FR2972789A1 - Appareil de chauffage au gaz a condensation - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil de chauffage (1), comprenant un échangeur de chaleur à condensation (2), un brûleur à gaz (3), une manchette (40) d'amenée d'un mélange air/gaz au brûleur (3), des moyens (42) de mise en circulation dudit mélange dans l'appareil (1) et une conduite (430) d'introduction du gaz dans ladite manchette d'admission (40), l'échangeur de chaleur (2) comprenant un tube (21), monté à l'intérieur d'une enceinte (200) délimitée par une enveloppe (20), ce tube (21) étant parcouru par un fluide à réchauffer et exposé à des gaz chauds générés par ledit brûleur (3), ladite enveloppe (20) comprenant une manchette (205) d'évacuation des gaz brûlés. L'invention est remarquable en ce qu'au moins un tube de Venturi (70) est disposé dans ladite manchette d'admission (40), en aval de ladite conduite (430) d'introduction du gaz, la chambre de dépression (76) du Venturi (70) étant en communication de fluide avec le col (71), percé d'un trou (710), du Venturi et par le fait qu'au moins une pièce tubulaire de jonction (8) relie l'intérieur de ladite enceinte (200) avec ladite chambre de dépression (76), de façon à prélever une partie des gaz brûlés et à les incorporer au mélange air/gaz introduit dans le brûleur.

Description

i La présente invention concerne un appareil de chauffage au gaz à condensation, permettant de réduire les émissions de polluants atmosphériques. Il est destiné notamment à équiper une chaudière à gaz pour des applications domestiques ou industrielles, par exemple en vue d'alimenter un circuit de chauffage central et/ou de fournir de l'eau à usage sanitaire. Cet appareil de chauffage est du type comprenant un échangeur de chaleur à condensation, associé à un brûleur à gaz et à des moyens d'amenée jusqu'à ce brûleur d'un mélange air (comburant)/gaz (carburant). L'échangeur de chaleur est capable d'assurer un échange de chaleur très efficace entre, d'une part, des gaz très chauds, générés par le brûleur, et d'autre part, un fluide à réchauffer, tel que de l'eau, qui circule à l'intérieur d'un tube en matériau thermiquement bon conducteur. Dans le passé, les appareils de chauffage traditionnels fonctionnant au gaz étaient équipés de brûleurs dits "atmosphériques". Dans ces brûleurs, le débit d'air nécessaire à la combustion, était induit par le débit du gaz sous pression. Toutefois, les ratios respectifs du gaz et de l'air fournis au brûleur n'étaient pas maitrisés et donc très approximatifs. De ce fait, les rejets de gaz brûlés (fumées) dans l'atmosphère, à la sortie de l'appareil de chauffage, étaient de l'ordre de 100 ppm (parties par million) de monoxyde de carbone (CO) et de 150 ppm d'oxydes d'azote (NOx). Plus récemment sont apparus sur le marché, des appareils de chauffage à condensation, équipés de brûleurs connus sous la dénomination commerciale de "Premix". Dans ces appareils, un système d'alimentation permet de créer le mélange air-gaz avec des proportions optimales, avant de l'envoyer à un brûleur à combustion de surface. Dans ce cas, le débit d'air est produit par un ventilateur dont la vitesse est variable et le débit de gaz est ajusté par une vanne d'alimentation, asservie de façon pneumatique ou électronique, le fonctionnement du ventilateur et celui de la vanne étant pilotés par un boîtier de commande. Ceci permet de maintenir un ratio débit d'air/débit de gaz, approprié à tous les régimes de variation de vitesse du ventilateur et donc de puissance du brûleur.

Ces appareils ont permis de réduire très sensiblement les rejets de polluants dans l'atmosphère à des niveaux de l'ordre de 30 ppm de CO et de 22 ppm de NOx. L'homme du métier sait également qu'il est possible de réduire encore ces émissions de CO et de NOx, par adjonction dans le mélange air/gaz fourni au brûleur, d'environ 6 à 12 % en volume, de préférence 8 à 10 % en volume des gaz brûlés issus de la combustion de ce mélange. Ce principe de recirculation d'une partie des fumées atténue le taux d'oxygène dans la réaction chimique de la combustion. Il s'ensuit une baisse de la température de combustion propice à une réduction des émissions de NOx et de CO. La présente invention a pour objet de fournir un appareil de chauffage au gaz à condensation qui permette non seulement de réaliser cette recirculation des gaz brûlés, mais de le faire en réduisant encore ces rejets polluants, de l'ordre de 40 % pour le CO et de 50 % pour les NOx.

L'invention a également pour objet de proposer un tel appareil de chauffage fiable, sécurisé, avec un très faible surcoût par rapport aux appareils existants. L'invention a également pour objet de fournir un dispositif de sécurité additionnel qui permet la détection du débordement des condensats.

