Brevet FR2611030A1 — publié le 19880819

AéROTHERME A GAZ La présente invention concerne Le domaine technique de la production d'air chaud, à partir de la combustion d'un gaz, naturel ou artificiel, délivré sous pression. Le domaine technique, plus spécialement visé, est celui de la production d'air chaud réservé au chauffage de 'ocaux industriels ou domestiques. La production d'air chaud est assurée, jusqu'à présent, par des aérothermes comprenant un brûleur à gaz délivrant, dans une chambre de combustion, un mélange combustible dont les gaz brûlés sont astreints à emprunter des carneaux disposés parallêlement entre eux et verticalement pour relier La chambre de combustion à un collecteur ou boite à fumées d'évacuation des gaz brûlés. Les intervalles, subsistant entre les carneaux, sont parcourus par une veine d'air pulsée par un groupe moto-ventilateur pour lécher les faces extérieures des carneaux, prélever une partie des calories dispensées par la combustion du mélange combustible et distribuer, ensuite, ces calories dans le local où est installé un tel aérotherme. Les appareils, conçus pour. assumer la fonction ci-dessus, sont réputés pour être encombrants et pour ne posséder qu'un faible rendement. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un aérotherme à gaz conçu pour accroître, notablement, le rendement de combustion du combustible d'alimentation, afin de pouvoir disposer, sous un faible volume, d'une capacité de chauffage accrue par rapport aux appareils traditionnels. Un autre objet de L'invention est de proposer un nouvel aérotherme à gaz pouvant être réalisé de façon compacte et permettre, ainsi, son installation en tant qu'appareil posé ou suspendu. Un autre objet de l'invention est de proposer un aérotherme à gaz dont le fonctionnement est automatiquement modulé en fonction des besoins détectés par des moyens de contrôle de la température ambiante. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, L'aérotherme à gaz, du type comprenant un brûleur, une chambre de combustion, un échangeur de chaleur parcouru par les gaz brûlés issus de la chambre de combustion et un motoventilateur dont la sortie pulse une veine d'air à réchauffer à travers l'échangeur de chaleur, est caractérisé en ce que - le brûleur est du type modulant et se trouve associé à des moyens de contrôle de son fonctionnement placés sous la dépendance d'un régulateur appréciant la différence entre la température ambiante et une température de consigne, - et l'échangeur de chaleur comprend un échangeur principal imposant aux gaz de combustion, entre la chambre de combustion et une boîte à fumées de Sortie, un cheminement selon des directions verticales alternées progressant à contresens de celui de circulation de la veine d'air pulsée par le moto-ventilateur, un échangeur auxiliaire dit à condensation dont une partie est incluse à la boite à fumées et dont une autre partie s'élève entre l'échangeur principal et la sortie du moto-ventilateur. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation schématique de l'aérotherme à gaz conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale prise selon la ligne II-II de la fig. 1. La fig 3 est un schéma illustratif du circuit d'alimentation de L'aérotherme et d'un exemple de mise en oeuvre de moyens de contrôle automatique de son fonctionnement. La fig. 4 est un schéma illustrant une variante de réalisation des moyens de contrôle. Les fig. 1 et 2 montrent que l'aérotherme à gaz selon l'invention comprend une carcasse 1 délimitant un premier compartiment 2 occupé par les organes de combustion et d'échange de l'aérotherme et un second compartiment 3 réservé aux différents moyens de contrôle de combustion. Le compartiment 2 présente, sur l'une de ses parois verticales 4, une ouverture 5 occupée par la sortie 6 d'un moto-ventilateur 7, par exemple du type centrifuge. Le compartiment 2 comporte, par ailleurs, sur une paroi 8 opposée à la paroi 4, une fenêtre 9 occupée par des persiennes ou volets déflecteurs 10. Le compartiment 2 constitue, en quelque sorte, dans sa partie comprise entre l'ouverture 5 et la fenêtre 9, une gaine G de circulation pour une veine d'air pulsée par le moto-ventilateur 7 dans le sens de la flèche f1. Le compartiment 2 contient, en partie basse et à proximité de la paroi 8, une chambre de combustion 11 associée à un