La présente invention concerne les chaudières fonctionnant à partir de l'énergie du gaz et destinées à assurer la montée en température d'un fluide caloporteur pouvant être utilisé à des fins diverses et, plus précisément, dans une installation de chauffage de locaux et, éventuellement, de chauffage de l'eau chaude sanitaire.
L'invention vise, plus précisément, un nouvelle structure de corps de chauffe destinée à équiper des chaudières à gaz du type mural.
Pour assumer la fonction de chauffage d'un fluide caloporteur, l'art antérieur a déjà proposé un grand nombre de solutions techniques pour réaliser des chaudières murales fonctionnant à partir de l'énergie gaz.
Ainsi, par exemple, le brevet FR 1 578 895 a proposé une chaudière murale de chauffage d'un fluide caloporteur, dont le corps de chauffe comporte un foyer et un échangeur de chaleur entre un circuit de circulation des gaz et fumées et un circuit de circulation du fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur comporte une série de tubes échangeurs s'ouvrant à l'intérieur du foyer et à l'extérieur d'une chambre de mélange faisant partie du circuit des circulation du fluide caloporteur.
Il est connu, également, une chaudière à mazout, par exemple CH-A-382 203, dont le corps de chauffe comporte un foyer et un échangeur de chaleur entre un circuit de circulation des gaz et fumées et un circuit de circulation de fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur comporte deux tubes échangeurs s'ouvrant à l'intérieur du foyer et à l'extérieur d'une chambre de mélange faisant partie du circuit de circulation du fluide caloporteur.
Les solutions techniques connues présentent des inconvénients tenant au mauvais rendement de combustion et à un échange thermique insatisfaisant, entre le foyer de combustion et le fluide caloporteur. Egalement, il a été constaté que les chaudières connues laissaient apparaître, en certains points au moins de leur structure, des oxydations conduisant à la détérioration de certains éléments constitutifs du corps de chauffe. De telles oxydations naissent, en général, d'une hétérogénéité ou mauvaise répartition des températures internes entre deux faces d'un matériau constituant l'interface entre deux circuits de circulation différents, savoir, celui du fluide caloporteur et celui des gaz ou fumées résultant de la combustion.
Par ailleurs, il apparaît que la structure de tels corps de chauffe interdit une industrialisation de leur procédé de fabrication.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant une nouvelle structure de corps de chauffe susceptible d'équiper une chaudière de chauffage utilisant le gaz comme combustible.
L'objet de l'invention est de proposer un corps de chauffe permettant l'obtention d'un bon rendement de transformation de l'énergie utilisée et l'absence de corrosion des divers éléments le constituant et responsables de l'échange thermique entre le circuit de gaz ou fumées et le circuit de circulation du fluide caloporteur.
Un autre objet de l'invention est d'offrir une nouvelle structure de corps de chauffe permettant une industrialisation de son procédé de fabrication.
Pour atteindre les buts ci-dessus, le corps de chauffe selon l'invention comporte :
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication pour réaliser un corps de chauffe susceptible d'équiper une chaudière du type à gaz.
Selon l'invention, le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe-élévation montrant une forme de réalisation d'un corps de chauffe conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue latérale prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon la ligne III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe éclatée montrant la fabrication d'un corps de chauffe conforme à l'invention.
Les fig. 4A, 4B, 4C sont des détails caractéristiques illustrant le principe de construction du corps de chauffe conforme à la fig. 4.
La fig. 5 est une vue, analogue à la fig. 1, montrant un corps de chauffe équipé d'un serpentin pour la production d'eau chaude sanitaire.
La fig. 6 est une vue en élévation frontale d'une chaudière en partie équipée de ses éléments constitutifs.
La fig. 7 est une vue en élévation latérale prise sensiblement selon les lignes VII-VII de la fig. 6.
La fig. 8 est une vue de dessus prise sensiblement selon les lignes VIII-VIII de la fig. 6.
