Brevet FR2573182A1 — publié le 19860516

"Chaudière de chauffage à condensat". L'invention a pour objet une chaudière de chauffage à condensat, constituée par une enveloppe de passage d'eau, dans laquelle plusieurs tubes de guidage de gaz chauds partant de la chambre de combustion sont enroulés avec une inclinaison descendante continue et vont à la chambre collectrice de condensat. Les chaudières de chauffage à condensat du type indiqué sont connues d'après le brevet fran çais 2 479 956. Dans de telles chaudières, les gaz de fumées sont refroidis intentionnellement à un point tel qu'il se produise de manière stre un condensait. On utilise alors des tubes de guidage de gaz chauds enroulés en hélice autour de la chambre de combustion, mais qui peuvent aussi être disposés dans une enveloppe séparée combinée avec l'enveloppe de la chambre de combustion. Etant donné que dans ce cas des tubes de guidage de gaz chauds enroulés en hélice passent de façon entièrement libre dans le volume intérieur de passage d'eau de l'enveloppe séparée, leur refroidissement intensif n'est pas très bien garanti. Il y a lieu de tenir compte également des dépenses liées à cette construction. Une autre variante suivant le brevet français prévoit une chambre de combustion protégée de façon supplémentaire vis-à-vis du serpentin tubulaire mais cette chambre traverse aussi la totalité de l'enveloppe. Une séparation correspondante en "zones froides et zones chaudes" n'est cependant pas non plus obtenue ainsi, indépendamment du fait que, dans cette variante, il n'y a pratiquement plus de place pour l'accroissement de la surface de chauffe ou pour son plus grand fractionnement, c' est-à-dire pour la disposition d'autres serpentins tubulaires de guidages de gaz chauds. Dans la chaudière de chauffage à condensat suivant le document DE-OS 3 019 810, on met en oeuvre le principe du double tube, connu d'une façon générale dans la construction des échangeurs de chaleur, pour le guidage des fluides d'échange. En d'autres termes, des tubes de gaz chauds entourés par des tubes enveloppes relient la chambre de combustion et la chambre collectrice de gaz de fumées, et les tubes enveloppes relient une chambre de réception de retour et une chemise d'eau entourant exclusivement la chambre de combustion et d'où part également la conduite d'aller de la chaudière.Etant donné que dans cette chaudière antérieurement connue, le trajet d'échange essentiel est limité aux tubes de guidage de gaz chauds, où ils sont entourés par les tubes enveloppes, de telles chaudières doivent être construites avec une hauteur ou une longueur relativement grandes si l'on veut obtenir d'une façon générale l'effet désiré. Cela est d'autant plus vrai que le fluide caloporteur passe en contre-courant avec le flux gazeux dans les conduits annulaires formés entre les tubes de gaz chauds et les tubes enveloppes, et qu'à l'extrémité supérieure des tubes enveloppes, la différence de température est influencée de façon défavorable, ce qui est d'ailleurs en partie valable aussi pour la chaudière de chauffage à condensat suivant le brevet français mentionné précédemment. L'invention a pour but de perfectionner une chaudière de chauffage à condensat du type mentionné dans-le préambule en permettant d'obtenir des conditions de transmission de chaleur plus favorables et, par suite, de meilleures différences de températures entre les fluides intéressés. On doit ainsi arriver à une chaudière à condensat ou à une chaudière dite à pouvoir calorifique,per- mettant un mode de construction compact et simple malgré la disposition d'une grande surface de chauffe. En outre, malgré la disposition d'une grande surface de chauffe, on doit obtenir un guidage judicieux du fluide de chauffage de la zone froide vers la zone chaude. A cet effet, l'invention concerne une chaudière de chauffage à condensat du type ci-dessus caractérisé en ce que les tubes de guidage de gaz chauds sont enroulés en hélice pour former des serpentins de différents diamètres et sont disposés de façon coaxiale dans l'enveloppe, des parois de séparation cylindriques - délimitant des conduits d'écoulement ascendants ouverts vers le haut -étant disposées entre les serpentins, ces parois étant munies d'orifices d'entrée des conduits au niveau de la tubulure de raccord de la conduite de retour, en ce que les extrémités supérieures desdits tubes de guidage de gaz chauds sont, en sortant des serpentins, raccordés au fond dela chambre de combustion disposée transversalement dans l'enveloppe au-dessus des serpentins et au-dessous du raccord de la conduite d'aller et en ce que les extrémités inférieures desdits tubes de guidage de gaz chauds sont, après avoir traversé le fond de l'enveloppe, raccordées à la chambre collectrice de condensat disposée sous le fond. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux. Par l'agencement conforme à l'invention on obtient, du haut vers le bas, une disposition mutuelle judicieuse des éléments essentiels de la chaudière, à savoir de l'ensemble de la chambre de combustion, des tubes de guidage de gaz chauds et de la chambre collectrice de condensat. Les tubesde guidage de gaz chauds emboîtés de façon coaxiale les uns dans les autres dans l-'enveloppe et enroulés en hélice donnent une grande surface de chauffe totale, en soi divisée, mais ne prenant pas beaucoup de place. On veille alors à ce que les tubes de guidage de gaz chauds soient, malgré leur division en plusieurs serpentins, balayés par l'eau froide de retour dlune façon dans une large mesure uniforme. Mais, par la division en plusieurs serpentins, le flux de gaz chauds produit dans la chambre de combustion est aussi plus fortement divisé et, par suite, la transmission de chaleur et le refroidissement des gaz chauds jusqu'à la condensation sont rendus plus intenses. Le volume obligatoirement formé dans l'enveloppe au-dessus des serpentins par la disposition à plusieurs serpentins est utilisé pour y disposer transversalement la chambre de combustion cylindrique, à savoir avantageusement avec une faible inclinaison descendante. Etant donné qu'avec la disposition coaxiale, les serpentins ont un diamètre différents, ce qui conduirait en soi à des surfaces d'échange de chaleur de longueur différente, il est avantageusement prévu de faire croître le nombre des spires des serpentins de l'ex- térieur vers l'intérieur de manière qu'on ait pour tous les serpentins des surfaces de transmission de chaleur équivalentes. Une chaudière de chauffage à condensat selon l'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les figures ci-jointes, dans lesquelles - la fig. I est une coupe longitudinale schématique de la chaudière de chauffage à condensat - la fig. 2 est une coupe transversale de la chaudière de chauffage à condensat effectuée suivant la ligne II-II de la fig. 1 - la fig. 3 est une vue du fond de la chaudière de combustion. Comme on peut le voir sur la fig. -1, les tubes de guidage de gaz chauds I sont enroulés en hélice avec des diamètres d'enroulement différents et de fa çon coaxiale sous forme de trois serpentins 3 disposés dans l'enveloppe 2. Entre les serpentins 3 sont disposées des parois de séparation cylindriques 5 limitant des conduits d'écoulement ascendants 4 ouverts vers le haut. Ces conduits sont munis d'orifices d'entrée 7 dans la zone de la tubulure 6 de raccord de la conduite de retour. Ces orifices d'entrée 7 peuvent, par exemple, entre constitués par des évidements appropriés réalisés dans les parois de séparation 5. Mais il est aussi possible de laisser tout simplement les parois de séparation 5 non fermées dans cette zone, c'est-à-dire de laisser simplement les parois de séparation ouvertes sur le côté dans cette zone (fig. 2). Les parties d'extrémité supérieures 8 des tubes de guidage de gaz chauds 1 sont, en sortant des serpentins 3, raccordées au fond 9 de la chambre de combustion 11 disposée transversalement dans l'enveloppe 2 au-dessus des serpentins 3 et au-dessous du raccord 10 de la conduite d'aller. Pour le logement de cette chambre de combustion, on dispose du volume libre de l'enveloppe 2 existant au-dessus des serpentins 3. Les parties d'extrémité inférieures 12 des tubes de guidages de gaz chauds 1 sont simplement dirigées verticalement vers le bas ; elles traversent le fond 13 de l'enveloppe 2 et sont ensuite raccordées, de façon étanche aux liquides, à la chambre collectrice de condensat 14 disposée au-dessous du fond 13. Pour éviter qu'il y ait des parcours de gaz chauds de longueur différente dans les divers serpentins 3, ces serpentins tubulaires 3 sont avantageusement réalisés, comme cela est également directement visible sur la fig. 1, avec un nombre de spires 3' croissant de l'extérieur vers l'intérieur. Pour autant que le serpentin intérieur 3 ne soit pas enroulé de façon extrêmement serrée, ce qui est évidemment possible mais rend sa fabrication plus difficile, un corps creux cylindrique 18 muni d'un orifice d'entrée inférieur 16 et d'un orifice de sortie supérieur 17 est disposé dans le volume libre 15 du serpentin intérieur 3. L'orifice d'entrée 16 et l'orifice de sortie 17 font que ce corps creux 18 peut aussi être parcouru par l'écoulement. Mais il est aussi possible de munir les orifices d'entrée et de sortie 16, 17 de conduites de raccordement d'aller et de retour pour chauffer dans ce corps creux de l'eau pour usages sanitaires. Les conduites de raccordement nd- cessaires pour cela ne sont pas représentées sur