Brevet FR2525746A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne une unité de chauffage et d'aération, comprenant une source de chaleur alimentée en un combustible, une conduite d'amenée d'air et une conduite deé- vacuation d'air, un échangeur de chaleur placé dans cette conduite et léché par les gaz de combustion de la source de chaleur, et une conduite d'air frais. On connaît une unité de chauffage et d'aération de locaux, comportant une source de chaleur alimentée en un combustible et dont les gaz de combustion cèdent la chaleur d'une part à l'échangeur de chaleur et, d'autre part, à un deuxième échangeur de chaleur placé en aval. Ce dernier alimente une installation de chauffage à circulation d'air, l'air frais étant amené à la source de chaleur par une conduite spéciale et servant d'air de combustion pour la source de chaleur. En aval de l'échangeur de chaleur léché par les gaz de combustion est prévue une tubulure d'évacuation mélangeant l'air du local où se.trouve installée la source de chaleur, ou d'un autre local, aux gaz de combustion avant qu'ils n'arrivent dans la cheminée. Comme les gaz de combustion, après passage des échangeurs de chaleur, sont saturés d'humidité et que l'air des locaux en contient étalement presque jusqu'à saturité, il est possible que dans des conduites d'évacuation plus éloignées et dans la cheminée la température descende jusqu'au dessous du point de rosée ce qui provoque la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz. La présente invention a pour but d'assurer bien entendu l'utilisation aussi complete que possible de la chaleur des gaz de combustion d'une source de chaleur alimentée en un combustible, mais aussi d'éviter la formation d'eau de condensation dans les conduites d'évacuation de ces gaz, et notamment dans la cheminée. Ce but est atteint par ce que la conduite d'évacuation des gaz est mise en contact, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, avec la conduite d'air frais, d'où prélèvement de chaleur de sorte que l'air des locaux et les gaz de combustion se trouvent, avant d'arriver dans la cheminée, à une température inférieure à celle de la cheminée. Un perfectionnement avantageux consiste en ce qu'il est prévu un circuit intermédiaire qui comprend deux échangeurs de chaleur dont l'un est liché par l'air des locaux et les gaz de combustion, et l'autre, par l'air frais. Un autre perfectionnement résulte de ce que l'échangeur de chaleur faisant partie du circuit intermédiaire et chauffant J 'air frais, est traversé par un tube canalisant l'air frais et renfermant, placé à une certaine distance de sa paroi, un tube canalisant les gaz de combustion. Un autre perfectionnement est obtenu par ce que l'échangeur de chaleur chauffant l'air frais présente une chemise qui, avec l'enveloppe de l'unité forme un espace communiquant avec la tubulure d' amenée d air trais. n autre perfectionnerr;nt. est réalisé par ce que l'échangeur de chaleur secondaire du circuit intermédiaire est traversé par un tube ou est lo é concentriquement un autre tube, ce dernier servant å lS évacua ti ,n des gaz de combustion, et l'espace annulaire entre ces deux tubes, a la canalisation de l'air frais, et par ce que la chemise de cet échangeur de chaleur et l'enveloppe de l'unité forment une fente annulaire a laquelle est raccordée la tubulure d'evacuation d'air venant d'un local du bâtiment abritant l'unité. Un autre perfectionnement résulte de ce que sous l'échangeur de chaleur chauffant le fluide intermédiaire par les gaz de combustion est disposée la source de chaleur qui est entourée complètement par une tôle séparée, de part et d'autre, des éléments voisins par un espace libre. Un autre perfectionnement est donné par ce que les espaces de part et d'autre de la tôle se trouvent en communication avec une conduite d'amenée dlair d'intérieur. