[0001] La présente invention concerne une chaudière pulsatoire, destinée par exemple à chauffer
de l'eau de chauffage. Plus précisément, l'invention concerne la chambre de combustion
du corps de chauffe.
[0002] Une chaudière pulsatoire comporte un corps de chauffe qui se présente sous la forme
d'un cylindre définissant une enceinte. Cette enceinte comporte à son sommet une chambre
de pré-mélange dont le dessous est relié à une vanne à clapet. La vanne est, en partie,
insérée au dessus d'une chambre de combustion, la chambre de combustion est reliée
à un échangeur thermique qui débouche finalement sur une chambre de détente située
au bas du cylindre formant l'enceinte.
[0003] A l'intérieur du corps de chauffe, une partie de la vanne à clapet, la paroi métallique
extérieure de la chambre de combustion et l'échangeur baignent dans l'eau du circuit
de chauffage destinée à être réchauffée.
[0004] Le corps de chauffe est relié à un pot d'admission, extérieur à l'enceinte, à partir
de sa chambre de pré-mélange.
[0005] La vanne à clapet permet, par intermittence et de façon contrôlée, l'introduction
dans la chambre d'inflammation d'un mélange gazeux comburant / carburant. Ce mélange
se fait dans une chambre de pré-mélange recevant à la fois comburant et carburant,
par exemple de l'air et un gaz hydrocarbure ; puis ce mélange est admis par la vanne
à clapet dans le conduit d'admission, pour aboutir finalement dans la chambre de combustion
de la chaudière afin de s'y enflammer.
[0006] La vanne à clapet comprend essentiellement quatre parties : un corps, une butée de
clapet, un ensemble de moyens d'allumage et un clapet.
[0007] La partie supérieure de la butée de clapet communique par des ouvertures avec la
chambre de pré-mélange des gaz. Le mélange gazeux est introduit dans le conduit d'admission,
à la fois par pression du mélange gazeux de la chambre de pré-mélange sur le dessus
du clapet et par une aspiration du dessous du clapet. Ce phénomène d'aspiration est
produit suite à l'expansion des gaz en combustion au sein de la chambre de combustion,
provoquant l'éjection des gaz brûlés dans la chambre de détente. Ceci crée une dépression
en amont dans le conduit d'admission de même que dans la chambre de pré-mélange, par
l'intermédiaire de la vanne à clapet.
[0008] L'éjection de ces gaz brûlés engendre ainsi l'aspiration d'une nouvelle quantité
de mélange air / gaz dans la chambre de combustion.
[0009] Le corps de la vanne reçoit la butée de clapet, l'ensemble est monté directement
sur le dessus de la chambre de combustion.
[0010] Les moyens d'allumage sont fixés de part et d'autre de l'ensemble corps et butée
de clapet et comprennent notamment une bougie de premier allumage, insérée dans une
pièce cylindrique. Au démarrage, cette bougie enflamme les gaz à l'intérieur même
de la chambre de combustion. La pièce cylindrique dans laquelle est insérée la bougie
est appelée positionneur de flamme. Cette pièce cylindrique s'évase en collerette
à son extrémité inférieure, située dans la chambre de combustion.
[0011] La chambre de combustion comprend notamment une chambre d'inflammation. Elle comprend
également une chambre d'expansion dans le prolongement de la chambre d'inflammation.
La chambre de combustion est délimitée par une paroi métallique. Cette paroi peut
présenter l'aspect général d'une cloche, au sommet de laquelle est fixée la vanne.
Plus précisément, la paroi peut présenter la forme d'une tulipe renversée. Une partie
haute de cette paroi présente une section sensiblement parabolique selon un plan passant
par un axe de révolution de ladite paroi. Une partie basse de ladite paroi présente
une forme sensiblement cylindrique.
[0012] A l'intérieur de la chambre de combustion, la chambre d'inflammation est délimitée
par une seconde paroi métallique, coaxiale à la première et présentant une forme similaire
de cloche ou de tulipe renversée. Les deux parois sont séparées par un petit espace.
[0013] Les toutes premières inflammations du mélange gazeux, pendant une à deux secondes
environ, sont donc assurées grâce à la bougie d'allumage présente à l'intérieur de
la collerette située au coeur de la chambre d'inflammation. Puis, par la suite, les
gaz aspirés dans la chambre de combustion s'auto-enflamment du fait de la température
présente dans la chambre d'inflammation. Plus précisément, cette auto-inflammation
s'effectue au moment où les gaz sont à proximité d'une zone plus ou moins étendue.
