Brevet FR2672375A1 — publié le 19920807

"Chaudière à fioul ou bi-énergie" La présente invention concerne une chaudière dont le fonctionnement fait appel soit uniquement à un combustible tel que le fioul, soit à une double source d'énergie, à savoir d'une part un combustible tel que le fioul et d'autre part l'électricité. Plus particulièrement, cette invention se rapporte à une telle chaudière "bi-énergie", qui comprend, d'une part, un générateur à fioul ou autre combustible comportant une cuve à l'intérieur de laquelle se développe la flamme d'un brûleur, et d'autre part, un module de chauffage électrique avec un caisson apte à recevoir au moins un élément chauffant électrique, le module de chauffage électrique surmontant le générateur à fioul, dont l'intérieur de la cuve recevant un fluide à chauffer communique avec le volume intérieur du caisson du module de chauffage électrique, tandis que sont prévues des tubulures de retour du fluide vers la chaudière et de départ du fluide chauffé vers une installation de chauffage. Ainsi, l'invention se rapporte à des chaudières réunissant, en un ensemble compact, un générateur à fioul et un module de chauffage électrique aptes à chauffer le même fluide les parcourant l'un et l'autre, tel que de l'eau devant circuler dans une installation de chauffage central, les deux sources d'énergie pouvant être utilisées simultanément ou séparément compte tenu des besoins thermiques de chaque instant et de critères économiques. Une telle conception de chaudière bi-énergie, plus particulièrement de chaudière "électro-fioul", est connue par le document EP-A-0058809. On comprend naturellement que, dans ce genre de chaudière, il convient d'assurer une circulation correcte de l'eau à chauffer, aussi bien dans le module de chauffage électrique que dans le générateur à fioul, tout en évitant une circulation inutile de l'eau dans le générateur à fioul lorsque ce dernier n'est pas en service. Une exigence supplémentaire est d'assurer un pré-chauffage du générateur à fioul, au moment où celui-ci doit être mis en marche, pour éviter des phénomènes de condensation. A cet effet, dans les réalisations actuellement connues, on prévoit un retour d'eau et un départ d'eau sur le module de chauffage électrique, le retour d'eau aboutissant dans la partie inférieure de ce module et le départ d'eau se situant dans sa partie supérieure compte tenu du fait que l'eau plus chaude est moins dense, et l'on prévoit en outre l'une ou l'autre des deux dispositions suivantes - Un conduit part d'un point de la tubulure de retour de l'eau vers le module de chauffage électrique, et il aboutit à la base du générateur à fioul une vanne directionnelle à trois voies, permet de diriger l'eau à chauffer soit directement dans le module de chauffage électrique, soit par ce conduit vers la base du générateur à fioul, selon le mode de fonctionnement de la chaudière. - Un conduit part de la partie inférieure du module de chauffage électrique, et aboutit à la base du générateur à fioul ; sur ce conduit est intercalé un circulateur, qui prélève de l'eau dans le module de chauffage électrique et la refoule vers le générateur à fioul, lorsque ce dernier est en service ou juste avant sa mise en service pour obtenir un pré-chauffage. Ces deux solutions nécessitent des éléments de conduit supplémentaires, ainsi que des organes tels que vanne ou circulateur nécessitant eux-mêmes des moyens de commande et de contrôle. Il en résulte une complexité des circuits hydrauliques et électriques, et un renchérissement de la chaudière. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, en fournissant une chaudière perfectionnée dans laquelle les circuits de fluide sont grandement simplifiés de manière à obtenir une réduction substantielle du coût de la chaudière, tout en assurant une irrigation du module de chauffage électrique et du générateur à fioul adaptée aux divers modes de fonctionnement, et en conservant l'avantage de la suppression des phénomènes de condensation dans le générateur à fioul. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet une chaudière à fioul ou bi-énergie du genre ici considéré, dans laquelle les tubulures de retour du fluide vers la chaudière et de départ du fluide chauffé aboutissent au seul module de chauffage électrique, à l'exclusion du générateur à fioul, et dans laquelle le volume intérieur du caisson du module de chauffage électrique communique avec l'intérieur de la cuve du générateur à fioul par une partie de raccordement offrant une section de passage réduite mais d'extension suffisante selon au moins une direction pour créer une circulation naturelle du fluide, par effet de thermosiphon, du module de chauffage électrique vers le générateur à fioul et inversement du générateur à fioul vers le module de chauffage électrique. Ainsi, toutes les tubulures de retour et de départ de l'eau sont localisées dans la partie supérieure de la chaudière, au niveau du module de chauffage électrique, et tout conduit supplémentaire menant vers la base du générateur à fioul est supprimé ; en conséquence, la vanne directionnelle ou le circulateur habituels, de même que leurs organes de commande et de contrôle, deviennent superflus. Une économie de l'ordre de 20 % sur le coût de construction de la chaudière peut être atteinte de cette manière. En prévoyant une partie de raccordement avec une section de passage réduite mais ayant une certaine extension selon au moins une direction, on limite les déperditions de chaleur par conduction thermique de l'eau vers le bas, depuis le module de chauffage électrique, lorsque celui-ci fonctionne seul, tout en autorisant un transfert de chaleur par conduction thermique en direction de l'intérieur du générateur à fioul, limité mais suffisant pour assurer un maintien du générateur à une certaine température et éviter les phénomènes de condensation. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la partie de raccordement entre le module de chauffage électrique et le générateur à fioul présente une section de passage horizontale de forme allongée dans la direction longitudinale de la chaudière, avec une largeur relativement faible comparativement aux dimensions transversales du module de chauffage électrique et du générateur à fioul. Il a été vérifié qu'avec une partie de raccordement ainsi conformée, faisant communiquer l'intérieur du caisson du générateur électrique avec l'intérieur de la cuve du générateur à fioul par une sorte de fente délimitée par des parois verticales, l'effet de thermosiphon s amorce dès que le générateur à fioul est en service, avec une montée de l'eau chaude le long desdites parois verticales, et une descente de l'eau moins chaude dans la zone centrale de la partie de raccordement. Selon un aspect complémentaire de l'invention, découlant de ce qui précède, il est envisageable de faire fonctionner le générateur à fioul seul, en utilisant le volume intérieur du caisson supérieur uniquement comme une chambre de mélange à laquelle aboutissent toujours les tubulures de retour et de départ de l'eau. On réalise ainsi une chaudière à fioul fonctionnant de façon satisfaisante à basse température par exemple de l'ordre de 40 à 45C C (température de l'eau), sans risque de condensation. De plus, le caisson supérieur d'une telle chaudière est prêt à recevoir ultérieurement des éléments chauffants électriques, tels que des thermoplongeurs, pour former un module de chauffage électrique et transformer ainsi une chaudière, initialement à fioul seulement, en une chaudière bi-énergie, plus particulièrement une chaudière électro-fioul, laquelle comportera alors tous les avantages de l'invention. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette chaudière Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chaudière bi-énergie conforme à la présente invention, selon I-I de figure 2 Figure 2 est une vue en coupe verticale transversale de la chaudière de figure 1 selon II-II de figure 1 Figure 3 est une vue en coupe horizontale passant par la partie supérieure de cette chaudière. Les figures montrent une chaudière bi-énergie, constituant notamment une chaudière pour chauffage central, dont la partie inférieure constitue un générateur à fioul 1, et dont la partie supérieure forme un module de chauffage électrique 2. Le générateur à fioul 1 comporte une cuve 3 de forme générale cylindrique et d'axe horizontal, fermée à ses extrémités par deux fonds circulaires opposés 4 et 5. Un brûleur à fioul 6 est monté sur l'un des fonds 4 de la cuve 3, considéré comme étant le fond avant, de telle sorte que la flamme 7 de ce brûleur se développe suivant l'axe horizontal de ladite cuve. La cuve 3 renferme une paroi cylindrique interne 8 constituant un foyer borgne dans lequel se développe la flamme 7, ainsi qu'une série de tubes de fumées horizontaux 9 disposés en couronne tout autour de la paroi 8, de manière à canaliser les gaz de combustion jusqu'à une buse de sortie 10 située sur le fond arrière 5 de la cuve 3, le parcours des gaz de combustion étant indiqué par des flèches sur la figure 1. L'intérieur de la cuve 3 du générateur à fioul 1 est rempli d'eau, chauffée par transfert thermique au travers de la paroi cylindrique 8 et des tubes de fumées 9. Selon un aspect essentiel de l'invention, cette cuve 3 ne comporte elle-même ni arrivée d'eau à chauffer, ni départ d'eau chaude qui lui soient propres, si l'on excepte sa communication avec le module de