Brevet FR2606494A3 — publié le 19880513

FR 2606494 A3 19880513 FR 8715530 A 19871110 CHAUDIERE DE CHAUFFAGE, NOTAMMENT POUR FONCTIONNEMENT A BASSE TEMPERATURE L'invention a pour objet une chaudière de chauffage se composant d'une enveloppe de passage d'eau avec une chambre de combustion et d'enceintes de passage des gaz chauds allant a l'évacuation des gaz brûlés. Les chaudières de chauffage du type indiqué sont connues d'après le document de brevet DE-OS-34 03 225. Pour des raisons d'économies d'énergie, les chaudières de chauffage sont, à l'heure actuelle, conçues en général pour un mode de fonctionnement dans le domaine dit à faibles et basses températures. Comme on l'a constaté entre temps, cela conduit bien aux économies d'énergie souhaitées et ces chaudières sont également, dans une large mesure, à l'épreuve du condensat. Mai il se pose, d'autre part, des problèmes particuliers du côté de l'évacuation des gaz brûlés. Quand on veut tenir compte de l'utilisation complète des chaudières à faibles et basses températures, eu égard aux faibles températures des gaz brûlés, il est avantageux que l'on puisse avoir une action sur la température des gaz bru lés dans toutes les conditions données.Quand une évacuation de chaleur suffisamment grande est assurée par le chauffage et la conduite d'eau chaude, on a des temps de fonctionnement suffisamment longs pour le brûleur et si, en outre, la puissance de la chaudière installée n'est pas trop grande, on peut sans difficultés fairc fonctionner de telles chaudières avec les faibles températures de gaz d'échappement prévues et on obtient un rendement optimal. La cheminée reçoit aussi suffisamment de chaleur et les surfaces de chauffe de la chaudière, notamment les conduits de gaz chauds sont aussi suffisamment chauds. Cependant, si la chaleur évacuée est plus faible et si, par exemple, les habitants d'une maison tournent dans le sens de la fermeture ou étranglent les vannes des radiateurs pour économiser de l'énergie thermique, on a des temps de fonctionnement plus courts des brûleurs, ce qui fait que la cheminée ne reçoit pas suffisamment de chaleur et que, le cas échéant, les surfaces de chauffe ne sont pas non plus suffisamment chaudes. Des risques d'humidification de la cheminée, en liaison avec le mode de fonctionnement mentionné plus haut peuvent aussi se présenter quand la cheminée n'est pas suffisamment isolée ou quand il y a une distance relativement grande entre la chaudière et le raccordement à la cheminée, c'est-à-dire quand il y a un tube d'évacuation des gaz brûlés relativement long.Avec l'objet du document de brevet DE-OS 34 03 225, mentionné précédemment, ces problèmes sont resolus notamment en ce qu'un élément de fermeture à commande motorisée est prévu pour une partie des conduits de gaz chauds. Une disposition similaire est prévue dans une chaudière suivant le document de brevet DE-OS 26 31 567 Ces formes de réalisation antérieurement connues ont cependant pour inconvénient d'entrainer des dépenses considérables, notamment pour les chaudières de chauffage de faible puissance. Par conséquent, à la base de l'invention se pose le problème de simplifier et de perfectionner la régulation de la température des gaz brûlés d'une chaudière de chauffage du type indiqué dans le préambule pour que les travaux nécessaires pour cela puissent être simplifiés et réduits. A cet effet, l'invention concerne une chaudière de chauffage du type ci-dessus caractérisée en ce que parmi les enceintes de passage des gaz chauds, avant l'évacuation des gaz de fumées, une partie de ces enceintes, constituée en tant que bipasse et allant par le chemin le plus court à la chambre collectrice des gaz brûlés, est munie d'au moins un obturateur d'écoulement, cet obturateur étant disposé sur la partie mobile d'un support bimétallique déplaçable entre une position de fermeture et une position d'ouverture de l'obturateur, étant placé pour être librement balayé dans la chambre collectrice des gaz brûlés, ce support étant constitué pour que l'obturateur d'écoulement soit ouvert lorsque la chaudière est "froide". Des développements avantageux et des modes de réalisation pratiques sont décrits dans la suite. Dans cette solution, qui est aussi applicable aux chaudières de chauffage de puissance moyenne et élevée, c'est-à-dire à des chaudières dans lesquelles il n'y a pas d'ouverture de bipasse dans la zone de la chambre de combustion, on utilise le comportement connu des éléments thermiques bimétalliques qui se déforment sous l'effet de la température, l'ouverture de bipasse ou la partie pouvant se fermer des enceintes de passage de gaz chauds ou de gaz de fumées restant ouvertes lorsque la chaudière est à l'état froid. Lors de la mise en route du brûleur, un flux partiel de gaz brûlés peut donc s'écouler