Brevet FR2669409A1 — publié le 19920522

CORPS DE CHAUFFE POUR CHAUDIERE, DU TYPE A GAZ, SON PROCEDE DE FABRICATION ET CHAUDIERE INCORPORANT UN TEL CORPS DE CHAUFFE La présente invention concerne Les chaudières fonctionnant à partir de L'énergie du gaz et destinées à assurer La montée en température d'un f Luide ca Loporteur pouvant être uti Lisé à des fins diverses et, p Lus précisément, dans une insta L Lation de chauffage de Locaux et, éventue L Lement, de chauffage de L'eau chaude sanitaire. L'invention vise, p Lus précisément, un nouve L Le structure de corps de chauffe destinée à équiper des chaudières à gaz du type mura L. Pour assumer La fonction de chauffage d'un f Luide ca Loporteur, L'art antérieur a déjà proposé un grand nombre de solutions techniques pour réa Liser des chaudières mura Les fonctionnant à partir de L'énergie gaz. De nombreuses solutions techniques présentent des inconvénients tenant au mauvais rendement de combustion et à un échange thermique insatisfaisant, entre Le foyer de combustion et Le f Luide ca Loporteur. Dans de nombreux cas, également, Les chaudières connues présentent L'inconvénient de provoquer, en certains points au moins de Leur structure, des oxydations conduisant à La détérioration de certains éLéments constitutifs du corps de chauffe De te L Les oxydations naissent, en généra L, d'une hétérogénéité ou mauvaise répartition des températures internes entre deux faces d'un matériau constituant L'interface entre deux circuits de circulation différents, savoir, ce Lui du f Luide ca Loporteur et ce Lui des gaz ou fumées résultant de La combustion. Par ai L Leurs, i L apparaît que La structure de te Ls coprs de chauffe interdit une industrialisation de Leur procédé de fabrication. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant une nouve L Le structure de corps de chauffe susceptible d'équiper une chaudière de chauffage utilisant Le gaz comme combustible. L'objet de L'invention est de proposer un corps de chauffe permettant L'obtention d'un bon rendement de transformation de L'énergie uti Lisée et L'absence de corrosion des divers éLéments Le constituant et responsables de L'échange thermique entre Le circuit de gaz ou fumées et Le circuit de circulation du f Luide ca Loporteur. Un autre objet de L'invention est d'offrir une nouve L Le structure de corps de chauffe permettant une industrialisation de son procédé de fabrication. Pour atteindre Les buts ci-dessus, Le corps de chauffe se Lon L'invention comporte un foyer destiné à recevoir un brûLeur à gaz, une chambre de chauffage, un circuit de circulation des gaz et fumées, un circuit de circulation du f Luide ca Loporteur et un échangeur de cha Leur entre ces deux circuits, caractérisé en ce que L'échangeur est constitué sous La forme d'un corps porteur comportant une viro Le contenant une série de tubes échangeurs fixés, par Leur pied, sur Le foyer et, par Leur sommet, sur La chambre en La traversant, Les tubes échangeurs s'ouvrant à L'intérieur du foyer et à L'extérieur de La chambre, et en ce que La chambre et Le foyer sont montés, respectivement, à L'une des extrémités de La viro Le. Un autre but de L'invention est de proposer un procédé de fabrication pour réa Liser un corps de chauffe susceptible d'équiper une chaudière du type à gaz. Se Lon L'invention, Le procédé de fabrication comprend Les étapes suivantes: adapter une viro Le, par L'une de ses extrémités, sur un foyer pourvu d'orifices, positionner, à L'intérieur de chaque orifice ménagé dans Le foyer, un pied d'un tube échangeur communiquant avec Le foyer et traversant le volume interne de la virole pour déboucher hors de cette dernière, monter une demi-coquille inférieure sur L'autre extrémité de la virole, adapter une demi-coquille supérieure sur la demi-coquille inférieure pour délimiter une chambre communiquant avec le volume interne de la virole et positionner, à l'intérieur de chaque passage ménagé dans la demi-coquille supérieure, le sommet d'un tube échangeur traversant la chambre pour communiquer avec l'extérieur de la chambre, et assembler les tubes à la demi-coquille supérieure et au foyer pour assurer un prémontage du corps de chauffe. