EP0806609B1 - Chaudière à combustion pulsatoire - Google Patents

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EP0806609B1
EP0806609B1 EP97450007A EP97450007A EP0806609B1 EP 0806609 B1 EP0806609 B1 EP 0806609B1 EP 97450007 A EP97450007 A EP 97450007A EP 97450007 A EP97450007 A EP 97450007A EP 0806609 B1 EP0806609 B1 EP 0806609B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
inlet
explosion
boiler according
boiler
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97450007A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0806609A1 (fr
Inventor
Cécilio Arribas
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.)
Muller et Cie SA
Original Assignee
Muller et Cie SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Muller et Cie SA filed Critical Muller et Cie SA
Publication of EP0806609A1 publication Critical patent/EP0806609A1/fr
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Publication of EP0806609B1 publication Critical patent/EP0806609B1/fr
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
    • 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
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/205—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with furnace tubes

Definitions

  • the present invention relates to pulsed combustion boilers, the operating principle has been known for a long time but the implementation of which practice still poses delicate technological problems.
  • This type of boiler notably uses liquid fuel such as fuel oil but can also work with solid fuel, namely coal or pulverulent wood, and with gaseous fuel, is likely to many applications.
  • solid fuel namely coal or pulverulent wood
  • gaseous fuel is likely to many applications.
  • this heating mode which is the noise and vibration generated by pulsed combustion and is very difficult to control and maintain below regulatory constraints or anti-noise comfort.
  • the pulsed combustion burners have performances very interesting thermal, they are in return the seat of phenomena of resonance generating noises and vibrations that are very difficult to confine within permissible ranges without concomitantly substantially reducing the performance or suffocate without disproportionately increasing both the size and cost of installation.
  • a pulsating combustion boiler comprising a heating body with three compartments of air respectively oxidizer, water to be heated in which a burner assembly is immersed and a heat exchanger and expansion system for combustion gases.
  • a such a boiler is a source of unwanted noise and vibration.
  • the invention therefore aims to generally provide a boiler of the pulsed combustion type, with a low noise level in operation while maintaining very good performance.
  • the invention relates to a pulsed combustion boiler for the supply of hot water according to the first claim.
  • the intake chamber is crossed axially by a rod carrying a spark plug and extending in the explosion chamber by a collar located at a distance from the end of the chamber of admission and ensuring the triple functions of: constitution of a hot spot of ignition of the combustible mixture, establishment of an optimal flow of gas flow, creation of an explosion protection screen towards the chamber of admission.
  • the room of explosion extending the intake chamber has a tulip shape coaxial with this last and its circular outlet orifice is provided with said openwork structure consisting for example of a grid, mesh or the like.
  • the envelope of the so-called chamber expansion has a tulip shape in parallel with the envelope of said chamber explosion, the end wall of the expansion chamber being arranged substantially parallel to the plane of said perforated structure and being curved towards the exterior and opening of communication orifices with said exchange conduits thermal.
  • the communication orifices of said conduits are regularly distributed near the periphery of said end wall of the chamber expansion, however that the starting sections of the conduits are substantially directed to the center of the explosion chamber.
  • Such a boiler is remarkably noisy while presenting a combustion efficiency unmatched by current boiler types and capable of reach 106% on PCI. It is also non-polluting, robust and maintenance simplified and does not require a chimney because the exhaust fumes are low temperature and pressure sufficient to allow the use of simple tubes outlet, for example PVC.
  • FIG. 1 there is shown diagrammatically in vertical section, the assembly of a pulsed combustion boiler according to the invention, intended for the supply of domestic hot water and / or heating.
  • This assembly enclosed in a cowling 1, comprises a body of heater 2, intake 3 and exhaust 4.
  • the intake pot 3 receives combustion air and gas delivered by a valve 5 of an external gas supply pipe 6 and is connected by a line 7 at the upper part of the heating body 2.
  • the general structure of the intake pot 3 is conventional and made up a compartmentalized volume using an internal baffle system 8.
  • a the end opposite the air and gas inlet, a fan 9 driven by a motor outdoor electric 10 is responsible for brewing and forcing the mixture towards the line 7, at the time of starting the boiler, in the known manner.