à partir de la chambre de combustion, par le chemin le plus court, en passant directement par l'ouverture de bipasse. I1 en résulte que la cheminée est immédiatement soumise à une température élevée et que la condensation est évitée dans cette cheminée.Si, ensuite, pendant le fonctionnement, on atteint une température des gaz de fumées de 140 à 150"C, le support de l'obturateur de l'ouverture, constitué au moins en partie d'un élément thermique bimétallique, est lentement déplacé sur l'ouverture de bipasse, celle-ci étant ainsi fermée. Lors de l'arrêt du brûleur et de la réduction des températures qui en résulte, l'obturateur se sépare à nouveau automatiquement de l'ouverture de bipasse. Avec cette réalisation de la chaudière de chauffage conforme à l'invention, on peut donc se dispenser des fermetures à volets relativement compliqués à mettre en oeuvre ainsi que organes de manoeuvre et des moteurs de manoeuvre qui devraient y être reliés. Il est alors essentiel que, lorsque l'obturateur d'écoulement est ouvert, le chemin à la chambre des gaz brûlés soit aussi court que possible et que l'élément bimétallique soit disposé dans la chambre des gaz brûlés de manière à être sollicité dans son ensemble par les gaz en écoulement. Suivant le document de brevet GB-PS 1 036 796, il est bien connu d'utiliser des éléments bimétalliques pour actionner des volets. Mais les conditions qui règnent alors sont exactement opposées, c'est-à-dire que les volets ne sont ouverts qu'après la phase de mise en route de la chaudière de chauffage. En outre, les volets sont prévus pour envoyer de l'air. La chaudière de chauffage suivant l'invention est décrite de façon plus précise dans la suite en se référant à des exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe de la zone, intéressante ici, de la chaudière de chauffage côté évacuation des gaz brûlés, la chaudière comportant une chambre de combustion à retour en forme de pot, - la figure 2 est une vue en élévation du fond de la chambre de combustion dans le sens de la flèche A, - les figures 3 à 5 représentent un autre exemple de réalisation su support bimétallique à l'aide de trois vues différentes, - la figure 6 est une vue en coupe de la chaudière de chauffage suivant un autre mode de construction, - la figure 7 est une coupe effectuée suivant la ligne IV-IV de la figure 3, - la figure 8 est une vue en coupe d'un détail de construction et, - la figure 9 est une vue de la zone d'évacuation des gaz brûlés d'une chaudière de chauffage suivant un autre exemple de réalisation. Comme on peut le voir sur la figure 1, un support 2, constitué au moins en partie d'un élément thermique bimétallique, est disposé sur la paroi arrière, c6té chambre collectrice des gaz brûlés, de la chambre de combustion à retour 1. A son extrémité librement mobile 4 située enface de l'ouverture du bipasse 3 du fond 8 de la chambre de combustion, ce support 2 est muni d'un obturateur d'écoulement 5. Comme on peut le voir notamment sur la figure 2, le support 2 est réalisé sous forme d'une bande 6 qui est fixée par son extrémité de fixation 7 sur la zone du fond 8 de la chambre de combustion diamétralement opposée à celle où est disposée l'ouverture de bipasse 3. La partie supérieure de la bande 6 (sur les deux tiers environ de la longueur totale) est constituée d'un élément thermique bimétallique 6', tandis que le tiers inférieur, sur lequel l'obturateur 5 est fixé de façon appropriée, est constitué en tôle d'acier spécial. L'ouverture de bipasse 3 est avantageusement constituée d'un élément tubulaire 9 inséré dans le fond 8 de la chambre de combustion et le traversant, cet élément présentant un bord d'ouverture 10 en forme d'entonnoir. L'obturateur d'écoulement 5 présente une forme géométrique adaptée à ce bord d'ouverture 10. Ainsi, e position de fermeture, cet obturateur peut reposer sur ce bord d'ouverture, de façon ajustée au maximum, comme indiqué en trait interrompu. Dans la zone de déplacement du support 2 est en outre disposée une butée de limitation de déplacement à basse température 11 qui est réalisée sous forme d'étrier de butée 12 entourant le support 2 en forme de bande. Cet étrier 12 est monté sur le fond 8 de la chambre de combustion dans une zone que l'on peut voir sur les figures 1 et 2.Si, sur une chaudière du type décrit précédemment, à savoir avec une chambre de combustion à retour en forme de pot, incorporé, ou une autre chambre de combustion, il était prévu plusieurs ouvertures de bipasse, rien ne s'opposerait à ce qu'on prévoit, en cas de besoin, plusieurs supports 2 avec des obturateurs 5 appropriés. Avec en principe le même mode de fonctionnement, l'exemple de réalisation suivant les figures 3 à 5 est construit de manière que le support bimétallique 2 constitue un support à deux lames