Ladite zone est qualifiée de point chaud. Ce point chaud est localisé le long de la
paroi de la chambre d'inflammation.
[0014] Or, un problème se pose quant à la stabilité du lieu où se trouve ce point chaud.
En effet, afin que la combustion du mélange gazeux soit optimale et que le mélange
soit brûlé en totalité, il faut que la température soit suffisamment élevée au sein
de la chambre d'inflammation. Dans le cas contraire, un dépôt se produit le long des
parois de la chambre et induit son encrassement. De plus, une mauvaise combustion,
due notamment à une température de combustion trop basse, implique la production de
monoxyde de carbone (CO), qui est un gaz extrêmement nocif.
[0015] Afin de conserver une chambre d'inflammation à une température permettant une combustion
complète du mélange, la surface de la paroi intérieure de la chambre d'inflammation
est revêtue d'un matériau réfractaire. Ce matériau a un effet de bouclier thermique
vis à vis de la paroi interne de la chambre de combustion, qui entoure la paroi de
la chambre d'inflammation. La surface extérieure de la paroi de la chambre de combustion
est, quant à elle, au contact direct de l'eau à réchauffer.
[0016] Un problème technique rencontré avec ce type de dispositif est que, au fur et à mesure
de la combustion du mélange injecté dans la chambre d'inflammation, la paroi intérieure
de cette chambre monte en température. Or, cette montée en température, bien que progressive,
induit un déplacement de la zone localisée définissant le point chaud.
[0017] En effet, selon la durée, plus ou moins longue, de fonctionnement de la chaudière,
un réchauffement de la paroi intérieure délimitant la chambre d'inflammation s'opère.
Ce réchauffement s'effectue du bas vers le haut de la chambre d'inflammation, en direction
du sommet de la paroi en forme de tulipe renversée. Ce phénomène entraîne une remontée
de la zone du point chaud. Du fait d'une température plus élevée en haut de la chambre,
les gaz entrant tout juste dans la chambre d'inflammation se dilatent plus rapidement.
Avec la remontée du point chaud, ils s'auto-enflamment ainsi plus rapidement.
[0018] Ce mécanisme a pour effet d'atténuer le phénomène d'aspiration dans la chambre d'inflammation
et notamment la quantité d'oxygène admise au sein de la chambre d'inflammation. La
combustion est alors incomplète. Selon la durée de fonctionnement de la chaudière
et la richesse calorifique du gaz injecté dans la chambre, on peut assister, suite
au défaut d'oxygène, à un étouffement puis à un arrêt complet de la chaudière.
[0019] De plus, une chaudière est amenée à fonctionner plus ou moins longtemps selon la
quantité d'eau à réchauffer dans le circuit, mais aussi selon sa puissance.
[0020] La puissance d'une chaudière est déterminée par ses caractéristiques techniques et
notamment par sa capacité à pouvoir admettre une tolérance plus ou moins grande de
la richesse en carburant qui lui est délivrée.
[0021] On peut déterminer un seuil énergétique, au dessous duquel la chaudière ne délivre
pas la puissance prévue, voire ne fonctionne pas du tout. On peut également déterminer
un seuil au dessus duquel la chaudière ne peut délivrer sa puissance, du fait d'un
carburant trop riche. En effet, la richesse du carburant peut entraîner des températures
de combustion plus élevées que la gamme appropriée pour la chaudière. Ceci peut entraîner
une remontée du point chaud encore plus rapide le long de la paroi de la chambre d'inflammation.
La puissance maximale de fonctionnement autorisée de la chaudière pulsatoire est alors
diminuée.
[0022] Un objet de l'invention est de remédier à ces problèmes en modifiant la paroi de
la chambre d'inflammation. Selon l'invention, ladite paroi est perforée d'une ou de
plusieurs encoches.
[0023] Ces encoches sont situées sur le pourtour de la paroi de la chambre d'inflammation.
De manière préférentielle, cette ou ces encoches sont sensiblement horizontales. De
manière plus préférentielle, l'ensemble de la ou des encoches sont contenues dans
un même plan horizontal.
[0024] De manière préférentielle, la ou les encoches sont placées à une hauteur comprise
entre un sommet de la chambre d'inflammation et une base de la collerette du positionneur
de flamme, c'est-à-dire de la pièce cylindrique entourant la bougie d'allumage.
[0025] De manière plus préférentielle, la ou les encoches sont situées proches d'un niveau
correspondant à une base de ladite collerette, tout en restant au-dessus dudit niveau
de la base de la collerette.