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après en détail et représentés par les figures 1 et 2 du dessin, dont la figure 1 montre une représentation schématique en coupe d'une unite de chauffage et d'aération d'un local, et la figure 2, une variante de l'unité suivant fig. 1. Dans les deux figures, les mêmes chiffres désignent les memes détails. L'unité de chauffage et d'aération suivant l'invention constitue un ensemble sous une seule enveloppe 1. La partie in férieure 2 de l'enveloppe renferme la source de chaleur 3 alimentée en un combustible et qui comprend essentiellement un é- changeur de chaleur 6 avec une conduite de retour 4 et une conduite d'alimentation 5, ainsi qu'un brûleur 9 alimenté par une conduite 8 munie d'une électrovalve 7. Dans sa partie inférieure, l'enveloppe 1 est ouverte de sorte que l'air du local 11 où se trouve installée la source de chaleur, peut arriver par en bas au brûleur 9. Entre l'enveloppe 1 et l'échangeur de chaleur 6 de la source de chaleur 3 est disposé un piège à chaleur 12 sous forme d'une tôle noircie, absorbant la chaleur rayonnante et entourant complètement l'échangeur de chaleur. Dans l'espace entre le pièce à chaleur 12 et la paroi de l'enveloppe 1 est prevue une canalisation pour l'air du local où est installée la source de chaleur, ou d'un appartement, comportant un déflecteur 13. Ce déflecteur 13 s'étend à peu près jusqu'au niveau de l'échangeur de chaleur 6, l'espace 14 entre le déflecteur 13 et l'enveloppe 1 serant à la canalisation de l'air qui, au niveau de l'extrémité 15 de la tôle 13, est dévié et dirigé, à travers l'espace 16 entre le déflecteur 13 et le piège à chaleur 12, vers le haut. Au-dessus de l'échangeur de chaleur 6 est prévu, à une certaine distance, un écran 17 avec des ouvertures 18 qui servent à répandre les gaz de combustion. L'écran 17 est dépassé par l'extrémité supérieure 19 du déflecteur 13, munie de chicanes 20 qui s'étendent en partie dans l'espace 14, en partie dans la chambre de combustion 21 au-dessus de la source de chaleur 3. A la partie médiane 22 de l'enveloppe 1 est disposée, s'étendant jusque dans la chambre de combustion 21, une chemise intérieure 23 qui entoure la chambre de combustion 21 laquelle renferme un échangeur de chaleur intermédiaire 26. Entre la paroi de la chemise intérieure et l'enveloppe 1 existe un espace annulaire 24 qu'il faut considérer comme le prolongement de l'espace annulaire 14. Ces deux espaces annulaires 14 et 24 sont séparés entre eux par l'interruption 25 à proximité des chicanes 20. L'échangeur de chaleur 26 est relié à la partie supêrieu- re 28 de l'enveloppe 1 par une conduite d'alimentation 27. A sa partie supérieure 29, la chambre de combustion 21 se rétrécit, la chemise intérieure 23 se rétrécissant également pour former un goulot 30 qui sert de conduite d'évacuation des gaz de combustion en direction d'une cheminée non représentée. te goulot est entouré d'un tube 31 dont l'extrémité supérieure forme ue chambre d'admission 32 à laquelle aboutit une conduite d'amenée 33 de l'air venant d'un appartement. Entre la paroi extérieure du goulot 30 et la paroi intérieure du tube 31, il existe donc un espace annulaire 34 ou circule cet air qui, à travers la paroi du goulot 30, reçoit la chaleur des gaz de combustion. L'espaces 4, au niveau de la partie évasée 29, est relié à l'espace annulaire 24, le tube 31 étant évasé en 29 et soudé, par son bout inférieur 35, à la paroi intérieure de l'enveloppe 1. A travers le couvercle 36 de l'enveloppe 1 passent, concentriquement, les tubes 31 et 30, de part et d'autre du couvercle 36 étant prévues une tubulure d'admission 37 et une tubulure d'évacuation 38. La tubulure d'admission communique avec l'atmosphère, la tubulure d'évacuation, avec l'appartement devant être alimenté en air frais tempéré. La tubulure d'admission 37 coxnunique avec un espace annulaire 39 entre la paroi intérieure de l'enveloppe 1 et la chemise 40 d'un échangeur de chaleur secondaire 41 du circuit intermédiaire, auquel est branchée la conduite d'alimentation 27. De l'échangeur de chaleur secondaire 41 part une conduite de retour 42 vers l'échangeur de chaleur 26. La face inférieure 43 de la chemise 40 est munie d'orifices 44 communiquant avec l'espace annulaire 39. A la face supérieure 45 de la chemise 40 sont également prévus, au niveau de la tubulure d'évacuation 38, des orifices 46 communiquant avec celle-ci. Le fonctionnement de l'unité de chauffage èt d'aération décrite ci-dessus à l'aide de la figure 1, est le suivant: Une installation de chauffage central qui, comme source de chaleur, est relie à ltéchangeur de chaleur 6 de la source de chaleur 5 alimentée en un combustible, chauffe aussi bien le local 11 qu'un ou plusieurs appartements du batiment respectif, par l'intermédiaire de radiateurs non représentés. La source de chaleur 3 aspire par la face ouverte 10 l'air du local 11, qui sert ici d'air de combustion. Les gaz de combustion