Brevet FR2550615A1 — publié le 19850215

CHAUDIERE A ECHANGEUR EN SERPENTIN La présente invention concerne une chaudière, notamment une chaudière à condensation, comprenant un brûleur disposé selon l'axe d'un foyer de révolution et un échangeur tubulaire à 05 serpentin délimitant le foyer et destiné à réchauffer de l'eau de chauffage central et/ou à produire de l'eau chaude sanitaire. De telles chaudières sont déjà connues Du fait que leur serpentin échangeur délimite le foyer, les spires du serpentin sont soumises directement à la flamme du brûleur et supportent 10 d'importantes contraintes thermiques. C'est pourquoi les serpentins des chaudières connues sont constitués par des tubes à paroi épaisse de manière à résister à la pression de l'eau et aux sollicitations thermiques alternées résultant des allumages et extinctions du brûleur. Ces échangeurs sont onéreux et obèrent le prix de revient des chaudières considérées. L'invention a notamment pour but de réduire le prix de revient d'une chaudière du type précédemment décrit tout en autorisant un échange thermique performant et le cas échéant une 20 condensation aisée de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion. Selon l'invention, dans une chaudière comprenant une enceinte étanche, un brûleur de combustion disposé selon l'axe d'un foyer de révolution situé dans l'enceinte, et un échangeur 25 tubulaire enroulé en serpentin à spires sensiblement jointives laissant passer entre elles les gaz de combustion, les spires de l'échangeur sont constituées par un tube onduleux flexible à paroi mince, le tube étant raidi par une armature de soutien de forme annulaire ou hélicoïdale pour empêcher la déformation des 30 ondulations selon l'axe du tube et la déformation du tube radialement par rapport à l'axe du foyer. Il convient de remarquer que le tube échangeur est dénué d'ailettes et que sa paroi ondulée est complètement en eau, ce qui assure un excellent échange thermique tant du côté de la flamme 35 que du côté opposé, tout en excluant les problèmes de liaison thermique et de surchauffe d'ailettes. La paroi mince du tube annelé ou onduleux, dont l'épaisseur est par exemple de l'ordre de quelques 1/10 de mm, est déterminée en association avec le choix du matériau du tube, par 05 exemple de l'acier inoxydable, pour permettre une grande flexibilité et un cintrage aisé du serpentin tout en conservant une résistance suffisante à la pression de l'eau et aux sollicitations thermiques alternées. La section des ondes du tube est de préférence 10 déterminée de façon que la partie des ondes située du c Sté de l'axe du foyer présente en position cintrée une forme en omega, sans que ceci empêche une interpénétration des ondes dans leurs parties en regard appartenant à deux spires ad Jacentes, afin d'améliorer l'échange thermique. L'armature de soutien peut être constituée par un panier ajouré extérieur au serpentin ou par mun noyau plein ou tubulaire introduit à l'intérieur du tube; dans ce dernier cas, le noyau, lorsqu'il est tubulaire, sert avantageusement au passage de l'eau chaude sanitaire et il est de préférence placé à la corde 20 intérieure du tube onduleux, celui-ci servant au passage de l'eau de chauffage central. La description d'un exemple non limitatif qui suit en regard des dessins va permettre de mieux expliciter l'invention. la figure 1 représente en coupe verticale schématique 25 une chaudière à gaz à condensation conforme à l'invention, la figure 2 montre schématiquemnt une variante de réalisation de la chaudière selon l'invention, la figure 3 représente en coupe horizontale les ondes du serpentin échangeur des figures 1 et 2, les figures 4 et 5 montrent respectivement en vue de dessus et en coupe par un plan diamétral du foyer un détail A de la figure 3. La chaudière illustrée sur la figure 1 est une chaudière à gaz mixte à condensation 10 comprenant une enceinte étanche 11 35 munie d'une isolation et un brûleur à gaz 12 disposé selon l'axe 13 d'un foyer 14. Le brûleur 12 est cylindrique à prémélange de type connu et il lui est associé un ventilateur 15 et une veilleuse 16 qui ne seront pas