LU82469A1 - Echangeur de chaleur a deux fluides,dont un gazeux,notamment pour chaudiere a condensation - Google Patents

Description

» 2 * ^ La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur du type utilisé pour obtenir un transfert calorifique entre deux fluides en mouvement sans contact de ces fluides entre eux, l'un de ces fluides étant gazeux.

5 De tels échangeurs de chaleur sont connus et utilisés dans de nombreuses applications et se présentent sous des formes variées comportant, de façon générale, deux enceintes séparées par une paroi commune. Les fluides circulent respectivement dans chacune de ces enceintes à des tempé-10 ratures différentes, un échange calorifique étant obtenu à travers la paroi commune. Sous leur forme la plus habituelle, les échangeurs de ce type sont constitués par un ' réseau de tubes constituant une première enceinte et par courus par l'un des fluides, ledit réseau étant inséré 15 dans une seconde enceinte parcourue par l'autre fluide.

On obtient ainsi une surface d'échange importante augmentée par ailleurs, dans de nombreux cas, par l'adjonction d'éléments de paroi internes et/ou externes, rapportés ou non.

20 On connaît également des échangeurs dans lesquels le circuit de tubes est solidaire d'une paroi commune en contact avec lesdits tubes par une génératrice, cette paroi étant avantageusement fermée sur elle-même pour réaliser une enceinte de forme ronde ou rectangulaire qui constitue 25 le corps de chauffe bien connu des appareils du genre chauffe-eau ou chauffe-bains à gaz.

Pour atteindre des performances plus élevées et diminuer très notablement le prix de revient, l'invention propose un échangeur de chaleur dans lequel le fluide 30 gazeux à température élevée est amené à effectuer un cheminement particulier le long d'une paroi portant les tubes d'eau, cheminement obtenu à partir d'une paroi plane préfabriquée avec ses tubes d'eau et conformée pour obliger justement le fluide gazeux à emprunter un circuit 35 en quinconce à l'intérieur de l'échangeur.

Suivant une caractéristique principale de l'invention, la paroi plane est conformée par pliage, cambrage ou autre opération analogue pour constituer un échangeur 3 : disposant de plusieurs cheminées verticales juxtaposées, communiquant entre elles par leur base ou leur sommet, de telle manière que le fluide gazeux chaud pénétrant dans l'échangeur par le bas ne puisse sortir par le haut 5 qu'après avoir effectué au moins un retour jusqu'au bas de l'échangeur par la cheminée la plus voisine.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, la disposition du réseau de tubes d'eau sur la paroi commune est réalisée de telle sorte que l'eau froide de re-10 tour pénètre dans l'échangeur dans la zone d'évacuation des gaz chauds tandis que l'eau chauffée quitte l'échangeur dans la zone d'entrée des gaz chauds.

, D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante 15 d'un exemple de réalisation dans lequel on se réfère aux dessins annexés qui représentent : la fig. 1, une vue en perspective d'un mode de réalisation de l’échangeur selon l'invention ; la fig. 2, une vue simplifiée en perspective analogue 20 à la fig. 1, montrant le cheminement du fluide gazeux ; la fig. 3,une vue développée de l'échangeur montrant la paroi commune et son réseau de tubes d'eau à partir de laquelle est constitué l'échangeur ; la fig. 4,une vue schématique de dessous de l'échangeur. 25 On a représenté sur les fig. 1 et 3 un échangeur de chaleur à deux fluides, l'un gazeux, l'autre liquide, chacun des fluides étant respectivement signalé par les ’ repères G et L, leur sens de circulation étant indiqué par des flèches . L'échangeur est obtenu à partir d'une 30 paroi 2 qui porte un réseau de tubes 1 pour la circulation du fluide L, les tubes étant en contact avec ladite paroi par leurs génératrices.

Selon un mode de réalisation connu en soi, l'assemblage des tubes à la paroi s'effectue par exemple de la 35 façon suivante : on soude partiellement ensemble et face contre face, deux tôles en alliage d'aluminium ou en alliage inoxydable, et en laissant des bandes non soudées.

Grâce à un gonflage par des moyens appropriés aux endroits non soudés, on obtient des zones longitudinales tubulaires " 4 qui constituent les tubes 1. Ce produit connu en soi est particulièrement approprié pour mettre en oeuvre la présente invention, mais il va de soi qu'on peut réaliser de toute autre manière la paroi tubulaire constituant 5 1'échangeur sans sortir du cadre de 11 invention.