  • the exhaust 4 is also of known structure and is simply a volume compartmentalized by internal baffles 11, connected to its part lower than the lower part of the heating body 2 via a line 12 and at its upper end to a pipe 13 for evacuating smoke outside the cowling 1, these fumes being of course taken up by a pipe (not shown) of discharge outside the boiler room.
  • the lower end of the pot 4 forms a condensate tank provided with a orifice 14 for evacuation outside the cowling 1, via a pipe 15, said orifice being closed by a float valve 16.
  • the cowling 1 also includes an air inlet 17.
  • the heating body 1 is a vertical cylindrical enclosure divided into three compartments superimposed by internal partitions 18 and 19.
  • the intermediate compartment 22, delimited between the two above-mentioned partitions 18 and 19, is connected, at its lower end, to a cold water inlet pipe 23 and, at its upper end, to a pipe 24 for leaving hot water.
  • the heating body comprises (FIG. 2) a burner assembly with a vertical axis, fixed to the partition 18 and comprising an intake valve 25, a so-called chamber intake 26, generally cylindrical in shape with a vertical axis, a so-called chamber explosion 27 arranged in the extension below the intake chamber and a so-called expansion chamber 28 arranged in the extension below the explosion chamber 27.
  • the intake valve 25 is conventional and shown in more detail on Figure 3.
  • It comprises a deformable annular washer 29 disposed opposite a series of holes 30 formed in a circular plate 31 separating the chamber from decoupling 20 of the intake chamber 26, itself delimited by a part vertical tubular 32 whose upper end has a flange 33 of fixing the plate 31.
  • the part 32 is fixed to the partition 18 with the interposition of an O-ring 34.
  • a vertical rod hollow 35 Inside which partly upstream of the chamber 26 is arranged a electric spark plug 36, powered by an electric cord 37 and generating sparks between a central stud and the surrounding wall of the rod 35, perforated in 38 so that the sparks igniting the mixture (arrows 39) introduced into the chamber 26 by the annular valve 29 (in the open position 29 'in FIG. 3).
  • valve (29, 30) The structure of the valve (29, 30) is conventional and does not need to be described in more detail in its nature and operation.
  • the arrangement of the candle 36 (in itself conventional) to the inside of the rod 35 is a characteristic of the invention, as is the extension 40 outside the inlet chamber 26 of the end of the rod 35, extension 40 which is in the form of a flange with a surface 41 of revolution at evolving curvature ensuring optimal flow of gas flows between the chamber intake 26 and the underlying explosion chamber 27.
  • the collar 40 which is for example, like the rod 35, made of stainless steel, also constitutes a hot point of ignition of the gases in the chamber explosion 27, this hot spot maintaining the sequence of brief combustions, characteristic of the pulsating burner, after starting by the spark plug start 36.
  • the flange 40 also acts as an anti-rising explosion screen in direction of the admission chamber 26.
  • the explosion chamber 27 is preferably tulip-shaped, that is to say delimited by a hemispherical envelope 42 integral with the tubular part 32 on which it is threaded, and extended by a cylindrical part 43 coaxial with the chamber 26 and carrying in the vicinity of its lower circular edge an openwork structure 44 the plane of which is substantially perpendicular to the axis of the chambers 26, 27.
  • Structure 44 for example a grid, mesh or the like, made of material refractory or stainless steel, is intended to stiffen the end of the envelope 42, 43 and to avoid resonance and therefore the vibrations of the latter.
  • the expansion chamber 28 is preferably also in the shape of a tulip, that is to say bounded by a hemispherical envelope 45 integral with the part tubular 32 and extended by a cylindrical part 46, the envelope 45, 46 surrounding the envelope 42, 43 at a distance.
  • the bottom 47 closing the envelope 42, 43 is in a plane substantially perpendicular to the axis of the elements 32, 42, 43 and is slightly curved towards outside. In the vicinity of the periphery of the bottom 47 are drilled holes 48 regularly distributed and into which interchange conduits 49 open thermal.
  • the burner assembly 50 and the heat exchange assembly 51 are immersed in the water to be heated present in compartment 22.
