Brevet FR2670569A1 — publié le 19920619

"Chaudière à eau chaude à chemise d'eau et tubes de fumées". La présente invention concerne une chaudière à eau chaude de chauffage ou à usage sanitaire, chaudière comprenant un foyer entouré d'une chemise d'eau traversée par les tubes de fumées répartis en un groupe de tubes d'entrée suivi d'un groupe de tubes de sortie, le premier groupe de tubes recevant les fumées en sortie de foyer et le second groupe de tubes recevant les fumées en sortie des tubes du premier groupe, les tubes étant reliés à leurs extrémités à des boîtes de fumées, l'enveloppe du foyer et celle de la chemise d'eau étant reliées aux botes de fumées. Une telle chaudière est connue. L'inconvénient de cette chaudière connue est le risque de rupture au niveau de l'une des botes de fumées sous l'effet de la dilatation différente des tubes de fumées à l'intérieur de la chemise d'eau et de la paroi du foyer. En effet, dans cette chaudière connue, les tubes de fumées qui passent dans la lame d'eau entourant le foyer débouchent à l'avant de la chaudière c'est-à-dire à l'endroit du brûleur dans une bote de fumées qui fait passer les fumées d'un premier groupe de tubes dans un second groupe de tubes faisant parcourir aux fumées un chemin en sens inverse. Or, cette bote de fumées est également reliée à la virole du foyer. Au moment du démarrage de la chaudière, lors de l'allumage de la flamme du brûleur ou après l'arret de cette flamme, le foyer et les tubes de fumées se mettent à des températures différentes.Ces températures différentes provoquent des dilatations différentes de la virole du foyer et des tubes de fumées. Or, cette virole et les tubes de fumées sont parallèles et les dilatations se répercutent dans la meme direction sur la boite de fumées, ce qui induit dans la paroi à laquelle sont reliés ces éléments, des efforts de cisaillement provoquant très rapidement des fissures et des ruptures. I1 est à remarquer qu'à l'autre extrémité du foyer, la virole et les extrémités des tubes sont reliées à une collerette périphérique et l'ensemble constitue un point fixe vis-à-vis des dilatations. A ce niveau, le problème du cisaillement ne se pose pas dans les mêmes conditions qu'à l'autre extrémité du foyer. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de cette chaudière connue en évitant les efforts de cisaillement graves risquant de provoquer la rupture de la bote de fumées. A cet effet, l'invention concerne une chaudière-du type ci-dessus, caractérisée en ce que le foyer de forme cylindrique se poursuit à son entrée par une surface tronconique dont la petite base constituant l'entrée du foyer est reliée par une collerette annulaire à la paroi extérieure de la bote de fumées pour former une zone de dilatation par rapport à la paroi périphérique de la boite directement reliée aux tubes de fumées. La zone de dilatation très importante constituée par la forme en zigzag comprenant la collerette à laquelle est reliée l'entrée de la partie conique du foyer puis la paroi longitudinale de la boîte de fumées qui est elle-même reliée à la paroi de la boîte de fumées portant les extrémités correspondantes des tubes de fumées, constitue un chemin susceptible d'absorber les plus fortes dilatations. Dans cette structure, la forme tronconique de l'entrée du foyer permet, non seulement le déport de la jonction c'est-à-dire la création en quelque sorte d'un bras de levier par la collerette mais cette forme tronconique participe également dans une certaine mesure à l'absorption des dilatations différentes entre les tubes et le foyer. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les lames d'eau à l'entrée et à la sortie de la chaudière, sont extérieures aux viroles formant la chemise d'eau. Les lames d'eau situées à l'extérieur des viroles formant la chemise d'eau, réduisent de manière complémentaire les problèmes de dilatation puisque ces lames d'eau sont elles-mêmes à une température différente des boîtes de fumées. Cette disposition extérieure participe également à la réduction des efforts de cisaillement de la boite de fumées, tout en facilitant la réalisation de la chaudière puisque la paroi de la chemise d'eau peut se prolonger d'un bout à l'autre de la chaudière. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le foyer a une forme cylindrique de section circulaire et son entrée est une surface conique de section circulaire. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le foyer a une forme cylindrique de section elliptique et son entrée est une surface conique de section également elliptique. La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe de côté d'une chaudière selon l'invention, - la figure 2 est une vue arrière, coupée, de la chaudière, - la figure 3 est une vue avant, coupée, de la chaudière, - la figure 4 est une vue de détail de la partie inférieure de la chaudière selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique partielle d'une chaudière selon l'art antérieur. Selon la figure 1, la chaudière se compose d'un foyer 1 entouré d'un échangeur de chaleur constitué par une chemise d'eau 2 traversée par des tubes de fumées 3, 4 dont seulement deux exemples sont représentés à la figure 1 ; ces tubes de fumées 3, 4 sont répartis en un premier groupe de tubes 3 recevant les fumées en sortie de foyer pour déboucher dans une boîte avant 5 qui alimente le second groupe de tubes de fumées 4 évacuant les fumées vers la boîte de sortie 6 et le raccord de cheminée 7. L'eau circule dans cet échangeur de la chaudière en passant de la droite vers la gauche selon la figure 1. Selon la figure 2, l'arrivée d'eau se fait par la conduite 8 qui débouche dans une lame d'eau 9 située à l'extérieur des viroles 10 constituant la paroi extérieure de la chemise d'eau 2. Cette lame d'eau 9 ne s'étend que sur une partie de la périphérie de l'échangeur, sensiblement aux trois-quarts de la moitié inférieure. Cette lame d'eau 9 se poursuit en partie haute par un passage sensiblement horizontal 11 puis une nouvelle partie courbe 12 dont la paroi supérieure 13 est munie de passages 14 débouchant dans la boîte d'eau 15 située derrière la boîte de fumées 6. A ce niveau, l'eau circule autour des tubes de fumées 4 le chemin de circulation est limité par une cloison annulaire 16. L'eau circule dans ces conditions de manière descendante suivant la flèche A pour passer dans le passage 17 laissé ouvert en partie inférieure par la cloison annulaire 16. Puis, l'eau remonte dans la seconde partie périphérique de la chemise d'eau, délimitée par la cloison 16 et par l'autre cloison périphérique 18. En partie haute, cette cloison périphérique 18 laisse un passage 19.L'eau sortant de la partie lame d'eau par le passage 19 redescend suivant la flèche C dans la partie de lame d'eau entourant l'avant du foyer. Puis, l'eau arrive dans la lame d'eau avant 20 pour sortir en partie haute par la tubulure de sortie 21. Le foyer 1 de la chaudière se compose d'une partie principale 22 de forme cylindrique, de section circulaire, et d'une partie d'entrée 23, conique, raccordée sur la partie cylindrique 22 et dont la petite base 24 constitue l'entrée du foyer recevant le brûleur. Cette petite base 24 est reliée par une collerette annulaire 25 à la paroi extérieure 26 de la boîte 5. La paroi opposée 27 de cette boîte 5 est reliée aux tubes de fumées 3, 4. Comme déjà indiqué, l'autre extrémité de ces tubes 3, 4, est reliée à une collerette arrière 28 entourant la sortie du foyer 1. Enfin, comme cela apparat à la figure 1, les parois avant et arrière de la chaudière comportent des éléments de fixation 29 pour les panneaux d'habillage extérieur et d'isolation entourant la chaudière. Ces panneaux d'habillage et d'isolation ne sont pas représentés. Enfin, la chaudière s'appuie sur des pieds 30, 31. La vue de détail, partielle, de la figure 4, prise en comparaison avec le schéma correspondant de l'art antérieur selon la figure 5, permet de mieux expliciter les caractéristiques principales de l'invention. La vue en coupe partielle