la fig. 9. Les tubes de guidage de gaz chauds constituant les serpentins 3 et, le cas échéant aussi la chambre de combustion, sont réalisés en métal résistant à l'action du condensat, par exemple en acier spécial. Par contre, l'enveloppe 2, les parois de séparation 5, le corps creux 18 et le fond 13 de l'enveloppe 2 peuvent être réalisés en tôle d'acier normale, telle que celle qui est usuelle dans la construction des chaudières. Pour cette raison aussi, la chambre collectrice de condensat 14 n'est pas disposée directement sous le fond 13 de l'enveloppe 2. Au contraire, les parties d'extrémité 12 des tubes de guidage de gaz chauds 1 traversent de façon étanche aux liquides le fond 13 de l'enveloppe 2 et ne sont assemblés qu'ensuite, de façon étanche aux liquides et aux gaz, avec le couvercle 22 de la chambre collectrice de condensat 14. Ainsi, seul ce couvercle, relativement petit, doit être constitué en matériau résistant à l'action du condensat. Il est à noter que ledit couvercle comporte également la tubulure de sortie 23 des gaz brûlés. il est judicieux que la chambre collectrice de condensat 14 soit formée par un caisson 19 associé de façon amovible au couvercle 22. Ce caisson peut sans difficulté être constitué, par exemple, en matière plastique résistant à l'action du condensat et être, comme représenté, simplement bridé par en-dessous sur le couvercle 22. Ce caisson 19 est également muni dlun écoulement 21 de condensat par trop plein. On peut en outre disposer dans ce caisson un échangeur de chaleur approprié 20 pour que l'on puisse utiliser la chaleur résiduelle du condensat recueilli. REVENDICATIONS 10) Chaudière de chauffage à condensat, constituée par une enveloppe de passage d'eau (2), dans laquelle plusieurs tubes de guidage de gaz chauds (1) partant de la chambre de combustion (11) sont enroulés avec une inclinaison descendante continue et vont à la chambre collectrice de condensat (14), caractérisée en ce que les tubes de guidage de gaz- chauds t5),délimi- tant des conduits d'écoulement ascendants (4) ouverts vers le haut, étant disposées entre les serpentins (3), ces parois étant munies d'orifices d'entrée (7) des conduits au niveau de la tubulure (6) de raccord de la conduite de retour, en ce que les extrémités supé-rieures (8) desdits tubes de guidage de gaz chauds (1) sont,en sortant des serpentins (3), raccordés au fond (9) de la chambre de combustion (11) disposée transversalement dans l'enveloppe (2) au-dessus des serpentins (3) et au dessous du raccord (10) de la conduite d'aller, et en ce que les extrémités inférieures (12) desdits tubes de guidage de gaz chauds (1) sont, après avoir traversé le fond (13)de l'enveloppe (2), raccordées à la chambre collectrice de condensat t14) disposée sous le fond. 20) Chaudière-à condensat selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour former des parcours de gaz chauds de même longueur, les serpentins tubulaires (3) sont réalisés avec un nombre de spires (3') croissant de l'extérieur vers l'intérieur. 30) Chaudière de chauffage à condensat selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un corps cylindrique creux (18) muni d'un orifice d'entrée inférieur (16) et d'un orifice de sortie supérieur (17) est disposé dans le volume central libre (15) du serpentin inférieur (3). 40) Chaudière de chauffage à condensat selon la revendication 3, caractérisée en ce que des conduites de raccordement de retour et d'aller sont disposées sur les orifices d'entrée et de sortie (16, 17). 50) Chaudière de chauffage à condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la chambre de combustion cylindrique (11) est disposée dans l'enveloppe (2) avec une inclinaison descendante vers les raccords des extrémités (8) des conduits de guidage de gaz chauds. 60) Chaudière de chauffage à condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les extrémités inférieures (12) des tubes de guidage de gaz chauds (1), traversant le fond (13) de l'enveloppe (2), sont raccordées, de façon étanche aux liquides, au couvercle (22) de la chambre collectrice de condensat (14), cette chambre collectrice de condensat (14) étant bridée, sous forme de caisson amovible (19), sur le couvercle (22). 70) Chaudière de chauffage à condendat selon la revendication 6, caractérisée en ce que le caisson (19) de la chambre collectrice de condensat (14) est constitué en matière plastique résistant à l'action du condensat. 80) Chaudière de chauffage à condensat selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le couvercle (22) de la chambre collectrice de condensat (14) est, comme les tubes de guidage de gaz chauds enroulés (1), constitué en métal, tel que de l'acier spécial ou similaire, résistant à l'action du condensat.