chat venant du brûleur 9, traversent d'abord l'échangeur de chaleur 6 en lui cédant de la chaleur et arrivent, après avoir subi l'action de l'écran 17, dans la zone de l'échangeur de chaleur primaire 26.Cet échangeur de chaleur cède la chaleur qu'il a reçue à l'échangeur de chaleur secondaire 41 qui chauffe ainsi l'air frais arrivant par la tubulure 37, et dont la température est celle de l'atmosphère, et le canalise, a travers la tubulure 38, dans un ou plusieurs appartements du bâtiment concerné. Par suite de ce refroidissement énergique au niveau du circuit intermédiaire, qui comprend les deux échangeurs de chaleur 26 et 41 et les deux conduites 27 et 42, les gaz de combustion venant de la source de chaleur 3 ont, après passage de l'échangeur de chaleur 26 - donc dans l'espace 29 et le tube 30 une température inférieure à celle régnant dans les locaux du bâtiment.Par suite du niveau de température de l'échangeur de chaleur secondaire 41, il est possible d'utiliser dans l'échangeur de chaleur primaire 26, indépendamment des températures dans les conduites d'alimentation 5 et de retour 4, le pouvoir calorifique du combustible - notamment de gaz naturel et la chaleur résiduelle de l'air venant du ou des appartements. Le condensat résultant de cet énergique prélèvement de chaleur est évacué par un moyen non représenté. Ainsi, la température des gaz de combustion de la source de chaleur 3 est, après passage du goulot 30, à coup sûr inférieure à celle de la paroi de la cheminée. Cela garantit que les gaz de combustion, à la sortie du goulot 30, sont tout au plus légèrement réchauffés, mais en aucun cas refroidis davantage. Toute condensation ultérieure dans la cheminée ou dans des conduites branchées sur elle, est donc exclue. L'air frais chauffé, sortant de la tubulure 38, sert à l'aération d'un ou de plusieurs appartements du bâtiment concerné, ou éventuellement du local où est installée la source de chaleur 3. C'est de ces locaux que l'air plus ou moins saturé d'humidité est évacué par la conduite 33 et canalisé à travers la chambre d'admission 32 dans l'espace annulaire 34. C'est ici que se produit un échange partiel de chaleur d'une part avec les gaz de combustion dans le tube 30, d'autre part avec l'air frais non chauffé, au niveau de l'échangeur de chaleur 41. L'air légèrement chauffé s'écoule de l'espace annu laire 34 dans l'espace annulaire 24. C'est ici que peut s'opérer un prélèvement de chaleur à travers la paroi 23, grâce à la présence des gaz de combustion de la source de chaleur. L'air ainsi chauffé arrive par les orifices 25 et, après évia- tion par la partie inférieure 15 du déflecteur 13 et passage devant le piège à chaleur 12, dans la chambre de combustion 21 où il sert d'air de combustion supplmentaire pour le brûleur 9. Le cas échéant, il est possible d'adapter l'arrivée d'air par la conduité 33 à la charge de la source de chaleur; il serait éventuellement possible de réduire aussi l'arrivée d'air 10 du local il pour obtenir un bon rendement de l'unité quand ie brûleur marche à régie ss -s9u;t. La variante de l'exemple de réalisation, suivant fig. 2, se signale essentiellemollt pai ce que l'espace annulaire 34 ne communique pas, par l' intermedia~re .2de la chambre d'admission 32, avec une conduite d'évacuation d'aIr d'intérieur, mais avec la tubulure d'admission d'air rais 37. En aval de l'espace annulaire 34, la conduite d'air fais est en communication, à travers les orifices 44 de l'échangeur de chaleur 41, avec la tubulure d'admission 38 qui canalise l'air frais chauffé dans l'échangeur de chaleur 41 vers les locaux d'appartement à aérer.L'avantage de cette variante consiste en ce que l'échange de chaleur entre l'air frais et le goulot 30 est plus efficace. Le long de la paroi du goulot, il y a un premier chauffage de l'air froid, le deuxième chauffage, plus fort, se faisant au niveau de l'échangeur de chaleur 41. Un autre avantage résulte de ce que la température des gaz de combustion dans le goulot atteint un niveau plus bas que dans l'exemple de réalisation suivant fig. 1. Le-piège à chaleur sous forme de la tôle absorbante 12 sert à capter la chaleur émise par l'échangeur de chaleur 6 ou le brûleur 9 ou, d'une façon générale, les éléments de la chambre de combustion 21, et à la céder à l'air qui lèche le piège à chaleur. La conséquence en est que l'enveloppe 1 de la source de chaleur est refroidie