FR2647192A1 - Chauffe-eau - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour le chauffage d'un liquide, notamment des chauffe-eau, de préférence chauffe-eau instantanés, chauffe-eau à circulation, chaudières à gaz ou chauffe-eau à accumulation avec un brûleur et un échangeur de chaleur se composant d'au moins deux unités en série suivant le sens d'écoulement des gaz de combustion, la première unité d'échangeur de chaleur 12, soit celle qui est la plus proche du brûleur et en aval des becs de celui-ci, se trouvant directement dans la zone de combustion où elle capte une quantité de chaleur s'élevant à 5 jusqu'à 50 % du flux total de chaleur. Ce prélèvement direct de chaleur sert à l'optimisation du processus de combustion. Le reste de l'énergie thermique est exploité dans la deuxième unité d'échangeur de chaleur 11.

Description

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La présente invention coocerne un chauffe-eau, donc notam-

ment un chauffe-eau instantané, chauffe-eau à circulation, une chaudière à gaz ou un chauffe-eau à accumulation avec un brûleur et un échangeur de chaleur se composant d'au moins deux unités en série suivant le sens d'écoulement des gaz de combustion, la première, soit celle qui est la plus proche du brûleur et en aval des becs de celui-ci, se trouvant directement dans la zone de combustion o elle

capte une quantité déterminée de chaleur.

Un connaUt un tel chauffe-eau du brevet EP-OS 315 579.

Dans ce cas, il y va de combiner un tube de refroidisse-

ment avec un brûleur à gaz atmosphérique pour refroidir ainsi le brûleur d'un tel chauffe-eau. Ce sont notamment

les becs à gaz et la zone de combustion qui sont refroi-

dis, les tubes de refroidissement étant disposés entre les becs réunis par groupes distants entre eux pour éviter de

gêner les flammes et pour approcher ces tubes le plus pos-

sible de la partie chaude de ces flammes.

La pratique a montrer que ce but ne peut pas être atteint

avec le dispositif de refroidissement ci-dessus.

De plus, vu l'état de la technique, il est décrit un dis-

positif de sécurité qui en cas de nécessité, par exemple en cas de dépassement d'une température limite ou d'une vitesse d'écoulement trop basse du fluide dans le tube de refroidissement, arrête le brûleur et son alimentation

en combustible pour éviter des dégâts par surchauffe.

Vis-à-vis de cet état de la technique, la présente inven-

tion a pour but de faire prélever dans la zone de combus-

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tion d'un chauffe-eau directement et de façon active une

quantité de chaleur par l'action de la première unité d'é-

changeur de chaleur pour optimiser la combustion et écono-

miser de l'énergie tout en stabilisant la flamme et en in-

tensifiant la combustion de sorte à réduire sensiblement

la formation d'oxyde azotique et d'oxyde de carbone.

Ce tut est atteint, conformément à l'invention, par ce que lte premier échangeur de chaleur prélève 5 à 50% du flux total de chaleur dans la zone de combustion, le reste de

l'énergie contenu dans les gaz de combustion étant exploi-

té dans le deuxième échangeur de chaleur.

Ainsi, la température des flammes est fortement réduite

de sorte que la formation d'oxydes azotiques par effet ther-

mique est pratiquement supprimée. L'échangeur de chaleur

étant placé directement dans les flammes, celles-ci peu-

vent envelopper les parties essentielles dudit échangeur

de sorte qu'il agit comme obstacle produisant un effet sta-

hilisateur sur les flammes. D'autre part, la combustion se. poursuit, les flammes continuant à brûler au-delà des Ié'ments du premier échangeur de chaleur. En conséquence,

la formation de monoxyde de carbone se manifestant norma-

lement en cas de refroidissement avec les moyens connus,

peut fortement être empêchée. De plus, il y a une combus-

tion complète des gaz de combustion.

IWS organes appropriés contrôlent et/ou règlent la marche

u chauffe-eau.

Un perfectionnement résulte de ce que la première unité d'échangeur de chaleur a une forme, des dimensions et une position telles qu'elle agit comme obstacle améliorant la $tebilité des flammes du brûleur et contribuant ainsi à

i.iFensifier la combustion.

-3- Un autre perfectionnement est obtenu par ce que les deux unités d'échangeur de chaleur sont dotées d'un dispositif

commun contrôlant leur fonctionnement.

Un autre perfectionnement consiste en ce que l'unité d'é-

changeur de chaleur disposée dans la zone de combustion -

est munie d'un dispositif de contrôle séparé.

Un autre perfectionnement est obtenu par ce qu'il est pré-

vu un dispositif contrôlant le débit d'agent réfrigérant.

Un autre perfectionnement résulte de ce que le débit est

mesuré thermiquement par un organe contrôlant les diffé-

rences de température, ou par un organe mesurant le débidt

ou par une dilatation linéaire, ou par un corps de dila-

tation ou par une différence de pression du fluide circu-

lant dans l'échangeur.

Un autre perfectionnement consiste en ce que l'unité d'.-

changeur de chaleur disposée à proximité immédiate des flam-

mes, a la forme d'un tube, d'une barre, d'une grille ou

d'un tamis.

Un autre perfectionnement est obtenu par ce que l'unité d'échangeur de chaleur disposée à proximité immédiate Ads flammes, est formée par un corps traversé par un agent r&

frigérant et dont la chaleur est prélevée par convection.

Un autre perfectionnement est donné par ce que l'unité d' échangeur de chaleur disposée à proximité immédiate des

flammes, occupe une position réglable.

Un autre perfectionnement résulte de ce que l'unité dt4-

changeur de chaleur disposée à proximité immédiate des fIl&-

mes, est fixée dans une position optimale.

Un autre perfectionnement est obtenu par ce que l'unité d'échangeur de chaleur disposée à proximité immédiate des flammes, est mise manuellement dans une position optimale

et y est fixée.

Un autre perfectionnement est donné par ce que l'unité d' échangeur de chaleur disposée à proximité immédiate des flammes, est mise dans une position optimale moyennant des dispositifs de réglage appropriés tels que des éléments

à bilame.

Un autre perfectionnement est donné par ce que la quanti-

té de chaleur prélevée directement sur les flammes par 1'

unité d'échangeur de chaleur disposée à proximité immédia-

te de ces flammes, est réglée par des dispositifs appro-

priés. Un autre perfectionnement résulte de ce que les gradients

dans le temps des différences de température sont appli-

qués à un dispositif contrôlant le débit de l'agent réfri-

gérant.

Un autre perfectionnement consiste en ce que la voie d'é-

coulement de l'agent réfrigérant comporte un dispositif

réglant la température de l'agent à un niveau déterminé.

Un autre perfectionnement est obtenu par ce qu'il est pré-

vu un dispositif de réglage à commande manuelle, hydrauli-

que, thermique ou électrique.

Un autre perfectionnement résulte de ce que le dispositif de réglage est conçu de sorte que la plage de réglage pour la température de l'agent réfrigérant se situe entre une limite inférieure fixée par le début de condensation sur la paroi extérieure de l'unité d'échangeur de chaleur, et

une limite supérieure correspondant au début de vaporisa-

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tion de l'agent.

Un autre perfectionnement est donnée par ce que le dispo-

sitif de réglage est conçu pour le réglage du débit de l' agent réfrigérant dans la première unité d'échangeur de chaleur. Un autre perfectionnement consiste en ce que le conduit de retour et le conduit d'alimentation du circuit d'eau sanitaire sont munis chacun d'un branchement relié par l'

intermédiaire d'une valve mélangeuse comportant un orga-

ne de réglage thermique, à un tube d'agent réfrigérant cons-

tituant la première unité d'échangeur de chaleur, tube bran-

ché par son autre extrémité sur le conduit de retour.

Un autre perfectionnement est donné par ce que l'organe assurant le réglage de la valve mélangeuse comporte un corps de dilatation thermique ou un distributeur commandé par

effet thermique.

