EP0390656A1 - Chaudière à tubes d'eau et installation de chauffage équipée d'une telle chaudière - Google Patents

Chaudière à tubes d'eau et installation de chauffage équipée d'une telle chaudière Download PDF

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EP0390656A1
EP0390656A1 EP90400800A EP90400800A EP0390656A1 EP 0390656 A1 EP0390656 A1 EP 0390656A1 EP 90400800 A EP90400800 A EP 90400800A EP 90400800 A EP90400800 A EP 90400800A EP 0390656 A1 EP0390656 A1 EP 0390656A1
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EP
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tubes
boiler
water
hearth
heating
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EP90400800A
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Maurice Vidalenq
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/12—Arrangements for connecting heaters to circulation pipes
    • F24H9/13—Arrangements for connecting heaters to circulation pipes for water heaters

Definitions

  • the present invention relates to a water tube boiler and a heating installation equipped with such a boiler.
  • the most common current central heating boilers comprise a series of vertical tubes constituting the heating and exchange surface between the hearth and the water to be heated circulating in the tubes.
  • the ends of these tubes are connected to two upper and lower manifolds, respectively. They also include a gas burner consisting of a ramp through which the air-gas mixture escapes, the flames of which hang on the periphery of this ramp. The products of combustion escape horizontally around the tubes and are collected in a circular smoke box towards an exhaust nozzle.
  • a heating installation equipped with these boilers is characterized schematically by connecting tubes connected to the upper and lower manifolds, themselves connected to an exchanger-mixer with a recycling pump which aims to ensure water circulation very important, so that all the vertical tubes of the boiler are individually well irrigated.
  • the various circuits of the heating installation are connected to the radiators, with interposed pumps.
  • an exchanger-mixer is used with its circulation pump ensuring a constant flow of water circulating in the boiler.
  • the object of the invention is to design a boiler which eliminates the drawback of involving the use of primary recycling of the water in the installation with the use of the exchanger-mixer.
  • the basic principle of this new boiler consists in ensuring a circulation of water in the tubes no longer dependent on the circulation of water from the radiators.
  • the present invention uses the driving force of the known thermosyphon system.
  • the invention therefore provides a water tube boiler which is characterized by two independent water circulations, one ensured through the upper collector to which the flow pipes are connected and return of the heating circuits, the other ensured by thermosiphonic action inside the tubes.
  • the heating installation shown in Figure 1 is equipped with a boiler 2a corresponding to the prior art widely described above with: a box 3 in which are housed the burner 4 and the series of vertical tubes 5 constituting the heating surface and exchange between hearth 2 and the water to be heated circulating in the tubes 5, the circular smoke box 6, the exhaust base 7, the upper collectors 3a and lower 3b, the flow tubes 8 and return 9, the exchanger-mixer 10, the pump 9a, the circuits of heating 11 with radiators 12 and pumps 12a.
  • a box 3 in which are housed the burner 4 and the series of vertical tubes 5 constituting the heating surface and exchange between hearth 2 and the water to be heated circulating in the tubes 5, the circular smoke box 6, the exhaust base 7, the upper collectors 3a and lower 3b, the flow tubes 8 and return 9, the exchanger-mixer 10, the pump 9a, the circuits of heating 11 with radiators 12 and pumps 12a.
  • the heating installation shown in Figure 2 is equipped with a boiler 2b according to the invention.
  • This boiler 2b is constructed by using the bundle of tubes 5 as drawn in FIG. 1, but by connecting the flow pipe 13 and the return pipe 14 to the upper manifold 3a as drawn in FIG. 2.
  • the circulation of water in this collector 3a (arrows f1) becomes independent of the circulation of the water in the tubes 5.
  • a self-circulation of water in the tubes 5 is established by the phenomenon of the tube-to-tube thermosyphon.
  • the water in the tubes 5 placed near the burner 4 is brought to a temperature higher than that of the water in the tubes 5 which are further away from it.
  • the circulation is ascending in the tubes 5 near the burner 4 and descending in the tubes 5 which are further away from it, as indicated by the arrows f2 in FIG. 2.
  • the circulation water 13 and 14 of the installation is mixed with very hot water coming from the tubes 5.
  • the collector 3a acts as an exchanger-mixer replacing that 10 of FIG. 1 which becomes unnecessary.
  • the lower manifold 3b has the function of ensuring the thermosiphonic connection between the tubes 5.
  • a drain valve 15 is provided.
  • a fan-extractor 7a is advantageously provided in the evacuation nozzle 7 to ensure a vacuum in the hearth 2.
  • this boiler has two independent internal hydraulic circulations, one concerning the installation of radiators, the other thermosiphonic of tubes 5.
  • a heating installation can be equipped with several boilers 2b in accordance with the invention which can be connected together by flanges 25 at their upper manifolds 3a to form a single collector-exchanger, as shown diagrammatically in FIG. 3.

