Brevet FR2547648A1 — publié le 19841221

La présente invention concerne une chaudière à condensation par voie sèche et par voie humide, fonctionnant indifféremment avec un brûleur à gaz ou un brûleur à combustible liquide. En pratique, une chaudière à combustion par voie humide est une chaudière dans laquelle les produits de combustion, essentiellement de l'eau et du gaz carbonique cèdent leurs calories au contact de l'eau de la chaudière, au point que la température des produits de combustion à la sortie soit minimale pour qu'il y ait condensation maximale de l'eau produite par la combustion. Dans les chaudières connues, on produit une pulvérisation d'eau dans la chambre à combustion, le foyer étant protégé. Ce type de chaudière convient particulièrement dans les cas où la température de l'eau mise en contact avec les produits de combustion est basse, inférieure à la température du point de rosée. Un objet de la présente invention consiste à prévoir une chaudière à condensation dans laquelle les produits de combustion arrivent devant un rideau d'eau qu'ils doivent traverser avant d'être évacués. L'échange de calories est alors plus efficace qu'avec une pulvérisation de l'eau sur les produits de combustion. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu une chaudière à condensation comportant un bac supérieur et un bac inférieur disposés en gradins. Le fond du bac inférieur est relié à l'entrée d'aspiration d'une pompe et la sortie de. refoulement de la pompe est reliée au fond du bac supérieur. Quand la chaudière fonctionne, le bac supérieur est complètement rempli d'eau et le bac inférieur l'est partiellement. La pompe fait donc déborder l'eau du bac supérieur dont la paroi verticale surplombant le bac inférieur est prévue pour que le débordement se fasse le long de son bord supérieur. I1 se forme donc un rideau d'eau sur la face extérieure de ladite paroi, rideau d'eau qui tombe entièrement dans le bac inférieur.Des tuyaux relient le fond de la chambre à combustion à l'extérieur du bac supérieur en traversant la paroi du bac supérieur surplombant le bac inférieur. Ces tuyaux ont pour but d'amener les produits de combustion au contact du rideau d'eau. Suivant une autre caractéristique, les tuyaux sont inclinés suivant une pente descendante à partir du fond de la chambre à combustion, de façon à ce que l'eau de condensation se trouvant dans le fond de la chambre à combustion et dans les tuyaux s'écoule par gravité. Suivant une autre caractéristique, le brûleur de la chaudière est vertical. Il est placé au-dessus du bac supérieur, prolongé vers le bas par la chambre à combustion qui se trouve en grande partie à l'intérieur du bac. Les caractéristiques de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture des descriptions suivantes de deux exemples de réalisation, lesdites descriptions étant faites en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale du premier exemple de réalisation de la chaudière suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale du deuxième exemple de réalisation. La chaudière représentée à la Fig. 1 comporte deux bacs parallélépipèdiques, un bac supérieur 1 et un bac inférieur 2, disposés pratiquement en gradins. La paroi 3 du bac 1, qui se trouve sensi blement dans le même plan vertical que la paroi 4 du bac 2, est légèrement moins haute que les trois autres parois du bac 1. Le fond du bac 2 est relié à l'entrée d'aspiration d'une pompe 5 par une canalisation 6 et la sortie de refoulement de la pompe 5 est reliée au fond du bac 1 par une canalisation 7. Le bac 1 est recouvert par un capot 10. Au-dessus du bac 1 se trouve un brûleur vertical 8, prolongé par une chambre à combustion 9. La chambre à combustion 9, traversant le capot 10, est en grande partie à l'intérieur du bac 1, près de la paroi opposée à la paroi 3. Le fond de la chambre à combustion communique avec l'extérieur par des tuyaux 11 qui vont jusqu'à la paroi 3 et la traversent.Les tuyaux 11 sont évidemment équipés intérieurement de moyens classiques pour ralentir les produits de combustion. Ils sont inclinés selon une pente descendante de la chambre à combustion 9 vers la paroi 3, de façon que de l'eau de condensation se trouvant dans la chambre à combustion ou dans les tuyaux s'écoule par gravité. Pour faire fonctionner la chaudière, on remplit d'abord complètement d'eau le bac 1 et partiellement le bac 2.- Les tuyaux 11 et une grande partie de la chambre à combustion 9 se retrouvent alors immergés. On met ensuite la pompe 5 en marche. L'eau du bac 1 déborde par dessus le bord supérieur de la paroi 3, créant un rideau 12 devant la face extérieure de la paroi 3 et, par conséquent, devant les orifices des tuyaux 11. Toute l'eau qui déborde tombe dans le bac 2. Quand on met le brûleur 8 en route, les produits de combustion qui se forment dans la chambre à combustion 9 passent par les tuyaux 11 immergés dans le bac 1, d'où un échange de chaleur entre les produits de combustion et l'eau du bac I. A la sortie des tuyaux 11, les produits de combustion arrivent en regard du rideau d'eau 12. Il se produit donc un échange supplémentaire de chaleur. Les produits de combustion ayant traversé le rideau 12 partent alors par une cheminée non représentée, située au-dessus du bac 2. Un deuxième exemple de réalisation est représenté à la Fig. 2. Les bacs supérieur 1' et inférieur 2' forment un seul bloc parallélépipèdique 13. Ils sont séparés par une cloison transversale 14. La cloison 14 est légèrement moins haute que les parois verticales du bloc 13 pour assurer comme précédemment le débordement de l'eau du bac 1' dans le bac 2'. De même que dans le premier exemple de réalisation, le fond du bac 2' est relié à l'entrée d'aspiration