Brevet FR2688298A1 — publié le 19930910

La présente invention concerne un appareil de chauffage â combustible gazeux et en particulier un réchauffeur de fluide à combustible gazeux du type dit catalytique, utile en particulier pour le service de véhicules automobiles lourds. Dans la suite de la présente description, il sera fait reference specifiquement au chauffage par de l'air chaud de la cabine du conducteur de camions mais sans que cela soit pris dans un sens limitatif, du fait qu'il est également possible de prévoir 7e chauffage d'eau et/ou d air ou encore de prevoir -le chauffage d'autres types d'enceintes telles que celles de roulottes, de caravanes, d'embarcations, etc. Il est bien connu et évident que dans ces enceintes l'utilisation d Y appareils de chauffage à flamme libre presente des risques non négligeables pour des raisons évidentes de sécurité, raison pour laquelle, dans le passé, on a déjà proposé des appareils de chauffage ou des générateurs d'air chaud du type catalytique dans lesquels une plaque catalytique disposée à l'intérieur d'une chambre de combustion est alimentée avec un combustible gazeux, en général du propane ou du butane, alors que l'air nécessaire à l'entretien de la combustion est aspirée de l'intérieur de l'enceinte à chauffer. Les fumees chaudes de la combustion sont dirigées de leur côte à travers un échangeur à faisceau de tubes, de préférence à ailettes, lequel corps est soumis à un courant d'air prélevé de l'enceinte à chauffer, air qui retourne donc dans cette enceinte elle-même. De préférence, l'air qui entretient la combustion est aspiré de l'enceinte à chauffer à travers des trous calibrés, alors que les fumées chaudes de la combustion, après leur passage à travers ledit échangeur à faisceau de tubes, sont expulsées directement à l'extérieur. Ainsi, comme on le comprendra facilement, le circuit des fumees de combustion et des gaz combustibles est maintenu avec soin separe de l'enceinte qui doit être chauffée, avantage qui s'ajoute à l'avantage principal de ce type de générateurs d'air chaud, c'est-à-dire le fait que la combustion a lieu en l'absence de flammes. Un autre avantage de ce type de générateurs d air chaud est le fait qu'il est facile de contrôleur la combustion et en particulier le rapport entre gaz combustibles et air comburant, de maniere à éviter que dans les fumées soient presents des produits non brûles qui donneraient naturellement naissance à des problèmes de pollution de l'environnement. La présente invention se propose comme but principal de réaliser un générateur d'air chaud du type considéré ci-dessus dans lequel sont non seulement maintenus mais de préférence augmentés les avantages cités brièvement plus haut, et dans le même temps d'introduire des améliorations des points de vue constructif, de l'installation, du fonctionnement et du rendement thermique. Les generateurs d'air chaud du type catalytique connus jusqu'ici prevoient une enveloppe sensiblement parallélépipèdique dans laquelle le ou les panneaux catalytiques (parfois au nombre de deux et disposés symétriquement à l'intérieur de la a chambre de combustion), sont montes de façon permanente alors que l'échangeur à faisceau de tubes est monte au-dessus ou au-dessous de la chambre de combustion. Deux types de problèmes se posent avec ce type d'appareil, à savoir: a) quand il est necessaire d'effectuer des opérations d'entretien ou de réparation qui intéressent les panneaux catalytiques et/ou l'échangeur, ou s'il y a épuisement d'une partie de la surface catalytique, il est nécessaire de démonter 17ensemble du générateur et de le transférer dans un atelier spécialisé, avec des inconvénients et des ennuis évidents pour l'utilisateur qui est alors privé de l'appareil de chauffage de la cabine du conducteur au moment même ou ce chauffage est indispensable. I1 suffit en fait de penser aux climats nordiques dans lesquels le générateur d'air chaud est utilisé au moins en partie au cours de la journée pendant de nombreux mois de l'année. b) La nécessité de mettre en liaison la chambre de combustion avec une ouverture externe pour les fumees de la combustion est souvent contraire à la disponibilite treks limitée de l'espace intérieur de la cabine du conducteur, en tenant également compte de l'encombrement qui n'est pas sans