Brevet FR2751735A1 — publié le 19980130

La présente invention concerne une chaudière de chauffage central à brûleur fioul. Plus précisément, ce type de chaudière est équipé d'un brûleur fioul à gazéification au niveau duquel on gazéifie et on enflamme le fioul à I'aide d'un point chaud. Aujourd'hui, il est connu des chaudières d'un premier type à pulvérisation dans lesquelles on atomise mécaniquement le fioul au travers d'un gicleur, puis on l'enflamme à l'aide d'un allumeur à étincelles. Si ces chaudières sont performantes sur le plan thermique et automatique, en effet elle ne requiert aucune intervention manuelle de l'utilisateur une fois la mise en service effectuée; en revanche elles présentent l'inconvénient d'être relativement bruyante notamment dans certains cas de mauvaises associations: brûleurs - chaudières - conduits de fumée. De plus, elle ne dispose en général que d'une seule allure de fonctionnement, supérieure à 15 kW. Contrairement à cela, il est connu des chaudières d'un deuxième type, c'est-à-dire comportant un brûleur à gazéification; celles-ci présentent l'avantage d'être très silencieuses et permettent de moduler la puissance jusqu'à 5 kW. L'invention se rapporte à ce deuxième type de chaudière comportant un brûleur à gazéification. Néanmoins, et cela malgré l'avantage précité de ce type de chaudière, celles existantes présentent un certain nombre d'inconvénients, à savoir: - fonctionnement manuel ou automatisé peu fiable, - performance thermique faible, -nécessité d'un entretien fréquent et mise en service délicate, - rapport encombrement/puissance beaucoup trop élevé. En fait, le problème posé consiste à réaliser une chaudière comportant un brûleur à gazéification conservant les qualités précitées propres à son principe tout en supprimant les inconvénients énumérés ci-dessus. 2 2751735 En conséquence, la réflexion a porté en particulier sur les points suivants: - performance grâce à un faible excès d'air et une combustion propre, - automatisme complet et sûr, - absence d'encrassement, - rapport dimension/puissance faible, - accessibilité aux sous-ensembles nécessitant d'être entretenus, - mise en service simplifiée. La présente invention permet d'atteindre ces objectifs et concerne à cet effet une chaudière de chauffage central alimentée en fioul domestique, comportant: - un brûleur à gazéification, - une chambre de combustion des gaz, - un corps de chauffe équipé d'un échangeur dans lequel est apte à circuler un fluide caloporteur, - un collecteur de fumée situé en aval de l'échangeur et raccordé à un conduit d'évacuation des fumées, caractérisée en ce que ses différents éléments constitutifs sont disposés selon un empilement dont l'axe est sensiblement vertical, et surmontés par le collecteur de fumée. Une telle disposition est particulièrement bien adaptée au développement de la flamme du brûleur à gazéification. De plus, selon une autre caractéristique de l'invention, les surfaces et enveloppes du brûleur, de la chambre de combustion et du corps de chauffe sont cylindriques et coaxiales, ce qui leur permet d'être particulièrement bien adapté à la forme de la flamme du brûleur tout en ne créant pas de déséquilibre des flux grâce à cette disposition symétrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le collecteur de fumée est constitué par un corps creux en communication d'une part avec le 3 2751735 corps de chauffe et d'autre part avec le conduit d'évacuation, et d'un couvercle amovible destiné à coopérer de manière étanche avec une ouverture d'extrémité supérieure dudit corps creux. Ces différentes caractéristiques conduisent à l'obtention d'une chaudière comportant les avantages suivants: - assemblage corps de chauffe - chambre de combustion et couvercle, par simple emboîtement sans outil, par le haut, - grand volume de chambre de combustion bien adapté à la combustion de fioul par gazéification, - chambre de combustion borgne permettant un temps de séjour prolongé des gaz de