plus amplement décrits; le brûleur est ceinturé en 05 fonctionnement par des flammes radiales multiples 17 Les gaz brûlés quittent la chaudière par un raccordement d'évacuation supérieur 18. La chaudière présente un échangeur tubulaire 20 enroulé en serpentin à spires sensiblement Jointives 21 laissant passer 10 entre elles les gaz de combustion; selon l'invention, des spires 21 de l'échangeur 20 sont constituées par un tube vrillé ou de préférence annelé ou onduleux flexible à paroi mince dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques 1/10 mm, par exemple de 0,2 mm, et qui sera plus amplement décrit en regard des figures 3 à 5. 15 Le tube 20 est raidi par une armature 22 de soutien de forme annulaire ou hélico Tdale dont les points de contact sont situés le long d'une courbe hélicodale, soit à l'extérieur du tube le long de la courbe enveloppe, soit à l'intérieur du tube le long de sa corde intérieure. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'armature 22 est un noyau tubulaire lisse enfilé dans le tube 20 et servant au passage de l'eau chaude sanitaire tandis que le tube 20 sert au passage de l'eau de chauffage central. L'échangeur 20 se décompose en deux parties, à savoir 25 une partie inférieure 20 a délimitant le foyer 14 et une partie supérieure 20 b délimitant une chambre de sortie 23 en liaison directe avec le raccordement d'évacuation 18 et séparée du foyer 14 par une isolation 24. Les deux parties 20 a, 20 b sont enroulées en une seule 30 nappe continue de façon à déterminer entre elles-mêmes et l'enceinte 11 une chambre intermédiaire 25; comme l'indiquent les flèches de la figure 1, les gaz br lés traversent radialement (par rapport à l'axe 13) vers l'extérieur des intervalles entre les ondulations des spires de la partie 20 a et montent dans la chambre 35 intermédiaire 25; ils passent ensuite radiaiement de la chambre 2550615: à la chambre de sortie 23 par les intervalles entre cnfu-aticns des spires adjacentes de la partie 2 Ob. La partie 20 b de l'échangeur sert notamzent à récupérer la chaleur de condensation des fumées; le coniensat s'égoutte de 05 spire en spire jusqu'à un collecteur annulaire 26 relié par un conduit de descente 27 et un siphon 28 à une evacuaticn 2 c. Le tube 20 d'eau de chauffage central présente une entrée 30 et une sortie 31 celle-ci étant raccordée à des ccrps de chauffe 32 par une tuyauterie 33, comprenant -une pozpe de 10 circulation 34 et une vanne dite " 3 voiesn 35 qui permet de conduire l'eau de chauffage, soit vers la tuyauterie 33, soit vers une dérivation 36 raccordée directement à une conduite de retour 37. L'armature tubulaire 22 présente une entrée 38 et une 15 sortie 39, celle-ci étant reliée à des robinets de uiz-?ge 'C: l'eau sanitaire circule dans l'échangeur à contre-courant de i'eau de chauffage L'eau sanitaire peut cependant circuler aussi danle même sens que l'eau de chauffage Dans le mode de réalisation de la figure 2, on retrcuve 20 les mêmes éléments que dans la chaudière de la figre 1; toutefois, il convient de noter que l'échangeur 20 ccnprend à présent deux serpentins 20 c, 20 d concentriques et intercnnectées, ménageant entre eux un intervalle annulaire tl; le serpentin intérieur 20 c est raidi par une armature tubulaire d'eau sanitaire 25 22, tandis que le serpentin extérieur flexible 20 d est soutenu par un panier ajouré 42 dont les points de contact P sont situés sur la courbe hélicoïdale enveloppe 55. L'eau de chauffage entre dans le serpentin extérieur 2rd en 43 et en sort en 44 pour entrer en 45, via un coude 46 à 30 dégazeur-purgeur 47, dans le serpentin intérieur 2 Cc dont elle ressort en 48 L'eau sanitaire circule à ccntre-czurant, par exemple dans le seul serpentin intérieur ou elle entre en 49 et dont elle sort en 50. La figure 3 montre en coupe horizontale une partie de 35 spire 21 de l'échangeur 20 conforme à l'invention; l'armature Z 5506151 tubulaire 22 est disposée, comme l'indiquent également les figures 1 et 2, de façon que ses points d'appui P sur le tube 21 se trouvent le long d'une courbe hélicoïdale ou corde intérieure 51, pour empêcher la