EP0387139A1 - Boiler for heating a liquid, particularly water, and a construction unit for burning and for heat exchanging adapted to equip such a boiler therewith - Google Patents
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- EP0387139A1 EP0387139A1 EP90400604A EP90400604A EP0387139A1 EP 0387139 A1 EP0387139 A1 EP 0387139A1 EP 90400604 A EP90400604 A EP 90400604A EP 90400604 A EP90400604 A EP 90400604A EP 0387139 A1 EP0387139 A1 EP 0387139A1
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- F24H1/206—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with furnace tubes with submerged combustion chamber
Abstract
Description
L'invention concerne un ballon de chauffage d'un liquide, notamment d'eau. Elle s'étend à un ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur destiné à équiper un tel ballon.The invention relates to a heating cylinder for a liquid, especially water. It extends to a one-piece combustion and heat exchange assembly intended to equip such a balloon.
Parmi les diverses techniques utilisées pour la production d'eau chaude sanitaire ou d'eau chaude, d'eau surchauffée et/ou de vapeur dans le domaine industriel, une technique courante consiste à utiliser un corps de chauffe comprenant un échangeur de chaleur dans lequel circulent les gaz de combustion issus d'un brûleur.Among the various techniques used for the production of domestic hot water or hot water, superheated water and / or steam in the industrial field, a common technique consists in using a heating body comprising a heat exchanger in which the combustion gases from a burner circulate.
En règle générale, les installations réalisées selon cette technique comportent un ballon de stockage de liquide doté d'un orifice en regard duquel est monté un brûleur, un échangeur de chaleur immergé à l'intérieur du ballon et à l'intérieur duquel circulent les fumées de combustion issues du brûleur, et un collecteur d'échappement destiné à évacuer les fumées.As a general rule, installations carried out according to this technique comprise a liquid storage tank provided with an orifice opposite which a burner is mounted, a heat exchanger immersed inside the tank and inside which the fumes circulate. combustion from the burner, and an exhaust manifold intended to evacuate the fumes.
Un premier mode de réalisation, couramment utilisé à l'heure actuelle, consiste ainsi en un ballon cylindrique fermé à ses deux extrémités par des calottes au niveau de chacune desquelles est ménagée une chambre fermée. Le brûleur est monté vers une des extrémités du ballon en regard d'un long foyer ménagé dans une des chambres et s'étendant à l'intérieur du ballon de façon à déboucher dans la chambre opposée. L'échangeur de chaleur est quant à lui constitué d'un faisceau de tubes reliant les deux chambres et vers lesquels les fumées issues du foyer sont canalisées afin de circuler une seconde fois en échange thermique avec le liquide avant d'être évacuées vers un collecteur.A first embodiment, commonly used at present, thus consists of a cylindrical balloon closed at its two ends by caps at the level of each of which is formed a closed chamber. The burner is mounted towards one end of the balloon opposite a long hearth formed in one of the chambers and extending inside the balloon so as to open into the opposite chamber. The heat exchanger consists of a bundle of tubes connecting the two chambers and to which the fumes from the hearth are channeled in order to circulate a second time in heat exchange with the liquid before being evacuated to a collector .
Bien que le rendement de telles installations soit appréciable, en raison du trajet aller-retour imposé aux fumées, ces dernières présentent deux inconvénients majeurs. D'une part, la multiplicité des tubes d'échange pose des problèmes de tenue mécanique car les liaisons par soudure de ces derniers au niveau des chambres d'extrémité sont relativement fragiles. De plus et surtout, la maintenance de telles installations s'avère très délicate voire impossible, compte-tenu des difficultés d'accès aux différents éléments.Although the efficiency of such installations is appreciable, due to the return journey imposed on the fumes, the latter have two major drawbacks. On the one hand, the multiplicity of exchange tubes poses mechanical resistance problems because the welded connections of the latter at the end chambers are relatively fragile. In addition and above all, the maintenance of such installations proves to be very delicate or even impossible, given the difficulties of access to the various elements.
Pour pallier ce dernier inconvénient, plusieurs solutions ont été envisagées visant à réaliser un ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur destiné à être introduit de façon démontable à l'intérieur du ballon au travers d'un orifice ménagé dans la paroi de ce dernier. Ces ensembles monobloc sont constitués d'une plaque de façade apte à être fixée sur la paroi du ballon et portant sur sa face externe un brûleur et un collecteur de fumées et, sur sa face interne, un dispositif d'échange de chaleur destiné à être immergé à l'intérieur du ballon et communiquant respectivement avec le brûleur et le collecteur. De tels ensembles sont notamment décrits dans le brevet français n° 88.03528 au nom de la déposante, le brevet GB 2.052.697 et le brevet US 4.465.024.To overcome this last drawback, several solutions have been envisaged aiming to produce a one-piece combustion and heat exchange assembly intended to be introduced in a removable manner inside the balloon through an orifice formed in the wall of this latest. These one-piece assemblies consist of a front plate capable of being fixed to the wall of the tank and carrying on its external face a burner and a smoke collector and, on its internal face, a heat exchange device intended to be submerged inside the tank and communicating respectively with the burner and the collector. Such assemblies are notably described in French patent n ° 88.03528 in the name of the applicant, GB patent 2,052,697 and US patent 4,465,024.
