Brevet FR2560673A3 — publié le 19850906

FR 2560673 A3 19850906 FR 8502940 A 19850228 L'invention concerne une chaudière de chauffage avec au moins deux surfaces de chauffe agissant séparément, par exemple une surface de chauffe par rayonnement et une surface de chauffe secondaire, et avec des raccordements pour conduite tes de départ et de retour d'une installation de chauffage équipée d'une pompe de circulation, dont la conduite de départ provient de la surface de chauffe qui présente en fonctionnement une température superficielle supérieure et dont la conduite de retour est raccordée à la surface de chauffe à température superficielle plus basse. Pour les chaudières de chauffage, il est connu d'assu- rer la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de chauffe pour obtenir par utilisation de la chaleur de vaporisation un rendement très élevé. La vapeur d'eau ne se condense qu'aux surfaces de chauffe présentant une température superficielle qui se trouve au-dessous de la température du point de rosée des produits de combustion et qui est donc ainsi relativement basse. Dans les chaudières de chauffage, il est ainsi usuel de réintroduire dans la chaudière l'eau de retour provenant de l'installation de chauffage dans la zone terminale du parcours des gaz de chauffe, de façon que la faible température de l'eau et la faible température des gaz de chauffe coincident dans cette zone de la chaudière.Une surface de chauffe se trouvant à cet endroit présentera ainsi la faible température superficielle désirée qui aboutit à la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de chauffe et permet l'utilisation de la chaleur de vaporisation mentionnée ci-dessus. Entre les gaz de chauffe et l'eau de chauffage circulant à travers la chaudière s'applique le principe de contre-courant qui stest révélé comme le plus favorable à l'économie dans la technique du transfert de chaleur car la différence de température agissante entre les tempéra- tures finale et initiale des fluides en échange calorifique atteint sa valeur maximale. On a déJà proposé des chaudières de chauffage dans lesquelles des zones de surfaces de chauffe à basse tempira- ture superficielle, sur lesquelles peut ainsi sieffectuer une condensation des gaz d'échappement, sont séparées par construction des zones de surfaces de chauffe à température superfi- cielle plus élevée sur lesquelles les gaz d'échappement ne subissent pas de condensation0 Des surfaces de chauffe à températures superficielles plus élevées sont généralement des surfaces de chauffe par rayonnement qui, par suite de leéchange élevé de chaleur par rayonnement, n'ont pas tendance pendant le fonctionnement de la chaudière à donner lieu à la formation de condensat quand elles sont soumises à une température dBeau de chauffage plus basse. Une zone de surface de chauffe séparée par construction à température superficielle plus basse peut par exemple être une surface de chauffe secondaire ou un condenseur. Avec une disposition séparée par construction, une surface de chauffe par rayonnement et une surface de chauffe secondaire peuvent agir séparément, ce qui permet de bénéficier de l'avantage que l'eau de retour du chauffage plus froide ne s'écoule d'abord que contre la surface de chauffe secondaire.La disposition constructive séparée présente en outre cet avantage que les zones de surface de chauffe agissant séparément peuvent être établies en matériaux différents0 Ainsi, par exemple la surface de chauffe secondaire exposée à la corrosion peut être établie avantageusement en un matériau résistant à la corrosion tandis que, pour la surface de chauffe par rayonnement moins exposée à la corrosion, on peut utiliser un matériau moins motteux. Le principe de circulation à contre-courant qui a été exposé peut s'appliquer sans problème à des installations de chauffage équipées de pompes de circulation car une pompe de cXrculfition agit pour la circulation nécessa'ire à travers l'installation de chauffage. La pompe de circulation refoule dtabord l'eau en retour plus froide à travers une surface de chauffe secondaire et ensuite, par un raccord-approprié à l'intérieur de la chaudière de chauffage, à travers les chambres à eau d'une surface de chauffe par rayonnement qui est séparée de la surface de chauffe secondaire et à partir de laquelle l'eau de chauffage réchauffée quitte de nouveau la chaudière de chauffage par le raccordement de la conduite de départ. Il y a des situations de fonctionnement des installations de chauffage dans lesquelles la pompe de circulation qui se trouve dans le circuit de la chaudière et des radia teurs est débranchée . Cela est le cas par exemple quand un préparateur d'eau chaude est alimenté en chaleur par priorité et que cet élément constitue avec la chaudière proprement dite un ensemble constructif unitaire.L'eau de chauffage peut alors s'écouler au préparateur d'eau chaude par gravité ou sous faction d'une pompe de charge de sorte qu'il ney a plus d'écoulement à travers la chaudière depuis le raccord de retour au raccord de départ (pour l'alimentation des radiateurs de chauffe)0 Il y a aussi le cas où la chaudière de chauffage doit être maintenue à une