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Abstract

La chaudière à tubes d'eau comprend un caisson (3) dans lequel sont montés une série de tubes verticaux (5) servant de surface de chauffe et d'échange entre le foyer (2) et l'eau à échauffer circulant dans les tubes (5), deux collecteurs respectivement supérieur (3a) et inférieur (3b) dans lesquels débouchent les tubes (5). La chaudière (2b) comprend deux circulations d'eau indépendantes, l'une assurée au travers du collecteur supérieur (3a) formant échangeur-mélangeur auquel sont branchés les conduits départ (13) et retour (14) des circuits de chauffage, l'autre assurée par action thermosiphonique à l'intérieur des tubes (5) et les collecteurs supérieur (3a) et inférieur (3b).

Description

  • La présente invention concerne une chaudière à tubes d'eau et une installation de chauffage équipée d'une telle chaudière.
  • Les chaudière de chauffage central actuelles les plus répandues comprennent une série de tubes verticaux constituant la surface de chauffe et d'échange entre le foyer et l'eau à échauffer circulant dans les tubes. Les extrémités de ces tubes sont raccordées sur deux collecteurs supérieur et inférieur, respectivement. Elles comprennent également un brûleur à gaz constitué d'une rampe par où s'échappe le mélange air-gaz dont les flammes s'accrochent à la périphérie de cette rampe. Les produits de combustion s'évacuent horizontalement autour des tubes et sont collectés dans une boîte à fumée circulaire vers une buse d'évacuation.
  • Une installation de chauffage équipée de ces chaudières se caractérise schématiquement par des tubes de liaison raccordés sur les collecteurs supérieur et inférieur, eux-mêmes raccordés sur un échangeur-­mélangeur avec une pompe de recyclage qui a pour but d'assurer une circulation d'eau très importante, afin que tous les tubes verticaux de la chaudière soient individuellement bien irrigués. Les divers circuits de l'installation de chauffage sont raccordés aux radiateurs, avec pompes intercalées.
  • Il est essentiel que le débit d'eau à faire circuler dans la chaudière soit rigoureusement constant afin que la vitesse de l'eau dans chaque tube soit supérieure au paramètre de Reynolds.
  • Si l'installation ne comporte qu'un circuit, aucun problème ne se pose, le débit d'eau de l'installation étant réglé une fois pour toutes.
  • Si l'installation comporte plusieurs circuits, ce qui est le cas des installations importantes, l'arrêt de la circulation d'un ou plusieurs de ceux-ci fait varier le débit global de l'eau pénétrant dans la chaudière, donc dans les tubes, avec pour résultat des points de vaporisation possibles.
  • Pour parer à cet inconvénient on utilise un échangeur-mélangeur, cité plus haut, avec sa pompe de circulation assurant un débit constant de l'eau circulant dans la chaudière.
  • La nécessité d'introduire cet échangeur-mélangeur dans l'installation pèse sur le prix de revient global pour environ 20%, auquel il faut ajouter les frais de consommation d'électricité de la pompe et de sa maintenance.
  • Le but de l'invention est de concevoir une chaudière qui supprime l'inconvénient de faire intervenir l'emploi d'un recyclage primaire de l'eau de l'installation avec utilisation de l'échangeur-mélangeur.
  • Le principe de base de cette nouvelle chaudière consiste à assurer une circulation de l'eau dans les tubes ne dépendant plus de la circulation de l'eau des radiateurs.
  • Pour arriver à ce résultat, la présente invention utilise la force motrice du système connu du thermosiphon.
  • L'invention propose donc une chaudière à tubes d'eau qui se caractérise par deux circulations d'eau indépendantes, l'une assurée au travers du collecteur supérieur auquel sont branchés les conduits départ et retour des circuits de chauffage, l'autre assurée par action thermosiphonique à l'intérieur des tubes.
  • En conséquence, l'installateur fera l'économie d'installation du circuit primaire de l'échangeur-­mélangeur et lui permettra de calculer son installation en faisant abstraction du débit d'eau minimum imposé pour les chaudières actuellement fabriquées.
  • La condensation sur les tubes, provoquée par "le point de rosée" résultant de la basse température de l'eau du retour de l'installation entrant dans une chaudière selon l'art antérieur, entraîne toujours une oxydation sur l'extérieur des tubes et une usure prématurée.
  • Selon un avantage important de l'invention, cette condensation est supprimée, l'eau du retour se mélangeant immédiatement à l'eau très chaude provenant des tubes.
  • D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention vont être décrits ci-après en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et dans lesquels:
    • la figure 1 est une vue schématique d'une installation de chauffage équipée d'une chaudière selon l'art antérieur,
    • la figure 2 est une vue schématique d'une installation de chauffage équipée d'une chaudière conforme à l'invention, et
    • la figure 3 est une vue schématique d'une installation de chauffage équipée de plusieurs chaudières conformes à l'invention.
  • L'installation de chauffage représentée à la figure 1 est équipée d'une chaudière 2a correspondant à l'art antérieur largement décrit précédemment avec: un caisson 3 dans lequel sont logés le brûleur 4 et la série de tubes verticaux 5 constituant la surface de chauffe et d'échange entre le foyer 2 et l'eau à échauffer circulant dans les tubes 5, la boîte à fumée circulaire 6, la base d'évacuation 7, les collecteurs supérieur 3a et inférieur 3b, les tubes départ 8 et retour 9, l'échangeur-mélangeur 10, la pompe 9a, les circuits de chauffage 11 avec les radiateurs 12 et les pompes 12a.
  • L'installation de chauffage représentée à la figure 2 est équipée d'une chaudière 2b conforme à l'invention. Cette chaudière 2b est construite en utilisant le faisceau de tubes 5 comme dessiné à la figure 1, mais en raccordant le conduit départ 13 et le conduit retour 14 sur le collecteur supérieur 3a comme dessiné à la figure 2. La circulation de l'eau dans ce collecteur 3a (flèches f1) devient indépendante de la circulation de l'eau des tubes 5.
  • D'autre part, une auto-circulation de l'eau dans les tubes 5 s'établit par le phénomène du thermosiphon de tube à tube. L'eau des tubes 5 placés près du brûleur 4 est portée à une température supérieure à celle de l'eau des tubes 5 qui en sont plus éloignés.
  • La circulation est ascendante dans les tubes 5 près du brûleur 4 et descendante dans les tubes 5 qui en sont plus éloignés, comme indiqué par les flèches f2 de la figure 2.
  • Dans le collecteur 3a s'opère le mélange de l'eau de circulation 13 et 14 de l'installation et de l'eau très chaude provenant des tubes 5.
  • Le collecteur 3a fait office d'échangeur-mélangeur en remplacement de celui 10 de la figure 1 qui devient inutile.
  • Dans cette nouvelle chaudière 2b le collecteur inférieur 3b a pour fonction d'assurer la liaison thermosiphonique entre les tubes 5. Un robinet de vidange 15 est prévu.
  • L'installation simplifiée sur la figure 2 ne comporte plus le mélangeur 10.
  • Il est avantageusement prévu un ventilateur-­extracteur 7a dans la buse d'évacuation 7 pour assurer une dépression dans le foyer 2.
  • En résumé, cette chaudière comporte deux circulations hydrauliques internes indépendantes, l'une concernant l'installation des radiateurs, l'autre thermosiphonique des tubes 5.
  • Une installation de chauffage peut être équipée de plusieurs chaudières 2b conformes à l'invention qui peuvent être raccordées entre elles par des brides 25 au niveau de leurs collecteurs supérieurs 3a pour former un collecteur-échangeur unique, comme représenté schématiquement à la figure 3.