La fig. 9 est une vue en coupe d'un détail caractéristique illustré à la fig. 6.
Les fig. 1 à 3 illustrent un exemple de réalisation d'un corps de chauffe destiné à équiper une chaudière de chauffage utilisant le gaz comme combustible. Le corps de chauffe selon l'invention comporte un échangeur de chaleur 1 constitué sous la forme d'un corps porteur comprenant une série de tubes échangeurs 2, formant un barillet et montés à l'intérieur d'une virole 3 présentant, par exemple, une section droite transversale circulaire.
De préférence, les tubes 2 périphériques sont montés à proximité de la virole pour laisser subsister, avec la paroi de cette dernière, un intervale de faible largeur dont la fonction apparaîtra plus précisément dans la suite de la description (fig. 2). Les tubes échangeurs 2 s'étendent sensiblement parallèlement entre eux en étant espacés les uns des autres et sont fixés, par leur pied 2₁, sur un foyer de combustion 4 et, par leur sommet 2₂, sur une chambre de mélange 5 en la traversant. La virole 3 est fixée, par son extrémité basse 3₁, sur le foyer 4, tandis que son extrémité haute 3₂ porte la chambre 5.
Les tubes échangeurs 2, par exemple au nombre de vingtdeux, s'ouvrent donc à l'intérieur du foyer 4 et à l'extérieur de la chambre 5, tout en traversant la virole 3 et la chambre 5 de part en part. Les tubes 2 constituent donc un circuit de circulation des gaz et fumées, représentés par les flèches f, provenant du foyer 4 et s'élevant à travers les tubes pour être évacués à l'extérieur de la chambre 5 vers une boîte collectrice non représentée. Les parois des tubes 2 constituent des capacités d'échange avec un circuit de circulation d'un fluide caloporteur destiné à être contenu dans le volume interne V de la virole 3 et du volume interne V₁ de la chambre 5.
Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, la chambre 5 est, avantageusement, déportée par rapport à l'axe de symétrie S de la virole 3 permettant de ménager ou de délimiter, en dessous de la chambre 5 et en relation de la virole 3, un compartiment ou un logement 6, représenté en trait interrompu et adapté pour recevoir divers organes fonctionnels constitutifs de la chaudière de chauffage.
De préférence, le foyer de combustion 4 est constitué d'un support ou d'une enveloppe 8 délimitant, intérieurement, un volume pour recevoir un brûleur non représenté, du type à gaz. L'enveloppe 8 s'étend, en relation de distance d'une coiffe 9 de forme sensiblement complémentaire à l'enveloppe, pour définir entre elles une capacité lamellaire V₂ communiquant avec le volume interne V de la virole 3. L'enveloppe 8 est donc destinée à recevoir les pieds 2₁ des tubes, tandis que la virole 3 est fixée sur la coiffe 9.
La capacité lamellaire V₂, le volume interne V de la virole 3 et le volume interne V₁ de la chambre 5, qui communiquent entre eux, représentent ainsi un circuit de circulation d'un fluide caloporteur pouvant être prélevé et ramené par l'intermédiaire de tubulures de raccordement.
Dans la variante de réalisation illustrée à la fig. 1, la chambre 5 comporte, intérieurement, un prolongement tubulaire 11 de la virole 3 entourant les tubes 2 et laissant subsister, avec la paroi supérieure 5₁ de la chambre recevant les sommets 2₂ des tubes, un passage annulaire 12 dont la fonction apparaîtra dans la description qui suit. Le prolongement tubulaire 11 est pourvu d'une série d'ouvertures 13 ménagées dans sa partie terminale basse opposée de celle haute délimitant le passage annulaire (12).
La structure de ce corps de chauffe permet, au moyen d'un brûleur monté à l'intérieur de l'enveloppe 8, d'assurer la combustion dans le foyer 4 et de faire circuler les gaz dans le sens des flèches f à l'intérieur des tubes échangeurs 2. Les gaz et fumées de combustion sont astreints à s'élever à l'intérieur des tubes en traversant, successivement, la virole 3 et la chambre 5, avant d'être recueillis dans une boîte collectrice.
