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*ECHANGEUR DE CHALEUR, EN PARTICULIER POUR LA PREPARATION D'EAU DE CONSOMMATION DANS LES CHAUDIERES DE CHAUFFAGE.
La présente invention concerne un échangeur de chaleur , convenant en particulier pour la préparation de l'eau de con- sommation dans les chaudières de chauffage, dans lequel l'échan- ge de chaleur s'effectue à la paroi des tubes de celui-ci.
Les échangeurs de chaleur pour la préparation de l'eau de consommation dans les chaudières de chauffage sont souvent construits de telle façon que l'intérieur de ceux-ci est subdivisé en trois chambres par deux fonds qui portent des tubes. Les deux chambres extérieures sont en communication par l'intermédiaire des tubes de l'échangeur de chaleur tra- versant l'espace situé entre celle-ci.
La plupart du temps, on fait passer l'eau de consommation par l'espace central
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chaude par les deux chambres extérieures et les tubes de l'é- de chaleur la paroi des tubes changeur de chaleur, L'échange-/se faisant à la paroi des tubes de ce dernier, En raison des différences d'échauffement et de - dilatation thermique subits par les tubes de l'échangeur de chaleur montés entre les deux fonds cubulairos, par comparaison avec la dilatation thermique de l'enveloppe extérieure, sous pression de t'échangeur, il se produit souvent des tensions considérables pouvant conduire à des fissuras et à des défaut d'étanchéité.
On sait que les rchauffeurs d'eau des chaudières de chauffage peuvent être mis directement en communication avec la chaudière proprement dite en plaçant directement l'échangeur de chaleur sur celle-ci. Dans les chaudières de chauffage de ce genre, l'eau chaude sortant de la chaudière passe en partie en dérivation dans l'echangeur de chaleur monté au-dessus de celle-ci, y échauffe l'eau de consomption qui s'y trouve et s'écoule à une température quelque peu diminuée vers le réseau de chauffage. Dans la construction d'installations de chaudières de chauffage de ce genre, on doit tenir compte qu'en hiver, à côté de l'eau de chauffage, la chaudière doit également fournir l'eau de consommation chaude à prélever dans le réchauffeur.
D'autre part, en été, la chaudière doit également permettre le chauffage de l'eau de consommation de manière économique, lors. que le chauffage est supprimé.
Dans les diverses constructions de chaudières de chauf- fage où l'eau chaude est amenée en dérivation au réchauffeur d'eau de consommation, les courants partiels d'eau chaude re- froidis sa 'ne langent, en sortant de l'échangeur de chaleur, aux courants partiels d'eau chaude venant directement de la chaudière avant d'être diriges vers le réseau de chauffage.
Il en résulte souvent un abaissement de la température de l'eau dans une partie de la chaudière et de l'eau da réchauffeur d'eau de consommation et une certaine partie de l'eu chaude revient à une température plus basse dans le réchauffeut d'eau. De cette façon, le trans-
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fart de la chaleur do l'eau chaude à l'eau de consommation est... réduit.
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L1 présence invention a non seulement pour but d"11.' Miner les difficultés provoquées par la dilatation thermique différentielle dans les réchauffeurs de chaleur avec fonds tu-
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bulatrus relias pnr les tubes de l'échangeur, mais gaiement d'él1miher les inconvénients évoquée des chaudières de chauffage avec r'chauffeur d'eau de consommation incorporé connues aupara- ,rt.. cet effet, l'invention propose un échangeur de chaleur Avec deux fonds de séparation dont l'un est muni de tubulures z'n='tr hC, tâ la manière d'une trombonne dans les tubes de plus ,,:r;'lnct êir .-'" fres montés dans le deuxième fond de séparation' 8;i;, a L" M!"01 desquels se produit l'échange de chaleur;
dans cet c"'1"1!:'ur, les tubes de plus grand diamètre sont reliés à dE!' ('Ir:;:Jn(' de è,.>\tt.:"'tOl1 du courant qui dirigent le courant passant dans les tubulures du premier fond en sens opposé au courant
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Mssxnt dans l'espace annulaire entre ces tubulures et les tubes extérieurs. Les extrémités des tubes extérieurs peuvent 1 t'tre fermées et assurer elles-môme3 la déviation du courant.
Cette fermeture des tubes extérieurs peut se faire par soudage ou par brasse. Dnns de nombreux cas, il suffit d'écraser ou de
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rabattre les extrémités des tubes extérieurs jusqu'à leur ferAi mature complète.
Une forme d'exécution particulièrement avantageuse d'un échangeur de chaleur pour la préparation d'eau de consens , mation dans les chaudières de chauffage suivant l'invention, consiste à poser la paroi de séparation portant les tubulures.
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sur la chaudière de chauffage de telle manière que l'eau échauf- fré s'écoule vers le haut, dans ces tubulures et vers le bas, dans l'espace annulaire compris entre celles-ci et les tubes extérieurs, pour passer dans l'espace du réchauffeur d'eau Caca..
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pris entre les doux parois de séparation et dd lea, se diriger vers la conduite de départ du chauffage ou retourner vers la cwttnthz"c ..J'.!.1U de la chaudière* La cloison munie des tubulures peut t:rú fi.x<;
e entre une bride de la chaudière de chauffage et
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une bride du r'::c'!'-:1uf [."tH' d'eau (le consommation, Il est également possible ec poser cette cloison sans fixation spéciale. sur des nervures d'appui prévues sur le chaudière. Une réparation étauche entre 1:1 Cw..e t?'<-au de la chaudière et la chambre du ré- chauffeur d'cnu 'le conBO:(':'!l1tton située entre les deux parois de s ±n: ration n'est :'C''''C o'is ,:t"'solucnt nécessaire.