  • the outlets 52 of the conduits 49 pitted on the bottom 47 are preferably directed towards the center of the explosion chamber 27.
  • the conduits 49 are of a generally arranged in a helix 53, the conduits being simple or split and surrounding a cylindrical extension 54 of the expansion chamber 21 in which open said conduits.
  • This operation is characterized by a continuous series of combustions brief analogous to that generated in a diesel engine and developing at regular self-sustaining intervals.
  • the role of the intake pot 3 is to supply the burner with the necessary quantity air-gas mixture.
  • the fan 10, as well as the spark plug 36, are used only for start-up, the first to ensure a first gas mixture sweep allowing the burner to start up, the second to ignite the first time mixture introduced into the intake chamber 26 via the valve 25 actuated under the pressure of the mixture sent by the fan.
  • each combustion generated in the burner will create during exhaust conditions of establishment upstream of the combustion chamber a depression causing the opening of the intake valve thus allowing the introduction into said chamber of a new quantity of combustible mixture which will in turn be compressed by the exhaust gas pressure return and inflamed, the valve closing during this compression.
  • the boiler shown and described above implements this principle, but in a geometric context of the burner 50-exchanger 51 assembly and thanks to a arrangement of the ignition elements of the mixture (36.40) such as the continuous operation of the boiler operates at a noise level remarkably low both in terms of noise generated and vibrations. And this while obtaining an excellent thermal efficiency of up to 106% on PCI.
  • the shape and arrangement of the rod 35-candle 36-point assembly attachment 40 contribute to optimal filling of the explosion chamber 27.
  • the inverted tulip shape of the envelope 43 of the explosion chamber 27 ensures, in combination with the non-return collar 40 and the anti-vibration structure 44, combustion with transfer of gases optimally in the expansion chamber 28 in extension of the so-called explosion chamber 27.
  • the structure 44 is responsible both for stiffening the end of the envelope 43 to limit its resonance likely to create noise and vibration.
  • the structure 44 also provides a filtering and damping function during gas flow movements, both during combustion, gas flow flowing from chamber 27 to chamber 28 and during compression of a new quantity of combustible mixture in chamber 27, the gas flows then operating from chamber 28 to chamber 27.
  • the role of the chamber 20, called decoupling, the dimensioning, linked to that of conduit 7, is optimized to improve the performance of the boiler and phasing the pulsating flow of supply and demand for fuel mixture.
  • expansion chamber 21 which allows to absorb the succession of pulsed flows from the exchanger 51 by phasing the intake and extraction flow via conduit 12.
  • the device 55 comprises a rod 56 integral with the collar 33, a head 57 screwed to the end of the rod 56, a spring 58 interposed between the head 57 and a free washer 59 placed on plate 31.
  • the plate 31 can be lifted from the collar 33 slightly in line with the device 55.
  • several of these devices 55 are provided at the periphery of the plate 31, between two screws 60 of fixing the latter on the flange 33.
  • the fumes from the exhaust 4 are at low temperature, around 80 ° C, and under sufficient pressure, which allows the use at the outlet of boiler with a single pipe, for example polyvinyl chloride, up to several meters, for a release to the atmosphere, thus avoiding the forecast of a fireplace.
  • the boiler is non-polluting because the combustion chamber is submerged does not generate any evacuation. There are also no unburnt, nor soot.
  • the set is also robust and easy to maintain, the only organ mobile being the inlet valve 29 and no fouling occurring.
  • the metal elements are preferably made of stainless steel.
  • the operating frequency of the boiler is around from 70 to 78 pulses per second.
  • the usable fuel is gas, but a pulverulent solid fuel, such as coal, can also be used, the air-fuel mixture intake circuit in the burner intake chamber being fitted accordingly.

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Description

La présente invention a trait aux chaudières à combustion pulsatoire dont le principe de fonctionnement est connu depuis longtemps mais dont la mise en oeuvre pratique pose encore de délicats problèmes technologiques.
