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La présente invention se rapporte aux appareils pour le chauffage et le service d'eau chaude ou applica- tions analogues, dans lesquels le circuit primaire d'eau de chauffage et le circuit secondaire d'eau pour le service d'eau chaude sont respectivement chauffés par des surfaces soumises directement à la chaleur de la chambre de combus- tion ou du parcours des produits chauds de combustion, tandis qu'une surface d'échange calorifique est en outre disposée entre lesdits circuits.
La présente invention a pour objet des perfection- nements à des appareils de ce type, consistant en des agencements particuliers de construction et/ou en divers moyens de régulation.
Des formes d'exécution de la présente invention
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sont décrites, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés., dans lesquels : la figure 1 est une vue encoupe longitudinale d'un appareil en deux parties, en forme d'équerre; les figures 2, 3, 4 sont, à plus petite échelle, des vues d'appareils analogues à celui'de la figure 1; mais avec des détails modifiés; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil en deux parties, à corps horizontal; les figures 5a et 5b concernent respectivement deux variantes de cet appareil ;
la figure 6 est un schéma du circuit électrique qui peut être utilisé pour commander le brûleur; les figures 7 et 8 sont des vues partielles de ce circuit dans lesquelles un organe de réglage occupe des positions différentes; les figures 9, 10, 11 concernent des appareils de forte puissance; la figure 12 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil monobloc vertical, représenté pour fonctionnement sans pompe et au charbon; la. figure 13 concerne une variante de l'appareil de la figure 12; la figure 14 est une vue en. coupe longitudinale d'un appareil vertical combinant des dispositions de l'appa- reil de la figure 12 ou 13 et de l'appareil de la figure 5.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, un appareil destiné par exemple aux puissances de l'ordre de 50 000 calories/heure comporte une capacité annulaire lQ d'eau définie par deux parois cylindriques 11 d'axe horizon- tale Dans l'espace.formé par la paroi interne 11 pénètre un réservoir cylindrique vertical 12 dont la partie exté-
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rieure à la paroi 11 est calorifugée en 13, l'appareil ayant ainsi dans son ensemble la forme d'une équerre.
A l'avant d.u réservoir 12, l'espace intérieur à la double paroi 11 forme une chambre de combustion 14, un autel 16 et par exemple un brûleur à mazout B. Les produits de combustion issus de la chambre 14 lèchent, grâce à deux chicanes 17, toute la paroi du réservoir 12 intérieure à la double paroi 11, et sont admis en 18 vers un conduit de fumée. L'autel 16 assure une certaine protection de la par- tie la plus exposée de la paroi du réservoir 12, .contre le rayonnement direct des flammes.
Le circuit d'eau de chauffage qui alimente les radia- teurs de l'installation comporte un conduit de départ 19 raccordé en @@ sur un boîtier disposé à la partie haute de la capacité 10., un conduit de retour 21 raccordé en 22 à la partie basse de la capacité 10.
Une contre-paroi 23 chemise la paroi du réservoir 12 sur une partie de la hauteur de celle-ci et définit une capacité annulaire 24. L'extrémité supérieure de la capacité 24 est raccordée par un conduit 25 au conduit de départ 19 tandis que l'extrémité inférieure de la capacité 24 est raccordée par un conduit extérieur 26 au conduit de retour 21. Le conduit 26 peut, en variante, s'étendre à l'inté- rieur de l'appareil et aboutir en bas de la capacité 10.
L'espace intérieur proprement dit 27 du réservoir 12, qui est ainsi entouré en partie par la capacité 24 est rem- pli par l'eau du service d'eau chaude, avec l'arrivée d'eau. froide en 28 et le départ d'eau chaude en 29.
Un tampon 30 de visite d'entretien est prévu en partie basse du réservoir à l'opposé de la chambre 14 et permet, si, besoin est, de détartrer facilement tout ou partie du réser- voir.
