Brevet FR2539849A2 — publié le 19840727

FR 2539849 A2 19840727 FR 8300881 A 19830120 Perfectionnements aux chaudières à gaz à éléments multiples. L'invention concerne des perfectionnements apportés aux chaudières mettant en oeuvre la combustion d'un gaz pour chauffer l'eau en circulation dans un circuit fermé de chauffage central, chaudières comprenant une pluralité de générateurs élémentaires de calories et des moyens pour mettre en service chaque générateur elémentaire indépendams ment des autres en fonction de la puissance calorifique glo- bale demandée à la chaudière. Ces perfectionnements s' ajoutent à ceux, déjà apportés aux chaudières du genre en question par le brevet principal et par sa première addition, qui sont essentiellement caractérisés - en ce que plusieurs générateurs élémentaires, avec leurs moyens de réglage et de contrôle, sont supportés les uns au-dessus des autres par une ossature commune, leurs tuyauteries d'eau étant montées en parallèles entre un premier tube vertical qui alimente chacune d'elles en eau à chauffer et un deuxième tube vertical qui reçoit l'eau chauffée dans chacune d'elles, - et en ce que les sommets des différents générateurs élémentaires sont tous directement reliés par des raccords, notamment coudés, à une cheminée verticale commune pour l'évacuation des gaz brtles. L'invention a pour but, surtout, de récupérer certaines des calories residuelles contenues dans les fumées qui sortent des générateurs élémentaires superposés après avoir cédé l'essentiel de leurs calories à des fractions, du courant d'eau à chauffer, traversant les tuyauteries d'eau de ces générateurs élémentaires, tuyauteries faisant partie d'échangeurs thermiques appropriés qui seront dits "échangeurs principaux" dans la suite. Elle est essentiellement caractérisée en ce qu'un échangeur thermique auxiliaire eau-fumées est monté en travers de la portion, de la cheminée d'évacuation commune, située en aval de l'embouchure, dans cette cheminée, du raccord de fumées provenant du générateur élémentaire de plus haut niveau, de façon telle que, d'une part, la totalité des fumées provenant des différents générateurs élémentaires traversent cet échangeur auxiliaire et que, d'autre part, la tuyauterie d'eau dudit échangeur auxiliaire soit constituée par une portion, du circuit fermé de chauf- fage central, disposée en amont de l'ensemble des tuyauteries d'eau, montées en parallèle les unes sur les autres, des échangeurs principaux. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une etdou à l'autre des dispositions suivantes: - Si la chaudière comporte n générateurs élémentaires identiques, l'échangeur auxiliaire présente une surface d'échange ge de l'ordre de n fois supérieure à celle de chaque échan- geur principal, - l'échangeur auxiliaire est dsun type plat et présentant une faible résistance à sa traversée par un gaz perpendiculairement à son plan moyen,tel que ceux qui ont été décrits dans le brevet FR nO 81 19848 de la demanderesse, - l'échangeur auxiliaire plat est disposé obliquement en travers d'une portion verticale de la cheminée, - l'échangeur auxiliaire plat est disposé avec son plan moyen vertical au-dessus d'une auge de collecte des condensats, - l'échangeur auxiliaire est constitué d'une structure plate unique, - l'échangeur auxiliaire est constitué par plusieurs structures plates montées parallèlement les unes aux autres de façon à être traversées successivement par les fumées. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'-on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ciannexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre schématiquement une chaudiere de chauffage central à modules superposés perfectionnée selon l'invention. La figure 2 montre schématiquement le circuit d'eau de l'installation de chauffage central équipée de cette chaudière. Comme dans le brevet principal et dans sa première addition, la chaudière considérée comprend plusieurs générateurs élémentaires de calories identiques G1, G2 et G3 superposés et supportés les uns au-dessus des autres par une ossature commune A. Le nombre de ces générateurs élémentaires ou "modules" superposés est de trois dans le mode de réalisation illustré, mais il pourrait être différent, par exemple égal à deux ou à quatre. Les modules considérés pourraient également être répartis en plusieurs empilements placés côte à côte. Chacun de ces générateurs élémentaires comprend un brûleur 33 alimenté par un combustiblegazeux, un échangeur 34 propre à être chauffé