A cet effet, l'invention concerne un appareil de chauffage au gaz à condensation, du type comprenant un échangeur de chaleur à condensation, associé à un brûleur à gaz et à des moyens d'amenée à ce brûleur d'un mélange air/gaz, l'échangeur de chaleur à condensation comprenant au moins un faisceau de tubes, en matériau thermiquement bon conducteur, monté à l'intérieur d'une enceinte délimitée par une enveloppe étanche aux gaz, ce faisceau de tube étant parcouru par au moins un fluide à réchauffer, tel que de l'eau froide, et étant exposé à des gaz chauds générés par ledit brûleur à gaz, ladite enveloppe comprenant une manchette d'évacuation des gaz brûlés et des fumées, les moyens d'amenée du mélange air/gaz comprenant une manchette d'admission dudit mélange air/gaz dont l'orifice de sortie est relié au brûleur, des moyens de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage une conduite d'introduction du gaz à l'entrée de ladite manchette d'admission, équipée d'une vanne d'admission. Conformément à l'invention, au moins un tube de Venturi est disposé à l'intérieur de ladite manchette d'admission, en aval de ladite conduite d'introduction du gaz, l'espace ménagé entre la paroi intérieure de ladite manchette d'admission et la paroi extérieure dudit tube de Venturi définissant une chambre dite "de dépression", en communication de fluide avec le col dudit tube de Venturi via au moins un trou percé dans la paroi de celui-ci et par le fait qu'au moins une pièce tubulaire de jonction relie l'intérieur de l'enceinte de l'échangeur avec ladite chambre de dépression, de façon à prélever une partie des gaz brûlés présents dans ladite enceinte et à les incorporer au mélange air/gaz introduit dans le brûleur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - lesdits moyens de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage comprennent un ventilateur dont la sortie est connectée à l'orifice d'entrée de ladite manchette d'admission, en amont dudit tube de Venturi et dont l'entrée d'air est connectée à l'orifice de sortie de ladite conduite d'introduction de gaz ; - les moyens de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage comprennent un extracteur de gaz connecté à la sortie de la manchette d'évacuation et en ce que ladite conduite d'introduction de gaz est branchée à l'entrée de la manchette d'admission en amont dudit tube de Venturi ; - l'échangeur de chaleur à condensation comprend deux faisceaux de tubes hélicoïdaux, faisant respectivement office d'échangeur primaire et d'échangeur secondaire, montés coaxialement à l'intérieur de ladite enveloppe, séparés par au moins une plaque déflectrice en matériau isolant, l'enveloppe étant obturée par une plaque de façade au centre de laquelle est montée une porte amovible qui supporte ledit brûleur, ledit appareil de chauffage étant agencé de façon que les gaz chauds générés par le brûleur traversent d'abord l'échangeur primaire, en traversant les interstices séparant ses spires de l'intérieur vers l'extérieur, puis l'échangeur secondaire, en traversant les interstices séparant ses spires de l'extérieur vers l'intérieur, après quoi ils sont évacués vers l'extérieur via ladite manchette d'évacuation, et par le fait que ladite pièce tubulaire de jonction est connectée à l'intérieur de l'enceinte par un orifice ménagé dans ladite plaque de façade en regard d'une zone de l'enceinte située à l'extérieur dudit échangeur primaire, de façon à prélever les gaz brûlés après que ceux-ci aient traversé les spires dudit échangeur primaire ; - l'appareil comprend plusieurs, par exemple quatre, tubes de Venturi qui sont montés en parallèle à l'intérieur de la manchette d'admission et présentent une chambre de dépression commune ; - ladite pièce tubulaire de jonction comprend deux tubes montés en parallèle ; - l'aire de la section de la pièce tubulaire de jonction et les dimensions du ou des tube(s) de Venturi sont calculées pour assurer la recirculation d'une fraction de l'ordre de 6 à 12 % en volume, de préférence de l'ordre de 8 à 10 % en volume des gaz brûlés ; - la paroi de fond de l'enveloppe comprend un orifice de sortie des condensats (C) issus de la combustion du mélange air/gaz et l'appareil comprend un dispositif de sécurité détectant l'obturation de cet orifice -et le débordement des condensats. - l'appareil de chauffage précité comprend une électrode d'ionisation connectée électriquement à un boitier de commande électronique pilotant le fonctionnement de la vanne d'alimentation en gaz et des moyens de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage, et ledit dispositif de sécurité comprend une électrode de détection reliée électriquement à ladite électrode d'ionisation, cette électrode de détection débouchant dans la partie inférieure de l'enceinte, de sorte que lorsque les condensats (C) entrent en contact à la fois avec ladite électrode de détection et une pièce métallique située à l'intérieur de l'enveloppe et reliée à la masse, telle que la façade, il en résulte, par suite de la conductivité électrique des condensats, une chute de tension au niveau de l'électrode d'ionisation, ce qui génère un signal adressé au boitier de commande électronique qui stoppe le fonctionnement de ladite vanne et desdits moyens de mise en circulation ; - l'électrode de détection débouche à l'intérieur du tube de la pièce de jonction tubulaire ; - l'électrode de détection débouche à l'intérieur de l'orifice de sortie 25 des condensats ou au voisinage de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, plusieurs modes de réalisation possibles. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique de face, en coupe axiale, d'un exemple de réalisation d'un appareil de chauffage selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique de face, en coupe axiale, d'un premier mode de réalisation d'un appareil de chauffage conforme à l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe de l'appareil de la figure 2, selon le plan de coupe III-III, 30 35 - la figure 4 est une vue en perspective d'une pièce monobloc associant quatre tubes de Venturi, - la figure 5 est une vue en coupe de la pièce de la figure 4, prise selon le plan de coupe V-V, - les figures 6 et 8 sont des vues en perspective et en élévation d'une pièce tubulaire de jonction, établies selon deux angles d'observation différents, - la figure 7 et une vue en coupe de la pièce de la figure 6, selon le plan de coupe VII-VII, - la figure 9 est une vue schématique similaire à la figure 2, sur laquelle on a représenté une situation de débordement des condensats, - la figure 10 est une vue schématique similaire à la figure 9, mais représentant un second mode de réalisation de l'appareil de chauffage, dans lequel le système de détection du débordement des condensats est différent. Un exemple de réalisation d'un appareil de chauffage appartenant à l'état de la technique va maintenant être décrit en faisant référence à la figure 1. Sur celle-ci, on peut voir un appareil de chauffage A qui comprend un échangeur de chaleur à condensation 2, associé à un brûleur à gaz 3 et à des moyens 4 d'amenée d'un mélange air/gaz à ce brûleur. L'échangeur de chaleur 2 comporte une coque ou enveloppe 20 étanches au gaz, qui délimite une enceinte 200 à l'intérieur de laquelle est monté fixement un faisceau tubulaire 21, lequel consiste en deux faisceaux de tubes coaxiaux placés bout à bout, dont l'un 21A fait office d'échangeur primaire et l'autre 21B d'échangeur secondaire. Cette enceinte présente approximativement une forme générale 25 cylindrique, d'axe horizontal X-X'. Les faisceaux 21A et 21B sont constitués de plusieurs tubes, réalisés dans un matériau thermiquement bon conducteur, enroulés en hélice autour de l'axe X-X, disposés bout à bout et connectés en série. L'interstice entre les spires est calibré et de faible largeur. Ces tubes ont une section droite aplatie dont les grands 30 côtés sont perpendiculaires à l'axe X-X'. Une plaque déflectrice 22, en matériau isolant et réfractaire à la chaleur, est interposée entre les deux faisceaux primaire 21A et secondaire 21B. Le faisceau tubulaire 21 est destiné à être traversé intérieurement par au moins un fluide à réchauffer, qui est par exemple de l'eau, ce fluide circulant de 35 la gauche vers la droite de la figure 1.