Les brevets FR 88.03528 et GB 2.052.697 décrivent ainsi un ensemble dans lequel l'échangeur de chaleur est constitué d'un tube s'étendant dans le prolongement du brûleur et agencé de façon à effectuer plusieurs trajets aller-retour à l'intérieur du ballon avant de communiquer avec le collecteur de fumées. Selon le brevet FR 88.03528, ce tube est un tube unique se présentant sous la forme d'un serpentin à couples multiples. Selon le brevet GB 2.052.697, ce tube est constitué de plusieurs tronçons parallèles reliés à leurs extrémités à des chambres cloisonnées, agencées de façon à permettre le passage des fumées d'un tube à l'autre.The patents FR 88.03528 and GB 2.052.697 thus describe an assembly in which the heat exchanger consists of a tube extending in the extension of the burner and arranged so as to make several round trips inside the balloon before communicating with the smoke collector. According to patent FR 88.03528, this tube is a single tube in the form of a serpentine with multiple torques. According to GB patent 2,052,697, this tube consists of several parallel sections connected at their ends to partitioned chambers, arranged so as to allow the passage of smoke from one tube to another.
Comme indiqué ci-dessus, de telles installations permettent de résoudre les problèmes de maintenance, l'ensemble de combustion et d'échange de chaleur étant facilement démontable et accessible. Toutefois, elles présentent plusieurs inconvénients. En premier lieu, la multiplication du nombre de trajets aller-retour, sur plusieurs niveaux, conduit à surdimensionner artificiellement l'orifice pratiqué dans la cuve au fur et à mesure que les besoins thermiques requis augmentent, car la seule solution envisageable pour augmenter la puissance de l'ensemble consiste alors dans l'allongement du (ou des) tube(s) et dans l'augmentation de son (leur) diamètre. Or, ce surdimensionnement conduit à un affaiblissement mécanique de la paroi du ballon entraînant un maximum de contraintes le long de la génératrice du cylindre. De ce fait, l'installation est limitée en puissance en raison des contraintes maximales admissibles par la cuve. En outre, l'augmentation de la section de cet orifice conduit à une perte d'efficacité de l'installation, car cette surface constitue un excellent pont thermique. En second lieu, et compte-tenu de la longueur de l'échangeur, la vitesse de circulation des fumées de combustion induit une perte de charge importante qui ne peut être compensée que par la présence d'un surpresseur d'air, gros consommateur d'énergie. De plus, le niveau de pression généré provoque quant à lui un bruit important à l'échappement.As indicated above, such installations make it possible to solve maintenance problems, the combustion and heat exchange assembly being easily removable and accessible. However, they have several drawbacks. First, the multiplication of the number of return journeys, on several levels, leads to artificially oversize the orifice made in the tank as the thermal requirements increase, because the only possible solution to increase the power of the assembly then consists in the elongation of the tube (s) and in increasing its (their) diameter. However, this oversizing leads to a mechanical weakening of the wall of the balloon causing maximum stress along the generatrix of the cylinder. Therefore, the installation is limited in power due to the maximum allowable stresses by the tank. In addition, the increase in the section of this orifice leads to a loss of efficiency of the installation, since this surface constitutes an excellent thermal bridge. Secondly, and taking into account the length of the exchanger, the speed of circulation of the combustion fumes induces a significant pressure drop which can only be compensated for by the presence of an air blower, a large consumer of 'energy. In addition, the pressure level generated causes significant noise at the exhaust.
Le brevet US 4.465.024 décrit quant à lui un ensemble permettant de pallier d'une part les problèmes de maintenance, et d'autre part les problèmes relatifs à la longueur de l'échangeur des installations ci-dessus décrites. L'échangeur décrit dans ce brevet comprend une chambre de combustion de gros diamètre solidarisée à la plaque de façade en regard d'une ouverture ménagée dans cette dernière, et une pluralité de tubes en forme de U répartis extérieurement sur la périphérie de la paroi cylindrique de cette chambre, et dont les extrémités sont respectivement fixées sur la paroi arrière de la chambre de combustion de façon à communiquer avec l'intérieur de cette dernière, et sur la plaque de façade ; le collecteur est quant à lui doté d'une chambre annulaire de récupération des fumées, communiquant avec l'extrémité des tubes fixée sur la plaque de façade. En sortie de la chambre de combustion, les fumées de combustion se répartissent donc dans les différents tubes ; la longueur du trajet parcouru par ces fumées se trouve donc considérablement diminuée par rapport aux installations précitées, sans toutefois occasionner une baisse de rendement sensible, et ce grâce à la multiplicité des tubes.The US patent 4,465,024 describes for its part allowing to overcome on the one hand the maintenance problems, and on the other hand the problems relating to the length of the exchanger of the installations described above. The exchanger described in this patent comprises a large-diameter combustion chamber secured to the front plate opposite an opening formed in the latter, and a plurality of U-shaped tubes distributed externally on the periphery of the cylindrical wall. of this chamber, and the ends of which are respectively fixed to the rear wall of the combustion chamber so as to communicate with the interior of the latter, and on the front plate; the collector is in turn provided with an annular smoke recovery chamber, communicating with the end of the tubes fixed on the front plate. At the outlet of the combustion chamber, the combustion fumes are therefore distributed in the different tubes; the length of the path traveled by these fumes is therefore considerably reduced compared to the aforementioned installations, without however causing a significant drop in efficiency, and this thanks to the multiplicity of tubes.
