FR2627262A1 - Chaudiere verticale pour le chauffage de fluides caloporteurs - Google Patents

Abstract

Cette chaudière verticale, avec brûleur à gaz 14, est composée d'au moins quatre corps superposés 1 à 6, réunis en un ensemble monobloc. Le corps supérieur 1, portant le brûleur 14, comportent un canal en spirale 17 parcouru par le fluide à chauffer. Le deuxième corps 2, constituant la chambre de combustion, possède une double paroi latérale 21, 22 dans laquelle est formé un conduit en hélice 25 pour le fluide à chauffer. Le troisième corps 3 est un faisceau tubulaire, avec des tubes rectilignes verticaux 36 parcourus par les gaz et fumées, et avec d'autres tubes rectilignes verticaux 40 entourant coaxialement les précédents, le fluide à chauffer circulant dans les espaces annulaires situés entre ces tubes coaxiaux. Le quatrième corps 4 est une boîte à fumées. Un cinquième et un sixième corps 5, 6 sont éventuellement ajoutés, pour la condensation des fumées. Applications : chauffage de fluides caloporteurs dans l'industrie, chauffage central.

Description

"Chaudière verticale pour le chauffage de fluides caloporteurs"
La présente invention concerne une chaudière verticale, notamment une chaudière au gaz, destinée à chauffer des fluides caloporteurs utilisés pour assurer un transfert de chaleur dans des industries diverses ou dans des installations de chauffage central de locaux, auquel cas le fluide caloporteur est simplement de l'eau chaude.

Nombreuses sont les industries qui ont besoin, dans leurs cycles de fabrication ou de traitement, de fluides caloporteurs pour le transfert de chaleur, permettant de disposer de calories à des températures élevées, atteignant 3000C ou plus, sans augmentation de pression donc sans matériel coûteux nécessitant une surveillance constante. On peut citer à titre d'exemples, comme industries utilisatrices de tels fluides caloporteurs:
- la pétro-chimie et la carbo-chimie,
- I'industrie du textile,
- I'industrie alimentaire,
- les peintures et vernis,
l'industrie des matières plastiques,
- la fabrication des produits agglomérés en bois,
- I'industrie du papier,
- les constructions électriques et métalliques, l'imprégnation de
câbles, la galvanoplastie, I'étamage, etc...

- le chauffage des locaux industriels, des grands bâtiments
notamment publics, des hangars, des aéroports, etc...

D'une manière générale, le chauffage par circulation de fluides caloporteurs s'applique dans tous les cas où l'on désire de hautes températures pratiquement à la pression atmosphérique, donc sans mise sous pression. Toutefois, il importe que la chaudière et toute l'installation qu'elle alimente soient conçues pour véhiculer ces fluides caloporteurs ; pour cela, le cuivre et ses alliages sont à proscrire pour la réalisation des circuits, dans tous les cas où ils agiraient comme catalyseurs de vieillissement du fluide caloporteur. Il est aussi nécessaire de prévoir, sur les circuits, des vases d'expansion largement dimensionnés pour absorber les dilatations importantes subies par les fluides caloporteurs lors de leur échauffement.Enfin, il convient d'atteindre une vitesse de circulation de ces fluides en régime turbulent d'au moins 3 mètres/seconde, de façon que l'indice de circulation atteigne sûrement une valeur de 3000 Reynolds.

Pour être en mesure de respecter ces diverses exigences, les constructeurs de chaudières pour le chauffage de fluides caloporteurs s'en tiennent, généralement, à des structures réalisées en circuits tubulaires, plus ou moins compliqués. La fabrication de tels circuits nécessite de nombreux cintrages de tubes, ainsi que la réalisation d'innombrables jonctions de tubes entre eux, toutes opérations difficiles qui ne sont réalisables que manuellement par un personnel technique hautement qualifié. I1 en résulte que les prix de revient des chaudières actuelles sont élevés, et qu'en conservant la conception actuelle de ces chaudières il est impossible de mettre en oeuvre des fabrications robotisées notamment par des machines automatiques de soudage, susceptibles de conduire à une diminution des prix de revient.

Par ailleurs, si dans les industries utilisatrices de fluides caloporteurs il est habituellement admis que les gaz de combustion s'échappent à une température de l'ordre de 2500C avec un rendement thermique d'environ 85 %, en revanche, dans les cas de chauffage central de locaux, il est normal que l'on puisse rechercher un coût d'exploitation le plus économique avec un rendement thermique pouvant atteindre 106 %, ceci grâce à un cycle supplémentaire de condensation des fumées contenues dans les gaz de combustion.