[0026] Selon une forme préférentielle de l'invention, une partie supérieure de la paroi
de la chambre d'inflammation a une section sensiblement parabolique selon un plan
passant par un axe de la chambre; une partie inférieure de la paroi a une forme sensiblement
cylindrique; une limite entre lesdites parties supérieure et inférieure se trouve
sensiblement au niveau de la base de la collerette du positionneur de flamme.
[0027] Selon cette forme préférentielle de l'invention, la ou les encoches sont situées
proches de la limite entre lesdites parties supérieure et inférieure de la paroi de
la chambre d'inflammation. De manière plus préférentielle, cette limite est située
à une hauteur correspondant approximativement au tiers de la hauteur totale de la
paroi de la chambre d'inflammation, en partant d'un sommet de ladite paroi.
[0028] Selon une forme préférentielle de l'invention, des encoches, séparées par des parties
pleines joignant une partie supérieure et une partie inférieure de la paroi de la
chambre d'inflammation, sont réparties uniformément le long d'une section circulaire
horizontale de la paroi.
[0029] Selon une forme plus préférentielle de l'invention, une section circulaire horizontale
de la paroi de la chambre d'inflammation comporte trois encoches de forme identique
et trois parties pleines de forme identique.
[0030] Selon une forme préférentielle de l'invention, selon une section circulaire horizontale
de la paroi de la chambre d'inflammation, la longueur d'une encoche est supérieure
à celle d'une partie pleine.
[0031] Les encoches permettent non seulement de stabiliser l'endroit où est localisé le
point chaud, mais aussi d'éviter une perte calorifique trop importante au travers
du bouclier thermique de la paroi de la chambre d'inflammation.
[0032] En effet, une perte éventuelle de chaleur trop importante au travers des encoches
de la paroi de la chambre d'inflammation impliquerait :
- une mauvaise combustion, due à une température trop basse dans la chambre d'inflammation,
- une descente du point chaud vers le bas de la chambre d'inflammation, impliquant une
auto inflammation tardive du mélange,
- un réchauffement exagéré de la paroi de la chambre de combustion.
[0033] Ce réchauffement peut impliquer, par conduction thermique, une température trop importante
du support sur lequel elle est fixée ainsi que la paroi de la chambre d'inflammation.
Or, dans ce support s'emboîte la vanne à clapet. La température de ladite vanne à
clapet doit être totalement maîtrisée afin de ne courir aucun risque d'inflammation
du mélange air / gaz au sein du conduit d'admission.
[0034] Un autre objet de l'invention est de limiter le réchauffement excessif du corps de
la vanne, par conduction thermique avec le support des parois des chambres de combustion
et d'inflammation. Pour cela, l'invention prévoit la présence d'au moins deux joints
isolants, entourant le corps de la vanne à clapet. Le support des parois de combustion
et d'inflammation vient s'emboîter au contact de ces joints.
[0035] L'invention a donc pour objet une chaudière pulsatoire comprenant:
- une chambre de pré-mélange pour réaliser un mélange gazeux carburant / comburant,
- une vanne à clapet, en aval de la chambre de pré-mélange, munie d'un conduit d'admission
et d'un positionneur de flamme sous la forme d'une pièce cylindrique verticale s'évasant
en une collerette à son extrémité inférieure,
- une chambre de combustion, en aval du conduit d'admission, contenant une chambre d'inflammation
ainsi qu'une chambre d'expansion dans le prolongement de la chambre d'inflammation,
la chambre de combustion étant délimitée par une première paroi métallique, la chambre
d'inflammation entourant le positionneur de flamme et étant délimitée par une seconde
paroi métallique coaxiale à la première,
caractérisée en ce que la paroi métallique de la chambre d'inflammation est perforée par une ou plusieurs
encoches.
[0036] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen
des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif
et nullement limitatif de l'invention.
[0037] Les figures montrent :
- Figure 1 : Une vue schématique générale d'une chaudière selon une forme préférentielle
de réalisation de l'invention;
- Figure 2 : Une vue en coupe, selon un plan vertical passant par un axe central vertical
de la chaudière, de la chambre d'inflammation de la chaudière représentée à la figure
1 ;
- Figure 3 : Une vue en coupe, selon un plan horizontal comprenant les encoches selon
l'invention, de la chambre d'inflammation de la chaudière représentée à la figure
1 ;
[0038] Dans la description qui suit, les indications directionnelles telles que horizontal,
vertical, au-dessus, au-dessous... sont à entendre dans la position de fonctionnement
d'une chaudière selon l'invention.
