EP0477116B1 - Chaudière à éléments intermédiaires renforcés - Google Patents

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EP0477116B1
EP0477116B1 EP19910440074 EP91440074A EP0477116B1 EP 0477116 B1 EP0477116 B1 EP 0477116B1 EP 19910440074 EP19910440074 EP 19910440074 EP 91440074 A EP91440074 A EP 91440074A EP 0477116 B1 EP0477116 B1 EP 0477116B1
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EP
European Patent Office
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water channels
combustion chamber
boiler
water
chamber
Prior art date
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EP19910440074
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German (de)
English (en)
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EP0477116A1 (fr
EP0477116B2 (fr
Inventor
Roger Sonderegger
Alfred Engel
Jean-Michel Lacroix
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
De Dietrich Thermique SAS
Original Assignee
De Dietrich Thermique SAS
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Publication date
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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
    • F24H1/30—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 being built up from sections
    • F24H1/32—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 being built up from sections with vertical sections arranged side by side

Definitions

  • the present invention relates to an improved cast iron boiler of the element type comprising at least one reinforced heat exchanger intermediate element having additional exchange surfaces.
  • each reinforced intermediate exchanger element pass through the combustion chamber.
  • the invention also relates to such an intermediate reinforced heat exchanger element for medium and high power cast iron boilers in the field of domestic, collective and semi-industrial heating.
  • the boilers covered by the invention consist of a horizontal succession of exchanger elements assembled together by horizontal juxtaposition using tie rods and nipples.
  • exchanger elements conventionally comprise vertical flues which connect the hearth to upper collecting channels.
  • the only particularity of this boiler concerns the presence of substantially vertical guide ribs arranged on or shaped in the heat exchange surfaces as well as horizontal baffles provided thereon at different heights.
  • This invention does not provide any exchange structure conducting water and passing through the combustion chamber.
  • the length of the combustion chamber of such boilers increases rapidly from a certain power. This increase is so rapid that the combustion chamber quickly becomes significantly longer than the flame or exceeds the standard lengths.
  • FIG. 2 shows the principle of constitution of the improved boiler according to the invention.
  • Said boiler is conventionally formed of a front facade element 1 on which is mounted a burner 2, for example with blown air, of a rear facade element 3 and of simple intermediate exchanger elements such as 4 or reinforced 5 , the assembly being assembled by nipples and horizontal tie rods.
  • the exchanger elements 4 and 5 have upper flues such as 6, with pins or fins, arranged symmetrically in several horizontal stages.
  • first group 7 along which the combustion gases and fumes are evacuated towards the front of the boiler, along a horizontal path going A, by a return compartment 8 of the rear facade, then evacuated towards the rear, along a horizontal return path B, along a second group 9 of several stages of flues by a collector 10 of the front facade.
  • the exchanger elements 4 and 5 have in their second half-part a flame passage, respectively 11 and 12, entirely free for the first or occupied by additional exchange elements which will be discussed below for the second.
  • the burner projects a flame 13 which develops along a combustion chamber 14. formed by the succession of flame passages 11 and 12 of the various simple and then reinforced intermediate exchangers delimiting a first part 15 and then a second part 16.
  • the original characteristic of this boiler is located at the level of the reinforced intermediate elements 5, one of which is shown in detail in FIG. 1.
  • These reinforced intermediate elements are constituted so that after assembly, the second part 16 of the chamber combustion 14 is equipped with additional exchange surfaces, formed by the presence of a group of additional water channels crossing the flame passage and communicating with the casing 17 of water circulation surrounding said combustion chamber.
  • the external surfaces of the walls of the water arms 18 and 19 are conventionally provided with pins or fins 20 promoting heat exchange.
  • the combustion chamber 14 After assembly of the boiler, the combustion chamber 14 consists of the first conventional part 15 in a fully open space and the second part 16 partially closed transversely by the succession of water arms 18 and 19 of the reinforced exchangers 5 juxtaposed.
  • the hot gases and fumes return towards the front of the boiler along the flues A and are directed towards the outlet of the combustion gases and fumes in the upper part of the rear facade 3 by the upper flues B arranged on several horizontal stages.