Des collecteurs latéraux (non représentés sur la figure 1 mais visibles sur la partie gauche de la figure 3) sont fixés à l'enveloppe 20, ils permettent le branchement de l'appareil, de manière classique, sur un conduit d'amenée du fluide froid qui doit être réchauffé, et d'évacuation du fluide réchauffé.

Ces collecteurs assurent également le transfert du fluide en circulation d'un enroulement tubulaire à l'enroulement voisin. De façon avantageuse, l'enveloppe 20 est réalisée en matière plastique. Dans ce cas, elle est garnie de préférence d'un écran thermique (non représenté), celui-ci pouvant consister en une virole métallique qui recouvre avec un léger écartement, la face interne de l'enveloppe. Elle est ouverte sur l'un de ses côtés, en l'occurrence le côté situé sur la droite, si l'on considère la figure 1. En cours d'utilisation de l'appareil, une partie de la vapeur d'eau contenue dans les gaz brûlés se condensent au contact des parois des tubes 21.

La référence 201 désigne la paroi de fond de l'enceinte. De manière connue, ce fond est en pente, ce qui permet l'évacuation des condensats par un orifice de sortie 202. De façon également connue, l'enveloppe 20 comprend une paroi arrière verticale 203, une paroi supérieure 204 et une manchette d'évacuation 205 20 des gaz brûlés et des fumées. L'orifice de sortie 202 est connecté à un conduit d'évacuation des condensats, tandis que la manchette 205 est branchée sur un conduit d'évacuation des fumées, par exemple un conduit de cheminée. Ces conduits ne sont pas représentés sur la figure 1. 25 Ce type d'échangeur de chaleur, bien connu, ne sera pas décrit plus en détail ci-après afin de ne pas alourdir inutilement la présente description. Cependant, si nécessaire, le lecteur pourra se reporter aux documents de brevets suivants, qui se rapportent à un échangeur de ce type : EP-B-0678186 (voir notamment la figure 18), WO 2004/036121A1 (figures 1 et 5) et WO 30 2004/097311A1 (voir figures 1-2). Les figures 13 et 14 du WO 2004/036121A1 représentent la virole susmentionnée formant écran thermique (référence 100). Le côté ouvert de l'enveloppe 20 est obturé par une plaque de façade 23, réalisée par exemple dans une tôle en acier inoxydable. Elle présente une 35 forme générale annulaire et son orifice central est normalement obturé par une porte amovible 5.

Dans l'exemple représenté sur la figure 1, il s'agit d'une porte dite "froide", qui réduit les déperditions calorifiques de l'appareil de chauffage vers l'extérieur. La porte 5 a une forme générale circulaire. Elle comprend de façon connue en soi une paroi extérieure 50 et une paroi intérieure 51 entre lesquelles est monté un plateau déflecteur discoïde 52. Ces parois sont en métal, par exemple en tôle d'acier inoxydable. Le lecteur pourra se référer à une description plus complète de cette porte dans le document WO 2010/100004.