combustion en zone " haute température ", - corps de chauffe en acier pourvu d'ailettes: - centrage de la chambre de combustion, - densité d'échanges élevée, - facilité de ramonage. La présente invention concerne les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique représente schématiquement en coupe axiale une chaudière de chauffage central à brûleur fioul selon l'invention. Le repère 1, représenté sur la figure 1, désigne dans son ensemble une chaudière alimentée en fioul domestique du type comportant: un brûleur à gazéification 2, - une chambre 3 de combustion des gaz, - un corps de chauffe 4 entourant ladite chambre 3 et comprenant un échangeur 5 dans lequel est apte à circuler un fluide caloporteur 6, 4 2751735 - un collecteur de fumée 7, situé en aval de l'échangeur 5 et raccordé à un conduit d'évacuation 8 des fumées. Le fluide caloporteur 6 est en contact thermique avec les gaz chauds issus de la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire de la paroi de l'échangeur 5 et des ailettes 14 qui y sont rapportées, celles-ci étant interposées entre la chambre de combustion 3 et l'échangeur 5. Le conduit d'évacuation 8 peut lui-même être solidaire d'un conduit vertical 9 situé sur le dessus de la chaudière ou d'un conduit horizontal situé à l'arrière de la chaudière. Avantageusement selon l'invention, les différents éléments constitutifs de la chaudière sont disposés selon un empilement dont l'axe xx' est sensiblement vertical, et surmontés par le collecteur de fumée 7. En fait, on notera que globalement la chaudière 1 est constituée de: - un premier étage I constitué par le brûleur à gazéification 2 auquel est associé un dispositif d'alimentation en fioul 11 et un ventilateur 12 destiné à pulser de l'air dans la cuve inférieure 13 renfermant le brûleur 2. - un second étage Il comprenant essentiellement la chambre de combustion 3 entourée du corps de chauffe 4. - un troisième étage III qui est constitué essentiellement par le collecteur de fumée 7. Plus précisément, le collecteur de fumée 7 est constitué par un corps creux 15 en communication d'une part, avec le corps de chauffe 4 et, d'autre part, avec le conduit d'évacuation 8 et par un couvercle amovible 16 destiné à coopérer de manière étanche avec une ouverture d'extrémité supérieure dudit corps creux 15. Selon l'exemple de réalisation préférentielle représentée à la figure 1, le couvercle amovible 16 est constitué par un élément monobloc à deux étages A et B, dont l'un A, supérieur assure la fermeture étanche de I'ouverture d'extrémité du corps creux 15 du collecteur 7, et l'autre B, inférieur assure de manière simultanée, la fermeture étanche de la chambre de 2751735 combustion 3 dans sa partie haute. De cette manière, les gaz chauds G issus de la chambre de combustion 3 sont dirigés de manière forcée et dans leur totalité vers la partie inférieure ouverte de ladite chambre 3 qui est en communication avec la partie basse du corps de chauffe 4. Ainsi, les gaz chauds, dirigés de bas en haut comme le simule les flèches à ce niveau, viennent en contact thermique avec les ailettes 14 de l'échangeur 5 et chauffent conséquemment le fluide caloporteur 6. Selon un mode de réalisation avantageux du couvercle 16, les deux étages A et B sont constitués par deux plateaux concentriques, superposés et reliés axialement par au moins une entretoise 17, pour déterminer entre eux un espace " e " de libre circulation des fumées F, en provenance de la chambre de combustion 3, au travers des ailettes 14, en vue de leur évacuation. En l'occurrence, les plateaux A et B sont espacés par trois entretoises 17 disposées à 120 par rapport à l'axe du couvercle. Les plateaux concentriques formant les deux étages A et B du couvercle 16 du collecteur 7 sont circulaires. Chacun d'eux comporte respectivement un bord tombé périphérique 18 et 19 apte à coopérer de manière étanche respectivement avec une partie correspondante 20 de l'ouverture de l'extrémité supérieure du collecteur de fumée 7 et avec une partie correspondante 21 de la partie haute de la chambre de combustion 3, située dans un plan inférieur. Préférentiellement, le plateau inférieur B du couvercle 16 destiné à obturer la partie haute de la chambre de combustion 3 est revêtu d'un matériau réfractaire 24 dirigé vers ladite chambre. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est important de noter que le couvercle 16 assure la fermeture simultanée du collecteur de fumée 8 et de la chambre de combustion 3, comme il vient d'être évoqué, par la seule force de gravité. En fait, le poids dudit couvercle 16 est prédéterminé de 6 2751735 manière à ce qu'il assure également une fonction de soupape antidéflagration agissant par soulèvement au-delà d'une surpression donnée, régnant dans la chambre de combustion 3. Selon une autre caractéristique de l'invention, le couvercle 16 comprend des moyens d'observation de l'intérieur de la chambre de combustion 3 qui sont constitués par un oeilleton externe 22, surmontant un tube 23 de liaison centrale des deux plateaux A et B formant ledit couvercle 16 et, débouchant dans ladite de chambre de combustion 3. Préférentiellement, les surface et enveloppe du brûleur 2, de la chambre de combustion 3 et du corps de chauffe 4 sont cylindriques et coaxiales. Le montage du brûleur monobloc équipé de ses dispositifs d'allumage automatique, alimentation en fioul, ventilateur, chambre de préchauffage et d'équilibrage d'air, brûleur, est effectué en tiroir sur le corps de chauffe pour permettre un démontage et un remontage rapides. De plus, un arrimage vertical par système de tirant (non représenté) garantit l'étanchéité de la liaison brûleur-corps de chauffe. La liaison brûleur-corps de chauffe, par chambre humide 25, assure l'absorption du rayonnement des flammes dans le foyer et la protection des structures et composants situés sous le foyer contre les hautes températures. Ce choix est notamment motivé par l'utilisation d'une chambre de combustion " borgne " qui renvoie vers le brûleur des effluents très chauds. Il sera également préféré un brûleur à deux allures, maxi et mini. Ceci permet d'obtenir une automatisation simple permettant de limiter le nombre et la durée des phases de transition correspondant aux changements de puissance pendant lesquels les performances thermiques du brûleur sont moins bonnes. L'allure maxi permet de disposer d'une réserve de puissance utilisée exceptionnellement lors des grands froids ou de la mise en régime d'une maison. Elle constitue une sécurité garantissant la couverture des 7 2751735 besoins même exceptionnels. L'allure mini correspond au régime normal d'utilisation de la chaudière, elle garantit un rendement d'exploitation exceptionnel (rendement instantané très élevé) et, une forte réduction des émissions de polluants. La mise en place d'un tel brûleur s'effectuera par sa translation sur des rails réalisés sous le corps de chauffe, puis par la mise en place de tirants permettant un arrimage vertical du brûleur sur ledit corps de chauffe. Ledit brûleur constitue en fait un caisson dans lequel on retrouve le ventilateur, le distributeur, un allumeur (résistance chauffante) plus son transformateur. Un tel brûleur étant connu en soi, il ne sera pas décrit plus en détail. Le fonctionnement de la chaudière qui vient d'être décrite est le suivant. La cuve 13 renfermant le fioul étant à l'arrêt, et donc froide, on alimente au maximum le ventilateur pour un débit maximum et on prévoit une quantité de fioul mini, I'allumage et la gazéification du fioul s'effectuant par une résistance chauffante. On maintient ensuite l'allumage avec un ventilateur au maxi et une quantité de fioul mini, jusqu'au réchauffage de la cuve. Lorsqu'une température normale de régime de fonctionnement est ensuite obtenue, on alimente le ventilateur au maxi en maintenant une quantité de fioul maxi également. Un régime de transition peut être obtenu avec une ventilation maxi et une