Un autre perfectionnement résulte de ce qu'un circuit d' agent réfrigérant partant du conduit de retour comporte une valve genre robinet thermostatique qui règle le débit

de l'agent en sorte que la vitesse d'écoulement dudit a-

gent soit réduite si la température est inférieure à une

consigne préréglée.

Un autre perfectionnement est obtenu par ce qu'il est pré-

vu un circuit d'agent réfrigérant séparé.

Un autre perfectionnement est donné par ce que le circuit d'agent réfrigérant est branché sur le conduit de retour

du circuit d'eau sanitaire par l'intermédiaire d'un élé-

ment échangeur de chaleur.

Un autre perfectionnement consiste en ce que le circuit

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d'eau sanitaire et le circuit d'agent réfrigérant sont mu-

nis chacun d'une pompe de circulation, ces pompes étant

reliées entre elles par un essieu commun ou un accouple-

ment magnétique.

Un autre perfectionnement résulte de ce qu'il est prévu un tuyau égalisateur de pression reliant le circuit d'eau

sanitaire au circuit d'agent réfrigérant.

Un autre perfectionnement est donné par ce que le bout du tube o sort le mélange air/combustible est courbé en forme

de faucille.

Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après plus en détail avec les figures des dessins à 1' appui, qui montrent: Fig. 1, une vue schématique d'un chauffe-eau à circulation;

Fig. la, un exemple de réalisation pour l'assemblage méca-

nique d'unités d'échangeur de chaleur avec le brûleur; Fig. 2, une vue schématique d'un chauffe-eau instantané; Fig. 3, une vue schématique d'une chaudière;

Fig. 3a, un exemple de réalisation pour l'assemblage méca-

nique d'unités d'échangeur de chaleur; Fig. 4, une vue schématique d'un brûleur ou d'une chaudière;

Fig. 4a, un exemple de réalisation pour l'assemblage mé-

canique d'une unité d'échangeur de chaleur avec des poches d'eau; Fig. 5, une vue schématique d'un brûleur ou d'une chaudière; -7 - Fig. 6, une vue schématique d'un chauffe-eau à accumulation; Fig. 7 à 19, des montages hydrauliques; Fig. 20a à 22, différents exemples de réalisation pour le

réglage de la distance entre une unité d'échangeur de cha-

leur et un brûleur, respectivement pour le positionnement des unités d'échangeur de chaleur vis-à-vis des flammes du brûleur;

Fig. 23a à d, des exemples de réalisation pour le contrô-

le et/ou le réglage de la quantité de chaleur prélevée di-

rectement dans la zone de combustion au moyen d'unités d'é- -

changeur de chaleur et de déviations de l'eau de circula-

tion; Fig. 24, un exemple de réalisation pour le refroidissement direct, contrôlé des flammes, assisté par microprocesseur; Fig. 25 à 33, différents exemples de réalisation pour le réglage ou l'asservissement du circuit d'agent réfrigérant;

Fig. 34a, une représentation schématique du contour de flam-

me sortant d'une conduite d'alimentation en combustible courbe et Fig. 34b comme fig. 34a, mais avec débit de combustible accru. Un chauffe-eau à circulation 1 comprend une enveloppe 2 en tôle ou similaire à l'intérieur de laquelle est prévue

une chambre de combustion 3 avec un brûleur à mélange pré-

alable 4 alimenté en gaz naturel par une conduite 6 munie

d'une valve régulatrice à action proportionnelle 5. Le brû-

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leur pourrait tout aussi bien être alimenté en gaz liqué-

fié ou gaz de ville. La valve 5 est actionnée par un ser-

vomoteur 7 qui est rélié à un régulateur 9 par une ligne 8.

Au-dessus du brûleur est prévu un échangeur de chaleur 10 qui se compose de deux unités 11 et 12. Ces deux unités peuvent être constituées de tubes en cuivre à lamelles ou

de tubes en acier à lamelles, ou d'une combinaison des deux.

On pourrait aussi utiliser de l'aluminium ou ses alliages.

En cas d'utilisation dans une chaudière, l'unité d'échan-

geur de chaleur 11 serait faite d'éléments démontables en

fonte ou de tôles d'acier, l'unité 12, de tubes munis éven-

tuellement d'ailettes o circulerait l'eau de refroidis-

sement. Dans une chaudière, il serait également possible d'utiliser des unités d'échangeur de chaleur en aluminium

coulé, étiré ou embouti. La chambre de combustion est mu-

nie en bas d'une entrée d'air 13, et en haut d'un échap-

pement 14.

Le chauffe-eau 1 sert à l'alimentation d'une installation de chauffage de locaux 15 et/ou d'un accumulateur d'eau sanitaire non représenté. De l'installation de chauffage

part un conduit de retour 17 muni d'une pompe de cir-

culation 16 et se terminant à l'unité d'échangeur de cha-

leur 11. De l'unité 11 part un tuyau d'alimentation 19 é-

quipé d'une sonde thermométrique 18. Cette sonde est re-

liée par une ligne 20 au régulateur 9 qui est relié d'au-

tre part, par la ligne 22, au moteur d'entraînement 21 de

la pompe 16. Il est prévu une sonde thermométrique d'ex-

térieur 23 qui envoie ses valeurs de mesure par une ligne

24 au régulateur 9. Entre la sortie de la pompe de circu-

lation 16 et l'entrée du conduit de retour 1t dans l'uni-

té 11, il est prévu le branchement 25 d'un tube 26 reliant l'unité 12 au conduit de retour et o est incorporée une sonde thermométrique 27 qui est reliée au régulateur 9 par une ligne 28. De l'autre côté, l'unité 12 est raccordée par le même tube 26 au branchement 29 prévu dans le tuyau

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d'alimentation 19 entre la sonde thermométrique 18 et la sortie de l'unité d'échangeur de chaleur 11. Dans cette partie, le tube 26 est doté d'une sonde thermométrique 30 et d'un débitmètre 31, qui tous deux sont reliés par les

lignes 32 respectivement 33 au régulateur 9.

En service, une multitude de flammes 34 sortent du brû-

leur 4, qui peut d'ailleurs aussi être un brûleur à pul-

vérisation, soit sous forme de flammes individuelles plus

ou moins hautes, soit sous forme d'une nappe. Si le brû-

leur 4 comporte une multitude de rampes parallèles, il pro-

duit des flammes individuelles plus ou moins hautes, s'il

est fait par exemple d'un diaphragme céramique, ces flam-

mes se confondent dans une nappe étendue.

Quoi qu'il en soit, l'unité d'échangeur de chaleur 12 com-

posée d'un tube ou de plusieurs tubes ou d'un réseau de

tubes, est disposée en sorte qu'il se trouve dans la zo-

ne de combustion des flammes 34 ou en contact avec le dia-

phragme ou similaire pour capter la chaleur. De préféren-

ce, elle est disposée de sorte que les tubes se trouvent dans la partie centrale des flammes qui enveloppent ainsi

totalement les éléments de l'unité.

Les sections des tronçons de tube 26 et des tuyaux 17/19

traversant l'unité d'échangeur de chaleur 11 sont dimen-

sionnées de sorte que par l'unité 12 une quantité de cha-

leur est prélevée dans la zone de combustion, s'élevant à 5 jusqu'à 50% de la chaleur totale récupérée par les deux unités d'échangeur de chaleur. On peut prévoir des moyens permettant un réglage de cette quantité de chaleur, par exemple à l'aide d'une pompe de circulation et/ou d'une

restriction réglable, montées dans le tronçon de tube 26.

Cet aspect fera encore l'objet de considérations ultérieu-

res relatives aux fig. 23a à d. Le cas échéant, la section de cette restriction peut être réglable. Par la façon de

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disposer les deux sondes thermométriques 27 et 30 en com-

binaison avec le débitmètre 31, il est possible de mesurer

la quantité de chaleur prélevée par l'unité 12.

