaire entre les viroles 2 et 4, traversent de façon étanche des trous correspondants, prévus dans lesdites viroles, l'étanchéité à leur niveau étant assurée par des cordons de soudure. Des dispositions connues peuvent titre prises pour que les contraintes thermiques différentielles ne perturbent pas l'étanchéité des passages de la conduite radiale inférieure, 8b, à travers les deux viroles 2 et 4. Le mode de fonctionnement du chauffe-eau selon la présente invention, qui vient entre décrit, est le suivant L'eau à chauffer est envoyée dans la partie annulaire du réservoir 1, qui entoure le tube de fumée 2-4, par - une tubulure inférieure 9, munie d'un brise-Jet 9a ; grâce notamment à la conduite radiale 8b, il y a simultanément remplissage de la chambre intérieure du tube de fusée. Le brûleur 5 est mis en marche, généralement par des dispositifs automatiques bien connus, qutil n'est pas nécessaire de décrire. Les gas brillés stélèvent dans 11 intervalle annulaire entre les deux parois cylindriques 2 et 4 du tube de fumée ; au cours de leur circulation ascendante, ils réchauffent, d'une part, à travers la virole externe 2, la masse d'eau qui occupe la chambre extérieure du réservoir 1, et, à travers la virole interne 4, celle qui occupe la chambre interne du tube de fumée. On a indiqué par des flèches la mise en circulation de l'eau par thermosiphon entre les chambres extérieure et intérieure du réservoir, par l'intermédiaire des conduites radiales 8a et 8b, qui a pour effet d'uniformiser la température de l'eau contenue dans le réservoir d'accumulation.L'eau chaude est prélevée par une tubulure supérieure I 10* qui débouche dans la chambre annulaire du réservoir. 3ien entendu, un régulateur de type connu, notamment un thermostat, assure le maintien de l'eau contenue dans le réservoir à une température préréglée, en agissant sur le fonctionnement du brûleur à gaz 5, de façon connue en soi. Pour permettre le détartrage du chauffe-eau, un trou d'homme il est prévu dans la partie inférieure de la paroi latérale I du réservoir d'eau, de préférence au niveau de la conduite radiale 8b, ce qui permet,1 par exemple à l'aide d'outils appropriés, d'assurer également le détartrage de la cloison inférieure 4b. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation précédemment décrite. Elle englobe toutes ses variantes t Le brûleur 5 peut avoir une forme quelconque. Plusieurs trous d'homme tels que 11 peuvent être prévus à la partie inférieure du réservoir d'eau. Plusieurs tubes de fumée à double paroi peuvent entre disposés de façon à traverser de haut en bas un même réservoir d'eau, des moyens appropriés étant prévus pour faire communiquer la chambre intérieure de chaque tube de fumée à double paroi ,avec la partie du réservoir d'eau qui entoure les tubes de fumée. Ces moyens de communication peuvent être constitués, comme on l'a déjà indiqué,par des conduites radiales telles que 8a et 8b t cependant, le nombre et la disposition de ces moyens de communication sont matières à option. Comme visible sur la figure, un bouclier thermique, constitué par exemple par un disque 12 d'un matériau réfractaire, peut titre avantageusement interposé entre le brûleur 5 et le fond 4b de la chambre intérieure, auquel ce disque 11 peut être assujetti par des moyens appropriés. Ce bouclier thermique évite, d'une part, l'action directe des flammes du brûleur 5 sur le fond 4b, qui favoriserait l'entartrage dudit fond 4b, et, d'autre part, le dép8t, sur le fond 4b --lorsqu'il est encore froid-de produits de condensation, qui en retombant sur le brû- leur 5 pourraient en perturber le fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Chauffe-eau à accumulation et à gaz, dont le réservoir d'eau (1-1a-1b) est traversé de bas en haut par au moins un tube de fumée , à la base duquel est monté le brûleur à gaz (5), caractérisé en ce que le tube de fumée est à double paroi (2-4), de façon à délimiter un conduit périphérique pour la circulation des fumé es, ayant une section horizontale annulaire de largeur radiale très inférieure anx dimensions transversales moyenne s, notamment au diamètre moyen de ladite section annulaire, et une chambre intérieure, qui est fermée (en 4a et 4b) à la partie supérieure (ta) a) du réservoir et près de sa partie inférieure (1b), et que des moyens appropriés (8a, 8b) font communiquer ladite chambre intérieure avec la partie du réservoir d'eau entourant le tube de fumées (2-4) ,de préférence vers les extrémités supérieure (4a) et inférieure (4b) dudit tube de fumée (2-4). 2. Chauffe-eau selon la revendication I, caractérisé en ce qui moins un trou d'homme (11) est aménagé à travers la paroi (1) du réservoir d'eau, près de sa base (1b), pour permettre son détartrage. 3. Chauffe-eau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un bouclier thermique (12) de préférence en matériau réfractaire, est interposé entre le brûleur à gaz (5) et le fond (4b) de la chambre intérieure, auquel ledit bouclier (12) est de préférence assujetti.