Brevet FR2666873A1 — publié le 19920320

La présente invention se rapporte à une chaudière améliorée en fonte du type par éléments comportant au moins un élément intermédiaire échangeur de chaleur renforcé présentant des surfaces supplémentaires d'échange. Plus particulièrement, les surfaces supplémentaires d'échange de chaque élément intermédiaire échangeur renforcé traversent la chambre de combustion. L'invention concerne aussi un tel élément intermédiaire échangeur de chaleur renforcé pour chaudières en fonte de moyenne et grande puissance dans le domaine du chauffage domestique, collectif et semi- industriel. Les chaudières visées par l'invention sont constituées d'une succession horizontale d'éléments échangeurs assemblés entre eux par juxtaposition horizontale à l'aide de tirants et de nipples. Pour des raisons de construction, de taille et de rendement ou de performances des éléments échangeurs, la longueur de la chambre de combustion de telles chaudières augmente rapidement à partir d'une certaine puissance Cette augmentation est si rapide que la chambre de combustion devient vite notablement plus longue que la flamme ou dépasse les longueurs normalisées. Dans ces conditions, les chaudières ne fonctionnent pas dans des conditions optimales et présentent des longueurs prohibitives peu compatibles avec la recherche actuelle de compacité pour les chaufferies. Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation de l'élément échangeur intermédiaire renforcé équipant la chaudière selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale selon la ligne II II de la figure 1 d'une telle chaudière montrant l'emplacement des éléments échangeurs intermédiaires et la circulation des gaz et fumées de combustion. De nombreux avantages découlent de la présente invention tels que ceux mentionnés ci-après: à puissance égale, elle permet de diminuer notablement le poids et le prix de revient final par un gain substantiel en matière, une réduction du temps de montage et un coût plus faible de transport; la réduction de dimension des carneaux permet de diminuer la hauteur totale; on peut augmenter la puissance totale de la chaudière tout en gardant son même encombrement en longueur; la courbure inverse des bras d'eau permet de dégager des sections de passage suffisantes à un bon échange thermique dans le haut de la chambre de combustion et apporte une meilleure tenue aux dilatations et aux chocs thermiques. On se reportera d'abord à la figure 2 qui montre le principe de constitution de la chaudière améliorée selon l'invention. Ladite chaudière est formée de façon classique d'un élément de façade avant 1 sur lequel est monté un brûleur 2, par exemple à air soufflé, d'un élément de façade arrière 3 et d'éléments échangeurs intermédiaires simples tels que 4 ou renforcés 5, l'ensemble étant assemblé par des nipples et des tirants horizontaux. Les éléments échangeurs 4 et 5 présentent en partie supérieure des carneaux tels que 6, à picots ou à ailettes, disposés symétriquement en plusieurs étages horizontaux. On distingue un premier groupe 7 le long duquel les gaz et fumées de combustion sont évacués vers l'avant de la chaudière, selon un parcours horizontal aller A, par un compartiment de renvoi 8 de la façade arrière, puis évacués vers l'arrière, selon un parcours horizontal retour B, le long d'un deuxième groupe 9 de plusieurs étages de carneaux par un collecteur 10 de façade avant. Les éléments échangeurs 4 et 5 présentent dans leur deuxième demi-partie un passage de flamme, respectivement 11 et 12, entièrement libre pour les premiers ou occupé par des éléments supplémentaires d'échange dont il sera question ci-après pour les seconds. Le brûleur projette une flamme 13 qui se développe le long d'une chambre de combustion 14. formée par la succession des passages de flammes 11 et 12 des différents échangeurs intermédiaires simples puis renforcés délimitant une première partie 15 puis une deuxième partie 16. La caractéristique originale de cette chaudière se situe au niveau des éléments intermédiaires renforcés 5 dont l'un est représenté en détail sur la figure 1 Ces éléments intermédiaires renforcés sont constitués de telle sorte qu'après assemblage, la deuxième partie 16 de la chambre de combustion 14 se trouve équipée de surfaces d'échange supplémentaires, formées par exemple par la présence d'un groupe de canaux d'eau supplémentaires traversant le passage de flamme et communiquant avec l'enveloppe 17 de circulation d'eau entourant ladite chambre de combustion. Il s'agit de canaux sous la forme d'au moins deux bras d'eau 18 et 19 symétriques réunis entre eux en partie centrale supérieure Ils communiquent avec