L'exemple de réalisation, objet de la fig. 2, concerne un

chauffe-eau instantané 40 avec l'enveloppe en tôle 2 repré-

sentée à la fig. 1 et abritant la chambre de combustion 3 avec le brûleur à gaz à mélange préalable 4 alimenté en

gaz par la conduite 6, par l'intermédiaire de la valve 5.

La valve 5 est actionnée par un servomoteur 7, soit un ré-

gulateur d'admission de gaz, incorporé dans un tuyau de prise d'eau 41. Ce régulateur fonctionne en sorte que la valve 5 est ouverte en fonction du débit d'eau froide. Il serait aussi possible de faire régler de plus l'ouverture de ladite valve en fonction de la température de sortie

de l'eau chaude.

Le tuyau d'eau 41 aboutit d'abord à un dispositif de régla-

ge en hauteur 42, passe ensuite à travers l'unité d'échan-

geur de chaleur 12 pour arriver à un deuxième dispositif

de réglage en hauteur 43 et finalement à une sonde thermo-

métrique 44 du type capillaire, reliée à un servomoteur

46 permettant de régler la hauteur à l'aide des disposi-

tifs 42 et 43. Le raccordement de l'unité d'échangeur de

chaleur 11 est fait par la conduite 47.

Contrairement à l'exemple de réalisation suivant la fig. 1, o les deux unités 11 et 12 sont montées hydrauliquement en parallèle, elles se trouvent ici en série. L'unité d' échangeur de chaleur 12 installée au niveau de la zone de

combustion, fait partie du retour, plus froid, ou de l'ar-

rivée d'eau froide. C'est de l'unité 11 que part le tuyau de prise d'eau chaude 49 qui comporte un robinet 48. Quant à la position et à l'effet de l'unité 12 par rapport aux flammes du brûleur 4, les considérations relatives à la fig. 1 s'y appliquent en principe également, plus l'effet suivant: En fonction de la température de l'eau dans la conduite 49,

la position de l'unité 12 peut être variée. Le positionne-

ment est réalisé suivant le principe que plus les flammes

sont grandes, c'est-à-dire que plus la puissance du brû-

leur est élevée, plus la distance entre l'unité 12 et le

brûleur 4 est grande.

Suivant les fig. 20a et b, des pièces bimétalliques 102 sont prévues qui sont léchées par les flammes et agissent en conséquence sur la position de l'unité 12 en fonction

de la charge du brûleur. Ces pièces peuvent être des la-

melles ou des spirales ou peuvent avoir une autre forme.

Suivant la fig. 22, la position de l'unité 12 peut être

réglée par un servomoteur électromagnétique 103 en fonc-

tion d'un signal émis par une sonde thermométrique 104.

Mais il serait aussi possible de faire varier la position de l'unité d'échangeur de chaleur en fonction du débit de

gaz. A cet effet, la ligne 45 devrait être reliée au ré-

gulateur d'admission de gaz 7, ou il faudrait contrôler l'ouverture de la valve 5. Dans cet exemple de réalisation aussi, le principe devrait être le même, à savoir que la distance entre l'unité 12 et le brûleur 4 devrait suivre

la hauteur des flammes pour en refroidir la partie centra-

le la plus chaude.

Au cas o la charge du chauffe-eau instantané de la fig. 2 serait fixe, il suffit de régler une fois pour toutes la

distance entre l'unité 12 et le brûleur 4, de façon opti-

male, et de ne plus y toucher par la suite.

Un exemple de réalisation s'y rapportant fait l'objet de la fig. la. L'unité 12 est fixée au brûleur 4 au moyen de

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vis 101 permettant de régler manuellement la distance de

façon optimale.

La fixation de l'unité d'échangeur de chaleur 12 est réa-

lisée de la façon suivante: Tout d'abord, l'unité 12 peut être fixée aussi bien à la chambre de combustion qu'au brûleur 4, voire à l'unité d'échangeur de chaleur 11, la chambre de combustion étant

équivalente à l'enveloppe 2. Ces modes de fixation ressor-

tent des fig. 3a et 4a. D'autre part, il est aussi possi-

ble de réaliser l'unité 12 de façon particulièrement ri-

gide pouvant ainsi servir au montage ou comme support du brûleur 4. Làaussi, la distance entre le brûleur et l'unité

d'échangeur de chaleur 12 est de préférence réglable.

Pour faire varier la distance entre l'unité 12 et le brû-

leur 4, on peut se servir de sondes bimétalliques, écar-

teurs, sondes thermométriques à tubes capillaires, capteurs

thermométriques ou corps de dilatation.

Un autre exemple de réalisation ressort de la fig. 21. Dans ce cas, l'unité d'échangeur de chaleur 12 a une section elliptique. La réalisation préférée suivant la fig. 21 est

caractérisée par la disposition en couple des unités 12.

* La distance entre ces unités et le brûleur 4 est de pré-

férence réglée fixe à l'avance, les unités 12 pouvant chan-

ger de position vis-à-vis des flammes 34 par rotation au-

tour d'un axe 105. La rotation des unités 12 peut être com-

mandée par exemple par des pièces bimétalliques 102 ou à l'aide de vis de réglage. Une autre possibilité consiste dans l'utilisation d'organes remplis de matière dilatable, qui réagissent sur des variations de température par une

dilatation linéaire qui commande les unités 12 par l'in-

termédiaire de pistons ou de tringlages.

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D'une façon générale, la pression du gaz, le débit d'eau ou la température de sortie de l'eau peuvent aussi servir

de grandeur pilote pour le positionnement de l'unité d'é-

changeur de chaleur 12. De plus, il serait possible d'uti-

liser la pressiOn de gaz réglée pour le brûleur ou la

pression de l'eau ou de la pompe pour faire varier la dis-

tance sus-mentionnée.

L'exemple de réalisation suivant les fig. 3 et 4 concer-

ne une chaudière en fonte servant à l'alimentation d'une

installation de chauffage et équipée du système de refroi-

dissement conformément à l'invention. La chaudière en fon-

te 50 de la fig. 3 comprend un carter 51, les deux unités d'échangeur de chaleur 11 et 12, le brûleur 4 disposé

dessous, l'entrée d'air 13 et l'échappement 14. L'échan-

geur de chaleur 10 se composant des unités 11 et 12, est

branché sur le conduit de retour 17 et le tuyau d'alimen-

tation 19. La particularité de cet exemple de réalisation

réside en ce que l'unité 12 a la forme d'un peigne de sor-

te que différents éléments conducteurs 52 pénètrent com-

me les dents du peigne, partant du boîtier 53 d'une poche

d'eau 54, dans la zone de combustion 55 au-dessus du brû-

leur 4. Les éléments 52 peuvent être remplis d'un agent réfrigérant ou non. Ils peuvent être conçus en forme de barres métalliques ou d'organes dits "heat-pipes". Comme matériaux, on peut utiliser des céramiques, notamment des céramiques spéciaux de haute conductibilité thermique. De

préférence, les éléments 52 sont logées par l'une des ex-

trémités dans des poches d'eau. Un telle construction se recommande notamment pour les chauffe-eau dont le circuit d'eau doit marcher sans énergie mécanique, c'est-à-dire sans des pompes de circulation. Ce qui importe c'est que à 50% de la chaleur produite par le brûleur 4 soient éva-

cués de la zone de combustion, par exemple vers le conte-

nu de la poche d'eau 54 suivant l'exemple de réalisation des fig. 3 et 4. De là, la chaleur est transportée vers

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l'échangeur de chaleur 11 ou transmise à l'eau circulant dans les conduits 17 et 19, cette eau pouvant traverser

la poche d'eau. A noter que, pour cet exemple de réalisa-

tion, les éléments 52 peuvent aussi être conçus comme ta-

mis, à profil creux ou profil plein, voire sous forme de réseau. ir est aussi possible de concevoir une combinaison aussi bien de corps conducteurs de chaleur assurant l'évacuation de chaleur par exemple à l'aide d'un fluide, que d'éléments

conducteurs, et ce indépendamment des exemples de réali-

sation suivant les fig. 1 à 6. D'une façon générale, les

organes mentionnés pour un exemple de réalisation et ser-

vant au positionnement, au réglage du débit, au contrôle, à la conception et au réglage de la distance, sont aussi

uklisables sur les autres exemples.