It nnxit tre !vr't:.'cux de prélever l'eml de chauffa. eue dans un tube extérieur de 1,1 deuxième cloison entourant una tubulure et de l*'#'<.:r u <;"port du chauffage. On peut de cette façon ivnener à ce lui -ci une eau particulièrement chaude.
;)11'''; l ^nt -brc: du rch.luffeur d'eau de consommation parcourue oar l' {' '1 1\ r'pcr-"Iuff é!" on peut prévoir des tôles directrices ct ".-.awr.y dispositifs de distribution montée de mm1ip-tc 2pproriri'*e, qui assurent un écoulement avantageux de I'pjiu df cor!o':1'tion autour des tubes extérieurs de la deuxième cloison et rpr CO!1R<;oucnt un transfert de chaleur efficace entre l'eau chaude et l'e-'u de conso:1'U'\'\flt1on. Les tubulures de la pra.. l':ttpre cloison oeuvent Ctre revôtues d'un matériau calorifuge, afin d'éviter clns toute In mesure du possible, un échange de
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chaleur entre l'eau chaude montante et l'eau chaude descendante.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, il. est proposé de relier les tubes extérieurs du système d'échan..
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geur de chaleur par leurs extrémités et de les munir do moyens
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peur purger l'air. Ceci peut se réaliser de la manière la plus simple en faisant déboucher les tuyaux extérieurs dans une autre
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cloison de l' éch,1n('ur de chaleur et en munissant d'une conduite de purge l'esoaeo compris entre cette cloison et la paroi du réchauffeur d'enu de consommation.
Suivant "ne autre caractéristique de l'invention, il
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est proposa de prévoir, dans les tuyaux intérieurs parcourue par
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l'eau chaude, des ch':nç>"'ur!'! de chaleur montés directement sur la chudtr.p de c.h^u±Cr.p,a, des or8ne8 réduisant la section de passade lorsque 1.t te-5jv'rdture de l'eau chaude diminue. On peut par exemple prévoir dm\8 les tubes intérieurs des éléments en bimétal qui ne libèrent l.n section d'écoulement que quand l'eau chaude a 'Ittc1n.t 'ne température déterminée. Il est particulie-
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rement avant.1S!CUX de prévoir des éléments de ce genre dans les tubes disposés à la périphérie du réchauffeur d'eau de con.o#ation.
De cette façon, avec une c,ju ch.'1udt: h faible température, le cou- rant ne past;u que (iiint, les tubes situés dans le milieu du réchauf- feur d'eau, tandis que la section des tubes extérieurs n'ast com- plètement cc"?c'. par lus éi:^:nts intérieurs que quand l'eau chau- de a atteint une t....,:lp{r\tnr,,> minimutn déterminée.
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Le dessin annexé t;1ontr\.' des exemples de réalisation de l'objet de l'invention.
La figure 1 représentes une chaudière de chauffage, avec
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un réchautfcur d'eau de conl;O;',1"1 ttion séparé vu en coupe; la figure 2 est une coups verticale dans une chaudière de chauffage avec recheuffelir J'eau de consommation monté directement sur celle-ci; la figure 3 ust une coupe verticale dans une chaudière de
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chauffage avec réchauffeur d'eau de consommation; la figure 4 est une couoe verticale dans la partie supé.. rieure d'une chaudière de ch.1uff.Ve- avec r6cha'Jffeur d'eau de con- sommation monté au-dessus de celle-ci; la figura 5 est une coupe verticale dans la partie supé-
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rieure d'une chaudière de ctviuf ±.3?e avec réchauffeur d'eau de con- sO'Tl:1'l.Rtlon de forme sph6riruc mont? au-dessus de la chaudière; la figure 6 est:
une coupe verticale dans une chaudière de chauffée 3vc:c rcct;<1u±KCUr <-te.:;'! de consommation monté au-dessus de la chaudière proprement ditc.
A la figure 1, la chaudière de chauffage désignée par 1 est reliée par la conduite de départ 2 et la conduite de retour 3
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à un radiateur 4 représentant scbémntiquement l'installation de chauffage alint6 par la chaudière. La chaudière de chauffage 1 est en communication, par la conduite montante 5, avec un réchauf-
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feur d'<:au dont l'eau chaude sort pour revenir par la conduite de retour 6 à la chaudière 1. Le réchauffeur d'eau de consolation consiste en une chaudière 7 à la bride 3 de laquelle une pièce in- termédiaire cylindrique 9 est accolée au moyen de la bride 10. La pièce 9 est fermée de son cote par un couvercle 11.
Ce dernier est
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relié par sa bride 12 à la bride 13 de la pièce cylindrique 9. En- tre les brides 12 et 13, est placée une cloison 14 qui est munie de tubes 15, ouverts à leur extrémité libre, s'étendant dans la chaudière 7. Les tuyaux 15 s'introduisent à la manière d'une trom- bonne dans les tuyaux 16 qui sont encastrés dans une autre cloison 17 fixée entre les brides 8 et 10.
Les tubes 16 sont fermés à leur extrémité. L'eau de consommation à chauffer entre par le raccord 18 à l'intérieur de la chaudière 7.19 désigne la sortie d'eau de consommation du réchauffeur. 11 est prévu, à l'intérieur de la chaudière 7, des éléments intérieurs 20 qui impriment à l'eau de consommation un mouvement autour des tubes 16, dans le sens indi- que par les flèches.
