Brevet FR2551188A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne les chaudières, et plus partieulièrement la régulation des chaudières comportant une chambre de combustion, un conduit d'évacuation de fumée et un conduit de gaz additionnel de régulation (le plus souvent un conduit d'air). Elle concerne également, de manière générale, un procédé de régulation de combustion de chaudière. La régulation de la combustion des chaudières est un problème crucial pour les thermiciens, puisque des conditions de combustion dépendent le rendement de la chaudière, et en conséquence son efficacité et ses frais de fonctionnement et son encrassement et en conséquence encore son efficacité et ses frais d'entretien, et enfin sa durée de vie. Les méthodes de régulation actuelles, mécaniques, électriques, ou/et électroniques, impliquent des réglages parfois compliqués, souvent longs, mais toujours soigneux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et de créer une régulation efficace de fonctionnement simple et sans employer de moyens par trop onéreux. A cet effet, l'invention concerne une chaudière à régulation de combustion, du type comportant une chambre de combustion, un conduit d'évacuation de fumée, et un conduit de gaz additionnel de régulation, caractérisée en ce que ledit conduit de gaz additionnel, réalisé à la partie supérieure de la chaudière, et ladite chambre de combustion, s'étendent de part et d'autre d'une paroi commune de transmission de chaleur de la chambre de combustion au conduit additionnel, de telle sorte que des variations de température dans la chambre de combustion entraînent des variations de condition physique du gaz additionnel, et en ce que le conduit d'évacuation de fumée et le conduit de gaz additionnel comportent des orifices à proximité l'un de l'autre de telle sorte que lesdites variations de condition physique du gaz additiônnel provoquent des modifications de tirage de la chaudière et une régulation de la combustion. L'invention concerne également un procédé de régulation de combustion de chaudière caractérisé en ce qu'on transmet de la chaleur de combustion à un gaz additionnel en circulation pour en modifier la densité et la pression, et on met en contact turbulent les fumées provenant de la combustion à l'intérieur de la chaudière et ce gaz additionnel pour modifier le débit de la fumée due à la combustion et réguler celle-ci. Grâce à cette régulation de la combustion par la modification du débit de fumée produit lorsque l'on met en contact turbulent la fumée et le gaz additionnel chauffé par la chaleur de combustion, on évite la présence de tout organe mécanique mobile dont le mauvais fonctionnement pourrait perturber les conditions de combustion au lieu de réguler cette dernière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre se rapportant à une forme et à un mode de réalisation préférentiels donnés à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est une vue générale simplifiée en perspective d'une chaudière selon l'invention - la figure 2 est une coupe longitudinale schématique de la même chaudière selon le plan II-II de la figure 1 - la figure 3 est une coupe transversale schématique de la même chaudière selon la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 est une coupe horizontale schématique de la même chaudière selon la ligne IV-IV de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue agrandie de la partie supérieure de la figure 2. La chaudière représentée sur les figures comporte, sur un socle 1, des parois 2 et plus précisément une paroi avant 21, deux parois latérales 22, une paroi arrière 23, et une paroi supérieure 24. La paroi avant 21, les parois latérales 22 et la paroi arrière 23 sont creuses et réalisées sous la forme d'un circuit de circulation d'eau de refroidissement, et par exemple, la paroi arrière 23 comporte à sa partie inférieure un raccord d'entrée d'eau et à sa partie supérieure un raccord de sortie. De manière connue, la paroi avant 21 comporte un orifice de décendrage 211 muni d'une porte non représentée, un accès de chaFWnent de combustible 212 muni également d'une porte non représentée, et les dispositifs classiques nécessaires au fonctionnement d'une chaudière conventionnelle (par exemple un orifice 213 permettant le fonctionnement automatique avec un brûleur à combustible liquide, etc.). Pour un combustible solide, il est prévu une grille de supportage 3 montée sur des entretoises 31 s'étendant longitudinalement à la base de la chaudière. A la partie supérieure de la chambre de combustion 4 de la chaudière, à proximité immédiate de la paroi supérieure 24, munie d'un conduit d'évacuation de fumée 5, s'étendent transversalement des tubes récupérateurs horizontaux 6 à circulation d'eau ; ces tubes 6 permettent d'une part d'augmenter la puissance par augmentation de la surface de