Pour surveiller la quantité de chaleur prélevée, une son-

de thermométrique est adjointe aux éléments conducteurs de chaleur 52, soit un thermocouple, une thermistance ou un organe à dilatation. On pourrait notamment mesurer la diItabtion de ces éléments et corriger la position de l'

Uv;1 d'échangeur de chaleur ou le débit de gaz ou de com-

busbible selon qu'une valeur limite préréglée est dépas-

sée ou n'est pas atteinte. En même temps, ce critère pour-

rait aussi commander un arrêt en cas de danger.

D'ailleurs, il serait aussi possible d'utiliser au lieu

de gaz, comme décrit jusqu'ici, du mazout.

Pour ce qui est des matériaux pour les tubes de refroidis-

sement o circule un agent réfrigérant, ou les éléments conducteurs de chaleur, on peut employer toute sorte de

métaux ainsi que des céramiques ou du verre.

L'exemple de réalisation suivant la fig. 5 concerne l'uni-

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té d'échangeur de chaleur 12 pour un chauffe-eau instanta-

né ou une chaudière sous une forme variée. Cette unité com-

prend un tube d'entrée 60 et un tube de sortie 61 branchés

sur un collecteur de retour 62 et un collecteur d'alimenta-

tion 63. Entre les deux collecteurs s'étendent plusieurs

tronçons de tube 64 parallèles ayant une section relative-

ment grande, et des tronçons de tube 65 avec une section

relativement faible en comparaison avec les autres tron-

çons, les tronçons 65 se trouvant dans la zone la plus chau-

de des deux brûleurs représentés. S'il y a une multitude de brûleurs, il pourrait suffir de prévoir un tronçon de tube 65, à faible section, pour un brûleur. Cette construction a l'effet suivant:

Le ou les tronçons de tube aux sections faibles sont con-

trôlés en ce qui concerne leur débit, par exemple par me-

sure de la différence de pression ou à l'aide d'un débit-

mètre ou par mesure de l'augmentation de température. Si ce débit est insuffisant, il faut ou réduire la puissance du brûleur ou l'arrêter, le refroidissement de la zone

de combustion du brûleur étant insuffisant. Un tel contrô-

le permet de plus de relever un début de colmatage par dé-

pôts calcaires et de faire faire le nécessaire en conSe-

quence. En cas de mise en parallèle, il est possible de contrôler le débit d'un seul ou de plusieurs tronçons de

tube. En cas de montage en série des tubes de refroidis-

sement de l'unité d'échangeur de chaleur 12, le contrôle

du débit total est possible et indiqué en un point. Ce con-

trôle peut aussi être fait par mesure de la différence de pression ou à l'aide d'un débitmètre ou par mesure de l'

augmentation de température. La dilatation linéaire men-

tionnée déjà pour un exemple de réalisation peut être uti-

lisée pour actionner un micro-contact. En cas de contrôle de la pression hydraulique, il peut être indiqué de prévoir un contact à membrane, si les différences de pression sont assez faibles. Si le débit est contrôlé par mesure d'une

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différence de température, il est indiqué d'utiliser des

résistances CTP ou CTN incorporées dans un montage élec-

tronique. Que ce soit un chauffe-eau instantané ou à circulation, une chaudière ou un chauffe-eau à accumulation, la question se pose de savoir qu'elle est l'utilisation de la chaleur

prélevée par l'unité d'échangeur de chaleur 12.

Comme déjà mentionné, la chaleur prélevée dans la zone de combustion par l'unité 12 peut profiter au chauffage de

l'eau à chauffer. Mais il est aussi possible de relier ther- miquement les tubes et barres de cette unité à l'envelop-

pe 2 de sorte que la chaleur soit transmise à la chemise

de la chambre de combustion. De là, la chaleur peut par-

venir à l'autre unité d'échangeur de chaleur 11 et contri-

buer au chauffage de l'eau. De plus il est possible de chauf-

fer au lieu de l'unité 12 le brûleur 4.

Il est d'ailleurs aussi possible de faire circuler dans l'unité 12 non seulement l'eau à chauffer, mais un autre

fluide calorifère tel que l'air ambiant. Sur un chauffe-

eau à accumulation, il serait ainsi possible de chauffer l'eau au moyen de l'unité d'échangeur de chaleur 11, et

l'air pour un local quelconque, au moyen de l'unité 12.

De plus, on pourrait faire préchauffer le gaz ou l'air d'a-

limentation du brûleur par l'unité 12. Finalement, on pour-

rait penser à faire circuler les gaz de combustion en tout ou en partie, disponibles à l'échappement 14, à travers

l'unité 12 pour faire augmenter leur température pour pa-

rer à tout encrassement de la cheminée. Ou il serait pos-

sible d'additionner le flux de gaz de combustion, à l'é-

chappement 14, d'air préchauffé dans l'unité d'échangeur

de chaleur 12.

La fig. 6 montre un autre exemple de réalisation, soit un

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chauffe-eau à accumulation 70 avec un corps cylindrique 71 constitué par une enveloppe 72, un couvercle 73 et un

fond 74. L'intérieur du chauffe-eau est occupé par un tu-

be à fumée 75 qui part d'une chambre de combustion 76, vers

le haut, pour se terminer à l'échappement 14 par l'inter-

médiaire d'un antiretour de fumée 77. Dans l'entrée d'air

13 est logé le tube 6 alimentant le brûleur à mélange pré-

alable 4. Dans la zone de combustion du brûleur 4 est dis-

posée l'unité d'échangeur de chaleur 12, le tube à fumée tenant lieu de l'unité 11. L'unité 12 communique par

des tuyaux 78 et 79 avec un réchauffeur d'air 80 en cir-

cuit non forcé, dans lequel l'air arrive par en bas pour

en ressortir rechauffé par 81 à destination d'un local.

S'il le faut, l'un des tuyaux 78 ou 79 peut être doté d' une pompe de circulation. Dans cet exemple de réalisation,

il n'y a pas de contrôle de débit pour l'unité 12. Le ré-

chauffeur d'air 80 peut d'ailleurs faire partie du chauffe-

eau 70 ou d'un chauffe-eau instantané semblable à celui

de la fig. 2. A ce propos, on pourrait utiliser par exem-

ple l'enveloppe, la paroi arrière ou d'autres composants

de l'appareil comme unité d'échangeur de chaleur. Le ré-

chauffeur d'air pourrait aussi être incorporé dans un chauf-

fe-eau à circulation ou une chaudière.

Si une chaudière est par exemple équipée d'un brûleur à mazout, il est possible de faire préchauffer le mazout par l'unité 12 avant de l'envoyer au brûleur à pulvérisation mécanique. Il serait aussi possible de faire circuler dans l'unité 12 un autre liquide que le mazout destiné à la combustion ou l'eau à chauffer. Ce liquide pourrait être par exemple un

agent frigorifique utilisé dans un circuit de thermopom-

pe, c'est-à-dire que l'unité d'échangeur de chaleur 12 pour-

rait faire fonction d'évaporateur d'une thermopompe.

