CH639187A5 - Chaudiere, notamment pour installation de chauffage. - Google Patents
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Description
La présente invention se rapporte aux chaudières destinées aux installations de chauffage central et alimentées en combustible solide ou liquide.
Ainsi qu'on le sait, de telles chaudières comportent, dans un foyer, un corps de chauffe avec une arrivée et un départ de fluide destinés à être raccordés à une installation de chauffage, ce corps de chauffe étant exposé aux effets résultant de la combustion d'un combustible solide ou liquide..
Dans certaines chaudières, et c'est notamment le cas de celle ■ décrite dans la demande allemande publiée sous le N° 1212267 le 10 mars 1966, le corps de chauffe comprend des éléments tubulaires verticaux formant trois couronnes concentriques, lesdits éléments tabulaires débouchant, par leurs extrémités respectives, dans un collecteur supérieur et inférieur.
Dans d'autres chaudières, et c'est notamment le cas de celle décrite et représentée dans le brevet allemand délivré sous le N° 217858 le 23 juillet 1908, le corps de chauffe est constitué d'un faisceau d'éléments tubulaires verticaux et d'un faisceau inférieur d'éléments tubulaires horizontaux dans lesquels peut circuler un fluide.
Les éléments tubulaires verticaux sont jointifs et en communication avec des collecteurs, respectivement inférieur et supérieur, et ledit corps de chauffe ainsi constitué formant les parois du foyer.
Enfin, dans d'autres chaudières, et c'est notamment le cas de celle décrite dans la demande de certificat d'addition FR publiée sous le N° 2348448, le corps de chauffe forme une cage comprenant une première ceinture formant collecteur supérieur et une seconde ceinture formant collecteur inférieur, réunies et en communication au moyen d'un faisceau d'éléments tubulaires verticaux, parallèles et espacés les uns des autres.
Le faisceau d'éléments tubulaires verticaux est, dans cette réalisation, noyé dans sa totalité dans un matériau réfractaire.
La présente invention vise une chaudière comportant un corps de chauffe du genre ci-dessus, ayant donc un collecteur supérieur et un collecteur inférieur réunis et en communication au moyen d'éléments tubulaires verticaux.
Dans la demande allemande précitée N° 1212267, le corps de chauffe comprend une multiplicité d'éléments tubulaires; il résulte d'un tel ensemble une réalisation relativement complexe et onéreuse. En outre, les éléments tubulaires peuvent être soumis à des contraintes excessives lors du fonctionnement, ces contraintes étant provoquées par une dilatation non uniforme, étant entendu que, d'une part, les éléments tubulaires jointifs forment une paroi dont la face soumise aux effets de la source de chaleur est plus sollicitée que l'autre face, et que, d'autre part, la source de chaleur agit de manière différente sur les éléments tubulaires selon que ceux-ci s'en trouvent plus ou moins éloignés.
Dans le brevet allemand précité N° 217858, bien que le corps de chauffe ne comporte qu'une rangée d'éléments verticaux aptes à mettre en communication une chambre à eau supérieure et une chambre à eau inférieure, ces éléments verticaux étant jointifs, on retrouve globalement les mêmes inconvénients que ceux mentionnés ci-dessus.
Dans la demande de certificat d'addition FR N° 2348448, le corps de chauffe est sensiblement différent des deux réalisations précédentes en ce sens que les ceintures, respectivement supérieure et inférieure, formant collecteurs sont réunies et mises en communication au moyen d'éléments tubulaires verticaux et espacés, noyés dans un matériau réfractaire. Dans une telle réalisation, des progrès sensibles ont été observés comparativement à la technique antérieure dans le domaine des chaudières destinées aux installations de chauffage central et fonctionnant à volonté avec un combustible solide ou liquide.
Toutefois, l'expérience a montré qu'il pouvait se produire, dans le temps, des détériorations du foyer et, plus particulièrement, du matériau réfractaire.
On sait, en effet, que la combustion, en particulier d'un combustible solide, ne donne pas, à l'intérieur du foyer, un degré de température égal en tous points, de sorte que le matériau réfractaire et aussi le corps de chauffe sont soumis à des contraintes excessives qui, à la longue, peuvent conduire à des détériorations nuisant au bon rendement de la chaudière.