La porte 5 comporte, du côté intérieur, une garniture annulaire 53 en matière thermiquement isolante et résistante à la chaleur, telle que de la céramique. La tôle intérieure 51 présente une zone centrale percée d'une ouverture circulaire 510 centrée sur l'axe X-X', au niveau de laquelle est fixé le brûleur 3 cylindrique. Le brûleur pourrait également avoir une autre forme. Il est réalisé en métal. La tôle extérieure 50 est percée d'une ouverture circulaire 500 centrée sur l'axe X-X' et sur laquelle est fixée une manchette 40 d'admission du mélange air/gaz. L'orifice d'entrée 41 de la manchette 40 est relié à la sortie 420 d'un 20 ventilateur 42. Par ailleurs, une vanne d'admission 43 est montée sur une conduite 430 reliant une source extérieure d'alimentation en gaz G, à l'entrée d'air 421 du ventilateur 42. Le fonctionnement du ventilateur 42 et l'ouverture ou la fermeture de 25 la vanne 43 sont pilotés depuis un boîtier de commande électronique 6, via les connexions représentées en traits interrompus 61 et 62. La manchette d'admission 40, le ventilateur 42 et la vanne 43 constituent des moyens 4 d'amenée du mélange air/gaz au brûleur. Selon une variante de réalisation non représentée sur les figures, le 30 ventilateur 42 pourrait être supprimé et remplacé par un extracteur de gaz, branché sur la manchette d'évacuation 205. Dans ce cas, la conduite 430 d'introduction de gaz est branchée directement sur l'orifice d'entrée 41 de la manchette d'admission, d'une façon qui permet toutefois l'admission d'air extérieur dans la manchette 40. La dépression générée par cet extracteur dans la manchette de sortie 35 205 provoque, à la fois, l'évacuation des gaz brûlés et des fumées par cette manchette, et le cheminement par aspiration des gaz avant et après combustion à travers l'appareil. Une électrode d'ionisation 31 est disposée à quelques millimètres de la surface de combustion du brûleur 3. Elle est montée au travers de la porte 5 et de la garniture 53, via un manchon électriquement isolant 310. Elle est reliée par un fil électrique 63 au boîtier de commande électronique 6. Un fil électrique 64 relie en outre le boîtier de commande électronique 6 à la plaque de façade métallique 23, qui joue ainsi le rôle de masse. L'électrode d'ionisation 31 assure l'allumage du brûleur 3 et le contrôle de sécurité de la présence de la flamme autour du brûleur. Cette électrode mesure, via l'électronique du boîtier de commande 6, un courant d'ionisation produit par la présence de la flamme. Cette mesure de tension de quelques millivolts est prise entre la masse du brûleur et l'électrode 31. Si la flamme s'éteint, la chute de tension correspondante est détectée 15 par le boîtier de commande 6, qui envoie alors un signal commandant la fermeture de la vanne 43 et l'arrêt du ventilateur 42. Lorsque le ventilateur 42 fonctionne (la vanne 43 étant ouverte), il induit un débit de gaz à son entrée 421 en provenance de la source de gaz G. Le pré-mélange air/gaz ainsi formé arrive à l'entrée de la porte froide 5, via la 20 manchette d'admission 4, avant de parvenir au brûleur 3. Les gaz chauds générés dans la chambre de combustion 24 traversent tout d'abord le faisceau tubulaire primaire 21A en passant radialement entre les interstices desdits tubes, de l'intérieur vers l'extérieur ; ils ne peuvent s'échapper axialement en raison de la présence du disque déflecteur 22 (flèches i). 25 Ils sont ensuite canalisés dans un espace annulaire 25, ménagé entre le faisceau tubulaire 21 et les parois 201 et 204 et dénommé "chambre intermédiaire". Les gaz chauds brûlés traversent alors l'échangeur secondaire 21B à travers les interstices des spires, cette fois de l'extérieur vers l'intérieur de l'échangeur (flèches ii) dans l'espace 26 situé derrière la plaque déflectrice 22. 30 Enfin, ces gaz brûlés sortent de l'échangeur au travers de la manchette d'évacuation 205 (flèche iii). L'eau qui circule à l'intérieur du faisceau du tube 21 - à contre courant des gaz - est ainsi réchauffée, son préchauffage étant assuré dans le faisceau secondaire 21A, et son chauffage proprement dit dans le faisceau principal 21A. Par 35 ailleurs, les condensats s'échappent par l'orifice de sortie 202 situé en bas de l'échangeur.

L'appareil de chauffage 1 conforme à l'invention va maintenant être décrit en liaison avec la figure 2. Les éléments communs avec l'appareil de chauffage A de l'état de la technique précédemment décrit portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits de nouveau.