Ce type de chaudière utilisant notamment du combustible liquide tel que du fioul mais pouvant également fonctionner avec du combustible solide, à savoir du charbon ou du bois pulvérulent, et avec du combustible gazeux, est susceptible de nombreuses applications. Toutefois, c'est principalement dans l'industrie qu'il s'est développé plutôt que dans des applications domestiques, pour la production d'eau chaude principalement, du fait du principal inconvénient de ce mode de chauffage, qui est le bruit et les vibrations engendrés par la combustion pulsatoire et qu'il est très difficile de maítriser et de maintenir en deçà des contraintes réglementaires ou de confort anti-bruit.
En effet, si les brûleurs à combustion pulsatoire présentent des performances thermiques très intéressantes, ils sont en contre-partie le siège de phénomènes de résonance engendrant des bruits et des vibrations qu'il est très difficile de cantonner dans des plages admissibles sans réduire concomitamment substantiellement les performances ou d'étouffer sans augmenter de manière disproportionnée à la fois l'encombrement et le coût de l'installation.
Par FR-1.279.135, on connaít une chaudière à combustion pulsatoire comportant un corps de chauffe à trois compartiments respectivement d'air comburant, d'eau à réchauffer dans lequel sont plongés un ensemble brûleur et un système échangeur thermique et de détente des gaz de combustion. Une telle chaudière est source de bruits et de vibrations indésirables.
L'invention vise donc à proposer d'une manière générale une chaudière du type à combustion pulsatoire, présentant un faible niveau sonore en régime de fonctionnement tout en conservant de très bonnes performances.
A cet effet, l'invention a pour objet une chaudière à combustion pulsatoire pour la fourniture d'eau chaude selon la première revendication.
Suivant un mode de réalisation préféré, la chambre d'admission est traversée axialement par une tige portant une bougie d'allumage et se prolongeant dans la chambre d'explosion par une collerette située à distance de l'extrémité de la chambre d'admission et assurant les triples fonctions de : constitution d'un point chaud d'inflammation du mélange combustible, établissement d'un écoulement optimal des flux gazeux, constitution d'un écran anti-remontée d'explosion vers la chambre d'admission.
Suivant une autre caractéristique de ce mode de réalisation, la chambre d'explosion prolongeant la chambre d'admission a une forme de tulipe coaxiale à cette dernière et son orifice de sortie circulaire est muni de ladite structure ajourée constituée par exemple d'une grille, résille ou analogue.
Suivant ce même mode de réalisation, l'enveloppe de la chambre dite d'expansion a une forme de tulipe en parallèle avec l'enveloppe de ladite chambre d'explosion, la paroi d'extrémité de la chambre d'expansion étant disposée sensiblement parallèlement au plan de ladite structure ajourée et étant bombée vers l'extérieur et percée d'orifices de communication avec lesdits conduits d'échange thermique.
De préférence, les orifices de communication desdits conduits sont régulièrement distribués près de la périphérie de ladite paroi d'extrémité de la chambre d'expansion, cependant que les tronçons de départ des conduits sont sensiblement dirigés vers le centre de la chambre d'explosion.
Une telle chaudière est remarquablement peu bruyante tout en présentant un rendement de combustion inégalé par les types actuels de chaudière et pouvant atteindre 106 % sur PCI. Elle est par ailleurs non polluante, robuste et d'entretien simplifié et ne nécessite pas de cheminée car les fumées de sortie sont à faible température et sous pression suffisante pour permettre l'utilisation de simples tubes d'évacuation, par exemple en PVC.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de la chaudière de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels :
  • Figure 1 est une vue schématique générale, en coupe verticale, d'une chaudière conforme à l'invention ;
  • Figure 2 est une vue agrandie et plus détaillée du corps de chauffe de la chaudière de la figure 1, et
  • Figure 3 est une vue agrandie de l'ensemble valve-chambre d'admission.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement en coupe verticale, l'ensemble d'une chaudière à combustion pulsatoire selon l'invention, destinée à la fourniture d'eau chaude sanitaire et/ou de chauffage.
Cet ensemble, enfermé dans un capotage 1, comprend un corps de chauffe 2, un pot d'admission 3 et un pot d'échappement 4.
Le pot d'admission 3 reçoit de l'air comburant et du gaz délivré par une vanne 5 d'une canalisation d'amenée de gaz extérieure 6 et est raccordé par une conduite 7 à la partie supérieure du corps de chauffe 2.