L'eau chaude s'écoule de la chambre d'eau de la chaudière 1, par la colonne montante 5, dans l'espace compris entra la cou- vercle 11 et la cloison 14. De là, elle parvient par les tubes 15 et l'espace annulaire compris entre ceux-ci et les tubes 16 dans la chambre située entre les cloisons 14 et 17 d'où elle revient par la conduite de retour 6 à la chambre d'eau de la chaudière 1.
Comme on peut le voir d'âpres les floches, l'eau chaude s'écoule en sens opposés dans les tubes 15 et 16, par suite de la déviation subie à l'extrémité fermée de ces derniers, et transmet sa chaleur à l'eau de consommation par la paroi, de ceux-ci.
Par une disposition appropriée des conduites d'amenée et d'évacuation ainsi que par la punition verticale de la chaudière 7, ou son inclinaison et une disposition appropriée des éléments in- térieurs, le problème de la pur?e de l'eau de l'échangeur de cha- leur se résout facilement.Dans le cas présent, les tubes 16 fermes à leur extrémité sont légerement inclinas en direction de celle-ci, tandis que les tubes ouverts 15 encastras dans la cloison 14 taon- tent quelque peu vers leur extrémité ouverte.
Grâce à cette dispo- sition des tubes 15 et 10, l'air présent dans l'eau chaude est con- duit à la partie supérieure de la chambre comprise entre les cloi- sons 14 et 17 et peut s'échapper par une soupape de purge 9a. La chaudière 7 elle-môme est légèrement inclinée vers la partie de l'eau chaude, de sorte Que l'air parvenant dans la partie de l'eau de consommation peut s'échapper par la sortie de celle-ci. Dans la
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partie supérieure des tôles directrices 20 on peut prévoir, en vue de la purge d'air, des orifices de purge spéciaux 20a.
Dans la chaudière de chauffage représentée à la figure 2, la chambre de chauffe désignée par 21 renferme la grille 22. Sous cette dernière, se trouve le cendrier 23. La chambre da chauffe et le cendrier sont accessibles par des portes 24 et 25. 26 désigne la tubulure d'échappement des gaz brûles munie d'un clapet 27. Le réchauffeur d'eau de consommation, consistant en principe en un réservoir 28 et une pièce annulaire 29, est posé sur la chaudière de chauffage et une cloison 14, disposée entre la bride 30 de la pièce annulaire 29 et la bride 31 de la chaudière 1, forme la fer- meture de la chambre d'eau 37 de la chaudière entourant la chambre de chauffe 21. La pièce annulaire 29 est reliée par sa bride 32 à la bride 33 du réservoir 28.
Entre les brides 32 et 33, vient se placer un deuxième fond 17 muni de tubes 16 fermés dans le haut.
Dans ces tubes 16, les tubes 15 du fond 14 s'introduisent ouverts dans le haut à la manière d'une trombonne comme décrit à propos de la figure 1.
18 désigne le raccord d'entrée et 19 le raccord de sortie pour l'eau de consommation qui s'écoule autour des tubes 16, dans le sens de la floche, sous l'action des éléments intérieurs 20 prévus dans le réservoir 28. En vue de purger l'air de l'eau chau- de, les tubes 16 fermés dans le haut sont en communication par des canalisations 16a avec une soupape de purge 16b, Dans la conduite de départ 2 du système de chauffage, est prévue une soupape d'ar- rêt 2a. 3 désigne la conduite de retour du système de chauffage vers la chaudière.
La chambre 48, entre les fonds 14 et 17, est en communi- cation par des conduites de retour 57 avec la chambre d'eau'37 de la chaudière. Dans les conduites de retour 57, sont placés des clapets de retenue 52 ne permettant qu'un écoulement dans le sens des flèches.
Dans la chaudière de la figure 3, il est prévu une cham- bre de chauffe proprement dite 21, comportant un élément intérieur
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34, en forme de cylindre, dans lequel passe l'eau et où pénètre, de la manière connue, la flamme d'un brûleur à huile ou à gaz. La partie inférieure de l'élément intérieur 34 où passe l'eau est en liaison par la conduite 35 avec la chambre d'eau 37 de la chaudiè- re, tandis que sa partie supérieure 36 est directement en communi- cation avec celle-ci.
La chambre d'eau 37 est recouverte par la cloison 14 du réchauffeur d'eau de consommation, placée entre la bride 38 de la chaudière 1 et la bride 39 du réservoir 43, Entre les brides 38 et 39, est prévu en outre un autre fond de séparation 17. Le fond 17 est renflé à la manière d'un pot et relié à la bride 41 par une partie cylindrique 4u. 15 désigne des tubes ouverts dans le baut, placés dans la cloison 14, qui s'engagent à la maniè. re d'une trombonnc dans les tubes 16 de la cloison 17, fermes dans le haut. Les tubes 16 débouchent dans des coudes 44 conduisant de leur côté à des tubes 45 .paiement placés dans la cloison 17. Les coudes 44 sont reliés par des conduites 46 à la conduite de purge. d'air 47 qui peut être purgée par une soupape 16b.
18 désigne l'entrée de l'eau de consommation dans le réchauffeur et 19 la sortie de celle-ci.
La chambre 48, entre la cloison 14 et la cloison 17, est en communication par l'ouverture 49 avec la conduite de départ 2 de la chaudière 1, dans laquelle est prévue une vanne 2a. La con- duite de départ 2 est en communication par une conduite de court- circuit 51 avec la conduite de retour 6. Dans la conduite 51, est installé un clapet de retenue 52. Celui-ci ne laisse passer le courant que dans le sens des floches.
