Brevet FR2733583A1 — publié le 19961031

CIlAUDIERE AVEC ELEMENTS ECHANGEURS A DEBIT THERMOREGULE Les chaudières à fluide caloporteur et à combustible liquide, solide, gazeux ou électrique sont généralement constituées de deux parties distinctes: - Le brûleur ou foyer, dont la fonction est de produire une flamme à partir d'un combustible, - Le corps échangeur, dont la fonction est de permettre l'échange thermique entre la flamme et les gaz de combustion avec le fluide caloporteur (souvent de l'eau) à chauffer, et ce par l'intermédiaire d'une paroi conductrice de forme variable selon les types d'échangeurs. Cette forme est généralement complexe afin de fournir une grande surface d'échange dans un volume réduit. Parmi les types de chaudiéres existant actuellement, on connaît particulièrement: - Le corps de chauffe constitué de plusieurs éléments échangeurs serrés les uns contre les autres (c'est le cas généralement des chaudiéres à éléments de fonte), c'est à dire où l'eau circule de l'un à l'autre élément. Ils nécessitent des dispositifs de répartition du débit de fluide, généralement un tube de répartition interne. la technique du foyer borgne induit que le premier élément échangeur "voit" tous les gaz de combustion passer à leur température maximale, I'élément suivant tous les gaz à une température plus faible (effectivement, il y a eu échange avec le premier élément) et ainsi de suite, les gaz descendant en température progressivement au passage des différents éléments échangeurs, jusqu'à sortie du corps de chauffe vers la cheminée. Une solution pour répondre à cette disparité de capacité d'échange thermique a été de répartir les débits de fluide caloporteur grâce à un tube de répartition interne (I'élément le plus sollicité a un débit plus important qu'un des autres moins sollicité). Cette répartition se traduit par des ouvertures calibrées (pour un débit donné) plus ou moins importantes, réparties sur la longueur. Cette répartition n'est malheureusement pas constante du fait des variations de débit dans le circuit caloporteur (présence de vannes 3 ou 4 voies motorisées en régulation). D'autre part, les corps échangeurs de chaudière sont de plus en plus conçus pour permettre une utilisation en très basse température , configuration économe en énergie. Cette conception permet, avec des retours et départ de chauffage très bas, d'éviter les phénomènes de condensation des gaz de combustion sur les parois du foyer et ainsi d'atténuer les risques de corrosion. Différents systèmes existent pour le fonctionnement en très basse température: - Démarrage de la pompe de circulation chauffage dès que la température du foyer a atteint une température de consigne (en fait, I'eau ne circule pas dans l'échangeur tant que la température dans celui-ci est trop froide), - Conception du corps de chauffe avec circuit interne en thermosiphon, - Présence d'un clapet thermostatique dans le corps de chauffe (en général dans les corps de chauffe unique en acier ou fonte), - Echange thermique fonction du contact entre parois qui se dilatent,etc... La présente invention permet, quelle que soit la géométrie de l'échangeur (parcours des gaz et parcours hydraulique), du mode de foyer (borgne, ouvert) et de la régulation sur l'installation, de permettre un échange thermique optimum et homogène sur le ou les éléments échangeurs du corps de chauffe. Cela se traduit par une régulation du débit interne propre à chaque élément échangeur ou circuit équipé d'un clapet thermostatique. Les figures 2 et 5 représentent un mode de construction avantageux de cette chaudière, la géométrie figurée n'étant pas limitative. La figure I représente la chaudière en coupe, Les figures 2 et 5 représentent la chaudière avec les éléments échangeurs (1). La figure 3 représente une insertion du clapet thermostatique dans l'élément échangeur (1). La figure 4 représente l'adjonction d'un ballon d'eau chaude sanitaire (23). La chaudière est placée sur le circuit du fluide caloporteur. Une pompe de circulation permet d'irriguer le circuit. Au démarrage de l'installation, le fluide caloporteur est froid. Le thermostat demande la montée en température du fluide en autorisant la mise en fonctionnement du brûleur. Le ou les clapets thermostatique (11) à régulation autonome sont fermés, car la température du fluide dans l'élément échangeur concerné est inférieure à la consigne d'ouverture préprogrammée du clapet thermostatique (11). Dès que le fluide caloporteur, sous l'influence du brûleur, atteint la température de consigne d'ouverture des clapets (11), le fluide, sous