[0039] Sur la figure 1 est représentée une chaudière pulsatoire 1 munie de sa vanne 2 à
clapet. Sur cette figure, seul apparaît le corps de chauffe principal de la chaudière
1 ; le pot d'admission ainsi que le pot de détente n'y figurent pas. De plus, le clapet
de la vanne 2 n'est pas représenté.
[0040] La chaudière 1 comporte à son sommet, au dessus d'une vanne 2 à clapet, une chambre
de pré-mélange 3 permettant de recevoir à partir d'une entrée d'admission 4 un pré-mélange
gazeux du type air / gaz hydrocarbure.
[0041] La vanne 2 à clapet est montée à l'intérieur d'un support 5. Ledit support 5 a une
forme sensiblement cylindrique. A une partie inférieure du support 5, sur une paroi
extérieure du cylindre, est fixé un sommet d'une paroi métallique 6 délimitant la
chambre de combustion 7. La paroi 6 présente la forme d'une cloche. Plus précisément,
ladite paroi 6 a la forme d'une tulipe renversée. Une première partie 8 de ladite
tulipe est sensiblement une surface de révolution autour d'un axe 15. Ledit axe 15
est également un axe de révolution de la vanne 2 à clapet et du support 5. Une section
de la partie 8, selon un plan vertical passant par l'axe 15, présente une forme sensiblement
parabolique. Une seconde partie 9 de la paroi 6 a une forme sensiblement cylindrique.
[0042] Lors du fonctionnement de la chaudière pour réchauffer de l'eau de chauffage, l'extérieur
de la paroi 6 est environné d'eau à chauffer.
[0043] A l'intérieur de la chambre de combustion 7 se trouve une chambre d'inflammation
10 et une chambre d'expansion 11. La chambre d'inflammation 10 est délimitée par une
paroi 12. Un sommet de ladite paroi 12 est fixé à une partie inférieure du support
5, sur une paroi extérieure du cylindre, sous la fixation de la paroi 6. La paroi
12 de la chambre d'inflammation 10 possède une forme de tulipe renversée similaire
à celle de la paroi 6. Une première partie 8.1 de ladite paroi 12 est sensiblement
une surface de révolution autour de l'axe 15. Une section de la partie 8.1, selon
un plan vertical passant par l'axe 15, présente une forme sensiblement parabolique.
Une seconde partie 9.1 de la paroi 12 a une forme sensiblement cylindrique. Un espace
vide, d'épaisseur sensiblement constante, sépare l'extérieur de la paroi 12 de l'intérieur
de la paroi 6.
[0044] Une base de la chambre de combustion 7 est séparée de la chambre d'expansion 11 par
une structure métallique 13 à nids d'abeille, destinée à rigidifier la chambre de
combustion 7.
[0045] La structure du corps de chauffe comporte également, en aval, c'est-à-dire en dessous,
de la chambre d'expansion 11, une chambre 14 dite chambre de détente. Cette chambre
14 est composée de différents conduits d'évacuation, en hélice par rapport à l'axe
central 15 de révolution du corps de chauffe.
[0046] La vanne 2 à clapet est munie d'un conduit d'admission 21 du mélange air / gaz dans
la chambre de combustion 7. Le conduit d'admission 21 est constitué d'un espace sensiblement
cylindrique, d'axe vertical 15. La vanne 2 à clapet comporte par ailleurs des moyens
d'allumage 16, destinés à produire les premières inflammations du mélange gazeux.
Ces moyens d'allumages 16 comportent notamment une bougie de premier allumage (non
représentée), insérée à l'intérieur d'un positionneur de flamme 17. Ce positionneur
de flamme 17 se présente sous la forme d'une pièce cylindrique 18 s'évasant à son
extrémité inférieure en formant une collerette 19. La bougie produit une étincelle
d'allumage à l'intérieur de la collerette 19.
[0047] Des axes respectifs de révolution des chambres de combustion 7, d'inflammation 10
et d'expansion 14 ainsi que du positionneur de flamme 17, sont confondus avec l'axe
central 15 du corps de chauffe.
[0048] La collerette 19 du positionneur de flamme 17 est placée au centre de la chambre
d'inflammation 10 à une hauteur comprise entre le tiers et la moitié de la hauteur
totale de la cloche formant la paroi 12, en partant du sommet de ladite paroi 12.
De manière préférentielle, la collerette 19 est placée à une hauteur avoisinant le
tiers de la hauteur totale de la cloche formant la paroi 12, en partant du sommet
de ladite paroi 12.
[0049] De manière préférentielle, le sommet de la paroi 12 de la chambre d'inflammation
10, l'extrémité inférieure du support 5 et l'extrémité inférieure de la vanne 2 à
clapet insérée dans le support 5, sont sensiblement tous situés dans un même plan
horizontal.