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En fonctionnement, les produits chauds de combustion chauffent directement d'abord l'eau primaire de la capacité 10, puis l'eau secondaire du réservoir 27. En outre, il se produit un échange calorifique entre les eaux primaire et secondaire à travers la paroi 23 de la capacité 24.
Grâce à l'agencement selon l'invention, l'élévation de la température en 27 est tout d'abord accélérée, si nécessai-. re, du fait du double apport calorifique par la surface 23 et par la paroi 12. Par cette dernière, on peut également obtenir en 27 de l'eau à une température égale ou légèrement supérieure à celle du chauffage, particularité intéressante en périodes de froids modérés.
Par ailleurs, si les besoins d'eau chaude sont nuls ou négligeables alors que le brûleur marche activement pour le chauffage, dès que la température de 1 eau du réservoir 27 dépasse de 5 à 10 , par exemple, celle de l'eau de chauffage, à travers la paroi 23 s'organi- se une transmission calorifique inversée qui limite l'éléva- tion de température dans le réservoir 27 et qui transfère les calories en excédent dans ce dernier au chauffage.
On notera également que l'eau la plus chaude s'accumu- lant à la partie supérieure du réservoir 27 est protégée contre le refroidissement d'abord par le calorifugeage 13, ensuite par son éloignement de l'espace 14 ou.:circule l'air froid lorsque le brûleur est arrêté, enfin par un dépasse- ment mesuré du réservoir au-dessus de la paroi 23.
L'appareil a une longueur réduite par sa forme en équerre et permet néanmoins une utilisation favorable des brûleurs à flamme horizontale. Tous autres modes de chauffe peuvent également être envisagés avec combustibles solides, pulvérisés, liquides, gazeux, ou autres.
Dans la variante de la figure 2, la disposition est analogue à celle qui vient d'être décrite en référence à
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la figure 1, excepté que la capacité 24 est remplacée par un serpention 31.
La circulation naturelle étant difficile dans ce serpentin, elle sera accentuée par une pompe P prévue ici sur le conduit de départ 19 pour accélérer le chauffage. Pour obtenir des conditions optima de fonctionnement, la pompe P et le brûleur B sont incorporés dans un schéma de raccorde- ment électrique de telle manière que ces deux organes s'ar- rêtent ou fonctionnent suivant que les besoins du chauffage et de l'eau chaude sont satisfaits ou non.
Pendant l'arrêt de la pompe et du brûleur, la circula- tion naturelle étant difficile dans le serpentin, on risque peu pratiquement une évasion des calories du réservoir vers les canalisations du chauffage.
Dans une autre variante (fig. 3), la disposition est toujours analogue à celle de la figure 1, mais les.conduits 25 et 26 sont ici piqués inversement sur la capacité 24 en partie basse et en partie haute respectivement pour empêcher d'une autre manière l'évasion des calories du réservoir par une circulation naturelle. Ici, la pompe a été prévue sur la canalisation principale de retour, disposition couram-. ment employée dans les installations existantes.
On se référera maintenant à la figure 4 où la disposi- tion est encore analogue à celle de la figure 1, avec en outre une pompe placée sur le conduit de départ 19. Au sur- plus, un clapet anti-retour 32 a été placé sur le conduit 25 de manière à permettre la circulation accélérée ou même naturelle dans le sens chauffage-réservoir, tout en évitant l'inversion et la perte de calories dont il a été question ci-dessus.
Dans la variante représent'ée à la figure 5, il s'agit toujours d'un appareil en deux parties avec la capacité pri..
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maire 10 à axe horizontal, mais le réservoir d'eau de ser- vice d'eau chaude est lui-même disposé horizontalement et concentriquement dans la partie arrière de l'enveloppe in- terne. Par rapport à cette dernière, la paroi du réser- voir est espacée de manière à former un intervalle annulaire faisant communiquer la chambre de,combustion que l'on recon- naît,à l'avant, à un conduit d'évacuation des fumées F.
