Installation de chauffage d'eau
L'invention a pour objet une installation de chauffage d'eau comprenant un réservoir contenant de l'eau à chauffer, un ensemble de combustion comprenant une chambre de combustion au moins partiellement entourée d'une chambre d'eau à laquelle une partie de l'énergie est transmise par conduction thermique à travers les tôles séparant cette chambre de combustion de la chambre d'eau, un canal de fumée dont les parois constituent en partie des surfaces d'échange de chaleur recevant les gaz brûlés sortant de la chambre de combustion, les conduisant au dispositif de sortie des gaz brûlés en transmettant de l'énergie calorifique utilisable contenue dans ces gaz brûlés à l'eau du réservoir,
caractérisée par le fait que la pente moyenne du canal de fumée situé entre la chambre de combustion et le dispositif de sortie des gaz brûlés est comprise entre S et 45 410.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution de la chaudière de l'installation selon l'invention.
La fig. 1 représente une vue en coupe en long de la chaudière de la première forme d'exécution.
La fig. 2 représente une coupe en travers faite selon
A-A de la fig. 1.
La fig. 3 représente une coupe en travers faite selon
B-B de la fig. 1.
La fig. 4 représente le dispositif de sortie des gaz brûlés, vu en coupe selon C-C de la fig. 1.
La fig. S représente le dispositif de sortie des gaz brûlés, vu en élévation.
La fig. 6 représente la chaudière selon la seconde forme d'exécution.
Les mêmes pièces qui se retrouvent dans ces différentes figures portent toutes le même chiffre repère.
La chaudière de chauffage central comprend les éléments principaux suivants:
Une chambre de combustion 1 dans laquelle est monté le brûleur à gaz 2. Le gaz pénètre par une tuyauterie de raccordement 3 et passe à travers une vanne de réglage 4. Le brûleur peut être équipé d'un dispositif d'allumage automatique et des dispositifs de sécurité nécessaires à la surveillance de la flamme.
Cette chambre de combustion est entourée latéralement d'un manteau d'eau 5 qui est en communication permanente et large avec la chambre d'eau 7 de la chaudière par des passages dont l'un 6 est représenté sur le dessin. Cette chambre 7 est reliée à l'extérieur par au moins deux conduites; la première 8 par laquelle pénètre l'eau à chauffer, la deuxième 9 de sortie de cette eau chauffée.
La chambre d'eau 7 contient un ballon 10 également relié à l'extérieur par au moins deux conduites, une d'entrée 11 et l'autre de sortie 12 assurant le chauffage de l'eau de consommation. Le ballon d'accumulation 10 peut être équipé d'un orifice 23 à couvercle vissé, ou, comme représenté sur le dessin, à fermeture autoclave.
Cette ouverture permet le nettoyage intérieur du ballon et son détartrage.
Les gaz brûlés produits dans la chambre de combustion 1 traversent un canal de fumée qui peut être réalisé sous plusieurs formes. Dans l'installation représentée, la paroi inférieure 14 de la chambre d'eau 7 constitue ellemême une surface très importante d'échange de chaleur.
Elle peut par exemple être munie d'ailettes 15 qui augmentent considérablement la surface en contact avec les gaz brûlés.
Les gaz sortant en 16 de ce canal de fumée 13 pénètrent dans un canal de sortie des gaz brûlés 17 qui les conduit à une sortie 18 raccordée par une canalisation adéquate à une cheminée les évacuant.
Le canal de sortie des gaz brûlés est représenté spécialement sur les fig. 4 et 5. Les gaz pénètrent à la base par un collecteur, respectivement une ouverture 19, puis montent à travers le corps du collecteur lui-même pour être conduits vers la sortie 18. L'appareil comprend une chicane 20 et une ouverture 21. La fig. 5 montre que le canal de sortie des gaz brûlés peut comprendre, situé sur n'importe quelle face du collecteur, au moins un clapet 22 placé à une hauteur judicieusement choisie.
La chambre d'eau 7 est entourée d'une enveloppe exécutée en matière thermiquement isolante 25. Enfin, Ensemble de la chaudière est logé dans un revêtement rigide de protection 26 extérieur et porté par des pieds convenablement disposés, non représentés sur les figures.
La fig. 6 montre la chaudière selon la seconde forme d'exécution. Dans cette chaudière, le canal de fumée 13 et la forme de la chambre d'eau 7 sont quelque peu modifiés vers sa base. Elle comprend un faisceau de tubes 24 de section adéquate, circulaire ou autre, sensiblement parallèles les uns aux autres et logés dans le canal de fumée disposé sous le fond de la chambre 7 pour con- duire les gaz brûlés de la chambre de combustion 1 au dispositif de sortie des gaz brûlés 17.