[0050] Selon l'invention, une ou plusieurs encoches 20 traversent de part en part l'épaisseur
de la paroi 12.
[0051] De manière préférentielle, les encoches 20 sont sensiblement contenues dans un plan
perpendiculaire à l'axe 15 du corps de chauffe, selon une section horizontale de la
cloche formant la paroi 12 de la chambre d'inflammation 10.
[0052] De manière préférentielle, une encoche 20 se présente sous la forme d'une fente horizontale,
parcourant une partie de la circonférence d'une section horizontale de la paroi 12
de la chambre de combustion 10. Les encoches sont séparées par des parties pleines
permettant de conserver solidaires une partie supérieure et une partie inférieure
de la paroi 12.
[0053] La figure 2 représente une vue en coupe, selon un plan vertical passant par l'axe
central 15, de la chambre d'inflammation 10 de la chaudière représentée à la figure
1. Sur la figure 2, selon une forme préférentielle de l'invention, les encoches sont
situées, sur la paroi 12, à une hauteur correspondant sensiblement à la limite entre
la partie 8.1 de section parabolique et la partie 9.1 cylindrique de cette paroi 12.
De manière préférentielle, la partie 8.1 représente entre un tiers et une moitié de
la hauteur totale de la paroi 12. En conséquence, la partie 9.1 représente entre une
moitié et deux tiers de la hauteur totale de la paroi 12.
[0054] Une longueur de la pièce cylindrique 18 du positionneur de flamme 17 est telle qu'une
extrémité inférieure de la collerette 19, soit une base de ladite collerette 19, est
contenue dans un plan horizontal situé légèrement au dessous du plan horizontal correspondant
aux encoches 20.
[0055] Plus précisément, on considère que les encoches 20 ont une hauteur h, mesurée selon
un axe vertical. On considère également une distance d entre un plan horizontal contenant
la base de la collerette 19 et un plan horizontal passant à mi-hauteur des encoches
20. De manière préférentielle, la distance d est comprise entre une et cinq fois la
hauteur h des encoches 20.
[0056] De la sorte, les ouvertures créées par les encoches 20 dans la paroi 12, en contact
direct avec l'interstice d'air séparant la paroi 12 de la paroi 6, sont situées plus
hautes que la base de la collerette 19. Lesdites ouvertures se trouvent donc en amont
de la bougie, et donc des premiers allumages du mélange gazeux provenant de la vanne
à clapet.
[0057] Dans la zone d'écoulement des gaz comprise entre l'intérieur de la partie 8.1 parabolique
de la paroi 12 et le dessus de la collerette 19, le flux gazeux est suffisamment rapide
et dirigé de telle sorte que le mélange ne s'engouffre pas au travers des ouvertures
créées par les encoches 20 de la paroi 12. La forme évasée de la collerette 19 permet
également d'améliorer l'écoulement et les effets de turbulences. Elle permet notamment
de mieux refroidir l'intérieur de la partie 8.1 parabolique de la paroi 12 grâce au
volume de mélange air/ gaz hydrocarbure entrant, avant que ce dernier ne s'enflamme.
[0058] La collerette 19 évite également à ce même volume de mélange d'être présenté immédiatement
au contact de la bougie lors de son entrée dans la chambre 10. En effet, la bougie
étant emmanchée dans le conduit cylindrique 18, une étincelle d'inflammation se produit
à l'intérieur de la collerette 19. Avant d'entrer en contact avec ladite étincelle,
le mélange air/gaz hydrocarbure entrant dans la chambre d'inflammation 10 a le temps
de se répartir de façon relativement homogène à l'intérieur de ladite chambre. De
plus, le point le plus haut d'inflammation du mélange reste au dessous des encoches
20.
[0059] Lorsque plusieurs encoches sont réalisées à la circonférence d'une section de la
paroi 12 telles que décrit précédemment, elles sont préférentiellement de forme et
de dimensions identiques. Plus précisément, elles sont de longueur et de hauteur identique.
Les encoches 20 sont séparées par des parties pleines 20.1. Préférentiellement, ces
parties pleines sont également de forme et de dimensions identiques, notamment de
longueur identique. La longueur est mesurée le long d'une section circulaire horizontale
de la paroi 12.