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig 1 est une coupe-éLévation montrant une forme de réalisation d'un corps de chauffe conforme à l'invention. La fig 2 est une vue latérale prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig 1. La fig 3 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon la ligne III-III de la fig 2. La fig 4 est une vue en coupe éclatée montrant la fabrication d'un corps de chauffe conforme à l'invention. Les fig 4 A, 4 B, 4 C sont des détails caractéristiques illustrant le principe de construction du corps de chauffe conforme à la fig 4. La fig 5 est une vue, analogue à la fig 1, montrant un corps de chauffe équipé d'un serpentin pour la production d'eau chaude sanitaire. La fig 6 est une vue en élévation frontale d'une chaudière en partie équipée de ses éLéments constitutifs. La fig 7 est une vue en élévation latérale prise sensiblement selon les lignes VII-VII de la fig 6. La fig 8 est une vue de dessus prise sensiblement selon les lignes VIII-VIII de la fig 6. La fig 9 est une vue en coupe d'un détail caractéristique illustré à la fig 6. Les fig 1 à 3 illustrent un exemple de réalisation d'un corps de chauffe destiné à équiper une chaudière de chauffage utilisant le gaz comme combustible Le corps de chauffe selon l'invention comporte un échangeur de chaleur 1 constitué sous la forme d'un corps porteur comprenant une série de tubes échangeurs 2, formant un barillet et montés à l'intérieur d'une virole 3 présentant, par exemple, une section droite transversale circulaire. De préférence, les tubes 2 périphériques sont montés à proximité de la virole pour laisser subsister, avec la paroi de cette dernière, un intervale de faible largeur dont la fonction apparaîtra plus précisément dans la suite de la description (fig 2) Les tubes échangeurs 2 s'étendent sensiblement parallèlement entre eux en étant espacés les uns des autres et sont fixés, par leur pied 21, sur un foyer de combustion 4 et, par leur sommet 22, sur une chambre de mélange 5 en la traversant La virole 3 est fixée, par son extrémité basse 31 sur le foyer 4, tandis que son extrémité haute 32 porte la chambre 5. Les tubes échangeurs 2, par exemple au nombre de vingt- deux, s'ouvrent donc à l'intérieur du foyer 4 et à l'extérieur de la chambre 5, tout en traversant la virole 3 et la chambre 5 de part en part Les tubes 2 constituent donc un circuit de circulation des gaz et fumées, représentés par les flèches f, provenant du foyer 4 et s'élevant à travers les tubes pour être évacués à l'extérieur de la chambre 5 vers une boîte collectrice non représentée Les parois des tubes 2 constituent des capacités d'échange avec un circuit de circulation d'un fluide caloporteur destiné à être contenu dans le volume interne V de la virole 3 et du volume interne V 1 de la chambre 5. Tel que cela ressort plus précisément de la fig 2, la chambre 5 est, avantageusement, déportée par rapport à L'axe de symétrie S de la virole 3 permettant de ménager ou de délimiter, en dessous de la chambre 5 et en relation de la virole 3, un compartiment ou un logement 6, représenté en trait interrompu et adapté pour recevoir divers organes fonctionnels constitutifs de la chaudière de chauffage. De préférence, le foyer de combustion 4 est constitué d'un support ou d'une enveloppe 8 délimitant, intérieurement, un volume pour recevoir un brûLeur non représenté, du type à gaz. L'enveloppe 8 s'étend, en relation de distance d'une coiffe 9 de forme sensiblement complémentaire à l'enveloppe, pour définir entre elles une capacité lamellaire V 2 communiquant avec le volume interne V de la virole 3 L'enveloppe 8 est donc destinée à recevoir les pieds 21 des tubes, tandis que la virole 3 est fixée sur la coiffe 9. La capacité lamellaire V 2, le volume interne V de la virole 3 et le volume interne V 1 de la chambre 5, qui communiquent entre eux, représentent ainsi un circuit de circulation d'un fluide caloporteur pouvant être préLevé et ramené par l'intermédiaire de tubulures de raccordement. Dans la variante de réalisation illustrée à la fig 1, la chambre 5 comporte, intérieurement, un prolongement tubulaire 11 de la virole 3 entourant les tubes 2 et laissant subsister, avec la paroi supérieure 51 de la chambre recevant les sommets 22 des tubes, un passage annulaire 12 dont la fonction apparaîtra dans la description qui suit Le prolongement tubulaire 11 est pourvu d'une série d'ouvertures 13 ménagées dans sa partie terminale basse opposée de celle haute délimitant le passage annulaire ( 12). La structure de ce corps de chauffe permet, au moyen d'un brûLeur monté à l'intérieur de l'enveloppe 8, d'assurer la combustion dans le foyer 4 et de faire circuler les gaz dans le sens des f Lèches f à l'intérieur des