la pression de la pompe de circulation, commence donc à circuler dans la chaudière et irrigue progressivement, et non forcément simultanément, les éléments échangeurs (1). Il s'avère donc que le débit de fluide caloporteur débutera dans l'élément échangeur où l'échange thermique aura été le plus rapide ! (dans ce cas, les clapets ont tous la même consigne d'ouverture). Au fur et à mesure que la température augmente dans les différents échangeurs (1), chacun des clapets (II) s'ouvre et permet ainsi un débit adapté à l'échange thermique local dans tous les éléments échangeurs (1) équipés dudit clapet thermostatique (11). Une variante est de pouvoir donner une échelle de priorité d'échange aux éléments échangeurs en les équipant de clapets thermostatiques avec des consignes différentes (par exemple, I'un s'ouvre à 60 C, un autre à 65 oC, etc...). Le clapet thermostatique (11) vient se positionner dans l'ouverture (10) de l'élément échangeur et est maintenu en place grâce à un dispositif de centrage (12), ergot ou trou dans la paroi intérieure de l'élément échangeur (fig. 3.1). Le flexible (ou écrou) vient buter sur le clapet et le maintien en place. On remarque par ailleurs la possibilité d'avoir un élément (nid) échangeur (le dernier si possible sur le parcours des fumées) non muni de ce clapet thermostatique (11). Cette configuration permet de maintenir une circulation minimale sur l'installation et évite la détérioration du circulateur. De même, cela permet de faire fonctionner le dernier échangeur (nid) en mode condenseur si les retours de chauffage sont inférieurs au point de rosée, condensats (fig. 5 et 6) récupérés dans le réceptacle (20) et évacués en (19). Il s'avère que la température de départ de la chaudière évoluera dans une gamme étendue de température, de la température de retour circuit chauffage à la température moyenne pondérée clapets thermostatiques (11) ouverts. Une autre possibilité est d'avoir tous les éléments échangeurs du corps de chauffe équipés du clapet thermostatique et d'avoir, entre les collecteurs retour (3) et départ (4) une conduite (26) flexible ou non, (ce bipasse est compris dans la construction de la chaudière). Ce schéma permet le fonctionnement en très basse température. A l'opposé, si aucun des éléments échangeurs n'a de clapet thermostatique, il est possible de condenser sur tous les éléments pour peu que la température du fluide soit suffisamment basse (et que la chaudière soit équipé d'une enveloppe (20) de recueil des condensats). Une autre configuration permet d'avoir des éléments échangeurs traditionnels (fig. 5), reliés entre eux par des niples (13) qui assurent la liaison hydraulique de l'un à l'autre des éléments (1). Un clapet thermostatique (11) peut être inséré dans une des niples (13), de préférence sur le parcours de départ et permet ainsi la temporisation en irrigation des éléments concernés. Ces schémas de constructions diffèrent du schéma classique des chaudières dîtes très basse température actuelles en acier, car ces dernières ont un échange thermique direct entre le circuit primaire et secondaire en interne avec un circuit primaire qui assure l'échange thermique avec la flamme du brûleur sur la totalité de la longueur du foyer. Les retours et départs chaudière possèdent des robinets d'isolement (16) et (17) qui permettent de pratiquer une vidange (18) de la chaudière sans avoir à vidanger toute l'installation Les robinets (16) et (17j ont leur utilité lors de prévention contre le gel. En effet, sur le collecteur départ de la chaudière se trouve une ouverture (15) sur laquelle est fixée, de manière démontable, un bouchon (ou un purgeur d'air automatique). Actuellement, lorsque l'on veut insérer dans le circuit un additif (antigel par exemple), il est bien souvent nécessaire de vidanger l'installation et d'introduire (dans les chaudières actuelles), d'une manière souvent peu pratique, I'additif qui se diluera avec l'eau déjà présente dans le circuit. Avec cette ouverture (15) en point haut de la chaudière (sur le collecteur ou sur l'élément luimême), il suffit de fermer les deux robinets (16 et 17) et de vidanger la chaudière par le robinet (18). Lorsque la chaudière est vide, on ouvre le bouchon (15) et introduisons l'additif par l'ouverture, liquide qui se retrouvera donc dans le collecteur bas (3) par gravité, via les éléments échangeurs (1). Après fermeture de (15), on ouvre le robinet d'isolement (16) placé au point le plus bas (le retour en général), la chaudière se remplie de bas en haut par pression résiduelle de l'eau du circuit chauffage (I'air