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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Details Of Fluid Heaters (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à une chaudière améliorée en fonte du type par éléments comportant au moins un élément intermédiaire échangeur de chaleur renforcé présentant des surfaces supplémentaires d'échange.
  • Plus particulièrement, les surfaces supplémentaires d'échange de chaque élément intermédiaire échangeur renforcé traversent la chambre de combustion.
  • L'invention concerne aussi un tel élément intermédiaire échangeur de chaleur renforcé pour chaudières en fonte de moyenne et grande puissance dans le domaine du chauffage domestique, collectif et semi-industriel.
  • Les chaudières visées par l'invention sont constituées d'une succession horizontale d'éléments échangeurs assemblés entre eux par juxtaposition horizontale à l'aide de tirants et de nipples.
  • On connaît l'invention décrite dans le brevet français FR-A-2.071.754 au nom de BUDERUS qui se rapporte à une chaudière de chauffage formée d'éléments échangeurs juxtaposes.
  • Ces éléments échangeurs comportent classiquement des carneaux verticaux qui relient le foyer à des canaux collecteurs supérieurs. La seule particularité de cette chaudière concerne la présence de nervures directrices sensiblement verticales disposées sur ou conformées dans les surfaces d'échange thermique ainsi que des chicanes horizontales prévues sur celles-ci à des hauteurs différentes.
  • Cette invention ne prévoit aucune structure d'échange conduisant l'eau et traversant la chambre de combustion.
  • Ainsi, si les nervures et chicanes existant sur les éléments échangeurs de cette invention apportent bien un supplément de rendement, celui-ci est limité et un certain espace de la chambre de combustion reste inutilisé.
  • Pour des raisons de construction, de taille et de rendement ou de performances des éléments échangeurs, la longueur de la chambre de combustion de telles chaudières augmente rapidement à partir d'une certaine puissance. Cette augmentation est si rapide que la chambre de combustion devient vite notablement plus longue que la flamme ou dépasse les longueurs normalisées.
  • Dans ces conditions, les chaudières ne fonctionnent pas dans des conditions optimales et présentent des longueurs prohibitives peu compatibles avec la recherche actuelle de compacité pour les chaufferies.
  • Les problèmes sont résolus pour la chaudière selon la revendication 1.
  • Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels :
    • - la figure 1 est une vue en élévation de l'élément échangeur intermédiaire renforcé équipant la chaudière selon l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale selon la ligne Il - Il de la figure 1 d'une telle chaudière montrant l'emplacement des éléments échangeurs intermédiaires et la circulation des gaz et fumées de combustion.
  • De nombreux avantages découlent de la présente invention tels que ceux mentionnés ci-après :
    • - à puissance égale, elle permet de diminuer notablement le poids et le prix de revient final par un gain substantiel en matière, une réduction du temps de montage et un coût plus faible de transport ;
    • - la réduction de dimension des carneaux permet de diminuer la hauteur totale ;
    • - on peut augmenter la puissance totale de la chaudière tout en gardant son même encombrement en longueur ;
    • - la courbure inverse des bras d'eau permet de dégager des sections de passage suffisantes à un bon échange thermique dans le haut de la chambre de combustion et apporte une meilleure tenue aux dilatations et aux chocs thermiques.
  • On se reportera d'abord à la figure 2 qui montre le principe de constitution de la chaudière améliorée selon l'invention.
  • Ladite chaudière est formée de façon classique d'un élément de façade avant 1 sur lequel est monté un brûleur 2, par exemple à air soufflé, d'un élément de façade arrière 3 et d'éléments échangeurs intermédiaires simples tels que 4 ou renforcés 5, l'ensemble étant assemblé par des nipples et des tirants horizontaux.
  • Les éléments échangeurs 4 et 5 présentent en partie supérieure des carneaux tels que 6, à picots ou à ailettes, disposés symétriquement en plusieurs étages horizontaux.
  • On distingue un premier groupe 7 le long duquel les gaz et fumées de combustion sont évacués vers l'avant de la chaudière, selon un parcours horizontal aller A, par un compartiment de renvoi 8 de la façade arrière, puis évacués vers l'arrière, selon un parcours horizontal retour B, le long d'un deuxième groupe 9 de plusieurs étages de carneaux par un collecteur 10 de façade avant.
  • Les éléments échangeurs 4 et 5 présentent dans leur deuxième demi-partie un passage de flamme, respectivement 11 et 12, entièrement libre pour les premiers ou occupé par des éléments supplémentaires d'échange dont il sera question ci-après pour les seconds.
  • Le brûleur projette une flamme 13 qui se développe le long d'une chambre de combustion 14. formée par la succession des passages de flammes 11 et 12 des différents échangeurs intermédiaires simples puis renforcés délimitant une première partie 15 puis une deuxième partie 16.
  • La caractéristique originale de cette chaudière se situe au niveau des éléments intermédiaires renforcés 5 dont l'un est représenté en détail sur la figure 1. Ces éléments intermédiaires renforcés sont constitués de telle sorte qu'après assemblage, la deuxième partie 16 de la chambre de combustion 14 se trouve équipée de surfaces d'échange supplémentaires, formées par la présence d'un groupe de canaux d'eau supplémentaires traversant le passage de flamme et communiquant avec l'enveloppe 17 de circulation d'eau entourant ladite chambre de combustion.
  • Il s'agit de canaux sous la forme d'au moins deux bras d'eau 18 et 19 symétriques réunis entre eux en partie centrale supérieure Ils communiquent avec l'enveloppe 17 de circulation d'eau, d'une part en partie centrale supérieure de la chambre de combustion 14, et d'autre part sur les parties latérales inférieures de ladite chambre. Afin d'améliorer l'échange, les surfaces extérieures des parois des bras d'eau 18 et 19 sont pourvues de façon classique de picots ou d'ailettes 20 favorisant l'échange thermique.
  • Ces bras d'eau 18 et 19 délimitent dans la section du passage de flamme de chaque élément intermédiaire renforcé 5 des secteurs adjacents à section en contours curvilignes et à forme générale triangulaire et oblongue, tels qu'un secteur principal inférieur 21 et adjacents supérieurs 22 et 23. Ces secteurs constituent par juxtaposition des éléments échangeurs intermédiaires renforcés trois canaux aérauliques distincts 24, 25 et 26 le long desquels est projetée, divisée et évacuée la projection aéraulique de la flamme.
  • Ces bras d'eau 18 et 19 concourent à un double résultat : augmenter sensiblement les surfaces d'échange d'une part et diminuer corrélative- ment la longueur de la chambre de combustion 14 pour rendre, à puissance égale, la chaudière notablement plus compacte.
  • Comme on peut le remarquer sur la figure 1, la concavité de ces bras d'eau est dirigée vers le haut, contrairement aux enseignements de la technique antérieure et aux habitudes professionnelles qui recherchaient et recommandaient l'adoption d'une concavité inverse. Celle-ci correspondait à deux buts principaux : d'une part favoriser le tirage thermique de l'eau et d'autre part dégager le plus possible la chambre de combustion qui devait impérativement rester un espace entièrement ouvert sans aucun élément transversal.
  • Après assemblage de la chaudière, la chambre de combustion 14 se compose de la première partie classique 15 en espace entièrement ouvert et de la seconde partie 16 partiellement obturée transversalement par la succession des bras d'eau 18 et 19 des échangeurs renforcés 5 juxtaposés.
  • Les gaz chauds et fumées reviennent vers l'avant de la chaudière le long des carneaux A et sont dirigés vers la sortie des gaz et fumées de combustion en partie haute de la façade arrière 3 par les carneaux supérieurs B disposés sur plusieurs étages horizontaux.
  • Bien entendu, il est possible de modifier la forme et le nombre des bras d'eau 18 et 19 en restant dans le même esprit inventif, afin d'obtenir une meilleure adaptation à la puissance et à la longueur imposée de la chaudière.

