EP0429371B1 - Corps de chaudière de chauffage à fluide caloporteur - Google Patents

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EP0429371B1
EP0429371B1 EP90403316A EP90403316A EP0429371B1 EP 0429371 B1 EP0429371 B1 EP 0429371B1 EP 90403316 A EP90403316 A EP 90403316A EP 90403316 A EP90403316 A EP 90403316A EP 0429371 B1 EP0429371 B1 EP 0429371B1
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fluid
jacket
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boiler shell
burner
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André Kerautret
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Bosch Thermotechnologie SAS
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Geminox SAS
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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
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber
    • 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
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/0036—Dispositions against condensation of combustion products
    • 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 invention relates to a body of a heating fluid heating boiler, arranged horizontally and at least partially enveloped by a jacket for circulation of said fluid, generally water.
  • the combustion gases are more or less saturated with water vapor depending on the excess air in the flame and also depending on the hydrogen content of the fuels used.
  • This vapor causes the well-known phenomenon of condensation, also known as the dew phenomenon, as soon as the gases thus saturated meet a wall whose temperature is below a certain temperature (around 55 ° C).
  • a boiler thus equipped makes it possible to envisage eliminating the mixing valve, so that the boiler regulation system can act directly and only on the burner.
  • the invention provides a boiler body of the aforementioned type, the fluid circulation jacket being provided with a departure for the heated fluid and with an inlet for the cooled return fluid, while one of the ends of the body is arranged to receive at least one burner and the other end is provided with a discharge of combustion gases as for example in patent EP-A-0 331 141, the boiler body according to the invention being remarkable in that the arrival of the return fluid is in the form of a perforated distribution tube which is arranged in the upper part of the fluid jacket and which plunges thereon from the side opposite to the burner, extending towards the side of the latter, the outlet of the heated fluid being provided in the lower part of the fluid jacket and preferably on the side opposite to the burner, while the inner wall (1) of said fluid jacket (3) is provided on the opposite side to the burner (4) a closed peripheral envelope (13) arranged at a short distance from said wall (1), and that between the latter and said envelope is formed a volume for a fluid, so as to form a thin sheet of fluid projecting in the shirt (3).
  • the distribution tube is rectilinear and arranged over substantially the entire length of the fluid jacket, while it is at least partially closed at its end and has a plurality of orifices distributed over its length.
  • the orifices of the distribution tube are formed in the upper half of the latter, that is to say in the half facing the outer wall of the fluid jacket, for example in pairs.
  • the orifices of the distribution tube are closer to the side of the burner to be more numerous. Indeed, it is obviously towards the burner that the thermal load is the greatest.
  • an orifice is provided towards the end of the distribution tube, and it is arranged so as to open into the lower half of it, it that is to say in the half facing the inner wall of the fluid jacket.
  • a deflector is provided between the orifice for discharging the impurities and the inner wall of the fluid jacket.
  • the thin layer of fluid formed in the jacket by the aforementioned peripheral envelope makes it possible to increase the temperature of the exchange wall, in the areas where the thermal loads are the lowest.
  • the temperature of the combustion gases varies significantly between the heat source on the burner side and the exhaust side of the gases, so that it is advantageous to heat the wall of the latter side.
  • longitudinal partitions are provided between the inner wall of the fluid jacket and the peripheral envelope to reduce and / or eliminate any convective movement of the fluid which is between said wall and said envelope.
  • the sheet thus formed could be waterproof, it may also be advantageous to fill it at the time of filling the boiler itself, in which case said envelope has at least one filling orifice and at least one degassing orifice. In the case where there are also longitudinal partitions, these then have openings for filling the volume forming the sheet.
  • the interior wall of the fluid jacket can be provided with a heat exchange surface with solid fins on its face facing the very interior of the body, that is to say towards the combustion gases.
  • the drawings show a boiler body 1 in the form of a cylinder of revolution arranged horizontally.
  • the cylinder forming the body 1 is surrounded by a second cylinder 2 coaxial with the first so as to form between them a closed volume which constitutes a jacket 3 in which water (or another heat transfer fluid) circulates.
  • the body 1 constitutes a combustion chamber and it is intended to receive at one of its ends, here the left end with respect to FIG. 1, a burner 4 while at its other end, an evacuation is provided 5 of the combustion gases.
  • the body 1 forms the internal wall of the water jacket 3 and the cylinder 2 the external wall while the internal face of the body 1 is provided with an exchange surface with solid fins 6 as well shown in FIGS. 2 to 5.