brûleur horizontal modulant 12 alimenté en mélange combustible par une conduite de mélange 13. La paroi supérieure de la chambre de combustion 11 communique avec un échangeur principal 14 qui est disposé dans la gaine G pour relier la chambre de combustion 11 à une boîte à fumées 15 occupant la partie basse du caisson 2, à proximité de la paroi 4. La boîte à fumées 15 est prolongée par une tubulure de sortie 16 pouvant être raccordée à une gaine d'évacuation des gaz brûlés. L'échangeur principal 14 est organisé de manière à imposer aux gaz de combustion, issus de la chambre 11, un cheminement selon plusieurs directions verticales alternées, progressant en direction de la boite 15 à contresens de celui de circulation dans le sens de la flèche f1 de la veine d'air pulsée par le moto-ventilateur 7. A cette fin, l'échangeur principal 14 est constitué d'une pluralité de carneaux 17 s'étendant, parallèlement entre eux, à distance les uns des autres, à l'intérieur de la gaine G et parallèlement au sens de circulation selon la flèche f1. Chaque carneau 17 définit un conduit de cheminement 18 délimitant une succession de segments S1, S2 .-- Sn de circulation verticale alternée entre la chambre de combustion 11 et la boîte à fumees 15.Chaque carneau 17 peut, avantageusement, être constitué par deux plaques 171 et 172 embouties pour délimiter ensemble, en étant placees face à face et réunies, les segments S2 "' - Sn. Les plaques embouties 171 et 172 sont aussi réalisées pour comporter des conformations 19 de perturbation de circulation, à la fois des gaz de combustion et de l'air pulsé dans le sens de la flèche f1 par le moto-ventilateur 7. Les plaques 171 et 172 sont réunies, à leur périphérie, par tout moyen convenable connu capable d'assurer une étanchéité efficace entre le circuit de cheminement des gaz brûlés et celui de circulation de la veine d'air à réchauffer.Bien que cela ne soit pas représenté, des perturbateurs, formant également surface d'échange secondaire, peuvent être interposés dans les intervalles entre les carneaux 17, en étant réunis de façon thermiquement conductrice entre les plaques embouties 171 et 172 se faisant face. Le caisson 2 contient, par ailleurs, un échangeur auxiliaire 20, dit à condensation, possédant une partie 20a incluse à la boîte à fumées 15 et une partie 20b s'élevant à l'intérieur de la gaine G en étant disposée entre l'échangeur principal 14 et la sortie du moto-ventilateur 7. De préférence, l'échangeur auxiliaire 20 est du type caloduc incluant un liquide frigorigène, tel que celui connu sous le nom commercial de fréon R22. La partie 20a est disposée dans la boîte 15 pour être située entre le raccordement de cette boite avec les segments 5n de L'échangeur principal 14 et la tubulure de Sortie 16. La boite 15 comporte un point bas muni d'un tube 21 de Sortie des condensats formés ainsi que cela apparaît dans le fonctionnement ci-après. Le caisson 3 comporte les différents organes de fonctionnement et de régulation de l'aérotherme, tel qu'illustré de façon schématique par la fig. 3. Ces différents organes comprennent une turbine 25 prélevant de l'air par une ouie 3a pouvant être ménagée à la base du compartiment 3 ou concentriquement à la tubulure 16. La turbine 25, placée sous la dépendance d'un thermostat, alimente le brûleur 12 par une conduite de mélange 26 (fig. 3) dans laquelle s'ouvre une buse 27 raccordée par une canalisation 28 à une source de distribution de gaz sous pression. Les organes de fonctionnement comprennent, en outre, une veilleuse 29 alimentée à partir de la même source de gaz sous pression par une canalisation 30 issue d'une électro-vanne 31. La veilleuse 29, portée par La chambre de combustion 11 à proximité du brûleur 12 est associée à une électrode de détection de flamme 32, ainsi qu'à une électrode d'allumage 33 raccordées électriquement à un bottier de contrôle 34 placé sous la dépendance d'un pressostat 35 sensible à la pression d'air mesurée dans la conduite de mélange 26 en amont de la.buse 27 et raccordé à l'électrovanne 31. Les organes ci-dessus sont placés sous la dépendance de moyens de contrôle 36 incluant, dans un exemple de réalisation, un variateur de vitesse 37 contrôlant le moteur d'entra;nement de la turbine 25. Le variateur de vitesse 37 est placé sous la dépendance d'un régulateur 38 appréciant L'écart de