Brevet FR2762075A1 — publié le 19981016

La présente invention se rapporte & une chaudière avec injection d'eau de retour dans le corps de chauffe. Les installations actuelles de chauffage central par fluide caloporteur fonctionnent majoritairement & plus faible température que les anciennes. Cet état est la conséquence de plusieurs facteurs. D'abord les pertes liées à la distribution sont directement proportionnelles à la température du fluide caloporteur. Pour diminuer les pertes, il convient d'opérer à plus faible température. Ensuite, l'isolation des habitations permet de fonctionner à plus faible température tout en gardant une impression de confort. Finalement, la mise en place et l'utilisation plus fréquente du chauffage par le sol a modifié la conception des installations et leur niveau de fonctionnement en ce qui concerne les températures du fluide caloporteur. Cette demande a amené les constructeurs de chaudières à modifier leur produit pour le rendre compatible et résistant pour ce mode de fonctionnement à des températures d'eau de retour plus faibles, se situant généralement entre 25 C et 40 C. Ces températures refroidissent les parois de la chambre de combustion et il arrive que des produits de combustion se condensent sur les parois du foyer de la chaudière entraînant une accélération de la corrosion du corps de chauffe. La présente invention a pour but de limiter ces condensations tout en permettant un abaissement sensible des températures d'eau de retour et ceci en induisant à l'intérieur de chaque échangeur et autour du foyer un courant tournant d'homogénéisation avec l'eau en cours de réchauffage. Ainsi, l'eau en contact avec les parois du foyer se trouve à une température plus élevée que celle entrant dans la chaudière en provenance du circuit de retour. A cet effet, l'invention se rapporte à une chaudière dont le corps de chauffe présente en partie supérieure une sortie d'eau chaude constituant le départ pour le circuit de chauffage et à sa partie inférieure une entrée d'eau & plus faible température pour le retour de l'eau du circuit de chauffage caractérisée en ce que l'on prévoit un tube longitudinal creux d'injection se développant sur la totalité de la longueur du corps de chauffe à partir de l'orifice de retour du corps de chauffe jusqu'au niveau de l'extrémité opposée de ce corps de chauffe, ledit tube recevant l'eau de retour présente d'une part une extrémité arrière obturée et une extrémité avant montée sur l'orifice de retour et d'autre part une pluralité de buses d'injection dirigées d'un même côté pour engendrer un courant tournant destiné à mélanger et à homogénéiser l'eau de retour entrante à une faible température avec l'eau ambiante déjà ou en cours de réchauffage. L'absence de corrosion et la possibilité d'un fonctionnement sans perte de fiabilité à des températures d'eau de retour plus faibles constituent les principaux avantages de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins qui représentent: la figure 1, une vue en coupe d'un échangeur asymétrique d'un corps de chauffe d'une chaudière sectionnable, les flèches montrant la circulation de l'eau à l'intérieur de l'échangeur; 35. la figure 2, une vue en coupe d'un échangeur symétrique d'un corps de chauffe d'une chaudière sectionnable, les flèches montrant la circulation de l'eau & l'intérieur de l'échangeur; la figure 3, une vue agrandie de la zone d'injection dans le cas de l'échangeur asymétrique; la figure 4, une vue agrandie de la zone d'injection dans le cas de l'échangeur symétrique; la figure 5, une coupe schématique en long d'un corps de chauffe sectionnable d'une chaudière équipée des moyens d'injection selon l'invention; la figure 6, une coupe schématique en long d'un corps de chauffe monobloc d'une chaudière équipée des moyens d'injection selon l'invention. L'invention procède de l'idée générale inventive qui consiste à créer une circulation d'eau dissymétrique dans la chaudière pour ramener une partie de l'eau chaude du haut vers le bas qui vient se mélanger à l'eau de retour. Cette fonction générale est obtenue en injectant l'eau de retour dans une direction convenable au pied de chaque élément échangeur. L'invention s'applique principalement mais non exclusivement aux chaudières sectionnables, c'est- à-dire à celles comprenant un corps de chauffe 1 formé d'éléments échangeurs de chaleur tels que 2, 3, 4, 5, 6 dont un élément échangeur de façade avant 2 et un élément échangeur de façade arrière 6, par exemple en fonte, assemblés les uns aux autres en juxtaposition longitudinale au moyen de liaisons hydrauliques 7 utilisant des pièces de jonction appelées nipples telles que 8. Le corps de chauffe présente classiquement, une sortie d'eau chaude 9 appelée départ à l'orifice haut du dernier élément échangeur 6 et une entrée d'eau froide 10 appelée retour à l'orifice bas du même dernier élément échangeur 6. La sortie 9 et l'entrée 10 sont reliées hydrauliquement à un circuit de distribution d'eau chauffée par une source de chaleur brûlant un combustible dans un foyer 11. Sous certaines conditions, l'eau de retour de l'installation peut provoquer