Brevet FR2584798A1 — publié le 19870116

La présente invention concerne un chauffe-eau instantané ou à accumulateur, marchant au gaz, avec une chambre de combustion chauffée par un brûleur atmos phérique et où se fait un échange thermique avec l'eau et qui, avec interposition d'un ventilateur, communique avec une conduite d'alimentation en air frais et une conduite d'évacuation des gaz de combustion. De tels chauffe-eau sont connus comme sources calorifiques de systèmes de chauffage central, fonctionnant alors comme chauffe-eau à circulation, ou pour le chauffage d' eau sanitaire, en tant que chauffe-eau instantanés. Ces appareils sont conçus dans la plupart des cas sans branchement à une cheminée, ctest-à-dire qu'ils sont alimentés enrrair frais par une conduite appropriée et que les gi de combustion sont évacués, après passage de l'échangeur thermique, par une conduite logée dans la conduite d'alimentation d'air, le ventilateur étant disposé dans la conduite d'évacuation. Sur ces appareils donnant en principe entière satisfaction par un rendement élevé, on se heurte depuis quelque temps à la difficulté que leurs gaz de combustion ne restent plus entièrement dans les limites imposées à leur teneur en NOx. Pour les brûleurs à mazout ou à gaz à pulvérisation on connait la pratique du retour des gaz de combustion pour en réduire la teneur en NOx. Le principe de cette méthode consiste en ce que les gaz brûlés reconduits diminuent la température de combustion de sorte qu'il n'y ait plus formation d'une aussi grande quantité de NOx. Le retour des gaz de combustion touche cependant à ses limites au moment où il en résulte une combustion incomplète se traduisant, en dépit de la diminution de la teneur en NOx, par une augmentation de la teneur en CO. Ces conditions ne peuvent cependant pas être appliquées telles quelles aux chauffe-eau instantanés ou à accumulateur à brûleur atmosphérique parce que, ici, faute de brûleur à pulvérisation, il n'y a aucun moyen pour faire recirculer les gaz brûlés. L'invention consiste donc en ce qu'il a été constaté que cette possibilité existe aussi pour des chauffe-eau équipés d'un ventilateur, de sorte que le but de l'invention est d'obtenir une réduction de la teneur en NOx des gaz de combustion des chauffe-eau instantanés ou à accumulateur avec brûleur atmosphérique, mais munis d'un ventilateur. Ce but de l'invention est atteint par ce que la conduite d'évacuation des gaz de combustion est reliée directement par un tube de raccordement à la conduite d'alimentation d'air. I1 peut aussi être atteint par 3 variantes consistant en ce que la conduite d'évacuation des gaz brûlés est reliée par un tube de raccordement à un tube injecteur alimentant le brûleur à gaz, ou que la conduite d'évacuation des gaz brûlés est reliée par un tube de raccordement à la partie supérieure du brûleur ou de sa chambre de carburation, ou que la conduite d'évacuation des gaz brûlés est reliée par un tube. de raccornement, comportant un ventilateur, directement à la conduite d'alimentation d'air, ou à un tube injecteur alimentant le brûleur à gaz, ou à la partie supérieure du brûleur ou de sa chambre de carburation. Un perfectionnement avantageux résulte de ce que, en cas de montage concentrique des conduites d'évacuation des gaz et d'alimentation d'air, le branchement est réalisé sur une ouverture pratiquée dans la conduite d'évacuation disposée à l'intérieur de la conduite d'alimentation d'air. Un autre perfectionnement avantageux est donné par ce que le tube de raccordement débouche dans l'espace entre le tube injecteur et le bec à gaz. Un autre perfectionnement avantageux est obtenu par ce que les gaz de combustion sont mélangés exclu sivement à l'air primaire, ou exclusivement à l'air secondaire, ou à tous les deux. Un autre perfectionnement avantageux résulte de ce que le brûleur est muni de rampes multiples et que les différentes chambres de combustion du brûleur portent un recouvrement de sorte que sur un ou les deux côtés des becs à gaz de la chambre de carburation du brûleur existent des fentes où débouche le tube de raccordement et que par la forme appropriée des fentes, les gaz de combustion sont amenés au pied des flammes. Un autre perfectionnement avantageux est obtenu par ce que le recouvrement des chambres de combustion munies de becs à gaz de.dimensions variables a une forme ondulée, et que les sommets de ce recouvrement sont attribuées aux grands becs à gaz, et ses creux, aux petits becs à gaz. Ces perfectionnements ressortent aussi de la description suivante avec les figures un à six du dessin à l'appui. Les