tubes échangeurs 2 Les gaz et fumées de combustion sont astreints à s'éLever à l'intérieur des tubes en traversant, successivement, la virole 3 et la chambre , avant d'être recueillis dans une boite collectrice. L'enveloppe 8 subit une forte montée en température qui est transmise à la lame de fluide occupant la capacité lamellaire V 2 Cette capacité de fluide monte très vite en température et s'éLève verticalement, selon les f Lèches f 1, le long de la paroi de la virole 3 et du prolongement tubulaire 11 Cette fraction de fluide, qui présente une température éLevée, pénètre, par le passage annulaire 12, à l'intérieur de la chambre 5 Les ouvertures 13 du prolongement 11 assurent, avec une perte de charge, le passage d'une fraction de fluide, du volume V 1 de la chambre 5 vers le volume V de la virole 2 Un tel transfert de fluide, représenté par les f Lèches f 2, provoque une montée rapide en température du fluide du volume V de l'échangeur. Les tubes 2 sont ainsi chauffés par le fluide sur leur face extérieure au circuit de circulation de gaz et fumées, à une température voisine de celle des faces internes soumises aux gaz et fumées Cette disposition permet de supprimer les risques de condensation par hétérogénité des températures sur les deux faces des parois qui forment interface entre le circuit de fluide et le circuit de circulation des gaz et fumées La nouvelle structure du corps de chauffe décrit ci-dessus, qui est réalisé en un matériau métallique, permet de limiter les risques de corrosion dans le temps et d'autoriser un procédé de fabrication industrielle décrit ci-après à titre d'exemple. Tel que cela ressort plus précisément des fig 4 et 4 A à 4 C, la fabrication d'un tel corps de chauffe peut être réalisée en adaptant, sur l'enveloppe 8, la coiffe 9 venant en appui sur un rebord 81 présenté par la partie basse de l'enveloppe 8 (fig 4 A). L'enveloppe 8, qui présente, par exemple, une section droite transversale circulaire, est pourvue de bossages 14 assurant le centrage de la coiffe 9 La virole 3 est adaptée, par son extrémité inférieure 31 sur un rétreint 91 ménagé sur la coiffe 9 (fig 4 B) Les tubes d'échange 2 sont ensuite positionnés à l'intérieur d'orifices 15 ménagés dans la paroi transversale 82 de L'enve Loppe 8 L'extrémité haute 32 de La viro Le 3 est pourvue d'un épau Lement 3 a (fig 4 C) destiné à recevoir une demi-coquil Le inférieure 5 a A cet effet, la demi-coquille 5 a comporte une paroi transversale inférieure 52 pourvue d'une ouverture centrale bordée par un retour annulaire inf Léchi 53 conçu pour venir en appui sur l'épaulement 3 a La demi-coquille 5 a est apte à recevoir, par son bord de jonction 54, une demi-coquille supérieure 5 b pour former la chambre 5 A titre d'exemple, la chambre 5 présente une section droite transversale de section circulaire. Les sommets 22 des tubes sont alors chacun positionnés dans des trous 16 ménagés dans la paroi transversale haute 51 de la demi-coquille 5 b Les tubes 2 sont assemblés à la demi-coquille supérieure 5 b et à l'enveloppe 8, permettant de supporter l'ensemble des pièces constitutives du corps de chauffe. L'assemblage des tubes peut être réalisé en montant des rondelles ou des pastilles fusibles 17, sur les pieds 21 et les sommets 22 des tubes Un tel prémontage du corps de chauffe, dont l'échangeur constitue un corps porteur, permet un prépositionnement des différentes pièces entre elles Bien entendu, les différentes étapes du procédé de fabrication peuvent être réalisées dans un ordre inverse de celui décrit. Il est, ensuite, procédé à la réalisation d'une soudure entre la coiffe 9 et le rebord 81 de l'enveloppe 8, entre l'extrémité inférieure 31 de la viro Le 3 et la coiffe 9, entre la demi-coquille inférieure 5 a et l'épaulement 3 a porté par la virole et entre les bords 54 de jonction des deux demi-coquilles inférieure et supérieure. Le procédé décrit ci-dessus présente l'avantage de permettre une fabrication industrielle du corps de chauffe, dans la mesure o il met en oeuvre des opérations usuelles de fabrication. Bien entendu, le prolongement tubulaire 11 peut être formé directement par la virole 3 ou par un éLément rapporté, comme cela est illustré à la fig 4 Dans ce dernier cas, le prolongement 11 rapporté est monté à l'intérieur de la demi-coquille inférieure 5 a, préalablement à l'adaptation sur cette dernière de la demi-coquille supérieure 5 b Le prolongement 11 est pourvu, par exemple à son extrémité