Brevet FR2636124A1 — publié le 19900309

La présente invention concerne une chaudière de chauffage comportant un foyer horizontal de forme cylin- drique ou prismatique comportant un brûleur fixé dans la paroi de fermeture avant et servant à brûler des combus- tibles liquides ou gazeux, cette chaudière incluant en outre une première zone de renvoi située au niveau de la paroi de fermeture arrière et réalisant un renvoi en direc- tion de seconds passages renvoyant les gaz de fumées depuis le foyer en direction de la paroi avant, une seconde zone de renvoi située à proximité de ou dans la paroi avant et servant à évacuer les gaz de fumées, contenus dans des troi- sièmes passages, dans la cheminée par l'intermédiaire d'un carneau de collecte des fumées et d'un tube de fumées. Dans les chaudières de chauffage, on essaie en général de maintenir la température du gaz de fumées au ni- veau de la canalisation d'arrivée dans la cheminée, dans une gamme comprise entre 120 et 220'C. A cet effet, il est connu d'utiliser par exemple ce qu'on appelle des chau- dières à trois passages de fumées. De telles chaudières à trois passages de fumées comportent un foyer central fermé possédant une paroi avant et une paroi arrière et un pre- mière zone de renvoi au niveau de la paroi arrière diri- geant les fumées vers des seconds passages. Ces seconds passages guident les gaz de fumées à l'extérieur du foyer en direction de la paroi avant, o ils sont envoyés au niveau d'une troisième zone de renvoi, dans des troisièmes passages de manière à être rassemblés par ces derniers, en arrière de la paroi arrière du foyer, dans un carneau de collecte des gaz d'échappement et être évacués dans la cheminée par l'intermédiaire d'un tube de fumées. Les gaz de fumées possèdent une température com- prise entre 800' et 1050-C en aval du foyer, une tempéra- ture comprise entre 300 - et 450C dans la seconde zone de renvoi faisant passer des seconds aux troisièmes passages et une température comprise entre 120- et 220C dans le carneau de collecte des gaz d'échappement. En raison de la pollution connue produite par les oxydes d'azote, on a déjà cherché des moyens permettant au moins de réduire la production de gaz NOx. A cet effet on a déjà proposé de mélanger une partie des gaz d'échappement brûlés, à la flamme et d'accroître ainsi la température au niveau de la base de la flamme. Jusqu'alors, on connaissait deux procédés: 1. Aspirer les gaz d'échappement au niveau de l'extrémité de la chaudière après le carneau de collecte des gaz d'échappement, au moyen d'une soufflante, et 2. Aspirer les gaz d'échappement d'une manière interne dans le foyer à l'aide de l'impulsion produite par la flamme. Ces deux procédés ont chacun des inconvénients respectifs. Dans le cas du procédé 1, à des températures trop basses des gaz d'échappement ( compte du point de rosée acide, qui entraîne une sulfura- tion des canalisations de renvoi et du ventilateur dans le cas du fonctionnement avec du mazout. Dans le cas du procédé 2, les gaz d'échappement en recirculation sont trop chauds et doivent être mélangés en une très grande quantité à la flamme afin d'agir dans le sens d'une réduction des oxydes NOx. C'est pourquoi un but de l'invention est d'évacuer les gaz d'échappement de manière qu'ils présen- tent une température plus appropriée, et ce sur le trajet le plus court de la flamme. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'une chaudière du type indiqué plus haut, grâce au fait qu'au moins une ouverture de soutirage est située dans la seconde zone de renvoi et sert à envoyer, à partir de là, des gaz d'échappement au brûleur. La différence de pression entre les points de renvoi peut être obtenue, au besoin, au moyen d'une action d'injection de l'air de combustion ou de la flamme ou bien au moyen d'un ventilateur d'évacuation des gaz d'échappement. Les gaz chauds soutirés peuvent être égale- ment envoyés sur le côté aspiration du briûleur. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après faite en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure i représente une vue en coupe d'une chaudière à trois passages de fumées, correspondant à un premier type de réalisation conforme à l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe prise suivant la ligne II-II dans la partie de la paroi avant sur la figure i; - la figure 3 représente une vue en coupe, ana- logue à celle de la figure 1, dans le cas d'une seconde forme de réalisation de l'invention; - la figure 4 représente une vue en coupe prise suivant la ligne IV-IV sur la figure 3; - la figure 5 représente une vue en coupe, ana- logue à celle de la figure 1, d'une troisième forme de réa- lisation de l'invention; - la figure 5a représente une vue en coupe, ana- logue à la figure 5, d'une quatrième forme de réalisation de l'invention; et - les figures 6-8 représentent respectivement une vue en coupe d'une chaudière de chauffage comportant des seconds et troisièmes passages disposés à sa partie supé- rieure. La chaudière à trois passages de fumées de la fi- gure 1 comporte un foyer 1 possédant une paroi de fermeture avant 11, dans laquelle est monté un brûleur 10. La paroi de fermeture arrière 12 est reliée à la chemise de refroi- dissement 14 disposée entre des second et troisième pas- sages 3,5 et forme une première zone de renvoi 2 en arrière de la chemise 13 du foyer 1. A côté de la paroi de ferme- ture avant 11, il est prévu une seconde zone de renvoi 4, autour de la chemise de refroidissement 14, et une troi- sième chemise 15, qui agit également en tant que chemise de refroidissement, entoure extérieurement la chaudière de chauffage. Conformément à l'invention, le gaz d'échappement est envoyé par la seconde zone de renvoi 4 à l'air de com- bustion, qui possède par conséquent une température dépas- sant 300'C. La zone de prélèvement du gaz d'échappement peut être agencée différemment, et il est important de prévoir au moins une ouverture de soutirage 8 dans la seconde zone de renvoi 4. Comme le montre la vue en coupe de la figure 2, on peut prévoir entre la paroi de fermeture avant 11 et la porte 16, un insert 17, qui comporte deux canaux annulaires concentriques, parmi lesquels le canal annulaire extérieur 8b est situé au-dessous des ouvertures de soutirage 8 et le canal annulaire intérieur 9 est situé au-dessous des ouver- tures 9a. La liaison entre les deux canaux annulaires 8b, 9 peut être formée par plusieurs canaux radiaux 8a. Le canal annulaire extérieur 8b pourrait être également conçu direc- tement de manière à constituer la zone de renvoi 4. Par conséquent, la différence de pression néces- saire pour la recirculation peut être produite, en fonction de l'agencement de la chaudière, au moyen de l'action d'injection de l'air de combustion. Naturellement, on pour- rait également prévoir une soufflante permettant de ren- voyer un volume plus important des gaz d'échappement ou bien, moyennant un système additionnel de régulation et de commande de la soufflante, un volume adapté aux conditions instantanées. Comme le montrent les figures 3 et 4, le canal annulaire extérieur 8b peut constituer directement, comme cela a déjà été indiqué précédemment, l'espace de renvoi avant 4 sur les figures 1 et 2. A la place de l'envoi di- rect des gaz de fumées à la base de la flamme, il est ici prévu d'envoyer les gaz de fumées depuis la seconde zone de renvoi 4 à la boîte d'aspiration 20 du brûleur 10, par l'intermédiaire d'une canalisation 18. Dans la canalisation 18, on peut disposer un dispositif d'étranglement 19 per- mettant de régler la quantité des gaz d'échappement aspi- rés, indépendamment de la canalisation. La figure 4 repré- sente une vue en coupe de la paroi avant 11 utilisée sans les canaux radiaux 8a de la figure 2, c'est-à-dire sans la présence d'un jeu par rapport au brûleur 10. La figure 5 représente une variante du dispositif de la figure 3. Au niveau de l'ouverture de soutirage 8, sur la porte 16 se trouve montée une soufflante 21, à l'aide de laquelle des gaz de fumées sont envoyés depuis la seconde zone de renvoi 4 à la boîte d'aspiration du brûleur par l'intermédiaire de la canalisation 18 comportant l'étranglement 19. La figure 5a représente une autre va- riante, dans laquelle les gaz de fumées sont envoyés depuis la seconde zone de renvoi 4 au brûleur 10 entre une souf- flante de combustion et un disque de refoulement. Alors que les exemples de réalisation des figures 1,3 et 5 comportent des chemises concentriques cylindriques 13,14,15, les figures 6-8 représentent une chaudière de chauffage, dans laquelle les seconds et troisièmes passages 3 et 5 sont disposés au-dessus du foyer 1, comme le montre nettement la figure 7. De même, dans le cas d'une telle chaudière de chauffage, des premières zones de renvoi 2 sont situées en arrière de la paroi de fermeture avant et des secondes zones de renvoi 4 sont situées en avant de la paroi de fermeture avant. Les seconds passages 3 sont par conséquent représentés