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APPAREIL ECHANGEUR DE CHALEUR, SPECIALEMENT POUR INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE
CENTRAL ET DISTRIBUTION D'EAU CHAUDE COMBINES DANS LES MAISONS A APPARTEMENTS
MULTIPLES.
Dans les bâtiments à appartements multiples, le chauffage dépend soit d'une ou de plusieurs chaudières distribuant le fluide chauffante vapeur ou eau chaude, aux divers appartements simultanément, soit d'une chaudière distincte pour chaque appartement. La première solution nécessite un réglage distinct assez difficile à obtenir suivant les conditions de chaque appartement, tandis que la deuxième solution, généralement plus coûteuse d'installation et nécessitant un service d'entretien individuel, est rendue difficile dans le cas de chauffage utilisant le mazout,
les huiles lourdes ou le charbon
La présente invention obvie à ces inconvénients en prévoyant pour chaque appartement d'immeubles particuliers un appareil échangeur de chaleur susceptible d'assurer simultanément le chauffage central individuel à eau chaude et la distribution individuelle d'eau chaude en partant d'une chaufferie centrale, qui fournit le fluide chauffant au groupe échamgeur.
Cet appareil échangeur comprend essentiellement un réservoir disposé dans l'appartement à desservir, aux radiateurs duquel il est relié par une canalisation d'arrivée et une canalisation de retour, et deux serpentins à spirales concentriques montés dans le dit réservoir de façon à réaliser un système d'échange à contre-courant, le serpentin extérieur, disposé à la partie inférieure du réservoir, étant raccordé aux canalisations de la chaufferie centrale,tandis que le serpentin intérieur, disposé sur la hauteur du réservoir est reliée à la canalisation distributrice d'eau chaude et à la canalisation d'eau froide de l'appartement,
de telle sorte que l'action des deux serpentins se traduit par des échanges à contre-courant provoquant des anneaux ascendants et descendants d'eau chaude
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'appareil échan- geur, on laisse subsister à la partie supérieure du réservoir un certain volune pour l'expansion en prévoyant un dispositif spécial pour évacuer automa.- tiquement l'air et limiter l'évaporation. o
Enfin, l'appareil proposé permet la distribution d'eau chaude à
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deux températures, soit de l'eau très chaude et de l'eau mitigée, en injectant de manière réglable de l'eau froide dans une canalisation à eau mitigée spécialement raccordée à la canalisation d'eau chaude, elle-même pourvue d'un organe de retenue pour l'eau froide.
Le dessin annexé au présent mémoire représente schématiquement, à titre d'exemple, un appareil échangeur conforme à l'invention. Dans ce dessin
Figures 1 et 2 donnent chacune une coupe verticale au travers de l'appareil avec vue des deux serpentins et indication des courants d'eau chaude et d'eau froide, respectivement lors du fonctionnement de l'installation de chauffage central à eau chaude (Fig. 1) et lors du fonctionnement de l'installation de distribution d'ea.u chaude (Fig. 2) .
Figure 3 donne une vue extérieure de l'appareil échangeur de chaleur équipé de manière à permettre la suppression du vase d'expansion habituel.
Figure 4 est une vue schématique d'une variante de l'appareil échangeur des Fig. 1 et 2, en vue de permettre la distribution d'eau chaude à deux températures.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, l'appareil échan- geur comprend essentiellement un réservoir métallique 1, destiné à contenir-, de l'eau dont le volume dépend de l'importance de l'appartement à desservir; ce réservoir possède deux tubulures la et 1b, dont la première est destinée au départ de l'eau chaude vers le radiateur et la seconde au retour de l'eau des radiateurs vers l'appareil échangeur. La circulation entre les tubulures 1a et 1b peut s'effectuer par gravité ou par pompe.
A l'intérieur du réservoir 1 sont montés deux serpentins concen- triques 2 et 3 en vue de réaliser un système d'échanges à contre-courant.
Le serpentin extérieur 2, disposé à la partie inférieure du réservoir.1 est raccordé en 2a à la canalisation d'arrivée et en 2b à la canalisation de retour de la chaufferie centrale. Le serpentin intérieur 3, qui se prolonge au-dessus du serpentin 2, sur presque toute la hauteur du réservoir 1, assure la distribution d'eau chaude de l'appartement. Dans ce but, il est raccordé à une canalisation d'eau froide en 3a et à la tuyauterie de distribution d'eau chaude en 3b. Le réservoir 1 et les radiateurs de l'installation de chauffage sont remplis d'eau grâce à une tuyauterie d'amenée spéciale commandée par un robinet 4.