température minimale sans fournir de chaleur à ltextérieurO Pendant ce temps, la pompe de circulation est encore au repos et il se peut que par exemple par un mélangeur l'installation soit séparée en un circuit de chaudière et un circuit des radiateurs de chauffage. Le problème de l'invention est maintenant d'obtenir automatiquement une circulation entre les zones différentes d'une chaudière de chauffage s'il n'y a plus actionnement d'une pompe de circulation. Ce problème est résolu selon l'invention par le fait qu'à partir de la chambre d'eau chaude de la zone des surfaces de chauffe à température superficielle élevée, par exemple de la surface de chauffe par rayonnement, est branché un canal de retour vers la zone des surfaces de chauffe à température superficielle plus basse, par exemple une surface de chauffe secondaire et à la zone de la Jonction de la conduite de retour. Par le canal de retour selon l'invention, les zones de surfaces de chauffe agissant séparément, par exemple une surface de chauffe par rayonnement et une surface de chauffe secondaire, sont reliées entre elles hydrauliquement de façon que par l'action d'une pompe de circulation pour le chauffage la surface de chauffe secondaire ou un condenseur soit dtabord traversé par l'eau chaude qui traverse ensuite la surface de chauffe par rayonnement ; quand la pompe de circulation pour le chauffage est débranchée, par exemple pour préparation exclusive d'eau chaude, une circulation d'eau chaude peut encore s'effectuer dans la chaudière par gravité parce que, à travers le canal de retour aJouté, il peut s'établir le circuit d'eau nécessaire entre la surface de chauffe secondaire et la surface de chauffe par rayonnement. Par le canal de retour l'eau moins chaude est extraite de la chambre d'eau de la surface de chauffe par rayonnemenl et amenée à la surface de chauffe secondaire. Dans la surface de chauffe secondaire, l'eau aJoutée se réchauffe et peut revenir à la surface de chauffe par rayonnement sous l'action d'un effet connu de gravité établi par le réchauffage, ce passage s'effectuant par la conduite de communication normale existante.Le circuit qui s'établit ainsi par effet de gravit à l'intérieur de la chaudière correspond ainsi également au principe de circulation à contre-courant mis en oeuvre par une pompe de circulation, de sorte que la chaudière de chauffage selon l'invention conserve, meme quand la pompe de circuit lation est hors d'action, ses avantages spécifiques d'utilisation de la chaleur de vaporisation par condensation des gaz d'échappement. Pour obtenir la circulation de l'eau de chauffage par gravité à un degré suffisant avec la chaudière de chauffage selon l'invention, on a prévu selon une caractéristique supplf mentaire de la chaudière selon l'invention que le débit de chaleur par rapport à la quantité d'eau chauffée est plus grand pour la surface de chauffe secondaire que pour la surfais de chauffe par rayonnement. Ainsi, l'eau de chauffage dans la surface de chauffe secondaire ou dans un condenseur se réchauffe touJours plus vite que dans la surface de chauffe par rayonnement, de sorte qu'elle s'élève ainsi dans la surface ce de chauffe secondaire et s'écoule à travers la surface de chauffe par rayonnement. Une forme d'exécution constructive possible obtient cela par le fait que les chambres d'eau de la surface de chauffe secondaire présentent un volume relativement faible en étant constituées en petits canaux d'écoulement d'eau. De plus, la circulation désirée par gravité à l'intérieur de la chaudière de chauffage peut etre encore améliorée par une constitution de la surface de chauffe secondaire telle que, pour la circulation par gravité de liteau de chauffage dans les zones des surfaces de chauffe, la surface de chauffe secondaire se trouve dans une position géométrique favorable par rapport à la surface de chauffe par rayonnement. Un entratnement plus puissant à l'intérieur de la surface de chauffe secondaire peut s'obtenir par exemple par le fait que cette surface est disposée dans la zone inférieure de la chaudière et que les gaz de chauffe qui swéchappclt sont envoyés à la surface de chauffe secondaire, de façon que l'échauffement de lteau de chauffage se concentre dans la zone inférieure de la surface de chauffe secondaire0 Dans cette zone inférieure débouche le canal de retour de sorte qu'une plus forte poussée ascendante peut s'établir selon le principe du thermosiphon. Evidemment, une. structure géométriquement favorable comprend la conservation de possibilités de raccordement pour les conduites correspondantes. Selon une forme dtexécution avantageuse , la chaudière de chauffage se caractérise en ce que le canal de retour débouche dans la conduite de retour selon un angle aigu0 Ainsi s'établit une forme de raccordement d'écoulement du canal de retour qui garantit que le canal de retour ne peuttre parcouru que dans le sens allant de la surface de chauffe par rayonnement vers la surface de chauffe complémentaire, et cela même si la pompe de circulation est en action. Pour soutenir davantage le sens d'écoulement désiré à l'intérieur du canal de retour, on a encore prévu que la section de la conduite de