Brevet FR2547025A1 — publié le 19841207

L'invention concerne une amélioration aux corps de chauffe pour chaudières à basse température. Le prix élevé des combustibles a amené les constructeurs de chaudières à rendre leur matériel de plus en plus performant. Le but premier visé concerne l'économie d'énergie qui conduit à l'amélioration du rendement. Plusieurs facteurs contribuent à baisser le rendement thermique d'une installation : - les pertes d'énergie par rayonnement ou convection que l'on peut diminuer en apportant une isolation suffisante et appropriée de la chaudière mais aussi des conduits de distribution. - Le rendement thermique propre de la chaudière et notamment celui de son corps de chauffe. - Le rendement de combustion. - Les conditions de fonctionnement et les allures de chauffe. Les caractéristiques et formes techniques des échangeurs ont évolué dans le sens du me i-I leur coefficient d'échange compatible avec le combustible utilisé, de manière à garder une durée de vie suffisante, et à ne provoquer qu'un encrassement peu important. L'amélioration du rendement conduit également à faire travailler les chaudières à des températures de retour d'eau de plus en plus basses, se situant au-dessous de 4O0C et même proches de 3O0C. Ces conditions de fonctionnement à basse température permettent également de limiter les pertes des chaudières à l'ambiance. Si ce mode de fonctionnement procure une amélioration sensible du rendement, il s'avère préjudiciable à la bonne tenue des matériaux dans le temps, qui se corrodent suite à la condensation des fumées de combustion sur les parois internes portées à une température voisine et souvent plus faible que le point de rosée des fumées du combustible utilisé. Le point de rosée des fumées de mazout stétablis- sant à environ 40-45 C, celles-ci se condensent inevita- blement sur les surfaces plus froides apparaissant dans les chaudières à basse température. L'étendue de ces surfaces augmente en fonction de l'abaissement en température de l'eau de retour. Le risque de corrosion augmente dans les mêmes proportisons. L'amélioration aux corps de chauffe des chaudières selon l'invention présente un double but. Elle permet tout d'abord de réduire notablement la corrosion de la matière formant le corps de chauffe et ainsi de garantir une plus grande durée de vie. Cette longévité s'avère encore supérieure dans le cas de chaudières en fonte, en raison de la plus grande épaisseur de fonte nécessitée par les impératifs de moulage. Elle permet aussi de descendre encore plus bas la température de fonctionnement des chaudières comportant cette caractéristique et ainsi de réaliser des économies d'énergie supérieures. A cet effet, l'invention concerne une amélioration aux corps de chauffe des chaudières à basse température caractérisée en ce que chaque élément ou section composant, par juxtaposition, le corps de chauffe comporte au moins dans sa partie inférieure, des structures transversales saillantes de part et d'autre du canal central de transport de l'eau froide de retour, le chant desdites structures permettant la juxtaposition bord à bord. Outre les principaux avantages déjà mentionnés ci-dessus, on peut citer la vaporisation sur les zones plus chaudes des condensats formés sur les zones à température inférieure au point de rosée. La conformation technique permet le ruissellement des condensats jusqu'aux zones plus chaudes. Un intérêt supplémentaire réside dans la protection de la zone de joint qui ne nécessite pas de produit spécial pour résister aux condensats à teneur acide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description ci-après, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode de réalisation de l'invention en référence aux dessins accompagnants dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une chaudières et de son corps de chauffe. - La figure 2 est une vue partielle en perspective du corps de chauffe montrant le plan de coupe. - La figure 3 est une vue de détail en coupe transver sale aux éléments du corps de chauffe selon la ligne III - III de la figure 2. L'amélioration selon l'invention s'adapte sur tous les types de chaudières quelles que soient la puissance nominale et les dimensions du corps de chauffe. Le corps de chauffe 1 est constitué de façon classique par la juxtaposition latérale d'éléments ou de sections d'échange 2. Les éléments 2 sont montés en série par un assemblage mécanique transversal à l'aide a i de de barres et de tiges filetées. La jonction au droit des passages hydrauliques 3 entre éléments est assurée par exemple par des manchons symétriques biconiques appelés nipples. L'invention procède de l'idée générale inventive suivante. On limitera la condensation dans la partie inférieure des corps de chauffe en créant des surfaces saillantes supplémentaires transversales aux éléments d'échange en prolongation des surfaces 4 en contact direct avec l'eau de retour à