En été, lorsque le chauffage est supprimé, la vanne 2a est fermée. truand la chaudière est mise en service pour donner de l'eau de consommation, l'eau qui est ra- pidement chauffée dans l'élément cylindrique 34 s'écoule dans le sens des floches par les tuyaux 15 de la cloison 14 pour revenir de là, par les cubes 45 et l'espace annulaire compris entre les tubes 15 et les tubes 16, dans la chambre 48 si tuée entre les cloi- sons 16 et 17. De là, l'eau revient à la chambre d'eau de la chau- dière par la conduite de court-circuit 51.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4. le
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réservoir 43 du réchauffeur d'eau est posé directement sur la chau- dière de chauffée 1. Les cloisons 14 et 17 sont fixées entre la bride 54 du réchauffeur 43 et la brida 55 de la chaudière 1. La paroi de séparation 14 est en forme de pot, de manière à ménager un espace 48 entre les cloisons 14 et 17. 15 désigne les tubes ouverts dans le haut encastres dans la cloison 14 et les tubes 16, les tubes fermes dans le haut: de la cloison 17.
Un élément intérieur 34 de la chambre de chauffa 21 où passe l'eau, est en communication avec la chambre d'eau 37 de la chaudière de chauffage 1 et est reliée par les tubes 15 ouverts dans le haut places dans la cloison 14 et l'espace annulaire com- pris entre ces tubes et les tubes fermés 16, avec la chambre inter- médiaire 48, L'eau chauffa dans l'élément intérieur 34-.e la cham- bre d'eau 37 s'écoule vers le haut par les tubes 13 et redescend dans la chambre 56 par l'espace annulaire compris entre les tubes 15 et 16.
Elle s'écoule de la, par la conduite de départ 2, vers le système de chauffage ou, par la conduite de retour 57 prévue dans la cloison 14, vers la cambre d'eau 37 de la chaudière. Dans la conduite de retour 57, est installé un clapet de retenue 52 qui ne permet un écoulement que dans le sans de la flèche.
Dans les tubes 15 ouverts dans le haut, voisina de la paroi du réservoir 43, sont pincées, dans cette forme particulière de l'invention, des soupapes spéciales commandées par les différen- ces de température et réorientées dans ce cas-ci par des éléments en bimétal, 15a et 15b par exemple. Grce à ces éléments en bimétal, on peut faire écouler l'enu de manière simple, d'abord par les tu- bes 15 placés dans le centra du réchauffeur d'eau et, seulement lorsqu'une température minimum déterminée est atteinte, par les tu- bes 15 voisina de la paroi du réservoir 43.
On peut par exemple utiliser pour des tubes circulaires la forme d'éléments en bimétal en deux pièces désignée par 15a, tandis que pour des tubes de for- me rectangulaire ou ovale, on utilise des éléments de bimétal 15b en une seule pièce.
Los tubes 16 fermés dans le haut ont leurs extrémités écrasées et brasées ou soudées au point de jonction. Les parties
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planes écrasées 42 des tubes 16 sont reliées par un tube de purge 42a pouvant être vidé par une soupape 16b. La tube de purge 42a est en communication avec les tubes 16 par des orifices 42b.
La forme d'exécution représentée à la figure 3 se distin- gue avant tout de celles représentées précédemment par la fait que le réchauffeur d'eau de consommation 43 est de forme sphérique.
GrAce à cette construction sphérique, on réussit avec une dépense minimum de matière, par exemple un métal inoxydable comme l'acier spécial ou le cuivre, à enfermer une quantité d'eau maximum. Du fait que la partie supérieure du réchauffeur d'eau 43 a la 'forme d'une demi-sphère et sert en quelque sorte de couvercle & la chau- dière 1, avec laquelle elle est reliée au moyen des brides 58 et 59, on peut arriver facilement à démonter et à nettoyer toute la chaudière, La eleison 17 dans laquelle sont encastrât les tubes 16 fermés dans le haut a la forme d'une coquille hémisphérique et est fixée par sa bride 60 entre les brides 58 et 59.
La paroi 14, dans laquelle sont montés les tubes 15 ouverts dans le haut, est simple- ment posée sur une tringle annulaire 61 disposée dans la partie supérieure de la chambre d'eau de la chaudière de chauffage, 2 dé- signe à nouveau la conduite de départ, munie d'une vanne 2a, de la chaudière 1 et 57 désigne la conduite de retour vers la chambre d'eau de la chaudière, placée dans la cloison 14.
Dans cette forme d'exécution de l'invention, la purge d'air s'effectue par des tubes 50 et 50a, communiquant avec une conduite de purge raccordée à une soupape 16b. Les conduites de purge 50 et 5(la descendant depuis la partie supérieure des tubas 16 fermés dans le haut est débouchent dans la paroi de la chaudière ou à un endroit de la chambre d'eau de celle-ci où règne une dé- pression appropriée. Cette dépression peut éventuellement s'obte- nir par aspiration ou en raccordant les conduites de purge 81 au raccord d'aspiration d'une pompe de circulation de la chaudière, non représentée.
On peut également employer, par exemple, un pla. teau de réglage 15b produisant une dépression suffisamment impor- tante, par l'ouverture de la soupape, dans la chambre d'eau de la chaudière, entre ce plateau 15d et la cloison 17 en forme de calot-
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te sphérique. En plaçant la conduite de départ d'eau à un niveau approprié plus élevé par rapport au système de chauffage, on peut supprimer éventuellement une conduite de purge spéciale avec la soupape 16b.