Pour remédier aux inconvénients précités et répondre aux exigences rappelées en dernier lieu, la présente invention fournit une chaudière verticale pour le chauffage de fluides caloporteurs qui possède une structure permettant une fabrication robotisée, donc d'un prix de revient minimal, notamment du point de vue des opérations de soudage, et qui puisse offrir un rendement thermique de 85 % sans condensation des fumées, et de 106 % par condensation des fumées.

A cet effet, I'invention a essentiellement pour objet une chaudière verticale, notamment une chaudière au gaz, pour le chauffage de fluides caloporteurs, qui comprend au moins quatre corps superposés et assemblés les uns aux autres, à savoir de haut en bas
- un premier corps, ou corps supérieur, de forme plate, portant en son centre l'ouvreau d'un brûleur à gaz, ce premier corps comprenant une paroi supérieure et une paroi inférieure avec ouvertures centrales réunies par des parois verticales extérieure et intérieure, qui délimitent un volume à l'intérieur duquel le fluide à chauffer est injecté et est canalisé suivant un circuit en spirale autour de l'ouvreau du brûleur
- un deuxième corps, constituant une chambre de combustion, délimité par la paroi inférieure du premier corps et par une double paroi latérale formant un espace annulaire dans lequel est constitué un circuit en hélice pour le fluide à chauffer
- un tro-isième corps, constituant un faisceau tubulaire à convection, comportant un volume supérieur et un volume inférieur recevant le fluide à chauffer, qui sont reliés par des tubes rectilignes verticaux entourant coaxialement d'autres tubes rectilignes verticaux parcourus par les gaz et fumées issus de la chambre de combustion, tandis que le fluide à chauffer circule dans les espaces annulaires situés entre les tubes coaxiaux
- un quatrième corps, constituant une boîte à fumées, formé par une paroi supérieure et par une paroi inférieure réunies par une paroi verticale, cette boîte à fumées recevant les gaz et fumées à leur sortie des tubes précités
des moyens étant prévus pour l'entrée du fluide à chauffer dans le premier corps, pour le passage de ce fluide du premier corps au deuxième corps et du deuxième corps au troisième corps, et pour la sortie du fluide chauffé à la base du troisième corps.

Ainsi est réalisée une chaudière verticale comprenant plusieurs corps de chauffe superposés, dans lesquels circule le même fluide à chauffer pulsé par une pompe, tandis que les gaz brûlés circulent de haut en bas dans la chambre de combustion puis dans le faisceau tubulaire à convection sous l'effet d'une pressurisation provoquée par le brûleur à gaz.

Les différents corps superposés de cette chaudière sont, de préférence, des corps cylindriques tous sensiblement de même diamètre tous les corps sont disposés et assemblés entre eux suivant un même axe vertical pour former un ensemble monobloc cylindrique. Ces corps cylindriques individuels peuvent être construits séparément, par soudage robotisé réalisant l'assemblage de tôles et de tubes. C'est seulement après construction de chacun des corps, et après contrôle de l'étanchéité de chacun de ces corps, que l'on place tous lès corps les uns au-dessus des autres suivant un axe vertical, et qu'on assemble ces corps entre eux, également par un soudage robotisé. Non seulement les opérations de fabrication, mais aussi les opérations d'épreuve, s'en trouvent facilitées et simplifiées. De plus, dans le fonctionnement de la chaudière, les différents corps superposés peuvent se dilater librement et individuellement.

Dans une forme de réalisation particulière, le premier corps ou corps supérieur de la chaudière comprend deux disques circulaires superposés avec ouvertures centrales, réunis entre eux par une virole extérieure verticale et par une virole intérieure verticale portant l'ouvreau du brûleur à gaz, ces disques et viroles délimitant un volume annulaire à l'intérieur duquel sont disposées des cloisons verticales qui délimitent un canal continu en spirale, les moyens pour l'entrée du fluide à chauffer étant constitués par un tube raccordé à l'extrémité intérieure du canal en spirale, tandis que les moyens pour le passage de ce fluide vers le deuxième corps sont raccordés à l'extrémité extérieure du canal en spirale.