Toutefois, comme précédemment, toute augmentation des besoins thermiques nécessite d'augmenter artificiellement le diamètre de la chambre de combustion, et par conséquent celui de l'orifice de la cuve avec tous les problèmes inhérents à cette augmentation. En effet, le nombre de tubes répartis sur le pourtour de cette chambre de combustion ne peut être augmenté indéfiniment pour un diamètre de chambre donné, et ce notamment pour des problèmes de fabrication de l'ensemble. De plus, il est à noter que la conception de cet ensemble monobloc génère des difficultés de fabrication. En effet, les tubes doivent être obligatoirement solidarisés en premier lieu sur la paroi d'extrémité de la chambre de combustion (par soudage ou tout autre procédé connu). Or, il s'avère qu'une fois cette opération effectuée, la solidarisation de cette plaque elle-même sur la chambre de combustion constitue une opération très délicate difficilement réalisable que ce soit de l'intérieur de la chambre, en raison de la longueur de cette dernière, ou de l'extérieur en raison de la présence des tubes.However, as before, any increase in thermal requirements requires artificially increasing the diameter of the combustion chamber, and consequently that of the orifice of the tank with all the problems inherent in this increase. In fact, the number of tubes distributed around the periphery of this combustion chamber cannot be increased indefinitely for a given chamber diameter, in particular for manufacturing problems of the assembly. In addition, it should be noted that the design of this one-piece assembly generates manufacturing difficulties. In fact, the tubes must firstly be joined to the end wall of the combustion chamber (by welding or any other known process). However, it turns out that once this operation has been carried out, the attachment of this plate itself to the combustion chamber constitutes a very delicate operation which is difficult to carry out either from inside the chamber, due to the length. from the latter, or from the outside due to the presence of the tubes.
La présente invention vise à pallier les inconvénients des ballons de chauffage dotés d'un ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur ci-dessus décrits, et a pour principal objectif de fournir un ballon de chauffage doté d'un ensemble monobloc démontable dont la limite de puissance, pour un ballon de dimensions identiques, est largement supérieure à celle des dispositifs connus.The present invention aims to overcome the drawbacks of heating cylinders provided with a one-piece combustion and heat exchange assembly described above, and has the main objective of providing a heating balloon having a removable one-piece assembly including the power limit, for a balloon of identical dimensions, is much higher than that of known devices.
Un autre objectif est de fournir un ballon de chauffage dont la capacité réelle de stockage est supérieure à celle des ballons connus.Another objective is to provide a heating balloon whose actual storage capacity is greater than that of known balloons.
Un autre objectif est de fournir un ballon de chauffage doté d'un ensemble monobloc de fabrication aisée et peu onéreuse.Another objective is to provide a heating flask provided with a monobloc assembly of easy and inexpensive manufacture.
A cet effet, l'invention concerne un ballon de chauffage d'un liquide, notamment d'eau, comprenant :
- une cuve de stockage fermée comportant une paroi dotée d'un orifice,
- un ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur apte à être introduit à l'intérieur de la cuve, au travers de l'orifice de cette dernière, de façon à s'étendre partiellement à l'intérieur de ladite cuve, ledit ensemble comportant :
. une plaque de façade dotée d'une ouverture et d'orifices dits d'échappement de fumée, et comportant des moyens de fixation amovible sur la paroi de la cuve,
. une chambre de combustion solidarisée à la plaque de façade de façon que l'ouverture de ladite plaque débouche dans cette chambre, et dotée d'une paroi d'extrémité opposée à ladite ouverture,
. un échangeur multitubulaire constitué d'une pluralité de tubes, chacun, en forme générale de U, possédant une branche, dite courte, solidarisée vers son extrémité sur la paroi d'extrémité de la chambre de combustion de façon à communiquer avec l'intérieur de ladite chambre, et une branche, dite longue, de longueur supérieure, solidarisée vers son extrémité sur la plaque de façade de façon à déboucher dans les orifices d'échappement de cette dernière,
. un brûleur porté par la plaque de façade de façon à communiquer avec la chambre de combustion au travers de l'ouverture de ladite plaque,
. et un collecteur d'échappement porté par la plaque de façade, en regard des orifices d'échappement de ladite plaque.To this end, the invention relates to a heating cylinder for a liquid, in particular water, comprising:
- a closed storage tank comprising a wall provided with an orifice,
- A one-piece combustion and heat exchange assembly able to be introduced inside the tank, through the orifice of the latter, so as to extend partially inside said tank, said set comprising:
. a front panel with a opening and orifices called smoke exhaust, and comprising removable fixing means on the wall of the tank,
. a combustion chamber secured to the front plate so that the opening of said plate opens into this chamber, and provided with an end wall opposite to said opening,
. a multitubular exchanger made up of a plurality of tubes, each in the general shape of a U, having a branch, called a short, secured towards its end on the end wall of the combustion chamber so as to communicate with the interior of said chamber, and a branch, said to be long, of greater length, secured towards its end on the front plate so as to open into the exhaust orifices of the latter,
. a burner carried by the front plate so as to communicate with the combustion chamber through the opening of said plate,
. and an exhaust manifold carried by the front plate, facing the exhaust orifices of said plate.
Selon l'invention, ce ballon se caractérise en ce que :
- l'orifice de la paroi de la cuve de stockage présente une section ovoïde dont le grand axe est sensiblement horizontal,
- les orifices d'échappement de la plaque de façade sont groupés de façon à s'inscrire à l'intérieur d'une section sensiblement centrée sur un axe confondu avec le grand axe de l'orifice de la paroi de la cuve,
- l'ouverture et l'ensemble d'orifices d'échappement de la plaque de façade sont ménagés sur cette dernière de façon à être situés respectivement de part et d'autre du petit axe de symétrie de l'orifice de la paroi de la cuve,
- les tubes sont agencés selon un faisceau s'inscrivant à l'intérieur d'une section en forme générale de U de dimensions transversales sensiblement inférieures à celles de l'orifice de la paroi de la cuve et de façon que les branches longues soient groupées latéralement sur un côté de la chambre de combustion pour venir déboucher dans les orifices d'échappement de la plaque de façade, et que les branches courtes soient groupées à l'arrière de la chambre de combustion dans l'alignement de celle-ci.According to the invention, this balloon is characterized in that:
the orifice in the wall of the storage tank has an ovoid section whose major axis is substantially horizontal,
the exhaust orifices of the front plate are grouped so as to fit inside a section substantially centered on an axis coincident with the major axis of the orifice of the wall of the tank,
the opening and the set of exhaust orifices of the front plate are formed on the latter so as to be situated respectively on either side of the minor axis of symmetry of the orifice of the wall of the tank,
the tubes are arranged according to a bundle which is inscribed within a generally U-shaped section of transverse dimensions substantially smaller than those of the orifice of the wall of the tank and so that the long branches are grouped laterally on one side of the combustion chamber to come out in the exhaust orifices of the front plate, and the short branches are grouped at the rear of the combustion chamber in alignment with that -this.