pouvant s'écarter, l'une des lames, 23, étant fixée au milieu et de façon réglable sur un étrier de retenue 24 monté sur le fond 8 de la chambre de combustion. L'obturateur d'écoulement 5 est disposé au milieu de l'autre lame 25. La figure 5 (vue de dessus) représente en trait plein la position d'ouverture, tandis que la position de fermeture (bande à deux lames écartées) est indiquée en trait interrompu. Ces exemples de réalisation conviennent notamment pour les chaudières de chauffage de la gamme des faibles puissances. Cependant, rien ne s'oppose à la mise en application de ce principe aux chaudières de chauffage de la gamme des puissances élevées, pour autant que les conditions constructives le permettent. Du reste, ce principe est bien entendu également applicable si la chaudière de chauffage ne comporte pas une chambre de combustion incorporée en forme de pot, mais cependant une ouverture de bipasse allant directement de la chambre de combustion à l'évacuation des gaz de fumées, cette ouverture débouchant, derrière les conduits de gaz chauds proprement dits, dans la chambre collectrice des gaz brûlés 13 ou directement dans l'évacuation des gaz brûlés 14. Une telle conception de chaudière est représentée sur les figures 6 et 7. Dans cette conception, les enceintes de conduite de gaz chauds, entre la chambre de combustion 1' et une chambre collectrice 13' disposée avant l'évacuation des gaz brûlés 14', sont constituées sous forme de tubes 15. Dans l'exemple de réalisation représenté, deux tubes 15' raccordés å l'arrière de la chambre de combustion 1' servent de bipasse pouvant être fermés par les obturateurs 5. Les obturateurs d'écoulement 5 sont disposés sur les ouvertures 16 des tubes 15' disposées du côté de la chambre collective à proximité immédiate du tube d'évacuation des gaz brûlés 14. Les supports bimétalliques 2' des obturateurs 5 s'étendent jusque dans le tube d'évacuation des gaz brûlés 14.La disposition des ouvertures de bipasse à proximité immédiate du tube d'évacuation des gaz brûlés 14 est alors essentielle pour que les gaz brûlés chauds soient, lorsque les obturateurs 5 sont ouverts, soient envoyés directement et par le chemin le plus cours à la cheminée. Pour que les deux tubes de bipasse 15' ne soient pas, après la fermeture par les obturateurs d'écoulement 5, inactifs pour les échanges de chaleur pendant le fonctionnement du brûleur, les extrémités des tubes de bipasse 15' sont en saillie d'une longueur appropriee sur le fond de raccordement 18 de la chambre collectrice 13'. Dans le bord en saillie 19 ainsi consituté (voir figure 8), on peut pratiquer des fentes 17 à travers lesquelles les gaz chauds ou les gaz de fumées peuvent sortir lorsque les obturateurs 5 sont en position de fermeture. Les fentes 17 sont avantageusement déterminées pour qu'il s'établisse dans les tubes de bipasse 15' sensiblement la même résistance à l'écoulement que dans les autres tubes 15.Dans le but d'une meilleure transmission de chaleur, ces tubes sont munis d'éléments ajoutés (nervures et/ou corps de remplissage) et ont en conséquence une résistance plus élevée que les tubes de bipasse 15' à l'état ouvert. En conservant le même principe, les tubes ou bipasse pourraient aussi s'étendre horizontalement audessus de la chambre de combustion i la suite d'une chambre de passage. Dans toutes les réalisations, il est avantageux de veiller & ce que les supports bimétalliques soient librement balayés par les gaz brûlés ét puissent en conséquence réagir rapidement. Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 6, les deux tubes de bipasse 15' sont avantageusement disposés, par rapport à l'ensemble de brûleur (à gauche de la chambre de combustion), du côté de l'enveloppe tubulaire 20 situé à l'oppose de cet ensemble. I1 en résulte que les ouvertures 16 se trouvent alors au voisinage du tube d'évacuation des gaz brûlés 14.Il serait aussi possible d'avoir une disposition et une constitution du support 2' du genre de celles de la figure 7. Dans le type de construction de chaudière de chauffage suivant la figure 9, les- gaz chauds portant de la chambre de combustion 1" arrivent par un puits de passage 21 dans la partie supérieure 22 de la chaudière de chauffage. A partir de là, comme indiqué par des flèches, les gaz chauds vont dans la chambre collectrice des gaz brûlés 13" en passant par les tubes de conduite de gaz chauds 15. Dans la chambre collectrice 13" sont disposés le support bimétallique 2 avec l'obturateur 5 fermant le bipasse 15". Dans ce cas également, le support 2 est complètement exposé aux gaz chauds sortant des tubes 15, au moins l'un, 15", des bipasse étant disposé directement entre le puits 21 et la chambre collectrice des gaz de fumées 13". I1 en résulte que, là encore, dans la position d'ouverture de