Si l'on suppose que le fluide chauffant produit par la chaufferie centrale de l'immeuble à appartements est de la vapeur, celle-ci pénètre en 2a dans le serpentin 2, abandonne ses calories par condensation à l'eau contenue dans le réservoir 1, tandis que l'eau condensée retourne à la chaudière de la chaufferie centrale par 2b. Le réchauffement ainsi obtenu se traduit dans le réservoir 1 par des mouvements de convection assimilables à des anneaux. Ainsi, un anneau ascendant d'eau chaude se dirige suivant les flèches X au-dessus du serpentin 2, tandis que deux anneaux descendants s'élèvent suivant les flèches Y à l'intérieur et l'extérieur de l'anneau ascen- dant susdit et amènent à la partie inférieure du réservoir 1 l'eau des couches supérieures devenue comparativement plus dense.
Dans le cas où l'installation de chauffage central fonctionne par gravité, une circulation partant de la s'établit progressivement vers 2b en passant par les radiateurs. En cas d'emploi de pompe de circulation, cette pompe est montée soit sur la tuyauterie vers les radiateurs, soit sur la tuyauterie de retour des radiateurs vers l'appareil échangeur.
L'intervention de l'appareil échangeur pour assurer le chauffage de l'appartement s'explique ainsi aisément; il en est de même de son intervention dans la distribution d'eau chaude. C'est ainsi que l'eau froide pénètre dans le serpentin 3 en 3a, descend par le tube 3c jusqu'à la partie inférieure du serpentin pour parcourir ensuite, de bas en haut les différentes spires de ce dernier avant de ressortir chaude en 3b pour être distribuée
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(Fig.2)
Ce réchauffement s'effectue ainsi instantanément par simple passage dans le serpentin et par échange de calories avec l'eau chaude contenue dans le réservoir 1. Cet échange rapide de calories provoque immédiatement dans l'appareil une rupture d'équilibre thermique dans le réservoir 1 donnant lieu également à des mouvements de convection en forme d'anneaux.
Ainsi, un anneau descendant d'eau chaude (flèche Y) progressivement refroidie se forme tout en long et à l'intérieur du serpentin 3, tandis que montent à l'intérieur et à l'extérieur de cet anneau (flèches X) deux anneaux ascendants qui amènent à la partie supérieure l'eau chaude qui n'a pas été refroidie par le passage de l'eau froide en réchauffement Dès que le puisage de l'eau chaude est terminé l'équilibre se rétablit progressivement, c'est-à-dire que le réchauffement de l'eau contenue dans le réservoir 1 commence à s'effectuer comme indiqué en
Fig.1.
La circulation créée autour du serpentin 1 par le passage de l'eau froide en réchauffement est d'autant plus active que la puissance demandée à cet échangeur est élevée. D'autre part, 19 échange des calories s'effectue, comme il a été dit précédemment, à contre-courante Il en résulte que la dis- position et la forme des deux serpentins réalisent les conditions nécessai- res pour en obtenir le coefficient d'échange le plus favorable.
Comme dans les installations de chauffage habituelles, l'appareil échangeur ci-dessus décrit peut être associé à un vase d'expansion, lequel, dans ce cas particulier, sera placé au plafond de l'appartement, avec une tuyauterie de retour vers le groupe échangeur fixée sur plinthe entre le plancher et le plafond de l'étage inférieur.
Mais, cette disposition est encombrante et nuit à l'esthétique de l'habitationo L'appareil échangeur conforme à l'invention permet d'éviter ces défauts par la suppression du vase d'expansion visible avec ses tuyauteries, de même que celle de la tuyauterie de départ, qui suit le plafond pour alimenter les radiateurs
Dans ce but (Fig. 3), le réservoir 1 est muni à sa partie supérieu- re d'un hublot vitré 5, qui est utilisé comme indicateur du niveau N-N' qui correspond à une hauteur h du réservoir 1, qui dépassera celle du radiateur le plus élevé, de façon à prévoir à la partie supérieure du réservoir un certain volume libre pour l'expansion représentant approximativement 5% de la capacité totale de l'installation de chauffage.
Dans ces conditions, on remplit d'eau l'installation de chauffage central de l'appartement à desservir par une manoeuvre appropriée du robinet 4, l'eau monte progressivement dans le réservoir 1 et les radiateurs, tandis que l'air contenu dans l'installation est expulsée par les purgeurs des radiateurs ou par le trop plein de l'expansiono Dès que le niveau de l'eau atteint le niveau N N' dams le réservoir 1, on ferme hermétiquement le robinet 4
Par suite lorsque l'installation de chauffage est mise en marche l'expansion se fait librement dans la partie supérieure libre du réservoir 1.