La structure générale du pot d'admission 3 est conventionnelle et constituée d'un volume compartimenté à l'aide d'un système de chicanes internes 8. A l'extrémité opposée à l'entrée d'air et de gaz, un ventilateur 9 mû par un moteur électrique extérieur 10 est chargé de brasser et de forcer le mélange en direction de la conduite 7, au moment du démarrage de la chaudière, à la manière connue.
Le pot d'échappement 4 est également de structure connue et est simplement un volume compartimenté par des chicanes internes 11, relié à sa partie inférieure à la partie inférieure du corps de chauffe 2 par une conduite 12 et à son extrémité supérieure à une conduite 13 d'évacuation des fumées à l'extérieur du capotage 1, ces fumées étant bien entendu reprises par une canalisation (non représentée) de rejet à l'extérieur du local de la chaudière.
L'extrémité inférieure du pot 4 forme un réservoir à condensats muni d'un orifice 14 d'évacuation à l'extérieur du capotage 1, via une canalisation 15, ledit orifice étant obturé par un clapet à flotteur 16.
Le capotage 1 comporte en outre une arrivée d'air 17.
Le corps de chauffe 1 est une enceinte cylindrique verticale divisé en trois compartiments superposés par des cloisons internes 18 et 19.
Le compartiment supérieur 20, isolé par la cloison 18, forme une chambre dite de découplage communiquant par le conduit 7 avec le pot d'admission 3.
Le compartiment inférieur 21, isolé par la cloison 19, forme une chambre de détente communiquant par le conduit 12 avec le pot d'échappement 4.
Le compartiment intermédiaire 22, délimité entre les deux cloisons susdites 18 et 19, est relié, à son extrémité inférieure, à une conduite 23 d'arrivée d'eau froide et, à son extrémité supérieure, à une conduite 24 de sortie d'eau chaude.
Le corps de chauffe comporte (figure 2) un ensemble brûleur d'axe vertical, fixé à la cloison 18 et comprenant une valve d'admission 25, une chambre dite d'admission 26, de forme générale cylindrique d'axe vertical, une chambre dite d'explosion 27 disposée dans le prolongement en dessous de la chambre d'admission et une chambre dite d'expansion 28 disposée dans le prolongement en dessous de la chambre d'explosion 27.
La valve d'admission 25 est conventionnelle et représentée plus en détail sur la figure 3.
Elle comprend une rondelle annulaire déformable 29 disposée en regard d'une série de trous 30 ménagés dans une plaque circulaire 31 séparant la chambre de découplage 20 de la chambre d'admission 26, elle-même délimitée par une pièce tubulaire verticale 32 dont l'extrémité supérieure présente une collerette 33 de fixation de la plaque 31.
La pièce 32 est fixée à la cloison 18 avec interposition d'un joint torique 34.
Dans l'axe de la chambre d'admission 26 est disposée une tige verticale creuse 35 à l'intérieur de laquelle en partie amont de la chambre 26 est agencée une bougie d'allumage électrique 36, alimentée par un cordon électrique 37 et générant des étincelles entre un plot central et la paroi environnante de la tige 35, ajourée en 38 de façon que les étincelles enflammant le mélange (flèches 39) introduit dans la chambre 26 par le clapet annulaire 29 (en position d'ouverture 29' sur la figure 3).
La structure de la valve (29, 30) est classique et n'a pas besoin d'être décrite plus en détail dans sa nature et son fonctionnement.
Par contre, l'agencement de la bougie 36 (en elle-même conventionnelle) à l'intérieur de la tige 35 est une caractéristique de l'invention, de même que le prolongement 40 en dehors de la chambre d'admission 26 de l'extrémité de la tige 35, prolongement 40 qui est en forme de collerette à surface 41 de révolution à courbure évolutrice assurant un écoulement optimal des flux gazeux entre la chambre d'admission 26 et la chambre d'explosion sous-jacente 27.
La collerette 40, qui est par exemple, comme la tige 35, en acier inoxydable, constitue par ailleurs un point chaud d'inflammation des gaz dans la chambre d'explosion 27, ce point chaud entretenant la suite de combustions brèves, caractéristique du brûleur pulsatoire, après mise en route par la bougie de démarrage 36.