importance de l'appareil générateur d'air chaud. c) L'air comburant est prélevé de l'enceinte à chauffer, raison pour laquelle, en régime, une partie de la chaleur que cet air possede naturellement est dissipée dans la combustion. Ces problèmes et d'autres sont résolus avec l'appareil de chauffage et générateur d'air chaud selon la presente invention, du type comprenant une chambre de combustion à l'intérieur de laquelle est disposé au moins un panneau catalytique, alimenté avec un combustible gazeux, des moyens d'aspiration d'air comburant aptes à diriger des courants d'air selon une orientation et une distribution désirées contre la surface dudit au moins un panneau catalytique, des moyens d'échange de chaleur dont une premiere surface est léchée par les fumées de la combustion alors que l'autre surface est léchée par l'air à chauffer qui est prélevé de l'enceinte à chauffer, et des moyens d'expulsion vers l'extérieur par rapport à ladite enceinte à chauffer desdites fumées de la combustion en aval desdits moyens d'échange de chaleur, caractérisé par le fait que ladite chambre de combustion est de section transversale circulaire ou polygonale, en étant fermee à ses deux extrémités par des couvercles étanches, un panneau catalytique au moins de section transversale correspondant à celle de ladite e chambre étant monte dans ladite chambre de combustion, muni axialement d'au moins un conduit d'alimentation à distribution axiale d'un combustible gazeux, ladite chambre étant munie sur au moins une partie de sa circonference de plusieurs tubes d'échange de chaleur, des moyens d'alimentation pour la circulation forcée à l'intérieur desdits tubes du fluide à chauffer, des moyens d'aspiration de l'air comburant depuis une source différente de l'enceinte à à chauffer, en communication avec au moins trois tubes disposés axialement dans ladite chambre de combustion parallèlement et de façon symétrique par rapport à son axe longitudinal chaque tube etant muni d'un grand nombre de trous aptes à diriger des jets d'air contre la surface extérieure dudit au moins un panneau catalytique. Dans le mode de réalisation préféré de l'appareil selon la presente invention, aussi bien la chambre de combustion que le panneau catalytique sont de forme cylindrique, et le panneau est monté de façon à pouvoir être extrait à la manière dune cartouche dans ladite chambre de combustion. Toujours conformément audit mode de réalisation préféré, lesdits moyens d'aspiration de l'air comburant consistent en un ventilateur dont la bouche d'aspiration est en communication avec 1 l'atmosphère extérieure par rapport à ladite enceinte à chauffer. Les aspects et avantages particuliers de l'appareil selon la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit du mode de realisation préere, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'appareil de chauffage selon la presente invention; la figure 2 est une vue en coupe de l'appareil selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe de l'appareil selon la ligne III-III de la figure 15 la figure 4 est une vue en coupe de l'appareil selon la ligne IV-IV de la figure 1. En se référant en particulier d'abord à la figure 1, l'appareil selon la présente invention comprend une chambre de combustion désignée dans son ensemble en 10, qui est constituee essentiellement par une enveloppe cylindrique 12 à chaque extrémité de laquelle est appliqué un couvercle de fermeture respectivement antérieur 14 et posterieur 16. Aussi bien le couvercle de fermeture anterieur 14 que le couvercle posterieur 16 sont munis de plusieurs trous, respectivement 18 et 20, disposés de façon sensiblement équidistante sur le pourtour des couvercles 14 et 15 comme on le voit en particulier par les trous 20 du couvercle postérieur 16 aux figures 2 et 3.Dans les trous 18 et 20 à l'exception de trois qui sont disposes à 120 les uns des autres et dont il sera question plus loin sont inserees les extrémités de conduits 22 qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal de l'enveloppe 12. Comme on le voit en particulier à la figure 1, lesdites extrémités des conduits 22 font légèrement saillie à l'extérieur de l'enveloppe 12 apres avoir traversé les couvercles 14 et 16.Toujours en se référant particulièrement à la figure 1 on voit qu'aulx extrémités