figures montrent: Fig. un, un chauffe-eau instantané pour l'alimentation d'un ou de plusieurs robinets d'eau sanitaire, Figr deux, un chauffe-eau à circulation pour l'alimentation d'un système de chauffage central, Fig. trois, un chauffe-eau à circulation pour 1' alimentation en eau chaude d'un ou de plusieurs salles de bain, Fig. quatre, une chambre de combustion d'un brûleur à rampes multiples, en perspective, Fig. cinq, une chambre de combustion vue en plan, Fig. six, une variante de l'invention. Dans les six figures, les mêmes références indiquent les mêmes détails. Le chauffe-eau instantané 1 suivant la fig. un a une chemise 2 qui renferme, à une distance 3, un boî tier d'une chambre de combustion 4 qui, à sa base 5, comporte un brûleur à gaz atmosphérique 6 qui comprend un collecteur et un tube injecteur 8 dans l'entrée 9 duquel un bec 10 souffle du gaz qui lui arrive par une conduite d'alimentation 11 munie d'une soupape. A sa partie supérieure 12, la chambre de combustion est munie d'un échangeur thermique 13 qui reçoit l'eau à chauffer par une conduite d'alimentation, et dont l'eau chaude est prélevée par un tuyau de prise d'eau 15. Au-dessus de l'échangeur thermique 13 est prévu un collecteur de gaz brûlés 16 auquel est raccordée une conduite d'évacuation 17 dont l'entrée est occupée par un ventilateur 18. La conduite d'évacuation r 17 peut aboutir à l'atmosphère, après avoir percé un mur du local, ou à une cheminée. La conduite d'évacuation 17 est entourée, à une distance 19, d'une conduite d'alimentation en air frais 20 qui vient de l'atmosphère ou est reliée à une canalisation d'adduction d'air. Les conduites d'alimentation et d'évacuation peuvent être concentriques, mais ne doivent-pas l'être absolument. La conduite d'alimentation d'air débouche au haut du bottier 2 de sorte que, lorsque le ventilateur 18 marche, l'air est aspiré à travers la canalisation annulaire 19, depuis l'atmosphère, pour lécher extérieurement la chambre de combustion 4 et pénétrer, au bas de cette chambre, au niveau du brûleur, dans l'intérieur 12. Ici, cet air permet la combustion qu'elle favorise en tant qu'air secondaire. L'air primaire arrive de la même source d'alimentation, mais pénètre par le bout inférieur 9 dans le tube injecteur 8 sous l'effet du gaz sortant du bec 10. Cet air est qualifié de primaire et est mélangé au gaz dans le tube injecteur 8 ou la chambre de carburation 7. Conformément à l'invention, il est prévu un tube de raccordement 21 branché sur la conduite d'évacuation 17 en aval du ventilateur 18 et sur la conduite d'alimentationen d'air 20, en amont de son point de raccordement, pour déboucher dans la canalisation annulaire 19. De préférence, le tube 21 se termine par un coude 22 dont la sortie est orientée dans la direction d'écoulement de l'air d'alimentation. Dans le cas le plus simple, le tube 21 peut être représenté par un trou pratiqué dans la paroi extérieure de la conduite d'évacuation 17. Le tube 21 est branché sur cette conduite entre le ventilateur et un diaphragme pare-poussière 47 disposé en aval du ventilateur, mais en amont de la sortie de la conduite d'évacuation 17 vers l'atmosphère. r Pour ce qui est de l'exemple de réalisation sui- vant fig. deux, la différence par rapport au premier exemple consiste en ce qu'il s'agit d'une part d'un autre type d'appareil, la conduite 14 étant ici la conduite de retour d'un système de chauffage et la conduite 15 servant à l'alimentation dudit système en eau chaude. La conduite de retour comporte une pompe de circulation 30. D'autre part, cette réalisation constitue une variante en ce sens que le tube de raccordement 21 partant également d'un trou 31 prévu dans la conduite d' évacuation 17, débouche cette fois dans la chambre de carburation 7 du brûleur 6 où il se termine par un bout muni d'une multitude de trous 32 destinés à assurer la répartition uniforme des gaz brûlés reconduits.Dans cet exemple de réalisation, ces gaz sont mélangés à la part d'air primaire alimentant la source calorifique, tandis que l'air secondaire reste tel quel. L'exemple de réalisation suivant fig. trois concerne un chauffe-eau à accumulation qui, contrairement aux exemples de réalisation suivant fig. un et deux, comprend un réservoir d'eau 40 dont la paroi extérieu re peut être comparée à la chemise de'la chambre de combustion des fig. un et deux. Dans son centre, le réservoir est muni d'un tube à fumée 41 entre lequel et la paroi-extérieure du réservoir se situe l'espace annulaire 42 servant de réservoir d'eau. Le fond 43 du réservoir a une forme concave et réunit, grâce à sa forme