On constatera, en premier lieu, qu'un tel ballon allie tous les avantages de celui décrit dans le brevet US 4.465.024. En effet, tous les éléments de l'ensemble de combustion et d'échange de chaleur sont solidarisés sur une plaque de façade, permettant un montage et un démontage rapides de cette ensemble, notamment un vue de sa maintenance. De plus, les dilatations dues aux gradients de température sont absorbées non pas par des soudures, mais par la courbure des tubes. En outre, chaque tube n'engendre qu'une faible perte de charge permettant l'emploi de turbines moins importantes et moins énergivores, tandis que le niveau sonore à l'échappement se trouve moins élevé. Cette faible perte de charge autorise notamment l'utilisation de gaz combustible basse pression, notamment pression domestique de 20 mbars. Enfin, la vitesse de circulation des fumées permet de diminuer la température pariétale de l'ensemble chambre de combustion/échangeur, d'où une diminution des risques d'entartrage sur les points chauds car la température d'ébullition de l'eau sous pression n'est pas atteinte le long de la chambre de combustion.It will be noted, firstly, that such a balloon combines all the advantages of that described in US Patent 4,465,024. Indeed, all the elements of the combustion and heat exchange assembly are secured to a front plate, allowing rapid assembly and disassembly of this assembly, in particular a view of its maintenance. In addition, the expansions due to the temperature gradients are absorbed not by welds, but by the curvature of the tubes. In addition, each tube generates only a small pressure drop allowing the use of smaller and less energy-consuming turbines, while the noise level at the exhaust is lower. This low pressure drop allows in particular the use of low pressure fuel gas, in particular domestic pressure of 20 mbar. Finally, the speed of circulation of the fumes makes it possible to reduce the wall temperature of the combustion chamber / exchanger assembly, hence a reduction in the risks of scaling on hot spots because the boiling temperature of water under pressure is not reached along the combustion chamber.
De plus, le ballon selon l'invention permet d'allier à ces avantages des avantages spécifiques résultant de sa conception propre. En effet, la forme ovoïde de l'orifice de la cuve permet d'améliorer notablement la résistance mécanique de la paroi de cette cuve, au niveau de sa génératrice, étant donné que le petit axe de cet orifice se trouve sensiblement vertical. De plus, l'agencement de la chambre de combustion et des tubes échangeurs de chaleur confère à l'échangeur de chaleur une capacité, c'est-à-dire un rapport puissance installée/volume occupé, largement supérieur à celui des installations connues.In addition, the balloon according to the invention makes it possible to combine these advantages with specific advantages resulting from its own design. Indeed, the ovoid shape of the orifice of the tank makes it possible to significantly improve the mechanical resistance of the wall of this tank, at the level of its generatrix, since the minor axis of this orifice is found to be substantially vertical. In addition, the arrangement of the combustion chamber and the heat exchanger tubes gives the heat exchanger a capacity, that is to say a ratio of installed power / occupied volume, much higher than that of known installations.
De ce fait, la limite de puissance se trouve reportée à un niveau largement supérieur par rapport aux ballons connus, sans que la diminution du volume occupé par l'échangeur de chaleur n'engendre de diminution de rendement, en raison de l'augmentation de la capacité de l'ensemble.Therefore, the power limit is brought to a level much higher compared to known balloons, without the decrease in the volume occupied by the heat exchanger does not cause a reduction in efficiency, due to the increase in the capacity of the assembly.
Il est à noter en outre qu'une telle conception, en permettant de diminuer la section de l'orifice de la paroi de la cuve, conduit à une diminution des ponts thermiques.It should also be noted that such a design, by making it possible to reduce the section of the orifice in the wall of the tank, leads to a reduction in thermal bridges.
Enfin, la section ovoïde de l'orifice permet de ménager ce dernier à un niveau de la cuve inférieur à celui des ballons connus sans affecter la résistance de cette dernière. Par conséquent, le volume situé au-dessus de l'ensemble monobloc se trouve augmenté de même que la capacité réelle de stockage de la cuve.Finally, the ovoid section of the orifice makes it possible to provide the latter at a level of the tank lower than that of known tanks without affecting the resistance of the latter. Consequently, the volume located above the monobloc assembly is increased as well as the actual storage capacity of the tank.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les branches longues et les branches courtes des tubes sont respectivement arrangées au pas hexagonal compact. (Par pas hexagonal, on entend définir, selon une définition classique, une disposition dans laquelle les tubes sont répartis selon des cercles concentriques équidistants, un tube étant disposé au centre, six tubes sur le cercle de premier niveau, puis six tubes supplémentaires sur chaque cercle de niveau supérieur).According to a preferred embodiment, the long branches and the short branches of the tubes are respectively arranged in compact hexagonal pitch. (By hexagonal pitch, we mean defining, according to a classic definition, an arrangement in which the tubes are distributed in equidistant concentric circles, a tube being placed in the center, six tubes on the first level circle, then six additional tubes on each upper level circle).