s'échappe par le purgeur automatique) et évite ainsi la fuite d'air dans les canalisations et la purge des radiateurs qui s'ensuit généralement.Le robinet d'isolement (17) sur le point haut de la chaudière (départ) est réouvert, la circulation dans la chaudière reprend son cycle normal, un appoint d'eau général peut être effectué si nécessaire. Il est également possible, du fait de l'isolement de la chaudière par les robinets (16 et 17) de remplir en complément par l'ouverture (15) (bouchon enlevé) le corps de chauffe, I'eau descendant dans le collecteur bas (3). Il peut y avoir sur le collecteur haut (4) ou sur l'élément lui-même un thermocontact (14) de sécurité au droit des départs des éléments échangeurs (1), dans l'éventualité d'une défaillance de l'élément thermodéformable. Un débit de fuite existe afin d'éviter la formation de poche d'air dans l'élément. Une autre caractéristique de cette chaudière est d'avoir des isolant(2) en extrémité de parcours amovibles, et non solidaire d'un quelconque élément de la construction. Cette solution permet le changement rapide de l'isolant (2) lorsqu'il est détérioré. C'est en serrant les tirants (5) que les parties (6) et (7) (ou l'enveloppe) viennent presser les isolants (2), et assurer ainsi l'étanchéité du circuit fumées (on remarque que les tirants (5) peuvent supporter les éléments (1) par des accroches (10)). Ces isolants (2) peuvent êtres simplement supportés par les tirants (5) situés en partie basse (fig.4.1) Cette chaudière à la particularité, en dehors de ses multiples agencement de construction, de pouvoir recevoir (fig.4) un ballon d'eau chaude sanitaire (23) placé au dessus du corps de chauffe, sans reposer sur celui-ci. En effet, un mode de construction avantageux (fig.4), par pose de la chaudière sur la base de deux montants (24) équerres (montants verticaux qui peuvent être télescopiques) permet d'accrocher un ballon (23) mural (standard ou non) sur ces derniers (25). Cette particularité permet de fixer, au dessus de la chaudière et non au mur, un ballon d'eau chaude sanitaire électrique (ou biénergie), ce qui concours à un gain de place en chaufferie et une standardisation du produit. Ces équerres permettent le maintien de la plaque de fond (7) et, par emboîtement d'un tube (25) (carré de préférence) le support du ballon d'eau chaude sanitaire (23). Cela permet donc simple le rajout d'un ballon. REVENDICATIONS I - Chaudière à circulation de fluide et à carburant liquide, gazeux, solide ou énergie électrique et telle que le corps de chauffe est constitué par juxtaposition de plusieurs éléments échangeurs, et caractérisée en ce que l'un au moins de ces éléments échangeur (1) comporte un clapet (11) thermostatique. 2 - Chaudière selon la revendication 1 et telle que le corps de chauffe est constitué par plusieurs éléments échangeurs assemblés par nipples, et caractérisée en ce que l'une au moins de ces nipples (13) comporte un clapet (11) thermostatique. 3 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisée en ce que au moins un élément échangeur possède un dispositif de centrage de l'élément thermostatique (11), dispositif réalisé par cavité ou ergot (12) sur la paroi intérieure de l'élément échangeur. 4 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisée en ce que chaque sortie d'élément.échangeur équipé d'un clapet thermostatique (11) peut être contrôlée par un contact à température de sécurité (14). 5 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, possédant une isolation thermique entre le corps de chauffe et les parois extrêmes et caractérisée en ce que cet isolant (5) est amovible et non solidaire d'un quelconque élément de construction de la chaudière. 6 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisée en ce qu'elle peut recevoir deux montants (24) équerres qui permettent le soutien d'un ballon (23) d'eau chaude sanitaire, bases des montants (24) sur lesquels la chaudière (Ic) est posée. 7 - Chaudière selon la revendication 6 et caractérisée en ce que les montants (25) supports du ballon peuvent être rapportés par emboîtement ou fixation sur les équerres (24) supports existantes. 8 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisée en ce que le collecteur départ possède une ouverture obturable sur sa partie supérieure permettant le remplissage par le dessus du corps de chauffe. 9 - Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisée en ce que l'un au moins des éléments échangeurs possède une ouverture (15) obturable sur sa partie supérieure permettant le remplissage par le dessus du corps de chauffe.