circulaire, le fond et la paroi extérieure en tous points. Ainsi, la chambre de combustion 44 proprement dite se trouve sous le fond 43. Dans cette chambre pénètre le brûleur atmosphérique 6 qui comprend aussi un tube injecteur 8.L'entrée 9 de ce tube est occupée non seulement par le bec à gaz 10 mais aussi par le bout 45 du tube de raccordement 21. Dans cet exemple de réalisation, les gaz brûlés en recirculation sont exclusivement mélangés à l'air primaire. Cette fig. montre aussi que le tube d'alimentation en gaz 11 comporte une soupape à gaz 46. Le ventilateur 18 est disposé au haut du réservoir d'eau 40 et a le même effet que décrit pour l'exemple de réalisation suivant fig. un. Tous les trois exemples de réalisation diffèrent entre eux par le choix de l'appareil, d'une part, et le point d'introduction des gaz brûlés reconduits, de l'autre. A ce propos, il faut bien préciser qu'il est sans importance que le retour des gaz se fasse de telle ou telle manière sur tel ou tel appareil. Tous les trois modes de recirculation des gaz ont leurs avantages et inconvénients spécifiques, sans être liés à un type d'appareil déterminé. Tandis que, dans l'exemple de réalisation suivant fig. un, les gaz brûlés de recirculation sont mélangés aussi bien à l'air primaire que secondaire, ils le sont, dans l'exemple de réalisation suivant fig. deux, essentiellement à une partie de l'air secondaire, et dans l'exemple de réalisation suivant fig. trois, exclusivement à l'air primaire. La part des gaz brû lés doit s'élever à 10% du courant d'échappement total. Il serait aussi possible de réaliser la recirculation des gaz brûlés suivant la fig. un et, en plus, suivant les fig. deux et trois. Cela aurait pour-conséquence que la totalité de l'air de combustion, indépendamment de sa division ultérieure en air primaire et secondaire, aurait une part relativement faible en gaz brûlés, à peu près 5%, tandis que le reste des gaz brûlés en recirculation serait mélangé exclusivement à l'air primaire et secondaire. La façon dont sera réalisé ce mélange sera alors fonction des conditions d'exécution de la chambre de combustion et du brûleur. Comme il résulte des fig. quatre et cinq, il est aussi possible de mélanger les gaz brûlés en recirculation exclusivement au courant d'air secondaire. C'est ainsi que la fig. quatre montre une chambre de combustion 49 du brûleur 6, laquelle se compose de la chambre de carburation 7, -intérieure, et d'un recouvrement extérieur 50 qui l'entoure à une distance 49. A sa partie basse 51, le recouvrement forme avec le bas 52 de la chambre de carburation une canalisation 53 ou débouche le tube de raccordement 21. Les gaz brûlés ainsi amenés montent dans les espaces 50 et 50' de part et d'autre des parois verticales de la chambre de carburation 7 et sortent par les orifices au haut de ces espaces. A sa face supérieure, la chambre de carburation présente des becs à gaz 54 ayant ouvertures relativement grandes et, entre eux, des becs 55 avec des ouvertures relativement petites destinés à y faire naître des flammes auxiliaires. La distance 50 et 50' qui a la forme d'une fente verticale, est réalisée de sorte que les creux 56 de la tôle de recouvrement ondulée se trouve au niveau des petits becs à gaz 55, et les sommets 57, au niveau des grands becs 54.Cela a pour conséquence que les grands becs 54 re çoivent une quantité relativement grande de gaz brûlés, et les petits becs seulement une quantité restreinte. Il est a ce propos important que le courant des gaz brûlés en recirculation arrive au niveau du pied des différentes flammes du brûleur principal. Il en résulte une sorte de combustion échelonnée, puisqu'il se produit dans la zone de combustion primaire du mélange air/gaz sortant des becs 54, 55 et additionné des gaz brûlés reconduits et d'un courant partiel d'air secondaire, une combustion partielle dans des conditions légèrement au-dessous des conditions stoechiométriques, donc à faible température. La majeure partie de l'air secondaire peut, en aval des sorties des gaz brûlés, arriver sans diificultés dans la zone de combustion et provoquer une combustion complète, secondaire. Le bord léché par le mélange, à proximité immédiate des becs à gaz, a ou la forme d'une fente verticale (droite ou en méandre) ou présente une légère déviation en direction des becs. Ce qui est important, c'est le mélange aussi homogène que possible air/gaz, d'une part (gaz et air primaire), et celui avec les gaz brûlés de retour, de l'autre, au niveau du pied des flammes. L'adduction des gaz brûlés peut se faire sur un ou sur les deux côtés du brûleur à mélange préalable, suivant la construction de celui-ci. L'exemple de réalisation suivant fig. six concerne un appareil en principe sans cheminée, avec évacuation thermique des gaz brûlés. A cet effet, il est prévu sur le tube de raccordement 21 un ventilateur 18 relativement petit, entraîné par un moteur 58. A l'aide de ce ventilateur de puissance relativement faible, on réalise ici la reconduction des gaz brûlés. Sur cet exemple de réalisation, il ne faut pas de diaphragme pare-poussière 47 dans la conduite d'évacuation des gaz de combustion, la différence de pression nécessaire par rapport aux gaz en recirculation étant produite par le petit ventilateur. Revendications 1. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur, marchant àu gaz, avec une chambre de combustion chauffée par un brûleur atmosphérique et où se fait un échange thermique avec l'eau et qui, avec inter position d'un ventilateur, communique avec une conduite d'alimentation en air frais et une con duite d'évacuation des gaz de combustion, carac térisé par le fait que la conduite d'évacuation des gaz de combustion (17) est reliée directement par un tube de raccordement (21) à la conduite d'alimentation d'air (20). 2. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur suivant la revendication un, caractérisé par le fait que, en cas de montage concentrique des conduites d'é vacuation des gaz et d'alimentation d'air, le branchement est réalisé sur une ouverture (31) pratiquée dans la conduite d'évacuation (17) dis posée à l'intérieur de la conduite d'alimentation d'air. 3. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur, marchant au gaz, avec une chambre de combustion chauffée par un brûleur atmosphérique et où se fait un échange ther-mique avec l'eau et qui, avec inter position d'un ventilateur, communique avec une conduite d'alimentation en air frais et une con duite d'évacuation des gaz de combustion, carac térisé par le fait que la conduite d'évacuation des gaz (17) est reliée par un tube de raccorde ment (21) à un tube injecteur (8) du brûleur à gaz (6). 4. Chauffe-eau instantné ou à accumulateur suivant la revendication trois, caractérisé par le fait que le tube de raccordement (21) débouche dans l'espace entre le tube injecteur et le bec à gaz (10). 5. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur, marchant au gaz, avec une chambre de combustion chauffée par un brûleur atmosphérique et où se fait un échange thermique avec l'eau et qui, avec inter position d'un ventilateur, communique avec une conduite d'alimentation en air frais et une con duite d'évacuation des gaz de combustion, carac térisé par le fait que la conduite d'évacuation des gaz (17) est reliée par un tube de raccorde ment (21) à la partie supérieure du brûleur ou de sa chambre de carburation. 6. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur, marchant au gaz, avec une chambre de combustion chauffée par un brûleur atmosphérique et où se fait un échange thermique avec l'eau et qui, avec inter position d'un ventilateur, communique avec une conduite d'alimentation en air frais et une con duite d'évacuation des gaz de combustion, carac térisé par le fait que la conduite d'évacuation des gaz (17) est reliée par un tube de raccorde ment (21), comportant un ventilateur (18), direc tement à la conduite d'alimentation d'air (20) ou à un tube injecteur (8) alimentant le brûleur à gaz (6), ou à la partie supérieure du brûleur ou de sa chambre de carburation. 7. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur suivant l'une des revendications un, trois, cinq ou six, caractérisé par le fait que les gaz de combustion sont mélangés exclusivement à l'air primaire, ou exclusivement à l'air secondaire, ou à tous les deux. 8. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur suivant la revendication cinq, caractérisé par le fait que le brûleur est muni de rampes multiples et que les différentes chambres de combustion du brûleur portent un recouvrement (49) de sorte que sur un ou les deux côtés des becs à gaz (54, 55) de la chambre de carburation (7) du brûleur (6) existent des fentes (50, 50') où débouche le tube de raccordement (21) et que par la forme appropriée des fentes, les gaz de combustion sont amenés au pied des flammes. 9. Chauffe-eau instantané ou à accumulateur suivant la revendication huit, caractérisé par le fait que le recouvrement (49) des chambres de combus tion munies de becs à gaz (54, 55) de dimensions variables a une forme ondulée, et que les sommets de ce recouvrement sont attribuées aux grands becs à gaz, et ses creux, aux petits becs à gaz.