par les flammes du bru leur et un ensemble de commande et de régulation schématisé par le cercle 35 sur la figure 2, ensemble comportant avantageusement un système de "sécurité de manque d'eau", c'est-à-dire propre à asservir l'allumage du brûleur à la circulation de l'eau, une pompe de circulation, une vanne et éventuelle- ment un clapet anti-retour. Chaque échangeur 34 comporte lui-même une tuyauterie (1, 2, 11) parcourue par le courant daeau à chauffer. Chacune de ces tuyauteries est alimentée en eau à chauffer à partir d'un même tube vertical 5 et l'eau chauffée sortant de toutes les tuyauteries est évacuée à travers un même tube vertical 6. Le circuit de chauffage central 36 sert à alimenter en calories des radiateurs ou convecteurs 37 en envoyant dans ceux-ci 1 'eau chauffée délivrée par le tube 6 et en recon- duisant ensuite au tube 5 l'eau refroidie sortant de ces radiateurs 37. La chaudière est en outre associée à une cheminée verticale commune 25 dressée à côté de l'empilement de modules et équipée de préférence d'un ventilateur d'extraction 26 et les sommets des différents générateurs élémentaires sont tolus reliés latéralement à cette cheminée commune 25 par 1'intermédiaire de raccords 24, généralement coudes a angle droit, à d.es niveaux distincts espacés les uns des autres des mêmes distances verticales que les générateurs eux-mêmes. Les fumées recueillies par cette cheminée 25 sont encore chaudes et l'on se propose, conformément à l'invention, de récupérer une partie appréciable des calories résiduelles qu'elles entrainent. A cet effet l'on interpose dans un tronçon, de la cheminée 25, situé en aval de l'embouchure du raccord 24 de plus haut niveau dans cette cheminée, un échangeur de calories auxiliaire 38 prévu de façon à refroidir les fumées qui le traversent, de préférence au-dessous de la température de rosée - généralement de l'ordre de 60 C - à laquelle commence à se condenser 1 'eau dans ces fumées, ce qui leur fait céder les calories utilisées pour vaporiser cette eau, c'està-dire la chaleur latente de vaporisation de ladite eau. L'échangeur auxiliaire 38 comprend à cet effet une tuyauterie 39 parcourue par l'eau refroidie provenant du retour du chauffage. En d'autres-termes, cette tuyauterie 39 est consti tuée par un tronçon, du circuit 36 de chauffage central, disposé juste en amont des tuyauteries 1, 2, ll comprises par les générateurs élémentaires, comme visible sur la figure 2. Dans son ensemble, l'échangeur auxiliaire 38 est de préférence constitué de la manière qui a été decrite dans le brevet FR nO 81 19848 de la demanderesse, c'est-à-dire sous la forme générale d'un treillis relativement plat et mince dans lequel la tuyauterie 39 s'étend selon une trajectoire parallèle au plan moyen du treillis, l'ensemble offrant une faible résistance à sa traversée par les gaz selon la direction perpendiculaire audit plan moyen. Selon un mode de réalisation avantageux, le "treillis" plat 38 est constitué par un serpentin parcouru par l'eau à préchauffer, composé de brins rectilignes parallèles raccordés entre eux par des coudes semi-circulaires et entretoisés par des plaques parallèles en métal conducteur formant ailettes. Dans le mode de réalisation illustre, le treillis 38 en question est unique et ssétend obliquement en travers de la totalité de la section de la cheminée verticale 25. Mais ledit treillis pourrait également être constitué par une pluralité d'éléments distincts, de préférence disposés parallèlement les uns aux autres de façon à être traversés successivement par les fumées à refroidir. L'étendue de la surface d'échange de l'échangeur auxiliaire 38 est adaptée à celles des échangeurs principaux 34. Elle est de préférence du même ordre de grandeur que l'étendue cumulée des surfaces de ces échangeurs principaux. En d'autres termes, pour le mode de réalisation illustré pour lequel le nombre de générateurs élémentaires superposés est égal à trois, la surface d'échange de l'échan- geur auxiliaire 38 est de l'ordre de trois fois supérieure à celle de l'échangeur principal 34 de chacun desdits générateurs élémentaires. On peut laisser tomber simplement par gravité dans la cheminée verticale 25 les gouttes d'eau provenant de la condensation de la fraction, de la vapeur d'eau entraînée par les fumées, qui a été suffisamment refroidie par l'échan- geur auxiliaire 38. On recueille alors cette eau à la base de ladite cheminée à l'aide de goulottes appropriées 40, 41. Mais on peut préférer evacuer les condensats à proximité même du niveau où ils ont été formés : à cet effet il peut être avantageux de donner au plan moyen de la structure plate constitutive de l'échangeur 38 une orientation verticale et de placer alors directement au-dessous de celle ci une auge collectrice. Dans de tels cas, les fumées traversent horizontalement l'échangeur 38 et il peut être indiqué de prévoir des cloisonnements de'guidage pour faire traverser cet échangeur par les fumées horizontalement et avec des débits répartis régulièrement sur toute la surface d'échange. