Brevet FR2532040A1 — publié le 19840224

Dispositif pour réduire les pertes d'énergie dans une chambre de combustion comportant un brûleur à mazout ou à az L'invention se rapporte à un dispositif pour réduire les pertes d'énergie dans une chambre de combustion comportant un brûleur à mazout ou à gaz, notamment pour Je fonctionnement d'une chaudière de chauffage, dispositif dans lequel un matériau accumulateur réfractaire, par exemple céramique, sous forme de plaques, de briques ou analogues, est empilé ou disposé dans la chambre de combustion pour entourer au moins partiellement la flamme du brûleurs Ces dispositifs connus servant à réduire les pertes d'énergie dans les chaudières de chauffage n'ont toutefois donné jusqu'ici que des résultats insatisfaisants dans la pratique.Leur inconvénient réside en particulier dans le fait que le brûleur monte à une température trop élevée La présente invention a par conséquent pour objet de perfectionner le dispositif du type précité de façon 'a augmenter encore l'économie d'énergie tout en maintenant le brûleur à une température aussi basse que possible Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le matériau accumulateur du cl'té tourné vers la flamme du brûleur comporte une couche interne de conductibilité ther mique relativement élevée et de bonne résistance aux chocs thermiques et, du c8té opposé à la flamme du brûleur, une couche externe de conductibilité thermique relativement faible et capacité thermique relativement élevée. Des mesures et des calculs ont montré que la solution selon l'invention est particulièrement efficace à basse température aller et faible facteur de marche de la chaudière, en particulier en liaison avec un clapet de gaz brumés fermant de façon étanche et un régulateur de tirage ou en liaison avec un régulateur de tirage a commande électro mtcanique (permettant ainsi de supprimer le clapet de retenue de chaleur). La couche interne absorbe l'énergie thermique rayonnée par la flamme du bruleur et la transmet relativement rapidement 'a la couche externe où elle est activement emm gasinée. Le iissatériau accumulateur de chaleur augmente la surface d2fichange thermique disponible Lorsqu'on arrete la flamme du brûleur, la face interne du matériau accumulateur refroidit relativement vite tandis que la plus grande partie de la chaleur est eagasinée dans sa ouche externe.On empoche ainsi une surchauffe du brûleur. Les économises d'énergie ont en particulier obtenues par le fait que la capacité d'accumulation de chaleur du matériau accumulateur permet de réduire la dimension du bec brûleur tout en conservant la même émission de chaleur. Après un démarrage du brûleur, 14 tempL'rture des gaz brûlés augmente lentement, ce qui, èn cas de fonctionnement intermittent, équivaut à une diminution de la température des gaz brûlés et, partant, à une augmentation du rendement. Pendant les périodes d'arrêt la chaleur emmagasinée dans la chambre de combustion est restituée et contribue dans une large mesure au chauffage du fluide à chauffer.Les avantages apportés par l'invention sont surtout valables en cas de température aller relativement basse et faible facteur de marche de l'installation de chauffage. La solution selon l'invention permet de prolonger lestemps d'arrêt et par conséquent de réduire la consommation de mazout ou de gaz. Malgré la diminution de la température des gaz brûlés, on obtient une combustion plus complète. Le rendement calorifique est par conséquent augmenté. Le matériau accumulateur peut de préférence être réalisé sous la forme d'un corps intercalaire en forme de caisson ou tubulaire dans lequel pénètre la flamme du brûleur et qui, sur ses côtés, est complètement entouré par le matériau accui:alateur, de préférence à la rutine distance. Le corps intercalaire est avantageusement réalisé en forl.le de caisson au moyen de plaques individuelles ou en forme de tube au moyen d'anneaux de façon à permettre un montage ut rieur facile dans une chambre de combustion. Les différents anneaux d'un corps intercalaire peuvent être formés par des plaques ou des segments individuels constituant des quarts de cercle, des demi-cercles ou toute autre fraction de cercle formant des éléments de construction suffisamment petits ct donc faciles å maznipulerO Les plaques individuelles, les segments individuels ou les anneaux peuvent être raccordés par collage, par fixation 'a clabots et/ou par un assemblage amovible. Les parois du matériau accumulateur peuvent etre munies de perforations. Ces perforations ser-vent, le cas échéant, 3 modifier volontairement la direction des gaz brûlés pour les porter à la température la plus favorable possible2 ainsi qu > à augmenter la surface émettrice de chaleur du matériau accumulateur. Selon une autre caractéristique de l'invention la couche interne du matériau accumulateur peut de préférence être constituée par du SiC ou contenir du SiC et la couche externe être constituée par un matériau 'a forte teneur en alumine. Cette combinaison des deux couches constituées par un matériau thermiquement relativement bon conducteur et par un matériau thermiquement relativement mauvais conducteur s'est révélée particulièrement avantageuse. Pour renforcer encore l'efficacité du matériau accumulateur selon l'invention, ce dernier peut comporter sur la surface extérieure de sa couche externe et/ou de sa couche interne des structures augmentant sa surface, par exemple des nervures. