Brevet FR2661976A1 — publié le 19911115

Chaudière à condensation et fluide caloporteur. L'invention concerne une chaudière à condensation et à fluide caloporteur. Les chaudières à condensation présentent de nombreux avantages et notamment un excellent rendement. Parmi les chaudières à condensation connues, qui sont générale- ment munies d'un échangeur de chaleur entre un fluide caloporteur et les gaz de combustion d'un brûleur, le fluide caloporteur assurant le chauffage d'une installation, il en existe dont l'échangeur fait aussi office de condenseur. Dans ce type de chaudières, l'échangeur doit obligatoirement être fabriqué en totalité en matériau de haute résistance à la corro- sion, par exemple en acier inoxydable, d'un coût particulièrement élevé. Selon un autre type connu de chaudières, celles-ci comportent un premier échangeur pour le fluide de chauffage, en matériau peu coûteux destiné à capter la plus grande partie de l'énergie produite par le brûleur En série à ce premier échangeur, on ajoute un conden- seur en matériau résistant à la corrosion, lequel est destiné à capter l'énergie résiduelle des gaz de combustion et à provoquer la condensa- tion. L'invention concerne ce deuxième type de chaudière Une chau- dière selon l'invention est pourvue d'un brûleur aménagé dans la partie inférieure d'un échangeur de chaleur destiné aux échanges thermiques entre les gaz de combustion et ledit fluide caloporteur, tandis qu'un condenseur dans lequel circule ledit fluide est disposé en série avec ledit échangeur Une telle chaudière selon l'invention est remarquable en ce que l'échangeur et le condenseur sont sensible- ment verticaux et communiquent entre eux pour permettre l'écoulement des gaz de combustion par leurs parties hautes, tandis que les évacua- tions desdits gaz de combustion et des condensats sont prévues en partie basse du condenseur de manière à assurer une circulation des gaz de combustion de bas en haut dans l'échangeur et de haut en bas dans le condenseur, les condensais s'écoulant dans le même sens que les gaz de combustion. Avantageusement, pour des raisons qui seront expliquées ci- après, l'échangeur de chaleur présente une plus grande hauteur que celle du condenseur. Un mode de réalisation est remarquable en ce que son conden- seur présente un faisceau de tubes sensiblement parallèles et verti- caux destinés à la circulation des gaz de combustion, le fluide circu- lant entre lesdits tubes tandis qu'un collecteur des condensats est aménagé sous les tubes qui débouchent dans ledit collecteur. Pour une chaudière dont l'échangeur est classiquement pourvu d'une chemise de circulation du fluide caloporteur, ladite chemise est par exemple munie en partie basse d'au moins deux canalisations de départ du fluide chauffé pour au moins deux circuits de chauffage, et d'au moins une canalisation de retour de fluide branchée en partie haute de la chemise, cette partie haute communiquant avec la partie haute du circuit de fluide du condenseur tandis que des canalisations de retour desdits circuits de chauffage sont branchées sur ledit condenseur. Dans ce cas et selon un mode de réalisation, l'une des canali- sations de départ est prévue pour au moins deux circuits de chauffage, tandis qu'au moins l'une des canalisations de retour des circuits de chauffage est branchée en partie haute du condenseur et qu'au moins une autre est branchée en partie basse. De préférence, l'une au moins des canalisations de départ de fluide chauffé est pourvue d'une vanne mélangeuse branchée sur le circuit de fluide du condenseur. Selon un mode de réalisation particulier tel qu'indiqué ci- avant, l'une des canalisations de départ est prévue pour un premier circuit de chauffage de local et comporte une vanne mélangeuse bran- chée sur le circuit de fluide du condenseur, sa canalisation de retour étant branchée en partie basse dudit condenseur tandis que l'autre canalisation de départ est prévue pour au moins un circuit de chauffa- ge d'eau sanitaire, sa canalisation de retour étant branchée en partie haute du condenseur Dans ce cas, la vanne mélangeuse du premier circuit de chauffage du local est branchée sur le condenseur sensible- ment au même niveau que la canalisation de retour dudit circuit de chauffage, tandis qu'un deuxième circuit de chauffage de local est branché en parallèle sur le circuit de chauffage d'eau sanitaire. L'invention sera bien comprise et d'autres particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et qui se rapporte aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre schématiquement en coupe une chaudière o 5 selon l'invention, la figure 2 montre plus particulièrement en éclaté et avec arrachement un condenseur selon l'invention, la figure 3 est un schéma d'une installation complète incor- porant une chaudière selon l'invention. La figure 1 montre une chaudière pourvue d'un brûleur 1 à fuel par exemple, disposé en bas d'un échangeur de chaleur 2 formé par un corps cylindrique 