l'enveloppe 17 de circulation d'eau, d'une part en partie centrale supérieure de la chambre de combustion 14, et d'autre part sur les parties latérales inférieures de ladite chambre Afin d'améliorer l'échange, les surfaces extérieures des parois des bras d'eau 18 et 19 sont pourvues de façon classique de picots ou d'ailettes 20 favorisant l'échange thermique. Ces bras d'eau 18 et 19 délimitent dans la section du passage de flamme de chaque élément intermédiaire renforcé 5 des secteurs adjacents à section en contours curvilignes et à forme générale triangulaire et oblongue, tels qu'un secteur principal inférieur 21 et adjacents supérieurs 22 et 23 Ces secteurs constituent par juxtaposition des éléments échangeurs intermédiaires renforcés trois canaux aérauliques distincts 24, 25 et 26 le long desquels est projetée, divisée et évacuée la projection aéraulique de la flamme. Ces bras d'eau 18 et 19 concourent à un double résultat: augmenter sensiblement les surfaces d'échange d'une part et diminuer corrélativement la longueur de la chambre de combustion 14 pour rendre, à puissance égale, la chaudière notablement plus compacte. Comme on peut le remarquer sur la figure 1, la concavité de ces bras d'eau est dirigée vers le haut, contrairement aux enseignements de la technique antérieure et aux habitudes professionnelles qui recherchaient et recommandaient l'adoption d'une concavité inverse Celle-ci correspondait à deux buts principaux: d'une part favoriser le tirage thermique de l'eau et d'autre part dégager le plus possible la chambre de combustion qui devait impérativement rester un espace entièrement ouvert sans aucun élément transversal. Après assemblage de la chaudière, la chambre de combustion 14 se compose de la première partie classique 15 en espace entièrement ouvert et de la seconde partie 16 partiellement obturée transversalement par la succession des bras d'eau 18 et 19 des échangeurs renforcés 5 juxtaposés. Les gaz chauds et fumées reviennent vers l'avant de la chaudière le long des carneaux A et sont dirigés vers la sortie des gaz et fumées de combustion en partie haute de la façade arrière 3 par les carneaux supérieurs B disposés sur plusieurs étages horizontaux. Bien entendu, il est possible de modifier la forme et le nombre des bras d'eau 18 et 19 en restant dans le même esprit inventif, afin d'obtenir une meilleure adaptation à la puissance et à la longueur imposée de la chaudière. Il est bien entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Chaudière du type chaudière en fonte par éléments, constituée d'éléments échangeurs d'extrémité et intermédiaires formant après assemblage une chambre de combustion ( 14), des carneaux I, II pour le parcours des gaz chauds et fumées, des canaux de circulation d'eau enveloppant la chambre de combustion et les carneaux, caractérisée en ce que la chambre de combustion ( 14) est traversée, sur une partie au moins de sa longueur, par une pluralité de bras d'eau apportant des surfaces d'échange supplémentaires. 2 Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la chambre de combustion comporte deux bras d'eau ( 18), ( 19). 3 Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la concavité des bras d'eau est dirigée vers le haut. 4 Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisée en ce que les bras d'eau ( 18), ( 19) communiquent avec l'enveloppe ( 17) d'une part en partie centrale supérieure de la chambre ( 14), et d'autre part sur les parois latérales inférieures de ladite chambre. 5 Elément intermédiaire pour la réalisation de la chaudière selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, dans la cavité prévue pour la chambre de combustion ( 14), des surfaces d'échange supplémentaires. 6 Elément intermédiaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les surfaces d'échange supplémentaires sont constituées par les parois des bras d'eau ( 18 et ( 19) en communication avec l'enveloppe d'eau ( 17) entourant la chambre de combustion ( 14). 7 Elément intermédiaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les bras d'eau sont au nombre de deux. 8 Elément intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la concavité des bras d'eau est dirigée vers le haut. 9 Elément intermédiaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux bras sont réunis entre eux et symétriques, et communiquent avec l'enveloppe d'eau ( 17) d'une part en partie centrale supérieure de la chambre ( 14), d'autre part sur les parties latérales inférieures de la chambre. 10 Elément intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les surfaces supplémentaires et les parois des bras d'eau sont équipés de picots d'échangeurs ou d'ailettes.