Le deuxième corps, constituant la chambre de combustion, possède avantageusement un fer plat enroulé en hélice dans l'espace annulaire formé par sa double paroi latérale cylindrique, de manière à constituer, dans cet espace annulaire, un conduit en hélice de section rectangulaire pour le fluide à chauffer. La paroi cylindrique extérieure du deuxième corps peut être constituée par deux demi-viroles verticales soudées entre elles par leurs bords verticaux, tandis que la paroi cylindrique intérieure de ce deuxième corps est formée par une virole verticale continue, sur laquelle est soudé le fer plat enroulé en hélice.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le troisième corps de la chaudière, constituant le faisceau tubulaire à convection, comporte une lame horizontale supérieure et une lame horizontale inférieure recevant le fluide à chauffer et formées chacune par la réunion de deux disques circulaires superposés et d'une virole verticale, le disque supérieur de la lame supérieure étant relié au disque inférieur de la lame inférieure par des tubes rectilignes verticaux de plus petit diamètre soudés sur les bords de trous circulaires percés dans ces disques, et chacun de ces tubes étant entouré coaxialement par un tube rectiligne vertical de plus grand diamètre, reliant le disque inférieur de la lame supérieure au disque supérieur de la lame inférieure, en étant soudé sur les bords de trous circulaires de ces derniers disques.Les gaz et fumées circulent de haut en bas dans les tubes de plus petit diamètre, en cédant leur chaleur au fluide à chauffer qui circule, également de haut en bas, dans les espaces annulaires situés entre chacun des tubes de plus petit diamètre et le tube de plus grand diamètre qui l'entoure coaxialement, ces espaces annulaires étant connectés à leurs deux extrémités respectivement à la lame supérieure et à la lame inférieure, dont les volumes internes sont réservés au fluide à chauffer. La réalisation du faisceau à convection avec des tubes tous rigoureusement rectilignes constitue un avantage supplémentaire du point de vue de la fabrication.

Les moyens pour le passage du fluide à chauffer du premier corps au deuxième corps, et du deuxième corps au troisième corps, peuvent être simplement constitués par deux tubes de liaison extérieurs coudés en "U", dont le premier relie l'extrémité extérieure du canal en spirale du premier corps à l'extrémité supérieure du conduit en hélice du deuxième corps, et dont le second relie l'extrémité inférieure du conduit en hélice à la lame supérieure du troisième corps, tandis que les moyens pour la sortie du fluide chauffé sont constitués par au moins un tube partant de la lame inférieure du troisième corps. Les deux tubes de liaison, coudés en "U", sont les seuls tubes non rectilignes de la chaudière, nécessitant éventuellement un soudage manuel et non robotisé pour leurs raccordements aux viroles des corps dont ils assurent la liaison.

Il est important que sur l'ensemble de son circuit parcourant les différents. corps de chauffe, le fluide à chauffer circule à une vitesse constante, égale à la vitesse à laquelle ce fluide est injecté au sommet de la chaudière. A cet effet, des sections de passage équivalentes sont prévues pour : le tube d'entrée du fluide à chauffer, le canal en spirale du premier corps, le tube coudé de passage du fluide à chauffer du premier corps au deuxième corps, le conduit en hélice du deuxième corps, le tube coudé de passage du fluide à chauffer du deuxième corps au troisième corps, et l'ensemble des espaces annulaires situés entre les tubes coaxiaux du troisième corps.

Dans le cas où l'on peut se contenter d'un rendement thermique de l'ordre de 85 %, dont l'obtention ne nécessite pas un cycle de condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz brûlés, la chaudière objet de l'invention est composée seulement de quatre corps superposés dans ce cas le quatrième corps de la chaudière, constituant la boîte à fumées, est aussi le corps inférieur et il comporte au moins une sortie pour
I'évacuation des gaz et fumées ayant parcouru les tubes du troisième corps.

Par contre, dans le cas où une récupération de calories supplémentaires par condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz brûlés est souhaitée, la chaudière objet de l'invention est composée de - six corps superposés avec, sous le quatrième corps constituant la boîte à fumes :
- un cinquième corps constitué en faisceau tubulaire à la manière du troisième corps, mais avec un volume supérieur et un volume inférieur recevant un autre fluide froid, qui sont reliés par des tubes rectilignes verticaux entourant coaxialement d'autres tubes rectilignes parcourus par les gaz et fumées, tandis que l'autre fluide froid circule dans les espaces annulaires situés entre les tubes coaxiaux, de manière à provoquer la condensation des fumées des gaz ; et
- un sixième corps, ou corps inférieur, constitué comme une cuvette de réception des condensats
des moyens étant prévus pour l'amenée du fluide froid dans le volume inférieur du cinquième corps, pour la sortie de ce fluide hors du volume supérieur du cinquième corps, et pour l'évacuation des condensats d'une part, et des fumées non condensées d'autre part, hors du sixième corps.

Dans ce cas, les gaz- et fumées qui sont recueillis dans le quatrième corps entrent, au niveau du cinquième corps, dans un autre faisceau tubulaire semblable à celui du troisième corps, où ils circulent de haut en bas en cédant encore de la chaleur à un autre fluide pouvant être simplement de l'eau froide, qui circule de bas en haut dans les espaces annulaires et dont le rôle est de provoquer la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les fumées pour en récupérer les calories et obtenir ainsi un rendement thermique global pouvant atteindre 106 %, au lieu de 85 % sans le phénomène de condensation.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette chaudière verticale pour le chauffage de fluides caloporteurs
Figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe verticale, d'une chaudière conforme à la présente invention composée de six corps superposés et assemblés les uns aux autres
Figure 2 est une vue en coupe horizontale de cette chaudière suivant Il-II de figure 1, c'est-à-dire au niveau de son corps supérieur
Figure 3 est une vue de détail, en coupe verticale et à échelle agrandie, relative au deuxième corps de la chaudière
Figure 4 en est une vue en coupe horizontale suivant IV-IV de.

figure 1, c'est-à-dire au niveau du troisième corps
Figure 5 est une autre vue de détail, en coupe verticale et à échelle agrandie, pouvant se rapporter au troisième corps ou au cinquième corps.