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On a remarqué, en particulier, que la dilatation du corps de chauffe, notamment des éléments tubulaires verticaux, pouvait exercer sur le matériau réfractaire des effets néfastes; on a aussi remarqué que la circulation du fluide à l'intérieur du corps de chauffe présentait des lacunes du fait que, selon l'emplacement des éléments tubulaires par rapport au foyer, la température n'était pas uniforme dans tous les éléments tubulaires en cause.
La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients mentionnés ci-dessus et de conférer à une chaudière ainsi équipée des caractéristiques de robustesse et de rendement thermique remarquables.
Une chaudière selon l'invention, notamment pour installation de chauffage central, pouvant fonctionner indistinctement avec un combustible solide ou liquide, comprenant un foyer globalement pa-rallélépipédique avec un corps de chauffe parcouru par un fluide comprenant une capacité supérieure, une capacité inférieure, reliées et mises en communication au moyen d'une pluralité d'éléments tubulaires verticaux, parallèles et rectilignes, lesdits éléments tubulaires entourant le foyer par trois côtés, est caractérisée en ce que, au niveau de la jonction des éléments tubulaires avec respectivement les capacités inférieure et supérieure, la communication entre ces éléments est assurée au moyen de passages dont la section est progressivement décroissante d'un élément tubulaire à l'autre en partant de l'arrière du foyer vers l'avant.
Une telle disposition permet d'améliorer la circulation du fluide à l'intérieur du corps de chauffe, étant entendu que les passages ayant la plus grande section concernent les éléments tubulaires soumis à la plus haute température et favorisent ainsi la circulation du fluide.
Un espace annulaire peut être aménagé entre chaque élément tubulaire et le matériau réfractaire, en sorte que les dilatations des éléments tubulaires n'ont aucune influence néfaste sur le matériau réfractaire.
Les capacités supérieure et inférieure peuvent occuper toute la surface haute et basse du foyer, en sorte que cette disposition contribue à améliorer la circulation du fluide à l'intérieur du corps de chauffe.
De telles dispositions prises conjointement confèrent à un tel foyer des caractéristiques mécaniques et thermiques remarquables.
En effet, le matériau réfractaire agissant comme échangeur de chaleur permet d'avoir — en fonctionnement de la chaudière — des parois de foyer dont le degré de température peut être compris entre 500 et 800 C, alors que les éléments tubulaires sont sensiblement à un même degré de température que le fluide circulant dans l'installation, en sorte que le corps de chauffe n'est pas soumis à des contraintes excessives.
De plus, la surface du matériau réfractaire, soumise à une forte chaleur ainsi qu'il vient d'être dit, offre l'avantage de former une surface autonettoyante empêchant ainsi l'encrassement du foyer.
En outre, le fait de prévoir des passages de communication dont la section est progressivement décroissante de l'arrière vers l'avant du foyer (zone à plus faible degré de température) ainsi que des capacités supérieure et inférieure de surfaces importantes permet d'obtenir une répartition calorifique uniforme dans le corps de chauffe d'où il résulte des dilatations également uniformes de ce dernier, qui n'ont aucun effet sur le matériau réfractaire en raison des espaces annulaires; un avantage incontestable est ainsi obtenu dans le cas où on utilise un combustible solide dont la combustion peut être déportée dans le foyer.
On remarquera que le matériau réfractaire n'occupe pas la totalité de la hauteur des éléments tubulaires, la raison en étant qu'à ce niveau les gaz de combustion ne sont pas susceptibles de provoquer un encrassement desdits éléments tubulaires; de plus, cette disposition permet d'obtenir, à l'intérieur du foyer, une égalité de puissance calorifique quels que soient les combustibles utilisés.
