Brevet FR2592142A3 — publié le 19870626

FR 2592142 A3 19870626 FR 8617679 A 19861217 -1- La présente invention concerne un élément de chaudière destiné à être parcouru, lors de l'utilisation, au moins en partie par de l'eau à chauffer et à former, en combinaison avec d'autres éléments de chaudière qui y sont adjoints, unis et raccordés hydrauliquement, une chaudière de chauffage à polycombustible. Entre les éléments ainsi assemblés, des. passages restent délimités pour les fumées provenant de la chambre de combustion, passages dans les- quels font saillie des ailettes qui forment un corps uni- que avec les éléments de chaudière et qui sont destinées à transférer la chaleur des fumées à l'eau à chauffer. L'objectif de la présente invention consiste à proposer un élément de chaudière en fonte, pourvu d'ailet- tes et parcouru au moins en partie par l'eau à chauffer, ledit élément permettant d'obtenir une efficacité thermi- que élevée grâce à la conformation particulière et à la disposition des ailettes, des petits échelons internes et des déflecteurs de l'eau. Suivant l'invention, l'élément de chaudière est caractérisé en ce qu'il comporte des ailettes ayant une section transversale aérodynamique, biconvexe symétrique ou biconvexe non symétrique, afin d'opposer une basse ré- sistance au mouvement des fumées et d'être complètement effleurées par celles-ci, en évitant la formation de phé- nomènes tourbillonnaires à la partie postérieure de l'ailette. Celles-ci ont, de préférence, une section 2 2592142 décroissante de la base à l'extrémité libre. Afin d'utili- ser le mieux possible la chaleur transportée par les fumées, les ailettes sont disposées en files décalées en direction verticale et les ailettes appartenant à des files alternatives sont alignées entre elles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 donne une vue latérale d'un élément suivant l'invention, - la figure 2 représente la coupe suivant la droite A-A de la figure 1, - la figure 3 représente une coupe suivant la droite C-C de la figure 1, - les figures 4, 5 et 6 montrent des coupes transversales de quelques types d'ailette biconvexe et symétrique par rapport à l'axe central U, - les figures 7 et 8 montrent des coupes de deux types d'ailette biconvexe non symétrique par rapport à l'axe U, - la figure 9 représente deux vues latérales ainsi que les vues en plan correspondantes d'une même ailette orientée suivant deux sens opposés, dans la même direction, et - la figure 10 montre l'évolution du flux du gaz de com- bustion à travers les ailettes de deux éléments adja- cents accouplés. On voit, en se référant aux figures mentionnées, un élément de chaudière indiqué globalement par 1, réalisé en fonte et entièrement creux le long de la plus grande partie de son développement en vue de contenir l'eau qui lui parvient à travers le raccord inférieur 2 et qui sort, chauffée, à travers le raccord supérieur 3 disposé du côté opposé par rapport au raccord 2. La cavité remplie d'eau est indiquée par 11 dans les figures. Si l'élément de chaudière constitue, comme celui qui est représenté, un élément intermédiaire de la chaudière proprement dite, en ce sens que, comme on l'a schématisé à la figure 2, il est intercalé entre deux éléments contigus X et Y, il délimite vers le bas et partiellement la chambre de combustion 4 de la chaudière. Comme on le voit particulièrement dans les figures 1 et 2, l'élément présente des nervures exhaussées 5 et 6 sur deux côtés dont la fonction est d'espacer et de fermer ou bien de servir de délimitations latérales pour les fumées qui se forment dans la chambre de combustion et qui se déplacent vers le haut le long des passages M qui existent entre les éléments contigus. Les fumées qui sor- tent par le haut de ces passages M entrent dans un collec- teur, par exemple d'un type connu quelconque, indiqué schématiquement par la lettre Z dans la figure 1. Dans les passages M des ailettes 7, destinées à l'échange thermique, font saillie; elles sont prévues sur les.deux faces opposées (fig. 2) dans les éléments inter- f5 médiaires mais il n'y en a que sur la face interne dans les deux éléments latéraux. Ces ailettes ont une forme aérodynamique et, de préférence, une section transversale ovoide (biconvexe symétrique) ou en aile d'avion (biconve- xe non symétrique). La résistance à l'air de -la partie antérieure 32 (voir fig. 9) est minime et descend de ma- nière importante dans la partie postérieure 33; cela, parce que la zone de séparation du reflux qui accompagne le corps pénétrant jusqu'à l'extrémité est extrêmement réduite grâce à la forme fuselée postérieure. La vitesse des fumées est plus grande dans la zone sous dépression et plus petite dans la zone sous pression ou eelle o la section est plus grande. Pour obtenir un échange thermique plus efficace, la section la plus grande de l'ailette est tournée vers le bas. La composante horizontale de la résistance à l'avancement, qui est done dans la direction des fumées, croit avec l'augmentation de l'angle d'incidence 40 (fig. 1). Après une certaine valeur de l'angle d'incidence, commence la séparation ou décollement du reflux du dos de l'ailette, séparation qui se propage rapidement, avec la croissance del'angle d'incidence, depuis le bord de sortie vers celui d'entrée, ce qui donne lieu à la formation de zones tourbillonnaires et à une forte augmentation de la 259Z142 résistance à l'écoulement