Cet agencement permet d'obtenir une compacité, c'est-à-dire un rapport nombre de tubes par surface du cercle inscrivant le faisceau, optimale, et par conséquent une capacité optimale de l'échangeur de chaleur de l'ordre de 1,5 fois celle des échangeurs connus.This arrangement makes it possible to obtain a compactness, that is to say a ratio of the number of tubes per surface of the circle inscribing the bundle, optimal, and consequently an optimal capacity of the heat exchanger of the order of 1, 5 times that of known exchangers.
Selon une variante de réalisation, les branches courtes et les branches longues des tubes peuvent également être arrangées au pas triangulaire qui constitue un dérivé du pas hexagonal compact. La compacité obtenue à partir de cet agencement est inférieure à celle obtenue avec le pas hexagonal compact, mais un tel agencement présente un avantage au niveau de la fabrication car il fournit une disposition dans laquelle les branches des tubes sont alignées verticalement selon des rangées parallèles. Ainsi, un tel agencement permet de réaliser un faisceau dans lequel les tubes disposés selon une même rangée verticale sont de même longueur, et par conséquent d'abaisser le coût de fabrication.According to an alternative embodiment, the short branches and the long branches of the tubes can also be arranged in a triangular pitch which constitutes a derivative of the compact hexagonal pitch. The compactness obtained from this arrangement is less than that obtained with the compact hexagonal pitch, but such an arrangement has an advantage in manufacturing since it provides an arrangement in which the arms of the tubes are aligned vertically in parallel rows. Thus, such an arrangement makes it possible to produce a bundle in which the tubes arranged in the same vertical row are of the same length, and consequently to reduce the manufacturing cost.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de combustion présente une forme cylindrique et est obturée par une paroi d'extrémité constituée d'une plaque circulaire solidarisée par soudage et dotée d'orifices d'échappement dans lesquels débouchent les branches courtes des tubes.According to another characteristic of the invention, the combustion chamber has a shape cylindrical and is closed off by an end wall consisting of a circular plate secured by welding and provided with exhaust orifices into which the short branches of the tubes open.
Cette caractéristique présente un avantage primordial au niveau de la fabrication de l'ensemble monobloc. En effet, lors de cette fabrication, les branches courtes des tubes sont en premier lieu solidarisées, par exemple dudgeonnées puis soudées, sur la plaque circulaire. L'opération suivante consiste ensuite à souder cette plaque circulaire sur une face d'extrémité ouverte de la chambre de combustion. Enfin, en dernier lieu, l'autre extrémité de cette chambre est soudée sur la plaque de façade et les extrémités des branches longues solidarisées également sur cette plaque, par dudgeonnage et soudage. On s'aperçoit donc que lors du montage des différents éléments, les surfaces à souder sont toujours facilement accessibles. De plus, une double sécurité est assurée lors des liaisons tubes/plaque circulaire et tubes/plaque de façade, étant donné que ces tubes sont en premier lieu dudgeonnés puis soudés.This characteristic has a primary advantage in the manufacture of the one-piece assembly. In fact, during this manufacture, the short branches of the tubes are first of all joined, for example dudgeées then welded, on the circular plate. The next operation then consists in welding this circular plate on an open end face of the combustion chamber. Finally, lastly, the other end of this chamber is welded to the front plate and the ends of the long branches also joined to this plate, by swaging and welding. It can therefore be seen that when mounting the various elements, the surfaces to be welded are always easily accessible. In addition, double security is ensured during tube / circular plate and tube / front plate connections, since these tubes are first expanded and then welded.
L'invention s'étend également en tant que moyen essentiel pour la réalisation de ce ballon de chauffage à l'ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur équipant ledit ballon.The invention also extends as an essential means for the production of this heating balloon to the one-piece combustion and heat exchange assembly fitted to said balloon.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent un mode de réalisation préférentiel et une variante de réalisation. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description :
- - la figure 1 est une vue en perspective d'un ballon de chauffage conforme à l'invention, l'ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur étant en position partiellement sortie,
- - la figure 2 en est une coupe horizontale partielle, à échelle agrandie, l'ensemble monobloc étant dans sa position de fonctionnement,
- - la figure 3 est une vue en perspective, à échelle agrandie, d'un ensemble monobloc conforme à l'invention,
- - la figure 4 est une coupe longitudinale par un plan horizontal AA de cet ensemble,
- - la figure 5 en est une coupe transversale par un plan vertical BB,
- - la figure 6 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation de ballon conforme à l'invention.
- FIG. 1 is a perspective view of a heating cylinder in accordance with the invention, the one-piece combustion and heat exchange assembly being in the partially extended position,
- FIG. 2 is a partial horizontal section thereof, on an enlarged scale, the one-piece assembly being in its operating position,
- - Figure 3 is a perspective view, on an enlarged scale, of a one-piece assembly conforming to the invention,
- FIG. 4 is a longitudinal section through a horizontal plane AA of this assembly,
- FIG. 5 is a cross section thereof through a vertical plane BB,
- - Figure 6 is a perspective view of a second embodiment of a balloon according to the invention.
Le ballon de chauffage et son ensemble de combustion et d'échange de chaleur représentés aux figures 1 à 5 est destiné particulièrement à la production d'eau chaude, sanitaire, ou d'eau chaude, d'eau surchauffée et/ou de vapeur.The heating cylinder and its combustion and heat exchange assembly shown in FIGS. 1 to 5 is intended in particular for the production of hot, sanitary water, or hot water, superheated water and / or steam.
