EP0601253B1 - Perfectionnement aux chaudières en fonte - Google Patents

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EP0601253B1
EP0601253B1 EP19920440140 EP92440140A EP0601253B1 EP 0601253 B1 EP0601253 B1 EP 0601253B1 EP 19920440140 EP19920440140 EP 19920440140 EP 92440140 A EP92440140 A EP 92440140A EP 0601253 B1 EP0601253 B1 EP 0601253B1
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EP19920440140
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Roger Sonderegger
Philippe Weitz
Alfred Engel
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De Dietrich Thermique SAS
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De Dietrich Thermique 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
    • F24H1/30—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
    • 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
    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • 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
    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • F24H9/146—Connecting elements of a heat exchanger

Definitions

  • the present invention relates to cast iron boilers whose hydraulic circuit is formed from a set of molded elements obtained without the use of foundry cores.
  • Such boilers are known in principle, for example by European Patent Application No. EP-A-0 414 925 and the published German Patent Application DE 41 19 866 C1. They are formed by assembling such elements delimiting an internal volume traversed by the combustion products and an external or peripheral volume traversed by the water of the heating circuit. This external volume must therefore both offer the minimum resistance to the circulation of water from each element to the next and a perfect seal.
  • the elements are cylindrical boxes having an H-shaped axial section (with the exception of the end elements) and are assembled facing each other along their open sides, with interposition of seals, all of these boxes and said seals being compressed by means of a series of tensioned tie rods internally traversing the entire length of the boxes, being distributed peripherally at the rate of one tie for each section formed of a longitudinal series of boxes. Any axial movement of boxes is therefore practically impossible.
  • such an assembly implying the installation of as many tie rods as boxes in a cross section and their tensioning uniformly distributed, is Obviously long and complicated, especially in case of disassembly for the maintenance or replacement of said boxes.
  • sealing must be ensured at the end of each tie rod.
  • the present invention eliminates the various drawbacks which emerge from the above description of the state of the art, that is to say the complexity of the parts and their assembly and in particular the need to ensure their tightening by means tight tie rods.
  • the water circuit of a boiler consists of a succession of sections of cast iron ferrules, each section being slightly frustoconical in at least one direction so that its small face comes to adapt tightly in the large face of a contiguous section, all of the assembled sections constituting a toroidal volume, the two peripheral surfaces of which are kept apart by annular transverse spacers pierced with openings allowing the circulation of water in the axial direction, said assembly being held by means of tie rods external to the boxes, bearing on ears distributed over the periphery of the end ferrules.
  • all the sections of ferrules are oriented in the same direction, the large face of each section constituting the spacer corresponding to the corresponding cross section of the boiler.
  • the front edge of the small face of each section abuts against the large rear face of the neighboring section, the seal being ensured by an appropriate seal.
  • the sections are oriented alternately in one direction and in the other, the assembly being done by the small facing faces of two successive sections with the interposition of a thin annular piece itself constituting both the and the gasket.
  • FIG. 1-2 there is shown a boiler according to the invention consisting in known manner of a heating body 1 completed by an insulated front panel A and a rear panel B through which are evacuated combustion products.
  • the invention provides for the assembly of two series of cast iron ferrules 4 and 5 , slightly frustoconical so that the edge of the small front face 6 a of an outer shell 4 a abuts against the large rear face 7 b of the next outer shell 4 b , and that likewise, the edge of the small face 6 ' a of an interior ferrule abuts against the large face 7' b of the following interior ferrule, each embedding being sealed by means of a lining 8, for example made of silicone or the like.
  • the positioning or centering of a small face with respect to a large face can be ensured by a peripheral rim thereof, or by a number of ribs 17 distributed over the outer periphery of the outer ferrules 4, as shown.
  • each pair of ferrules 4-5 and its spacer 9 constitutes a single circular piece of cast iron with a U-section, obtained by casting without a core, so that a boiler thus produced according to the invention by simple axial assembly d 'a series of such circular parts is much simpler and more robust in construction than the previous boilers described above.
  • Such an assembly is obtained by means of tie rods 21 exterior to the exterior ferrules 4 passing through ears 18 distributed over the periphery of the exterior ferrules of ends to ensure solidity and tightness, and the tension of which is ensured by means of nuts 22.
  • the interior and exterior ferrules, respectively 10 and 11 are oriented alternately in one direction and in the other, so that their small faces are facing each other, and that they are assembled, as illustrated in FIG. 4 A by an intermediate piece 12 constituting an annular spacer comprising water circulation openings (13).
  • a part 23 inserted between two pairs of ferrules 10a, 10b, 11a, 11b can itself constitute the seal ensuring the seal between these ferrules. In this case, it may have the appearance of a metallo-plastic joint as shown in FIG. 5, where a gasket 23 having openings 14 is crimped in a metal strip 15.
  • the ferrules 10 and 11 are obtained together by coreless casting and assembled by external tie rods 21 tightened by nuts 22.
  • the end pieces are similar to those of the first version, while the intermediate pieces are symmetrical about their mid-section.
  • FIGS. 2 and 5 illustrate a circular toroidal shape for the water circuit produced according to the invention, it can be produced in an equivalent manner in polygonal form, the peripheral surface of each ferrule 4, 5, 10 and 11 then being formed of a succession of planes.