Le fonctionnement des chaudières décrites est le suivant:
Les gaz combustibles pénètrent par l'intermédiaire de la tuyauterie 3, de la vanne de réglage 4, et arrivent au brûleur 2 où, en présence de l'air qui pénètre par la base par des espaces ménagés sous la chaudière, ils brûlent dégageant ainsi une énergie sous forme thermique. Une partie importante de cette énergie est transmise par rayonnement et convexion aux parois entourant cette chambre de combustion. Les gaz brûlés sortent de cette chambre de combustion au point haut et arrivent dans le canal de fumée 13. Ils cèdent le reste de l'énergie calorifique utilisable, d'une part, à la paroi 14 et, d'autre part, aux ailettes 15 qui sont fixées principalement par soudure contre la paroi 14. Ces ailettes sont chauffées et conduisent également la chaleur vers cette paroi.
Les gaz brûlés, sensiblement refroidis, arrivent à la sortie 16 du canal. Ils pénètrent alors dans le collecteur de sortie des gaz brûlés 17 par l'ouverture 19. De là, ils traversent de bas en haut ce collecteur pour arriver au conduit 18.
Une ouverture latérale 21 est ménagée contre une des faces de ce collecteur 17 et amène une quantité complémentaire d'air, ce qui réduit le tirage global de l'en- semble. Cette ouverture 21 constitue donc un dispositif de coupe-tirage. La chicane 20 est prévue pour éviter qu'un contre-courant éventuel provenant de la cheminée puisse se propager jusque dans la chaudière proprement dite et perturber la combustion.
Il est évident que la hauteur du collecteur de sortie des gaz brûlés 17 doit être choisie en tenant compte de la disposition de la chicane 20, de telle façon que le tirage global de la chaudière, compte tenu de la présence de ce dispositif de sortie des gaz, soit suffisant et compatible avec le service de la chaudière.
Lorsque la combustion qui peut être commandée par un dispositif automatique est arrêtée au moment où la chaudière est suffisamment chaude, le tirage naturel se produisant à travers la chambre de combustion 1, le canal de fumée 13 et le collecteur des gaz brûlés 17, pourrait être assez fort et provoquer un refroidissement de la chaudière par circulation d'air. I1 est intéressant de réduire, dans ce cas, le tirage naturel, réduction qui peut être obtenue par l'ouverture d'un clapet 22 monté à un endroit déterminé d'une des faces du dispositif de sortie des gaz brûlés 17. Les mouvements de ce clapet peuvent être commandés manuellement ou électriquement et être automatisés en fonction du service de la chaudière. Dès que la combustion commence, le clapet 22 est fermé et inversement.
L'énergie calorifique venue par les parois de la chambre de combustion 1 et la paroi 14 du réservoir d'eau 7 est transmise par conduction à cette eau et la chauffe.
L'eau chauffée monte, va naturellement vers les points hauts de cette chambre 7, créant ainsi une circulation intérieure; ainsi, à la longue, tout ce volume d'eau est chauffé.
Cette eau chaude cède à son tour son énergie thermique à la paroi du ballon pour chauffer l'eau du circuit secondaire.
L'avantage de cette chaudière réside principalement dans le fait que la différence de niveau entre l'entrée de la chambre de combustion 1 et la sortie 16 du canal de fumée 13 peut être réduite à un minimum indépendant de la grandeur des surfaces totales d'échange. Il en résulte que, grâce à la présence du collecteur de sortie des gaz brûlés, collecteur qui n'est pas en contact direct avec l'eau à chauffer, la hauteur globale de tirage est suffisamment grande pour qu'un tirage normal et suffisant soit assuré. Par ailleurs, la présence du ou des clapets 22 ajoutée à la faible pente de l'échangeur, pente choisie de préférence entre 5 et 45 %, permet de réduire ce tirage à une valeur extrêmement faible lorsque la combustion est arrêtée.
Cette valeur est réduite parce que la différence de niveau entre ce clapet et l'entrée des gaz est faible et, à ce moment-là, la température de l'air contenu dans la chambre de combustion I et dans le canal de fumée 13 est déterminée par la température de l'eau. Elle est donc très faible par rapport aux températures régnant aux mêmes endroits lors des périodes de combustion de gaz.
En d'autres termes, lorsque le brûleur est en marche, cette chaudière possède une hauteur de tirage judicieuse et lorsque la combustion est arrêtée, son tirage est coupé, ceci sans pour autant monter dans le circuit des gaz brûlés un organe d'obturation quelconque. Dans ces périodes qui sont très fréquentes, il y a un très grand intérêt à couper le tirage naturel, car il est une source de refroidissement de la chaudière et constitue une perte importante.