Du côté de la chambre de combustion, le fond du réservoir et sa paroi latérale sur une portion sont doublés par une contre-paroi 62. Dans l'espace ainsi aménagé circule l'eau primaire du chauffage dont l'amenée et le départ s'ef- fectuent par une tubulure . supérieure et par une tubulure infé- rieure. Côté foyer, on obtient ainsi une surface de chauffe supplémentaire pour le circuit primaire. A l'intérieur du réservoir, on obtient une autre surface assurant la trans- mission des calories dans = sens ou dans l'autre. En outre, ce dispositif a l'avantage d'éviter l'entartrage qui pour- rait se produire dans certains cas dans la zone du réservoir la plus exposée, puisqu'on interpose à cet endroit l'eau du chauffage fonctionnant en circuit fermé.
Avec ce type d'appareil, on peut escompter une cer- taine circulation naturelle dans l'espace limité par la contre-paroi, mais une amélioration notable sera apportée par la pompe P indiquée sur la figure et éventuellement par un clapet 32 disposé et utilisé comme dans le cas de la figure 4.
En variante (fig. 5a) la disposition est analogue à celle de la figure 5 avec-une électro-pompe placée sur le départ du conduit de chauffage 19 et avec la dérivation indépendante 25 d'alimentation de la capacité 62 formant réchauffeur. A la figure 5a, une liaison directe 100 est' prévue par un raccord du genre nipple c'est-à-dire une bague
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filetée gauche et droite entre la sortie du réchauffeur 62 et la capacité annulaire 10.
Dans une autre variante (fig. 5b), la pompe est prévue sur le retour principal du chauffage. C'est le retour du réchauffeur 62 qui comporte une dérivation indépendante 101 tandis qu'une liaison directe 102 est ménagée entre l'en- trée supérieure du réchauffeur 62 et l'enveloppe annulaire 10. Dans l'exemple représenté à la figure 5b, le réchauf- feur 62 comporte en outre une petite capacité annulaire 103 disposée concentriquement à l'intérieur du réservoir 27 et destinée à augmenter la surface d'échange. Le fond du réservoir 27 peut être pourvu de tampons autoclaves ou d'un grand tampon central 104 facilitant les visites., les nettoya- ges, etc...
Le brûleur B et la pompe P (figs. 5 à 8) peuvent être associée à un circuit électrique de façon à marcher ou à s'arrêter suivant que le courant passe ou ne passe pas.
Pour cela en premier lieu un aquastat de sécurité ASC sensible à la température de l'eau en 10 ouvre ou ferme un interrupteur ASC suivant que cette température est supé- rieure ou inférieure à une valeur donnée, par exemple 90 .
Un autre aquastat de sécurité ASE, avec un interrupteur ASE, fonctionne de façon analogue, mais est sensible à la tempé- rature de l'eau à la partie supérieure de la capacité 27.
Un inverseur AIE est en outre sensible à la température de l'eau suivant 27, de façon à voir son doigt mobile 34 connecté au plot 35 lorsque cette température est inférieure à une valeur donnée, par exemple 60 C et connecté au plot 36 lorsque cette valeur est dépassée.
Dans l'exemple du schéma de la figure 6, on voit en 37 et 38 les bornes d'alimentation du circuit électrique. La borne 37 est reliée par un conducteur 39 au plot 35. La
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borne 38 est reliée par un conducteur 40 comportant la commande de la pompe P au plot 36. Un point 41 du conduc- teur 40 est relié à un conducteur 42 comportant en série les relais commandant le brûleur B et les aquastats ASC et ASE.
Le conducteur 42 est relié' en permanence au doigt 43 d'un commutateur C dont on voit les deux plots en 44 et 45.
Le plot 44 est connecté au doigt 34. Le plot 45 est connecté par un. conducteur 46 au plot 36. Un point 47 du conducteur 46 est relié au plot 35 par un conducteur 48 comportant un thermostat TL de local témoin.