la formation dans l'élément échangeur arrière d'une zone de condensation au niveau de l'injection de l'eau de retour et au niveau du foyer. Il est connu que cette zone de condensation provoque une corrosion qui conduit à une réduction notable de la durée de vie du dernier élément échangeur et, partant de tout le corps de chauffe de la chaudière. Or, il s'avère souhaitable et intéressant, pour toutes les raisons indiquées ci-dessus, d'opérer avec des températures d'eau de retour les plus faibles possibles. La présente invention permet pour une chaudière formée d'une pluralité d'éléments échangeurs, et plus généralement pour un corps de chauffe quelconque 12, d'accepter des températures d'eau de retour particulièrement basses situées par exemple entre 400C et 250C, c'est-à-dire d'utiliser l'eau à des températures de retour direct des circuits de chauffage par radiateurs, mais aussi de retour direct des serpentins ou structures de chauffage par le sol qui fonctionnent à des températures faibles car destinées à établir une température ambiante de base peu élevée. On décrira ci-après une forme de réalisation de l'invention en référence aux figures des dessins. Il est bien entendu que la portée de l'invention s'étend notamment à des chaudières à corps de chauffe 12 non sectionnable tel que représenté sur la figure 6. On monte dans le canal représenté par l'alignement des passages inférieurs des éléments échangeurs un tube longitudinal creux injecteur- distributeur 13 qui s'étend sur l'ensemble de la longueur du corps de chauffe 12. Ce tube injecteur- distributeur 13 est de section suffisamment inférieure à celle des orifices bas tels que 14,15 des éléments échangeurs pour permettre une bonne circulation de l'eau de part et d'autre de ceux-ci. Le tube injecteur- distributeur 13 prend naissance au niveau de l'orifice bas du dernier échangeur recevant sur l'entrée 10 le raccordement du circuit de retour. Il comporte, par exemple à ce niveau, un évasement ou une bride ou tout autre moyen permettant à son extrémité 16 d'occuper toute la section de ce raccordement et donc de recevoir tout le flux du liquide de retour. Le tube injecteur- distributeur 13 est obturé à son autre extrémité 17 opposée à son entrée dans le corps de chauffe de la chaudière. Ce tube injecteur-distributeur 13 comporte au droit de chaque chambre inférieure 18 de chaque échangeur délimitée par les orifices inférieurs 14 et au moins une buse de sortie telle que 19 située sur le même coté de l'élément échangeur, par exemple le côté droit sur les figures 1 et 2. Ces buses sont prévues pour injecter et diffuser l'eau de retour à la base même de chacun des éléments échangeurs. Ces buses sont orientées de préférence de façon à diriger le jet d'injection selon la direction générale du canal ou des canaux montant(s) tels que 20 délimité(s) par les parois immédiatement adjacentes aux orifices 14 et 15. Les sections de sortie des buses sont déterminées en fonction de la puissance de la chaudière, du nombre d'éléments échangeurs et des températures d'eau de retour et de départ. Le tube injecteur-distributeur 13 forme une véritable rampe d'injection par laquelle arrive, de préférence, la totalité de l'eau de retour. Selon le type et la géométrie des échangeurs, la conformation intérieure de cette partie inférieure diffère. On a représenté sur les figures 1 et 2 deux variantes de base d'éléments échangeurs, d'une part asymétriques, et d'autre part symétriques. Il s'agit d'abord d'échangeurs dissymétriques tels que 21 à zone d'étranglement 22 (figures 1 et 3), c'est-à-dire ceux dont la conformation intérieure présente au droit des orifices un canal montant dont le volume intérieur présente un étranglement 23 par le rapprochement des parois. Cette conformation provient également de sa forme générale extérieure. On choisira de préférence le volume le long duquel se propage naturellement le flux montant. Il s'agit dans le cas de ce type d'élément échangeur du volume montant définissant le canal 20 situé à droite sur les figures 1 et 3. Comme indiqué, ce volume présente pour des impératifs mécaniques et de fonderie un étranglement 23 constituant la conformation adaptée pour réaliser les conditions d'un effet Venturi. La ou les buses 19 est ou sont dirigée(s) de façon à être centrée(s) par rapport à ces formes pour bénéficier de l'effet Venturi, c'est-à- dire dans la zone médiane du canal montant 20 à l'intérieur de l'élément échangeur. Il en résulte une accélération locale de la vitesse de l'eau et un appel consécutif d'eau favorisant la circulation de l'eau dans le sens des flèches. En raison du mouvement tournant de l'eau ainsi généré au sein de chaque élément échangeur, l'eau chaude du haut de l'élément échangeur est entraînée vers le bas par une dépression d'appel. Ce mouvement, indiqué par des flèches sur les figures 1 et 3, présente une certaine force permettant à l'homogénéisation de se faire rapidement. L'eau froide de retour ne se trouve plus en contact direct avec les parois adjacentes car injectée au centre du canal montant 20 débouchant en partie basse de chaque élément échangeur mais mélangée