température proche de 300C. Les surfaces 4 sont celles qui forment les canaux ou conduits 5 transportant l'eau de retour depuis la ligne de distribution 6 jusqu'à la partie centrale d'échange 7 située au-dessus du foyer 8. Les surfaces 4 se prolongent latéralement par les structures transversales saillantes 9. Leurs chants constituent les surfaces de bordure par lestluelles les éléments 2 sont juxtaposz;s sans l'interposition d'un produit de protection contre la corrosion. Comme indiqué, en raison de la limitation de la condensation et de l'évaporation sur ces structures 5 des condensats ruisselants, on remarque une véritable protection de la zone de joint qui ne nécessite pas de produit spécial pour résister aux condensats. Ces structures saillantes 9 se développeront selon des épaisseurs plus faibles, de manière à bénéficier d'une inertie thermique faible. Elles monteront plus rapidement en température lors des premiers instants de fonctionnement du brûleur. Leur présence permettra de fractionner le champ de condensation possible. Ces surfaces plus chaudes sont d'étendue suffisante pour permettre la vaporisation des faibles quantités de condensats. On décrira ci-après, une forme de réalisation particulière de l'invention. II est bien entendu que diverses autres formes de réalisation s' avèrent possibles dans le cadre de l'invention, dès lors qu'elles sont équivalentes ou constituent des variantes directes. Selon une particularité de l'invention, les éléments ou section 2 sont conformés dans leur partie inférieure selon des structures saillantes 9 se développant transversalement par rapport au plan de symétrie des éléments 2 et par rapport aux canaux ou conduits 5 transportant l'eau de retour en vue de son chauffage. Une des réalisations préférées est représentée en figures 2 et 3. Les structures saillantes 9 affectent la forme d'ailettes 10 qui i prolongent transversalement de part et d'autre de chaque canal 5 dans lequel monte l'eau de retour vers la partie centrale de l'échangeur. Les éléments portent transversalement sur la surface de bordure libre deux ai lettes successives qui constituent le plan de juxtaposition. Dans la réalisation représentée en figures 2 et 3, du fait que les ailettes 10 ne sont pas mouil lées, le gradient de température entre A et B est variable d'au moins 15-20 % selon le taux Qe charge thermique de la surface et sa géométrie. Le gradient de température entre les points D et E ou C et B est de l'ordre de 8 à 100 K. La température de la surface AB pour des retours d'eau à 300C s'élève à environ 500C et se situe donc au-delà du point de rosée des fumées de mazout (environ 450C). De ce fait, il ne se produit pas de condensation sur les faces externes des éléments La zone chaude AB vaporise les condensats lui arrivant par ruissellement de la zone froide supérieure ou adjacente. La faible pente observée sur les plans 11 convergents vers l'extrémité des ai lettes favorise l'évacuation des condensats ruissel lants vers le point le plus chaud. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une réalisation particulière, il est bien entendu que la présente protection ne saurait s'y limiter et que diverses variantes directes ou modifications simples, substitutions par des éléments équivalents ou autres changements sans apport inventif entrent pleinement dans son cadre. En particulier, une réalisation en acier, bien que sans joints, entrera dans le cadre de la présente protection. REVENDICATIONS 1. Amélioration aux corps de chauffe réalisés notamment en @onte ou en a@ter pour chaud@eres à basse température, en vue de limiter la condensation dans la part@e inférieure produite par conta@t des @umées avec des parois à une température i jfér i eure à leur point de rosée, caractérisée en ce tluc chaque é I émtnt ou section d'échange (2) formant par ju@taposition le corps de chauffe, possède, au moins dans sa partie inférieure, des structures saillantes (9) en prolongation des surfaces plus froides (4) en contact direct avec l'eau de retour circulant dans des canaux (S) du réparti- teur vers la partie centrale de chaque élément (2). 2. Amélioration selon la revendication 1, caractérisée en ce que les structures saillantes (9) sont transversales au canal adjacent (5) dans lequel circule l'eau de retour. 3. Amélioration selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les structures saillantes (9) sont des ai lettes (10) transversales et horizontales dont les chants constituent le plan de contact pour la juxtaposition des éléments (2). 4. Amélioration selon la revendication 3 caractérisée en ce que les faces planes supérieures et inférieures des ailettes sont conformées en plans inclinés (11) convergents vers l'extrémité. 5. Amélioration selon les revendications 3 et 4 caractérisée en ce que les ailettes de deux éléments (2) voisins sont accolées transversalement sans nécessiter l'interposition d'un produit de protection contre la corrosion.