Lorsque l'appareil doit alimenter les services de chauf- fages et d'eau chaude, le doigt 43 est placé dans la posi- tion de la figure 6, c'est-à-dire connecté au plot 44.
Lorsque le chauffage des locaux est insuffisant, avec TL fermé, le brûleur B et la pompe P fonctionnent, que la température de l'eau, en 27 soit inférieure ou supérieure à 60 C. Des conditions optima de fonctionnement sont ainsi obtenues, avec dans le second cas une rétrocession favora- ble de calories du. circuit d'eau, chaude vers le circuit de chauffage.
Lorsque le chauffage des locaux est suffisant et que TL est ouvert la température de l'eau en 27 peut être infé- rieure à 60 C. Dans ce cas, le brûleur fonctionne, mais la 'pompe est arrêtée. Une tel arrêt supprime ou réduit toute surchauffe inutile des locaux car la circulation dans les radiateurs est nulle ou faible. Mais une circulation naturelle peut subsister en 10-24 et la température de l'eau du réservoir 27 continue à s'élever. Si la température de l'eau en 27 est supérieure à 60 , le brûleur B et la pompe sont arrêtés.
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Si on place le commutateur C dans la position de la figure 7, où le doigt 43 est connecté au plot 45, l'action
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de l'inverseur est éliminée. Dans ce cas, la production d'eau chaude reste subordonnée au fonctionnement du brûleur pour le (: auffage. Cette disposition peut être prise pour la nuit, au moment où l'on pousse l'index de TL vers une température plus basse.
Si on place-le commutateur dans la position de la figu- re 8, notamment pour le service d'été, lorsque la vanne prin- cipale commandant' le chauffage est fermée, le doigt 43 est relié aux deux plots 44 et 45. Dans ce cas, suivant que la température de l'eau 27 est inférieure ou supérieure à 60 C, le brûleur et la pompe sont tous deux en marche pour assurer une production d'eau chaude accélérée.
On remarquera que si le circuit primaire de chauffage atteint ainsi unetrop haute température..le brûleur est stoppé par ASC, mais la pompe continue de fonctionner pour transfé- rer rapidement les calories du primaire au secondaire jusqu'au moment où. elle s'arrête du fait que l'eau du réservoir at- teint60 C.
On se réfèrera maintenant aux figures 9, 10 et Il qui concernent diverses variantes d'appareils destinés notamment aux fortes puissances par exemple supérieures à 100 000 calories.
On reconnaît dans chacune de ces trois figures, en 10 la capacité d'eau de chauffage directement soumise aux pro- duits chauds de combustion, tandis que.27 désigne le réser- voir d'eau chaude.
La capacité 10 est formée par une série de tubes en épingle à cheveux disposés entre un collecteur cintré Cl et un collecteur droit C2. Ce faisceau tubulaire est logé dans la paroi interne concave du réservoir 27, de manière à y déterminer une chambre de combustion et des passages de fumée.
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La surface d'échange entre les deux circuits de chauf- fage et d'eau chaude est constituée, à la figure 9, par des tubes 60 engagés dans le réservoir 10, entre deux collec- teurs cintrés C3 et C4, que des tubulures 60a, 60b relient aux canalisations de chauffage.
Dans la figure 10, la surface d'échange ainsi consti- tuée par des tubes et des collecteurs est remplacée par un serpentin 61 situé dans la partie arrière du réservoir 27. Dans la figure 11, un serpentin plus important est logé dans un dôme prévu au-dessus' de la capacité 27. Une autre disposition non représentée consiste à remplacer la surface d'échange de la figure 10 par une contre-paroi sou- dée à la partie supérieure de la capacité 10.
On se référera maintenant à la figure 12 où est représenté un appareil destiné notamment aux petites puis- sances, de l'ordre de 25-000-calories, fonctionnant ici sans pompe et au charbon, caractérisé par une construction monobloc.