Enfin, pour assurer à la fois 1'écoulement libre du trop-plein de l'expansion, l'évacuation de l'air et en même temps réduire autant que possible les pertes d'eau par évaporation, l'appareil échangeur est pourvu d'un dispositif spécial comprenant (Fig. 3) une petite tuyauterie cintrée 6 dont les deux branches verticales ouvertes plongent respectivement, l'une 6a dans l'eau de réservoir 1 en dessous du niveau N N', et l'autre 6b audessus d'un petit collecteur 7 disposé extérieurement au réservoir 1.
Ce collecteur est chargé d'évacuer vers l'égout par une tuyauterie appropriée 8 le trop-plein de l'eau d'expansion, de même que l'eau d'expansion du serpentin 3, par l'intermédiaire d'une soupape de sureté. Ainsi le dispositif décrit permet une évacuation libre, et en outre l'extrémité noyée 6a réduit l'évaporation.
Il faut remarquer que la tuyauterie cintrée est percée à sa partie supérieure d'un petit orifice 6c, qui a pour but d'évacuer automatiquement
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lair susceptible de s'accumuler à la partie supérieure libre du réservoir 1.
Dans une installation ainsi réalisée, la circulation dans l'installation de chauffage s'effectue au moyen d'une pompe avec tuyauterie de raccordement sur plinthe ou entre plancher et plafonda Au point le plus bas de la tuyauterie de retour, on peut avantageusement raccorder une petite tuyauterie de vidange descendant en cave en vue de permettre à chaque usager de vider son installation complètement en cas d'absence pendant la période d'hiver.
L'appareil échangeur conforme à l'invention permet encore une distribution d'eau chaude à deux températures. En effet si de l'eau très chaude est nécessaire dans un appartement moderne pour les besoins-de la cuisine et l'usage de la lessiveuse automatique, par contre la distribution d'eau trop chaude aux lavabos et à la baignoire représente parfois un danger., surtout pour les enfants Il y a donc grand intérêt à fournir à volonté de l'eau mitigée et de l'eau très chaude.
Dans ce but, il suffit de faire dériver de la tuyauterie d'eau chaude 9 du serpentin 3 (Fig. 4) une tuyauterie spéciale 10 destinée à distribuer l'eau mitigée dans laquelle débouche une tuyauterie 11 connectée à la tuyauterie 12 amenant l'eau froide=au serpentin. Dans ces conditions, il est possible d'injecter dans la tuyauterie 10 de l'eau froide dont la quantité réglée par le robinet 13 déterminera le degré de température de l'eau mitigée. La température de l'eau chaude sera déterminée à son tour par le robinet 14 intercalé dans la tuyauterie d'eau chaude 9.
Celle-ci est d'ailleurs pourvue d'un organe de retenue, clapet ou autre, 15, en vue d'éviter l'injection d'eau dans cette même tuyauterie 90
Le débit total d'eau chaude est proportionné à la puissance de l'appareil, il est déterminé par l'intermédiaire du robinet 16, qui commande l'arrivée d'eau froide dans le serpentin 3 par la tuyauterie 12. Ce robinet est donc réglé pour un débit total exprimé en litres-minute, égal par exemple à 20 litres-minute.
REVENDICATIONS
1. Appareil échangeur de chaleur, spécialement pour installation de chauffage central et distribution d'eau chaude combinés dans les maisons à appartements multiples, lequel comprend essentiellement un réservoir susceptible d'être alimenté en eau de manière réglable et relié aux radiateurs de l'appartement qu'il doit desservir par des canalisations d'arrivée et de retour, et deux serpentins à spirales concentriques montés dans le dit réservoir de manière à réaliser un système d'échange à contre-courant, le serpentin extérieur disposé à la partie inférieure du réservoir étant raccordé aux canalisations d'amenée et de retour de la chaufferie centrale, tandis que le serpentin intérieur, disposé sur la hauteur du réservoir,
est relié à la caa- xalisation distributrice d'eau chaude et à la canalisation d'eau froide de l'appartement, de telle sorte que l'action des deux serpentins se traduit par des échanges à contre-courant provoquant la formation d'aaneaux ascendants et descendants d'eau chaude.
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HEAT EXCHANGER UNIT, ESPECIALLY FOR HEATING SYSTEMS
CENTRAL AND DISTRIBUTION OF HOT WATER COMBINED IN APARTMENT HOUSES
MULTIPLE.