3 disposé verticalement et entouré par une chemise 4 de fluide caloporteur et plus particulièrement d'eau Pour améliorer les échanges thermiques, l'intérieur du corps cylindrique 3 dans lequel circulent les gaz de combustion est pourvu de chicanes 5 fai- sant l'objet d'un autre brevet, tandis que la partie supérieure est munie d'un pot 6 dans lequel arrivent les gaz de combustion qui peu- vent en sortir par une ouverture 7 sur laquelle est branchée une partie 8 ' d'une conduite 8. La partie 8 ' de la conduite 8 se prolonge par une partie 8 " qui débouche en haut d'un condenseur 9. Les partie 8 ' et 8 " constituent ainsi une conduite 8 de commu- nication sensiblement horizontale entre les parties hautes respective- ment de l'échangeur 2 et du condenseur 9. Le condenseur 9 est formé, comme le montre plus particulière- ment la figure 2, par un cylindre 10 vertical dans lequel sont dispo- sés une pluralité de tubes verticaux 11 destinés à la circulation des gaz de combustion et entre lesquels circule l'eau de chauffage en communication avec la chemise d'eau 4 comme il sera expliqué ci-après. La condensation s'effectuera donc dans les tubes qui débou- chent par leurs extrémités inférieures dans un collecteur 12 pour les condensais Sur le collecteur 12 est branché un tuyau 13 d'évacuation des gaz et un tuyau 14 d'évacuation desdits condensais. Comme le montre la figure 1, l'échangeur 2 est en outre plus haut que le condenseur 9, le tout de manière à assurer une circulation des gaz de combustion comme indiqué par les flèches, c'est-à-dire de bas en haut dans le corps 3 de l'échangeur 2, horizontalement dans la conduite 8 et de haut en bas dans le condenseur 9 Cette structure permet une bonne circulation des gaz et évite une stagnation des gaz en haut du condenseur pendant les phases d'arrêt du brûleur En effet, l'échangeur 2 fonctionne à un niveau de température supérieur à celui du condenseur 9 qui est aussi un échangeur et la hauteur dudit échan- geur est en outre supérieure à celle dudit condenseur 9, de telle sorte qu'il résulte un mouvement naturel de convection qui refoule les gaz brûlés vers le bas du condenseur 9 et donc vers l'extérieur et non vers l'échangeur 2 On assure aussi une bonne collecte des condensats qui s'écoulent dans le même sens que les gaz de combustion. Pour une bonne efficacité d'un condenseur, il est connu de bien laminer les gaz de combustion à refroidir, comme le fait le condenseur selon l'invention, mais il faut aussi bien irriguer le condenseur et avoir une température de paroi qui est sensiblement égale à la température de retour, la plus basse possible C'est pour- quoi les dispositions de tous les branchements de départ, de retour et de communication sont très importantes, et peuvent notamment être choisies de la manière décrite ci-après. Dans la moitié inférieure de la chemise d'eau 4, sont bran- chées deux canalisations de départ respectivement 15 et 16 pour au moins deux circuits de chauffage, les branchements de ces canalisa- tions étant éloignés l'un de l'autre, voire diamétralement opposés La canalisation de départ 15 alimente donc un ou plusieurs circuits de chauffage qui sont munis d'une canalisation de retour 17 branchée ici dans la partie haute de circulation d'eau du condenseur 9, tandis que le ou les circuits de chauffage alimentés par la canalisation 16 sont munis d'une canalisation de retour 18 branchée sur le condenseur en partie basse (figures 1 et 2). Comme le montrent bien les figures 1 et 2, la partie haute du circuit d'eau du condenseur 9 est en outre purvue d'une canalisation 19 de communication avec la partie haute de la chemise 4 de l'échan- geur 2, la canalisation 19 s'étendant dans la chemise 4 sous la forme d'un anneau au moins partiel percé vers le bas comme le montre la figure 1, cette distribution dans la chemise 4 faisant déjà aussi l'objet d'un autre brevet. La canalisation de départ 16 munie d'une vanne de vidange 20 est en outre pourvue d'une vanne mélangeuse 21 manuelle ou automatique qui est branchée en partie basse du circuit d'eau du condenseur 9. On peut encore voir sur les figures 1 et 2 un conduit d'arri- vée d'air 22 qui enveloppe concentriquement la conduite 13 afin d'assu- rer un réchauffement de l'air destiné à servir d'air comburant au brûleur 1 (voir raccordement schématisé sur la figure 1). Comme le montre la figure 3, une chaudière selon l'invention est particulièrement bien adaptée pour des usages multiples. Sur la figure 3, on retrouve le brûleur 1, l'échangeur 2, le condenseur 3, la vanne mélangeuse 21, les canalisations de départ 15, 16 et de retour 17 et 18. Les canalisations de départ 16 et de retour 18 sont par exem- ple destinées à un circuit désigné par I figure 3, de chauffage par radiateurs, lequel circuit comporte en outre classiquement un circula- teur 23 et un clapet anti-retour 24. Ce circuit comporte la vanne mélangeuse 21 dont il a déjà été question. Les canalisations 15 et 17 sont par exemple