déformation radiale du tube onduleux et celle des 05 ondulations Cette disposition du tube 22 permet d'augmenter la capacité d'absorption thermique des serpentins 20 a (fig 1) et 20 c (fig 2) de l'échangeur du côté des flammes 17. Le tube onduleux 20 présente des ondes 52 telles que leur partie située du côté de l'axe 13 du foyer présente en 10 position cintrée une forme en omega 53 et qu'il y ait interpénétration des ondes (fig 5) dans leurs parties 54 en regard appartenant à deux spires adjacentes. Dans le serpentin de condensation 20 b de la fig 1, le profil en omega 53 oblige les gaz brûlés à lécher une plus grande 15 partie de la section aval du tube, comme le montrent les flèches F des figures 4 et 5. La chaudière représentée fonctionne de la manière suivante: quand le brûleur est mis en oeuvre, les gaz de combustion suivent le parcours précédemment explicité, tandis que 20 l'eau de chauffage et/ou l'eau sanitaire circulent comme déjà décrit Le tube onduleux 20 qui tend à se dilater sous l'effet des sollicitations thermiques, en particulier en ce qui concerne les serpentins 20 a, 20 c situés au voisinage des flammes 17, reste maintenu en position malgré sa flexibilité grace à la présence de 25 l'armature sur laquelle il s'arc-boute le long d'une génératrice hélicoïdale. Il va de soi qu'on peut apporter aux modes de réalisation décrits des modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention En particulier, la chaudière peut présenter 30 un brûleur à fuel, par exemple du type à coupelle rotative, et peut être une chaudière à eau de chauffage seule ou à eau chaude sanitaire seule, l'armature pouvant être constituée dans ce cas par une tige hélicoldale pleine enfilée dans le tube onduleux 20 ou par un panier ajouré du type illustré fig 2. Dans le cas de la figure 2, l'armature tubulaire peut être disposée dans les deux serpentins Plusieurs tiges ou tubes d'armature peuvent être substitués au tube unique 22 Le tube onduleux, de préférence en acier inoxydable à paroi mince, peut être en tout autre matériau bon conducteur de la chaleur, 05 résistant à la corrosion et se prêtant à une réalisation à paroi mince, flexible et facile à cintrer. REVENDICATIONS 1 Chaudière comprenant une enceinte étanche, un brûleur de combustible ( 12) disposé selon l'axe ( 13) d'un foyer de révolution ( 14) situé dans l'enceinte, et un échangeur tubulaire enroulé en 05 serpentin à spires ( 21) sensiblement jointives laissant passer entre elles les gaz de combustion, caractérisée en ce que les spires ( 21) de l'échangeur sont constitutes par un tube onduleux flexible ( 20) à paroi mince, le tube étant raidi par une armature de soutien ( 22) de forme annulaire ou hélicoddale pour empocher la 10 déformation des ondulations ( 52) selon l'axe du tube ( 20) et la déformation de celui-ci radialement par rapport à l'axe du foyer. 2 Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube onduleux ( 20) présente une épaisseur de paroi de quelques dixièmes de millimètre. 3 Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les points (P) de l'armature de soutien ( 22) qui sont au contact du tube onduleux ( 20) sont situés extérieurement au tube le long de la courbe enveloppe ( 55) de celui-ci. 4 Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'armature de soutien ( 22) du tube onduleux est constituée par un noyau hélicoidal ( 22) plein ou tubulaire intérieur au tube onduleux ( 20). Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que les points (P) du noyau de soutien qui sont au contact du tube onduleux ( 20) sont situés à l'intérieur du tube le long de sa corde intérieure ( 51). 6 Chaudière selon l'une quelconque des revendications 4 ou , caractérisée en ce que le noyau hêlicoidal ( 22) de soutien est 30 un tube destiné au passage de l'eau ehaude sanitaire tandis que le tube onduleux ( 20) est destiné à être parcouru par de l'eau de chauffage central. 7 Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la section des ondes ( 52) du tube ( 20) 35 est déterminée de façon que leur partie située du côté du foyer présente en position cintrée une forme en omega ( 53).