La figure 1 représente schématiquement, en coupe verticale, une chaudière à gaz composée de six corps cylindriques distincts 1 à 6, pouvant être fabriqués séparément notamment par soudage robotisé, et assemblés ensuite les uns aux autres coaxialement dans une disposition superposée, également par soudage robotisé, de manière à former un ensemble monobloc cylindrique d'axe vertical 7. Le corps inférieur 6 de la chaudière est fixé sur le sol 8, sur le lieu d'implantation de cette chaudière, tandis que le corps supérieur 1 et les corps intermédiaires 2 à 5, qui ne sont fixés à aucun support, peuvent se dilater librement et indidividuellement vers le haut, leurs allongements respectifs en direction verticale pouvant s'additionner.

Le corps supérieur 1 forme le toit de la chambre de combustion, constituée elle-même par le deuxième corps 2. Ce corps supérieur 1, de faible hauteur, comprend deux disques circulaires horizontaux superposés 9 et 10, présentant des ouvertures centrales respectives situées en correspondance.

Les deux disques 9 et 10 sont assemblés entre eux, à leur périphérie, par une virole extérieure verticale 1 1 soudée sur les bords extérieurs de ces deux disques 9 et 10. Les bords intérieurs des deux disques 9 et 10, c'est-à-dire les bords de leurs ouvertures centrales respectives, sont réunis par une autre virole verticale soudée 12, qui porte l'ouvreau 13 du brûleur ainsi que le brûleur à gaz 14 proprement dit, qui est par exemple un brûleur à gaz propane.

Comme le montre aussi la figure 2, qui est une coupe horizontale du corps supérieur 1, plusieurs cloisons verticales cylindriques 15 sont encore montées à l'intérieur de ce corps 1. Les cloisons intérieures verticales 15, soudées sur le disque supérieur 9 et/ou sur le disque inférieur 10, sont espacées les unes des autres en direction radiale et comportent des interruptions 16, de manière à délimiter avec les deux disques 9 et 1G et avec les deux viroles 11 et 12 un canal continu 17 ayant l'allure générale d'une spirale d'axe vertical.

Un tube extérieur 18, raccordé au disque supérieur 9 vers l'extrémité intérieure du canal en spirale 17, assure l'entrée selon une flèche 19 du fluide caloporteur à chauffer, injecté par une pompe non représentée.

La section interne rectangulaire du canal 17 est équivalente à la section circulaire du tube 18. Un autre tube extérieur 20 demême section, coudé en "U", part de la périphérie du corps supérieur 1, donc de l'extrémité extérieure du canal 17, pour faire passer le fluide caloporteur dans le deuxième corps 2, situé immédiatement au-dessous.

Le deuxième corps 2, constituant la chambre de combustion d'axe vertical 7, possède une double paroi cylindrique : sa paroi extérieure 21 est constituée par deux demi-viroles verticales, et sa paroi intérieure 22 est formée par une virole verticale continue. Comme le montre plus précisément la figure 3, un fer plat 23 fixé par des soudures 24 sur la paroi cylindrique intérieure 22 s'étend jusqu'à proximité immédiate de la paroi cylindrique extérieure 21. Le fer plat 23 s'enroule en hélice autour de la paroi intérieure 22, de façon à former, dans l'espace annulaire situé entre les deux parois cylindriques 21 et 22, un conduit en hélice 25 de section rectangulaire, s'étendant depuis le sommet du second corps 2 jusqu'à la base de ce corps 2.

Le tube 20 coudé en "U" se raccorde à l'extrémité supérieure du conduit en hélice 25, lequel possède une section égale à celle dudit tube 20, elle-même égale à la section du tube 18 par lequel le fluide caloporteur entre dans la chaudière.

La structure du deuxième corps 2 permet de réaliser ce corps selon le processus suivant, par soudage robotisé : lorsque le fer plat 23 a été soudé en hélice autour de la paroi intérieure 22 formée par une virole continue, cette virole est elle-même fixée par soudage sous le disque inférieur 10 du corps supérieur 1, puis les deux demi-viroles devant constituent la paroi extérieure 21 sont mises en place autour du fer plat 23, sans liaison avec ce dernier ; ces deux demi-viroles sont soudées entre elles par leurs bords verticaux pour former une virole complète, réalisant la paroi extérieure 21 qui est, à son tour, soudée au disque horizontal inférieur 10 du premier corps 1. Ensuite, une couronne horizohtale 26 est soudée entre les parois cylindriques extérieure 21 et intérieure 22, pour réunir les bords inférieurs de ces deux parois.Après ce dernier soudage, l'espace annulaire interne de la double paroi cylindrique du corps 2, constituant la chambre de combustion, est hermétiquement fermé notamment à son sommet et à sa base.