  • This fin surface 6 makes it possible to ensure a rapid rise in temperature, the heat then being transmitted by conduction to the water which circulates in the jacket 3.
  • the body 1 is further provided with a pot 7 (Figure 1) to better channel and laminate the combustion gases between the fins.
  • the water to be heated that is to say the water returning from the heating devices (radiators or other) arrives in the water jacket 3 in the upper part of it as shown in the drawings, that is to say in the zone which is by hottest natural convection, while the departure of the heated water is provided in the lower part.
  • the inlet tube 8 extends from the side opposite the burner towards the latter over the entire length of the jacket 3, its free end being closed as shown in FIG. 1.
  • the tube 8 also has perforations 10 for distributing water, over substantially its entire length, these being closer to the side of the burner so as to be more numerous on the warmer side (FIGS. 1 and 4) .
  • the perforations 10 are formed in pairs, as shown in Figures 2 to 5, in the upper half of the tube 8 ( Figures 1 to 5) so as to form jets towards the outer wall 2 of the jacket 3 for the reasons already mentioned above.
  • the body 1 constituting the inner wall of the jacket 3 is provided with a closed peripheral envelope 13 (FIGS. 1 and 3 to 5), which is arranged at a short distance from said wall so to form a volume for a fluid, such as water, thereby constituting a thin sheet projecting into the jacket 3 as shown in FIGS. 1 and 4.
  • a closed peripheral envelope 13 FIGS. 1 and 3 to 5
  • longitudinal partitions such as 14a and 14b ( Figures 4 and 5), in order to reduce and / or eliminate any convective movement of the water contained in said volume.
  • the envelope 13 is completely closed to constitute a sealed circuit independent of that of the jacket 3.
  • the casing 13 is then provided with at least one filling orifice such as 15a, 15b, 15c (figure 1) in the lower part and less water a degassing orifice such as 16a and 16b in the upper part ( Figures 3 and 5).
  • the longitudinal partitions 14a, 14b have, of course, also openings to allow the circulation of water during filling, such as 17a, 17b ( Figures 4 and 5).

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Description

  • L'invention concerne un corps de chaudière de chauffage à fluide caloporteur, disposé horizontalement et enveloppé au moins partiellement par une chemise de circulation dudit fluide, généralement de l'eau.
  • Dans une chaudière de chauffage munie d'un brûleur, les gaz de combustion sont plus ou moins saturés en vapeur d'eau en fonction de l'excès d'air dans la flamme et en fonction également de la teneur en hydrogène des combustibles utilisés.
  • Cette vapeur entraîne le phénomène bien connu de condensation, encore connu sous le nom de phénomène de rosée, dès que les gaz ainsi saturés rencontrent une paroi dont la température est inférieure à une certaine température (d'environ 55°C).
  • Pour éviter ce phénomène indésirable de condensation particulièrement corrosif, il suffit de maintenir la paroi de l'échangeur formé par la chemise d'eau, celle qui est en contact avec les gaz de combustion, à une température suffisamment élevée (par exemple 60°C) en agissant sur le brûleur de la chaudière. Dans ce cas toutefois, la température de l'eau de la chaudière est généralement beaucoup plus élevée que la température nécessaire pour le circuit des radiateurs de chauffage. Il en résulte des déperditions thermiques et l'obligation de prévoir un système de mélange (vanne mélangeuse ou thermostatique) à la sortie de l'appareil pour abaisser la température départ vers les radiateurs en assurant un mélange avec une partie de l'eau de retour.
  • Il a aussi été imaginé d'autres moyens notamment dans la constitution de la paroi de l'échangeur, tournée vers les gaz de combustion, en y aménageant, par exemple, des ailettes de manière à augmenter la surface d'échange du côté desdits gaz de combustion pour assurer une montée rapide en température.
  • Une chaudière ainsi équipée permet d'envisager la suppression de la vanne mélangeuse, de telle sorte que le système de régulation de la chaudière peut agir directement et seulement sur le brûleur.
  • Toutefois, elle ne permet généralement pas de supprimer toutes les zones où la température serait inférieure à la température provocant la condensation. Il est donc nécessaire d'imaginer d'autres moyens anti-condensation.