destinées à alimen- ter deux circuits référencés II et III sur la figure 3, respective- ment, par exemple, pour un chauffage de type à plancher chauffant (circuit II) et un chauffage d'eau sanitaire (circuit III) Comme le montre la figure 3, le circuit II comporte un circulateur 25, une vanne mélangeuse 26, et une sonde thermique 27 tandis que le circuit III est pourvu d'un circulateur 28, d'un ballon d'eau chaude 29 et d'une sonde 30. Comme on peut le voir sur la figure 3, les circuits II et III sont branchés en parallèle. Il est clair que les branchements et en particulier leurs positions sont choisis en fonction de critères et de certaines caractéristiques des circuits à alimenter C'est ainsi par exemple que la canalisation de retour 17, notamment du circuit de chauffage d'eau sanitaire généralement plus chaude, est branchée en partie haute du condenseur 9 (figures 1 et 2) pour garder la majeure partie du condenseur froid et pour l'éloigner de la canalisation de retour 18 du circuit de chauffage par radiateurs qui se branche en partie basse sensiblement au même niveau que le branchement de la vanne mélangeuse 21 (figure 1), cette dernière permettant d'assurer un mélange dans la canalisation de départ 16 dudit circuit de chauffage par radiateurs. REVENDICATIONS 1) Chaudière à condensation et fluide caloporteur pourvue d'un brÈleur ( 1) aménagé dans la partie inférieure d'un échangeur ( 2) de chaleur destiné aux échanges themiques entre les gaz de combustion et ledit fluide caloporteur, tandis qu'un condenseur dans lequel circule ledit fluide est disposé en série avec ledit échangeur, chau- dière caractérisée en ce que l'échangeur ( 2) et le condenseur ( 9) sont sensiblement verticaux et communiquent entre eux pour permettre l'écou- lement ses gaz de combustion par leurs parties hautes, tandis que les évacuations ( 13,14) desdits gaz de combustion et des condensats sont prévues en partie basse du condenseur de manière à assurer une circula- tion des gaz de combustion de bas en haut dans l'échangeur et de haut en bas dans le condenseur, les condensais s'écoulant dans le même sens que les gaz de combustion. 2) Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur ( 2) présente une plus grande hauteur que celle du condenseur ( 9). 3) Chaudière selon l'une des revendications 1 et 2, caractéri- sée en ce que son condenseur ( 9) présente un faisceau de tubes ( 11) sensiblement parallèles et verticaux destinés à la circulation des gaz de combustion, le fluide circulant entre lesdits tubes tandis qu'un collecteur ( 12) des condensats est aménagé sous les tubes qui débou- chent dans ledit collecteur ( 12). 4) Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, dont l'é- changeur ( 2) est pourvu d'une chemise ( 4) de circulation du fluide caloporteur, caractérisée en ce que ladite chemise ( 4) est munie en partie basse d'au moins deux canalisations de départ ( 15,16) du fluide chauffé pour au moins deux circuits de chauffage, et d'au moins une canalisation de retour ( 19) de fluide branchée en partie haute de la chemise ( 4), cette partie haute communiquant avec la partie haute du circuit de fluide du condenseur ( 9) tandis que des canalisations de retour ( 17,18) desdits circuits de chauffage sont branchées sur ledit condenseur ( 9). 5) Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'une des canalisations de départ ( 15) est prévue pour au moins deux circuits de chauffage (II et III). 6) Chaudière selon l'une des revendications 4 et 5, caract 6 ri- sée en ce qu'au moins l'une des canalisations de retour ( 17) des circuits de chauffage est branchée en partie haute du condenseur ( 9) et qu'au moins une autre ( 18) est branchée en partie basse. 7) Chaudière selon l'une des revendications 4 à 6, caractéri- sée en ce que l'une au moins des canalisations de départ ( 16) de fluide chauff 6 est pourvue d'une vanne mélangeuse ( 21) branch 6 e sur le circuit de fluide du condenseur ( 9). 8) Chaudière selon l'ensemble des revendications 4 à 7, carac- téris 6 e en ce que l'une ( 16) des canalisations de d 6 part est prévue pour un premier circuit de chauffage (I) de local et comporte une vanne mélangeuse ( 21) branchée sur le circuit de fluide du condenseur ( 9), sa canalisation de retour ( 18) 6 tant branchée en partie basse dudit condenseur ( 9) tandis que l'autre canalisation ( 15) de d 6 part est pr 6 vue pour au moins un circuit de chauffage d'eau sanitaire (III), sa canalisation de retour ( 17) étant branchée en partie haute du condenseur ( 9). 9) Chaudière selon la revendication 8, caract 6 risée en ce que la vanne mélangeuse ( 21) du premier circuit de chauffage (I) du local est branchée sur le condenseur ( 9) sensiblement au même niveau que la canalisation de retour ( 18) dudit circuit de chauffage. ) Chaudière selon l'une des revendications 8 et 9, caractéri- sée en ce qu'un deuxième circuit de chauffage (II) de local est bran- ché en parallèle sur le circuit de chauffage (III) d'eau sanitaire.