de l'enveloppe 12, en particulier sur les couvercles de fermeture 14 et 16 sont appliqués d'une manière connue deux chapeaux ou collecteurs respectivement d'admission 24 et d'échappement 26 de l'air qui est introduit dans les conduits 22 de la chambre de combustion 10 pour y être chauffé. Dans le mode de réalisation préféré, les chapeaux ou collecteurs 24 et 26 sont de forme sensiblement cylindrique. L'air à chauffer est alimenté de façon classique au moyen d'un groupe comprenant un ventilateur 28 actionne par un moteur de commande 32, qui sont tous les deux loges dans une enveloppe 30. Cette dernière est prévue pour acheminer l'air, aspiré par le ventilateur 28 à l'extérieur de l'appareil mais toujours de l'intérieur de l'enceinte à chauffer, dans les conduits 22 de la chambre de combustion 10 à travers un trou non montré du collecteur d'admission 24. Cette enveloppe 30 présente en amont du ventilateur 28 un trou de passage non visible à la figure 1, à travers lequel est alimente l'air de chauffage provenant, comme indiqué par la flèche G, d'une prise d'air 34 constituée dans la paroi d'une structure 36 qui contient l'appareil selon l'invention. Comme on le voit toujours en particulier à la figure 1, le collecteur de sortie 26 présente un trou essentiellement central 38 auquel est appliqué un conduit 40 à travers lequel l'air chaud est introduit dans l'enceinte à chauffer, comme indiqué par la fleche F. L'air de combustion est introduit dans la chambre 10 à travers les trois conduits restants qui sont parallèles aux conduits 22 et déphasés de 1200 entre eux comme ceci est explique et précisé dans ce qui suit. L'un desdits conduits, désigné en 42, fait saillie à l'extérieur du collecteur d'admission 24 et est relié à une tubulure 44 à l'intérieur de laquelle est dispose un ventilateur d'aspiration 46 qui achemine l'air dans le conduit 42 en le prélevant, par un conduit qui n'est pas représenté, de l'extérieur de l'enceinte à chauffer. Comme on le voit en particulier à la figure 3, te conduit 42 est relié aux deux conduits restants designes en 48 et 50 au moyen d'un raccord sensiblement en T indique dans son ensemble en 52. Les conduits 42, 48 et 50 sont fermés à l'extrémité qui est a l'oppose de celle de l'admission de l'air de combustion et, comme on le voit en particulier à la figure 4, ceux-ci sont munis sur toute leur longueur d'un grand nombre de petits trous 52, de préférence capillaires, regroupés le long d'arcs de la surface latérale desdits conduits à une distance preetablie. L'ampleur de l'angle au centre de chaque arc a une valeur telle que le flux d'air emis par lesdits conduits à travers les trous 52 et qui est dirigé sur le brûleur catalytique 54 intéresse essentiellement toute sa surface latérale. Comme on le voit en fait clairement sur la représentation schématique de la figure 4, les flux d'air individuels émis par les conduits 42, 48 et 50 sont chacun répartis sur un tiers de la surface laterale du brûleur 54, c'est-à-dire sur une portion correspondant à un angle au centre de 1200. Ce qui a ete exposé jusqu ici se révèle particulièrement intéressant car dans le mode de réalisation préféré le brûleur 54 est de forme essentiellement annulaire et cylindrique. Naturellement, cette forme d'exécution ne doit pas être considérée comme limitative de même que le nombre des conduits qui amènent l'air de combustion. En fait, il serait possible de prevoir un bruleur de forme essentiellement annulaire et prismatique avec un nombre plus faible ou plus important des conduits qui ont été mentionnés plus haut. L'alimentation du gaz combustible vers le bruleur 54 est realisee grâce à un conduit central 56 sensiblement coaxial au brûleur 54, lequel est muni sur la totalite de sa longueur d'un grand nombre de trous 58 répartis uniformément sur son pourtour. Le conduit 56 reçoit le gaz combustible dune source d'alimentation appropriée, telle qu'une bouteille ou similaire non représentée, par l'intermédiaire d'un ci rcuit d ' al i mentat ion comprenant essentiellement un conduit d'alimentation 62 sur lequel sont insérés de manière connue une électrovanne de capacité maximale 64 comprenant un injecteur associé 66 ainsi qu'une electrovanne de capacité minimale 68 avec un injecteur associé 70.L'ensemble décrit jusqu ici est relié à la source