A titre préliminaire, on notera que l'agencement de l'échangeur de chaleur pourrait être différent sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Conformément à l'invention, au moins un tube de Venturi 70 est disposé à l'intérieur de la manchette 4, en aval du ventilateur 42. Ce tube de Venturi est un ajutage comprenant de façon classique un col 71, précédé d'un convergeant 72 et se prolongeant par un divergeant 73. Le convergeant 72 et le divergeant 73 sont tous deux de sections approximativement tronconiques, mais l'angle de conicité du convergent est supérieur à celui du divergent. De préférence, plusieurs tubes de Venturi 70 sont disposés en parallèle à l'intérieur de la manchette 4, de façon à améliorer l'efficacité du dispositif et à diminuer son encombrement. De préférence encore, ces tubes sont au nombre de quatre. La figure 4 représente une pièce monobloc 7 qui associe quatre tubes de Venturi 70, disposés côte à côte de façon que leurs axes longitudinaux respectifs 20 Y-Y' soient parallèles ou sensiblement parallèles. Cette pièce 7 est réalisée de préférence en matière plastique résistant à la chaleur et fabriquée par exemple moulage par injection. Les quatre tubes de Venturi 70 sont solidarisés à leurs extrémités inférieures à une platine 74 sensiblement rectangulaire et à leurs extrémités 25 supérieures à une platine similaire 75. Ainsi, les orifices d'entrée 720 des convergeants 72 débouchent au travers de la platine inférieure 74, tandis que les orifices de sortie 730 des divergeants 73 débouchent au travers de la platine supérieure 75. Le col 71 est percé radialement d'au moins un trou 710, de préférence 30 de plusieurs, par exemple quatre, répartis angulairement de manière régulière. La platine inférieure 74 et la platine supérieure 75 sont bordées chacune par une gorge périphérique 740, respectivement 750, à l'intérieur de laquelle est disposé un joint d'étanchéité non représenté sur les figures. De façon avantageuse, une nervure de rigidification 77 de forme 35 sensiblement rectangulaire s'étend autour des quatre divergeants 73 des tubes de Venturi 7. 2972789 lo La manchette 40 est constituée par exemple de deux pièces qui sont assemblées l'une à l'autre, après que la pièce 7 regroupant les quatre tubes de Venturi ait été montée à l'intérieur de l'une d'entre elles. Comme cela apparait mieux sur la figure 3, la pièce 7 est disposée 5 dans la manchette 40, de façon que les axes longitudinaux Y-Y' des tubes de Venturi 70 soient parallèles à l'axe longitudinal de la manchette et que les joints d'étanchéité logés dans les gorges 740 et 750 soient plaqués contre les parois intérieures de la manchette d'admission 40. L'espace ménagé entre la paroi intérieure de la manchette 40 et la ou 10 les paroi(s) extérieure(s) du (des) tube(s) de Venturi 70 constitue une chambre 76, (voir figure 2). Les joints logés dans les gorges 740 et 750 assurent l'étanchéité aux gaz de cette chambre 76 dans sa partie basse et haute. Le ou les trous(s) 710 assure(nt) la communication de fluides entre la chambre 76 et chacun des cols 71. 15 Le pré-mélange air/gaz pénètre dans les tubes de Venturi 70 sous une pression Pl qui correspond à la pression de refoulement du ventilateur 42 dans la manchette 40. Ce pré-mélange air/gaz sort du tube de Venturi 70 sous une pression P2, légèrement plus basse que Pl, compte-tenu de la perte de charge dans le tube de Venturi 70. Cette perte de charge provoque une dépression au niveau du col 71 et conséquemment dans la chambre 76, dénommée ci-après chambre "de dépression". On notera que pour une géométrie de tubes de Venturi 7 donnée, la dépression régnant dans la chambre de dépression 76 est sensiblement proportionnelle à la pression Pl régnant en amont dans la manchette 4, cette pression Pl étant elle-même définie par la vitesse de rotation du ventilateur 42. Une pièce de jonction tubulaire 8 relie un orifice 231 pratiqué dans la partie inférieure de la façade 23 à un orifice 44 ménagé dans la manchette 4, en regard de la partie inférieure de la chambre de dépression 76. L'enceinte 200 de l'échangeur de chaleur se trouve ainsi en communication de fluide avec la chambre de dépression 76. La figure 6 représente un exemple de réalisation de la pièce de jonction tubulaire 8. Avantageusement, la pièce 8 est monobloc et réalisée en matière plastique résistant à la chaleur ; elle est fabriquée par exemple par moulage par 35 injection.

Il La pièce 8 comprend deux tronçons de tube 80, 80' de section droite oblongue, disposés côte à côte, et reliés par leurs petits côtés par une languette de matière 81. Les embouchures de sortie 82, 82' respectives des tubes 80, 80' sont 5 bordées par une gorge annulaire périphérique axiale 820, 820', apte à recevoir un joint d'étanchéité non représenté sur les figures. De façon similaire, et comme cela apparaît mieux sur la figure 8, les embouchures d'entrée 83 et 83' des tubes 80, 80' sont également bordées, sur au moins une partie de leur périphérie, par des gorges 830, respectivement 830', aptes à 10 recevoir des joints d'étanchéité. Une nervure de rigidification 84 assure la liaison entre les parties supérieures des tubes 80 et 80'. Elle se prolonge vers l'arrière par une aile perpendiculaire 85, qui s'étend elle-même perpendiculairement à la languette de matière 81. 15 La nervure 84 présente sur sa face avant, c'est-à-dire celle orientée vers la façade 23, un ou plusieurs ergots 840'. Ces derniers permettent la fixation, par exemple par encliquetage, de la pièce 8 sur la façade 23. La section, la forme et la disposition des embouchures d'entrée 83, 83' correspondent à celles des orifices 231 ménagés en regard dans la façade 23. 20 De façon similaire, la section, la forme et la disposition des embouchures de sortie 82, 82' correspondent à celles des orifices 44 ménagés dans la manchette 40. Sur la figure 3, on peut voir que chaque orifice 44 débouche à la base de deux tubes de Venturi 70, la chambre de dépression 76 étant commune aux quatre tubes. 25 Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, la pièce de jonction 8 présente deux tubes 80, 80' plutôt qu'un seul, ce qui permet d'éviter de percer un orifice de trop grandes dimensions tant dans la manchette 4 que dans la façade 23, ce qui risquerait de fragiliser ces pièces. Toutefois, la pièce de jonction 8 pourrait ne comprendre qu'un seul tube ou, au contraire, plus de deux, sans sortir du 30 cadre de l'invention. La pièce de Venturi 7 et la pièce de jonction tubulaire 8 constituent un dispositif qui permet d'assurer la recirculation d'une partie des gaz brûlés en direction du brûleur 3. Les aires des sections des tubes 80 et 80' et les dimensions du ou des 35 tube(s) de Venturi 7 sont calculées, de façon à assurer la recirculation de 6 à 12 % en volume des gaz brûlés, de préférence de l'ordre de 8 à 10 % en volume.