La collerette 40 fait également office d'écran anti-remontée des explosions en direction de la chambre d'admission 26.
La chambre d'explosion 27 est de préférence en forme de tulipe, c'est-à-dire délimitée par une enveloppe hémisphérique 42 solidaire de la pièce tubulaire 32 sur laquelle elle est enfilée, et prolongée d'une partie cylindrique 43 coaxiale à la chambre 26 et portant au voisinage de son bord circulaire inférieur une structure ajourée 44 dont le plan est sensiblement perpendiculaire à l'axe des chambres 26, 27.
La structure 44, par exemple une grille, résille ou analogue, en matériau réfractaire ou en acier inoxydable, est destinée à rigidifier l'extrémité de l'enveloppe 42, 43 et à éviter les mises en résonance et donc les vibrations de cette dernière.
Elle est également destinée à servir de filtre dans la circulation des flux gazeux entre la chambre d'explosion 27 et la chambre d'expansion sous-jacente 28.
La chambre d'expansion 28 est de préférence en forme également de tulipe, c'est-à-dire délimitée par une enveloppe hémisphérique 45 solidaire de la pièce tubulaire 32 et prolongée par une partie cylindrique 46, l'enveloppe 45, 46 entourant à distance l'enveloppe 42, 43.
Le fond 47 fermant l'enveloppe 42, 43 est dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe des éléments 32, 42, 43 et est légèrement bombé vers l'extérieur. Au voisinage de la périphérie du fond 47 sont percés des orifices 48 régulièrement répartis et dans lesquels débouchent des conduits 49 d'échange thermique.
L'ensemble brûleur 50 et l'ensemble d'échange thermique 51 baignent dans l'eau à réchauffer présente dans le compartiment 22.
Les départs 52 des conduits 49 piqués sur le fond 47 sont de préférence dirigés vers le centre de la chambre d'explosion 27. Les conduits 49 sont d'une manière générale disposés en hélice 53, les conduits étant simples ou dédoublés et entourant un prolongement cylindrique 54 de la chambre de détente 21 dans laquelle débouchent lesdits conduits.
Le fonctionnement de la chaudière est bien connu en lui-même.
Ce fonctionnement se caractérise par une suite continue de combustions brèves analogues à celle engendrée dans un moteur diesel et se développant à intervalles réguliers en s'auto-entretenant.
Le rôle du pot d'admission 3 est de fournir au brûleur la quantité nécessaire de mélange air-gaz. Le ventilateur 10, de même que la bougie 36, ne servent qu'au démarrage, le premier pour assurer un premier balayage de mélange gazeux permettant la mise en régime du brûleur, le second pour enflammer la première fois le mélange introduit dans la chambre d'admission 26 via la valve 25 actionnée sous la pression du mélange envoyé par le ventilateur.
Dès le démarrage s'établit ainsi une succession de combustions développant une énergie cinétique suffisante pour assurer ledit balayage et prenant le relais du ventilateur 10 qui, de même que la bougie 36, est arrêté.
Le phénomène d'auto-entretien de la combustion cyclique dans un brûleur pulsatoire, à partir d'un point chaud assurant l'auto-allumage est bien connu et n'a pas besoin d'être décrit en détail.
En bref, chaque combustion engendrée dans le brûleur va créer lors de l'échappement les conditions d'établissement en amont de la chambre de combustion d'une dépression provoquant l'ouverture de la valve d'admission permettant ainsi l'introduction dans ladite chambre d'une nouvelle quantité de mélange combustible qui va être à son tour comprimé par le retour de pression des gaz d'échappement et enflammé, la valve se refermant lors de cette compression.
La chaudière représentée et décrite ci-dessus met en oeuvre ce principe, mais dans un contexte géométrique de l'ensemble brûleur 50-échangeur 51 et grâce à un agencement des éléments d'inflammation du mélange (36,40) tels que le fonctionnement de la chaudière en régime permanent s'opère à un niveau sonore remarquablement faible tant en ce qui concerne les bruits générés que les vibrations. Et cela tout en obtenant un rendement thermique excellent pouvant atteindre 106 % sur PCI.