On comprend qu'à l'intérieur de cet espace annulaire, le fluide caloporteur se trouve canalisé dans le conduit en hélice 25, qu'il parcourt de haut en bas avec un écoulement en régime turbulent, à une vitesse égale à sa vitesse d'injection dans la chaudière, en raison de l'égalité des diverses sections de passage. Un tube extérieur 27 toujours de même section, coudé en "U", part de l'extrémité inférieure du conduit en hélice 25 pour faire passer ensuite le fluide caloporteur vers le troisième corps 3.

Ce troisième corps 3 est un faisceau tubulaire à convection, qui comporte une lame horizontale supérieure 28 et une lame horizontale inférieure 29. La lame supérieure 28 est formée par deux disques circulaires superposés 30 et 31, réunis à leur périphérie par soudage d'une virole verticale 32 de telle sorte que cette lame 28 constitue une enceinte remplie de fluide caloporteur, amené par le tube coudé 27 qui est raccordé à la virole 32. D'une manière similaire, la lame inférieure 29 comprend deux disques circulaires superposés 33 et 34, réunis à leur périphérie par soudage diune virole verticale 35 pour former une autre enceinte recevant le fluide caloporteur.

Le disque supérieur 30 de la lame supérieure 28 est relié au disque inférieur 34 de la lame inférieure 29 par un grand nombre de tubes rectilignes verticaux 36, ayant tous le même diamètre ddontla disposition par exemple en quadrillage apparaît à la figure 4. Comme le montre la figure 5, les sommets des tubes 36 sont fixés par des soudures 37 sur les bords de trous circulaires 38 de diamètre d percés dans le disque supérieur 30 de la lame supérieure 28. D'une manière similaire, les tubes 36 sont soudés, à leur base, sur les bords de trous circulaires de même diamètre percés dans le disque inférieur 34 de la lame inférieure 29. Tous ces tubes 36 traversent le disque inférieur 31 de la lame supérieure 28 et le disque supérieur 33 de la lame inférieure 29, grâce à des-trous circulaires 39 de plus grand diamètre D ménagés dans ces disques 31 et 33.

Chaque tube vertical 36 est entouré coaxialement par un autre tube rectiligne vertical 40, dont le diamètre D est supérieur au diamètre d du tube 36. Le sommet de chaque tube 40 est fixé, par une soudure 41, sur le bord d'un trou circulaire 39 de même diamètre D du disque inférieur 31 de la lame supérieure 28. D'une manière similaire, la base de chaque tube 40 est soudée sur le bord d'un trou circulaire de même diamètre percé dans le disque supérieur 33 de la lame inférieure 29.

Le troisième corps 3 peut être réalisé par soudage robotisé, les opérations d'assemblage étant effectuées dans l'ordre suivant
Après que les sommets des tubes 36 de plus petit diamètre d ont été soudés au disque supérieur 30, la virole formant la paroi extérieure 21 du deuxième corps 2 est soudée sur ce disque 30. Les autres tubes 40 de plus grand diamètre D ayant été soudés sur le disque inférieur 31, l'on procède au soudage de la virole verticale 32 pour réunir les deux disques 30 et 31 et former ainsi la lame supérieure 28. De même, la virole verticale 35 n'est soudée aux disques 33 et 34, pour former la lame inférieure 29, qu'après soudage des tubes 40 de plus grand diamètre D sur le disque supérieur 33, et après soudage des tubes 36 de plus petit diamètre d sur le disque inférieur 34.

On obtient ainsi un troisième corps 3 formant un faisceau de convection à tubes coaxiaux. Le fluide caloporteur, admis par le tube 27 dans la lame supérieure 28, circule de haut en bas dans les nombreux espaces annulaires délimités par chaque tube 36 et par le tube 40 associé qui l'entoure coaxialement. La somme de toutes les sections annulaires de passage du fluide caloporteur entre les tubes 36 et 40 est équivalente aux sections des divers tubes, canaux ou conduits parcourus précédemment par ce fluide caloporteur, de façon à garantir une vitesse constante dudit fluide.