[0060] De manière préférentielle, la longueur d'une encoche 20 est supérieure à la longueur
d'un espacement entre deux encoches, c'est-à-dire à la longueur d'une partie pleine
20.1. De manière plus préférentielle, la longueur d'une encoche 20 est supérieure
à cinq fois la longueur d'une partie pleine 20.1. De manière encore plus préférentielle,
la longueur d'une encoche 20 est supérieure à huit fois la longueur d'une partie pleine
20.1.
[0061] De la sorte, les parties de la paroi 12, situées respectivement au dessus et au dessous
des encoches 20, sont reliées par un minimum de matière. Elles sont donc isolées thermiquement
l'une de l'autre par une tranche d'air, la paroi conservant une rigidité suffisante
lors des déflagrations liées aux inflammations du mélange air / gaz hydrocarbure.
[0062] La figure 3 représente une vue en coupe, selon un plan horizontal passant à mi-hauteur
des encoches 20, de la chambre d'inflammation 10 de la chaudière représentée à la
figure 1. Sur la figure 3, selon une variante préférée de l'invention, la paroi 12
comprend trois encoches 20 situées le long d'une section circulaire horizontale de
la chambre d'inflammation 10. Le nombre de parties pleines 20.1 est également de trois.
Les trois encoches 20 sont de longueur identique. Les parties pleines 20.1 sont de
longueur identique. Les parties pleines 20.1 sont disposées uniformément le long d'une
section circulaire horizontale de la paroi 12. Des plans verticaux de symétrie de
ces trois parties pleines 20.1 forment donc entre eux des angles de 360° / 3 = 120°.
[0063] A titre indicatif, les dimensions suivantes peuvent être adoptées pour une chaudière
telle que représentée aux figures 1, 2 et 3 : le diamètre d'une section circulaire
horizontale de la paroi 12, au niveau des encoches 20, est approximativement de 100
mm; la longueur d'une partie pleine 20.1, mesurée selon ladite section horizontale,
est de 10 mm environ; la longueur d'une encoche 20, mesurée selon ladite section horizontale,
est de 95 mm environ. Une hauteur des encoches 20, mesurée selon un axe vertical,
est de 2 mm environ.
[0064] Ces dimensions suffisent à empêcher le matériau de la partie supérieure parabolique
8.1 de la paroi 12 d'atteindre des températures aussi élevées que celles de la partie
inférieure cylindrique 9.1 de la paroi 12.
[0065] Les températures élevées de la partie inférieure 9.1 sont liées à l'inflammation
du mélange gazeux au sein de la chambre d'inflammation 10.
[0066] Après les premiers allumages déclenchés par la bougie, l'inflammation spontanée s'effectue
grâce à la présence du point chaud. Ce point chaud correspond à une zone de faible
hauteur, située sur une section circulaire horizontale de la paroi 12. Le point chaud
se présente donc sous la forme d'un anneau sur la face intérieure, recouverte d'un
matériau réfractaire, de la paroi 12.
[0067] Préférentiellement, une fois l'auto-allumage correctement entretenu par la chaudière,
le point chaud est localisé sur la partie cylindrique 9.1 de la paroi 12. Le point
chaud est situé légèrement au dessous de la base de la collerette 19 c'est à dire
au niveau de la première inflammation du mélange gazeux dans la chambre 10 par la
bougie.
[0068] Or, en l'absence des encoches 20 précédemment décrites, au fur et à mesure de la
durée de fonctionnement de la chaudière, ce point chaud possède une tendance à remonter
régulièrement le long de la paroi 12. Ce faisant, il dépasse le niveau de la base
de la collerette 19 pour remonter encore le long de la partie parabolique 8.1, avec
un risque de se trouver trop proche de la vanne 2 à clapet et de la zone de mélange
air / gaz hydrocarbure.
[0069] De plus, cette remontée du point chaud implique un dérèglement de la fréquence de
la pulsation du clapet de la vanne 2. Cette remontée du point chaud provoque surtout
une fabrication importante de monoxyde de carbone, du fait d'un défaut d'apport d'air
et d'une combustion incomplète.
[0070] En effet, à chaque pulsation de la chaudière pulsatoire, l'admission d'un nouveau
volume air / gaz hydrocarbure a lieu tout d'abord au sein de la chambre 3 de pré-mélange,
au travers des ouvertures de la vanne à clapet. Le mélange gazeux traverse ensuite
le conduit d'admission 21, avant de pénétrer dans la partie supérieure de la chambre
d'inflammation 10. Cette partie supérieure de la chambre d'inflammation 10 correspond
à la partie parabolique 8.1 de la paroi 12. La partie supérieure de la chambre d'inflammation
10 comprend également la partie inférieure des moyens d'allumage 16, notamment le
cylindre 18 avec, à son extrémité, la collerette 19.