De nombreuses variantes d'exécution de l'installation décrite ci-dessus sont possibles. On pourrait notamment remplacer le brûleur à gaz par un brûleur à huile, à caléfaction, ou par un brûleur à pétrole lampant. De même, on pourrait remplacer le ballon d'eau du circuit secondaire par un serpentin jouant le même rôle sans cependant constituer une accumulation d'eau chaude.
Le canal de fumée 13 représenté avec des ailettes pourrait également être réalisé avec des bâtonnets de fer, d'acier, de cuivre, d'aluminium ou encore bimétalliques, soudés à la paroi 14. Des dispositifs spéciaux permettant d'augmenter la turbulence en vue d'améliorer les échanges, peuvent être également ajoutés.
Enfin, signalons que la chaudière peut comprendre une vanne mélangeuse à trois ou quatre voies, montée sur le circuit primaire de chauffage de l'immeuble, permettant de maintenir la température de l'eau du circuit primaire de la chaudière à une valeur supérieure à celle du circuit de l'eau envoyée dans les radiateurs proprement dits de l'immeuble. Ce circuit peut par ailleurs comprendre des vases d'expansion pneumatiques, des pompes de circulation, des appareils de commande divers qui, selon le cas, pourraient également être montés au voisinage immédiat de la chaudière et plus parti culièrement dans l'espace réalisé principalement entre l'enveloppe isolante 25 et le revêtement rigide de protection extérieur 26.
Water heating installation
The object of the invention is a water heating installation comprising a tank containing water to be heated, a combustion assembly comprising a combustion chamber at least partially surrounded by a water chamber in which part of the 'energy is transmitted by thermal conduction through the sheets separating this combustion chamber from the water chamber, a smoke channel whose walls partly constitute heat exchange surfaces receiving the burnt gases leaving the combustion chamber , leading them to the burnt gas outlet device by transmitting the usable heat energy contained in these burnt gases to the water in the tank,
characterized in that the average slope of the smoke channel located between the combustion chamber and the flue gas outlet device is between S and 45 410.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, two embodiments of the boiler of the installation according to the invention.
Fig. 1 shows a sectional view in length of the boiler of the first embodiment.
Fig. 2 shows a cross section made according to
A-A of fig. 1.
Fig. 3 shows a cross section made according to
B-B of fig. 1.
Fig. 4 shows the burnt gas outlet device, seen in section along C-C of FIG. 1.
Fig. S represents the flue gas outlet device, seen in elevation.
Fig. 6 shows the boiler according to the second embodiment.
The same parts which are found in these different figures all bear the same reference number.
The central heating boiler consists of the following main elements:
A combustion chamber 1 in which the gas burner 2 is mounted. The gas enters through a connection pipe 3 and passes through a regulating valve 4. The burner can be fitted with an automatic ignition device and devices necessary for flame monitoring.
This combustion chamber is surrounded laterally by a water jacket 5 which is in permanent and wide communication with the water chamber 7 of the boiler by passages, one of which 6 is shown in the drawing. This chamber 7 is connected to the outside by at least two pipes; the first 8 through which the water to be heated enters, the second 9 for the outlet of this heated water.
The water chamber 7 contains a tank 10 also connected to the outside by at least two conduits, one inlet 11 and the other outlet 12 ensuring the heating of the drinking water. The accumulation flask 10 can be equipped with an orifice 23 with a screwed cover, or, as shown in the drawing, with autoclave closure.
This opening allows the internal cleaning of the balloon and its descaling.
The burnt gases produced in the combustion chamber 1 pass through a smoke channel which can be produced in several forms. In the installation shown, the lower wall 14 of the water chamber 7 itself constitutes a very large heat exchange surface.
It can for example be provided with fins 15 which considerably increase the surface area in contact with the burnt gases.
The gases leaving at 16 from this smoke channel 13 enter a burnt gas outlet channel 17 which leads them to an outlet 18 connected by a suitable pipe to a chimney discharging them.
The flue gas outlet channel is shown especially in figs. 4 and 5. The gases enter at the base through a manifold, respectively an opening 19, then rise through the body of the manifold itself to be conducted towards the outlet 18. The apparatus comprises a baffle 20 and an opening 21. Fig. 5 shows that the burnt gas outlet channel can comprise, located on any face of the manifold, at least one valve 22 placed at a carefully chosen height.
The water chamber 7 is surrounded by a casing made of thermally insulating material 25. Finally, the entire boiler is housed in a rigid outer protective covering 26 and carried by suitably placed feet, not shown in the figures.