Tel que représenté aux figures 1 et 2, ce ballon de chauffage comprend une cuve 1 thermiquement isolée composée d'une paroi cylindrique 2 d'axe vertical, fermée par deux calottes d'extrémité 3 hémisphériques.As shown in Figures 1 and 2, this heating tank comprises a thermally insulated
En partie inférieure de la paroi cylindrique 2 est ménagé un orifice 4 de forme ovoïde sur le pourtour interne duquel est soudée une virole 5 à bride 6, faisant saillie à l'extérieur de cette paroi.In the lower part of the
Cet orifice 4 permet l'introduction à l'intérieur de la cuve 1 d'un ensemble de combustion et d'échange de chaleur dont tous les éléments sont solidarisés à une plaque de façade 7 destinée à venir se fixer sur la bride 6 de la virole 5.This
Cette plaque de façade 7 présente une forme ovoïde conjuguée de celle de la bride 6 et est dotée, sur sa périphérie, d'alésages 7a permettant de la fixer de façon classique sur cette bride 6. Ainsi fixée, elle présente alors des axes de symétrie vertical et horizontal confondus avec ceux de l'orifice ovoïde 4 de la cuve 1.This
Latéralement par rapport à son axe de symétrie vertical, et centré sur son axe de symétrie horizontal, cette plaque 7 est percée d'une ouverture circulaire 9, en regard de laquelle est boulonné, côté extérieur, un brûleur monobloc 8. Ce brûleur 8 peut être de tout type connu en soi et raccordé de façon classique à des canalisations d'alimentation en combustible et en air comburant (non représentés).Laterally with respect to its vertical axis of symmetry, and centered on its horizontal axis of symmetry, this
Latéralement par rapport à son axe de symétrie vertical et du côté opposé à son ouverture 9, cette plaque de façade 7 est également percée d'orifices d'échappement 7b groupés et arrangés au pas triangulaire. L'ensemble de ces orifices d'échappement 7b s'inscrit à l'intérieur d'une section de forme semi-circulaire dont le centre est situé sur le grand axe horizontal de la plaque 7, sensiblement à égale distance du petit axe vertical, que le centre de l'ouverture 9.Laterally with respect to its axis of vertical symmetry and on the side opposite to its
Du côté interne de cette plaque de façade 7 est soudée une chambre de combustion 10 de forme cylindrique disposée de sorte que l'ouverture 9 de ladite plaque débouche dans ladite chambre.On the internal side of this
L'extrémité opposée de cette chambre de combustion 10 est obturée au moyen d'une paroi d'extrémité circulaire 11 solidarisée par soudage. Cette paroi d'extrémité 11 est elle-même percée d'une pluralité d'orifices d'échappement 11a arrangés au pas triangulaire selon une disposition symétrique par rapport aux orifices d'échappement 7b de la plaque de façade 7.The opposite end of this
Tel que représenté à la figure 5, cet arrangement au pas triangulaire des orifices d'échappement 7b de la plaque de façade 7 (et par symétrie de ceux de la plaque d'extrémité 11) détermine plusieurs rangées parallèles et verticales d'orifices superposés.As shown in FIG. 5, this triangular pitch arrangement of the
L'échangeur de chaleur est quant à lui constitué de tubes 12, chacun, en forme générale de U, possédant une branche courte 12a dudgeonnée vers son extrémité à l'intérieur d'un orifice d'échappement 11a de la plaque circulaire 11, et une branche longue 12b dudgeonnée vers son extrémité à l'intérieur d'un orifice d'échappement 7b de la plaque de façade. Afin d'assurer une étanchéité parfaite, les extrémités de ces branches sont en outre soudées, après dudgeonnage, respectivement du côté interne de la chambre de combustion 10, et du côté externe de la plaque de façade 7.The heat exchanger is itself made up of
De même que les orifices d'échappement 7b, 11a de la plaque circulaire 11 et de la plaque de façade 7, les branches courtes 12a et les branches longues 12b de ces tubes 12 sont, chacune, groupées et arrangées au pas triangulaire. Le faisceau de tubes 12 ainsi formé s'inscrit ainsi à l'intérieur d'une section en forme générale de U, les branches longues 12b étant groupées latéralement sur un côté de la chambre de combustion 10 et alignées dans le prolongement des orifices d'échappement 7b de la plaque de façade 7, et les branches courtes 12a étant groupées à l'arrière de ladite chambre de combustion et alignées dans le prolongement des orifices d'échappement 11a de la plaque circulaire 11.Like the
En outre, ce faisceau en forme générale de U présente une section transversale de dimensions inférieures à celles de l'orifice 4 de la paroi 2 de la cuve 1, de façon à permettre l'introduction et le retrait de l'ensemble monobloc.In addition, this generally U-shaped bundle has a cross section of dimensions smaller than those of the
Enfin, chaque tube 12 comporte en continuité avec les branches 12a, 12b, un retour 12c formant l'âme du U. De même que les branches, ces retours 12c sont groupés et arrangés au pas triangulaire.Finally, each
Il est à noter que l'agencement de ces tubes 12, et par conséquent celui des orifices d'échappement 7b, 11a des plaques de façade 7 et circulaire 11, ainsi que la possibilité de jouer sur la distance séparant l'ouverture 9 et les orifices d'échappement 7b de la plaque de façade 7, permettent de modifier à volonté la surface d'échange en fonction de la puissance requise. En effet, on peut ainsi modifier la longueur des retours 12c des tubes 12, ainsi que le nombre de ces tubes 12 ou la forme de la section enveloppe des branches de ces tubes.It should be noted that the arrangement of these
En dernier lieu, la plaque de façade 7 porte un collecteur d'échappement 13 doté d'une sortie horizontale visant à protéger les tubes 12 d'un éventuel colmatage provenant de l'extérieur, et sur lequel est raccordé tout conduit d'évacuation connu en soi (non représenté) tel qu'une cheminée du commerce de diamètre important.Finally, the
