Brevet FR2583858A1 — publié le 19861226

CHAUDIERE A COMBUSTIBLE SOLIDE A HAUT RENDEMENT L'invention se rapporte à une chaudière à combustible solide à haut rendement; elle concerne plus particulièrement la structure de 1' échangeur de chaleur, permettant d'atteindre ce haut rendement et présentant l'avantage supplementaire de ne nécessiter qu un faible entretien. On connaît une chaudière à combustible solide, principalement à bois, charbon de bois et/ou charbon, utilisable notamment dans une installation de chauffage central et dont le foyer est suffisamment vaste pour accueillir une quantité importante de combustible solide et garantir ainsi une autonomie de fonctionnement suffisante et conçue pour maintenir dans le foyer une température suffisamment élevée, permettant d'éviter la formation et le dépôt de résidus goudronneux (problème particulièrement important lorsqu'il s'agit du chauffage au bois) qui pourraient provoquer ltencrassement et l'obturation des conduits et être une cause de pollution. Une telle chaudière, qui est par exemple décrite dans la demande de brevet européen nO O 062 573 déposée au nom du Demandeur, comporte essentiellement une chambre de combustion en briques réfractaires empilées, susceptible de maintenir une combustion à haute température. Cette chambre de combustion est associée à un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur (de l'eau dans la majorité des cas) dont la mise en circulation permet d'alimenter les radiateurs d'un réseau de chauffage central. L'invention concerne un nouveau type d'échangeur particulièrement bien adapté (mais non exclusivement) à ce type de chambre de combustion. L'un des objectifs de l'invention est donc de proposer une chaudière à combustible solide à combustion propre et à haut rendement, c'est-à-dire notamment conçue pour rejeter les fumées à relativement basse température. Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle chaudière à température de fonctionnement élevée, pour éviter la condensation et la formation de résidus goudronneux. Un autre objectif de l'invention est de proposer une chaudière à faible consommation de combustible solide et à combustion lente, produisant peu de cendres. Dans cet esprit, l'invention concerne une chaudière à combustible solide, notamment pour bois, charbon de bois et/ou charbon, du type comportant une chambre de combustion et un échangeur de chaleur en contact thermique avec ladite chambre de combustion et dans lequel un fluide caloporteur tel que l'eau est susceptible de circuler pour être réchauffé, caractérisée en ce que ledit échangeur comporte une enceinte à double paroi surmontant ladite chambre de combustion et communiquant avec elle par une ouverture, ledit fluide caloporteur remplissant l'espace de double paroi, en ce qu'un agencement de circulation de fumée est défini dans ladite enceinte, et en ce que cet agencement comporte une enveloppe de tôle disposée au voisinage de la paroi interne de ladite enceinte. Ainsi, l'enveloppe de tôle qui jouxte la paroi interne de l'en- ceinte précitée permet d'isoler cette dernière (refroidie par le fluide caloporteur) du circuit de circulation des fumées et donc de mieux contrôler l'échange de chaleur en évitant une chute trop brutale de température dans la première partie de ce circuit. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'une chaudière conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe et en élévation de la chaudière conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1; - la figure 3 est une coupe III-III de la figure 1; et - la figure 4 est une coupe IV-IV de la figure 1. En se reportant aux dessins, la chaudière 11 représentée comporte une chambre de combustion 12 à sa partie inférieure et un échangeur de chaleur 13 en contact thermique avec la chambre de combustion et dont la plus grande partie surmonte ladite chambre de combustion. De façon connue, au moins trois parois verticales de la chambre de combustion comportent un matelassage de briques réfractaires 15 simplement empilées les unes sur les autres et ce matelas sage est consolidé par un système de maintien comprenant, dans l'exemple décrit, une pluralité de tôles 17 sensiblement verticales, agencées de proche en proche entre des parties du matelas sage de briques réfractaires. Ces tôles 17 sont soudées à des tubes verticaux 18 appartenant à l'échangeur 13.Elles sont ainsi suffisamment refroidies pour ne pas se déformer sous I'effet de la chaleur et elles facilitent aussi le transfert de chaleur vers ledit échangeur. Les tubes 18 sont raccordés à leurs extrémités inférieures à un cadre tubulaire commun 16. Une grille 19 est disposée de façon inclinée à la partie inférieure de la chambre de combustion pour supporter le combustible solide; cette grille délimite ainsi un espace inférieur 20 où s'accumulent les cendres. La paroi avant de la chaudière comporte un portillon 21 pour l'introduction du combustible et un portillon 22 pour l'évacuation des cendres et le nettoyage de l'espace inférieur 20. Le matelassage de briques réfractaires est adossé à une enveloppe 23. L'isolation thermique est renforcée par un matelassage de laine de verre 24 disposé à l'extérieur de la chambre de combustion et de l'échangeur.Ce dernier est rempli d'eau qui alimente un circuit de chauffage central (non représenté). Le conduit de départ d'eau chaude 25 est situé à la partie supérieure de l'échangeur. Selon une particularité importante de l'invention, l'échangeur de chaleur 13 comporte une enceinte à double paroi 28 surmontant la chambre de combustion 12 et communiquant avec elle par une ouverture 29. En outre, un agencement de circulation des gaz chauds et fumées 30 est défini dans l'enceinte 