et que même la chaleur rayonnante de la source de chaleur peut être utilisée le plus largement possible soit par I'intermédiaire des gaz de combustion et de l'échangeur de chaleur au niveau de la conduite d'évacuation de ces gaz, soit par l'intermédiaire de l'air frais. Une autre différence par rapport à l'exemple de réalisation suivant fig. 1 est donnée par le fait que, bien que la tubulure d'admission d'air d'intérieur 33 soit en communication avec'l'espace annulaire 39, cet air est complètement canalisé, à travers les orifices 25 au niveau de la chicane 20, dans la chambre de combustion 21 en aval de l'échangeur de chaleur 6 et de l'écran 17. Ainsi, cet air ne sert pas à la combustion des gaz dans le brûleur 9. En échange, l'air du local 11 afflue en grande quantité par la vaste ouverture que présente la face inférieure 10 de la source de chaleur 3. Cet air s'écoule aussi bien par les espaces entre les éléments du brûleurs 9 que par les espaces annulaires entre le piège à chaleur 12 et l'échangeur de chaleur 6 respectivement le brûleur 9, de même que par les espaces annulaires entre le piège à chaleur 12 et le déflecteur 13 ainsi qu'entre le déflecteur 13 et la paroi intérieure de l'enveloppe 1. L'air circulant dans ces deux derniers espaces arrive, à travers des fentes entre le piège à chaleur 12 et le déflecteur 13, d'une part, et les chicanes 20, d'autre part, dans la chambre de combustion 21, au niveau de l'écran 17. Il est possible de couper en deux l'enveloppe 1 suivant un plan 47 permettant de séparer la partie supérieure 28 de cette enveloppe de sa partie inférieure 2, ce qui facilitera les travaux de maintenance et de réparation. Revendications 1. Unité de chauffage et d'aération d'un local, compre nant une source de chaleur alinentée en un combustible, une conduite d'amenez d'air et une conduite d'évacua tion d'air pour le rcal à aérer, un échangeur de cha leur placé dans cette conduite et léché par les gaz de combustion de la source cLe valeur, et une conduite d'air frais, caractérisne par le fait que la conduite d'évacuation (21, 29, nG) des gaz est mise en contact, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (26, 41), avec la conduite d'air frais 133, 38), d'où prélève ment de chaleur de sorte que l'air des locaux et les gaz de combustion se trouvent, avant d'arriver dans la cheminée, à une température inférieure à celle de la che minée. 2. Unité suivant la revendication un, caractérisée par le fait qu'il est prévu un circuit intermédiaire (26, 41, 27, 42) qui comprend deux échangeurs de chaleur (26, 41) dont l'un est léché par l'air des locaux et les gaz de combustion et l'autre, par l'air frais. 3. Unité suivant la revendication un ou deux, caractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur (41) faisant partie du circuit intermédiaire et chauffant l'air frais, est traversé par un tube !31) canalisant l'air frais et renfermant, placé à une certaine distance de sa paroi (31), un tube (30) canalisant les gaz de combustion. 4. Unité suivant l'une des revendications un à trois, ca ractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur (41) chauffant l'air frais présente une chemise (40) qui, avec l'enveloppe (1) de l'unité, forme un espace (39) communiquant avec la tubulure d'amenée d'air frais (37). 5. Unité suivant l'une des revendications un à quatre, ca ractérisée par le fait que l'échangeur de chaleur se condaire (41)'du circuit intermédiaire est traversé par un tube (34) où est logé concentriquement un autre tube (30), ce dernier servant à l'évacuation des gaz de com bustion, et l'espace annulaire entre ces deux tubes, à la canalisation de l'air frais, et par ce que la chemise (40) de l'échangeur de chaleur (41) et l'enveloppe (1) de l'unité forment un fente annulaire (39) à laquelle est raccordée la tubulure d'évacuation d'air venant d'un local du bâtiment abritant l'unité. 6. Unité suivant l'une des revendications un à cinq, ca ractérisée par le fait que sous l'échangeur de chaleur (26) chauffant le fluide intermédiaire par les gaz de combustion est disposée la source de chaleur (3) qui est entourée complètement par une tôle (12) séparée,de part et d'autre, des éléments voisins par un espace libre. 7. Unité suivant la revendication six, caractérisée par le fait que les espaces de part et d'autre de la tôle (12) se trouvent en communication avec use conduite d'amenée d'air d'intérieur.