Les gaz brûlés générés par le brûleur 3 arrivent dans la chambre de combustion 24 à une pression P3 inférieure à P2. Après que les gaz brûlés aient traversé les interstices entre les tubes de l'échangeur principal 21A, ils se retrouvent à une pression P4, elle-même inférieure à P3, dans la chambre intermédiaire 25.

Ces gaz brûlés se trouvent à une température nettement plus basse que dans la chambre de combustion 24 en raison du transfert de chaleur qui s'est opéré au cours de ce passage dans l'échangeur principal 21A, pour chauffer l'eau circulant dans ce faisceau. Une partie des gaz brûlés, qui sont à une pression P4, sont ensuite aspirés dans la chambre de dépression 76 via la pièce de jonction 8, puis via les trous 710 sont remis en circulation dans la manchette 40 où ils sont mixés au mélange air/gaz entrant. On notera que les gaz prélevés après avoir traversé l'échangeur principal 21A sont à une température de l'ordre de 100°C à 140°C qui n'est pas dommageable aux matières plastiques utilisées pour fabriquer les pièces 7 et 8. A simple titre indicatif, on signalera que la température des gaz brûlés à l'intérieur de la chambre de combustion est généralement de l'ordre de 1000°C. Enfin, les produits de combustion qui ne sont pas recyclés traversent les interstices entre les tubes de l'échangeur secondaire 21B, arrivent dans l'espace de sortie 26, à une température encore abaissée, pour être finalement évacués via la manchette 205 à une pression P5, inférieure à P4. A titre d'exemple purement illustratif, si la pression Pl est comprise entre 110 Pa et 120 Pa, les pressions P2, P3, P4 et P5 sont respectivement de l'ordre de 45 Pa, 15 Pa, 12 Pa et 8 Pa, pour une puissance moyenne du ventilateur de 27 kW. Il convient de noter que les pièces en matière plastique 7 et 8 sont susceptibles d'être produites à très faible coût et sont simples à installer dans l'appareil de chauffage.

Comme indiqué plus haut, grâce au recyclage d'une fraction des gaz brûlés dans le flux de mélange gaz/air alimentant le brûleur, on obtient un abaissement notable des rejets dans l'atmosphère du CO et des NOx. En effet, l'appareil de chauffage conforme à l'invention permet d'obtenir des émissions de CO de l'ordre de 18 ppm et de NOx de l'ordre de 10 ppm, ce qui est largement inférieur aux valeurs observées avec les dispositifs de l'art antérieur.

De plus, du fait que la fraction de gaz brûlés incorporée dans le flux de mélange gaz/air alimentant le brûleur est chaude (à une température de l'ordre de 100°C à 140°C, comme déjà dit), on réalise un préchauffage de ce flux, ce qui est favorable à une bonne combustion et bénéfique quant au bilan énergétique global de l'appareil. Il est à noter qu'un recyclage d'une partie des gaz brûlés serait théoriquement possible via le ventilateur dans lequel se forme le mélange air/gaz. Cette solution n'est cependant pas satisfaisante car elle entraînerait un encrassement et un dysfonctionnement rapides du ventilateur.

La Demanderesse a constaté que, si l'orifice d'évacuation des condensats 202 était accidentellement bouché, le niveau des condensats C pouvait monter à l'intérieur de l'enveloppe 20 jusqu'à atteindre l'élément de jonction tubulaire 8 et même le tube de Venturi 7. Si aucun dispositif de détection de cette montée du niveau des condensats C n'est prévu, ceux-ci vont monter jusqu'à atteindre le niveau de l'électrode d'ionisation 31. Les condensats C -qui forment un liquide électriquement conducteur- étant alors en contact à la fois avec l'électrode 31 et avec n'importe quelle pièce métallique de l'échangeur de chaleur, par exemple la façade 23, il s'ensuit un court-circuit et la mise en sécurité immédiate du brûleur 3 via le boîtier de commande électronique 6, avec fermeture de la vanne d'admission de gaz 43 et l'arrêt du ventilateur 42. Toutefois, avant d'atteindre le niveau de l'électrode d'ionisation 31, les condensats C ont pu s'écouler via le Venturi 7 et les trous 710, en direction du ventilateur 42, en provoquant des dommages irrémédiables de celui-ci. Ils ont également pu être aspirés et renvoyés au brûleur 3, ce qui est nuisible à la réduction des émissions polluantes. La Demanderesse a donc mis au point un dispositif de sécurité permettant de détecter précocement un débordement des condensats, dû à une obturation de l'orifice d'évacuation 202.