Dans la chaudière de chauffage représentée à la figure 6, le réchauffeur d'eau se distingue des formes d'exécution dé- crites précédemment en ce que les tubes 16 sont placés entre deux cloisons spéciales 17 et 17a, dont la première sert comme ferme- ture supérieure de la chambre d'eau 37 de la chaudière de chauf- fage 1. Ces cloisons sont fixées entre les brides 62 et 63 ou 64 et 65. Elle? pourraient également être soudées avec la paroi de la partie cylindrique 66 du réchauffeur d'eau. 67 désigne le cou- vercle du réchauffeur d'eau. La cloison 14a, dans laquelle sont places les tubes 15, est posée par des nervures 68 sur le plateau 69 de la chambre de chauffe 21.
Les extrémités supérieures libres des tubes 15 s'engagent jusqu'à un point très rapproché sous le couvercle 67 du réchauffeur d'eau. L'eau chauffée dans la chambra d'eau 37 de la chaudière s'écoule dans le sons des flèches, par les tubes 15, dnns l'espace compris entre le couvercle 67 du ré- chauffeur d'eau et le fond 17a et de là, par l'espace annulaire compris entre les tubes 15 et les tubes 16, vers la chambre d'eau 37 de la chaudière ou la conduite de repart 2 du système de chauf- fage. 18 désigne l'entrée de l'eau de consommation et 19, sa sor- tie. A l'intérieur de la partie cylindrique 66 sont places des éléments 70 entourant les tubes 16 à la manière d'une cheminée.
Ces éléments 70 possèdent des ouvertures 70a par où entre l'eau de consommation froide, qui s'échauffe rapidement en montant con- tre la paroi des tubes 16, de sorte qu'il se produit dans le ré- chauffeur d'eau un courant dirigé de préférence dans le sens des flèches. Dans le cas d'un faible prélèvement d'eau de consomma- tien, on ne prend en principe que de l'eau s'écoulant par l'espa- ce compris entre les pièces tabulaires 70 et les tubes extérieurs 16 vers la sortie 19. Lorsqu'on prélevé une plus grande quantité d'eau de consommation. cette eau provient également de la réserva
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d'eau chaude se trouvant dans l'autre chambre du réchauffeur d'eau.
L'espace compris entre le fond supérieur 17a et le cou- vercle 67 du réchauffeur d'eau peut être purgé d'air par la con- duite 71 et la soupape 16b. Il est prévu, dans la partie cylin" drique 66 du réchauffeur d'eau de consommation, un flotteur 72 dont le poids n'est que peu supérieur au poids spécifique de l'eau. A sa périphérie, le flotteur possède un col 73 l'empê- chant de se coincer. L'utilisation de ce flotteur, muni éven- tuellement d'ouvertures 74, permet d'obtenir une nouvelle amélio- ration des conditions d'écoulement et du transfert de la chaleur dans le réchauffeur d'eau de consommation.
Un élément intérieur où passe l'eau n'est pas spécia- lement prévu dans la chambre de chauffe de cette chaudière. Lors- qu'on emploie le chauffage à l'huile ou au gaz, on peut toute. fois, grâce à une disposition appropriée du brûleur, diriger la flamme vers le ciel 69 de la chambre de chauffe 21, de manière que l'eau se trouvant entre la cloison 14a et le ciel 69 s'é- chauffe très rapidement et favorise ainsi la circulation de l'eau de consommation à l'intérieur de la chaudière de chauffage.
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* HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR FOR THE PREPARATION OF CONSUMED WATER IN HEATING BOILERS.
The present invention relates to a heat exchanger, suitable in particular for the preparation of drinking water in heating boilers, in which the heat exchange takes place at the wall of the tubes thereof. .
Heat exchangers for the preparation of drinking water in heating boilers are often constructed in such a way that the interior thereof is subdivided into three chambers by two bottoms which carry tubes. The two outer chambers are in communication by means of the heat exchanger tubes passing through the space situated between the latter.
Most of the time, drinking water is passed through the central space
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heat through the two outer chambers and the heat exchanger tubes the wall of the heat exchanger tubes, The exchange- / taking place at the wall of the tubes of the latter, Due to the differences in heating and - thermal expansion undergone by the tubes of the heat exchanger mounted between the two cubulairos funds, compared with the thermal expansion of the outer casing, under pressure from the exchanger, considerable stresses often occur which can lead to cracks and leaks.
It is known that the water reheaters of the heating boilers can be placed directly in communication with the boiler itself by placing the heat exchanger directly thereon. In heating boilers of this kind, the hot water leaving the boiler is partly bypassed into the heat exchanger mounted above it, heats the consumption water therein and flows at a somewhat lower temperature to the heating network. In the construction of heating boiler installations of this kind, it must be taken into account that in winter, alongside the heating water, the boiler must also supply the hot consumption water to be taken from the heater.
On the other hand, in summer, the boiler must also allow the heating of consumption water in an economical manner, then. that the heating is removed.
In the various constructions of heating boilers where the hot water is taken bypass to the consumption water heater, the partial streams of cooled hot water do not change when leaving the heat exchanger. , to partial hot water streams coming directly from the boiler before being directed to the heating network.
This often results in a lowering of the temperature of the water in a part of the boiler and the water in the drinking water heater and a certain part of the hot water returns to a lower temperature in the water heater. 'water. In this way the trans-
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wax from the heat of the hot water to the drinking water is ... reduced.