  • C'est pourquoi l'invention propose un corps de chaudière du type précité, la chemise de circulation de fluide étant pourvue d'un départ pour le fluide chauffé et d'une arrivée du fluide refroidi de retour, tandis que l'une des extrémités du corps est aménagée pour recevoir au moins un brûleur et l'autre extrémité est munie d'une évacuation des gaz de combustion comme par exemple dans le brevet EP-A-0 331 141, le corps de chaudière selon l'invention étant remarquable en ce que l'arrivée du fluide de retour se présente sous la forme d'un tube de distribution perforé qui est disposé dans la partie haute de la chemise de fluide et qui y plonge par le côté opposé au brûleur en s'étendant vers le côté de ce dernier, le départ du fluide chauffé étant prévu dans la partie basse de la chemise de fluide et de préférence du côté opposé au brûleur, tandis que la paroi intérieure (1) de ladite chemise (3) de fluide est pourvue du côté opposé au brûleur (4) d'une enveloppe (13) périphérique fermée aménagée à faible distance de ladite paroi (1), et qu'entre cette dernière et ladite enveloppe est ménagé un volume pour un fluide, de manière à former une mince nappe de fluide en saillie dans la chemise (3).
  • De la sorte, l'eau de retour qui est la plus froide, est ainsi ramenée dans la partie la plus chaude (laquelle se trouve du fait de la convection naturelle, dans la partie haute de la chemise), les avantages procurés par la nappe de fluide étant explicités ci-après.
  • En outre, la manière dont est réalisé ce retour est originale (tube spécifique) pour une chaudière du type horizontale.
  • Avantageusement, le tube de distribution est rectiligne et aménagé sur sensiblement toute la longueur de la chemise de fluide, tandis qu'il est obturé au moins partiellement à son extrémité et comporte une pluralité d'orifices répartis sur sa longueur.
  • De plus et de préférence, les orifices du tube de distribution sont ménagés dans la moitié supérieure de ce dernier, c'est-à-dire dans la moitié tournée vers la paroi extérieure de la chemise de fluide, par exemple par paires.
  • De la sorte, non seulement on évite un jet vers la paroi intérieure de la chemise pour éviter de refroidir ponctuellement cette dernière, mais on refroidit en même temps la paroi extérieure ce qui ne peut que diminuer les déperditions thermiques.
  • Selon un mode de réalisation, les orifices du tube de distribution sont plus rapprochés vers le côté du brûleur pour être en plus grand nombre. En effet, c'est vers le brûleur que la charge thermique est évidemment la plus importante.
  • Pour permettre l'évacuation des boues éventuelles ou autres impuretés contenues dans le fluide de retour, un orifice est prévu vers l'extrémité du tube de distribution, et il est ménagé de manière à déboucher dans la moitié inférieure de celui-ci, c'est-à-dire dans la moitié tournée vers la paroi intérieure de la chemise de fluide.
  • Avantageusement dans ce cas, un déflecteur est prévu entre l'orifice d'évacuation des impuretés et la paroi intérieure de la chemise de fluide.
  • La mince nappe de fluide formée dans la chemise par l'enveloppe périphérique précitée permet d'augmenter la température de la paroi d'échange, dans les zones où les charges thermiques sont les plus faibles.
  • En effet, la température des gaz de combustion varie de manière importante entre la source de chaleur du côté brûleur et le côté d'évacuation des gaz, de telle sorte qu'il est avantageux de réchauffer la paroi de ce dernier côté.
  • Etant donné la faible quantité de liquide contenu dans la nappe, celui-ci montera très vite en température dès la mise en route du brûleur et assurera un échange d'énergie thermique avec le liquide de la chemise se trouvant à l'extérieur, par conduction à travers l'enveloppe et non par convection, les liquides de la chemise et de la nappe ne se mélangeant pas ou peu (voir ci-après). Selon un mode de réalisation, entre la paroi intérieure de la chemise de fluide et l'enveloppe périphérique, sont prévues des cloisons longitudinales pour réduire et/ou supprimer tout mouvement de convection du fluide qui se trouve entre ladite paroi et ladite enveloppe.
  • Bien que la nappe ainsi formée pourrait être étanche, il peut aussi être intéressant de la remplir au moment du remplissage même de la chaudière, auquel cas ladite enveloppe présente au moins un orifice de remplissage et au moins un orifice de dégazage. Dans le cas où il y a aussi des cloisons longitudinales, celles-ci présentent alors des ouvertures pour le remplissage du volume formant la nappe.
  • Dans tous les cas, la paroi intérieure de la chemise de fluide peut être pourvue d'une surface d'échange thermique à ailettes pleines sur sa face tournée vers l'intérieur même du corps, c'est-à-dire vers les gaz de combustion.
  • L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels:
    • La figure 1 est une coupe longitudinale d'une chaudière équipée d'un corps selon l'invention,
    • les figures 2 et 3 sont des coupes partielles selon les lignes respectivement II-II et III-III de la figure 1,
    • la figure 4 est une vue en perspective avec arrachement du corps de chaudière selon la figure 1 et
    • la figure 5 est une coupe radiale selon V-V de la figure 4.