On a représenté à la fig.-3 une vue développée de la paroi 2 et du réseau de tubes 1 pour la circulation du fluide liquide L. Cette paroi commune 2,de forme sensiblement rectangulaire, porte selon sa plus grande longueur 10 cinq lignes de pliage AA', BB', CC1, DD' et EE1 . Elle est coupée transversalement en son centre selon la ligne FF', jusqu'à un évidement central 3. Deux parties symé-, triques droite et gauche sont ainsi délimitées par la ligne FF' ; elles sont reliées entre elles par 15 une bande latérale 4 limitée par deux petites lignes de pliage HH' et II', ladite bande ne portant aucun tube 1.

Le réseau de tubes 1 est constitué par un ensemble de collecteurs 1 reliés entre eux par des tubes 1, con-a c b nectés en parallèle entre les collecteurs 1 . Le sens 20 de circulation du fluide L est indiqué par les flèches de façon suffisamment explicite pour qu'il ne soit pas nécessaire d'en décrire le processus.

Le fluide est, en fait, forcé à se diriger de l'entrée vers la sortie en passant par une succession de 25 collecteurs 1 localisés le long de la zone médiane 3.

et des parties latérales de la paroi commune 2.

Entre les lignes de pliage AA'.... EE' de cette paroi commune se trouvent des zones longitudinales (identiques de part et d'autre de la ligne transversale 30 FF') qui constituent les parois verticales de l'échangeur.

A partir de cette paroi commune 2 représentée à la fig. 3, on aboutit à l'échangeur représenté aux fig.

1 et 4 selon le processus suivant. On effectue vers l'intérieur un pliage à 90° de la première bande longi-35 tudinale selon la ligne AA', puis un nouveau pliage à 90° selon la ligne BB', etc... jusqu'à un dernier pliage selon la ligne EE', formant ainsi une sorte d'enroulement à angles sensiblement droits pour constituer " . 5 un parallélépipède rectangle allongé selon la longueur de la paroi développée. L'interruption FF' permet ensuite d'effectuer un pivotement de 90° des parties droite et gauche de ce parallélépipède le long des "charnières" 5 que constituent les petites lignes de pliage HH' et II'.

Ce second pliage ramène les zones longitudinales symétriques dans des plans parallèles verticaux qui délimitent des cheminées verticales de passage des gaz chauds. Bien entendu, les faces longitudinales délimitées par les lignes 10 AA' et EE' ont des largeurs différentes prévues pour aboutir au montage à des cheminées juxtaposées de largeur équivalente. On arrive ainsi à l'échangeur dont la forme est illustrée notamment à la fig. 2. Quelques rares points de soudure 5 sont seulement nécessaires pour la fixation 15 des parois venant se rabattre l'une sur l'autre. Une bande rapportée latéralement 6 (visible à la fig. 1)ferme la cheminée centrale 7 à la base de laquelle est admis le fluide gazeux G. Deux bouchons obturateurs 9 (également visibles à la fig. 1) sont rapportés sous les orifices in-20 férieurs latéraux de l'échangeur. Ces bouchons portent é-ventuellement au moins un petit tube 8 destiné à s'emboîter de façon étanche dans le tube de sortie du fluide liquide L. Le fluide gazeux chemine dans l'échangeur comme l'indiquent les flèches de la fig. 2. A la partie supérieure 25 de la cheminée centrale 7, il vient en butée contre un déflecteur constitué par la bande latérale 4 définie précédemment. Les gaz chauds doivent alors circuler de haut en bas dans deux autres cheminées centrales 10 voisines de la cheminée centrale 7, puis remonter par les 30 deux cheminées latérales 11 jusqu'à la partie supérieure de l'échangeur d'où elles s'échappent de part et d'autre du déflecteur 4 (voir également fig. 4) .

Au cours de leur progression dans l'échangeur les gaz G qui sont par exemple les gaz de combustion d'un brûleur 35 à gaz se refroidissent au contact des parois de l'échangeur dans lesquelles circule l'eau plus froide du chauffage. Inversement, l'eau circulant dans les tubes 1 se réchauffe progressivement. On notera que l'eau de retour L

« 6 du circuit de chauffage pénètre dans le réseau de tubes 1 à contre courant des gaz, c'est-à-dire du côté adjacent à la sortie des gaz de cheminée 11 puis circule à contre courant des gaz vers le bas de l'échangeur, puis vers 5 le haut et à nouveau vers le bas, et s'évacue vers le départ du circuit de chauffage dans la zone d'entrée des gaz chauds au bas de la cheminée centrale 7. On obtient de la sorte un échange extrêmement performant qui permet d'atteindre le point de rosée des fumées avec formation 10 des condensations limitée aux cheminées latérales 11, et recueillies au niveau des obturateurs 9. Les parois internes des cheminées étant formées par la paroi commune * et parcourues par des tubes d'eau, le rendement de l'appa reil est particulièrement intéressant. L'échangeur 15 précédemment décrit montre deux entrées et deux sorties d'eau L. Des raccords en pont (non représentés) localisés à la partie haute et à la partie basse de l'échangeur peuvent être prévus pour obtenir une entrée et une sortie unique d'eau.