Claims (6)

1. - Chaudière à tubes d'eau comprenant un caisson dans lequel se trouvent le foyer et une série de tubes verticaux servant de surface de chauffe et d'échange entre le foyer et l'eau à échauffer circulant dans ces tubes, deux collecteurs respectivement supérieur et inférieur dans lesquels débouchent les tubes, caractérisée en ce qu'elle comprend deux circulations d'eau indépendantes, l'une assurée au travers du collecteur supérieur (3a) auquel sont branchés les conduits départ (13) et retour (14) des circuits de chauffage (11), l'autre assurée par action thermosiphonique à l'intérieur des tubes (5) et les collecteurs supérieur (3a) et inférieur (3b).
2.- Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collecteur supérieur (3a) fait office d'échangeur-mélangeur.
3.- Chaudière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le collecteur inférieur (3b) a pour fonction d'assurer la liaison thermosiphonique entre les tubes 5.
4.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un brûleur à gaz (4) avec une rampe 4a, les gaz de combustion s'écoulant horizontalement jusqu'à une boîte à fumée (6) qui communique avec une buse d'évacuation (7), la température de l'eau dans les tubes (5) décroissant au fur et à mesure de leur éloignement du foyer pour accélérer l'action thermosiphonique à l'intérieur des tubes (5).
5.- Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que dans la buse d'évacuation (7) est logé un ventilateur-extracteur (7a) assurant une dépression dans le foyer (2).
6.- Installation de chauffage du type comprenant plusieurs chaudières telles que définies selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les chaudières (2b) peuvent être raccordées entre elles par des brides (25) au niveau de leurs collecteurs supérieurs (3a) pour former un collecteur-échangeur unique.
EP90400800A 1989-03-28 1990-03-23 Chaudière à tubes d'eau et installation de chauffage équipée d'une telle chaudière Withdrawn EP0390656A1 (fr)

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