Ce collecteur d'échappement 13 est disposé sur la plaque de façade 7 en regard des orifices d'échappement 7b de cette dernière de façon à collecter les fumées d'évacuation ayant circulé dans les tubes 12.This
La Figure 6 représente une variante de réalisation dans laquelle l'ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur équipe un ballon de chauffage doté d'une paroi périphérique cylindrique 14 d'axe horizontal, fermée par deux calottes d'extrémité 15. Cette ensemble monobloc, identique à celui précédemment décrit, est alors introduit au travers d'un orifice ménagé en partie inférieure d'une des calottes 15, les autres dispositions étant strictement identiques.FIG. 6 represents an alternative embodiment in which the one-piece combustion and heat exchange assembly equips a heating balloon provided with a cylindrical
Claims (9)
- une cuve de stockage (1) fermée comportant une paroi (2) dotée d'un orifice (4),
- un ensemble monobloc de combustion et d'échange de chaleur apte à être introduit à l'intérieur de la cuve (1), au travers de l'orifice (4) de cette dernière de façon à s'étendre partiellement à l'intérieur de ladite cuve, ledit ensemble comportant :
. une plaque de façade (7) dotée d'une ouverture (9) et d'orifices (7b) dits d'échappement de fumée, et comportant des moyens de fixation amovible sur la paroi de la cuve (1),
. une chambre de combustion (10) solidarisée à la plaque de façade (7) de façon que l'ouverture (9) de ladite plaque débouche dans cette chambre, et dotée d'une paroi d'extrémité (11) opposée à ladite ouverture,
. un échangeur multitubulaire constitué d'une pluralité de tubes (12), chacun, en forme générale de U, possédant une branche (12a), dite courte, solidarisée vers son extrémité sur la paroi d'extrémité (11) de la chambre de combustion de façon à communiquer avec l'intérieur de ladite chambre, et une branche (12b), dite longue, de longueur supérieure, solidarisée vers son extrémité sur la plaque de façade (7) de façon à déboucher dans les orifices d'échappement (7b) de cette dernière,
. un brûleur (8) porté par la plaque de façade (7) de façon à communiquer avec la chambre de combustion (10) au travers de l'ouverture (9) de ladite plaque,
. et un collecteur d'échappement (13) porté par la plaque de façade (7), en regard des orifices d'échappement (7b) de ladite plaque,
ledit ballon étant caractérisé en ce que :
- l'orifice (4) de la paroi de la cuve de stockage (1) présente une section ovoïde dont le grand axe est sensiblement horizontal,
- les orifices d'échappement (7b) de la plaque de façade (7) sont groupés de façon à s'inscrire à l'intérieur d'une section sensiblement centrée sur un axe confondu avec le grand axe de l'orifice (4) de la paroi de la cuve (1),
- l'ouverture (9) et l'ensemble d'orifices d'échappement (7b) de la plaque de façade (7) sont ménagés sur cette dernière de façon à être situés respectivement de part et d'autre du petit axe de symétrie de l'orifice (4) de la paroi de la cuve (1),
- les tubes (12) sont agencés selon un faisceau s'inscrivant à l'intérieur d'une section en forme générale de U de dimensions transversales sensiblement inférieures à celles de l'orifice (4) de la paroi de la cuve (1) et de façon que les branches longues (12b) soient groupées latéralement sur un côté de la chambre de combustion (10) pour venir déboucher dans les orifices d'échappement (7b) de la plaque de façade (7), et que les branches courtes (12a) soient groupées à l'arrière de la chambre de combustion (10) dans l'alignement de celle-ci.1 / - Heating tank for a liquid, especially water, comprising:
- a closed storage tank (1) comprising a wall (2) provided with an orifice (4),
- a one-piece combustion and heat exchange assembly able to be introduced inside the tank (1), through the orifice (4) of the latter so as to extend partially inside of said tank, said assembly comprising:
. a front plate (7) having an opening (9) and orifices (7b) called smoke exhaust, and comprising removable fixing means on the wall of the tank (1),
. a combustion chamber (10) secured to the front plate (7) so that the opening (9) of said plate opens into this chamber, and provided with an end wall (11) opposite to said opening,
. a multitubular exchanger made up of a plurality of tubes (12), each in the general shape of a U, having a branch (12a), called short, secured towards its end on the end wall (11) of the combustion chamber so as to communicate with the interior of said chamber, and a branch (12b), said to be long, of greater length, secured towards its end on the front plate (7) so as to open into the exhaust orifices (7b ) of the latter,
. a burner (8) carried by the front plate (7) so as to communicate with the combustion chamber (10) through the opening (9) of said plate,
. and an exhaust manifold (13) carried by the front plate (7), facing the exhaust orifices (7b) of said plate,
said balloon being characterized in that:
the orifice (4) of the wall of the storage tank (1) has an ovoid section whose major axis is substantially horizontal,
- the exhaust ports (7b) of the front plate (7) are grouped so as to fit inside a section substantially centered on an axis coincident with the major axis of the orifice (4) of the wall of the tank (1),
- The opening (9) and the set of exhaust orifices (7b) of the front plate (7) are formed on the latter so as to be located respectively on either side of the minor axis of symmetry the orifice (4) of the wall of the tank (1),
- The tubes (12) are arranged in a bundle which is inscribed inside a generally U-shaped section with transverse dimensions substantially smaller than those of the orifice (4) of the wall of the tank (1) and so that the long branches (12b) are grouped laterally on one side of the combustion chamber (10) to come into the exhaust orifices (7b) of the front plate (7), and that the short branches (12a) are grouped at the rear of the combustion chamber (10) in alignment with the latter.