d'alimentation au moyen d'un tube 72, par exemple flexible et représenté en partie. Comme on le voit en particulier à la figure 1, l'enveloppe 12 de la chambre de combustion 10 est munie d'une ouverture 72 à partir de laquelle s'étend un conduit 74 pour la decharge des gaz de combustion, et qui est avantageusement relié à l'extérieur de 1 'enceinte à chauffer. Le conduit 74 traverse une paroi 76 qui délimite la prise de l'air à chauffer. Les avantages obtenus par l'utilisation de l'appareil de chauffage selon la présente invention sont évidents, les principaux d'entre eux ayant d'ailleurs été rappelés plus haut, et par exemple la possibilite de démonter et d'enlever rapidement le bruleur catalytique pour des operations d'entretien. Il suffit en fait de demonter le flasque 14 et le raccord 60. Un autre avantage consiste en le prélèvement d'air comburant de l'extérieur de l'enceinte à chauffer. Un autre avantage consiste dans le fait que l'on obtient une temperature à l'intérieur du brûleur qui est plus élevée que celle des appareils de chauffage traditionnels à brûleur plan. Enfin, il est clair que des variantes et/ou des modifications équivalentes sur le plan de la conception et de la structure peuvent être apportes à l'appareil de chauffage selon la presente invention sans pour autant sortir de son champ d'application. REVENDICATIONS 1. - Appareil de chauffage et générateur d'air chaud du type comprenant une chambre de combustion à l'intérieur de laquelle est dispose au moins un panneau catal yti que alimenté avec un combustible gazeux des moyens d'aspiration d'air comburant aptes à diriger des courants d'air selon une orientation et une distribution désirées contre la surface dudit au moins un panneau catalytique, des moyens d'échange de chaleur dont une premiere surface est léchée par les fumées de la combustion alors que l'autre surface est léchée par l'air a chauffer qui est prélevé de l'enceinte à chauffer, et des moyens d'expulsion vers l'extérieur par rapport à ladite enceinte à chauffer desdites fumées de la combustion en aval desdits moyens d'échange de chaleur, caractérisé par le fait que ladite chambre de combustion (10) est de section transversale circulaire ou polygonale, en etant fermée à ses deux extrémités par des couvercles étanches (14, 16), un panneau catalytique (54) au moins de section transversale correspondant à celle de ladite chambre etant monté dans ladite chambre de combustion, muni axialement d'au moins un conduit d'alimentation (56) à distribution axiale d'un combustible gazeux 9 ladite chambre étant munie sur au moins une partie de sa circonférence de plusieurs tubes d'échange de chaleur (22), des moyens d'alimentation (28) pour la circulation forcee à l'intérieur desdits tubes du fluide à chauffer, des moyens d'aspiration (46) de l'air comburant depuis une source différente de l'enceinte à chauffer, en communication avec au moins trois tubes (42, 48, 50) disposés axialement dans ladite chambre de combustion parallèlement et de façon symétrique par rapport à son axe longitudinal, chaque tube étant muni d'un grand nombre de trous (52) aptes à diriger des jets d'air contre la surface extérieure dudit au moins un panneau catalytique (54). 2. - Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que parmi lesdits au moins trois conduits d'alimentation d'air comburant (42, 48, 50), l'un au moins est en communication avec l'extérieur de l'enceinte à chauffer, les autres étant raccordés en circuit ferme au conduit susmentionne. 3. - Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les trous de distribution d'air comburant (52) sur ledit panneau catalytique sont regroupes sur chaque conduit d'alimentation d'air comburant le long d'arcs de la surface latérale dudit conduit d'ai imentation. 4. - Appareil de chauffage selon la revendication 3, caractérise par le fait que les arcs sur lesquels sont regroupés les trous de distribution de l'air comburant sur ledit panneau catalytique s'étendent sur une distance pour laquelle l'angle au centre a une valeur telle que le flux d'air émis par lesdits conduits intéresse essentiellement toute la surface latérale dudit panneau. 5. - Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit panneau catalytique est agence de manière à pouvoir être démonté de la chambre de combustion.