L'enveloppe 8 subit une forte montée en température qui est transmise à la lame de fluide occupant la capacité lamellaire V₂. Cette capacité de fluide monte très vite en température et s'élève verticalement, selon les flèches f₁, le long de la paroi de la virole 3 et du prolongement tubulaire 11. Cette fraction de fluide, qui présente une température élevée, pénètre, par le passage annulaire 12, à l'intérieur de la chambre 5. Les ouvertures 13 du prolongement 11 assurent, avec une perte de charge, le passage d'une fraction de fluide, du volume V₁ de la chambre 5 vers le volume V de la virole 2. Un tel transfert de fluide, représenté par les flèches f₂, provoque une montée rapide en température du fluide du volume V de l'échangeur.
Les tubes 2 sont ainsi chauffés par le fluide sur leur face extérieure au circuit de circulation de gaz et fumées, à une température voisine de celle des faces internes soumises aux gaz et fumées. Cette disposition permet de supprimer les risques de condensation par hétérogénité des températures sur les deux faces des parois qui forment interface entre le circuit de fluide et le circuit de circulation des gaz et fumées. La nouvelle structure du corps de chauffe décrit ci-dessus, qui est réalisé en un matériau métallique, permet de limiter les risques de corrosion dans le temps et d'autoriser un procédé de fabrication industrielle décrit ci-après à titre d'exemple.
Tel que cela ressort plus précisément des fig. 4 et 4A à 4C, la fabrication d'un tel corps de chauffe peut être réalisée en adaptant, sur l'enveloppe 8, la coiffe 9 venant en appui sur un rebord 8₁ présenté par la partie basse de l'enveloppe 8 (fig. 4A). L'enveloppe 8, qui présente, par exemple, une section droite transversale circulaire, est pourvue de bossages 14 assurant le centrage de la coiffe 9. La virole 3 est adaptée, par son extrémité inférieure 3₁, sur un rétreint 9₁ ménagé sur la coiffe 9 (fig. 4B). Les tubes d'échange 2 sont ensuite positionnés à l'intérieur d'orifices 15 ménagés dans la paroi transversale 8₂ de l'enveloppe 8. L'extrémité haute 3₂ de la virole 3 est pourvue d'un épaulement 3a (fig. 4C) destiné à recevoir une demi-coquille inférieure 5a. A cet effet, la demi-coquille 5a comporte une paroi transversale inférieure 5₂ pourvue d'une ouverture centrale bordée par un retour annulaire infléchi 5₃ conçu pour venir en appui sur l'épaulement 3a. La demi-coquille 5a est apte à recevoir, par son bord de jonction 5₄, une demi-coquille supérieure 5b pour former la chambre 5. A titre d'exemple, la chambre 5 présente une section droite transversale de section circulaire.
Les sommets 2₂ des tubes sont alors chacun positionnés dans des trous 16 ménagés dans la paroi transversale haute 5₁ de la demi-coquille 5b. Les tubes 2 sont assemblés à la demi-coquille supérieure 5b et à l'enveloppe 8, permettant de supporter l'ensemble des pièces constitutives du corps de chauffe. L'assemblage des tubes peut être réalisé en montant des rondelles ou des pastilles fusibles 17, sur les pieds 2₁ et les sommets 2₂ des tubes. Un tel prémontage du corps de chauffe, dont l'échangeur constitue un corps porteur, permet un prépositionnement des différentes pièces entre elles. Bien entendu, les différentes étapes du procédé de fabrication peuvent être réalisées dans un ordre inverse de celui décrit.