basse, d'un rebord annulaire incurvé 11 a venant en appui sur le retour 53 de la demi-coquille 5 a Par ailleurs, il peut être prévu, comme illustré à la fig 5, de remplacer le prolongement 11, à l'intérieur de la chambre 5, par un serpentin 18 entourant les tubes 2 et dont l'entrée est raccordée à une canalisation d'amenée d'eau froide 19, tandis que la sortie est raccordée à une canalisation 20 de fourniture d'eau chaude instantanée. Tel que cela apparaît plus précisément aux fig 6 à 8, le corps de chauffe conforme à l'invention est destiné à constituer, en partie, une chaudière de chauffage 21 mura L, du type à gaz, dont les parois, non représentées, sont figurées par des traits interrompus sur les dessins Le corps de chauffe est équipé, notamment, d'un vase d'expansion 22 raccordé à la chambre et d'une canalisation de retour 23 d'un circuit de chauffage, sur laquelle est adapté un circulateur 24 Avantageusement, le vase d'expansion 22 et le circulateur 24 sont montés dans le compartiment ou le logement 6, de manière à limiter l'encombrement de la chaudière, tel que cela ressort plus précisément de la fig 7 De préférence, le déport de la chambre 5 est réalisé à l'avant de la chaudière, de manière qu'un tel compartiment 6 se trouve sur la partie frontale de la chaudière permettant l'accès aisé aux différents organes constitutifs de la chaudière Le corps de chauffe est, également, équipé d'un brûLeur B adapté à l'intérieur de l'enveloppe du foyer 4. La canalisation de retour 23 du circuit de chauffe est adaptée, de préférence, sur la partie inférieure de la chambre 5, à savoir sur la paroi transversale 52 de la demi-coquille inférieure Sa sur laquelle est adaptée, également, la canalisation 27 de départ du circuit de chauffage Dans l'exemple illustré, la canalisation 20 de fourniture de l'eau chaude sanitaire instantanée est adaptée sur la paroi transversale 52 ' tandis que la canalisation 19 d'amenée d'eau froide est montée sur la paroi transversale 51 de la demi-coquille supérieure Bien entendu, il est à noter que La production d'eau chaude sanitaire peut être réalisée par La mise en oeuvre, soit d'un serpentin, te L que décrit ci-dessus, soit d'un ballon de stockage intégrant un échangeur. Tel que cela apparait plus précisément aux fig 6 et 9, le raccordement des tubulures à la chambre 5 est réalisé, avantageusement, par l'intermédiaire d'une platine 30, montée à l'intérieur de la chambre 5 et pourvue de taraudages 31 s'étendant chacun en relation d'un trou 32 ménagé dans la paroi 52 de la chambre Chaque trou 32 est destiné à recevoir, extérieurement à la chambre, un raccord fileté 33 destiné à coopérer avec le taraudage 31 correspondant et à recevoir une tubulure de raccordement Un joint d'étanchéité 34 est interposé entre la paroi 52 de la chambre et un raccord fileté. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 Corps de chauffe pour une chaudière de chauffage d'un fluide caloporteur, chaudière du type comportant un foyer ( 4) destiné à recevoir un brûLeur à gaz (B), une chambre de méLange ( 5), un circuit de circulation des gaz et fumées, un circuit de circulation du fluide caloporteur et un échangeur de chaleur ( 1) entre ces deux circuits, caractérisé en ce que: l'échangeur ( 1) est constitué sous la forme d'un corps porteur comportant une virole ( 3) contenant une série de tubes échangeurs ( 2) fixés, par leur pied ( 21) sur le foyer et, par leur sommet ( 22), sur la chambre ( 5) en la traversant, les tubes échangeurs ( 2) s'ouvrant à l'intérieur du foyer ( 4) et à l'extérieur de la chambre ( 5), et en ce que la chambre ( 5) et le foyer ( 4) sont montés, respectivement, à l'une des extrémités de la virole. 2 Corps de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre ( 5) est déportée par rapport à l'axe de symétrie (S) de la virole, pour ménager, en dessous de la chambre et en relation de la virole, un compartiment ( 6) adapté au logement d'organes fonctionnels. 3 Corps de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le foyer de combustion ( 4) est constitué d'une enveloppe ( 8) délimitant intérieurement le volume de réception du brûLeur et d'une coiffe ( 9) s'étendant en relation de distance de l'enveloppe pour définir avec elle une capacité lamellaire (V 2) communiquant avec le volume interne de la virole. 