Brevet FR2929376A1 — publié le 20091002

Les combustibles fossiles, liquides ou gazeux, devenant de plus en plus précieux, les fabricants de chaudières, destinées au chauffage pour l'habitat et l'industrie, sont contraints à des efforts accrus en vue d'améliorer le ren- dement de leurs modèles. La présente invention propose une chaudière dont la structure optimise les rendements de combustion et d'échange thermique, sans présenter des coûts de fabrication excessifs, par rapport aux chaudières classiques, qu'elles soient à lames d'eau ou à faisceau tubulaire. Sa réalisation est possible, soit en acier soudé, soit en fonte assemblée par éléments. La chaudière proposée est constituée d'un corps (1), de forme cylindrique à génératrice horizontale, tel que repré- senté Fig. 1. Elle peut être de forme similaire en étan-; de section ovale, polygonale ou rectangulaire aux angles :ventuellement arrondis. Ledit corps (1) comporte un fond (2) vertical, qui est percé à sa partie supérieure d'un orifice circulaire, pro- longé à l'extérieur par la buse (8). L'enveloppe (cs), calorifugée, entoure le corps (1) et le fond (2), et contient le fluide à chauffer. Cette enveloppe (9) peut être de forme quelconque, et peut contenir un bal-lori d'eau chaude ou un échangeur. Dans l'exemple représenté Fig. 1 et 2 , ladite enveloppe (9) est de forme cylindrique. La face antérieure de la chaudière est constituée d'une porte (3), calorifugée, qui est traversée par le tube de flanne du brûleur. Le volume interne du corps (1) contient un échangeur hori- zontal (4), constitué d'un ensemble de lames d'eau au pro-fil en forme de "H", dont les deux lames inférieures divergent vers le bas. Cet échangeur (4) peut être muni d'ailettes, non représentées. Ses deux laines supérieures, verticales et parallèles, jouxtent, par leur bord supérieur, la parti sus-jascente du corps (1),tandis que les deux lames inférieures, divergentes, jouxtent par leur bord inférieur les parois latérales dudit corps (1), sans qu'une étanchéité absolue soit nécessaire au niveau de ces jonctions. L'échangeur (4) divise le volume interne de la chaudière en quatre compartiments distincts qui sont: la chambre de combustion (5), sous-jascente, les compartiments latéraux (6), et le compartiment axial (7), sus-jascent. Cette disposition est représentée, en coupe frontale, par la Fig. 1. L'échangeur (4) est solidaire du fond (2), à travers lequel il est irrigué par les fentes de communication hydrauliques (X). De plus, les lames d'eau inférieures dudit échangeur (4) comportent, dans leur partie postérieure,chacune au moins un passage de communication aéraulique (10) reliant, à cet endroit, la chambre de combustion (5) aux compartiments latéraux (6). Le bord antérieur de l'échangeur (4) n'est pas en contact avec la porte (3), ce qui met en communication les quatre compartiments ci-dessus. Cependant, ce même bord antérieur est pourvu d'une cloison sèche verticale (11), en forme d'aile de papillon (Fig. 3), qui ferme la portion supérieure des passages de communication antérieurs de la chambre de combustion (5) et des compartiments latéraux (6), en sorte que les fusées contenues dans ladite chambre (5) et dans lesdits compartiments (6) doivent passer sous le bord inférieur de Ladite cloison (11) pour rejoindre le compartiment axial (7). De plus, le bord inférieur de la cloison (ii) est situé plus bas en regard de la chambre de combustion (5) qu'en regard des compartiments latéraux (6). r~1in, ladite cloison (11) est amovible, pour permettre l'entretien. Dans la chambre de combustion ( ) , dans le cas o . l'on veut aupxnenter la température de combustion, le fond (2) peut être revêtu d'un matériau réfractaire. Le compartiment axial (7) contient un turbulateur (12), amovible, qui peut être réalisé par une succession de toles carrées verticales, de dimensions inférieures à celles dudit compartiment (7). Ces toles sont reliées par une tige hori- zontale, et sont alternativement décalées , en diagonale, afin de créer des turbulences. Dans une autre version , plus performante, le compartiment axial (7) contient un condenseur (13) dont une réalisation proposée consiste en un serpent:Ln en inox ou en alumin.iui dans lequel circule l'eau refroidie du retour de l'insta- lation. Sous ledit serpentin est alors disposé un bac col-lecteur (14), dont le tube d'écoulement, qui traverse vers le bas la buse (b), rejoint une canalisation des eaux usées. Avantageusement, la porte (j) donne un accès direct à toutes les surfaces d'échange, ce qui rend facile l'entretien dE la chaudière; d'autre part, l'absence de trappe de ramonage supplémentaire supprime, de ce fait, une cause de bruit et de perte de chaleur. L'étude du fonctionnement permettra de comprendre l'intérêt présenté par ce dispositif: la flamme du brûleur se développe librement è, l'intérieur de la chambre de combustion ()), sans contact direct avec la surface d'échange. Dans le ces oà le fond (2) est revêtu de réfractaire, celui-ci étant porté à haute température, émet, vers l'avant, un rayonne-ment infra-rouge qui favorise la combustion complète de l'hydrocarbure. Les gaz de combustion, projetés vers le fond (2), y refluent latéralement, tout en s'élevant dans la chambre de ccmbusti_on (5); ces gaz sont alors en surpression par rapport au contenu gazeux des compartiments latéraux (6) et du compartiment axial (7), cette surpression de la chambre (5) étant due, principalement, à l'apport gazeux provenant du br, 