Brevet FR2594941A1 — publié le 19870828

La présente invention concerne une chaudière à condensation par voie sèche. Dans la suite, on considérera plus particulièrement une réalisation d'une telle chaudière équipée de brûleurs à gaz. Toutefois, la chaudière suivant l'invention peut également etre utilisée avec des brûleurs à combustible liquide. En pratique, une chaudière à condensation par voie sèche est une chaudière dans laquelle les gaz de combustion, essentiellement du gaz carbonique et de l'eau cèdent leurs calories à travers un échangeur de chaleur surdimensionné, à tel point que la température de sortie des gaz de combustion descend au-dessous du point de rosée. Un objet de la présente invention consiste à prévoir une chaudière à condensation qui soit d'un prix de revient moins élevé que les chaudières antérieurement connues, tout en ayant la meme efficacité. Suivant une caractéristique de l'invention, chaque tube d'échange est constitué par un tube droit externe dans lequel est enfilé un tube interne fermé entouré d'une hélice, le diamètre hors tout du tube interne fermé plus l'hélice étant égal au diamètre interne du tube externe. Suivant une autre caractéristique, l'entrée des tubes d'échanges de chaleur est plus haute que leur sortie. Suivant une autre caractéristique, la chaudière est inclinée par rapport à l'horizontale. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain-si que d'autres, apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est upe vue en coupe longitudinale d'une chaudière suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe transversale de la chaudière de la Fig. 1, suivant la ligne Il-Il, et la Fig. 3 est une vue d'une variante de détail de la chaudière de la Fig. 1. La chaudière de la Fig. 1 a une allure générale cylindrique et comprend une chambre de combustion 1 en forme de pot formée d'une paroi cylindrique 2 fermée par un fond 3, et une chemise annulaire d'eau à chauffer 4 limitée dans le sens radial, d'une part, intérieurement par la face externe de la paroi 2, et d'autre part, par une enveloppe extérieure cylindrique 5. La chemise d'eau 4 est traversée par une nappe annulaire de tubes longitudinaux 6 conduisant les gaz de combustion. Les deux bouts de l'enveloppe cylindrique 5 sont fermés, d'une part, par un fond 7 derrière le fond 3 de la chambre de combustion et, d'autre part, par un couvercle 8 en face de l'entrée de la chambre de combustion. Le centre du fond 7 est ouvert et les bords du trou central sont soudés à un départ de conduit de fumée 10 sur lequel est monté un extracteur 11, schématiquement représenté. Le centre du couvercle 9 est également ouvert pour le passage du brûleur 12 de la chaudière, également schématiquement représenté. La face interne du couvercle 9, ainsi que celle de la face adjacente de l'enveloppe 5, sont respectivement doublées de couches de fibres d'alumine 13 et 14. Longitudinalement, la chemise d'eau 4 est limitée par deux couronnes circulaires 15 et 16, évidemment percées de trous correspondant aux passages des tubes 6. Les tubes 6 sont soudés aux bords des trous des plaques 15 et 16. Le bord libre 17 de la paroi 2 se trouve à une certaine distance de la face interne de la couche isolante 13. La face interne du fond 3, ainsi que celle de la zone adjacente de la paroi 2 sont revêtues d'une couche de ciment réfractaire 18, la face interne centrale de la couche 18 étant encore recouverte d'une couche de fibres d'alumine 19. La couronne 15 se trouve un peu plus éloignée du fond 7 que le fond 3 et, réciproquement, la couronne 16 est pratiquement au niveau du bord libre 17 de la paroi 2. Enfin, près de la couronne 15, l'enveloppe 5 comporte un orifice sur les bords duquel est soudée une tubulure 20, destinée à être reliée à la canalisation de retour d'eau froide de l'installation à chauffer et assurant l'entrée de l'eau froide dans la chemise d'eau 4, et, près de la couronne 16, elle comporte un trou sur les bords duquel est soudée une tubulure 21 destinée à être raccordée à la canalisation de départ d'eau chaude et communiquant avec la chemise d'eau 4. Suivant l'invention, dans la chambre de 'combustion 1, à l'intérieur de la paroi 2, il est prévu un cylindre creux 22 dont une e: Les tubes 5 forment avec la chemise d'eau 4 l'échangeur thermique. En pratique, à l'intérieur des tubes 6, sont glissés des tubes fermés 29 dont chacun porte sur sa face extérieure une hélice 30. Le diamètre hors tout des tubes 29, plus leurs hélices, est égal au diamètre intérieur des tubes 6. Les hélices 30 obligent dans chaque tube 6, le courant de gaz chaud à parcourir un long chemin en hélice au cours duquel il échange pratiquement toute sa chaleur, au point de sortir du tube 6 à une température telle que la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion se condense, en cédant sa chaleur de condensation. Par ailleurs, des chicanes 31, sous la forme de plaques transversales, sont prévues dans la chemise d'eau 4. Les chicanes 31 à 33 sont disposées de manière à ce que l'eau