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisa tion.adopté, on dispose finalement d'une chaudière à modules superposés dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Cette chaudière présente entre autres l'avantage de permettre une récupération maximum des calories créées dans ses différents modules, et ce à l'aide d'un échangeur auxiliaire unique n'augmentant pas les encombrements unitaires desdits modules. Par ailleurs, si un seul des générateurs élémentaires est en fonctionnement (savoir le générateur élémentaire G3 situé au sommet de la pile, pour le mode de réalisation illustré), ou plus généralement si la chaudière fonctionne avec l'un au moins de ses générateurs élémentaires éteint, la récupération de calories assurée à l'aide de l'échangeur auxiliaire commun et unique, alors surdimensionné, est particulièrement efficace, surtout en phase de non-condensation, c 'est-à-dire lorsque les fumées ne sont pas refroidies jusqu'au point de rosée en traversant ledit échangeur. Un tel échangeur auxiliaire unique est en outre très facile à adapter sur les chaudières à modules superposés existantes puisqu'il n'est pas nécessaire à cet effet de modifier les conceptions structurelles de ces modules. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Chaudière mettant en oeuvre la combustion d'un gaz pour chauffer l'eau en circulation dans un circuit fermé (36, 37-) de chauffage central, comprenant une pluralité de modules composés chacun d'un générateur élémentaire de calories (G1, G2, G3) et de ses moyens de réglage et de con trôle (35), les différents modules étant superposés et sup- portés les uns au-dessus des autres par une ossature commune (A), leurs tuyauteries d'eau (1, 2, 11) étant montées en parallèle entre un premier tube vertical (5) qui alimente chacune d'elles en eau à chauffer et un deuxième tube vertical (6) qui reçoit l'eau à chauffer dans chacune d'elles, et les sommets des différents générateurs élémentaires étant tous directement reliés par des raccords (24), notamment coudés, à une cheminée verticale commune (25) pour l'évacuation des gaz brûlés, caractérisée en ce qu'un échangeur thermique auxiliaire eau-fumées (38) est monté en travers de la portion, de la cheminée d'évacuation commune (25), située en aval de l'embouchure, dans cette cheminée1 du raccord de fumées (24) provenant du générateur élémentaire de plus haut niveau, de façon telie que, d'une part, la totalité des fumées provenant des différents générateurs élementaires traversent cet échangeur auxiliaire et que, d'autre part, la tuyauterie. d'eau (39) dudit échangeur auxiliaire soit constituée par une portion, du circuit fermé de chauffage central (36), disposée en amont de l'ensemble des tuyauteries d'eau (1, 2, 11) comprises par les échangeurs thermiques principaux (34) des différents modules. 2. Chaudière selon la revendication 1, comportant n générateurs élémentaires identiques (G1, G2, G3), caractérisée en ce que l'échangeur auxiliaire (38) présente une surface d'échange de l'ordre de n fois supérieure à celle de chaque échangeur principal (34). 3. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'échangeur auxiliaire (38) est d'un type plat et présentant une faible résistance à sa traversée par un gaz perpendiculairement à son plan moyen. 4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'échangeur auxiliaire plat (38) est disposé obliquement en travers d'une portion verticale de la cheminée (25). 5. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'échangeur auxiliaire plat est disposé avec son plan moyen vertical au-dessus d'une auge de collecte des condensats. 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'échangeur auxiliaire est constitué d'une structure plate unique (figure 1). 7. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'échangeur auxiliaire est constitué par plusieurs structures plates montées parallèlement les unes aux autres de façon à être traversées successivement par les fumées.