Deux exemples de mode de réalisation différents de ce dispositif de sécurité vont maintenant être décrits, en référence aux figures 9 et 10. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 9, ce dispositif comprend une électrode 90, dite "de détection", en acier inoxydable, disposée au travers de l'un des tubes de la pièce de jonction tubulaire 8, par exemple le tube 80, comme cela apparait mieux sur la figure 7.

L'une des extrémités 91 de l'électrode 90 débouche à l'intérieur du tube 80, tandis que son extrémité opposée 92 est reliée, par exemple via une cosse de connexion 920, à un fil électrique 65. Ce dernier est à son tour connecté au fil électrique 63 assurant la connexion entre l'électrode d'ionisation 31 et le boîtier de commande 6. Comme représenté sur la figure 9, lorsque l'évacuation des condensats C ne s'effectue plus correctement par l'orifice 202, le niveau des condensats liquides monte dans le bas de l'échangeur, jusqu'à atteindre, dans un premier temps, la partie inférieure de la façade métallique 23 (qui fait office de masse) et, dans un second temps, l'extrémité 91 de l'électrode 90. Les condensats liquides étant électriquement conducteurs, cette électrode 90 se retrouve donc à une tension nulle (correspondant à la masse). Il en est de même pour le fil conducteur 65 auxquels cette électrode 90 est reliée. L'électrode 31 qui est elle-même reliée au fil conducteur 65 par le fil conducteur 63 se trouve par conséquent également à une tension nulle - à la même tension que celle du brûleur- dans une situation similaire à une absence de courant d'ionisation produit par la présence de la flamme. Ceci a donc pour effet d'annuler la lecture de la tension d'ionisation perçue par l'électrode 31. Comme expliqué précédemment, il s'ensuit une mise en sécurité immédiate du dispositif par coupure de la vanne 43 et du ventilateur 42. A aucun moment le niveau des condensats n'a atteint le Venturi 7. Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 10, une électrode de détection 94 est disposée au voisinage de l'orifice de sortie 202 des condensats, par exemple sur le conduit d'évacuation des condensats 206.