- une plaque de façade (7) dotée d'une ouverture (9) et d'orifices (7b) dits d'échappement de fumée, et comportant des moyens de fixation amovible sur la paroi de la cuve (1),
- une chambre de combustion (10) solidarisée à la plaque de façade (7) de façon que l'ouverture (9) de ladite plaque débouche dans cette chambre, et dotée d'une paroi d'extrémité (11) opposée à ladite ouverture,
- un échangeur multitubulaire constitué d'une pluralité de tubes (12), chacun, en forme générale de U, possédant une branche (12a), dite courte, solidarisée vers son extrémité sur la paroi d'extrémité (11) de la chambre de combustion de façon à communiquer avec l'intérieur de ladite chambre, et une branche (12b), dite longue, de longueur supérieure, solidarisée vers son extrémité sur la plaque de façade (7) de façon à déboucher dans les orifices d'échappement (7b) de cette dernière,
- un brûleur (8) porté par la plaque de façade (7) de façon à communiquer avec la chambre de combustion (10) au travers de l'ouverture (9) de ladite plaque,
- et un collecteur d'échappement (13) porté par la plaque de façade (7), en regard des orifices d'échappement (7b) de ladite plaque,
ledit ensemble étant caractérisé en ce que :
- les orifices d'échappement (7b) de la plaque de façade (7) sont groupés de façon à s'inscrire à l'intérieur d'une section sensiblement centrée sur un axe commun au grand axe de l'orifice (4) de la paroi de la cuve (1),
- l'ouverture (9) et l'ensemble d'orifices d'échappement (7b) de la plaque de façade (7) sont ménagés sur cette dernière de façon à être situés respectivement de part et d'autre du petit axe de symétrie de l'orifice (4) de la paroi de la cuve (1),
- les tubes (12) sont agencés selon un faisceau s'inscrivant à l'intérieur d'une section en forme générale de U de dimensions transversales sensiblement inférieures à celles de l'orifice (4) de la paroi de la cuve (1) et de façon que les branches longues (12b) soient groupées latéralement sur un côté de la chambre de combustion (10) pour venir déboucher dans les orifices d'échappement (7b) de la plaque de façade (7), et que les branches courtes (12a) soient groupées à l'arrière de la chambre de combustion (10) dans l'alignement de celle-ci.9 / - One-piece combustion and heat exchange assembly capable of being removably mounted on a heating cylinder according to one of claims 1 to 8, comprising an orifice (4) of ovoid shape formed in its wall, said set comprising:
- a front plate (7) with an opening (9) and orifices (7b) called smoke exhaust, and comprising removable fixing means on the wall of the tank (1),
- A combustion chamber (10) secured to the front plate (7) so that the opening (9) of said plate opens into this chamber, and provided with an end wall (11) opposite to said opening ,
- a multitubular exchanger made up of a plurality of tubes (12), each in the general shape of a U, having a branch (12a), said to be short, secured towards its end on the end wall (11) of the combustion so as to communicate with the interior of said chamber, and a branch (12b), said to be long, of greater length, secured towards its end on the front plate (7) so as to open into the orifices exhaust (7b) of the latter,
a burner (8) carried by the front plate (7) so as to communicate with the combustion chamber (10) through the opening (9) of said plate,
- and an exhaust manifold (13) carried by the front plate (7), facing the exhaust orifices (7b) of said plate,
said assembly being characterized in that:
- the exhaust orifices (7b) of the front plate (7) are grouped so as to fit inside a section substantially centered on an axis common to the major axis of the orifice (4) of the wall of the tank (1),
- The opening (9) and the set of exhaust orifices (7b) of the front plate (7) are formed on the latter so as to be located respectively on either side of the minor axis of symmetry the orifice (4) of the wall of the tank (1),
- The tubes (12) are arranged in a bundle which is inscribed inside a generally U-shaped section with transverse dimensions substantially smaller than those of the orifice (4) of the wall of the tank (1) and so that the long branches (12b) are grouped laterally on one side of the combustion chamber (10) to come into the exhaust orifices (7b) of the front plate (7), and that the short branches (12a) are grouped at the rear of the combustion chamber (10) in alignment with the latter.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8903346A FR2644230A1 (en) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | HEATING BALL OF A LIQUID, PARTICULARLY WATER, AND ONE-PIECE COMBUSTION AND HEAT EXCHANGE ASSEMBLY FOR SUCH A BALL |
| FR8903346 | 1989-03-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP0387139A1 true EP0387139A1 (en) | 1990-09-12 |
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|---|---|---|---|
| EP90400604A Withdrawn EP0387139A1 (en) | 1989-03-07 | 1990-03-06 | Boiler for heating a liquid, particularly water, and a construction unit for burning and for heat exchanging adapted to equip such a boiler therewith |
Country Status (2)
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| EP (1) | EP0387139A1 (en) |
| FR (1) | FR2644230A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| AU649208B2 (en) * | 1992-04-02 | 1994-05-12 | Rheem Manufacturing Company | Down fired U-tube water heater |
| EP0841522A3 (en) * | 1996-11-11 | 2000-01-12 | SOLVIS Solarsysteme GmbH | Accumulator with insertable heat generator |
| WO2005031222A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-07 | E.On Ruhrgas Ag | Tempering device for industrial heat consumers |
| CN102003789A (en) * | 2010-12-08 | 2011-04-06 | 李茂枝 | Reburning type energy-saving and environment-protected heating boiler |
| DE10024797B4 (en) * | 1999-05-25 | 2016-03-24 | Vaillant Gmbh | Heizwasserbereiter |
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1989
- 1989-03-07 FR FR8903346A patent/FR2644230A1/en not_active Withdrawn
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1990
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Also Published As
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| FR2644230A1 (en) | 1990-09-14 |
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