Une chaudière ainsi réalisée présente une construction particulièrement robuste; son fonctionnement est sûr et le combustible utilisé peut être avantageusement du bois de chauffage, mais pourrait être aussi un combustible liquide.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en référence aux planches de dessins annexées dans lesquelles:
la fig. 1 est une vue en perspective schématique d'une chaudière selon l'invention pour une installation de chauffage;
la fig. 2 est une coupe longitudinale suivant la ligne II-II de la fig. 1;
la fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la fig-1;
la fig. 4 illustre, en perspective, le corps de chauffe;
la fig. 5 est une vue en coupe à plus, grande échelle suivant la ligne V-V de la fig. 4, cette vue montrant plus particulièrement la section décroissante des passages ménagés entre éléments tubulaires et cuve supérieure;
la fig. 6 est une vue en coupe à échelle agrandie suivant la ligneVI-VI de la fig. 3, cette vue montrant, en particulier, l'espace annulaire ménagé entre éléments tubulaires et matériau réfractaire, et la fig. 7 est une vue en coupe à plus grande échelle, suivant la ligne VII-VII de la fig. 1, montrant l'alimentation en air primaire du foyer.
Dans la forme d'exécution choisie et représentée aux fig. 1 à 7, une chaudière selon l'invention comporte un corps de chauffe indiqué dans son ensemble par 10, qui est disposé dans une carrosserie 11, thermiquement isolée par tout moyen convenable connu en soi, la carrosserie étant illustrée sur les dessins, dans un but de simplification, par une forte épaisseur.
La carrosserie 11, globalement parallêlépipédique, comporte de manière connue un dessus 12, un dessous 13, une paroi de façade 14, une paroi de fond 15, ainsi que des parois latérales, respectivement 16 et 17, toutes ces parois étant recouvertes par une épaisseur de laine de verre 18.
Le corps de chauffe (voir en particulier fig. 4) est constitué par une capacité supérieure 20, une capacité inférieure 21, lesquelles sont réunies et mises en communication par une pluralité d'éléments tubulaires 22.
Les capacités précitées sont de forme aplatie, elles sont quadran-gulaires et elles s'appuient sur les parois internes, respectivement du dessus 12 et du dessous 13, en sorte qu'elles occupent toute la surface de ceux-ci, tandis que les éléments tubulaires rectilignes 22 parallèles entre eux et perpendiculaires au plan des capacités sont disposés de manière à se trouver respectivement au voisinage des côtés latéraux 16, 17 et du fond 15.
La capacité supérieure 20 forme la surface supérieure du foyer F et elle comporte, sensiblement dans une zone centrale, un départ 24 de fluide vers une installation (non représentée) alors que la capacité inférieure comporte un retour 25 disposé, par exemple, sur un côté.
On se référera maintenant plus particulièrement à la fig. 5,
suivant laquelle on voit clairement que les éléments tubulaires 22 sont raccordés à la capacité supérieure 20 au moyen de soudures 27 et que les passages 28 mettant en communication ces éléments tubulaires avec la capacité ont une section progressivement décroissante de l'arrière AR vers l'avant AV, l'avant étant la paroi 14 et l'arrière la paroi 15 de la chaudière.
Une disposition similaire est adoptée en ce qui concerne la liaison et les passages ménagés entre les éléments tubulaires 22 avec la capacité inférieure 21.
Les éléments tubulaires 22 sont régulièrement espacés les uns des autres, sensiblement d'une valeur correspondant à leur diamètre, et ils sont (fig. 2 et 3 en particulier) noyés sur sensiblement les trois quarts de leur hauteur en partant du bas par un matériau réfractaire 30; de même, une dalle 31 de matériau réfractaire est coulée sur la capacité inférieure 21, cette dalle formant la surface inférieure du foyer F.
On observera qu'un espace annulaire 32 est formé entre chaque élément tubulaire 22 et le matériau réfractaire 30 par la mise en place, autour des éléments tubulaires, et antérieurement à la coulée du matériau réfractaire, d'une pellicule de protection apte à disparaître par combustion dès la mise en route de la chaudière.
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De telles dispositions prises conjointement (passages à section calibrée entre capacités et éléments tubulaires, matériau réfractaire noyant, avec jeu, partiellement les éléments tubulaires sur une partie de leur hauteur) permettent d'obtenir, en fonction du circuit des gaz de combustion, une dilatation uniforme du corps de chauffe, en s sorte que ni le corps de chauffe, ni le matériau réfractaire ne sont soumis, en de quelconques endroits, à des contraintes néfastes.