chauffe, et d'abaisser la température de la fumée sur le point d'être évacuée. A l'intérieur de la chambre de combustion 4, un carneau 40 est prévu, à proximité de la paroi arrière 23, pour diriger la flamme vers les tubes récupérateurs 6 ; il est réalisé sous ces tubes à l'aide d'une tole parallèle à la paroi arrière, pliée à sa partie supérieure, en direction de la partie centrale de la chambre de combustion, en formant une équerre à 120 degrés environ. Selon l'invention, la paroi supérieure 24 de la chaudière est surmontée d'un conduit de gaz (ici d'air) additionnel 7 de régulation s 'étendant pratiquement sur toute la surface de cette paroi supérieure 24, laquelle est commune à la chaudière (et plus précisément à la chambre de combustion 4) et au conduit d'air 7, et constitue donc la paroi inferieure dudit conduit. Le conduit 7 est muni d'une entrée d'air 71 dans la région de la paroi avant 21 de la chaudière, et d'une sortie d'air 72 à proximité immédiate d'un orifice 51 du conduit d'évacuation de fumée 5. Ainsi, l'orifice 51 du conduit d'évacuation de fumée 5 et la sortie d'air 72 sont ici coaxiaux, l'orifice 51 du conduit 5 de fumée étant à l'intérieur du conduit d'air 7 légèrement plus bas que l'extrémité supérieure dudit conduit d'air. La paroi supérieure 24 est destinée à transmettre de la chaleur de la chambre de combustion à l'air additionnel en circulation dals le conduit de régulation 7 pour en modifier la densité et la pression, et ainsi agir, par l'intermé-' diaire de turbulences, sur le tirage du au conduit de sortie de fumée, et en conséquence sur la combustion, ce qui permet une régulation de cette dernière. A cette fin, la paroi supérieure 24 est réalisée avec une structure composite (figure 5), une plaque de matériau réfractaire et mauvais conducteur de la chaleur 241 étant disposée en sandwich entre deux plaques en matériau également réfractaire mais meilleur conducteur de la chaleur 242, 243, par exemple une plaque d'amiante entre deux plaques d'acier inoxydable réfractaire, la plaque de tôle d'acier inférieure 242 servant de protection à l'amiante, et la plaque de tôle supérieure 243 servant d'échangeur au réchauffage de l'air. Dans le cas présent, la plaque centrale 241 est en amiante de 5 mm d'épaisseur, tandis que la plaque inférieure 242 en contact avec la chambre de combustion est en acier inoxydable de 2 mm d'épaisseur et que la plaque supérieure 242 en contact avec le conduit d'air additionnel est en acier inoxydable de 5 mm d'épaisseur. Les trois plaques 241, 242, 243 constituant la paroi supérieure 24 sont solidarisées par des rivets 244, lesquels ne sont pas totalement serrés ; les plaques de tôle, et surtout la plaque inférieure 242 sont munies de trous pour les rivets légèrement plus grands que la section de ceux-ci, de marnière à permettre les dilatations dues à l'élévation de température, sans déformation. Lorsque, comme dans le cas présent, la sortie du conduit d'évacuation de fumée 5 et la sortie d'air réchauffé 72 sont de forme générale cylindrique et coaxiales, la section droite en couronne circulaire comprise entre la buse 73 de sortie d'air et la buse 52 du conduit d'évacuation de fumée a de préférence une surface de l'ordre du quart de celle de la section droite de la buse de sortie d'air. A l'opposé de la paroi composite 24, une autre paroi du conduit d'air additionnel 7, forme une aile 74 pour canaliser l'air additionnel. Avec cette structure et cet agencement, est créée une zone de turbulences 8 dans la région du débouché du conduit d'évacuation de fumée 5 et de la sortie d'air réchauffé, et c'est l'existence d'une telle zone de turbulences 8 qui modifie le tirage et provoque la régulation, selon le processus décrit ci-apres. A l'allumage de la chaudière, quel que soit le combustible, les gaz de combustion quittent la chambre de combustion 4 par le conduit d'évacuation de fumée 5 afin d'être canalisés par une tuyauterie en direction d'une cheminée non représentée Par l'augmentation de la puissance de combustion dans le foyer de la chaudière, on élève la température de la paroi supérieure 24, et plus précisément, on chauffe la plaque inférieure 242, et la chaleur de cette plaque est transmise, à travers la plaque d'amiante 241, à la plaque supérieure 243. Ainsi, par la surface supérieure de la paroi 24, on réchauffe l'air introduit dans le conduit d'air additionnel 7 par son entrée 71 au niveau inférieur de celui-ci, et on dirige cet air vers la sortie 72 au niveau supérieur. En mettant en contact la fumée et le courant d'air additionnel, on crée une zone de turbulences 8 dans la région du débouché du conduit d'évacuation de fumée et de la sortie d'air réchauffé, et par cette mise en contact turbulent de la fumée et de l'air additionnel, on retient les gaz à l'inte- rieur de la chaudière, sans que soit nécessaire aucun organe mécanique, et