retour est rétrécie dans la zone de l'embouchure du canal de retour. Par ce rétrécissement, la pression statique d'un écoulement contraire possible s'abaisse dans la mesure ou,par le rétrécissement, de l'eau ne peut s'écouler à travers le canal de retour vers la surface de chauffe par rayonnement. Un exemple d'exécution de l'invention faisant apparattre d'autres caractéristiques de l'invention est représenté schématiquement au dessin annexé. La chaudière de chauffage 1 est indiquée seulement par une ligne de contour. La chaudière de chauffage présente une surface de chauffe par rayonnement 2 et une surface de chauffe secondaire 3, cette dernière pouvant être établie comme condenseur. La chaudière de chauffage est reliée à des éléments utilisateurs de chaleur 6 d'une installation de chauffage par la conduite de départ 7 équipée d'une pompe de circulation Se A partir des éléments utilisateurs de chaleur, l'eau de chauffage revient à la chaudière 1 par la conduite de retour 8e L'eau de chauffage en retour pénètre d'abord dans la surface de chauffe secondaire 3 puis s'écoule par une conduite de communication 9 dans la surface de chauffe par rayonnement séparée en construction de la surface de chauffe secondaire En 10, on a indiqué un canal de retour entre la surface de chauffe par rayonnement et la surface de chauffe secondaire 3, ce canal de retour se raccordant par son embouchure 4 à la conduite de retour 8. L'embouchure 4 peut être établie comme embouchure à angle aigu qui est constituée de façon que dans le canal de retour l'eau de chauffage ne puisse s'écouler que dans le sens allant de la surface de chauffe par rayonnement 2 à la surface de chauffe secondaire 3. On obtient cela par le fait que le canal de retour 10 débou-- che dans la conduite de retour 8 sous un angle aigu.En outre, la conduite de retour 8 dans la zone de lssembouchure du canal de retour 10 est étranglée, de sorte que, selon l'effet d'un tube de Venturi la pression statique dans la direction du canal de retour est diminuée de façon que par le canal de retour de l'eau de chauffage ne peut pas s'écouler vers la surface de chauffage par rayonnement 2. Si la pompe de circulation 5 disposée dans la conduite de départ 7 vient à l'arrêt, par exemple par préparation exclusive d > eau chaude, il y a dans la chaudière 1 une circulation d'eau chaude par gravité. Pour obtenir l'effet par gravité à un degré suffisant, la surface de. chauffe secondaire doit être constituée de façon qu'elle se trouve géométriquement en position favorable par rapport à la surface de chauffe par rayonnement 2 et que l'eau de chauffage y soit réchauffée plus vite que dans la surface de chauffe par rayonnement. Cet effet peut s'obtenir par le fait que le rendement de chauffage spécifique rapporté au contenu d'eau chaude pour la surface de chauffe secondaire soit plus grand que pour la surface de chauffe par rayonnement. Dans une utilisation de la chaudière de chauffage pour les besoins de chauffage, dans laquelle la pompe 'de circulation 5 est en action, les rapports de température dans la chaudière changent et l'eau de la surface de chauffe secondaire 3 est de nouveau plus froide que l'eau dans la surface de chauffe par rayonnement 2. R E V E N D I C A T I O N S. 1. Chaudière de chauffage avec au moins deux zones de surfaces de chauffe agissant séparément, par exemple une surface de chauffe par rayonnement et une surface de chauffe secondaire, et avec des raccords pour conduite de départ et conduite de retour d'une installation de chauffage équipée dune pompe de circulation, dont la conduite de départ part de la zone de surface de chauffe qui présente en fonctionnement une température superficielle plus élevée et dont la conduite de retour est raccordée à la surface de chauffe à température superficielle plus basse, caractérisée en ce que de la chambre d'eau chaude de la zone des surfaces de chauffe à température superficielle plus élevée, par exemple de la surface de chauffe par rayonnement (2),part un canal de retour (10) aboutissant à la zone -de surface de chauffe à température superficielle plus basse,par exemple à la surface de chauffe complémentaire (3), et se raccorde dans la zone du raccord de la conduite de retour (8)o 2. Chaudière de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rendement spécifique rapporté au contenu dteau chaude pour la surface de chauffe complémentaire (3) est plus grand que pour la surface de chauffe par rayonnement (2). 3. Chaudière de chauffage selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisée par une structure de la surface de chauffe complémentaire (3) telle qu'en ce qui cmoerne une circulation d'eau chaude dans les zones des surfaces de chauffe par effet de gravité, elle se trouve en position géométrique favorable par rapport à la surface de chauffe par rayonnement (2). 4. Chaudière de chauffage selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal de retour (10) débouche sous un angle aigu dans la conduite de retour (8). 5. Chaudière de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée an ce que la section de la conduite de retour (8) est diminuée dans la zone d'embouchure du canal de retour (10).