Brevet FR2647882A1 — publié le 19901207

CHAUDIERE COMPORTANT AU MOINS UN CIRCUIT D'EAU La présente invention concerne une chaudière comportant un foyer, au moins un bruleur produisant une.flamme dans le foyer, un conduit d'évacuation des gaz de combustion, et un échangeur de chaleur traverse par les gaz de combustion allant du foyer au conduit d'évacuation, cet échangeur comportant un manteau pourvu d'au moins un circuit d'eau chauffé par les gaz de combustion. Dans les chaudières domestiques actuelles à combustible liquide ou gazeux, on règle les conditions de combustion en agissant sur le débit d'air et/ou sur le débit de combustible. On parvient ainsi à réduire les émissions de certains pclluants tels que l'oxyde de carbone et les particules imbrûlées, en maintenant un rendement énergétique aussi élevé que possible. Touterois, cela ne permet pas de réduire en meme temps les émissions d'autres produits de combustion polluants, en particulier les oxydes d'azote. Ces oxydes peuvent créer des composes acides non seulement dans l'atmosphère, mais aussi dans les produits de condensation à l'intérieur des conduits de fumée. D'autre part, les résultats favorables ne sont obtenus en genéral que pour un débit déterminé du combustible, c'est-à-dire qu'on ne peut pas faire fonctionner le brûleur à une puissance différente sans augmenter substantiellement les émissions polluantes. Ce genre de problème se pose aussi bien avec les brûleurs à soufflerie qu'avec ceux qui reçoivent l'air à la pression atmosphérique. La presente invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus et de perfectionner une chaudière de manière à réduire les quantites de substances polluantes dans les gaz sortant de la chaudière. Dans ce but, l'invention fournit une chaudière du type indiqué en préambule, caractérisée en ce qu'au moins un corps catalytique poreux ou perforé est disposé dans le toyer, sur le parcours des gaz de combustion entre le bruleur et l'échangeur de chaleur. En pratique, le corps catalytique est exposé à la flamme produite par le brùleur qui le maintient à une température élevée, et la combustion du combustible s'achève pendant que les gaz sont en contact avec la très grande surface résultant de la porosité ou des perforations multiples du corps catalytique. De préférence, le corps catalytique est en matiere ceramique. Il peut etre en une seule pièce. De préférence, il a une forme cylindrique ou prismatique à axe vertical et il est perforé sous la forme de canaux verticaux. Dans une torme de réalisation avantageuse d'une chaudiere selon l'invention, le corps catalytique est entouré latéralement par un écran sensiblement transparent au rayonnement thermique, cet écran formant un tube vertical qui conduit les gaz de combustion entre le foyer et l'échangeur de chaleur, et le manteau s'etend autour de ce tube. Dans une réalisation particulièrement simpleet efficace, le manteau a une forme sensiblement cylindrique et contient un circuit d'eau en forme de serpentin où l'eau traverse d'abord l'échangeur de chialeur, puis une zone chauffée par rayonnement autour de l'écran transparent. Le corps catalytique peut avoir une face inférieure en contact avec la flamme.. Le bruleur peut etre d'un type alimenté en air par tirage naturel, ou d'un type alimenté en air par une soufflerie. Il peut etre d'un type à puissance réglable en marche. La presente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexes, dans lesquels la fig. 1 représente schématiquement en coupe verticale une chaudière selon l'invention, et la fig. 2 est une vue en coupe horizontale sulvant la ligne II-II de la fig. 1. La chaudiere representee schematiquement sur les figures a une forme générale cylindrique. Elle comporte un foyer 1 renfermant un bruleur .2 entouré d'orifices d'entrée d'air 3 ménagés dans une base 4 de la chaudière. Audessus du foyer 1 se trouve un échangeur de chaleur 5, surmonté d'un conduit 6 d'évacuation des gaz de combustion. La partie superieure du foyer 1 et ltéchangeur de chaleur 5 sont entourés par un manteau cylindrique 7 contenant un circuit d'eau pourvu d'une entre 8 à l'extrémité supérieure du manteau et d'une entrée 9 à son extrémite inférieure, l'eau circulant dans le sens indique par les flècnes. En fait, le manteau 7 contient un conduit en serpentin 10, allant de l'entrée 8 à la sortie 9 de manière a faire passer l'eau progressivement de la zone la moins chauae à la zone la plus chaude du manteau. Dans cet exemple, le manteau 7 est en tole et comporte une paroi intérieure cylindrique 11, une paroi extérieure cylindrique 12 et une chicane hélicoidale 13 qui peut etre fixée à une seule des deux parois. Toutefois, le conduit en serpentin 10 peut etre réalisé autrement, notamment au moyen d'un tube métallique enroulé en spires hèlicoidales jointives. De manière connue, l'échangeur de chaleur 5 comporte des lames métalliques 14 fixées à la paroi intérieure ll et s'étendant radialement à travers le passage des gaz de combustion. Ces lames, appelees parfois "lames de convexion", peuvent avoir une position inclinée de taçon à créer un mouvement tournant des gaz et à allonger le parcours de ceux-ci le long des surfaces intérieures de l'échangeur 5. Au-dessus du bruleur 2, le foyer l contient un support horizontal 16, forme par exemple par deux barreaux disposés en croix et supportant un corps catalytique 17 de forme cylindrique, ainsi qu'un écran cylindrique transparent 18 ouvert en haut et en bas et s'etendant autour du corps 17, en laissant un faible intervalle li entre i'écran et la surface péripherique du corps 17. L'écran 18 doit etre transparent essentiellement au rayonnement tnermique; il peut etre realisé notamment en verre réfractaire ou en quartz transparent. Le