In buildings with multiple apartments, heating depends on either one or more boilers distributing the heating fluid, steam or hot water, to the various apartments simultaneously, or on a separate boiler for each apartment. The first solution requires a separate adjustment which is quite difficult to obtain depending on the conditions of each apartment, while the second solution, generally more expensive to install and requiring an individual maintenance service, is made difficult in the case of heating using oil. ,
heavy oils or charcoal
The present invention overcomes these drawbacks by providing for each apartment in particular buildings a heat exchanger device capable of simultaneously providing individual central heating with hot water and individual distribution of hot water from a central boiler room, which supplies the heating fluid to the heat exchanger group.
This exchanger device essentially comprises a tank arranged in the apartment to be served, to the radiators of which it is connected by an inlet pipe and a return pipe, and two concentric spiral coils mounted in said reservoir so as to produce a system. exchange against the current, the external coil, arranged at the lower part of the tank, being connected to the pipes of the central boiler room, while the internal coil, arranged on the height of the tank is connected to the water distribution pipe hot and cold water pipes in the apartment,
so that the action of the two coils results in counter-current exchanges causing ascending and descending rings of hot water
According to an advantageous embodiment of the exchanger apparatus, a certain amount of expansion is left in the upper part of the reservoir by providing a special device for automatically removing the air and limiting evaporation. o
Finally, the proposed device allows the distribution of hot water to
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two temperatures, i.e. very hot water and mixed water, by injecting cold water in an adjustable manner into a mixed water pipe specially connected to the hot water pipe, itself fitted with a retainer for cold water.
The drawing appended to this memory shows schematically, by way of example, an exchanger apparatus in accordance with the invention. In this drawing
Figures 1 and 2 each give a vertical section through the device with a view of the two coils and indication of the hot and cold water currents, respectively during operation of the hot water central heating installation (Fig. . 1) and during operation of the hot water distribution system (Fig. 2).
Figure 3 gives an external view of the heat exchanger apparatus equipped so as to allow the elimination of the usual expansion vessel.
Figure 4 is a schematic view of a variant of the exchanger apparatus of Figs. 1 and 2, in order to allow the distribution of hot water at two temperatures.
In the embodiment shown in the drawing, the exchange apparatus essentially comprises a metal tank 1, intended to contain water, the volume of which depends on the size of the apartment to be served; this reservoir has two pipes 1a and 1b, the first of which is intended for the flow of hot water to the radiator and the second for the return of water from the radiators to the exchanger apparatus. The circulation between the pipes 1a and 1b can be effected by gravity or by pump.
Inside the tank 1 are mounted two concentric coils 2 and 3 with a view to producing a counter-current exchange system.
The outdoor coil 2, arranged at the lower part of the tank. 1 is connected at 2a to the inlet pipe and at 2b to the return pipe from the central boiler room. The indoor coil 3, which extends above the coil 2, over almost the entire height of the tank 1, distributes hot water to the apartment. For this purpose, it is connected to a cold water pipe in 3a and to the hot water distribution pipe in 3b. The tank 1 and the radiators of the heating system are filled with water by means of a special supply pipe controlled by a valve 4.
If we assume that the heating fluid produced by the central boiler room of the apartment building is steam, it enters 2a into coil 2, abandons its calories by condensation with the water contained in tank 1 , while the condensed water returns to the central boiler room through 2b. The heating thus obtained is reflected in the tank 1 by convection movements comparable to rings. Thus, an ascending ring of hot water goes along the arrows X above the coil 2, while two descending rings rise along the arrows Y inside and outside the aforementioned ascending ring. and bring to the lower part of the tank 1 the water of the upper layers which has become comparatively more dense.
In the case where the central heating installation operates by gravity, a circulation starting from the is gradually established towards 2b passing through the radiators. If a circulation pump is used, this pump is mounted either on the piping to the radiators, or on the return piping from the radiators to the exchanger unit.
The intervention of the exchanger device to heat the apartment is thus easily explained; the same applies to its intervention in the distribution of hot water. This is how the cold water enters the coil 3 in 3a, goes down through the tube 3c to the lower part of the coil to then travel from bottom to top through the various turns of the latter before coming out hot in 3b to be distributed
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(Fig. 2)
This heating is thus carried out instantly by simply passing through the coil and by exchanging calories with the hot water contained in tank 1. This rapid exchange of calories immediately causes a break in the thermal equilibrium in the tank 1 in the device. also giving rise to convection movements in the form of rings.
Thus, a descending ring of progressively cooled hot water (arrow Y) is formed all along and inside coil 3, while two rings rise inside and outside this ring (arrows X). ascending lines which bring to the upper part the hot water which has not been cooled by the passage of the cold water in reheating As soon as the drawing of hot water is finished the balance is gradually reestablished, that is - that is to say that the heating of the water contained in tank 1 begins to be carried out as indicated in
Fig. 1.