  • Les dessins montrent un corps de chaudière 1 sous la forme d'un cylindre de révolution disposé horizontalement. Le cylindre formant le coprs 1 est entouré par un deuxième cylindre 2 coaxial au premier de manière à former entre eux un volume fermé qui constitue une chemise 3 dans laquelle circule de l'eau (ou un autre fluide caloporteur).
  • Le corps 1 constitue une chambre de combustion et il est destiné à recevoir à l'une de ses extrémités, ici l'extrémité de gauche par rapport à la figure 1, un brûleur 4 tandis qu'à son autre extrémité, est prévue une évacuation 5 des gaz de combustion.
  • Le corps 1 forme la paroi intérieure de la chemise d'eau 3 et le cylindre 2 la paroi extérieure tandis que la face interne du corps 1 est pourvue d'une surface d'échange à ailettes pleines 6 comme le montent bien les figures 2 à 5.
  • Cette surface à ailettes 6 permet d'assurer une montée rapide en température, la chaleur étant alors transmise par conduction à l'eau qui circule dans la chemise 3.
  • Le corps 1 est en outre pourvu d'un pot 7 (figure 1) pour mieux canaliser et laminer les gaz de combustion entre les ailettes.
  • L'eau à chauffer, c'est-à-dire l'eau de retour des appareils de chauffage (radiateurs ou autres), arrive dans la chemise d'eau 3 dans la partie supérieure de celle-ci comme le montrent le dessins, c'est-à-dire dans la zone qui est par convection naturelle la plus chaude, tandis que le départ de l'eau chauffé est prévu dans la partie inférieure.
  • En outre, l'arrivée de l'eau de retour est effectuée au moyen d'un tube 8 qui plonge dans la chemise 3, du côté opposé au brûleur 4, tandis que le départ s'effectue par une conduite 9 également branchée du côtée opposé au brûleur (figures 1 et 4).
  • Le tube d'arrivée 8 s'étend du côté opposé au brûleur vers ce dernier sur toute la longueur de la chemise 3, son extrémité libre étant obturée comme le montre bien la figure 1.
  • Le tube 8 présente en outre des perforations 10 de distribution d'eau, sur sensiblement toute sa longueur, celles-ci étant plus rapprochées du côté du brûleur de manière à être en plus grand nombre du côté le plus chaud (figures 1 et 4).
  • Les perforations 10 sont ménagées par paires, comme le montrent les figures 2 à 5, dans la moitié surpérieure du tube 8 (figures 1 à 5) de manière à former des jets vers la paroi extérieure 2 de la chemise 3 pour les raisons déjà évoquées ci-avant.
  • Vers l'extrémité du tube 8, est en outre prévu un orifice 11, dans la moitié inférieure de celui-ci pour l'évacuation des impuretés éventuelles contenues dans l'eau de retour, tandis que sous ledit orifice 11, c'est-à-dire du côté du corps 1, est aménagé un déflecteur 12.
  • Du côté de l'évacuation 5 des gaz, le corps 1 constituant la paroi intérieure de la chemise 3 est pourvu d'une enveloppe périphérique 13 (figures 1 et 3 à 5) fermée, qui est aménagée à faible distance de ladite paroi de manière à former un volume pour un fluide, tel que de l'eau, en constituant ainsi une mince nappe en saillie dans la chemise 3 comme le montrent bien les figures 1 et 4.
  • Dans le volume ainsi créé entre l'enveloppe 13 du corps 1, sont disposées selon un mode de réalisation, des cloisons longitunales telles que 14a et 14b (figures 4 et 5), afin de réduire et/ou supprimer tout mouvement de convection de l'eau contenue dans ledit volume.
  • Selon un mode de réalisation l'envelolppe 13 est complètement fermée pour constituer un circuit étanche indépendant de celui de la chemise 3.
  • Cependant, il peut être avantageux de remplir la nappe au moment du remplissage de la chemise d'eau elle-même, et dans ce cas, l'enveloppe 13 est alors pourvue d'au moins un orifice de remplissage tels que 15a, 15b, 15c (figure 1) dans la partie basse et d'eau moins un orifice de dégazage tel que 16a et 16b dans la partie haute (figures 3 et 5). Dans ce cas, les cloisons longitudinales 14a, 14b présentent, bien sûr, aussi des ouvertures pour permettre la circulation de lteau au moment du remplissage, telles que 17a, 17b (figures 4 et 5).