Les gaz et fumées, issus de la combustion dans le deuxième corps 2 de la chaudière, parcourent de haut en bas les tubes 36 de plus petit diamètre d du troisième corps 3, sous l'effet d'une pressurisation provoquée par le brûleur à gaz 14. Durant ce parcours, les gaz et fumées échangent de la chaleur avec le fluide caloporteur circulant dans les espaces annulaires entre les tubes 36 et 40, les parois de tous les tubes 36 de plus petit diamètre d représentant une surface totale d'échange thermique importante.

Ainsi, le fluide caloporteur qui entre dans la chaudière par le tube 18 à une température par exemple d'environ 200"C, parvient finalement à l'intérieur de la lame inférieure 29 du troisième corps 3 réchauffé à une température qui est, par exemple, d'environ 250"C, avec un rendement thermique pouvant atteindre 85 %. Un tube de sortie 42, raccordé à la virole 35 de la lame inférieure 28, permet le départ du fluide caloporteur chauffé, selon une flèche 43, vers le circuit ou le lieu d'utilisation de ce fluide caloporteur.

A propos du troisième corps 3, il est encore à noter que l'espace libre situé autour des tubes 40 de plus grand diamètre D, et entre ces tubes 40, est un volume pressurisé, ne participant pas à l'échange thermique.

Le quatrième corps 4, constituant la boîte à fumées de la chaudière, est formé par deux disques circulaires superposés 34 et 44, réunis à leur périphérie par soudage d'une virole verticale 45, le premier de ces disques n'étant autre que le disque inférieur 34 de la lame inférieure 29 du troisième corps 3. Les gaz et fumées issus de la combustion, ayant parcouru de haut en bas les tubes 36 du faisceau de convection, s'accumulent dans la boîte à fumées ainsi constituée à la sortie de ces tubes 36.Dans le cas où l'on ne désire pas augmenter le rendement thermique par une condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz brûlés, la chaudière s'arrête à ce quatrième corps, les gaz et fumées étant dans ce cas évacués vers
I'extérieur selon une flèche 46, par exemple à une température d'environ
320"C, par un tube de sortie 47 raccordé à la virole 45.

Au contraire, dans le cas d'une chaudière avec condensation des
fumées, procurant un rendement thermique supérieur pouvant atteindre
106 96, la chaudière comporte un cinquième corps 5 et un sixième corps 6
qui seront maintenant décrits :
Le cinquième corps 5, situé sous la boîte à fumées, permet un échange de chaleur entre les fumées et un autre fluide, tel que de- I'eau froide ; ce corps 5 est construit en acier inoxydable pour résister à la corrosion des fumées refroidies par leur contact avec des parois également en contact avec l'eau froide. La structure du corps 5 est celle d'un faisceau tubulaire, similaire au troisième corps 3.

Ainsi, le cinquième corps 5 comprend une lame horizontale supérieure 48 et une lame horizontale inférieure 49, formées chacune par la réunion de deux disques circulaires superposés, respectivement 44,50 et 51,52 et d'une virole verticale, respectivement 53 et 54. Le disque supérieur 44 de la lame supérieure 48, qui se confond avec le disque inférieur de la boîte à fumées, est relié par un grand nombre de tubes rectilignes verticaux 55 au disque inférieur 52 de la lame inférieure 49. D'autres tubes rectilignes verticaux 56, entourant chacun coaxialement l'un des précédents tubes 55, relient le disque inférieur 50 de la lame supérieure 48 au disque supérieur 51 de la lame inférieure 49.Tous ces disques, viroles et tubes sont assemblés entre eux par soudage robotisé, en respectant le même ordre des opérations de montage et de soudage que celui décrit plus haut pour le troisième corps 3.

L'eau froide pulsée est admise dans la lame inférieure 49 du cinquième corps 5, suivant une flèche 57, par une tubulure 58 raccordée à la virole 54 de ladite lame 49. Cette eau froide remonte dans le corps 5, en parcourant les espaces annulaires situés entre les tubes 55 et 56, pour être recueillie dans la lame supérieure 48 de laquelle elle sort, suivant une fleche 59, par une tubulure 60 raccordée à la virole 53 de ladite lame 48.

Les gaz et fumées entrent dans les tubes 55, à partir de la boîte à fumées, et parcourent de haut en bas ces tubes 55 dans lesquels se réalise la condensation des fumées des gaz brûlés. En provoquant la condensation de la vapeur d'eau, l'eau froide qui circule de bas en haut récupère des calories, et la tubulure de sortie 60 fournit ainsi de l'eau chaude utilisable, par exemple, comme eau chaude sanitaire.

Enfin, le corps inférieur 6 de la chaudière, également réalisé en acier inoxydable, constitue une cuvette de réception de l'eau condensée provenant des gaz et fumées. Ce corps 6, de forme cylindrique comme les précédents, comporte une paroi supérieure constituée par le disque circulaire inférieur 52 du cinquième corps 5, et une paroi inférieure constituée par un dernier disque circulaire 61, réuni au disque précédent 52 par une virole verticale 62; soudée à la périphérie des deux disques 52 et 61. Une tubulure 63, raccordée à la virole 62 ou au disque inférieur 61 et dirigée vers le bas, assure l'évacuation de l'eau condensée, suivant une flèche 64. Un dernier tube 65, raccordé à la virole 62, permet la sortie des fumées refroidies mais non condensées vers une cheminée, suivant une flèche 66.