- 18 - 2647192

En cas d'utilisation de l'invention dans un chauffe-eau

à circulation ou une chaudière, il serait possible de sé-

parer entre eux les circuits des deux unités 11 et 12, et de les combiner avec des utilisateurs différents. De plus,

il serait possible d'employer à ce propos des agents ca-

lorifères différents. D'une façon générale, il serait aus-

si possible d'incorporer l'unité d'échangeur de chaleur

12, indépendamment de l'exemple d'utilisation, dans un cir-

cuit d'échangeur de chaleur séparé et de faire chauffer l'eau par un échangeur de chaleur intermédiaire utilisant aussi un autre agent calorifère que l'eau. Dans l'exemple

de réalisation suivant la fig. 1, il serait alors néces-

saire de couper les tronçons 26 des branchements 25 et 29

et de les relier à un échangeur de chaleur séparé qui par-

ticipe à l'échange de chaleur avec le courant d'eau sani-

taire. Il est aussi possible de faire bouillir l'agent ré-

frigérant circulant dans l'unité 12 ou d'utiliser une va-

peur comme tel agent.

Pour aider le circuit non forcé de l'agent réfrigérant,

il est possible d'incliner les tubes de l'unité 12.

Les fig. 7 à 19 montrent différents modes de branchement hydraulique des deux unités d'échangeur de chaleur 11 et 12. Quant aux fig. 7 à 11, il s'agit ou d'un chauffe-eau instantané, soit un appareil ressemblant à la fig. 2, ou d'une chaudière à circuit non forcé semblable aux fig. 3

à 5. Ce qui importe pour ce groupe d'exemples de réalisa-

tion, c'est qu'il n'y a pas d'organe moteur spécial dans

le circuit d'eau.

Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 7, il est prévu sur le conduit 17 du côté retour ou arrivée d'eau froide une restriction 90 en amont et en aval de laquelle

des branchements 91 et 92 servent au raccordement de l'u-

nité 12 par des tuyaux appropriés. Il est ainsi possible,

- 19- 2647192

en jouant sur la restriction 90, de faire circuler une par-

tie plus ou moins grande de l'eau à travers l'unité 12.

Cette quantité d'eau peut être contrôlée par mesure du dé-

bit ou de la température, comme déjà décrit. La fig. 8 pré-

sente une variante de la fig. 7. Dans ce cas, la restric-

tion 90 et les branchements 91 et 92 sont prévus sur le tuyau d'alimentation 19 ou de prise d'eau. Ce montage peut être indiqué s'il s'agit d'éviter la formation d'eau de

condensation sur l'unité 12.

Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 9, il s'a-

git d'un montage semblable à celui de la fig. 1, mais non

pour un chauffe-eau à circulation, mais un chauffe-eau ins-

tantané ou une installation de chauffage à thermosiphon.

L'essentiel est que les deux unités d'échangeur de chaleur

11 et 12 font partie de conduits parcourus en parallèle.

Quant au conduit 6, on peut mentionner qu'il peut être un

pur conduit de gaz ou peut canaliser un mélange d'air pri-

maire et de gaz, ce qui est d'ailleurs valable pour tous

les exemples de réalisation.

Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 10, les uni-

tés 11 et 12 sont hydrauliquement en série de sorte que

l'eau sanitaire circule en totalité à travers ces deux uni-

tés. Les exemples de réalisation suivant les fig. 12 à 19 sont

destinés à des chauffe-eau à circulation ou des chaudiè-

res avec pompe de circulation. Le montage suivant la fig. 1'2 correspond à celui de la fig. 1, mais sans contrôle du débit ou de la température. Le montage suivant la fig. 13 comprend de nouveau la restriction 90 avec, en série, les branchements 91 et 92, une partie de l'eau étant déviée sur l'unité d'échangeur de chaleur 12. Dans l'exemple de

réalisation suivant la fig. 14, la restriction et les bran-

chements sont prévus sur le tuyau de départ 19, et non sur

- 20 - 2647192

le conduit de retour 17 comme à la fig. 13.

L'exemple de réalisation suivant la fig. 15 comprend deux circuitshydrauliques: la tubulure de refoulement de la pompe de circulation 16 est raccordée à un branchement 93,

sa tubulure de retour, à un branchement 94. De ces bran-

chements 93 et 94 partent des conduits de raccordement pour l'unité 12, l'unité 11 étant raccordée en parallèle par l'installation de chauffage 15. L'avantage de ce montage réside en ce que toute la différence de pression du fait

de la pompe de circulation se manifeste au niveau de l'u-

nité 12, ce qui permet de prélever une quantité de chaleur

relativement grande dans la zone de combustion.

Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 16, la pom-

pe de circulation 16 est disposée dans un premier circuit hydraulique 95 formé par les unités d'échangeur de chaleur

11 et 12 et les conduits de raccordement 96 et 97. Des bran-

chéments 98 et 99 partent le tuyau de départ 19 et le con-

duit de retour 17 qui sont reliés à l'installation de chauf-

fage 15. De ce fait, l'eau arrivant à l'unité 12 est à tem-

pérature élevée, à son entrée, ce qui fait diminuer les

risques de condensation.

L'exemple de réalisation suivant la fig. 17 ressemble à celui de la fig. 13 à cette différence que la restriction et les deux branchements 91 et 92 se trouvent en aval de la pompe de circulation, et non en amont comme à la fig. 13. L'exemple de réalisation suivant la fig. 18 ae signale de

nouveau par un montage hydraulique en série des deux uni-

tés d'échangeur de chaleur 11 et 12, cette fois avec l'

installation de chauffage 15.

L'eau refroidie venant des radiateurs passe d'abord dans

- 21 - 2647192

l'unité 12, dans la zone de combustion, et est ensuite chauf-

fée de nouveau dans l'unité 11.

Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 19, l'ordre des unités d'échangeur de chaleur 11 et 12 est inversé de sorte que l'eau de retour, refroidie, est portée d'abord

à une température déterminée dans l'unité 11 avant de pé-

nétrer dans l'unité 12 pour refroidir la zone de combus-

tion. Tous les exemples de réalisation suivant les fig. 7 à 19 ont comme caractéristique commune que le débit à travers l'unité 12 n'est pas contrôlé. Mais un tel contrôle est

toujours possible comme il résulte des exemples de réali-

sation suivant les fig. 1 à 5.

Notamment dans les chauffe-eau instantanés o l'unité 12 est continuellement alimentée en eau fraîche et par là chargée en calcaire, il y a le grand risque d'entartrage

des tubes de l'unité 12.

Ce risque existe évidemment aussi pour les chauffe-eau à circulation et les chaudières. Pour cette raison, il est important que les tubes respectivement les composants de l'unité d'échangeur de chaleur 12 peuvent être démontés pour nettoyage ou remplacement sans qu'il soit nécessaire d'enlever en totalité l'eau dans le circuit ou les agents calorifères. A cet effet, il est indiqué de prévoir, par

exemple pour ce qui est de la fig. 1, des robinets d'ar-

rêt dans les deux tronçons de tube 26. De même, dans l'exem-

ple de réalisation suivant la fig. 2, de tels robinets peu-

vent être prévus, au niveau des organes de réglage 42 et 43, sur les conduits 41 ou 47. Sur les chaudières, un tel montage est possible et indiqué sur les conduits 60 et 61, dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 6, au niveau

des conduits 78 et 79, si possible à proximité de l'enve-

- 22 - 2647192

loppe 71. Il serait possible, là-aussi, d'utiliser des rac-

cords instantanés à fermeture automatique qui, au démonta-

ge des conduits de raccordement, se ferment automatiquement.

S'il est prévu le réglage du débit à travers l'unité 12,

il peut être à commande manuelle (réglage manuel de la sec-

tion d'une restriction) ou hydraulique, thermique ou élec-

trique.

La commande hydraulique pourrait le cas échéant être pré-

vue sur un chauffe-eau instantané, la quantité d'eau sa-

nitaire prélevée devrait être par exemple relevée par le régulateur 7, l'écoulement à travers l'unité d'échangeur de chaleur 12 étant alors réglé en fonction des variations

de débit d'eau sanitaire.