  • Le rôle des perforations 10 et la fonction de l'enveloppe 13 ont déjà été bien définis. De même, on a déjà précisé ci-avant les raisons des formes et des emplacements choisis pour les orifices 10 et ladite enveloppe, le tout dans le soucis principal d'éviter au mieux les effets néfastes du phénomène de condensation.

Claims (12)

  1. Corps de chaudière de chauffage à fluide caloporteur, disposé horizontalement et enveloppé au moins partiellement par une chemise (3) de circulation dudit fluide, laquelle chemise est pourvue d'un départ (9) pour le fluide chauffé et d'une arrivée (8) du fluide refroidi de retour, tandis que l'une des extrémités du corps est aménagée pour recevoir au moins un brûleur (4) et l'autre extrémité est munie d'une évacuation (5) des gaz de combustion, corps de chaudière caractérisé en ce que l'arrivée du fluide de retour se présente sous la forme d'un tube (8) de distribution perforé qui est disposé dans la partie haute de la chemise (3) de fluide et qui y plonge par le côté opposé au brûleur (4) en s'étendant vers le côté de ce dernier, le départ (9) du fluide chauffé étant prévu dans la partie basse de la chemise (3) de fluide, tandis que la paroi intérieure (1) de ladite chemise (3) de fluide est pourvue du côté opposé au brûleur (4) d'une enveloppe (13) périphérique fermée aménagée à faible distance de ladite paroi (1), et qu'entre cette dernière et ladite enveloppe est ménagé un volume pour un fluide, de manière à former une mince nappe de fluide en saillie dans la chemise (3).
  2. Corps de chaudière selon la revendication 1, caractérisé en ce que le départ (9) du fluide chauffé s'effectue du côté opposé au brûleur (4).
  3. Corps de chaudière selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube (8) de distribution est rectiligne et aménagé sur sensiblement toute la longueur de la chemise (3) de fluide, tandis qu'il est obturé au moins partiellement à son extrémité et comporte une pluralité d'orifices (10) répartis sur sa longueur.
  4. Corps de chaudière selon la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices (10) du tube (8) de distribution sont ménagés dans la moitié supérieure de ce dernier, c'est-à-dire dans la moitié tournée vers la paroi extérieure (2) de la chemise (3) de fluide.
  5. Corps de chaudière selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices (10) du tube (8) de distribution sont ménagés par paires.
  6. Corps de chaudière selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les orifices (10) du tube (8) de distribution sont plus rapprochés vers le côté du brûleur pour être en plus grand nombre.
  7. Corps de chaudière selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un orifice (11) est prévu vers l'extrémité du tube (8) de distribution, et qu'il est ménagé de manière à déboucher dans la moitié inférieure de celui-ci, c'est-à-dire dans la moitié tournée vers la paroi intérieure (1) de la chemise (3) de fluide pour permettre l'évacuation d'impuretés éventuelles contenues dans le fluide de retour.
  8. Corps de chaudière selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un déflecteur (12) est prévu entre l'orifice (11)d'évacuation des impuretés et la paroi intérieure (1) de la chemise (3) de fluide.
  9. Corps de chaudière selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'entre la paroi intérieure (1) de la chemise (3) de fluide et l'enveloppe (13) périphérique, sont prévues des cloisons (14a,14b) longitudinales pour réduire et/ou supprimer tout mouvement de convection du fluide qui se trouve entre ladite paroi (1) et ladite enveloppe (13).
  10. Corps de chaudière selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) périphérique présente au moins un orifice (15a,15b,15c) de remplissage et au moins un orifice de dégazage (16a,16b).
  11. Corps de chaudière selon l'ensemble des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les cloisons (14a,14b) présentent des ouvertures (17a,17b) pour le remplissage du volume formant la nappe.
  12. Corps de chaudière selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la paroi intérieure (1) de la chemise (3) de fluide est pourvue d'une surface d'échange thermique à ailettes pleines (6) sur sa face tournée vers l'intérieur même du corps, c'est-à-dire vers les gaz de combustion.
EP90403316A 1989-11-24 1990-11-23 Corps de chaudière de chauffage à fluide caloporteur Expired - Lifetime EP0429371B1 (fr)

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AT90403316T ATE101706T1 (de) 1989-11-24 1990-11-23 Heizkoerper fuer kessel fuer waermetraegerfluessigkeit.

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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FR8915463A FR2655134B1 (fr) 1989-11-24 1989-11-24 Corps de chaudiere de chauffage a fluide caloporteur.

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EP0429371A1 EP0429371A1 (fr) 1991-05-29
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