chauffage électrique 2 maintenant décrit. Le module de chauffage électrique 2 est situé exactement au-dessus du générateur à fioul 1. Ce modèle 2 comporte un caisson Il de forme générale parallélépipèdique, ayant une hauteur relativement faible tandis que sa direction longitudinale est parallèle à l'axe du générateur l. Le caisson 11 délimite un volume rempli d'eau, à l'intérieur duquel sont disposés plusieurs thermoplongeurs horizontaux 12, fixés sur la face verticale avant 13 du caisson 11. Une tubulure de retour d'eau 14 aboutit sur la face verticale arrière 15 du caisson 1 1 du module de chauffage électrique 2, dans la partie inférieure de cette face 15 et à proximité d'une face latérale 16 du caisson 11, l'extrémité de la tubulure 14 située à l'intérieur du caisson 11 se trouvant au voisinage immédiat de la face arrière 15. Une tubulure de départ d'eau 17 traverse aussi la face arrière 15 du caisson 11, mais dans la partie supérieure de cette face 15 et à proximité de la face latérale 18 opposée à la face 16 le point de départ intérieur de la tubulure de départ d'eau 17 se situe à faible distance de la face verticale avant 13 du caisson 11. Ainsi, les extrémités respectives des tubulures de retour 14 et de départ 17 se situent à proximité de deux angles opposés du caisson 11 correspondant aux extrémités d'une même diagonale. Le volume intérieur du caisson 11 du module de chauffage électrique 2 communique avec l'intérieur de la cuve 3 du générateur à fioul 1, par une partie intermédiaire de raccordement 19 qui est, d'une façon générale, disposée suivant le plan médian vertical de la chaudière, contenant l'axe horizontal de la cuve 3. La partie de raccordement 19 possède une forme allongée, dans la direction longitudinale de la chaudière, avec une extension longitudinale presque égale à celle de la chaudière comme le montre la figure 1. Par contre, cette partie de raccordement 19 possède une largeur I relativement faible, comparativement à la largeur L du module 2 et au diamètre D du générateur 1, de manière à former un étranglement si l'on considère la chaudière vue en section transversale (telle que montrée sur la figure 2).L'eau remplit la partie de raccordement 19, qui réalise ainsi une communication permanente entre le volume intérieur du caisson Il du module de chauffage électrique 2, d'une part, et la partie remplie d'eau de la cuve 3 du générateur à fioul 1. Comme précisé plus bas, cette communication peut être, en cours de fonctionnement du brûleur 6 de la chaudière, le siège d'un effet de thermosiphon. Lorsque le module de chauffage électrique 2 fonctionne seul, ses thermoplongeurs 12 étant alimentés en énergie électrique, l'eau contenue dans le volume intérieur du caisson 11 est chauffée ; l'eau la plus chaude, étant la moins dense, s'élève à l'intérieur du caisson 1 1 et peut ainsi être évacuée par la tubulure de départ 17. En raison de l'étranglement formé par la partie de raccordement 19, la déperdition de chaleur vers le bas par conduction thermique est limitée. Toutefois, cette déperdition de chaleur par conduction thermique, bien que réduite, est suffisante pour obtenir une certaine montée en température de l'eau qui se trouve à l'intérieur de la cuve 3 du générateur à fioul 1. Les phénomènes de condensation peuvent ainsi être évités dans le générateur à fioul 1, lorsque le brûleur 6 du générateur à fioul 1 est mis en service. En cours de fonctionnement du générateur à fioul 1, un chauffage de l'eau contenue dans la cuve 3 s'effectue et l'effet de thermosiphon s'amorce. Comme illustré aux figures 1 et 2, l'eau relativement froide qui se trouve à la base du volume intérieur du caisson 11 descend dans la partie de raccordement 19, en direction de la cuve 3, en passant par la zone centrale de cette partie de raccordement 19 (flèche 20). L'eau chauffée dans la cuve 3 du générateur à fioul 1 remonte vers le caisson 11, toujours au travers de la partie de raccordement 19, en passant par la zone périphérique de cette partie de raccordement 19, près des parois verticales de cette dernière (flèches 21). La circulation d'eau, qui s'établit ainsi, permet le fonctionnement satisfaisant de la chaudière avec intervention simultanée du générateur à fioul 1 et du module de chauffage électrique 2, en se contentant des conduits de retour 14 et de départ 17 aboutissant au niveau du seul module de chauffage électrique 2. Dans une variante, les thermoplongeurs 12 sont supprimés ou n'interviennent pas, et le volume intérieur du caisson 1 1 est utilisé comme chambre de mélange, pour une chaudière ne fonctionnant qu'au fioul. On obtient ainsi une chaudière à fioul fonctionnant à basse température, sans risque de condensation. Il est à noter qu'une telle chaudière, installée initialement comme chaudière à fioul, peut être transformée de façon simple, rapide et économique en chaudière bi-énergie, par adjonction de thermoplongeurs 12 dans le caisson 1 1 en des emplacements déterminés à la construction, sans aucune modification des tubulures de retour 14 et de départ 17 de l'eau. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette chaudière qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention - en remplaçant le brûleur à fioul 6 par un brûleur adapté à un autre combustible - en modifiant le détail des formes et proportions extérieures du générateur à fioul 1 ou du module de chauffage électrique 2 - en modifiant, sur le module de chauffage électrique 2, les points d'aboutissement des conduits de retour 14 et de départ 17 - en modifiant la réalisation constructive de la partie de raccordement 19 entre le générateur à fioul 1 et le module de chauffage électrique 2, du moment que l'allure d'ensemble allongée, avec formation d'un étranglement, est conservée pour l'obtention des mêmes fonctions - en ajoutant au-dessus du module de chauffage électrique 2 un réservoir de production d'eau chaude sanitaire en communication avec celui-ci. REVENDICATIONS 1. Chaudière à fioul ou bi-énergie, plus particulièrement chaudière comprenant, d'une part, un générateur à fioul (1) ou autre combustible comportant une cuve (3) à l'intérieur de laquelle se développe la flamme (7) d'un brûleur (6), et d'autre part, un module de chauffage électrique (2) avec un caisson (11) apte à recevoir au moins un élément chauffant électrique (12), le module de chauffage électrique (2) surmontant le générateur à fioul (1), dont l'intérieur de la cuve (3) recevant un fluide à chauffer communique avec le volume intérieur du caisson (11) du module de chauffage électrique (2), tandis que sont prévues des tubulures de retour du fluide (14) vers la chaudière et de départ du fluide chauffé (17), caractérisée en ce que les tubulures de retour du fluide (14) vers la chaudière et de départ du fluide chauffé (17) aboutissent au seul module de chauffage électrique (2), à l'exclusion du générateur à fioul (1), et en ce que le volume intérieur du caisson (11) du module de chauffage électrique (2) communique avec l'intérieur de la cuve (3) du générateur à fioul (1) par une partie de raccordement (19) offrant une section de passage réduite mais d'extension suffisante selon au moins une direction pour créer une circulation du fluide, par effet de thermosiphon (flèches 20,21), du module de chauffage électrique (2) vers le générateur à fioul (1) et inversement du générateur à fioul (1) vers le module de chauffage électrique (2). 2. Chaudière à fioul ou bi-énergie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie de raccordement (19) entre le module de chauffage électrique (2) et le générateur à fioul (1) présente une section de passage horizontale de forme allongée dans la direction longitudinale de la chaudière, avec une largeur (1) relativement faible comparativement aux dimensions transversales (L,D) du module de chauffage électrique (2) et du générateur à fioul (1). 3. Chaudière à fioul ou bi-énergie selon la revendication 2, dans laquelle le générateur à fioul (1) comporte une cuve (3) de forme générale cylindrique et d'axe horizontal, caractérisée en ce que la partie de raccordement (19) est disposée suivant le plan médian vertical, contenant l'axe horizontal de ladite cuve (3). 4. Chaudière à fioul ou bi-énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le module de chauffage électrique (2) comporte un caisson (11) de forme générale parallélépipèdique, caractérisée en ce que la tubulure de retour du fluide (14) aboutit dans la partie inférieure du caisson (11) et en ce que la tubulure de départ du fluide (17) aboutit dans la partie supérieure du caisson (11), les extrémités respectives des tubulures de retour (14) et de départ (17) se situant à proximité de deux angles opposés du caisson (11) correspondant aux extrémités d'une même diagonale. 5. Chaudière à fioul ou bi-énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est apte à être utilisée comme chaudière à fioul fonctionnant à basse température, le volume intérieur du caisson supérieur (11) étant utilisé comme chambre de mélange à laquelle aboutissent les tubulures de retour (14) et de départ (17). 6. Chaudière à fioul selon la revendication 5, caractérisée en ce que le caisson supérieur (11), dont le volume intérieur constitue chambre de mélange, est prévu pour recevoir ultérieurement des éléments chauffants électriques, tels que thermoplongeurs (12), pour former un module de chauffage électrique (2) et transformer ainsi la chaudière en chaudière bi-énergie.