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The present invention is not only aimed at 11. To undermine the difficulties caused by differential thermal expansion in heat heaters with tu-
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bulatrus relias pnr the tubes of the exchanger, but cheerfully to eliminate the drawbacks mentioned by heating boilers with incorporated consumption water heater known previously, for this purpose, the invention provides a heat exchanger With two separating funds, one of which is fitted with tubes z'n = 'tr hC, you do the manner of a paperclip in the more tubes ,,: r;' lnct êir .- '"fres mounted in the second separation bottom '8; i ;, a L "M!" 01 from which the heat exchange occurs;
in this c "'1" 1!:' ur, the tubes of larger diameter are connected to dE! ' ('Ir:;: Jn (' de è,.> \ Tt.:"'tOl1 of the current which directs the current passing through the pipes of the first bottom in the opposite direction to the current
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Mssxnt in the annular space between these pipes and the outer tubes. The ends of the outer tubes may be closed to you and themselves ensure the deflection of the current.
This closing of the outer tubes can be done by welding or by breaststroke. In many cases it is sufficient to overwrite or
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fold back the ends of the outer tubes until they are completely mature.
A particularly advantageous embodiment of a heat exchanger for the preparation of drinking water, mation in the heating boilers according to the invention, consists in installing the partition wall carrying the pipes.
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on the heating boiler in such a way that the heated water flows upwards, into these pipes and downwards, into the annular space between these and the outer pipes, to pass into the Caca water heater space.
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caught between the soft dividing walls and dd lea, move towards the heating outlet pipe or return to the cwttnthz "c ..J '.!. 1U of the boiler * The partition fitted with the pipes can t: rú fi. x <;
e between a flange of the heating boiler and
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a flange of the r ':: c'! '-: 1uf [. "tH' of water (consumption, It is also possible to install this partition without special fixing. on support ribs provided on the boiler. repair between 1: 1 Cw..and? '<- at the boiler and the heater chamber of the conBO :(': '! l1tton located between the two walls of s ± n: ration n 'is:' C '' '' C o'is,: t "'solucnt necessary.
It is necessary to be! Vr't:. 'Cows to take the heat eml. had in an outer tube of 1.1 second partition surrounding a tubing and the * '#' <.: r u <; "port of the heater. In this way, particularly hot water can be supplied to it.
;) 11 '' '; l ^ nt -brc: from the rch.luffeur of drinking water traversed oar the {'' 1 1 \ r'pcr- "Iuffé!" guiding plates can be provided next to it. distribution devices mounted from mm1ip-tc 2pproriri '* e, which ensure an advantageous flow of the deflector! o': 1'tion around the outer tubes of the second partition and rpr CO! 1R <; orcnt an efficient heat transfer between the hot water and the consumption water: 1'U '\' \ flt1on. The pipes of the pra .. l ': This partition must be covered with a heat-insulating material, in order to avoid, as far as possible, an exchange of
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heat between rising hot water and falling hot water.
According to another characteristic of the invention, it. is proposed to connect the outer tubes of the exchange system.
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heat source by their ends and provide them with
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afraid to purge the air. This can be done in the simplest way by leading the external pipes into another
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wall of the exhaust, 1n ('ur heat and by providing a drain pipe the esoaeo between this partition and the wall of the heater of consumption.
According to "another characteristic of the invention, it
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is proposed to provide, in the interior pipes traversed by
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hot water, ch ': nç> "' ur! '! of heat mounted directly on the chudtr.p of ch ^ u ± Cr.p, a, or8ne8 reducing the passing section when 1.t te- The temperature of the hot water decreases, for example, the inner tubes of the bimetal elements can be provided for, which only release the flow section when the hot water has a determined temperature. is particular-
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rement before.1S! CUX to provide elements of this kind in the tubes arranged at the periphery of the con.o # ation water heater.
In this way, with a c, ju ch. '1udt: h low temperature, the current does not past; u only (iiint, the tubes located in the middle of the water heater, while the cross-section of the tubes exteriors are not completely cc "? c '. by the ei: ^: nts interiors only when the hot water has reached a determined t ....,: lp {r \ tnr ,,> minimutn.
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The accompanying drawing t; 1ontr \. ' embodiments of the object of the invention.
Figure 1 shows a heating boiler, with
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a separate hot water heater seen in section; Figure 2 is a vertical shot in a heating boiler with reheuffelir the drinking water mounted directly on it; Figure 3 ust a vertical section in a boiler of
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heating with domestic water heater; Figure 4 is a vertical view in the upper part of a heating boiler with a drinking water heater mounted above it; figure 5 is a vertical section in the upper part
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top of a boiler of ± .3? e ctviuf with water heater of consO'Tl: 1'l.Rtlon of spherical shape mounted? above the boiler; figure 6 is:
a vertical section in a 3vc heated boiler: c rcct; <1u ± KCUr <-te.:; '! consumption mounted above the boiler itself c.
In figure 1, the heating boiler designated by 1 is connected by the flow line 2 and the return line 3
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to a radiator 4 scientifically representing the heating installation alint6 by the boiler. The heating boiler 1 is in communication, via the riser 5, with a heater.
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feur d ': au whose hot water comes out to return via the return pipe 6 to the boiler 1. The consolation water heater consists of a boiler 7 at the flange 3 of which a cylindrical intermediate piece 9 is joined by means of the flange 10. The part 9 is closed on its side by a cover 11.
