Brevet FR2922002A1 — publié le 20090410

L'invention concerne une chaudière à tubes de fumées. Une telle chaudière est notamment utilisée afin de réaliser un chauffage collectif ou de produire de l'eau chaude sanitaire. De manière classique, une chaudière à tubes de fumées comporte une chambre de combustion ainsi qu'un réservoir contenant du fluide caloporteur, la chambre de combustion étant équipée d'une plaque tubulaire formant support pour les tubes de fumées, la plaque tubulaire étant disposée sensiblement horizontalement. La chaudière est généralement reliée à un réseau, soit de chauffage, soit d'eau chaude sanitaire, le fluide stocké dans le réservoir étant renouvelé par une circulation de fluide au travers du réseau précité. Une telle circulation de fluide est donc dépendante des besoins et ajustée classiquement par une vanne trois voies. Lorsque les besoins sont réduits, la circulation de fluide à l'intérieur 15 du réservoir est alors faible, ce qui peut engendrer des phénomènes de surchauffe. Afin de limiter un tel phénomène, il est connu d'utiliser un thermostat permettant de réguler, en fonction des besoins, le fonctionnement de la chaudière. Toutefois, l'utilisation d'un thermostat est peu efficace pour 20 des installations collectives pour lesquelles les besoins varient fortement, et assurent généralement à la fois la production d'eau à haute température, destinée à l'eau chaude sanitaire, et la production d'eau à basse température, destinée au chauffage. La plaque tubulaire étant essentiellement horizontale, les vitesses 25 de circulation du fluide, générées par convection naturelle, sont très faibles. Il s'en suit une faible efficacité du refroidissement de cette partie dans la chambre de combustion, et donc une surchauffe de celle-ci. Outre un risque d'ébullition, le phénomène de surchauffe engendre une dilatation thermique locale excessive et néfaste pour la durée de vie de la 30 chaudière, ainsi qu'un risque d'entartrage de la plaque tubulaire. La couche de calcaire ainsi formée étant également isolante, le phénomène précité s'amplifie et accélère la dégradation de la chaudière. Afin de pallier à ces inconvénients, il est connu de relier le réservoir à un volume de fluide additionnel, plus précisément à une bouteille de 35 découplage hydraulique, par l'intermédiaire d'une pompe supplémentaire. Une telle solution présente un coût important et peut engendrer une diminution des performances de la chaudière, car la circulation permanente d'eau à température élevée empêche, par exemple, la récupération de la chaleur latente de condensation des gaz de combustion. L'invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une chaudière à tubes de fumées permettant d'éviter les phénomènes de surchauffe précités, tout en conservant un rendement optimal de la chaudière. A cet effet, l'invention concerne une chaudière du type précité, caractérisée en ce que la chaudière comporte une conduite de recyclage équipée d'une pompe, comprenant une entrée permettant de prélever du fluide contenu dans le réservoir et une sortie formant une buse permettant d'injecter sous la plaque tubulaire le fluide prélevé. De cette manière, la conduite de recyclage permet de limiter l'apparition d'un phénomène de surchauffe, sans nécessiter de chauffer un 15 volume de fluide additionnel. En outre, dans le cas où le fluide en contact avec la plaque tubulaire est tout de même porté à ébullition, le gaz stocké sous cette plaque tubulaire est éjecté par le flux de fluide provenant de la buse, empêchant ainsi la formation d'une couche isolante. 20 Selon une caractéristique de l'invention, la chaudière comporte un élément de brassage qui, traversé par le fluide issu de la buse et disposé entre la buse et la plaque tubulaire, est destiné à brasser le fluide injecté. L'élément de brassage permet d'augmenter les échanges entre la plaque tubulaire et le fluide issu de la buse, de manière à réduire le plus 25 efficacement possible la température de la plaque tubulaire. Avantageusement, l'élément de brassage comporte, dans le sens d'écoulement du fluide injecté par la buse, une portion convergente puis une portion divergente. L'élément de brassage permet donc également d'augmenter la 30 vitesse du fluide qui le traverse, ce qui favorise d'autant le refroidissement de la plaque tubulaire. Selon une possibilité de l'invention, l'élément de brassage est de forme générale tubulaire. Préférentiellement, la buse est disposée à proximité de la plaque 35 tubulaire, préférentiellement à une distance comprise entre 5 et 15 fois le diamètre de passage de la buse, préférentiellement, entre 80 et 150 mm. Selon une caractéristique de l'invention, la plaque tubulaire présente la forme générale d'un disque, la zone centrale de la plaque n'étant pas raccordée à un tube de fumée, la buse étant disposée sous la zone centrale de la plaque tubulaire. Avantageusement, la chaudière présente une forme générale allongée, la chaudière étant disposée verticalement, la chambre de combustion étant ménagée en partie supérieure de la chaudière, le réservoir comportant une partie supérieure entourant la chambre de combustion et une partie inférieure disposée sous celle-ci, la plaque tubulaire formant une paroi de fond de la chambre de combustion, les tubes s'étendant verticalement vers le bas à partir de la plaque tubulaire. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme de réalisation de cette chaudière. Figure 1 en est vue schématique en coupe longitudinale, la chaudière étant raccordée à un réseau de chauffage. Comme cela est représenté à la figure 1, la chaudière 1 présente une forme générale cylindrique d'axe A. La chaudière 1 est orientée verticalement, celle-ci comportant, en partie supérieure, une chambre de combustion 2 entourée par un réservoir 3. Plus précisément, le réservoir 3 est de forme générale cylindrique et comporte une partie annulaire supérieure 4 entourant la chambre de combustion 2 et une partie inférieure 5, disposée sous la chambre de combustion 2. Le réservoir 3 permet de stocker de l'eau en tant que fluide caloporteur. La chambre de combustion 2 comporte une paroi latérale cylindrique 6 et une paroi de fond formée par une plaque tubulaire 7. La chambre de combustion 2 est refermée par une porte 8 munie d'un isolant réfractaire et équipée d'un brûleur 9. Des tubes de fumées 10 sont montés sur la plaque tubulaire 7 et soudés à celle-ci au niveau d'une extrémité, les tubes 10 s'étendant verticalement vers le bas, comme cela est connu en soi. Ainsi, en fonctionnement, les fumées issues de la chambre de combustion 2 sont amenés dans les tubes de fumées 10 et échange de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir 3, par l'intermédiaire des parois latérales des tubes 10. Les fumées se refroidissent ainsi progressivement et se condensent en partie basses des tubes 10. La plaque tubulaire 7 présente une forme générale de disque, la zone centrale 11 de la plaque tubulaire 7 étant dépourvue de tube 10. Le réservoir 3 comporte en outre une entrée et une sortie de fluide 12, 13, raccordées à un réseau de chauffage. Plus précisément, la sortie de fluide 13 est disposée en partie supérieure 4 et est raccordée à une entrée d'une vanne trois voies 14, une sortie de la vanne trois voies étant raccordée à une conduite de dérivation 15 reliée à l'entrée de fluide 12 disposée en partie basse 5 du réservoir 3, une autre sortie de la vanne trois voies 14 étant raccordée au réseau de chauffage proprement dit, par l'intermédiaire d'une pompe 16. Le réseau de chauffage est composé d'une pluralité de récepteurs, tels que des radiateurs 17. Le fluide traversant le réseau de chauffage est retourné au réservoir 3 par l'intermédiaire de l'entrée de fluide 12. De plus, la chaudière 1 est équipée d'une conduite de recyclage 18 équipée d'une pompe 19, comprenant une entrée 20 disposée en partie supérieure 4 du réservoir 3 et permettant de prélever du fluide à haute température (de l'ordre de 80°C) contenu dans la partie supérieure 4, et une sortie formant une buse 21 permettant d'injecter sous la plaque tubulaire 7 le fluide prélevé. Plus précisément, la buse 21 est orientée selon l'axe A, sous la zone centrale 11 de la plaque tubulaire 7, à proximité de celle-ci, préférentiellement à une distance entre 5 et 15 fois le diamètre de passage de la buse. Préférentiellement, le diamètre de passage, c'est-à-dire le diamètre intérieur de la buse, est de l'ordre de 13 mm, la buse étant située à une distance comprise entre 80 et 150 mm de la plaque tubulaire. La chaudière selon l'invention comporte en outre un élément de brassage 22, traversé par le fluide issu de la buse 21 et disposé entre la buse 21 et la plaque tubulaire 7. L'élément de brassage 22 est de forme générale tubulaire et présente, dans le sens d'écoulement du fluide injecté par la buse, une portion convergente 23 puis une portion divergente 24. Une telle chaudière 1 permet de conserver une bonne stratification des couches de température de l'eau, ce qui augmente les performances à la condensation des fumées en partie basse des tubes 10, malgré le fait que l'eau injectée sous la plaque tubulaire 7 soit de l'ordre de 80°C. De plus, le rétrécissement de section au niveau de la buse 21 permet d'augmenter les vitesses d'injection de l'eau. Associé à l'élément de brassage 22, cette vitesse permet d'entraîner le volume d'eau environnant par un effet d'induction, et d'augmenter d'environ 150% le débit d'eau atteignant la plaque tubulaire, de manière à éviter le phénomène de surchauffe précité. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cette chaudière, décrite ci-dessus à titre d'exemple, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Chaudière (1) à tubes de fumées (10) comportant une chambre de combustion (2) ainsi qu'un réservoir (3) contenant du fluide caloporteur, la chambre de combustion (2) étant équipée d'une plaque tubulaire (7) formant support pour les tubes de fumées (10), la plaque tubulaire (7) étant disposée sensiblement horizontalement, caractérisée en ce que la chaudière (1) comporte une conduite de recyclage (18) équipée d'une pompe (19), comprenant une entrée (20) permettant de prélever du fluide contenu dans le réservoir (3) et une sortie formant une buse (21) permettant d'injecter sous la plaque tubulaire (7) le fluide prélevé. 2. Chaudière (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément de brassage (22) qui, traversé par le fluide issu de la buse (21) et disposé entre la buse (21) et la plaque tubulaire (7), est destiné à brasser le fluide injecté. 3. Chaudière (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de brassage (22) comporte, dans le sens d'écoulement du fluide injecté par la buse (21), une portion convergente (23) puis une portion divergente (24). 4. Chaudière (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que 25 l'élément de brassage (22) est de forme générale tubulaire. 5. Chaudière (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la buse (21) est disposée à proximité de la plaque tubulaire (7), préférentiellement à une distance comprise entre 5 et 15 fois le diamètre de 30 passage de la buse, préférentiellement, entre 80 et 150 mm. 6. Chaudière (1) selon l'un des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque tubulaire (7) présente la forme générale d'un disque, la zone centrale (11) de la plaque (7) n'étant pas raccordée à un tube de fumée (10), la 35 buse (21) étant disposée sous la zone centrale (11) de la plaque tubulaire (7). 7. Chaudière (1) selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle présente une forme générale allongée, la chaudière (1) étant disposée verticalement, la chambre de combustion (2) étant ménagée en partie supérieure de la chaudière (1), le réservoir (3) comportant une partie supérieure (4) entourant la chambre de combustion (2) et une partie inférieure (5) disposée sous celle-ci, la plaque tubulaire (7) formant une paroi de fond de la chambre de combustion (2), les tubes (10) s'étendant verticalement vers le bas à partir de la plaque tubulaire (7).