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation prix comme exemples, mais non lirnitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel les figures 1 et 2 représentent schématiquement et suivant des vues en respective (partiellement éclatées) deux modes de réalisftion dune installation de chauffage selon l'invention ; la figure 3 représente schématiquement et en perspective un mode d'agencement d'un matériau " deux couches formant un corps intercalaire en forme de caisson selon l'inveiition ; la figure 4 représente schématiquement et en coupe une installation de chauffage comportant un dispositif à matériau accumulateur selon l'inveiition avec corps intercalaire tubulaire ;; la figure 5 représente schématiquement et en perspective un dispositif accumulateur réalisé sous forme de corps intercalaire tubulaire selon l'invention la figure 6 représente un diagramme illustrant la courbe de température en cas de fnctionnement intermittent de l'installation de chauffage avec et sans le dispositif selon l'invention la figure 7 est une vue schtmatique illustrant l'augmentation des surfaces d'échange de chaleur et le gain d'énergie thermique en résultant pour le fluide chauffé les figures 8a, 8b et 9a, 9b représentent des éléments en forme de plaques et d'anneaux avec surface structurée pour utilisation dans le cadre de l'invention. L'installation de chauffage selon la figure 1 comporte une chambre de combustion 1 et un brûleur 2 placé devant. Dans la chambre de combustion 1 se trouve un agencement de plaques à deux couches réalisées en un matériau accumulateur réfractaire 3. Le matériau accumulateur 3 constitue un corps intercalaire i1 en forme de caisson ouvert du côté du brûleur et dans lequel pénètre la flamme 40 Le-matériau accumulateur 3 comporte une couche interne 9 tournée du côté de la flamme 4 du brûleur et une couche externe 10 tournée du côté opposé. La couche interne 9 est réalisée en un matériau céramique réfrae taire de conductibilité thermique relativement élevée et bonne résistance aux chocs thermiques.La couche externe 10 est réalisée en un matériau céramique réfractaire de conductibilité thermique relativement faible et par conséquent de haute capacité thermique. Sur son cssté opposé au brûleur 2, le corps intercalaire 11 en forme de caisson formé par le matériau accumulateur 3 peut être fermé par une autre plaque verticale comme illustré sur la figure 3. L'installation de chauffage représentée sur la figure 2 correspond dans son prineipe à celle de la figure 1. Ici, cependant, le corps intercalaire 11 est oralisé tubulaire et non pas en fprme de caisson conme sur la figure 1. Ce corps intercalaire tubulaire 11 est formé de segments individuels 16.Sur les figures 1 et 2, dans le tube 5 raccordant la chambre de combustion 1 à la cheminée 6 est installé un clapet 7 qui se ferme -automatiquement à l'arrêt du brûleur 2 et, pendant les temps d'arrêt, empêche la dissipation de la chaleur emmagasinée dans le matériau accumulateur 3. La cheminée 6 comporte en outre un régulateur de tirage 12 qui limite le tirage dans le tube de fumée, stabilise la pression dans la chambre de combustion et permet une veiitilation de la cheminée pendant le temps d'arrêt exempt d'air chaud. En cas de régulateur de tirage à commande électro-mécanique, on obtient une ventilation forcée. La figure 4 représente en coupe l'installation de chauffage selon la figure 2 avec corps intercalaire tubulaire 11 et dans lequel le support 13 est monté réglable en hauteur dans la chambre de combustion 1 de façon qu'on puisse l'installer à la bonne hauteur par rapport à la flamme 4 du brûleur. Dans le mode de réalisation selon la figure 5, le matériau accumulateur réfractaire 3 à deux couches formé de segments individuels 16 réunis en anneaux constitue un corps intercalaire tubulaire 11- qui est aussi monté réglable en hauteur sur des supports 13. Pour pouvoir etre adapté à la profondeur de chaque chambre de combustion, le support 13 est monté réglable en longueur de façon télescopique dans des barres d'appui annulaires 15. Le corps intercalaire tubulaire 11, au niveau de son ouverture arrière opposée à la flamme 4 du brûleur, peut entre fermé par un