Description

  • La présente invention concerne les chaudières en fonte dont le circuit hydraulique est formé d'un ensemble d'éléments moulés obtenus sans utilisation de noyaux de fonderie.
  • De telles chaudières sont connues dans leur principe, par exemple par la Demande de Brevet européen N° EP-A-0 414 925 et la Demande de Brevet allemande publiée DE 41 19 866 C1. Elles sont constituées par assemblage de tels éléments délimitant un volume intérieur parcouru par les produits de combustion et un volume extérieur ou périphérique parcouru par l'eau du circuit de chauffage. Ce volume extérieur doit donc à la fois offrir la résistance minimale à la circulation de l'eau de chaque élément au suivant et une étanchéité parfaite.
  • Dans le EP-A-0 414 925, les éléments sont des caissons cylindriques présentant une section axiale en forme de H (à l'exception des éléments d'extrémité) et sont assemblés en se faisant face le long de leurs côtés ouverts, avec interposition de joints d'étanchéité, l'ensemble de tous ces caissons et desdits joints étant comprimé au moyen d'une série de tirants sous tension traversant intérieurement toute la longueur des caissons, en étant répartis périphériquement à raison d'un tirant pour chaque section formée d'une série longitudinale de caissons. Tout déplacement axial de caissons est donc pratiquement impossible. Toutefois, un tel montage, impliquant la mise en place d'autant de tirants que de caissons dans une section transversale et leur mise sous tension uniformément répartie, est
    évidemment long et compliqué, notamment en cas de démontage pour l'entretien ou le remplacement desdits caissons. De plus, l'étanchéité doit être assurée en bout de chaque tirant.
  • Dans le système du DE 41 19 866 C1, des caissons semblables sont créés par l'assemblage de pièces ayant en section axiale la forme d'un T, la barre de chaque T étant effilée vers les extrémités pour venir s'encastrer dans une rainure du bas d'un T renversé qui lui est contigu, lesdites pièces étant orientées alternativement vers l'extérieur et vers l'intérieur. L'ensemble se compose donc, en fait, de tronçons de cylindres réunis par des entretoises transversales présentant chacune une ouverture pour la circulation de l'eau. Il est clair que cette disposition dissymétrique est inévitablement créatrice de déséquilibres de contraintes préjudiciables à la solidité de la chaudière. De même, il apparaît difficile d'assurer une compatibilité satisfaisante entre la solidité des entretoises et la facilité de circulation de l'eau par des ouvertures suffisantes. Enfin, l'étanchéité nécessaire exige des joints additionnels serrés au moyen des tirants tendus entre chaque couple successif d'entretoises.
  • La présente invention élimine les divers inconvénients qui ressortent de l'exposé ci-dessus de l'état de la technique, c'est-à-dire la complexité des pièces et de leur montage et notamment la nécessité d'assurer leur serrage au moyen de tirants étanches.
  • Dans ce but, le circuit d'eau d'une chaudière selon l'invention est constitué d'une succession de tronçons de viroles en fonte, chaque tronçon étant légèrement tronconique dans au moins une direction de manière que sa petite face vienne s'adapter de façon étanche dans la grande face d'un tronçon contigu, l'ensemble des tronçons assemblés constituant un volume d'allure torique dont les deux surfaces périphériques sont maintenues écartées par des entretoises transversales annulaires percées d'ouvertures permettant la circulation de l'eau en direction axiale, ledit ensemble étant maintenu au moyen de tirants extérieurs aux caissons, prenant appui sur des oreilles réparties sur la périphérie des viroles d'extrémité.
  • Selon une première réalisation, tous les tronçons de viroles sont orientés dans la même direction, la grande face de chaque tronçon constituant l'entretoise correspondant à la section transversale correspondante de la chaudière. Dans ce cas, le rebord avant de la petite face de chaque tronçon venant buter contre la grande face arrière du tronçon voisin, l'étanchéité étant assurée par une garniture appropriée.
  • Selon une seconde réalisation, les tronçons sont orientés alternativement dans un sens et dans l'autre, l'assemblage se faisant par les petites faces en regard de deux tronçons successifs avec interposition d'une pièce annulaire mince constituant elle-même à la fois l'entretoise et le joint d'étanchéité.
  • L'invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence au dessin annexé sur lequel :