mesure entre une température de consigne affichée par un organe de réglage 39 et un thermomètre 40 mesurant la température ambiante du local dans lequel l'aérotherme est placé. Les moyens 36 comprennent, par ailleurs, une électrovanne 41, associée à un régulateur de pression à zéro et interposée sur la canalisation 28. L'électrovanne 41, raccordée au bottier 34, est commandée par un capteur de pression 42 disposé dans la conduite de mélange 26 en amont de la buse 27. L'aérotherme décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Un écart entre la température ambiante et la température de consigne, mesuré par le régulateur 38, provoque, par l'intermédiaire du variateur de vitesse 37, la mise en rotation de la turbine 25 qui délivre de l'air sous pression dans la conduite 26. Le pressostat 35 déclenche le cycle de fonctionnement du boîtier 34 qui alimente l'électrode de flamme 33 et, simultanément, ouvre l'électrovanne 31. Si l'allumage de la veilleuse 29 est correctement réalisé, le boîtier 34 alimente l'électrovanne 41 qui délivre du gaz en quantité proportionnelle à la pression d'air régnant dans la conduite 26 par le fonctionnement de la turbine 25. Le mélange combustible air-gaz s'établit de façon homogène, pour être fourni au brûleur 12 au niveau duquel il s'enflamme, par l'intermédiaire de la veilleuse 29. La combustion du mélange combustible s'effectue dans la chambre 11, à partir de laquelle les gaz brûlés empruntent l'échangeur principal 14. Les gaz brûlés cèdent leurs calories lors de leur progression dans les segments S1, S2 ... Sn successifs qui n leur imposent un abaissement progressif de température jusqu'à l'entrée dans la boite à fumées 15. L'organisation des différents carneaux se traduit par une température plus élevée à l'intérieur des segments S1 et par un décroissement de cette température jusqu'aux segments S raccordés à la boîte à fumées 15. Ainsi, la n veine d'air, circulant dans le sens de la flèche f1, est amenée à lécher, successivement, des segments de carneaux de température progressivement croissante.Ceci permet d'assurer une montée en température progressive de l'air, ainsi qu'une prise en charge maximale des calories, en raison du fait que, au fur et à mesure de sa progression, l'air échauffé est amené à lécher successivement des surfaces d'échange de plus en plus chaudes. Un prélèvement maximal de calories peut ainsi être obtenu, en raison de l'établissement d'une circulation de gaz brûlés selon un cheminement à contresens de celui de circulation de la veine d'air dans la gaine G. L'organisation des différentes carneaux en segments de circulation verticaux alternés permet, en outre, de conférer, à chaque zone transversale de l'échangeur principal, une température homogène contribuant, également, à un prélèvement maximal de calories par la veine d'air en circulation entre la Sortie 6 et la lumière 9. Les gaz brûlés, introduits dans la boite à fumées 9, sont astreints à céder, avant leur évacuation par la tubulure de sortie 16, une partie des calories qu'ils possèdent encore, par échange avec la partie 20a de l'échangeur auxiliaire 20. Cet abandon de calories provient de la condensation de la vapeur d'eau incluse aux gaz brûlés et amenée à lécher la partie 20a où elle provoque la vaporisation du fluide frigor;gène de l'échangeur auxiliaire 20. La condensation de la vapeur d'eju est évacuée de la boite 15 par la sortie 21. La vaporisation du fluide frigorigène entraîne ce dernier en progression ascendante dans la partie 20b de l'échangeur auxiliaire 20. Etant donné que cette partie 2Ob est située dans la gaine G entre l'échangeur principal 14 et la sortie 6, la circulation d'air, produite par le moto-ventilateur 7, lèche la partie 20b et prélève Les calories du fluide frigorigène en provoquant la condensation de ce dernier astreint à circuler en direction de la partie 20a. Ainsi, la chaleur latente, encore incorporée aux gaz de combustion à l'intérieur de la boite à fumées 15, est récupérée par l'échangeur auxiliaire qui la cède à la veine d'air froid issu de la sortie 6. Une récupération maximale des calories de combustion peut ainsi intervenir avec, pour principal avantage, un premier échauffement de la veine d'air préalablement à son passage à travers l'échangeur principal 14. Au fur et à mesure de la réduction d'écart entre la température