Claims (10)

1. Chaudière du type chaudière en fonte par éléments, constituée d'éléments échangeurs d'extrémité (1, 3) et intermédiaires (4, 5) formant après assemblage une chambre de combustion (14), des carneaux (A, B) (6) pour le parcours dans le sens aller (A) et retour (B) des gaz chauds et fumées, des canaux de circulation d'eau enveloppant la chambre de combustion et les carneaux, caractérisée en ce que la chambre de combustion (14) est traversée, sur une partie au moins de sa longueur, par une pluralité de bras d'eau (18, 19) délimitant des canaux aérauliques distincts (24, 25, 26) apportant des surfaces d'échange supplémentaire dans au moins un élément échangeur intermédiaire (4, 5), le long desquelles est projetée, divisée et évacuée la projection aéraulique de la flamme.
2. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la chambre de combustion comporte deux bras d'eau (18, 19).
3. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la concavité des bras d'eau (18, 19) est dirigée vers le haut.
4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisée en ce que les bras d'eau (18, 19) communiquent avec l'enveloppe (17) de circulation d'eau, d'une part en partie centrale supérieure de la chambre (14), et d'autre part sur les parois latérales inférieures de ladite chambre.
5. Elément intermédiaire pour la réalisation de la chaudière selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, dans la cavité prévue pour la chambre de combustion (14), des surfaces d'échange supplémentaires.
6. Elément intermédiaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les surfaces d'échange supplémentaires sont constituées par les parois des bras d'eau (18, 19) en communication avec l'enveloppe d'eau (17) entourant la chambre de combustion (14).
7. Elément intermédiaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les bras d'eau (18, 19) sont au nombre de deux.
8. Elément intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que la concavité des bras d'eau (18, 19) est dirigée vers le haut.
9. Elément intermédiaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux bras d'eau (18, 19) sont réunis entre eux et symétriques, et communiquent avec l'enveloppe d'eau (17) d'une part en partie centrale supérieure de la chambre (14), d'autre part sur les parties latérales inférieures de la chambre.
10. Elément intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les surfaces supplémentaires et les parois des bras d'eau (18, 19) sont équipées de picots d'échangeurs ou d'ailettes (20).
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DE404369C (de) * 1921-10-30 1924-10-17 Gustave Nordon Heizungskessel mit Wassermantel und im Feuerraum liegenden Wasserrohrreihen
DE8901203U1 (de) * 1988-02-06 1989-03-23 Joh. Vaillant Gmbh U. Co, 5630 Remscheid Gliederkessel

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