De façon similaire à ce qui vient d'être décrit pour le premier mode de réalisation, elle est connectée au fil électrique 63 reliant l'électrode d'ionisation 31 au boîtier 6. Son principe de fonctionnement est le même que celui décrit précédemment pour l'électrode 91. La principale différence avec le mode de réalisation précédent est 30 que la mise en contact des condensats C avec l'électrode 94 est réalisée avant leur venue en contact avec la partie basse de la façade métallique 23. Ce qui est important est que cette double mise en contact intervienne avant que les condensats n'atteignent le niveau du tube de jonction 8. Enfin, on notera que si l'enveloppe 20 était réalisée en métal, donc en 35 un matériau bon conducteur électrique, la détection de la remontée des condensats s'effectuerait dés que le niveau des condensats C toucherait à la fois l'électrode de détection 94 et la tubulure constituant l'orifice de sortie 202. On notera que le dispositif de sécurité anti-débordement dans lequel on utilise l'électrode de détection 94, placée au niveau de l'orifice de sortie des condensats 202, pourrait également être utilisé dans un appareil de chauffage à condensation ne comprenant pas le dispositif de recyclage précédemment décrit. En effet, comme mentionné ci-dessus en l'absence d'une telle électrode de détection, il faut attendre que les condensats aient atteint l'électrode d'ionisation 31 pour obtenir la mise en sécurité de l'appareil. A ce stade, la plaque déflectrice 22 en céramique ainsi que la garniture 53 en céramique sont toutefois fortement imbibée de l'eau des condensats et doivent être changées.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Appareil de chauffage au gaz à condensation (1), du type comprenant un échangeur de chaleur à condensation (2), associé à un brûleur à gaz (3) et à des moyens (4) d'amenée à ce brûleur d'un mélange air/gaz, l'échangeur de chaleur à condensation (2) comprenant au moins un faisceau de tubes (21), en matériau thermiquement bon conducteur, monté à l'intérieur d'une enceinte (200) délimitée par une enveloppe (20) étanche aux gaz, ce faisceau de tube (21) étant parcouru par au moins un fluide à réchauffer, tel que de l'eau froide, et étant exposé à des gaz chauds générés par ledit brûleur à gaz (3), ladite enveloppe (20) comprenant une manchette (205) d'évacuation des gaz brûlés et des fumées, les moyens (4) d'amenée du mélange air/gaz comprenant une manchette (40) d'admission dudit mélange air/gaz dont l'orifice de sortie est relié au brûleur (3), des moyens (42) de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage (1) et une conduite (430) d'introduction du gaz à l'entrée de ladite manchette d'admission (40), équipée d'une vanne d'admission (43), caractérisé par le fait qu'au moins un tube de Venturi (70) est disposé à l'intérieur de ladite manchette d'admission (40), en aval de ladite conduite (430) d'introduction du gaz, l'espace ménagé entre la paroi intérieure de ladite manchette d'admission (40) et la paroi extérieure dudit tube de Venturi (70) définissant une chambre (76) dite "de dépression", en communication de fluide avec le col (71) dudit tube de Venturi via au moins un trou (710) percé dans la paroi de celui-ci et par le fait qu'au moins une pièce tubulaire de jonction (8) relie l'intérieur de l'enceinte (200) de l'échangeur (2) avec ladite chambre de dépression (76), de façon à prélever une partie des gaz brûlés présents dans ladite enceinte (200) et à les incorporer au mélange air/gaz introduit dans le brûleur.
2. 2. Appareil de chauffage (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage (1) comprennent un ventilateur (42) dont la sortie (420) est connectée à l'orifice d'entrée (41) de ladite manchette d'admission, en amont dudit tube de Venturi (7) et dont l'entrée d'air (421) est connectée à l'orifice de sortie de ladite conduite (430) d'introduction de gaz.
3. 3. Appareil de chauffage (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage (1) comprennent un extracteur de gaz connecté à la sortie dela manchette d'évacuation (205) et en ce que ladite conduite d'introduction de gaz (430) est branchée à l'entrée de la manchette d'admission (40) en amont dudit tube de Venturi (70).
4. 4. Appareil de chauffage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'échangeur de chaleur à condensation (2) comprend deux faisceaux de tubes hélicoïdaux, faisant respectivement office d'échangeur primaire (21A) et d'échangeur secondaire (21B), montés coaxialement à l'intérieur de ladite enveloppe (20), séparés par au moins une plaque déflectrice (22) en matériau isolant, l'enveloppe (20) étant obturée par une plaque de façade (23) au centre de laquelle est montée une porte amovible (5) qui supporte ledit brûleur (3), ledit appareil de chauffage (1) étant agencé de façon que les gaz chauds générés par le brûleur (3) traversent d'abord l'échangeur primaire (21A), en traversant les interstices séparant ses spires de l'intérieur vers l'extérieur, puis l'échangeur secondaire (21B), en traversant les interstices séparant ses spires de l'extérieur vers l'intérieur, après quoi ils sont évacués vers l'extérieur via ladite manchette d'évacuation (205),et par le fait que ladite pièce tubulaire de jonction (8) est connectée à l'intérieur de l'enceinte (200) par un orifice (231) ménagé dans ladite plaque de façade (23) en regard d'une zone de l'enceinte (200) située à l'extérieur dudit échangeur primaire (21A), de façon à prélever les gaz brûlés après que ceux-ci aient traversé les spires dudit échangeur primaire (21A).
5. 5. Appareil de chauffage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs, par exemple quatre, tubes de Venturi qui sont montés en parallèle à l'intérieur de la manchette d'admission (40) et présentent une chambre de dépression (76) commune.
6. 6. Appareil de chauffage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite pièce tubulaire de jonction (8) comprend deux tubes (80, 80') montés en parallèle.
7. 7. Appareil de chauffage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'aire de la section de la pièce tubulaire de jonction (8) et les dimensions du ou des tube(s) de Venturi sont calculées pour assurer la recirculation d'une fraction de l'ordre de 6 à 12 % en volume, de préférence de l'ordre de 8 à 10 % en volume des gaz brûlés.
8. 8. Appareil de chauffage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la paroi de fond (201) de l'enveloppe (20) 35 comprend un orifice (202) de sortie des condensats (C) issus de la combustion dumélange air/gaz et par le fait qu'il comprend un dispositif de sécurité détectant l'obturation de cet orifice (202) et le débordement des condensats.
9. 9. Appareil de chauffage (1) selon la revendication 8, qui comprend une électrode d'ionisation (31) connectée électriquement à un boitier de commande électronique (6) pilotant le fonctionnement de la vanne d'alimentation en gaz (43) et des moyens (42) de mise en circulation du mélange air/gaz à l'intérieur de l'appareil de chauffage (1), caractérisé par le fait que ledit dispositif de sécurité comprend une électrode de détection (90, 94) reliée électriquement à ladite électrode d'ionisation (31), cette électrode de détection (90, 94) débouchant dans la partie inférieure de l'enceinte (200), de sorte que lorsque les condensats (C) entrent en contact à la fois avec ladite électrode de détection (90, 94) et une pièce métallique située à l'intérieur de l'enveloppe (20) et reliée à la masse, telle que la façade (23), il en résulte, par suite de la conductivité électrique des condensats, une chute de tension au niveau de l'électrode d'ionisation (31), ce qui génère un signal adressé au boitier de commande électronique (6) qui stoppe le fonctionnement de ladite vanne (43) et desdits moyens (42) de mise en circulation.
10. 10. Appareil de chauffage (1) selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'électrode de détection (90) débouche à l'intérieur du tube (80) de la pièce de jonction tubulaire (8).
11. 11. Appareil de chauffage (1) selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'électrode de détection (94) débouche à l'intérieur de l'orifice de sortie (202) des condensats ou au voisinage de celui-ci.