l'obturateur, c'est-à-dire dans la phase de mise en route, les gaz chauds peuvent arriver par le chemin le plus court dans le tube d'évacuation 14. De telles dispositions ou réalisations peuvent aussi être mises avantageusement en application dans le cas de brûleurs à mazout ou & gaz & puissances étagées, c'est-à-dire avec des brûleurs pouvant être actionnés en deux étages ou avec une modulation de la régulation de puissance. Il y a lieu alors de veiller à ce que si le prélèvement de chaleur est faible, le brûleur ne fonctionne qu'avec un seul étage, et donc une faible puissance, la température des gaz brûlés pouvant être largement inférieure à la normale. S'il y a plusieurs tubes de bipasse ou plusieurs ouvertures, chacun des obturateurs 5 correspondants est avantageusement muni d'un élément bimétallique distinct pour que, pour des raisons de sécurité, un bipasse soit toujours en état de fonctionnement. Cela est indiqué en trait interrompu sur la figure 7 à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Chaudière de chauffage se composant d'une enveloppe de passage d'eau avec une chambre de combustion (1, 1', 1") et d'enceintes de passage des gaz chauds (15, 15') allant i l'évacuation des gaz brûlés (14, 14') caractérisée en ce que parmi les enceintes de passage des gaz chauds, avant l'évacuation des gaz de fumées (14), une partie de ces enceintes, constituée en tant que bipasse et allant par le chemin le plus court à la chambre collectrice des gaz brûlés, est munie d'au moins un obturateur d'écoulement (5), cet obturateur étant disposé sur la partie mobile (4) d'un support bimétallique (2) déplaçable entre une position de fermeture et une position d'ouverture de l'obturateur (5), en étant placé pour être librement balayé dans la chambre collectrice des gaz brûlés, ce support étant constitué pour que l'obturateur d'écoulement (5) soit ouvert lorsque la chaudière est "froide". 2. Chaudière de chauffage selon la revendication 1 avec chambre de combustion à retour (4), dans le fond (8) de laquelle est disposée une ouverture de bipasse (3) dé gaz brûlés allant à la chambre collectrice des gaz brûlés (13), cette ouverture pouvant être ouverte et fermée, caractérisée en ce que le support bimétallique (2) est disposé sur la paroi arrière, côté chambre collectrice des gaz brûlés (13), de la chambre de combustion à retour (1), ce support étant muni de l'obturateur d'écoulement (5) sur sa partie mobile (4) située en face de l'ouverture de bipasse (3). 3. Chaudière de chauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support (2) est constitué sous forme de bande (6), celle-ci étant fixée par son extrémité de fixation (7) dans la zone du fond (8) de la chambre de combustion diamétralement opposee à celle de l'ouverture du bipasse (3). 4. Chaudière de chauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support bimétallique (2) est réalisé sous forme de bande à deux lames pouvant s'écarter, l'une (23) des lames étant fixée au milieu et de façon réglable sur un étrier de retenue (24), l'obturateur d'écoulement (5) étant disposé au milieu de l'autre lame (25). 5. Chaudière de chauffage selon l'une quelconque des revendications 2 & 4, caractérisée en ce que l'ouverture de bipasse (3) est consituée d'un élément tubulaire (9) inséré dans le fond (8) de la chambre de combustion en présentant un bord d'ouverture (10) en forme d'entonnoir, l'obturateur d'écoulement (5) présentant une forme géométrique adaptée à ce bord d'ouverture (10). 6. Chaudière de chauffage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'une butée (11) de limitation de déplacement à basse température est disposée dans la zone de déplacement du support (2). 7. Chaudière de chauffage selon -la revendication 6, caractérisée en ce que la butée (11) de limitation de déplacement est réalisée sous forme d'étrier de butée (12) entourant le support (2), cet étrier étant disposé sur le fond (8) de la chambre de combustion. 8. Chaudière de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un des tubes (15) est réalisé sous la forme d'un tube de bipasse (15'), est disposé avec son ouverture (16) à proximité de l'évacuation des gaz de fumées (14) et est prévu sur cette ouverture associée à l'obturateur d'écoulement (5), alors que le support bimétallique (2) s'étend en direction de l'évacuation des gaz de fumées (14) ou s'étend au moins partiellement dans ce dernier. 9. Chaudière de chauffage selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'au moins l'un des tubes de bipasse (15') est en saillie sur le fond de raccordement (18) de la chambre collectrice (13'), des fentes (17) étant pratiquées dans le bord en saillie (19). 10. Chaudière de chauffage selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'avec une disposition i plusieurs tubes de bipasse