par suite du freinage de l'évacuation des gaz, on augmente la couche de gaz carbonique et on diminue la couche de combustion dans la chambre de combustion, car on atteint, à l'intérieur du conduit d'air additionnel, une température de réchauffement suffisante pour créer à la sortie de ce conduit une priorité de passage sur la sortie des gaz de combustion, tandis qu'on introduit de l'air additionnel de renouvellement à l'ventrée dudit conduit d'air additionnel. Le procédé qui vient d'être décrit permet une excellente régulation, sans qu'il soit besoin de faire appel, pour la conception des moyens de régulation, à des pièces mécaniques mobiles. Les épaisseurs de tôle et d'amiante constituant la paroi de transmission de chaleur peuvent être choisies, par exemple, dans la forme de réalisation qui a été décrite, de 1 à 3 mm pour la plaque inférieure 242, et de 5 à 8 mm pour la plaque d'amiante, la plaque supérieure 243 ayant une épaisseur déterminée en fonction de la régulation désirée, sans que le fonctionnement de l'installation soit perturbé ; ainsi, de toute manière, on réalise une régulation de la puissance de combustion à l'intérieur de la chaudière, par l'introduction d'air additionnel réchauffé dans un conduit de réchauffage, de manière à abaisser sa densité pour le rendre prioritaire à l'évacuation, jusqu'à la zone de turbulences. La chaudiere par elle-même est de préférence recouverte de laine de verre ou un autre isolant thermique, et d'une tOle d'acier ou autre servant de jaquette. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme et au mode de réalisation ci-dessus décrits et représentés et on pourra prévoir d'autres formes et modes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 1. Chaudière à régulation de combustion, du type comportant une chambre de combustion, un conduit d'évacuation de fumée, et un conduit de gaz additionnel de régulation, caractérisée en ce que ledit conduit de gaz additionnel (7), réalisé à la partie supérieure de la chaudière, et ladite chambre de combustion (4), s'étendent de part et d'autre d'une paroi commune de transmission de chaleur (24) de la chambre de combustion au conduit additionnel, de telle sorte que des variations de température dans la chambre de combustion entraînent des variations de condition physique du gaz additionnel, et en ce que le conduit d'évacuation de fumée (5) et le conduit de gaz additionnel (7) comportent des orifices (51, 72) à proximité l'un de l'autre de telle sorte que lesdites variations de condition physique du gaz additionnel provoquent des modifications de tirage de la chaudière et une régulation de la combustion. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi commune de transmission de chaleur (24) présente une structure composite, avec une plaque de matériau réfractaire et mauvais conducteur de la chaleur (241) disposé en sandwich entre deux plaques de matériau également réfractaire mais bon conducteur de la chaleur (242, 243). 3. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la paroi commune comporte une plaque d'amiante (241). 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la paroi commune comporte au moins une plaque d'acier inoxydable (242, 243). 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le conduit d'évacuation de fumée (5) et le conduit de gaz additionnel (7) comportent des buses (52, 73) de forme générale cylindrique disposées coaxialement, la buse d'évacuation de fumée (52) étant intérieure et légèrement inférieure à la buse de sortie du conduit de gaz (73). 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, à la partie supérieure de la chambre de combustion (4), des tubes récu pérateurs (6) à circulation d'eau. 7. Procédé de régulation de combustion de chaudière, caractérisé en ce qu'on transmet de la chaleur de combustion à un gaz additionnel en circulation pour en modifier la densité et la pression, et on met en contact turbulent la fumée provenant de la combustion à l'intérieur de la chaudière et ce gaz additionnel pour modifier le débit de la fumée due à la combustion et réguler cette dernière. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour transmettre de la chaleur de combustion à un gaz additionnel en circulation, on chauffe par la combustion dans la chaudière, une paroi (24) de cette dernière par une de ses faces, et on fait circuler le gaz additionnel contre l'autre face de ladite paroi. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'on met en contact turbulent les fumées provenant de la combustion et le gaz additionnel au débouché d'un conduit d'évacuation de fumée (5), et, en fonction de la température de combustion, on modifie la vitesse d'évacuation des gaz, et ainsi, en sens inverse, l'épaisseur de la couche de ces gaz et celle de la couche de combustion dans la chaudière, en vue de réguler la température de combustion.