normal des fumées. Pour ce mo- tif, le choix du type et la position (choix de l'angle, sens et direction) de l'ailette varient sur la base de la fonction qu'elle exerce dans le cadre de l'élément. En outre, la partie supérieure des ailettes présente deux surfaces différentes: une parallèle et l'autre inclinée par rapport à la base de l'ailette. Lors de l'utilisation, deux éléments de chaudière conjoints délimitent des étran- glements 31 entre les paires d'ailettes 7 et une partie des fumées passe ensuite d'abord dans les étranglements 31 (voir fig 10) pour se répandre ensuite en éventail dans les chambres 35. De cette manière les fumées - qui s'écou- leraient sinon dans la zone intermédiaire P qui existe entre deux éléments 1 - sont constamment déviées vers la partie inférieure des ailettes. Le bras de raccordement 30 échangeur-moyeu présente au moins une ailette 50, de pré- férence en U, qui dévie une partie des fumées vers la zone latérale 60 o s'effectue un échange thermique ultérieur du fait de la présence d'ailettes 7. Pour éviter qu'au cours de leur ascension les fumées ne suivent des parcours directs entre la chambre de combustion 4 et le collecteur Z, il est prévu que les ailettes d'une file (par exemple K) soient décalées par rapport à celles des files conti- guës (par exemple R et T) et qu'en outre elles soient alignées en colonnes (par exemple V et W), les ailettes étant toujours décalées, et que l'alignement de ces colon- nes soit convergent vers le haut, de préférence vers une verticale intermédiaire F o sont situées des ailettes à axe vertical. Cette disposition facilite le nettoyage des éléments 1 étant donné que, comme on le voit à la figure 1, les ailettes forment des canaux obliques (voir par exemple les flèches D et S) le long desquels on peut aisé- ment introduire et manier un outil de nettoyage. Les deux éléments latéraux de la chaudière se différencient des éléments intermédiaires du fait que les ailettes ne sont présentes que sur leur face interne car ils se développent vers le bas en formant un soubassement tel qu'on l'a re- présenté par la ligne discontinue à la partie inférieure de la fig. 1 puisqu'ils ne délimitent en pratique que latéralement la chambre de combustion 4 et qu'il sont munis d'oeillets pour le passage des tirants qui servent à serrer les uns aux autres les éléments 1 restants de la chaudière. Les brûleurs à gaz connus en soi seront prévus dans la partie inférieure de la chambre de combustion 4, par exemple à peu près à la hauteur de la ligne et l'air secondaire entrera dans la chambre de combustion 4 à tra- vers la discontinuité 10 présente sur un côté des éléments intermédiaires. La partie inférieure 70 de la chambre 11 de chaque élément 1 présente de préférence une section ovale de telle sorte que la majeure partie des fumées n'est pas déviée vers la partie supérieure des ailettes mais effleure la partie inférieure en continuant à adhérer aux parois de l'élément. A l'intérieur de chaque élément se trouvent des déflecteurs N qui distribuent le flux d'eau de manière uniforme dans la cavité 11. Toujours dans la cavité 11 se trouvent des petits échelons L en face d'au moins une file d'ailettes; ces petits échelons ont de préférence une forme tronconique à section décroissante de la base à l'extrémité. Leur fonction est de favoriser l'échange thermique entre l'ailette et l'eau. REVENDICATIONS 1. Elément de chaudière en fonte, pouvant être parcouru au moins en partie par l'eau à chauffer, muni d'ailettes (7) sur au moins une face caractérisé en ce que les ailettes (7) ont une forme aérodynamique dont la sec- tion transversale peut être biconvexe symétrique par rap- port à un axe (U) ou biconvexe non symétrique. 2. Elément de chaudière suivant la revendication 1 dans lequel la section transversale des ailettes 7) dé- croit de la base à l'extrémité libre. 3. Elément suivant la revendication 1 ou 2 ca- ractérisé en ce que la partie supérieure des ailettes (7) présente deux surfaces différentes: une parallèle et l'autre inclinée par rapport à la base de l'ailette. - 4. Elément suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que les ailettes (7) sont disposées avec la grande section tournée vers le bas. 5. Elément suivant l'une au moins des revendica- tions précédentes caractérisé en ce que les éléments in- termédiaires (1) ont d'un côté un bras de raccordement (30) échangeurmoyeu et de l'autre une discontinuité ou une ouverture (10) pour permettre l'introduction d'un brûleur et l'entrée de l'air secondaire dans la chambre de combustion (4). 6. Elément suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes dans lequel le bras de raccordement (30) échangeur-moyeu est au moins en partie pourvu d'ailet- tes, de préférence d'ailettes de deux types différents (50 et 7). 7. Elément suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que sa section ovale à la partie inférieure (70) confère aux fumées une plus grande vitesse et un écoulement adhérent aux parois. 8. Elément suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte intérieurement des déflecteurs (N) qui créent des flux d'eau permettant un meilleur échange thermique. 9. Elément suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il porte sur sa cavité interne (11), en face d'au moins une file d'ailettes, de petits échelons (L) de préférence de forme tronconique à section décroissante de la base à l'extrémité.