Dans le mode de réalisation représenté, on distingue deux parois cylindriques concentriques d'axe vertical détermi- nant une capacité annulaire 10 correspondant au circuit primaire de chauffage central. L'espace formé dans la paroi interne à sa partie inférieure est utilisé comme chambre de combus- tion prévue ici pour fonctionnement au charbon. Une grille en fonte 70 est par une rehausse 71 qui s'appuie sur un fond de cendrier 72 en tôle garni ¯de réfractaire. Une porte à charnières 73 permet de sortir les cendres et les mâchefers que l'on trouvera au-dessous et au-dessus de la grille.
Cette porte est munie d'une ouverture cylindrique fermée par un opercule pivotant sur un axe latéral horizontal, de manière à admettre progressivement l'air indispensable à la combustion. A l'autre extrémité, cet opercule est
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normalement soulevé par la chaînette d'un régulateur de tem- pérature, d'un type classique du commerce, non représenté.
Enenlevant l'opercule, 1 t ouverture en question sert pour disposer la buse d'un brûleur autpmatique fonctionnant par exemple au mazout. Dans ce cas, la grille est ôtée et les parois de la chambre de combustion ainsi formée sont munies d'un revêtement réfractaire destiné à la protéger et à réchauffer la flamme. Trois pieds 75 supportent l'appareil à sa base.
A la partie supérieure de la chambre de combustion, on a disposé des surfaces de chauffe complémentaires pour le circuit primaire. Dans le cas particulier, il s'agit de. boîtiers ovales 76 en tube d'acier sans soudure, formés à la presse. Ces boîtiers transversaux sont soudés sur l'envelop- pe interne et débouchent de ce fait dans l'espace annulaire.
Entre le boîtier supérieur et la paroi interne est disposée une tôle 77 au-dessus de laquelle a été coulée une chicane réfractaire 78 pour défléchir les gaz vers l'avant et aug- menter leur effet sur les surfaces de chauffe avant leur évacuation par la buse de fumée 79 disposée à l'arrière.
La chambre de combustion comporte encore une porte 80 permettant d'introduire le combustible. L'axe d'oscillation étant à la partie supérieure en 81, cette porte joue le rôle de clapet anti-explosion lorsqu'on emploie un brûleur auto, matique.
L'espace supérieur formé dans la paroi interne cons- titue le réservoir 27 d'eau du service d'eau chaude. Il est séparé de la chambre de combustion par un fond 82 de forme spéciale offrant une surface de chauffe d'une certaine importance aux gaz de combustion. Ce fond est également conçu pour résister.à la pression de l'eau dans le réser- voir. Enfin, ses parois sont disposées pour permettre l'ap-
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plication d'une protection contre la corrosion et pour faciliter les nettoyages et les détartrages, si nécessaire.
La partie supérieure du réservoir est fermée par un fond embouti 83 pourvu d'un tampon de visite 84 utile pour les opérations énumérées ci-dessus.
Ce tampon comporte différents orifices filetés néces- saires pour sortie d'eau chaude 29, thermomètre, aquastat éventuellement, etc..
Sur le fond supérieur arrive également l'eau froide par la tubulure 28 prolongée dans le réservoir par un tube plongeur 86..la canalisation d'amenée sera utilement pourvue d'un groupe de sécurité analogue à ceux employés pour les installations des chauffe-eaux électriques. Ce groupe réunit robinet d'arrêt, clapet de retenue, soupape de sûreté, robinet de vidange de la canalisation. Pour contrôler le bon fonc- tionnement de la soupape, un manomètre peut être placé sur l'arrivée d'eau froide, en aval du groupe de sécurité.
La vidange du réservoir est rendue possible au moyen d'une canalisation indiquée en 87 qui traverse sa paroi latérale et qùi est agencée pour fonctionner par siphonnage.
Accolé au fond supérieur, est disposé un boîtier 90 en communication avec l'eau de l'espace annulaire 10 du cir- cuit primaire de chauffage central. Ce boîtier porte des bossages filetés nécessaires pour le départ 19 de l'eau vers les radiateurs, pour un thermomètre 91, pour un régulateur de tirage remplacé par un aquastat 92 lorsqu'on fonctionne avec un brûleur automatique.