L'espace libre situé autour des tubes 56 du cinquième corps 5 est également pressurisé, et l'ensemble des corps 1 à 6 de la cheminée est convenablement calorifugé et entouré d'une enveloppe métallique, non représentée.

La chaudière objet de l'invention, bien que conçue spécialement pour le chauffage des fluides caloporteurs constitués par des dérivés du pétrole, est aussi utilisable pour l'obtention d'eau chaude destinée au chauffage central. Dans ce cas, l'eau entre par exemple dans la chaudière à une température d'environ 30"C par le tube supérieur 18, donc dans la partie la plus chaude de la chambre de combustion pour éviter toute corrosion, et cette eau sort par exemple à une température de l'ordre de 600C par le tube 42, à la base du faisceau de convection.Dans tous les cas, si l'on considère la chaudière composée des six corps superposés 1 à 6, les fumées poursuivent leur circulation jusqu'à la base de la chaudière, en parcourant les tubes 55 du cinquième corps 5 dans lesquels s'effectue la condensation des fumées, l'eau de condensation ruisselant dans ces tubes 55 et tombant au fond du sixième corps 6 constituant une cuvette de réception, d'où l'eau s'écoule par la tubulure 63 tandis que les gaz sortent vers la cheminée par le tube 65.

Dans l'application au chauffage central à eau chaude, la chaudière précédemment décrite peut alimenter à elle seule en eau chaude un réservoir faisant office de vase d'expansion, qui alimente lui-même l'ensemble des radiateurs de l'installation de chauffage central. La puissance de chauffage est modulée par des arrêts et des remises en marche successives de la chaudière, commandés par un thermostat. Ce mode d'alimentation et de régulation est préférable à la disposition en parallèle de plusieurs petites chaudières, qui sont mises en marche séparément pour obtenir des variations de la puissance de chauffage.

Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette chaudière qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Chaudière verticale, notamment chaudière au gaz, pour le chauffage de fluides caloporteurs ou d'eau chaude de chauffage central, caractérisée en ce qu'elle est composée essentiellement d'au moins quatre corps superposés (I à 6), réunis en un ensemble monobloc, avec de haut en bas

- un premier corps (1), ou corps supérieur, de forme plate, portant en son centre l'ouvreau (13) d'un brûleur à gaz (14), ce premier corps (1) comprenant une paroi supérieure (9) et une paroi inférieure (10) avec ouvertures centrales réunies par des parois verticales extérieure (11) et intérieure (12), qui délimitent un volume à l'intérieur duquel le fluide à chauffer est injecté et est canalisé suivant un circuit en spirale autour de l'ouvreau (13) du brûleur (14);;

- un deuxième corps (2), constituant une chambre de combustion, délimité par la paroi inférieure (10) du premier corps (1) et par une double paroi latérale (22,23) formant un espace annulaire dans lequel est constitué un circuit en hélice (25) pour le fluide à chauffer

- un troisième corps (3), constituant un faisceau tubulaire à convection, comportant un volume supérieur (28) et un volume inférieur (29) recevant le fluide à chauffer, qui sont reliés par des tubes rectilignes verticaux (40) entourant coaxialement d'autres tubes rectilignes verticaux (36) parcourus par les gaz et fumées issus de la chambre de combustion (2), tandis que le fluide à chauffer circule dans les espaces annulaires situés entre les tubes coaxiaux (36,40)

- un quatrième corps (4), constituant une boîte à fumées, formé par une paroi supérieure (34) et par une paroi inférieure (44) réunies par une paroi verticale (45), cette boîte à fumées recevant les gaz et fumées à leur sortie des tubes précités (36)

des moyens (18,20,27,42) étant prévus pour l'entrée du fluide à chauffer dans le premier corps (1), pour le passage de ce fluide du premier corps (1) au deuxième corps (2) et du deuxième corps (2) au troisième corps (3), et pour la sortie du fluide chauffé à la base du troisième corps (3).

2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ses différents corps superposés sont des corps cylindriques (1 à 6), tous sensiblement de même diamètre, et en ce que tous les corps (1 à 6) sont disposés et assemblés entre eux suivant un même axe vertical (7) pour former un ensemble monobloc cylindrique.