4 Corps de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre ( 5) comporte, intérieurement, un prolongement tubulaire ( 11) de la virole, entourant les tubes échangeurs et laissant subsister, avec la paroi ( 51) de la chambre recevant les sommets des tubes, un passage ( 12) autorisant une circulation de transfert du fluide dans le sens virole-chambre, le prolongement ( 11) comportant aussi des ouvertures ( 13) assurant un transfert du fluide dans le sens chambre-virole. Corps de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre ( 5) comporte, intérieurement, un serpentin ( 18) de circulation d'une eau chaude sanitaire. 6 Corps de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre ( 5) est en relation avec des tubulures de raccordement à au moins un circuit d'utilisation du fluide caloporteur. 7 Corps de chauffe selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre ( 5) comporte, intérieurement, une platine ( 30) de raccordement des tubulures pourvue de taraudages ( 31) s'étendant chacun en relation d'un trou ( 32) ménagé dans les parois de la chambre et destinée à recevoir une tubulure de raccordement venant coopérer avec le taraudage correspondant. 8 Chaudière de chauffage, caractérisée en ce qu'elle comporte: un corps de chauffe conforme à l'une des revendications 1 à 7, un vase d'expansion ( 22) et un circulateur ( 24) logés à l'intérieur du compartiment ( 6) déLimité par le déport de la chambre, et un brûLeur à gaz (B) porté par l'enveloppe du foyer de combustion. 9 Procédé de fabrication d'un corps de chauffe pour une chaudière de chauffage du type à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: adapter une virole ( 3), par l'une de ses extrémités, sur un foyer ( 4) pourvu d'orifices, positionner, à l'intérieur de chaque orifice ménagé dans le foyer, un pied ( 21) d'un tube échangeur ( 2) communiquant avec le foyer ( 4) et traversant le volume interne de la virole pour déboucher hors de cette dernière, monter une demi-coquille inférieure ( 5 a) sur l'autre extrémité de la virole, adapter une demi- coquille supérieure ( 5 b) sur la demi-coquille inférieure pour délimiter une chambre (V 1) communiquant avec le volume interne (V) de la virole et positionner, à l'intérieur de chaque passage ménagé dans la demi-coquille supérieure, le sommet ( 22) d'un tube échangeur traversant la chambre pour communiquer avec l'extérieur de la chambre, et assembler les tubes ( 2) à la demi-coquille supérieure ( 5 b) et au foyer ( 4) pour assurer un prémontage du corps de chauffe. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à: - adapter la virole ( 3) sur une coiffe ( 9) du foyer s'étendant à distance de l'enveloppe ( 8) pour délimiter avec elle une capacité lamellaire (V 2) communiquant avec le volume interne (V) de la virole, et adapter, sur l'enveloppe ( 8), les pieds des tubes échangeurs qui s'ouvrent dans le volume interne de l'enveloppe destiné à recevoir le brûleur. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à: placer la coiffe ( 9) de manière à venir en appui sur un rebord ( 81) ménagé sur la partie basse de l'enveloppe, adapter la virole ( 3) sur un rétreint ( 91) ménagé sur la partie haute de la coiffe, et monter la demi-coquille inférieure ( 5 a) sur un épaulement ( 3 a) prévu à la partie haute de la virole. 12 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste, préalablement au montage de la demi-coquille inférieure sur la demi-coqui L Le supérieure, à monter un prolongement tubulaire ( 11) à l'intérieur de la demi- coquille inférieure, en entourant les tubes d'échange et en délimitant, dans la chambre, un volume interne communiquant, d'une part, directement avec celui de la virole et, d'autre part, avec la chambre, par l'intermédiaire d'un passage ( 12) périphérique subsistant entre le sommet du prolongement et la demi-coquille supérieure. 13 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste, préalablement au montage des deux demi-coquilles, à monter un serpentin ( 18) à l'intérieur de la demi-coquille inférieure. 14 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à assembler les tubes ( 2) à la demi-coquille supérieure ( 5 a) et au foyer ( 4) en montant, sur les pieds et sommets des tubes, des rondelles fusibles ( 17). Procédé selon les revendications 9 et 11, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une soudure entre: la coiffe ( 9) et le rebord ( 81) de l'eveloppe, la virole ( 3) et la partie haute de la coiffe ( 9), la demi-coquille inférieure (Sa) et l'épaulement ( 32) porté par la virole, et les bords ( 52) de jonction des demi-coquilles inférieure et supérieure.