froide entrant par 20 ne puisse circuler longitudinalement, directement vers la sortie d'eau chaude 21, mais décrive, autour de la paroi 2, un parcours en hélice. Comme le montre la coupe transversale de la Fig. 2, les ailettes 25 peuvent n'être pas réparties uniformément autour de l'axe de la chaudière, mais être plus nombreuses entre les parties basses du cylindre 22 et de la paroi 2 qu'entre leurs parties hautes. En pratique, les ailettes 25 assurent le centrage du cylindre 22 dans la chambre de combustion. En fonctionnement, la flamme 34 du brûleur 12 est projetée, à l'intérieur du tube 22, contre la bouche d'alumine 19. Puis les gaz de combustion parcourent l'espace annulaire entre 22 et 2, vers les couches 13 et 14, puis suivent les parcours en hélice définis par les tubes 6, 29 et les hélices 30, pour déboucher dans la chambre de sortie 35, entre 3 et 10, et être éjectés par le tuyau 10, à travers l'extracteur 21. La Fig. 1 montre également que l'axe de révolution R de la chaudière est incliné par rapport à l'horizontale d'un angle a, de manière que le point le plus bas de la chaudière soit celui du fond 7. Dans ces conditions, l'eau de condensation qui se forme dans la partie finale des tubes 6, s'écoule vers la chambre 35 pour se rassembler au point le plus bas de 7. Pour assurer l'écoulement de cette eau vers l'extérieur, un tuyau de sortie 36, débouchant dans le bas de la paroi 5, près du point bas de 7, est prévu. Le tuyau 36 est coudé pour former un siphon retenant une hauteur d'eau suffisante entre deux points 36 et 37, pour équilibrer la dépression créé par l'extracteur 11. On évite ainsi l'entrée d'air par 36. Au démarrage d'un fonctionnement, quand la chaudière est froide, et en particulier le fond 3 du pot avec ses couches 18 et 19, il peut se créer un peu d'eau de condensation en bas du fond du pot. C'est pourquoi, un tuyau de faible diamètre 39 est prévu entre le bas du chant de la couche 18 et l'extérieur de manière que cette eau puisse s'écouler par gravité. Dans ce cas, un siphon peut n'être pas nécessaire, car la dépression créée par l'extracteur 11 se fait peu sentir à l'entrée du tuyau 39. Au lieu d'utiliser un extracteur 11 à la sortie des gaz brûlés, on peut prévoir une soufflante qui envoie de l'air sous pression du côté du brûleur. Dans ce cas, le siphon sur le tuyau 36 peut n'être pas nécessaire et le tuyau 39 est de préférence remplacé par un tuyau 40 dont le point de départ est le même, mais qui peut déboucher directement dans la chambre 35. De préférence, le cylindre 22 est en acier inoxydable austénitique réfractaire au Nickel Chrome, dont un exemple est connu sous la dénomination AFNOR Z8 NC 3221 - W.Nr 48,76. En fait, il faut que le matériau du cylindre 22 ait une bonne résistance au fluage jusqu'à 11000 C, température que peut atteindre la périphérie de la flamme 34. Les autres pièces sont en acier inoxydable ordinaire, sauf les couches de ciment réfractaire et de fibres d'alumine mentionnées ci-dessus. A titre d'exemple, les dimensions d'une chaudière suivant l'invention peuvent entre, pour obtenir une puissance de 17,5 à 60 kW, les suivantes: diamètre de l'enveloppe 5, 51 cm; longueur de 5, 81 cm; diamètre de 2, 30 cm; longueur de 2, environ 60 cm; diamètre de 22, 18 cm, longueur de 22, environ 60 cm; distance de 24 à 19, de l'ordre de 2, 5 à 3 cm, diamètre des tubes 6, de 3 à 3, 5 cm. Ces dimensions ne sont évidemment données que. pour fixer les ordres de grandeur. I1 faut encore noter que le couvercle 8 peut être fixé à l'enveloppe par des moyens de fixation classiques quelconques, l'étanchéité étant assurée par les surfaces de contact entre les couches de fibres d'alumine 13 et 14. Par ailleurs, une fois le couvercle 8 enlevé, avc la couche 13, on a un accès direct à tous les éléments vitaux de la chaudière, tels que le tube 22, les tubes 29 qui peuvent être sortis pour procéder à un nettoyage. REVENDICATIONS 1) Chaudière à condensation par voie sèche comportant une chambre de combustion en forme de pot autour de laquelle est prévue une chemise annulaire d'eau (4) qui est traversée par un faisceau de tubes d'échange de chaleur (6) conduisant les gaz chauds de combustion de la sortie de la chambre de combustion (1) vers la sortie (10) des gaz refroidis, chaque tube d'échange de chaleur (6) ayant une structure allongeant le trajet des gaz, caractérisée en ce que chaque tube d'échange est constitué par un tube droit externe (6) dans lequel est enfilé un tube interne fermé (29) entouré d'une hélice (30), le diamètre hors tout du tube interne fermé plus l'hélice étant égal au diamètre interne du tube externe. 2) Chaudière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée des tubes d'échange de chaleur (6) est plus haute que leur sortie. 3) Chaudière suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est inclinée par rapport à l'horizontale. 4) Chaudière suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle (z) d'inclinaison de la chaudière par rapport à l'horizontale est de l'ordre de 200.