Ces performances sont atteintes grâce au cumul des agencements suivants.
La forme et l'agencement de l'ensemble tige 35-bougie 36-point d'accrochage 40 concourent à un remplissage optimal de la chambre d'explosion 27.
La forme en tulipe renversée de l'enveloppe 43 de la chambre d'explosion 27 assure, en combinaison avec la collerette anti-retour 40 et la structure anti-vibratoire 44, une combustion avec transfert des gaz de manière optimale dans la chambre d'expansion 28 en prolongement de la chambre dite d'explosion 27.
La structure 44 est chargée à la fois de rigidifier l'extrémité de l'enveloppe 43 afin de limiter sa mise en résonance susceptible de créer des bruits et vibrations. La structure 44 assure également une fonction de filtrage et amortissement lors des mouvements de flux gazeux, à la fois lors de la combustion, les flux gazeux s'écoulant de la chambre 27 vers la chambre 28 et lors de la compression d'une nouvelle quantité de mélange combustible dans la chambre 27, les flux gazeux s'opérant alors de la chambre 28 vers la chambre 27.
L'agencement judicieux de la structure ajourée 44 et son positionnement relatif entre le fond (côté admission) de la chambre d'explosion 27 et le fond 47 de la chambre d'expansion 28, contribuent à la limitation du niveau sonore de fonctionnement de la chaudière, de même également que l'enveloppement à distance de la chambre d'explosion 27 par la paroi 45 de la chambre d'expansion 28.
D'autres agencements spécifiques à l'invention, tels que le nombre et la répartition périphérique des orifices 48 d'évacuation de la chambre 28, le fond bombé 47, l'orientation des départs 52 des conduits 49, le diamètre des conduits 49, la disposition en hélices de ces derniers et le pas des hélices participent à l'obtention des performances remarquables de la chaudière.
Il en est de même pour ce qui concerne l'agencement du volume de détente 54 disposé à l'intérieur du système hélicoïdal 53 et, d'une manière générale, du dimensionnement particulier des divers éléments constituant l'ensemble brûleur 50, l'ensemble de détente 51, les compartiments 20, 21 et 22, ainsi que les pots d'admission 3 et de détente 4.
Il est à noter à ce sujet le rôle de la chambre 20, dite de découplage, dont le dimensionnement, lié à celui du conduit 7, est optimisé pour améliorer les performances de la chaudière et mettre en phase les flux pulsatoires d'apport et de demande en mélange combustible.
Il en est de même de la chambre de détente 21 qui permet d'absorber la succession de flux pulsés provenant de l'échangeur 51 par une mise en phase des flux d'admission et d'extraction via le conduit 12.
Sur la figure 3, on a représenté en 55 un dispositif auxiliaire d'amortissement élastique et de limitation des vibrations de la plaque 31 faisant office de siège pour le clapet 29.
Le dispositif 55 comprend une tige 56 solidaire de la collerette 33, une tête 57 vissée à l'extrémité de la tige 56, un ressort 58 interposé entre la tête 57 et une rondelle libre 59 posée sur la plaque 31.
En cas de surpression dans la chambre 26, la plaque 31 peut se soulever de la collerette 33 légèrement au droit du dispositif 55. De préférence, plusieurs de ces dispositifs 55 sont prévus à la périphérie de la plaque 31, entre deux vis 60 de fixation de cette dernière sur la collerette 33.
Outre les performances au niveau sonore et rendement, la chaudière de l'invention présente d'autres avantages.
Les fumées issues du pot d'échappement 4 sont à faible température, de l'ordre de 80°C, et sous pression suffisante, ce qui permet l'emploi en sortie de chaudière d'un simple tuyau par exemple en chlorure de polyvinyle, pouvant atteindre plusieurs mètres, pour un rejet à l'atmosphère, évitant ainsi la prévision d'une cheminée.
La chaudière est non polluante car la chambre de combustion étant immergée ne génère aucune évacuation. Il n'y as pas non plus d'imbrûlés, ni de suie.
L'ensemble est par ailleurs robuste et simple d'entretien, le seul organe mobile étant le clapet d'admission 29 et aucun encrassement ne se produisant. Les éléments métalliques sont de préférence en acier inoxydable.