[0071] Le mélange air / gaz hydrocarbure s'enflamme au contact de la zone correspondante
au point chaud. Après la déflagration, l'évacuation du flux gazeux en direction de
la chambre 11 d'expansion puis de la chambre 14 de détente provoque un phénomène de
dépression en haut de la chambre d'inflammation 10 et engendre ainsi une aspiration
dans la partie située en amont de ladite chambre. Dans le même mouvement, le clapet
de la vanne 2 libère des ouvertures de ladite vanne 2, communiquant avec la chambre
de pré-mélange 3. Un phénomène d'aspiration permet à un nouveau volume du mélange
air / gaz hydrocarbure de pénétrer de la chambre de pré-mélange vers le conduit d'admission
21.
[0072] Or, le carburant, ici le gaz hydrocarbure, arrive dans la chambre de pré-mélange
selon un débit et une pression constants. Par contre, le comburant, ici l'air, est
principalement appelé par l'aspiration engendrée par l'éjection des gaz au sein des
chambres de d'expansion 11 et de détente 14. Cette éjection est provoquée par la déflagration
liée à l'inflammation du mélange air / gaz hydrocarbure.
[0073] Dans le cas d'une inflammation trop tardive ou au contraire prématurée, le volume
d'air aspiré est insuffisant, ce qui engendre une combustion incomplète du mélange
air / gaz hydrocarbure.
[0074] Cette combustion incomplète génère du monoxyde de carbone, gaz particulièrement nocif
et inodore donc dangereux. En parallèle, la température de la chambre d'inflammation
10 baisse, ce qui a pour effet d'encrasser l'intérieur de la chambre d'inflammation
10.
[0075] Il est donc nécessaire de maintenir le point chaud à une hauteur constante ou quasi-constante
dans la chambre d'inflammation, non seulement pour obtenir des cycles de combustion
réguliers et donc une pulsation régulière et synchronisée avec le battement du clapet,
mais surtout afin d'obtenir un dosage du mélange air / gaz hydrocarbure constant pour
une combustion complète.
[0076] Ainsi, les encoches telles que décrites précédemment maintiennent le point chaud
à un niveau situé dans une partie supérieure de la partie 9.1 cylindrique de la chambre
d'inflammation. De manière préférentielle, le point chaud est proche du niveau de
la base de la collerette 19.
[0077] A titre indicatif, une température de la paroi 12 au sommet de la cloche peut être
de l'ordre de 120 °C. Une température de l'intérieur de la même paroi 12 au niveau
du point chaud peut être de l'ordre de 900 °C. Grâce au matériau réfractaire à l'intérieur
de la paroi 12, ainsi qu'à l'interstice d'air entre les deux parois 12 et 6, ladite
paroi 6 conserve une température contrôlée pour chauffer de manière appropriée l'eau
de chauffage dans laquelle elle est immergée.
[0078] Une chaudière est amenée à fonctionner plus ou moins longtemps selon la quantité
d'eau à réchauffer dans le circuit, mais aussi selon sa puissance.
[0079] La puissance d'une chaudière est déterminée par ses caractéristiques techniques et
notamment par sa capacité à pouvoir admettre une tolérance plus ou moins grande de
la richesse énergétique du carburant qui lui est délivré.
[0080] Un seuil énergétique existe, au dessous duquel la chaudière ne délivre pas la puissance
prévue, voire ne fonctionne pas du tout. Il existe également un seuil au dessus duquel
la chaudière ne peut non plus délivrer sa puissance du fait d'un carburant trop riche.
Les conséquences sont des températures de combustion plus élevées, impliquant alors
une remontée du point chaud encore plus rapide le long de la paroi de la chambre d'inflammation
10. Ainsi, la puissance maximale de fonctionnement autorisée de la chaudière pulsatoire
est réduite.
[0081] A titre indicatif, une chaudière peut fonctionner selon une plage normative de +/-7.5%,
qui correspond à la plage de vitesse d'inflammation du gaz utilisé. En effet, le gaz
s'enflamme plus ou moins rapidement selon sa richesse. Pour un même type de gaz, les
encoches 20 permettent d'augmenter la puissance de la chaudière de l'ordre de 20%,
soit d'une puissance de 20 KW à 25 KW.
[0082] Les deux parois 6 et 12 étant fixées sur le même support 5, la propagation de la
chaleur par les parois s'étend à ce support 5. Une forme préférentielle de l'invention
prévoit la présence de deux joints (22, 23) afin d'isoler le support 5 de la vanne
2. Ainsi, au moins deux joints (22, 23), par exemple sous la forme d'anneaux toriques,
sont placés l'un au dessus de l'autre et en partie insérée dans des gouttières présentes
dans la paroi extérieure d'une partie cylindrique 24 de la vanne 2.