    • La figure 1 est une coupe axiale d'une première réalisation de l'invention,
    • La figure 1A est une vue agrandie d'un détail de la figure 1,
    • La figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1,
    • La figure 3 est une vue en perspective avec arrachement partiel de l'un des tronçons de la chaudière selon les figures 1-2,
    • La figure 4 est une coupe axiale d'une seconde réalisation de l'invention,
    • La figure 4A est une vue agrandie d'un détail de la figure 4,
    • La figure 5 est une coupe suivant V-V de la figure 4,
    • La figure 6 est une vue en perspective avec arrachement partiel de l'un des tronçons de la chaudière selon les figures 4-5,
    • Et la figure 7 est une vue partielle en perspective d'un détail de la figure 4.
  • En se référant d'abord aux figures 1-2, on y a représenté une chaudière selon l'invention se composant de façon connue d'un corps de chauffe 1 complété par une façade avant isolée A et une façade arrière B par laquelle sont évacués les produits de combustion.
  • Dans le but de délimiter le volume intérieur 1 parcouru par les produits de combustion et le volume extérieur 2 destiné à être parcouru par l'eau du circuit de chauffage, l'invention prévoit l'assemblage de deux séries de viroles en fonte 4 et 5, légèrement tronconiques de manière que le rebord de la petite face avant 6a d'une virole extérieure 4a vienne buter contre la grande face arrière 7b de la virole extérieure suivante 4b, et que de même, le rebord de la petite face 6'a d'une virole intérieure vienne buter contre la grande face 7'b de la virole intérieure suivante, chaque encastrement étant rendu étanche au moyen d'une garniture 8, par exemple en silicone ou analogue. Eventuellement, le positionnement ou centrage d'une petite face par rapport à une grande face peut être assuré par un rebord périphérique de celle-ci, ou par un certain nombre de nervures 17 réparties sur la périphérie extérieure des viroles extérieures 4, comme représenté.
  • Les grandes faces 7 de chaque couple de viroles 4-5 constituent ensemble des entretoises en forme de couronnes 9 maintenant les viroles écartées et percées d'ouvertures 20 assurant la circulation de l'eau.
  • Dans la pratique, chaque couple de viroles 4-5 et son entretoise 9 constitue une pièce circulaire unique en fonte à section en U, obtenue par coulée sans noyau, de sorte qu'une chaudière ainsi réalisée selon l'invention par simple assemblage axial d'une série de telles pièces circulaires est de construction beaucoup plus simple et robuste que les chaudières antérieures décrites ci-dessus.
  • Un tel assemblage est obtenu au moyen de tirants 21 extérieurs aux viroles extérieures 4 passant par des oreilles 18 réparties sur la périphérie des viroles extérieures d'extrémités pour assurer la solidité et l'étanchéité, et dont la tension est assurée au moyen d'écrous 22.
  • Dans la seconde réalisation, illustrée aux figures 4-5, les viroles intérieures et extérieures, respectivement 10 et 11, sont orientées alternativement dans un sens et dans l'autre, de manière que leurs petites faces soient en regard, et qu'elles soient assemblées, comme illustré à la figure 4A par une pièce intermédiaire 12 constituant une entretoise annulaire comportant des ouvertures de circulation d'eau (13). Dans cette version, une pièce 23 insérée entre deux couples de viroles 10a, 10b, 11a, 11b peut constituer elle-même le joint assurant l'étanchéité entre ces viroles. Dans ce cas, elle peut avoir l'aspect d'un joint métallo-plastique tel que représenté à la figure 5, où une garniture 23 présentant des ouvertures 14 est sertie dans une bande métallique 15.
  • Comme dans la première version, les viroles 10 et 11 sont obtenues ensemble par coulée sans noyau et assemblées par des tirants extérieurs 21 serrés par des écrous 22. Les pièces d'extrémité sont semblables à celles de la première version, tandis que les pièces intermédiaires sont symétriques par rapport à leur section médiane.
  • Les avantages des deux versions sont les mêmes : simplicité d'obtention et d'assemblage des pièces successives, qui peuvent avantageusement être munies d'ailettes 16 améliorant l'échange thermique.
  • Bien que les figures 2 et 5 illustrent une forme torique circulaire pour le circuit d'eau réalisé selon l'invention, on pourra de manière équivalente le réaliser sous forme polygonale, la surface périphérique de chaque virole 4, 5, 10 et 11 étant alors formée d'une succession de plans.