28 et cet agencement comporte une enveloppe de tôle 31 disposée au voisinage de la paroi interne de l'enceinte 28. L'espace de double paroi de l'enceinte 28 est bien entendu rempli d'eau du circuit de chauffage. Dans l'exemple décrit, cette enceinte a une forme cylindrique tubulaire et l'enveloppe 31, également cylindrique, jouxte la paroi interne de l'encein- te 28. Cette enveloppe 31 est réalisée dans une tôle relativement mince, de l'ordre du millimètre, rendue pratiquement auto-nettoyante par son agencement ainsi que sa température de fonctionnement, pour jouer le rôle de tôle sèche, portée à relativement haute température par les gaz chauds et fumées, tout en évitant un refroidissement trop rapide de ces gaz et fumées dans la première partie dudit agencement de circulation. Bien entendu, l'enveloppe 31 comporte une ouverture 29a en regard de l'ouverture 29. L'agencement de circulation de gaz chauds et fumées comporte en outre un caisson 35 situé à l'intérieur de l'enveloppe 31 et dont l'espace interne communique avec un conduit d'évacuation de fumées 32. Le caisson 35 est assez volumineux pour définir un espace d'écoulement 36, tubulaire, entre sa paroi externe et l'enveloppe 31. La paroi de ce caisson comporte des orifices 37 situés à l'opposé de l'ouverture 29. Le caisson est con'situé d'une tôle relativement épaisse (de l'ordre de 6 mm), également rendue auto-nettoyante. Il comporte en outre un renfoncement 38 formant cavité largement ouverte en regard de l'ouverture 29, de façon à rabattre les fumées à leur sortie de la chambre de combustion et les diriger vers l'espace d'écoulement 36. Le trajet des fumées est symbolisé par des volutes fléchées sur la figure 1. Le caisson comporte un clapet d'allumage 39, disposé pour établir un passage direct entre l'ouverture 29 et le conduit d'évacuation des fumées 32. Dans l'exemple décrit, le clapet 39 est logé dans le renfoncement 38. Il est destiné à établir une évacuation directe des fumées vers le conduit 32, seulement à l'allumage de la chaudière. Les tubes 18 sont raccordés à la partie inférieure de l'enceinte 28 et communiquent avec son espace de double paroi; il en est de même du conduit de retour d'eau 40. Ainsi, on peut maintenir la température de la chambre de combustion 12 à une valeur relativement élevée, le refroidissement dû aux tubes 18 étant plus faible. La combustion est donc à la fois complète, propre et lente. Elle produit peu de cendres et aucun résidu goudronneux. En revanche,le transfert de chaleur vers l'échangeur dans l'enceinte 28 est très efficace, de sorte que la température de sortie des fumées est relativement basse, assurant ainsi à la chaudière un excellent rendement, REVENDICATIONS 1. Chaudière à combustible solide, notamment pour bois, charbon de bois et/ou charbon, du type comportant une chambre de combustion (12) et un échangeur de chaleur (13) en contact thermique avec ladite chambre de combustion et dans lequel un fluide caloporteur tel que de l'eau est susceptible de circuler pour être réchauffé, caractérisée en ce que ledit échangeur comporte une enceinte à double paroi (28) surmontant ladite chambre de combustion et communiquant avec elle par une ouverture (29) ledit fluide caloporteur remplissant l'espace de double paroi, en ce qu'un agencement de circulation de fumées (30) est défini dans ladite enceinte et en ce que cet agencement comporte une enveloppe de tôle (31) disposée au voisinage de la paroi interne de ladite enceinte (28). 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite enveloppe est constituée d'une tôle relativement mince. 3. Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit agencement de circulation de fumées comporte un caisson (35) dont l'espace interne communique avec un conduit d'évacuation de fumées (32) ledit caisson définissant un espace d'écoulement (36) entre sa paroi externe et ladite enveloppe (31) et en ce que la paroi dudit caisson comporte des orifices (37) situés à l'opposé de l'ouverture (29) précitée. 4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit caisson est constitué d'une tôle relativement épaisse. 5. Chaudière selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit caisson comporte un renfoncement (38) largement ouvert en regard de ladite ouverture (29), de façon à rabattre les gaz chauds et fumées à leur sortie de ladite chambre de combustion (12) et les diriger vers ledit espace d'écoulement (36). 6. Chaudière selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que ledit caisson comporte un clapet d'allumage (39) disposé pour établir un passage direct entre ladite ouverture (29) et le conduit d'évacuation des fumées (32). 7. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, d'une façon connue en soi, ladite chambre de combustion (12) comporte un matelassage de briques réfractaires (15) empilées les unes sur les autres, consolidé par un système de maintien comprenant une pluralité de tôles (17) internes, agencées sensiblement verticalement de proche en proche entre des parties dudit matelassage de briques réfractaires. 8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit échangeur comporte des tubes (18) insérés dans le matelassage de briques réfractaires et soudés respectivement auxdites tôles internes (17) et en ce que ces tubes (18) débouchent à leur partie supérieure dans l'espace de double paroi de l'enceinte (28) précitée. 9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits tubes sont raccordés par leurs extrémités inférieures à un cadre tubulaire (16). 10. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit de retour de fluide caloporteur (40) est raccordé à la partie inférieure de ladite enceinte (28) à double paroi dudit échangeur.