quantité de fioul mini, de manière temporisée. Une allure réduite peut à l'inverse être obtenue avec une vitesse du ventilateur mini et une quantité de fioul mini également. Il est à noter que lorsque l'on arrête la chaudière, il est imposé au ventilateur un régime maxi, jusqu'à obtenir le refroidissement complet de la cuve 13. REVENDICATIONS 1. Chaudière de chauffage central (1) alimentée en fioul domestique, comportant: - un brûleur à gazéification (2) - une chambre (3) de combustion des gaz, - un corps de chauffe (4) entourant ladite chambre et équipé d'un échangeur (5) dans lequel est apte à circuler un fluide caloporteur (6), - un collecteur de fumée (7), situé en aval de l'échangeur (5), et raccordé à un conduit d'évaluation (8) des fumées, caractérisée en ce que ses différents éléments constitutifs sont disposés selon un empilement dont 1' axe XX' est sensiblement vertical, et surmontés par ledit collecteur de fumée (7). 2. Chaudière selon la revendication 1, dans laquelle le collecteur de fumée (7) est constitué par un corps creux (15) en communication, d'une part, avec le corps de chauffe (4), et d'autre part, avec le conduit d'évacuation (8), et par un couvercle amovible (16), destiné à coopérer de manière étanche avec une ouverture d'extrémité supérieure dudit corps creux (15). 3. Chaudière selon la revendication 2, dans laquelle le couvercle amovible (16) est un élément monobloc à deux étages A et B dont l'un A supérieur assure la fermeture étanche de l'ouverture d'extrémité du corps creux (15) du collecteur (7), et l'autre B inférieur assure, de manière simultanée, la fermeture étanche de la chambre de combustion (3) dans sa partie haute. 4. Chaudière selon la revendication 3, dans laquelle les deux étages A et B du couvercle (16) sont constitués par deux plateaux concentriques superposés et reliés axialement par au moins une entretoise (17) pour déterminer entre eux un espace " e " de libre circulation des fumées F en provenance de la chambre de combustion (3) et transitant par le corps de chauffe (4), en vue de leur évacuation. 5. Chaudière selon la revendication 4, dans laquelle les plateaux A et B sont espacés par trois entretoises disposées à 120 par rapport à l'axe du couvercle. 6. Chaudière selon l'une des revendications 4 ou 5 dans laquelle les plateaux concentriques formant les deux étages A et B du couvercle (16) du collecteur (7) sont circulaires, chacun d'eux comportant respectivement un bord tombé périphérique (18 et 19) apte à coopérer de manière étanche avec une partie correspondante (20) de l'ouverture d'extrémité supérieure du collecteur de fumée et avec une partie correspondante (21) de la partie haute de la chambre de combustion (3) située dans un plan inférieur. 7. Chaudière selon l'une des revendications 3 à 6 dans laquelle le plateau inférieur B du couvercle (16) destiné à obturer la partie haute de la chambre de combustion (3) est revêtu d'un matériau réfractaire (22) dirigé vers ladite chambre (3). 8. Chaudière selon l'une des revendications 3 à 7 dans laquelle le couvercle (16) assure la fermeture simultanée du collecteur de fumée (7) et de la chambre de combustion (3) par sa seule force de gravité, le poids dudit couvercle étant prédéterminé de manière à ce qu'il assure également une fonction de soupape antidéflagration agissant par soulèvement au-delà d'une surpression donnée régnant dans la chambre de combustion (3). 9. Chaudière selon l'une des revendications 3 à 8 dans laquelle le couvercle (16) comprend un moyen d'observation de l'intérieur de la chambre de combustion (3) qui est constitué par un oeilleton externe (22) surmontant un tube (23) de liaison centrale des deux plateaux A et B formant ledit couvercle (16) et débouchant dans ladite chambre de combustion (3). 10. Chaudière selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les surfaces et enveloppes du brûleur (2), de la chambre de combustion (3) et du corps de chauffe (4) sont cylindriques et coaxiales.