[0083] Préférentiellement, l'un des deux joints 22 est placé sensiblement à mi-hauteur de
cette partie cylindrique. Le second joint 23 est placé au dessus du joint 22, tout
en restant en dessous d'une extrémité supérieure du support 5.
[0084] La partie cylindrique 24 est insérée dans le support 5. En raison d'un relief présenté
par les joints à l'extérieur de ladite partie 24, une paroi intérieure du support
5 se trouve en contact avec les joints (22, 23), sans contact direct avec une paroi
extérieure de la partie 24. Ainsi, un espace est préservé entre le support 5 et la
partie 24 de la vanne 2. Ladite vanne 2 est donc protégée des températures élevées
pouvant être atteintes par le support 5.
[0085] En conséquence, la présence des joints (22, 23) permet de prévenir les risques d'inflammation
du mélange air / gaz hydrocarbure au sein du conduit d'admission 21.
1. - Chaudière (1) pulsatoire comprenant :
- une chambre de pré-mélange (3) pour réaliser un mélange gazeux carburant / comburant,
- une vanne (2) à clapet, en aval de la chambre de pré-mélange (3), munie d'un conduit
d'admission (21), ainsi que d'un positionneur de flamme (17) sous la forme d'une pièce
cylindrique verticale (18) s'évasant en une collerette (19) à son extrémité inférieure,
- une chambre de combustion (7), en aval du conduit d'admission (21), contenant une
chambre d'inflammation (10) ainsi qu'une chambre d'expansion (11) dans le prolongement
de la chambre d'inflammation (10), la chambre de combustion (7) étant délimitée par
une première paroi (6) métallique, la chambre d'inflammation (10) entourant le positionneur
de flamme (17) et étant délimitée par une seconde paroi (12) métallique coaxiale à
la première,
caractérisée en ce que la paroi (12) métallique de la chambre d'inflammation (10) est perforée par une ou
plusieurs encoches (20).
2. - Chaudière (1) pulsatoire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie supérieure (8.1) de la paroi (12) de la chambre d'inflammation (10) a une
section sensiblement parabolique selon un plan passant par un axe (15) de la chambre
(10), une partie inférieure de la paroi (12) a une forme sensiblement cylindrique
(9.1), une limite entre lesdites parties (8.1, 9.1) se trouvant sensiblement au niveau
de la base de la collerette (19) du positionneur de flamme (17).
3. - Chaudière (1) pulsatoire selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la ou les encoches (20) se situent à une hauteur correspondant sensiblement au tiers
de la hauteur de la paroi (12) de la chambre d'inflammation (10), en partant d'un
sommet de ladite paroi (12).
4. - Chaudière (1) pulsatoire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une partie de la paroi (12), délimitée par un sommet de ladite paroi et la ou les
encoches (20), correspond sensiblement à la partie (8.1) de section parabolique.
5. - Chaudière (1) pulsatoire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la ou les encoches (20) sont placées à une hauteur comprise entre un sommet de la
chambre d'inflammation (10) et une base de la collerette (19), tout en étant proches
de la hauteur de ladite base de la collerette.
6. - Chaudière (1) pulsatoire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des encoches (20) et des parties pleines (20.1) joignant une partie supérieure et
une partie inférieure de la paroi (12) sont réparties uniformément le long d'une section
circulaire horizontale de la paroi (12).
7. - Chaudière (1) pulsatoire selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une section circulaire horizontale de la paroi (12) comporte trois encoches (20) de
forme et de dimensions identiques et trois parties pleines (20.1) de forme et de dimensions
identiques.
8. - Chaudière (1) pulsatoire selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que, selon une section circulaire horizontale de la paroi (12), la longueur d'une encoche
(20) est supérieure à la longueur d'une partie pleine (20.1).
9. - Chaudière (1) pulsatoire selon la revendication 8, caractérisée en ce que la longueur d'une encoche (20) est supérieure à cinq fois la longueur d'une partie
pleine (20.1).
10. - Chaudière (1) pulsatoire selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la vanne (2), prenant place dans un support (5) sur lequel sont fixées les parois
(6,12) respectives des chambres de combustion (7) et d'inflammation (10), est munie
d'au moins deux joints (22, 23), permettant d'isoler thermiquement la vanne (2) d'une
chaleur se propageant le long des parois (6,12) et de leur support (5).