Le retour de l'eau des radiateurs s'effectue par une canalisation 21 qui aboutit au bas de l'espace annulaire.
.L'appareil est pourvu d'un manteau calorifuge 93 en laine de verre doublé par une enveloppe de protection en tôle 94.
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Ainsi construit, il possède tous,les avantages princi- paux détailles dans la description de la figure 1 : accéléra- tion de la production d'eau chaude et température égale ou supérieure à celle du chauffage, limitation de l'élévation de température dans le réservoir par un transfert d'excédent calorifique au bénéfice du circuit primaire, conservation de l'eau chaude à la partie supérieure du réservoir et faible encombrement du fait de la position verticale.-
En variante ( fig. 13), la disposition est analogue à celle qui vient d'être décrite en référence à la figure 12, mais la tubulure d'arrivée d'eau froide 86 et la tubulure de vidange 87 sont combinées en 105.
Le départ de chauf- fage 19 est disposé latéralement à 45 par rapport à la façade re@erant le portes 73 et80 et estraccordé directement à l'extrémite supérieure de la capacité 10. Le boitier, ici désigné par 106, qui porte le thermomètre 91 et l'aquastat 92 est placé sur la façade de l'appareil. La chicane 78 est très rapprochée du fond du réservoir 27 et son boîtier terminal 107 est voisin de la façade. Cet agencement permet une protection très efficace du fond du réservoir 27 contre le rayonnement de la flamme. Celle-ci peut être réalisée par un brûleur B à mazout ou autre combustible approprié.
En outre les gaz de combustion sont défléchis dans deux canaux semi-circulaires qui procurent une excellente trans- mission calorifique.
On se référera maintenant à la figure 14 qui concerne un appareil combinant les dispositions des figures 5 et 12 ou 13. L'appareil de la figure 14 a son grand axe verti- cal. Le réservoir 27 comporte à sa partie supérieure le tampon de visite 84 comme à la figure 12 et à sa partie inférieure un réchauffeur 62 d'échange et de protection du fond comme à la figure 5. La surface de chauffe principale
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pour le chauffage central est toujours constituée par la capacité annulaire 10 qui entoure le foyer à charbon, à mazout ou autre combustible.
Les liaisons entre le réchauf- geur 62 et la capacité 10 peuvent être assurées par une tubulure de départ 108 et une tubulure de retour 109, par exemple soudées à l'autogène, toutes deux de grand diamètre pour une circulation satisfaisante par thermo-siphon si besoin est. Le réservoir 27peut être construit préalable- ment avec les tubulures 108 et 109, l'ensemble étant galvani sé. L'assemblage du réservoir avec la capacité 10 peut être réalisé en ménageant dans la paroi externe de la capacité 10 des ouvertures qui seront ensuite refermées. Un tel appareil est ainsi fabriqué avec deux éléments indépendants interchangeables.
On voit en 110 le départ principal du chauffage en 111 le retour principal du chauffage, en 112 le départ des fumées, en 113 la trappe de ramonage, en 114 le calori- fugeage, en 115 les portes, en 116 de départ d'eau chaude, en 117 des bossages pour thermomètre et aquastat et en 118 une tubulure combinée pour l'arrivée d'eau froide et la vidange.
L'appareil de la figure 14 peut fonctionner sans pompe par thermo-siphon mais on peut également lui adjoindre une pompe P. Dans ce dernier cas, on peut prévoir 'avantageu- sement un retour direct 119 (représenté en trait mixte) traversant sans communication la capacité 10 et aboutis- sant à l'amont de la pompe P placé ici sur le retour prin- cipal de chauffage 111. On pourrait également placer la pompe sur le départ principal 110 avec une dérivation qui, issue du raccord 108,aboutirait sur ce départ 110 à l'aval de la pompe.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et représentées mais embrassée. toutes variantes.