En cas de commande thermique, la température de départ ou celle de l'eau sanitaire pourrait être contrôlée par une sonde thermométrique, et le débit de l'unité 12 pourrait

être augmenté en fonction de l'accroissement de ces tem-

pératures. En cas d'utilisation d'une sonde électrique, le même résultat serait obtenu par voie électrique. Sur

un chauffe-eau à circulation, le moteur de pompe 21 pour-

rait par exemple ainsi être alimenté en conséquence, ce

qui serait également possible sur une chaudière.

Des exemples de réalisation relatifs à la régulation du débit optimal en eau de refroidissement de l'unité 12 font

l'objet des fig. 23a à d.

Suivant la fig. 23a, une sonde thermométrique 104 appli-

que par les lignes 106 un signal à l'électrovalve 107 ré-

glant le débit d'agent réfrigérant de l'unité d'échangeur de chaleur 12 en fonction de la température de départ de

l'installation de chauffage.

- 23 - 2647192

Dans la fig. 23b, l'électrovalve 107 reçoit un signal de

la sonde thermométrique 104 montée dans la chambre de com-

* bustion. Un autre exemple de réalisation ressort de la fig. 23c o la sonde 104 applique un signal à l'électrovalve

107 en fonction de la température des flammes du brûleur.

La fig. 23d concerne une autre variante, le débit de l'u-

nité 12 n'étant pas réglé par une électrovalve, mais par la variation de la vitesse d'une pompe 109, le moteur de

pompe recevant également l'un des signaux précités. A ti-

tre d'exemple, la sonde thermométrique 104 contrôle ici

la température de la chambre de combustion.

Des combinaisons des différentes solutions sont toujours

possibles sans qu'elles soient décrites ici en détail. El-

les ont toutes pour objectif de régler, à l'aide d'une gran-

deur pilote appropriée, le débit en eau de refroidissement de l'unité d'échangeur de chaleur 12 et d'assurer ainsi le prélèvement d'une quantité de chaleur nécessaire pour

optimiser le processus.

Suivant un autre exemple de réalisation, objet de la fig. 24, un microprocesseur 110 reçoit les signaux de sondes thermométriques 104 relevant par exemple les températures d'eau dans le tuyau de départ ou le conduit de retour et/ ou la température dans la chambre de combustion et/ou des

températures sur l'unité d'échangeur de chaleur 12 instal-

lée directement dans la zone de combustion. Le micropro-

cesseur compare certaines de ces températures ou leurs dif-

férences ou les gradients dans le temps des températures ou les gradients des différences de température avec des valeurs de consigne optimales déposées dans une mémoire qui peut être incorporée dans le microprocesseur. L'écart relevé peut servir à la régulation de la quantité de gaz

(charge thermique) ou du débit de l'unité 12 pour le re-

froidissement des flammes ou comme signal appliqué à un dispositif de contrôle de surchauffe/refroidissement, par

- 24 - 2647192

exemple pour commander un arrêt de secours.

L'avantage d'un tel montage réside notamment dans ceci:

grâce à l'exploitation des températures enregistrées di-

rectement dans la zone de combustion, ou de leurs gradients,

il est possible de réaliser un système de régulation ra-

pide pour le processus de combustion.

En amont de l'unité 12 se trouve donc, suivant la fig. 3, la valve 56 qui souffle le gaz mélangé d'air primaire 57,

à partir du conduit 6 dans un tube mélangeur 58 du brû-

leur 4. Ainsi la pression du gaz renforce le débit d'agent réfrigérant (ici mélange gaz/air primaire) à travers les

tubes de l'unité d'échangeur de chaleur 12.

Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 4, il serait possible de choisir les éléments conducteurs de chaleur de telle sorte que le prélèvement de chaleur dans la zone de combustion soit automatiquement varié par suite d'une

variation, en fonction de la température, de la conducti-

bilité thermique des composants de l'unité d'échangeur de

chaleur 12.

Pour ce qui est de la position des barres, tubes ou autres

composants de l'unité 12 par rapport aux différentes flam-

mes du brûleur 4, il importe qu'ils se trouvent de préférence au centre de la flamme ou de la flamme principale ou dans la nappe brûlante de sorte à être complètement enveloppés par la flamme. On pourrait d'ailleurs aussi prévoir le positionnement des éléments sur les flancs du cône intérieur des flammes d'un brûleur à mélange préalable, ou à côté

des flammes ou au-dessus de flammes secondaires.

Sur les chauffe-eau instantanés, à circulation ou à accu-

mulation et les chaudières, les types de brûleur les plus

divers sont utilisés. A côté des caractéristiques essen-

- 25 - 2647192

tielles, à savoir brûleur à pulvérisation mécanique ou à mélange préalable, il faut distinguer, quant aux brûleurs à pulvérisation, entre l'alimentation en mazout et celle en gaz. Pour ce qui est des brûleurs à gaz, on pourrait

aussi utiliser des brûleurs à diffusion. A côté de brû-

leurs à gaz en forme de tubes ou tubes à ailettes, le plus souvent à mélange préalable et alimentés par un injecteur, il existe des brûleurs à diaphragme métallique, céramique ou en fibres métalliques. Parmi les brûleurs tubulaires, il en existe au contour rond ou allongé, ou des brûleurs

en forme de grille se composant de plusieurs rampes paral-

lèles munies dans la plupart des cas de becs, soit des trous

ou des fentes ou les deux, par o sort le mélange combus-

tible. Si l'on prend par exemple un brûleur tubulaire avec un grand nombre de becs en forme de fentes, la disposition des composants de l'unité d'échangeur de chaleur 12 par rapport aux flammes ne pose guère de problèmes. Si un tel

brûleur marche à charge réduite pour réduire sa puissan-

ce, les flammes deviennt plus petites et les zones les plus chaudes des flammes se trouvent déplacées. Il faudrait alors corriger la position de l'unité 12 pour obtenir le même

effet de refroidissement, comme c'est décrit déjà au su-

jet de l'exemple de réalisation suivant la fig. 2. Pour améliorer outre le refroidissement la stabilisation des flammes, il serait aussi possible, au lieu de faire varier la position de l'unité d'échangeur de chaleur, de fermer tels et tels becs pour avoir un débit réduit à travers un nombre réduit de becs, la forme des flammes ne changeant pas. Comme les flammes ne changent pas de forme, l'unité

12 peut rester dans sa position. La fermeture et l'ouver-

ture de différents becs peuvent être commandées par voie thermique, mécanique, électromagnétique ou par moteur, la

grandeur pilote étant le débit de gaz.

- 26 - 2647192

Comme il est important pour l'effet de refroidissement et de stabilisation que l'unité d'échangeur de chaleur 12 soit

lain4enue dans une position déterminée vis-à-vis de la flam-

me il serait possible de prévoir aux becs du brûleur 4 des déflecteurs réglables dirigeant le gaz ou le mélange

combustible sortant.

Au lieu de fermer différents becs, il serait aussi possi-

ble de fermer des parties des brûleurs ou des secteurs de brûleur 4, en charge partielle, et de les rouvrir et fermer successivement.

Cómne déjà mentionné plus haut, les composants de l'uni-

e d'échangeur de chaleur 12 peuvent avoir les formes les plus diverses, soit des barres, tubes, grilles et tamis

avec les sections les plus diverses, à savoir ronde, co-

nique, prismatique ou elliptique.