Il est, ensuite, procédé à la réalisation d'une soudure entre la coiffe 9 et le rebord 8₁ de l'enveloppe 8, entre l'extrémité inférieure 3₁ de la virole 3 et la coiffe 9, entre la demi-coquille inférieure 5a et l'épaulement 3a porté par la virole et entre les bords 5₄ de jonction des deux demi-coquilles inférieure et supérieure.
Le procédé décrit ci-dessus présente l'avantage de permettre une fabrication industrielle du corps de chauffe, dans la mesure où il met en oeuvre des opérations usuelles de fabrication.
Bien entendu, le prolongement tubulaire 11 peut être formé directement par la virole 3 ou par un élément rapporté, comme cela est illustré à la fig. 4. Dans ce dernier cas, le prolongement 11 rapporté est monté à l'intérieur de la demi-coquille inférieure 5a, préalablement à l'adaptation sur cette dernière de la demi-coquille supérieure 5b. Le prolongement 11 est pourvu, par exemple à son extrémité basse, d'un rebord annulaire incurvé 11a venant en appui sur le retour 5₃ de la demi-coquille 5a. Par ailleurs, il peut être prévu, comme illustré à la fig. 5, de remplacer le prolongement 11, à l'intérieur de la chambre 5, par un serpentin 18 entourant les tubes 2 et dont l'entrée est raccordée à une canalisation d'amenée d'eau froide 19, tandis que la sortie est raccordée à une canalisation 20 de fourniture d'eau chaude instantanée.
Tel que cela apparaît plus précisément aux fig. 6 à 8, le corps de chauffe conforme à l'invention est destiné à constituer, en partie, une chaudière de chauffage 21 mural, du type à gaz, dont les parois, non représentées, sont figurées par des traits interrompus sur les dessins. Le corps de chauffe est équipé, notamment, d'un vase d'expansion 22 raccordé à la chambre 5 et d'une canalisation de retour 23 d'un circuit de chauffage, sur laquelle est adapté un circulateur 24. Avantageusement, le vase d'expansion 22 et le circulateur 24 sont montés dans le compartiment ou le logement 6, de manière à limiter l'encombrement de la chaudière, tel que cela ressort plus précisément de la fig. 7. De préférence, le déport de la chambre 5 est réalisé à l'avant de la chaudière, de manière qu'un tel compartiment 6 se trouve sur la partie frontale de la chaudière permettant l'accès aisé aux différents organes constitutifs de la chaudière. Le corps de chauffe est, également, équipé d'un brûleur B adapté à l'intérieur de l'enveloppe du foyer 4.
La canalisation de retour 23 du circuit de chauffe est adaptée, de préférence, sur la partie inférieure de la chambre 5, à savoir sur la paroi transversale 5₂ de la demi-coquille inférieure 5a sur laquelle est adaptée, également, la canalisation 27 de départ du circuit de chauffage. Dans l'exemple illustré, la canalisation 20 de fourniture de l'eau chaude sanitaire instantanée est adaptée sur la paroi transversale 5₂, tandis que la canalisation 19 d'amenée d'eau froide est montée sur la paroi transversale 5₁ de la demi-coquille supérieure. Bien entendu, il est à noter que la production d'eau chaude sanitaire peut être réalisée par la mise en oeuvre, soit d'un serpentin, tel que décrit ci-dessus, soit d'un ballon de stockage intégrant un échangeur.
Tel que cela apparaît plus précisément aux fig. 6 et 9, le raccordement des tubulures à la chambre 5 est réalisé, avantageusement, par l'intermédiaire d'une platine 30, montée à l'intérieur de la chambre 5 et pourvue de taraudages 31 s'étendant chacun en relation d'un trou 32 ménagé dans la paroi 5₂ de la chambre. Chaque trou 32 est destiné à recevoir, extérieurement à la chambre, un raccord fileté 33 destiné à coopérer avec le taraudage 31 correspondant et à recevoir une tubulure de raccordement. Un joint d'étanchéité 34 est interposé entre la paroi 5₂ de la chambre et un raccord fileté.