Fig. 6 shows the boiler according to the second embodiment. In this boiler, the smoke channel 13 and the shape of the water chamber 7 are somewhat modified towards its base. It comprises a bundle of tubes 24 of suitable cross-section, circular or otherwise, substantially parallel to each other and housed in the smoke channel arranged under the bottom of chamber 7 to conduct the burnt gases from combustion chamber 1 to the chamber. flue gas outlet 17.
The operation of the boilers described is as follows:
The combustible gases enter via the piping 3, the regulating valve 4, and arrive at the burner 2 where, in the presence of the air which enters through the base through spaces formed under the boiler, they burn thus releasing energy in thermal form. A significant part of this energy is transmitted by radiation and convection to the walls surrounding this combustion chamber. The burnt gases leave this combustion chamber at the high point and arrive in the smoke channel 13. They yield the rest of the usable heat energy, on the one hand, to the wall 14 and, on the other hand, to the fins. 15 which are fixed mainly by welding against the wall 14. These fins are heated and also conduct heat towards this wall.
The burnt gases, substantially cooled, arrive at the outlet 16 of the channel. They then enter the burnt gas outlet manifold 17 through opening 19. From there, they cross this manifold from bottom to top to arrive at duct 18.
A lateral opening 21 is formed against one of the faces of this manifold 17 and brings in a complementary quantity of air, which reduces the overall draft of the assembly. This opening 21 therefore constitutes a draft cutting device. The baffle 20 is provided to prevent a possible counter-current coming from the chimney from being able to propagate into the boiler itself and disturb the combustion.
It is obvious that the height of the flue gas outlet manifold 17 must be chosen taking into account the arrangement of the baffle 20, such that the overall draft of the boiler, taking into account the presence of this outlet device gas, is sufficient and compatible with the service of the boiler.
When the combustion which can be controlled by an automatic device is stopped when the boiler is hot enough, the natural draft occurring through the combustion chamber 1, the smoke channel 13 and the flue gas collector 17, could be strong enough and cause the boiler to cool by circulating air. It is interesting to reduce, in this case, the natural draft, reduction which can be obtained by opening a valve 22 mounted at a specific location on one of the faces of the burnt gas outlet device 17. The movements of this valve can be controlled manually or electrically and be automated according to the service of the boiler. As soon as combustion begins, the valve 22 is closed and vice versa.
The heat energy coming through the walls of the combustion chamber 1 and the wall 14 of the water tank 7 is transmitted by conduction to this water and the heater.
The heated water rises, goes naturally to the high points of this chamber 7, thus creating an internal circulation; thus, in the long run, all this volume of water is heated.
This hot water in turn transfers its thermal energy to the wall of the tank to heat the water in the secondary circuit.
The advantage of this boiler lies mainly in the fact that the difference in level between the inlet of the combustion chamber 1 and the outlet 16 of the flue gas channel 13 can be reduced to a minimum independent of the size of the total surfaces of the boiler. exchange. As a result, thanks to the presence of the burnt gas outlet manifold, which manifold is not in direct contact with the water to be heated, the overall draft height is sufficiently large for a normal and sufficient draft to be obtained. insured. Moreover, the presence of the valve (s) 22 added to the low slope of the exchanger, slope preferably chosen between 5 and 45%, makes it possible to reduce this draft to an extremely low value when combustion is stopped.
This value is reduced because the level difference between this valve and the gas inlet is small and, at this time, the temperature of the air contained in the combustion chamber I and in the smoke channel 13 is determined by water temperature. It is therefore very low compared to the temperatures prevailing in the same places during periods of gas combustion.
In other words, when the burner is on, this boiler has a judicious draft height and when combustion is stopped, its draft is cut, without however fitting any shutter member in the burnt gas circuit. . In these periods, which are very frequent, there is great interest in cutting off the natural draft, because it is a source of cooling for the boiler and constitutes a significant loss.
Numerous alternative embodiments of the installation described above are possible. In particular, the gas burner could be replaced by an oil burner, with heating, or by a kerosene burner. Likewise, the secondary circuit water tank could be replaced by a coil playing the same role without however constituting an accumulation of hot water.
The smoke channel 13 shown with fins could also be made with iron, steel, copper, aluminum or bimetallic rods, welded to the wall 14. Special devices making it possible to increase the turbulence in view. to improve exchanges, can also be added.
Finally, it should be noted that the boiler can include a three or four-way mixing valve, mounted on the building's primary heating circuit, making it possible to maintain the temperature of the water in the primary circuit of the boiler at a value higher than that. the water circuit sent to the actual radiators of the building. This circuit can also include pneumatic expansion vessels, circulation pumps, various control devices which, depending on the case, could also be mounted in the immediate vicinity of the boiler and more particularly in the space formed mainly between the insulating casing 25 and the rigid outer protective covering 26.