Si le brûleur 4 se compose de différents secteurs, ces secteurs peuvent être chargés de façon différente, ce qui

se Iraduit par des hauteurs variables des flammes. En con-

sevence, les secteurs de l'unité d'échangeur de chaleur 12 peuvent être adaptés à ces hauteurs variables en sorte que par le choix de la forme des sections et des dimensions,

des secteurs de stabilisation et de refroidissement varia-

bles soient créés pour les différentes hauteurs des flam-

mes et secteurs du brûleur. Les -éléments de l'unité 12 peuvent être rotatifs, inclinables et réglables en hauteur

pour permettre de varier le prélèvement de chaleur et d'as-

$vrer la stabilisation et la réaction rapide de la flamme dans les conditions les plus diverses. Leur réglage, soit la rotation, l'inclinaison et le réglage en hauteur, peut être commandé par des sondes à dilatation thermiques, corps

de dilatation ou par voie électromagnétique, moteur élec-

trique ou à la main.

- 27 -2647192

En cas de prélèvement de l'agent réfrigérant dans le cir-

cuit d'eau, l'exigence visant le fonctionnement sans per-

turbation du refroidissement des flammes peut - le fonc-

tionnement adéquat du chauffe-eau-quant à la pression et

la température dans le circuit d'eau étant assuré - impo-

ser des réglages supplémentaires ou des variantes parti-

culières dans la réalisation du refroidissement des flóa-

mes. C'est notamment le cas s'il y a risque de condensa-

tion sur la paroi extérieure de l'unité d'échangeur de cha-

leur 12, ou d'évaporation ou de bouillonnement de l'eau

de refroidissement. Différents exemples de réalisation res-

sortent des fig. 25 à 33.

Dans le premier exemple suivant la fig. 25, il est prévu une déviation pour l'eau destinée au refroidissement des flammes, en un point déterminé de l'échangeur de chalevr 11. L'eau s'écoulant par cette déviation a déjà circule dans une partie de l'échangeur de chaleur 11 de sorte que l'eau utilisée pour le refroidissement des flammes a une

température moyenne.

La fig. 26 montre une variante pour la régulation du re-

froidissement des flammes, le circuit de refroidissement étant branché sur le tuyau de départ et le tuyau de rd-@vr

de l'installation de chauffage pour garantir une tempera-

ture constante de l'eau de refroidissement indépendaMffent des variations de température dans ces deux tuyaux. Il est prévu de préférence un distributeur 3-voies 111 qui par la comparaison de consignes et valeurs effectives assure le mélange des eaux s'écoulant dans les tuyaux de départ et de retour de sorte que la quantité et la température

de l'eau de refroidissement atteignent un niveau détermi-

né. A la place du distributeur 3-voies, on peut aussi pré-

voir un corps de dilatation à réglage thermique ou une val-

ve de distribution à commande thermique.

- 28 - 2647192-

Une variante d'un distributeur 3-voies 111 avec régulateur incorporé pour assurer la température constante de l'eau

de refroidissement fait l'objet de la fig. 26a, sous for-

me schématique. Un corps de dilatation D disposé dans 1' entrée du serpent de refroidissement agit aussi bien sur une soupape S1 entre le tuyau de départ VL et une chambre

de mélange M que sur une soupape S2 entre le tuyau de re-

tour RL et la chambre M. Si la température augmente dans

la chambre M, le volume du corps de dilatation D augmen-

te, provoquant la fermeture progressive de la soupape Sl

t l'ouverture progressive de la soupape S2. En conséquen-

ce, la quantité d'eau chaude circulant dans le tuyau de départ et pénétrant dans la chambre M diminue, et l'afflux d'eau moins chaude venant du retour augmente de sorte que l'eau dans la chambre M arrive à une température préréglée par le corps de dilatation D. Un autre exemple de régulation de la température à l'aide

d'un corps de dilatation fait l'objet de la fig. 26b.

Le refroidissement peut aussi être réglé à l'aide d'une

valve 112 intégrée dans le circuit refrigérant, genre ro-

binet thermostatique, et représentée à la fig. 27. Cette

valve diminue le débit d'agent réfrigérant si une tempé-

rature de consigne déterminée n'est pas atteinte, ce qui

a pour conséquence une augmentation de la température mo-

yenne de l'tagent réfrigérant dans l'unité d'échangeur de

chaleur 12.

Le principe de la conception d'une variante de la valve 1.2 ressort de la fig. 27a. Il en résulte que le débit d'

agent réfrigérant est réglé à l'aide d'un corps de dila-

tation D. A côté d'une ouverture libre F qui assure un é-

coulement de base, il existe une ouverture V qui peut être fermée par effet thermique au moyen d'une soupape E sur ressorts et équilibrée vis-àvis du corps de dilatation

- 29 - 2647192

D reposant également sur des ressorts. Par l'effet d'une température élevée de l'eau en circulation, le volume du corps de dilatation D augmente, ce qui fait repousser la soupape E en dehors de l'ouverture V jusqu'à une butée A, au maximum. En conséquence, le débit d'agent réfrigérant

augmente, ce qui fait également-augmenter l'effet refroi-

dissant. Une possibilité de faire diminuer les températures maxi de l'agent réfrigérant circulant dans l'unité d'échangeur de chaleur 12 est montrée par les fig. 28 et 28a. Dans ce

cas, l'unité 12 est divisée en deux tronçons 113 et 114.

Sur cette variante, un serpentin à méandres comprenant n secteurs parallèles (de préférence au nombre de quatorze), se compose en conséquence de deux serpentins séparés 113

et 114 avec n/2 secteurs chacun (de préférence sept).

La fig. 29 montre un exemple de réalisation avec un cir-

cuit de refroidissement séparé qui est assemblé au conduit

de retour par un échangeur de chaleur 115, et qui compor-

te une pompe de circulation 116 et un organe de purge 117.

L'exemple de réalisation suivant la fig. 30 concerne une

variante du système de la fig. 29.

Dans ce cas, une pompe de circulation 116' est accouplée à la pompe de circulation 16 du circuit de chauffage, soit

par un arbre commun, soit par un accouplement magnétique.

De plus, il peut être prévu - comme il résulte de la fig.

31 - un tuyau 118, entre les deux circuits, assurant l'éga-

lisation des niveaux de pression.

La fig. 32 montre une réalisation o il est prévu, en aval

de l'échangeur de chaleur 11, un branchement 119 qui con-

duit une partie de l'eau de départ du circuit de chauffa-

ge vers une unité d'échangeur de chaleur 12 qui est for-

- 30 - 2647192

mée par un tube 120 à méandres pour l'eau de refroidisse-

ment, d'une part, et, de l'autre, par un tube 121 sans mé-

andres, croisant plus ou moins perpendiculairement-le tu-

be 120 et canalisant l'eau de retour. Le tube 120 est bran-

ché sur le tronçon 122 entre le tube 121 et l'échangeur de chaleur 11. Des modes de réalisation du croisement des tubes 120 et 121 font l'objet de la fig. 32a donnant une

vue en plan, et de la fig. 32b présentant une vue en cou-

pe. Il en résulte que le tube 120, à méandres, est en con-

tact avec le tube 121 aux points de croisement, permettant

l'échange de chaleur.

Dans la fig. 33, on voit aussi un circuit de refroidisse-

ment avec un tube 120' à méandres en contact avec un tube 121 comme celui de la fig. 32. Contrairement à la fig. 32, le tube 120' forme ici un circuit d'eau séparé avec une

pompe de circulation 116 - comme à la fig. 29.

La présente invention comprend les éléments les plus di-

vers pour la réalisation de l'unité d'échangeur de chaleur

disposée à proximité immédiate de la flamme en vue des ap-

plications les plus diverses dans les différents types de

chauffe-eau, ainsi qu'une multitude de montages hydrauli-

ques en combinaison avec une multitude d'organes de posi-

tionnement, de contrôle et de réglage concernant l'unité d'échangeur de chaleur à proximité de la flamme, et de dis-

positifs pour la régulation du circuit de refroidissement.