The circulation created around the coil 1 by the passage of the warming cold water is all the more active the higher the power demanded from this exchanger. On the other hand, the heat exchange takes place, as has been said previously, against the current. It follows that the arrangement and the shape of the two coils achieve the conditions necessary to obtain the coefficient d. most favorable exchange.
As in the usual heating installations, the above-described exchanger unit can be associated with an expansion vessel, which, in this particular case, will be placed on the ceiling of the apartment, with a return pipe to the group. heat exchanger fixed on plinth between the floor and the ceiling of the lower floor.
However, this arrangement is cumbersome and harms the aesthetics of the dwelling. The exchanger apparatus according to the invention makes it possible to avoid these defects by eliminating the visible expansion vessel with its pipes, as well as that of the outgoing piping, which follows the ceiling to supply the radiators
For this purpose (Fig. 3), the tank 1 is provided at its upper part with a glazed porthole 5, which is used as an indicator of the level NN 'which corresponds to a height h of the tank 1, which will exceed that of the highest radiator, so as to provide at the top of the tank a certain free space for expansion representing approximately 5% of the total capacity of the heating installation.
Under these conditions, the central heating installation of the apartment to be served is filled with water by an appropriate operation of the tap 4, the water gradually rises in the tank 1 and the radiators, while the air contained in the The installation is expelled by the radiator bleeders or by the expansion overflow o As soon as the water level reaches the NN level in tank 1, tap 4 is hermetically closed
As a result, when the heating system is switched on, the expansion takes place freely in the free upper part of tank 1.
Finally, to ensure both the free flow of the expansion overflow, the evacuation of air and at the same time reduce as much as possible the losses of water by evaporation, the exchanger apparatus is provided with 'a special device comprising (Fig. 3) a small curved pipe 6, the two open vertical branches of which plunge respectively, one 6a into the water in reservoir 1 below the level N N', and the other 6b above 'a small collector 7 disposed outside the tank 1.
This collector is responsible for evacuating the overflow of the expansion water, as well as the expansion water from coil 3, to the sewer by means of a suitable pipe 8, via a pressure valve. safety. Thus the device described allows free evacuation, and furthermore the submerged end 6a reduces evaporation.
It should be noted that the curved piping is pierced at its upper part with a small orifice 6c, which is intended to automatically evacuate
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air likely to collect in the free upper part of the tank 1.
In an installation thus produced, the circulation in the heating installation is effected by means of a pump with connection piping on plinth or between floor and ceiling At the lowest point of the return piping, it is advantageously possible to connect a small drain pipe going down to the cellar to allow each user to completely empty their installation in the event of absence during the winter period.
The exchanger apparatus according to the invention also allows hot water distribution at two temperatures. Indeed if very hot water is necessary in a modern apartment for the needs of the kitchen and the use of the automatic washing machine, on the other hand the distribution of too hot water to the sinks and the bathtub sometimes represents a danger. ., especially for children. There is therefore great interest in providing mixed water and very hot water as desired.
For this purpose, it suffices to divert from the hot water piping 9 of the coil 3 (Fig. 4) a special piping 10 intended to distribute the mixed water into which a piping 11 connected to the piping 12 leading to the outlet opens. cold water = to the coil. Under these conditions, it is possible to inject cold water into the pipe 10, the quantity of which set by the tap 13 will determine the temperature of the mixed water. The hot water temperature will in turn be determined by the tap 14 inserted in the hot water pipe 9.
The latter is moreover provided with a retaining member, valve or other, 15, in order to prevent the injection of water into this same pipe 90
The total hot water flow rate is proportional to the power of the appliance, it is determined by means of the tap 16, which controls the arrival of cold water in the coil 3 through the pipe 12. This tap is therefore set for a total flow rate expressed in liters-minute, equal for example to 20 liters-minute.
CLAIMS
1. Heat exchanger apparatus, especially for combined central heating and hot water installation in multi-apartment houses, which essentially comprises a tank capable of being supplied with water in an adjustable manner and connected to the radiators of the apartment. that it must serve by inlet and return pipes, and two concentric spiral coils mounted in said tank so as to achieve a counter-current exchange system, the external coil placed at the lower part of the tank being connected to the supply and return pipes of the central boiler room, while the indoor coil, arranged on the height of the tank,
is connected to the hot water distribution pipe and to the apartment's cold water pipe, so that the action of the two coils results in counter-current exchanges causing the formation of rings ascending and descending hot water.