20 Enfin, on notera que la zone du déflecteur 4 peut être plus ou moins refroidie selon le circuitage adopté. En effet, les fumées ayant atteint le point de rosée dans les zones longitudinales voisines de leur sortie pourront être réchauffées à volonté dans cette zone. L’avantage 25 de ce réchaufement est de s'éloigner du point de rosée et de faire que les fumées soient refoulées sans condensation dans un conduit de fumée traditionnel.

Le mode de réalisation précédemment représenté n'est nullement limitatif. En particulier, la constitution du 30 réseau de tubes associé à la paroi commune peut être modifiée sans sortir du cadre de la présente invention.

En outre, le circuitage du déflecteur 4 indiqué plus haut est réalisé par exemple par les petites boucles 12 dérivées du collecteur 1 dans cette zone représentées 35 en pointillé.

Claims (6)

1.- Echangeur de chaleur à deux fluides dont un gazeux, comportant un réseau de tubes pour la circulation du fluide liquide, lesdits tubes étant solidaires d'une paroi commune 5 avec laquelle ils sont en contact par leurs génératrices, caractérisé par le fait que l'échangeur est obtenu à partir de cette paroi commune(2),conformée par pliage ou autre opération analogue et qu'il comporte ainsi plusieurs cheminées verticales juxtaposées(7, 10, 11) séparées par des sections 10 de ladite paroi, et communiquant entre elles par leur base ou leur sommet, cheminées qui constituent un circuit de cheminement continu pour le fluide gazeux(G) qui circule au moins une fois de bas en haut puis de haut en bas dans l'échangeur avant son évacuation. 15 2,- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi commune (2) de forme sensiblement rectangulaire porte des lignes de pliage (AA1 à EE') délimitant des zones longitudinales destinées à constituer les parois verticales des cheminées. 20 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi commune est coupée transversalement en son centre selon la ligne(FF')jusqu'à un évidement central (3) .

4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, 25 caractérisé par le fait que les parties symétriques droite et gauche délimitées par la ligne de coupure (FF1) * sont reliées entre elles par une bande latérale (4) délimitée par deux lignes de pliage (HH1 et II').

5. Echangeur de chaleur selon les revendications 1 30 et 2, caractérisé par le fait qu'il est obtenu par une première série de pliages longitudinaux à 90° selon les lignes (AA' à EE') suivie d'un second pliage transversal selon (HH' et II') qui ramène les zones longitudinales symétriques dans des plans parallèles verticaux 35 délimitant la cheminée centrale (7) d'admission dez gaz chauds.

6. Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 5, caractérisé par le fait que les gaz chauds admis « S 8 dans la cheminée centrale viennent en butée à sa partie supérieure contre un déflecteur (4) constitué par la bande latérale assurant la liaison entre les parois latérales de la cheminée centrale.

7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un réseau de collecteurs (1 ) O reliés entre eux par des tubes (1^) connectés en parallèle entre les collecteurs (1_) constitue le réseau de tubes Ά. (1) pour la circulation du fluide liquide. 10 8.- Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 7, caractérisé par le fait que le fluide liquide (L) de retour de chauffage pénètre dans un premier * collecteur (1^) disposé à la partie supérieure de l'échan geur dans la zone de sortie des gaz chauds et que le même 15 fluide chaud quitte un dernier collecteur (1 ) disposé à la partie inférieure de l'échangeur dans la zone d'arrivée des gaz chauds.

9.- Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que le fluide gazeux (G) 20 après le déflecteur (4) chemine de haut en bas vers le bas de l'échangeur par deux cheminées centrales (10) voisines de la cheminée centrale (7), puis remonte par les deux cheminées latérales (11) jusqu'à la partie supérieure où il quitte l'échangeur. 25 10.- Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que le déflecteur (4) est refroidi par un circuit complémentaire (12) pour modifier le point de rosée dans les zones voisines et parfaire l'évacuation sans condensation dans un conduit de 30 fumée traditionnel.