This last one is
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connected by its flange 12 to the flange 13 of the cylindrical part 9. Between the flanges 12 and 13 is placed a partition 14 which is provided with tubes 15, open at their free end, extending into the boiler 7. The pipes 15 are introduced in the manner of a pipe in the pipes 16 which are embedded in another partition 17 fixed between the flanges 8 and 10.
The tubes 16 are closed at their end. The consumption water to be heated enters through connection 18 inside the boiler 7.19 designates the consumption water outlet of the heater. Inside the boiler 7 are provided internal elements 20 which impart to the drinking water a movement around the tubes 16 in the direction indicated by the arrows.
Hot water flows from the water chamber of the boiler 1, through the riser 5, into the space included between the cover 11 and the partition 14. From there, it comes through the tubes 15 and the annular space between these and the tubes 16 in the chamber located between the partitions 14 and 17 from which it returns via the return pipe 6 to the water chamber of the boiler 1.
As can be seen from the seams, the hot water flows in opposite directions in the tubes 15 and 16, as a result of the deflection undergone at the closed end of the latter, and transmits its heat to the drinking water through the wall, of these.
By a suitable arrangement of the supply and discharge pipes as well as by the vertical punishment of the boiler 7, or its inclination and an appropriate arrangement of the internal elements, the problem of the water purity of the The heat exchanger is easily solved. In the present case, the tubes 16, which are firm at their end, are slightly inclined towards it, while the open tubes 15 recessed in the partition 14 hang somewhat towards their end. open end.
Thanks to this arrangement of the tubes 15 and 10, the air present in the hot water is led to the upper part of the chamber between the partitions 14 and 17 and can escape through a relief valve. purge 9a. The boiler 7 itself is slightly inclined towards the hot water part, so that the air arriving in the drinking water part can escape through the outlet thereof. In the
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upper part of the guide plates 20, for the purpose of purging air, special purge holes 20a can be provided.
In the heating boiler shown in Figure 2, the heating chamber designated by 21 contains the grid 22. Under the latter, is the ashtray 23. The heating chamber and the ashtray are accessible by doors 24 and 25. 26 designates the exhaust pipe for the burnt gases provided with a valve 27. The drinking water heater, consisting in principle of a tank 28 and an annular part 29, is placed on the heating boiler and a partition 14, arranged between the flange 30 of the annular part 29 and the flange 31 of the boiler 1, forms the closure of the water chamber 37 of the boiler surrounding the heating chamber 21. The annular part 29 is connected by its flange 32 to the flange 33 of the tank 28.
Between the flanges 32 and 33, is placed a second bottom 17 provided with tubes 16 closed at the top.
In these tubes 16, the tubes 15 of the bottom 14 are introduced open at the top in the manner of a paper clip as described in connection with FIG. 1.
18 designates the inlet connection and 19 the outlet connection for the drinking water which flows around the tubes 16, in the direction of the arrow, under the action of the interior elements 20 provided in the tank 28. In view to purge the air of hot water, the tubes 16 closed at the top are in communication by pipes 16a with a purge valve 16b, In the flow line 2 of the heating system, a valve is provided stop 2a. 3 designates the return line from the heating system to the boiler.
The chamber 48, between the ends 14 and 17, is in communication by return lines 57 with the water chamber 37 of the boiler. In the return lines 57 are placed check valves 52 allowing only flow in the direction of the arrows.
In the boiler of FIG. 3, a proper heating chamber 21 is provided, comprising an internal element
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34, in the form of a cylinder, through which the water passes and where the flame of an oil or gas burner enters, in the known manner. The lower part of the interior element 34 through which the water passes is connected by the pipe 35 with the water chamber 37 of the boiler, while its upper part 36 is directly in communication with the latter. .
The water chamber 37 is covered by the partition 14 of the drinking water heater, placed between the flange 38 of the boiler 1 and the flange 39 of the tank 43, Between the flanges 38 and 39, is also provided another separation bottom 17. The bottom 17 is swelled in the manner of a pot and connected to the flange 41 by a cylindrical part 4u. 15 denotes tubes open in the baut, placed in the partition 14, which engage in the manner. re of a paper clip in the tubes 16 of the partition 17, firm at the top. The tubes 16 open into elbows 44 leading for their part to tubes 45 .payment placed in the partition 17. The elbows 44 are connected by pipes 46 to the purge line. 47 which can be purged by a valve 16b.
18 designates the inlet of drinking water into the heater and 19 the outlet thereof.
The chamber 48, between the partition 14 and the partition 17, is in communication through the opening 49 with the outlet pipe 2 of the boiler 1, in which a valve 2a is provided. The outgoing line 2 is in communication via a short-circuit line 51 with the return line 6. In line 51, a check valve 52 is installed. This only allows current to flow in the direction. floches.
In summer, when the heating is removed, valve 2a is closed. When the boiler is put into service to provide drinking water, the water which is rapidly heated in the cylindrical element 34 flows in the direction of the flocks through the pipes 15 of the partition 14 to return from there, through the cubes 45 and the annular space between the tubes 15 and the tubes 16, in the chamber 48 if it is between the partitions 16 and 17. From there, the water returns to the water chamber of the boiler via the short-circuit pipe 51.
In the embodiment shown in Figure 4, the
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tank 43 of the water heater is placed directly on the heated boiler 1. The partitions 14 and 17 are fixed between the flange 54 of the heater 43 and the flange 55 of the boiler 1. The partition wall 14 is shaped of pot, so as to leave a space 48 between the partitions 14 and 17. 15 designates the open tubes in the top recessed in the partition 14 and the tubes 16, the firm tubes in the top: of the partition 17.