corps catalytique 17 est forme par un bloc d'une natière céramique réfractaire, traversé longitudinalement par un qrand nombre de canaux paralleles de faible diametre, permettant le passage des gaz de combustion à travers le bloc 17. Des éléments de ce genre, ayant un effet catalyseur de combustion grace à leur tres grande surface de contact avec les gaz et leur maintien a haute température, sont connus et utilises notamment dans les pots catalytiques traitant les gaz d'échappement de véhicules à moteur. Dans cet exemple, le bruleur 2 est un bru leur du type atmosphérique, par exemple un bruleur à gaz ou à huile minérale légère, dont la puissance calorifique peut etre réglée au moyen d'une vanne sur un conduit d'alimentation du combustible (non représenté). L'air de combustion entre dans le foyer 1 par les ouvertures 3 suivant les flèches A et il alimente une flamme 20 qui atteint l'extrémité inférieure du corps catalytique 17. D'une part cela porte le corps 17 à une température élevée, et d'autre part cela limite la température maximale des gaz de combustion, donc la production d'oxydes d'azote (nos). Les gaz passent en partie a travers le corps 17 et en partie dans le petit intervalle 19 entourant celui-ci et permettant un dilatation thermique différentielle du corps 17 et de l'ecran 18, puis ils traversent l'échangeur de chaleur 5 et le conduit d'évacuation 6 comme dans une chaudière habituelle. De cette manière, les gaz très chauds se trouvant dans le royer i sont confinés à l'intérieur de l'écran transparent 18 et n'entrent pas en contact avec ie manteau 7. La partie inférieure du manteau 7, entourant l'écran 18 est chauffée essentiellement par le rayonnement thermique provenant des gaz et surtout du corps 17 qui peut etre porté au rouge, voire au blanc dans sa partie inférieure. De ce fait, les problèmes de corrosion du manteau par des gaz à haute température sont réduits. Les gaz sortant de l'extrémité supérieure de l'écran 18 sont déjà partiellement refroidis. Dans l'échangeur 5, ils assurent un prèchauffage de l'eau froide introduite à l'entree 8, puis ils sont évacués à une temperature particulièrement basse. La construction décrite ci-dessus présente de nombreux avantages. Grace aux conditions favorables de combustion sur la très grande surface développee du corps 17, on observe à la fois une combustion aussi totale que possible et une très forte réduction de la production d'oxydes d'azote, par rapport à une chaudière classique. De plus, on évite des problèmes de condensation au niveau de l'échangeur 5. La température des gaz évacués est plus faible que dans une chaudière classique, c'est-à-dire que le rendement thermique est plus elevé. Un autre avantage particulièrement important consiste en l'obtention de bonnes conditions de combustion à différentes puissances, si bien que l'utilisateur peut moduler facilement la puissance de chauffage sans augmenter d'une manière sensible des émissions de matières polluantes. I1 faut noter également que le principe de construction décrit est aussi applicable dans une chaudière équipée d'un bruleur à soufflerie, delivrant un débit d'air déterminé. Enfin, la conception du manteau sous la forme d'un circuit d'eau en serpentin, chauffé par rayonnement dans la partie inferieure du foyer, permet d'avoir un manteau relativement mince, donc un faible volume d'eau dans la chaudière et une réponse rapide de l'évolution de la température de l'eau en fonction de la puissance de chauffage. La presente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit plus haut, mais elle s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour un homme du métier. Revendications 1. Chaudière comportant un foyer, au moins un bruleur produisant une flamme dans le foyer, un conduit d'évacuation des gaz de combustion, et un échangeur de chaleur traversé par les gaz de combustible allant du foyer au conduit d'évacuation, cet échangeur comportant un manteau pourvu d'au moins un circuit d'eau chauffé par les gaz de combustion, caractérisée en ce qu'au moins un corps catalytique (17) poreux ou perforé est disposé dans le foyer (1), sur le parcours des gaz de combustion entre le bruleur (2) et l'échangeur de chaleur 15). 2. Chaudiere selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps catalytique (17) est en matière céramique. 3, Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps catalytique (17) est en une seule pièce. 4. Chaudière selon la revendication 2 ou 3,, caractérisée en ce que le corps catalytique (17) a une forme cylindrique ou prismatique à axe vertical et est perforé sous la forme de canaux verticaux. 5. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps catalytique (17) est entouré latéralement par un écran (18) sensiblement transparent au rayonnement thermique, cet écran formant un tube vertical qui conduit les gaz de combustion entre le foyer et l'échangeur de chaleur, et en ce que le manteau (7) s'étend autour de ce tube. 6. Chaudière selon la revendication 5, caractérisée en ce que le manteau (7) a une forme sensiblement cylindrique et contient un circuit d'eau en forme de serpentin (10) où l'eau traverse d'abord l'échangeur ae chaleur (5), puis une zone chauffée par rayonnement autour de l'écran transparent (18). 7. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps catalytique (17) a une face inférieure en contact avec la flamme (20). 8. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le brûleur (2) est d'un type alimenté en air par tirage naturel. 9. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bruleur (2) est d'un type alimenté en air par une soufflerie. 10. Chaudière selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le bruleur (2) est d'un type à puissance réglable en marche.