de la figure 4 est représentative de la forme d'ensemble de la chaudière du fait de la symétrie de révolution. Cette figure montre la forme particulière de la partie conique 23 reliée par la collerette 25 à la paroi avant 26 de la boîte de fumées 5 dont la paroi opposée 27 est reliée aux tubes 3 (4). L'autre extrémité de ces tubes est reliée à la collerette 28 de l'autre boîte de fumées 9. Pour les besoins de l'exposé, on supposera que la jonction entre l'extrémité 3', 4' des tubes 3 (4) et de la collerette 28 constitue un point fixe. Sous l'effet des températures différentes qui règnent dans le foyer 1 et les tubes de fumées 3, 4~/chemise d'eau 2, tant en régime non stationnaire qu'en régime stationnaire, cette différence de dilatation est absorbée par la partie constituée par la collerette 25 et la paroi 28 de la boîte de fumées 5. Par contre, selon la figure 5, dans le cas d'une chaudière connue, comme la virole 22A du foyer est directement reliée à la paroi intérieure 27A de la boîte de fumées 5A selon la ligne périphérique 100, et au voisinage de cette ligne de soudure se trouve la jonction de l'extrémité des tubes de fumées 3A débouchant dans la boîte de fumées 5A, il y a un très faible bras de levier de longueur M entre cette fixation 101 des tubes de fumées 3A et la fixation 100 de la virole 22A. Si l'on suppose comme précédemment que l'autre extrémité des tubes de fumées 3A et de la virole 22A du foyer, reliée à la paroi intérieure 28A de l'autre bote de fumées 9A constitue le point fixe, lorsque la température de la virole 22A et celle des tubes de fumées 3A est différente, il aura des efforts de cisaillement ou basculement qui seront exercés sur la collerette 27A par la virole 22A et les tubes 3A provoquant très rapidement des ruptures. Bien que la description ci-dessus ait été faite dans le cas d'une chaudière présentant globalement une symétrie de rotation, les mêmes moyens peuvent également s'appliquer à des variantes de forme de chaudière, par exemple une chaudière de section elliptique, cette dernière, non représentée, ayant un foyer cylindrique de section elliptique commençant par une partie conique de section également elliptique. La forme de la chemise d'eau et des autres moyens sera adaptée à cette section de base. Dans ce cas également, il y aura une zone d'absorption de la dilatation différente entre les viroles du foyer et les tubes de fumées. REVENDICATIONS 1) Chaudière à eau chaude de chauffage ou à usage sanitaire, chaudière comprenant un foyer (1) entouré d'une chemise d'eau (2) traversée par les tubes de fumées (3, 4) répartis en un groupe de tubes d'entrée (3) suivi d'un groupe de tubes de sortie (4), le premier groupe de tubes (3) recevant les fumées en sortie de foyer (1) et le second groupe de tubes (4) recevant les fumées en sortie des tubes du premier groupe (3), les tubes étant reliés à leurs extrémités à des boîtes de fumées (5, 9), - l'enveloppe (22, 23) du foyer et celle (10) de la chemise d'eau (2) étant reliées aux boîtes de fumées (5), chaudière caractérisée en ce que - le foyer (1) de forme cylindrique (22) se poursuit à son entrée par une surface tronconique (23) dont la petite base (24) constituant l'entrée du foyer (1) est reliée par une collerette annulaire (25) à la paroi extérieure (26) de la boîte de fumées (5) pour former une zone de dilatation par rapport à la paroi périphérique (27) de la boîte (5) directement reliée aux tubes de fumées (3, 4). 2) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lames d'eau (9, 20) à l'entrée et à la sortie de la chaudière, sont extérieures aux viroles (10) formant la chemise d'eau (2). 3) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le foyer (1) a une forme cylindrique (22) de section circulaire et son entrée est une surface conique (23) de section circulaire. 4) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le foyer (1) a une forme cylindrique (22) de section elliptique et son entrée est une surface conique (23) de section également elliptique.