rapidement avec de l'eau déjà chaude. On comprend l'intérêt de l'invention qui évite aux parois proches de l'entrée d'eau de retour d'être soumises à une température favorisant la condensation et donc la corrosion de la zone adjacente de la paroi extérieure de l'échangeur. La durée de vie de l'échangeur est ainsi augmentée et on peut sans crainte faire fonctionner l'installation à des températures de retour plus basses et donc améliorer ses performances. Il peut s'agir également d'échangeurs dits symétriques 24 (figures 2 et 4) selon lesquels il existe deux canaux identiques de part et d'autre des orifices bas d'un même élément échangeur. Dans ce cas, on créera la circulation d'eau dissymétrique par une buse d'injection dirigée montante vers le canal montant adjacent du même côté de l'échangeur, par exemple la partie de droite comme représenté sur les figures 2 et 4. L'injection unilatérale engendre un mouvement tournant de l'eau représenté par les flèches sur les figures 2 et 4 et un effet d'homogénéisation permettant à l'eau froide de se mélanger rapidement à l'eau ambiante et de se réchauffer suffisamment pour éviter les inconvénients précités. En cas de besoin, pour augmenter encore l'effet d'homogénéisation, on pourra prévoir au voisinage de chaque buse une deuxième buse légèrement décalée en orientation par rapport à la première. Comme représenté sur la figure 6, la présente invention s'applique également aux chaudières de forme de corps de chauffe 12 différente, par exemple celles en acier. Pour ces chaudières, le corps de chauffe 12 n'est plus formé par la juxtaposition d'éléments échangeurs successifs mais par un volume intérieur libre ou divisé par des parois intermédiaires totales ou partielles. L'injection ponctuelle d'eau de retour par un tube intérieur bas équipé de buses formant une rampe d'injection permet également d'obtenir pour ces chaudières une dépression suffisante pour l'effet recherché à savoir la création d'un courant tournant. Pour ce type de chaudières tous les avantages énoncés ci-dessus sont également conservés. REVENDICATIONS 1. Chaudière dont le corps de chauffe présente en partie supérieure une sortie d'eau chaude constituant le départ pour le circuit de chauffage et à sa partie inférieure une entrée d'eau à plus faible température pour le retour de l'eau du circuit de chauffage caractérisée en ce que l'on prévoit un tube longitudinal creux d'injection (13) se développant sur la totalité de la longueur du corps de chauffe à partir de l'orifice de retour du corps de chauffe jusqu'au niveau de l'extrémité opposée de ce corps de chauffe, ledit tube qui reçoit l'eau de retour présentant d'une part une extrémité arrière obturée et une extrémité avant montée sur l'orifice de retour et d'autre part une pluralité de buses d'injection dirigées d'un même côté pour engendrer un courant tournant destiné à mélanger et à homogénéiser l'eau de retour entrante à une faible température avec l'eau ambiante déjà ou en cours de réchauffage. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que toute l'eau de retour arrive dans le corps de chauffe par l'intermédiaire du tube d'injection (13) 3. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube d'injection comporte au niveau de chaque buse une deuxième buse dirigée dans une direction légèrement différente. 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de chauffe est formé d'éléments échangeurs assemblés en juxtaposition longitudinale présentant en partie supérieure arrière un départ d'eau chaude et en partie inférieure arrière un retour d'eau froide à l'une des extrémités du corps de chauffe, chaque élément échangeur présentant des orifices inférieurs de sortie délimitant entre eux une chambre inférieure ouverte, les éléments échangeurs étant traversés en partie basse par le tube d'injection. 5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément échangeur est dissymétrique. 6. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en que l'élément échangeur est dissymétrique et à étranglement situé dans le canal montant adjacent aux orifices bas. 7. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément échangeur est symétrique. 8. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le tube d'injection (13) traverse chaque chambre inférieure ouverte (18) située entre deux orifices inférieurs (14) et (15) de chaque échangeur. 9. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le tube d'injection présente au droit de chaque chambre inférieure (18) une buse d'injection (19). 10. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la buse d'injection que présente le tube d'injection est dirigée selon une zone médiane du canal montant adjacent. 11. Chaudière selon l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisée en ce que le corps de chauffe de la chaudière est monobloc et en ce que le tube d'injection longe la partie médiane inférieure. 12. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le corps de chauffe présente des cloisonnements intérieurs délimitant des chambres partiellement ouvertes et en ce que au moins une buse est présente au droit de chaque chambre.