sous la forme de quatre canaux pa- rallèles, comme le montrent les figures 7 et 8. Etant donné que d'une part les gaz de fumées se refroidissent et par conséquent occupent un volume plus faible- et que d'autre part une certaine quantité de gaz d'échappement est encore évacuée, il suffit d'utiliser, pour les troisièmes passages , deux canaux parallèles, possédant assurément une largeur légèrement supérieure. Conformément à l'invention, les gaz de fumées sont prélevés, au niveau de la paroi avant 11, à partir de la seconde zone de renvoi 4, et, comme le montre la figure 6, sont envoyés au moyen d'une canalisation 18 à la boîte d'aspiration 20 du brûleur 10. Ici également on peut pré- voir un dispositif d'étranglement 19. On peut également imaginer d'utiliser un ventilateur, d'une manière analogue aux exemples de réalisation décrits plus haut, conformes aux figures 5 et 5a. Le prélèvement des gaz d'échappement au niveau de la seconde zone de renvoi présente en outre l'avantage de supprimer une canalisation entre le carneau de collecte des gaz d'échappement et le brûleur, mais la température des gaz d'échappement en recirculation est par conséquent net- tement plus faible que dans le cas du renvoi du gaz d'échappement à partir du premier passage, dans le cas d'une recirculation interne. Pour un taux de renvoi de 10 % des gaz d'échappement et pour une température de 400*C des gaz d'échappement lors du soutirage, la température du mélange gaz d'échappement-air est égale à environ 58'C dans le carter du brûleur. Cette pression est supérieure au point de rosée de la vapeur d'eau aussi bien dans le cas du chauffage avec combustion de mazout que dans le cas du chauffage avec une combustion de gaz et c'est pour cette raison qu'il ne faut tabler sur aucune formation intensive d'un condensat. REVENDICATIONS 1. Chaudière de chauffage comportant un foyer ho- rizontal (1) de forme cylindrique ou prismatique comportant un brûleur (10) fixé dans la paroi de fermeture avant (11) et servant à brûler des combustibles liquides ou gazeux, cette chaudière incluant en outre une première zone de ren- voi (2) située au niveau de la paroi de fermeture arrière (12) et réalisant un renvoi en direction de seconds pas- sages (3) renvoyant les gaz de fumées depuis le foyer (1) en direction de la paroi avant (11), une seconde zone de renvoi (4) située à proximité de ou dans la paroi avant (11) et servant à évacuer les gaz de fumées, contenus dans des troisièmes passages (5), dans la cheminée par l'inter- médiaire d'un carneau (6) de collecte des fumées et d'un tube de fumées (7), caractérisée par au moins une ouverture de soutirage (8) située dans la seconde zone de renvoi (4) et servant à envoyer, à partir de là, des gaz d'échappement au brûleur. 2. Chaudière de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu plusieurs ouvertures de soutirage (8) disposées selon une répartition circulaire et qui débouchent dans un premier canal annulaire (8b) en arrière de la paroi de fermeture avant (11) et, à partir de là, débouchent au moyen de canaux radiaux (Sa) dans un second canal annulaire (9) autour du brûleur (10) et que plusieurs ouvertures (9a) relient le second canal annulaire (9) au brûleur (10). 3. Chaudière de chauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier canal annulaire (8b), le -second canal annulaire (9) et les canaux radiaux (8a) sont ménagés dans la porte (16), à la- quelle est également raccordé par bride le brûleur (10). 4. Chaudière de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par un dispositif mécanique de ventilation (21) servant à envoyer des gaz de fumées depuis le canal annulaire (8b) au dispositif de mélange, par l'intermédiaire de la turbulure d'aspiration (20) du brûleur (10). 5. Chaudière de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par un dispositif de ventilation mécanique (21) comportant un tube de liaison (18) relié à la tubulure d'aspiration (20) du brûleur (10), pour envoyer des gaz de fumées depuis le canal annulaire (8b) au brûleur (10) rac- cordé à cette tubulure d'aspiration (20). 6. Chaudière de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par une canalisation de soutirage (18) dis- posée entre la zone de renvoi (4) et la tubulure d'aspiration (20) du brûleur (10) et comportant un disposi- tif d'étranglement (19), cette canalisation de soutirage servant à envoyer directement des gaz de fumées au brûleur (10), sans l'interposition d'un dispositif de ventilation mécanique.