An interior element 34 of the heating chamber 21 through which the water passes, is in communication with the water chamber 37 of the heating boiler 1 and is connected by the tubes 15 open in the top places in the partition 14 and l The annular space comprised between these tubes and the closed tubes 16, with the intermediate chamber 48, The water heated in the inner element 34 - the water chamber 37 flows upwards. through the tubes 13 and goes back down into the chamber 56 through the annular space between the tubes 15 and 16.
It flows from the, through the outlet pipe 2, to the heating system or, through the return pipe 57 provided in the partition 14, to the water camber 37 of the boiler. In the return line 57 is installed a check valve 52 which only allows flow in the bottom of the boom.
In the tubes 15 open at the top, near the wall of the tank 43, are clamped, in this particular form of the invention, special valves controlled by the temperature differences and reoriented in this case by elements. in bimetal, 15a and 15b for example. Thanks to these bimetal elements, the enu can be drained in a simple way, firstly through the tubes 15 placed in the center of the water heater and, only when a determined minimum temperature is reached, through the tubes. tube 15 adjacent to the wall of tank 43.
For example, for circular tubes, the form of two-piece bimetal elements designated 15a can be used, while for rectangular or oval-shaped tubes, one-piece bimetal elements 15b are used.
The tubes 16 closed at the top have their ends crushed and brazed or welded at the junction point. The parts
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crushed planes 42 of the tubes 16 are connected by a purge tube 42a which can be emptied by a valve 16b. The purge tube 42a is in communication with the tubes 16 through orifices 42b.
The embodiment shown in FIG. 3 differs above all from those shown previously in that the drinking water heater 43 is spherical in shape.
Thanks to this spherical construction, it is possible with a minimum expenditure of material, for example a stainless metal such as special steel or copper, to enclose a maximum quantity of water. Since the upper part of the water heater 43 has the shape of a hemisphere and serves as a sort of cover for the boiler 1, with which it is connected by means of the flanges 58 and 59, it is possible to can easily be dismantled and cleaned the whole boiler, The eleison 17 in which the tubes 16 closed at the top are built-in has the shape of a hemispherical shell and is fixed by its flange 60 between the flanges 58 and 59.
The wall 14, in which the tubes 15 open at the top are mounted, is simply placed on an annular rod 61 arranged in the upper part of the water chamber of the heating boiler, 2 again denotes the outlet pipe, fitted with a valve 2a, of the boiler 1 and 57 designates the return pipe to the water chamber of the boiler, placed in the partition 14.
In this embodiment of the invention, the air purge takes place through tubes 50 and 50a, communicating with a purge line connected to a valve 16b. The purge lines 50 and 5 (the one descending from the upper part of the tubas 16 closed at the top is open into the wall of the boiler or at a place in the water chamber of the latter where there is an appropriate low pressure. This depression can optionally be obtained by suction or by connecting the purge lines 81 to the suction connection of a boiler circulation pump, not shown.
One can also use, for example, a pla. control valve 15b producing a sufficiently large vacuum, through the opening of the valve, in the water chamber of the boiler, between this plate 15d and the wall 17 in the form of a cap.
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spherical te. By placing the water supply line at an appropriate higher level relative to the heating system, a special drain line with valve 16b can optionally be omitted.
In the heating boiler shown in Figure 6, the water heater differs from the embodiments described above in that the tubes 16 are placed between two special partitions 17 and 17a, the first of which serves as a seal. upper ture of the water chamber 37 of the heating boiler 1. These partitions are fixed between the flanges 62 and 63 or 64 and 65. It? could also be welded to the wall of the cylindrical part 66 of the water heater. 67 designates the water heater cover. The partition 14a, in which the tubes 15 are placed, is placed by ribs 68 on the plate 69 of the heating chamber 21.
The free upper ends of the tubes 15 engage to a very close point under the cover 67 of the water heater. The water heated in the water chamber 37 of the boiler flows in the sound of the arrows, through the tubes 15, in the space between the cover 67 of the water heater and the bottom 17a and there, through the annular space between the tubes 15 and the tubes 16, towards the water chamber 37 of the boiler or the return line 2 of the heating system. 18 designates the inlet of drinking water and 19, its outlet. Inside the cylindrical part 66 are placed elements 70 surrounding the tubes 16 in the manner of a chimney.
These elements 70 have openings 70a through which the cold drinking water enters, which heats up rapidly as it rises against the wall of the tubes 16, so that a current takes place in the water heater. preferably directed in the direction of the arrows. In the case of a low consumption of water from the consumer, in principle only water flowing through the space between the tabular parts 70 and the outer tubes 16 towards the outlet 19 is taken. When taking a larger quantity of drinking water. this water also comes from the reserve
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of hot water in the other chamber of the water heater.
The space between the upper bottom 17a and the cover 67 of the water heater can be purged of air through the pipe 71 and the valve 16b. A float 72, the weight of which is only slightly greater than the specific weight of the water, is provided in the cylindrical part 66 of the drinking water heater. At its periphery, the float has a neck 73 l. 'preventing jamming. The use of this float, possibly fitted with openings 74, makes it possible to obtain a further improvement of the flow conditions and of the heat transfer in the water heater. of consumption.
An interior element through which water passes is not specially provided in the heating chamber of this boiler. When you use oil or gas heating, you can do anything. times, thanks to an appropriate arrangement of the burner, directing the flame towards the sky 69 of the heating chamber 21, so that the water located between the partition 14a and the roof 69 heats up very quickly and thus promotes circulation of drinking water inside the heating boiler.