Claims (6)

  1. Chaudière du type dans lequel le circuit hydraulique est réalisé par assemblage d'éléments en fonte obtenue par coulée sans noyau, caractérisée en ce que lesdits éléments constituent chacun un tronçon transversal unique venu de fonderie de la chaudière délimité par un couple de viroles concentriques (4, 5, 10, 11) d'allure légèrement tronconique, maintenues écartées par un fond annulaire (9, 12) comportant des orifices de circulation d'eau (20, 13), les tronçons successifs étant assemblés par des tirants extérieurs (21) serrés par des écrous (22) traversant des oreilles (18) des viroles d'extrémité avec interposition d'un joint d'étanchéité (8, 12), entre la périphérie d'une virole et le fond de la suivante.
  2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de tous les tronçons sont orientés dans le même sens, la petite face (6a) d'une virole venant buter contre la grande face (7b) de la suivante.
  3. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments d'un tronçon, à l'exception des tronçons d'extrémité, consistent dans l'association venue en une seule pièce coulée, de deux couples de viroles légèrement tronconiques orientées en sens inverse, et dont les grandes faces sont rendues solidaires par une pièce annulaire (12) comportant des orifices (13) de circulation d'eau, les petites faces (11a, 11b, 10a, 10b) de deux tels tronçons successifs étant assemblées avec interposition d'une pièce annulaire perforée (23), les deux faces de cette pièce annulaire (23) recevant lesdites petites faces de deux éléments voisins avec interposition d'un joint.
  4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite pièce annulaire (23) recevant lesdites petites faces constitue elle-même un joint commun.
  5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit joint commun est un joint métallo-plastique, constituée par une bande 23 présentant des perforations 14 et sertie dans une bande métallique 15.
  6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque virole interne est munie d'ailettes (17) orientées vers le foyer en vue d'améliorer les échanges thermiques.
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DE4103238A1 (de) * 1991-02-02 1992-08-13 Buderus Heiztechnik Gmbh Gliederheizkessel aus gusseisernen kesselgliedern
DE4119866C1 (en) * 1991-06-17 1992-06-17 Buderus Heiztechnik Gmbh, 6330 Wetzlar, De Cast-iron@ boiler made in sections - has inner skin elements with outer flanges and outer skin elements with inner flanges

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