d'une pompe 5' par une canalisation 6' et la sortie de refoulement de la pompe 5' est reliée au fond du bac 1' par une canalisation 7'. La chambre à combustion 9', en-dessous du brûleur vertical 8', traverse le capot 10' du bloc 13 et se trouve en grande partie à l'intérieur du bac 1', près de la paroi opposée à la cloison 14. Le capot 10' recouvre en fait l'ensemble du bloc 13 et comporte alors, en sa partie située au-dessus du bac 2', la cheminée pour l'évacuation des produits de combustion.Les tuyaux 11' partent du fond de la chambre à combustion 9' selon une pente descendante de la chambre à combustion vers la cloison 14. Ils traversent la cloison 14 à une certaine hauteur du fond du bac 2'. Cette hauteur est prévue pour être supérieure à la hauteur de l'eau dans le bac 2' quand la chaudière fonctionne. A partir d'une ceftaine distance de la chambre à combustion 9', et jusqu'à leur extrémité traversant la cloison 14, les tuyaux 11' sont percés de out petits trous. L'eau qui coule du bac 1' dans ces petits trous a pour but de freiner les gaz de combustion dans les tuyaux 11' et d'augmenter l'échange de chaleur, sans avoir à utiliser des moyens classiques de freinage. On préfère ne pas percer des trous trop près de la chambre à combustion où les gaz trop chauds provoqueraient un processus de caléfaction et des précipitations métalliques. A titre d'exemple, dans une chaudière d'une puissance de 200 kW, avec des tubes de 40 mm de diamètre, les trous peuvent avoir un diamètre de 2 mm environ. Dans cet exemple de réalisation, si la chaudière reste un certain temps sans fonctionner, le niveau de l'eau est le même dans les bacs 1' et 2', car les deux bacs communiquent par les petits trous des tuyaux ll'. Il faut donc un certain temps après la mise en route de la pompe 5' pour que le rideau d'eau 12' se forme. A partir de ce moment, l'eau qui était dans les tuyaux 11' et la partie immergée de la chambre à combustion 9' s'est écoulée et on peut mettre le brûleur 8' en route. On peut envisager une variante de ce deuxième exemple de réalisation dans laquelle le fond du bac 1 est surélevé par rapport au fond du bac 2. Un système de contrôle automatique du niveau d'eau dans les bacs 2 et 2' peut être asservi à une vanne 15 d'arrivée d'eau, pour pallier à l'évaporation, la chaudière marchant à la pression atmosphérique. Ce type de chaudière présente plusieurs avantages. Du fait qu'elle fonctionne à la pression atmosphérique, on peut utiliser des matériaux peu onéreux tels que le polyester pour fabriquer les bacs 1, 1', 2 et 2', à la surface extérieure desquels il suffit d'ajouter un isolant classique. D'autre part, les chaudières de ce type ont un très bon rendement. Leur température d'utilisation est prévue entre 400C et 600C avec un très faible écart de température entre l'eau la plus chaude et l'eau la plus froide, de l'ordre de 4 ou 5 C. Les produits de combustion qui ont traversé le rideau d'eau sortent donc à une température assez basse, de l'ordre de 500C, ayant fourni un maximum de chaleur. Les chaudières selon le premier exemple de réalisation sont plus particulièrement destinées au chauffage de piscines ou de bains dans l'industrie, pour le lavage de pièces par exemple. Les chaudières selon le deuxième exemple de réalisation peuvent être munies d'un échangeur sur la canalisation 7', échangeur desservant une installation de chauffage central par exemple. REVENDICATIONS 1) Chaudière à condensation équipée d'un brûleur classique à gaz ou à combustible liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte un bac supérieur (1) et un bac inférieur (2) disposés en gradins, le bac supérieur (1) ayant une paroi verticale (3) surplombant le bac (2) légèrement moins haute que les trois autres, le fond du bac (2) étant relié à l'entrée d'aspiration d'une pompe (5) par une canalisation (6), la sortie de refoulement de la pompe (5) étant reliée au fond du bac (1) par une canalisation (7), la chambre à combustion (9) du brûleur (8) étant en grande partie à l'intérieur du bac (1), avec son fond relié à l'extérieur du bac (1) par des tuyaux (11) qui traversent la paroi (3) du bac (1), le bac (1) étant rempli d'eau et le bac (2) l'étant partiellement, le fonctionnement de la pompe (5) entraînant un débordement de l'eau du bac (1) au-dessus du bord supérieur de la paroi (3) du bac (1) surplombant le bac (2), créant un rideau d'eau permanent (12) devant l'extérieur de la paroi (3) et, par conséquent, devant l'orifice des tuyaux (11), le rideau d'eau tombant entièrement dans le bac (2). 2) Chaudière selon la revendication (1), caractérisée en ce que les tuyaux (11) sont inclinés selon une pente descendante du fond de la chambre à combustion (9) vers la paroi (3) du bac (1). 3) Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les bacs 1' et 2' ne forment qu'un bloc parallélépipèdique 13 avec une cloison intérieure transversale (14) légèrement moins haute que les parois verticales du bloc (13), les orifices des tuyaux (11') dans le bac (2) étant prévus à une hauteur du fond du bac (2) supérieure à la hauteur de l'eau dans le bac (2) quand la chaudière fonctionne. 4) Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que les tuyaux (11') partant de la chambre à combustion (9') et traversant la cloison (14) sont percés de tout petits trous à partir d'une certaine distance de la chambre à combustion (9'). 5) Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les bacs (1), (1'), (2) et (2') et les capots (10) et (10') sont fabriqués en matériaux peu onéreux tels que polyester, leurs parois extérieures étant recouvertes d'un isolant classique, et que les canalisations (6), (61), (7) et (7') et les tuyaux (11) et (11') sont prévus en acier inoxydable.