D'une façon générale, tout type de chauffe-eau peut être

combiné avec tout exemple de réalisation en ce qui concer-

ne le montage hydraulique, les contrôles et les réglages ainsi que la régulation du refroidissement. Dans chaque

cas individuel, il faut rechercher la combinaison des dif-

férents éléments, donnant des résultats optimaux.

Les fig. 34a et 34b montrent la position de l'unité d'é-

changeur de chaleur 12 vis-à-vis du contour de la flamme

- 31 - 2647192

d'un brûleur à puissance réglable et par là de hauteur variable des flammes, les conduits 123 amenant le mélange air/combustible ayant une forme courbe. Avec la variation de la puissance du brûleur, l'équilibre entre l'impulsion de sortie et la poussée thermique de la flamme varie. Une

puissance plus élevée du brûleur, donc une vitesse de sor-

tie plus élevée du mélange donne une prépondérance à l'im-

pulsion de sortie de sorte que la flamme emprunte la cour-

bure du conduit et lèche ainsi plus fortement une unité d'échangeur de chaleur disposée dans cette zone. L'effet

refroidissant est donc également plus fort en cas de puis-

sance plus élevée du brûleur.

Claims (22)

Revendications

1. Dispositif pour le chauffage d'un liquide, notamment chauffe-eau, de préférence chauffe-eau instantané,

chauffe-eau à circulation, chaudière à gaz ou chauf-

fe-eau à accumulation avec un brûleur et un échan-

geur de chaleur se composant d'au moins deux unités

en série suivant le sens d'écoulement des gaz de com-

bustion, la première unité d'échangeur de chaleur (12), soit celle qui est la plus proche du brûleur et en aval des becs de celui-ci, se trouvant directement

dans la zone de combustion o elle capte une quanti-

té déterminée de chaleur, caractérisé par le fait que cette quantité s'élève à 5 jusqu'à 50% du flux total de chaleur et que ce prélèvement direct de chaleur sert à l'optimisation du processus de combustion, le reste de l'énergie thermique étant exploité dans le

deuxième échangeur de chaleur (11).

2. Dispositif chauffe-eau suivant la revendication 1,

caractérisé par le fait que la première unité d'échan-

geur de chaleur (12) a une forme, des dimensions et

une position telles qu'elle agit comme obstacle amé-

liorant la stabilité des flammes du brUleur (4) et

contribuant ainsi à intensifier la combustion.

3. Dispositif chauffe-eau suivant la revendication 1 ou

2, caractérisé par le fait que les deux unités d'échan-

- 3-2647192

geur de chaleur (12 et 11) sont dotées d'un dispositif

commun contrôlant leur fonctionnement.

4. Chauffe-eau suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'unité d'échangeur de chaleur (12) disposée dans la zone de combustion est munie d'un

dispositif de contrôle séparé.

5. Dispositif chauffe-eau suivant la revendication 3 ou

4, caractérisé par le fait qu'il est prévu un dispo-

sitif contrôlant le débit d'agent réfrigérant.

6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le débit est mesuré thermiquement par un organe contrôlant les différences de température,

ou par un organe mesurant le débit, ou par une dila-

tation linéaire, ou par un corps de dilatation ou par une différence de pression du fluide circulant dans l'échangeur. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé

par le fait que l'unité d'échangeur de chaleur dis-

posée à proximité immédiate des flammes, a la forme

d'un tube, d'une barre, d'une grille ou d'un tamis.

8. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6,

caractérisé par le fait que l'unité d'échangeur de

chaleur (12) disposée à proximité immédiate des flam-

mes, est formée par un corps traversé par un agent

réfrigérant et dont la chaleur est prélevée par con-

vection. 9. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'unité d'échangeur de chaleur (12) disposée à proximité immédiate des flammes, occupe

une position réglable.

- 34t-- 2647192 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que l'unité d'échangeur de chaleur (12) disposée à proximité immédiate des flammes, est fixée

dans une position optimale.

11. Dispositif suivant la revendications 10, caractérisé

par le-fait que l'unité d'échangeur. de chaleur (12) disposée à proximité immédiate des flammes, est mise

manuellement dans une position optimale et y est fixée.

12. Dispositif suivant la revendications 9, caractérisé

par le fait que l'unité d'échangeur de chaleur (12) disposée à proximité immédiate des flammes, est mise dans une position optimale moyennant des dispositifs

de réglage appropriés tels que des éléments à bilame.

13. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé

par le fait que la quantité de chaleur prélevée di-

- rectement sur les flammes par l'unité d'échangeur de chaleur (12) disposée à proximité immédiate de ces

flammes, est réglée par des dispositifs appropriés.

14. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé

par le fait que les gradients dans le temps des dif-

férences de température sont appliqués à un disposi-

tif contrôlant le débit de l'agent réfrigérant.

15. Dispositif notamment suivant l'une des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que la voie d'é-

coulement de l'agent réfrigérant comporte un dispo-

sitif réglant la température de l'agent à un niveau déterminé. 16. Dispositif suivant la revendication 15, caractérisé par le fait qu'il est prévu un dispositif de réglage

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à commande manuelle, hydraulique, thermique ou élec-

trique.

17. Dispositif suivant l'une des revendications 15 à 16,

caractérisé par le fait que le dispositif de régla-

ge est conçu de sorte que la plage de réglage pour la température de l'agent réfrigérant se situe entre

une limite inférieure fixée par le début de conden-

sation sur la paroi extérieure de l'unité d'échangeur

de chaleur (12), et une limite supérieure correspon-

dant au début de vaporisation de l'agent.

18. Dispositif suivant l'une des revendications 15 à 17,

caractérisé par le fait que le dispositif de régla-

ge est conçu pour le réglage du débit de l'agent ré-

frigérant dans l'unité d'échangeur de chaleur (12).

19. Dispositif suivant l'une des revendications 15 à 18,

caractérisé par le fait que le conduit de retour (RL) et le conduit d'alimentation (VL) du circuit d'eau sanitaire sont munis chacun d'un branchement relié

par l'intermédiaire d'une valve mélangeuse (111) com-

portant un organe de réglage thermique, à un tube d' agent réfrigérant constituant l'unité d'échangeur de chaleur (12), tube branché par son autre extrémité

sur le conduit de retour (RL).

20. Dispositif suivant la revendication 19, caractérisé par le fait que l'organe assurant le réglage de la

valve mélangeuse comporte un corps de dilatation ther-

mique ou un distributeur commandé par effet thermique.

21. Dispositif suivant l'une des revendications 15 à 18,

caractérisé par le fait qu'un circuit d'agent réfri-

gérant partant du conduit de retour (RL) comporte une valve (112) genre robinet thermostatique, qui règle

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le débit de l'agent en sorte que la vitesse d'écoule-

ment dudit agent soit réduite si la température est

inférieure à une consigne préréglée.

22. Dispositif suivant l'une des revendications 15 à 18,

caractérisé par le fait qu'il est prévu un circuit

d'agent réfrigérant séparé.

23. Dispositif suivant la revendication 22, caractérisé par le fait que le circuit d'agent réfrigérant est branché sur le conduit de retour (RL) du circuit d'

eau sanitaire par l'intermédiaire d'un élément échan-

geur de chaleur (115).

24. Dispositif suivant l'une des revendications 22 ou 23,

caractérisé par le fait que le circuit d'eau sanitai-

re et le circuit d'agent réfrigérant sont munis cha-

cun d'une pompe de circulation (16 et 116'), ces pom-

pes étant reliées entre elles par un arbre commun ou

un accouplement magnétique.

25. Dispositif suivant l'une des revendications 22 à 24,

caractérisé par le fait qu'il est prévu un tuyau éga-

lisateur de pression reliant le circuit d'eau sani-

taire au circuit d'agent réfrigérant.

27. Dispositif suivant l'une des revendications précéden-

tes, caractérisé par le fait que le bout du tube (123) o sort le mélange air/combustible est courbé en forme

de faucille.