A titre indicatif, la fréquence de fonctionnement de la chaudière est de l'ordre de 70 à 78 pulsations par seconde.
Le combustible utilisable est du gaz, mais un combustible solide pulvérulent, tel que du charbon, peut aussi être utilisé, le circuit d'admission du mélange air-combustible dans la chambre d'admission du brûleur étant aménagé en conséquence.
Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes décrites dans les revendications, notamment en ce qui concerne l'agencement des différents éléments du système brûleur 50 et du système échangeur 51.

Claims (9)

  1. Chaudière à combustion pulsatoire pour la fourniture d'eau chaude, du type comprenant un corps de chauffe (2) pourvu d'un pot d'admission (3) et d'un pot d'échappement (4), et formé d'une enceinte séparée en trois compartiments (20,21,22) dont l'un (20) est relié audit pot d'admission (3), dont un deuxième (21) est relié audit pot d'échappement (4) et forme chambre de détente des gaz de combustion, le troisième compartiment (22), interposé entre les deux autres, comportant un système echangeur thermique (51) et un ensemble brûleur (50) relié audit pot d'échappement (4) par ledit système échangeur thermique (51) plongé dans l'eau à réchauffer, et constitué d'une pluralité de conduits (49) disposés en hélice axialement à l'ensemble brûleur-échangeur en entourant un prolongement (54) de ladite chambre de détente (21), caractérisée en ce que ledit premier compartiment (20) forme chambre dite de découplage et communique avec une chambre d'admission (26) munie d'un dispositif de démarrage (36), par l'intermédiaire d'une valve d'admission (25) à clapet annulaire (29), en ce que ladite chambre d'admission (26) débouche dans une chambre de combustion constituée d'une chambre dite d'explosion (27) ouverte à son extrémité opposée à la chambre d'admission (26), d'une structure ajourée (44) de rigidification et anti-vibratoire fixée à l'extrémité ouverte de ladite chambre d'explosion, d'une chambre dite d'expansion (28) agencée dans le prolongement de la chambre d'explosion (27) et définie par une enveloppe (46) prolongée par une partie (45) à distance de l'enveloppe (42,43) de la chambre d'explosion (27) et en ce que ladite pluralité de conduits (49) relie la chambre d'expansion (28) à ladite chambre de détente (21).
  2. Chaudière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre d'admission (26) est traversée axialement par une tige (35) portant une bougie d'allumage (36) et se prolongeant dans la chambre d'explosion (27) par une collerette (40) située à distance de l'extrémité de la chambre d'admission (26) et assurant les triples fonctions de : constitution d'un point chaud d'inflammation du mélange combustible, établissement d'un écoulement optimal des flux gazeux, constitution d'un écran anti-remontée d'explosion vers la chambre d'admission (26).
  3. Chaudière suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre d'explosion (27) prolongeant la chambre d'admission (26) a une forme de tulipe coaxiale à cette dernière et son orifice de sortie circulaire est munie de ladite structure ajourée (44).
  4. Chaudière suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ladite structure ajourée (44) a la forme d'une grille, résille ou analogue.
  5. Chaudière suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'enveloppe (45,46) de la chambre dite d'expansion (28) a une forme de tulipe en parallèle avec l'enveloppe (42,43) de ladite chambre d'explosion (27).
  6. Chaudière suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la paroi d'extrémité (47) de la chambre d'expansion (28) étant disposée sensiblement parallèlement au plan de ladite structure ajourée (44) et étant bombée vers l'extérieur et percée d'orifices (48) de communication avec lesdits conduits d'échange thermique (49).
  7. Chaudière suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les orifices (48) de communication desdits conduits (49) sont régulièrement distribués près de la périphérie de ladite paroi d'extrémité (47) de la chambre d'expansion (28).
  8. Chaudière suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les tronçons de départ (52) des conduits (49) sont sensiblement dirigés vers le centre de la chambre d'explosion (27).
  9. Chaudière suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la valve d'admission (25) comporte au moins un dispositif (55) d'amortissement élastique de la plaque (31) faisant office de siège pour le clapet d'admission (29), interposé entre ladite plaque (31) et le support (33) de cette dernière.
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