1ear, et, accessoirement, à l'action de la cloison sèche (ll), q.zi, plus basse en regard de la chambre (5), retient au niveau supérieur de celle-ci les gaz les plus chauds, dont le pou- 30 voir ascentionnel est le plus élevé. Cette surpression favorise le départ des gaz,à travers les passages aérauliques (10), vers les compartiments latéraux (6), où ils progressent de l'arrière vers l'avant, en cédant une part importante de leur chaleur. S'abaissant en se refroidissant - ils passent 35 ensuite sous l cloison sèche (li) et rejoignent le culpar- (r' J_ ns Le co. àparii Lent axial (7), les gaz de combustion se 4 dirigent vers l'arrière en se refroidissant au contact des parois de l'échangeur (4) et du corps (1), ce contact étant faïorisé par les turbulences engendrées par les plaques du turbulateur (12). :Ge refroidissement de cos gaz est encore plus performant lorsqu'un condenseur (13) est placé dans le compartiment axial (7) : en effet, non seulement la surface d' échange totale de la chaudière en est augmentée, mais, de plus, l'écart de température entre les gaz et les spires du condenseur est plus important, ce qui accroit l'efficacité de l'échange thermique, les fumées pouvant être amenées à une température inférieure au point de rosée; dans ce cas, les condensats sont évacués au moyen du bac (14) et de son écoulement. Dans tous les cas, les gaz refroidis son- évacués par la buse (8). Dans l'étude de fonctionnement ci-dessus,, on constate que le parcours des gaz de combustion comporte deux options de cheminement symétriques, donc d'égale longueur: ces gaz sortent de la chambre de combustion (5) par l'un des passages aérauliques (l0), soit à droite, soit à gauche du plan axial; ils sont alors engagés dans un parcours déterminé où chaque compartiment latéral (6) est en série avec le compartiment axial (7). C'est ce qui différencie la présente invention des chaudières classiques où coexistent généralement plusieurs paires de parcours disposées en parallèle : dans le cas des chaudières à faisceau tubulaire, on trouve couraüraent trois à cinq paires de tubes, disposées selon une symétrie bilatérale, dont les parcours ont des longueurs différentes, variant en fonction de la distance de l'axe des tubes considérés à l'axe de la buse. Dans le cas des chaudières constituées d'éléments en fonte, il existe autant de paires de parcours, symétriques, que d'interfaces séparant les éléments; le parcours le plus court est celui qui emprunte l'interface le plus proche de la buse, donc le plus postérieur, les autres parcours étant d'autant plus longs qu'ils empruntent des interfaces situés plus en amont. Sachant que la perte de charge au lente arec: l'allongement du parcours, on peut en déduire que, dans ces deux types de chaudières, il s' et- )lit une circlation prei'erenc:ielle des gaz dans les circuits Les plus courts des écha:rlgeurs, au détriment de celle des circuits les plus longs, ce qui si xli'ie que les surfaces j'échange de ces derniers sont incomplètement utilisées, avec, pour conséquences, une perte de rendement, et un risque d'encrassement accru dans les zones de ralentisse:zent du flux. La présente invention remédie à ces inconvénients, pui3-que, dans la chaudière proposée, les deux options de parùcours sont symétriques, donc de même longueur, dont il résulte une exploitation optimale des surfaces d'échange. 00000000000OO Revendications1) Chaudière à combustible liquide ou gazeux constituée d'in corps (1), cylindrique ou similaire, d'un fond (2) qui débouche à sa partie supérieure par une buse (8), d'une enveloppe externe (y), et d'un échangeur horizontal (4), constitué d'un ensemble de lames d'eau, au profil en forme de "H", dont les deux lames inférieures divergent vers la bas, les lames d'eau supérieures et inférieures jouxtant la paroi interne du corps (1), chaudière caractérisée en ce que ledit échangeur (4) délimite une chambre de combus- tien (5), sous-jascente, deux compartiments latéraux (6), et un compartiment axial (7), sus-jascent, ce dernier communicant avec la buse (8). 20 dessus caractérisée en ce que les lames d'eau inférieures de l'échangeur (4) comportent, à leur partie postérieure, chacune au moins un passage aéraulique (10) mettant en communication 1a chambre de combustion (5) avec les :corn-par- 25 tiLaents latéraux (6). 5) Chaudière selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisée en ce que le bord antérieur de l'échangeur (4) comporte une cloison sèche verticale (11), abaissant le niveau supérieur des passages de communication de 30 la chambre de combustion (5) et des compartiments latéraux (6) vers le compartiment axial (7). 6) Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le compartiment axial (7) contient un tUrbulateur (12), constitué d'une série de 35 toles assemblées par une tige et alternativement excent- 2) Chaudière selon la revendication 1) caractérisée en ce rue l'échangeur (4) est solidaire du fond (2) et est irrigué par celui-ci. 3) Chaudière selon l'une quelconque des revendications ci- dessus, caractérisée en ce que la chambre de combustion ; 5) , les compartiments latéraux (6) et le compartiment axial ;7) communiquent entre eux par leur extrémité antérieure. 4) Chaudière selon l'une quelconque des rerendications ci-grées selon une de leurs diagonales. 7) Chaudière selon l'une quelconque des relendications 1) 5) caractérisée en ce que le compartiment axial (7) contient un condenseur (13). 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0