On notera que la hauteur du matériau réfractaire enveloppant les éléments tubulaires a été choisie afin de trouver une égalité de puissance entre les combustibles liquides (fuel) et solides, tels que bois, io charbon, et ce en fonction du parcours des gaz de combustion.
Le foyer ainsi réalisé est muni d'un carneau 35, suspendu à la capacité supérieure 20, au moyen d'un seul point d'attache 36 permettant ainsi une liberté pratiquement totale de dilatation de ce carneau.
Le carneau en cause présente une forme globale de bac renversé, is avec une face ouverte 35A située en regard d'une ouverture de chargement 37 fermée par une porte 38, face ouverte et porte étant prévues sur la paroi de façade 14.
Le carneau 35 est disposé de telle manière que ses bords inférieurs 40 se trouvent légèrement en dessous du bord supérieur du 20 matériau réfractaire 30 enveloppant les éléments tubulaires, tout en laissant un espace E destiné à l'évacuation des gaz de combustion vers une cheminée 42 aménagée dans la paroi de fond 15.
La paroi de façade 14 est (dans l'exemple représenté) adaptée à porter, d'une part, un brûleur 43 avec entrée 44 d'air secondaire, 25 lequel brûleur est disposé en regard d'une ouverture 45, et, d'autre part, un registre 46 d'admission d'air primaire, connecté par câble ou autre 47 à un calorstat 48 connecté à la capacité supérieure 20.
Une grille 50 surplombant la dalle 31 est également prévue dans le foyer F ainsi aménagé pour combustible solide. 30
Le dispositif d'arrivée d'air primaire, bien visible en particulier à la fig. 7, comporte un boîtier 51 rapporté sur la face frontale de la paroi 14 et sur lequel est monté, pivotant en 52, le registre 46 précité.
Le boîtier 51 comporte sur sa face avant 53 une ouverture 54 et sur sa face arrière 55 une ouverture 56 qui est elle-même placée en 35 vis-à-vis d'un passage 57 aménagé dans la paroi 14.
Une trappe 58 est montée mobile verticalement sur la face arrière 55 au moyen d'écrous 59 déplaçables dans des lumières 60 ménagées dans ladite face arrière.
On peut ainsi, par ce montage, régler l'admission de l'air pri- 40 maire à l'intérieur du foyer F selon la position de la trappe 58 qui obture plus ou moins l'ouverture 56, et ce en fonction notamment de l'aspiration du conduit de cheminée non représenté ici, par lequel les gaz de combustion sont évacués.
Avec une telle disposition, l'admission d'air primaire à l'intérieur du foyer est constante, quelle que soit la position donnée au registre 46 par l'intermédiaire du calorstat 48, et ce jusqu'à la fermeture totale de ce registre, position pour laquelle l'installation de chauffage est à la température désirée affichée par le calorstat 48.
Une chaudière avec une configuration selon la présente invention offre, entre autres avantages, celui de ne pas imposer au corps de chauffe des contraintes excessives, notamment du fait que la présence du matériau réfractaire constitue un échangeur de chaleur modulant la température du fluide parcourant le corps de chauffe, c'est-à-dire environ 90° C pour une installation de chauffage central normale et 105°C pour une installation de chauffage en eau surchauffée.
De ce fait, les éléments tubulaires rectilignes, en combinaison avec les espaces annulaires ménagés autour de chaque élément tubulaire, n'ont aucune influence néfaste sur le matériau réfractaire qui conserve ainsi, dans le temps, toutes ses caractéristiques initiales.
Il sera observé que les passages E ménagés entre les bords du carneau et le foyer agissent comme un passage calibré pour l'évacuation des gaz vers la partie supérieure des éléments tubulaires avant leur évacuation dans la cheminée.
De plus, dans le cas où la chaudière fonctionne avec un combustible solide, tel que du bois de chauffage, la dalle inférieure, vu son degré de température élevé, agit comme un incinérateur, en sorte que les petits déchets incandescents tombant sur cette dalle se trouvent incinérés et ne donnent pratiquement pas de cendres.