ambiante, mesurée par le thermomètre 40, et la valeur de consigne affichée par le bouton 39, le régulateur 38 module, par le variateur 37, la vitesse de rotation de la turbine 25. La pression, à l'intérieur de la conduite de mélange 26 baisse en conséquence, de sorte que le régulateur de pression à zéro 41 se trouve influencé pour moduler en correspondance la pression du gaz délivré par la buse 27. Il en résulte un fonctionnement modulé du brûleur 12 adaptant les conditions de combustion de l'aérotherme et, par conséquent, les conditions d'échange ultérieur, en fonction de l'apport à fournir. La fig. 4 illustre une variante de réalisation dans laquelle les moyens de contrôle 36 font intervenir un moteur pas-à-pas 50, à double sens de rotation, alimenté à partir du régulateur 38. Le moteur pas à pas 50 commande l'orientation d'un volet 51 interposé sur la conduite 26, entre la sortie de la turbine 25 et le capteur 42, pour moduler la pression d'air en fonction des conditions deSmarche et influencer, en conséquence, le débit de gaz délivré par la buse 27. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, la structure particulière de l'aérotherme et, plus spécialement, l'organisation des échangeurs 14 et 20, permettent de disposer d'un rendement maximal de combustion et d'échange sous un volume minimal. Il devient ainsi possible de réaliser un aérotherme peu encombrant, capable de fournir un service durable dans les meilleures conditions possibles. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Aérotherme à gaz du type comprenant un brûleur (12), une chambre de combustion (11), un échangeur de chaleur (14) parcouru par les gaz brûlés issus de la chambre de combustion et un motoventilateur (7) dont la sortie (6) pulse une veine d'air à réchauffer à travers ''échanseur de chaleur, caractérisé en ce que :: - le brûleur (12) est du type modulant et se trouve associé à des moyens (36) de contrôle de son fonctionnement placés sous la dépendance d'un régulateur (38) appréciant la différence entre la température ambiante et une température de consigne, - et l'échangeur de chaleur comprend - un échangeur principal (14) imposant aux gaz de combustion, entre la chambre de combustion et une boite à fumées (15) de sortie, un cheminement selon des directions verticales alternées progressant à contresens de celui de circulation de la veine d'air pulsée par le moto-ventilateur, - un échangeur auxiliaire (20) dit à condensation dont une partie (2tua) est incluse à la boite à fumées (15) et dont une autre partie (20b) s'éléve entre l'échangeur principal et la sortie du moto-ventilateur. 2 - Aérotherme à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boite à fumées (15) de sortie est disposée sensiblement au même niveau que la chambre de combustion (11) et en ce que l'échangeur auxiliaire (20) est du type caloduc. 3 - Aérotherme à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur principal est constitué par une pluralité de carneaux (17) disposés à distance, parallelement entre eux et au sens de circulation de la veine d'air pulsée par le moto-ventilateur. 4 - Aérotherme à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque carneau (17) est constitué par plaques embouties (171, 172) accolées et réunies face à face et définissant un conduit de cheminement (18) délimité par une succession de segments (S) de circulations verticales alternées entre la chambre de combustion et la boîte à fumées. 5 - Aérotherme à gaz selon la revendication 1, caractrisé en ce que les moyens de contrôle du brûleur comprennent - une turbine (25) à vitesse variable alimentant le brûleur en air par une conduite de mélange (26), - un variateur de vitesse (37) piloté par le régulateur (38) et commandant la turbine, - une buse (27) délivrant du gaz sous pression dans la conduite de mélange entre la turbine et le brûleur, - et un régulateur (41) placé sur l'alimentation de la buse et sensible à la pression d'air délivrée par la turbine dans la conduite de mélange en amont de la buse. 6 - Aérotherme à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du brûleur comprennent un moteur pas à pas (50) placé sous la dépendance du régulateur (38) et chargé de commander la position d'un volet (51) disposé sur la conduite de mélange (26) entre la sortie de la turbine (25) et un capteur (42) influençant le régulateur (41).