couvercle 14. Les segments individuels 16 peuvent par exemple être réunis par collagepour former les différents anneaux ou être assemblés par -tout autre moyen de fixation. Les segments peuvent constituer des quarts de cercle, des demi-cercles ou toute autre fraction de cercles.Le corps intercalaire tubulaire 11 peut etre d'une seule pièce dans le sens axial ou formé de plusieurs anneaux. Tous les anneaux ou certains d'entre eux peuvent eomporter dans leur paroi des perforations 17 permettant d'orienter à volonté l'échappement des gaz brûlés. P.,r la courbe en fonction du temps selon la figure- 6 de la température T de la chambre de combustion en cas de fonctionnement intermittent du brûleur 2, d'une part, avec le dispositif selon l'invention (ligne en trait plein) et, d'autre part, sans ce dispositif (ligne en trait interrompu), on peut observer une prolongation sensible des temps d'arrêt et pb.r conséquent une diminution de la consommation de gaz et de mazout avec le dispositif selon l'invention. Les fractions correspondantes At des temps de marche et des temps d'arrêt du brûleur sont différentes et dépendent du dimensionnement de l'installation de chauffage et de la chaleur nécessaire. Les pointes de température des courbes se situent à la même hauteur. Dans le cas d'un fonctionnement avec le dispositif selon l'invention, la durée du temps de marche est cependant d'environ 20 % inférieure à celle du fonctionnement sans ce dispositif. Comme on peut le voir sur la figure 7, le corps intercalaire selon l'invention prolonge l'échange de chaleur de la zone L1 à la zone Li et L2 avec un gain d'énergie thermique pour le fluide chauffé. Les figures 8a, 8b représentent des éléments en forme de plaques qui sont utilisés dans la constitution d'un corps intercalaire il en forme de caisson et qui comportent, pour agrandir leur surface, des structures en forme de nervures 8 qui, sur la figure 8a, ne sont prévus que sur la surface extérieure de la couche interne 9 du matériau accumulateur 3 et sur la figure 8b également sur la surface extérieure de la couche externe 10. Les figures 9a, 9b représentent des éléments correspondants réalisés en forme d'anneaux. Il est aussi possible d'envisager un mode de réalisation dans lequel les structures augmentant la surface ne sont prévues que sur la surface extérieure de la couche externe 10. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réduire les pertes d'énergie dans une chambre de combustion comportant un brûleur à mazout ou à gaz et dans lequel un matériau accumulateur réfractaire, par exemple céramique, sous forme de briques, de plaques ou analogues est empilé ou disposé dans la chambre de combustion pour entourer au moins en partie la flamme du brûleur, caractérise par le fait que Je matériau accumulateur (3) du coté tourné vers la flamme (4) du brûleur comporte une couche interne (9) à haute conductibilité thermique et bonne résistance aux chocs thermiques et, du coté opposé à la flamme (4), une couche externe (10) à faible conductibilité thermique et grande capacité thermique 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau accumulateur (3) est réalisé sous la forme d'un corps intercalaire (11) en forme de caisson ou tubulaire ou est constitué de parties assemblées pour former un tel corps intercalaire. 3. Dispositif selon la revendicatiton 1 ou 2, caractérisé par le fait que-le corps intercalaire (ii) est réalisé en forme de caisson au moyen de plaques individuelles ou en forme de tube au moyen (l'anneaux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les anneaux du corps intercalaire (il) sont formés par des plaques ou des segments individuels (16). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les plaques individuelles, les segments individuels ou les anneaux sont mutuellement raccordés par collage, par fixation à clabots et/ou par assemblage amovible. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps intercalaire (11) est réalisé d'une seule pièce. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que bs parois du matériau accumulateur (9, 10) sont munies de perforations (17). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les plaques individuellesS les segments individuels ou les anneaux munis de perforations (17) provoquent une déviation volontairement déterminée des gaz brûlés en fonction de leur position angulairee 9. Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la couche interne (9) est réalisée en sic ou contient du SiC et que la couche externe (10) est réalisée en un matériau à haute teneur en alumine. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le matériau accumulateur (3) comporte des structures augmentant sa surface, par exemple des nervures (8), disposées sur la surface extérieure de la couche externe (10) et/ou de la couche interne (9).