L'air secondaire passant à travers le brûleur (trajet fléché Fl) est admis en permanence à l'intérieur du foyer F et il est destiné à enflammer les gaz délivrés à l'intérieur du foyer par la combustion d'un quelconque combustible solide (bois, charbon, ou autres).
La configuration du foyer, en combinaison avec les amenées d'air primaire et secondaire, conduit à une combustion parfaite du combustible conférant à la chaudière des performances calorifiques remarquables, avec une grande sûreté dans le fonctionnement, tout en évitant l'encrassement du foyer.
Il convient de préciser, en outre, qu'une telle chaudière peut être équipée, ainsi qu'il est illustré sur les figures, d'un brûleur apte à former un passage d'admission d'air secondaire; mais une telle chaudière peut aussi être dépourvue d'un tel brûleur si le combustible devant être utilisé est solide. Dans ce cas, l'amenée d'air secondaire à l'intérieur du foyer sera effectuée à travers un diffuseur d'air à orifice calibré disposé sur la face avant de la carrosserie en lieu et place du brûleur.
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2 feuilles dessins
Claims (11)
1. Chaudière, notamment pour installation de chauffage central, pouvant fonctionner indistinctement avec un combustible solide ou liquide, comprenant un foyer globalement parallélépipédique avec un corps de chauffe parcouru par un fluide comprenant une capacité supérieure, une capacité inférieure, reliées et mises en communication au moyen d'une pluralité d'éléments tubulaires verticaux, parallèles et rectilignes, lesdits éléments tubulaires entourant le foyer par trois côtés, caractérisée en ce que, au niveau de la jonction des éléments tubulaires (22) avec respectivement les capacités inférieure (21 ) et supérieure (20), la communication entre ces éléments est assurée au moyen de passages (28) dont la section est progressivement décroissante d'un élément tubulaire à l'autre en partant de l'arrière du foyer (F) vers l'avant.
2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments tubulaires (22) sont noyés sur les trois quarts de leur hauteur en partant du bas dans un matériau réfractaire (30),
formant des parois latérales et de fond du foyer (F).
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REVENDICATIONS
3. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un espace annulaire (32) est ménagé entre les éléments tubulaires (22) et le matériau réfractaire (30), cet espace s'étendant sur toute la hauteur du matériau réfractaire.
4. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les capacités inférieure (21) et supérieure (20) sont quadrangulaires et de forme aplatie, la capacité supérieure formant la surface supérieure du foyer (F) et la capacité inférieure (21) avec un revêtement (31) en matériau réfractaire formant la surface inférieure du foyer (F).
5. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'espace annulaire ménagé entre les éléments tubulaires et le matériau réfractaire contient initialement une couche protectrice adaptée à être éliminée par la chaleur produite lors de la mise en service de la chaudière.
6. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la capacité supérieure (20) porte un carneau (35).
7. Chaudière selon la revendication 6, caractérisée en ce que le carneau (35) forme un bac renversé avec une ouverture représentant le bas du foyer (F) et une ouverture (35A) à l'avant de celui-ci, les bords inférieurs du carneau étant sensiblement au même niveau que le bord supérieur du matériau réfractaire (30) en ménageant un espace (E) avec ce dernier propre à l'évacuation des fumées.
8. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre deux éléments tubulaires verticaux consécutifs (22) est sensiblement égale au diamètre des éléments tubulaires.
9. Chaudière selon l'une des revendications précédentes comportant, en façade et en partie inférieure, une ouverture pour l'admission d'air primaire, caractérisée en ce que l'ouverture (56) est réglable, d'une part, au moyen d'un volet (58) monté verticalement coulissant sur un support et, d'autre part, au moyen d'un registre (46) associé à un appareil de contrôle.
10. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une grille (50) située au-dessus de la dalle en matériau réfractaire (31) constituant la surface inférieure du foyer.
11. Chaudière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, en façade, une arrivée d'air secondaire (44) passant en permanence à travers un brûleur (43) ou à travers un diffuseur d'air, en débit constant asservi au réglage d'un orifice calibré d'arrivée d'air secondaire.
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