3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que le

premier corps (1), ou corps supérieur, comprend deux disques circulaires

superposés (9,10) avec ouvertures centrales, réunis entre eux par une virole extérieure verticale (11) et par une virole intérieure verticale (12), portant l'ouvreau (13) du brûleur à gaz (14), ces disques (9,lu) et viroles (11,1?) délimitant un volume annulaire à l'intérieur duquel sont disposées des cloisons verticales (15) qui délimitent un canal continu en spirale (17), les

moyens pour l'entrée du fluide à chauffer étant constitués par un tube (18)

raccordé à l'extrémité intérieure du canal en spirale (17), tandis que les moyens (20) pour le passage de ce fluide vers le deuxième corps (2) sont raccordés à l'extrémité extérieure du canal en spirale (17).

4. Chaudière selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le deuxième corps (2), constituant la chambre de combustion, possède un fer plat (23) enroulé en hélice dans l'espace annulaire formé par sa double paroi latérale cylindrique (21,22) de manière à constituer, dans cet espace annulaire, un conduit en hélice (25) de section rectangulaire pour le fluide à chauffer.

5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que la paroi cylindrique extérieure du deuxième corps (2), constituant la chambre de combustion, est constituée par deux demi-viroles verticales soudées entre elles par leurs bords verticaux, tandis que la paroi cylindrique intérieure (22) de ce deuxième corps est formée par une virole verticale continue, sur laquelle est soudé le fer plat (23) enroulé en hélice.

6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le troisième corps (3), constituant le faisceau tubulaire à convection, comporte une lame horizontale supérieure (28) et une lame horizontale inférieure (29) recevant le fluide à chauffer et formées chacune par la réunion de deux disques circulaires superposés (30,31 et 33,34) et d'une virole verticale (32,35), le disque supérieur (30) de la lame supérieure (28) étant relié au disque inférieur (34) de la lame inférieure (29) par des tubes rectilignes verticaux (36) de plus petit diamètre (d) soudés sur les bords de trous circulaires (38) percés dans ces disques (30,34), et chacun de ces tubes (36) étant entouré coaxiale ment par un tube rectiligne vertical (40) de plus grand diamètre (D), reliant le disque inférieur (31) de la lame supérieure (28) au disque supérieur (33) de la lame inférieure (29), en étant soudé sur les bords de trous circulaires (39) de ces derniers disques (31,33).

7. Chaudière selon l'ensemble des revendications 3,4 et 6, caractérisée en ce que les moyens pour le passage du fluide à chauffer du premier corps (I) au deuxième corps (2), et du deuxième corps (2) au troisième corps (3), sont constitués par deux tubes de liaison extérieurs coudés en "U" (20, 27), dont le premier (20) relie l'extrémité extérieure du canal en spirale (17) du premier corps (1) à l'extrémité supérieure du conduit en hélice (25) du deuxième corps (2), et dont le second (27) relie l'extrémité inférieure du conduit en. hélice (25) à la lame supérieure (28) du troisième corps (3), tandis que les moyens pour la sortie du fluide chauffé sont constitués par au moins un tube (42) partant de la lame inférieure (28) du troisième corps (3).

8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que des sections de passage équivalentes sont prévues pour : le tube d'entrée (18) du fluide à chauffer, le canal en spirale (17) du premier corps (1), le tube coudé (20) de passage du fluide à chauffer du premier corps (1) au deuxième corps (2), le conduit en hélice (25) du deuxième corps (2), le tube coudé (27) de passage du fluide à chauffer du deuxième corps (2) au troisième corps (3), et l'ensemble des espaces annulaires situés entre les tubes coaxiaux (36,40) du troisième corps (3).

9. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est composée de quatre corps superposés (I à 4), le quatrième corps (4) constituant la boîte à fumées, et étant aussi le corps inférieur, comportant au moins une sortie (47) pour l'évacuation des gaz et fumées ayant parcouru les tubes (36) du troisième corps (3).

10. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est composée de six corps superposés (I à 6), avec, sous le quatrième corps (4) constituant la boîte à fumées

- un cinquième corps (5) constitué en faisceau tubulaire à la manière du troisième corps (3), mais avec un volume supérieur (48) et un volume inférieur (49) recevant un autre fluide froid, qui sont reliés par des tubes rectilignes verticaux (56) entourant coaxialement d'autres tubes rectilignes (55) parcourus par les gaz et fumées, tandis que l'autre fluide froid circule dans les espaces annulaires situés entre les tubes coaxiaux (55,56), de manière à provoquer la condensation des fumées des gaz ; et

- un sixième corps (6), ou corps inférieur, constitué comme une cuvette de réception des condensats

des moyens (58,60,63,65) étant prévus pour l'amenée du fluide froid dans le volume inférieur (49) du cinquième corps (5), pour la sortie de ce fluide hors du volume supérieur (48) du cinquième corps (5), et pour l'évacuation des condensats d'une part, et des fumées non condensées d'autre part, hors du sixième corps (6).