La présente invention se rapporte aux échangeurs thermiques à surface destinés à récupérer, par un fluide en circulation, la chaleur perdue contenue dans les effluente caloporteurs. L'invention s'applique en particulier aux effluents caloporteurs que l'on peut aisément canaliser dans une conduite d'évacuation, comme les fumées de combustion produites, par-exemple, dans les fours industriels ou les chaudières des installations de chauffage.The present invention relates to surface heat exchangers intended to recover, by a circulating fluid, the waste heat contained in the heat transfer effluents. The invention applies in particular to heat transfer effluents which can easily be channeled in a discharge pipe, such as the combustion fumes produced, for example, in industrial ovens or boilers of heating installations.

Les échangeurs de ce type, habituellement dénommés "récupérateurs de chaleur" visent notamment à une meilleure utilisation des combustibles et s'inscrivent ainsi dans l'ensemble des mesures qui contribuent à apporter une réponse aux impératifs toujours plus pressants d'économie d'énergie.Exchangers of this type, usually called "heat recuperators" aim in particular to better use of fuels and are therefore part of the set of measures which contribute to providing an answer to the ever more pressing energy saving requirements.

A titre indicatif, les fumées de combustion à la sortie des chaudières de chauffage habituelles atteignent souvent des températures de 250 °C et plus. Les pertes thermiques ainsi occasionnées entrent pour près de 20% sinon d'avantage dans le bilan thermique et pénalisent d'autant le rendement de l'installation. En fait, cette dernière valeur doit être nettement corrigée à la hausse, si on prend en compte l'enthalpie de changement de phase de la vapeur d'eau contenue dans les fumées.As an indication, the combustion fumes at the outlet of the usual heating boilers often reach temperatures of 250 ° C and more. The thermal losses thus caused account for almost 20% if not more in the thermal balance and penalize the performance of the installation all the more. In fact, this latter value must be clearly corrected upwards, if one takes into account the enthalpy of phase change of the water vapor contained in the fumes.

Grâce aux récupérateurs de chaleur, ces fumées perdues peuvent gratuitement constituer une nouvelle source d'énergie, par-exemple pour la production d'eau chaude sanitaire, ou pour le réchauffage de l'eau de retour à la chaudière dans les installations de chauffage central.Thanks to heat recuperators, this lost smoke can be a free source of energy, for example for the production of domestic hot water, or for heating the water returning to the boiler in central heating installations. .

Toutefois, une conception optimale de ces appareils doit obligatoirement satisfaire à un compromis entre des exigences contradictoires auxquelles les récupérateurs actuellement connus ne paraissent pas répondre de façon satisfaisantes refroidir'les fumées de combustion au maximum, en perturbant le moins possible leur écoulement vers la cheminée d'évacuation.However, an optimal design of these devices must necessarily satisfy a compromise between contradictory requirements to which the currently known recuperators do not seem to satisfactorily cool the combustion fumes as much as possible, disturbing their flow to the chimney as little as possible. 'evacuation.

En effet, les récupérateurs actuels peuvent être classés schématiquement en deux familles:

• - Les dispositifs dits "à paroi d'eau", constitués essentiellement de deux conduits concentriques, à distance l'un de l'autre. Ces conduits définissent entre-eux un espace annulaire dans lequel un fluide à chauffer, en général de l'eau, circule à co-, ou à contre-courant des fumées à refroidir s'écoulant dans un conduit intérieur, l'échange se faisant au travers de la surface de ce dernier (brevets français n° 2 257 875 et n° 2 445 935).
• - Les dispositifs dits "à écran d'eau" dans lesquels un conduit de fumées est traversé transversalement soit par un réseau de tubes à eau agencés en faisceau multitubulaire ou en serpentin (brevet français n° 2 293 674) soit par une ou plusieurs plaques creuses ajourées à circulation d'eau interne (brevet français n° 2 287 663).

• - The so-called "water wall" devices, essentially consisting of two concentric conduits, spaced from each other. These conduits define between them an annular space in which a fluid to be heated, generally water, circulates in co-or against the current of the fumes to be cooled flowing in an interior conduit, the exchange being made at across the surface of the latter (French patents No. 2,257,875 and No. 2,445,935).
• - The so-called "water screen" devices in which a flue is crossed transversely either by a network of water tubes arranged in multitubular bundle or in serpentine (French patent n ° 2 293 674) or by one or more plates perforated hollow with internal water circulation (French patent n ° 2 287 663).

Les performances des récupérateurs de la première famille se trouvent pénalisées par une surface d'échange nécessairement limitée non seulement en grandeur, mais également par sa localisation à la périphérie de la veine gazeuse chaude.The performance of recuperators of the first family is penalized by an exchange surface which is necessarily limited not only in size, but also by its location at the periphery of the hot gas stream.

Ceux de la deuxième famille sont en principe, thermiquement plus efficaces. Mais la contre-pression engendrée dans le courant gazeux par les pertes de charge et la réduction de la section de passage occasionnelles par la présence de l'écran d'eau impose une adaptation du générateur de chaleur qui, elle aussi, a ses limites et ses inconvénients. Par ailleurs, ces dispositifs sont généralement bruyants. De plus, si les gaz à refroidir sont des fumées de combustion, les im- brulés solides qu'elles véhiculent se déposent et s'accumulent dans les volumes morts créés inévitablement dans l'écoulement gazeux.Those of the second family are in principle more thermally efficient. However, the back pressure generated in the gas stream by the pressure losses and the occasional reduction in the cross-sectional area by the presence of the water screen requires an adaptation of the heat generator which, too, has its limits and its disadvantages. Furthermore, these devices are generally noisy. In addition, if the gases to be cooled are combustion fumes, the solid unburnt particles which they transport settle and accumulate in the dead volumes inevitably created in the gas flow.

Le but de la présente invention est de parvenir à extraire le maximum de calories des fumées de combustion et, de façon plus générale de tout effluent caloporteur, tout en perturbant le moins possible leur écoulement.The object of the present invention is to succeed in extracting the maximum number of calories from the combustion fumes and, more generally from any heat-carrying effluent, while disturbing their flow as little as possible.

A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique à surface pour la récupération, par un fluide en circulation, tel que de l'eau, de la chaleur perdue contenue dans les effluents caloporteurs, notamment dans les fumées de combustion, et comprenant deux conduits concentriques: un conduit intérieur dans lequel passent les effluents caloporteurs à refroidir et un conduit extérieur entourant le conduit intérieur à distance de façon à définir entre-eux un espace annulaire formant une paroi d'eau dans laquelle circule le fluide à chauffer, échangeur caractérisé en ce que la paroi d'eau est à passages multiples, et en ce qu'il comporte au moins un tube à eau traversant longitudinalement la région centrale du conduit intérieur et monté en parallèle avec la paroi d'eau.To this end, the subject of the invention is a surface heat exchanger for the recovery, by a circulating fluid, such as water, of the waste heat contained in the heat transfer effluents, in particular in the combustion fumes, and comprising two concentric ducts: an inner duct through which the heat-transfer effluents to be cooled pass and an outer duct surrounding the inner duct at a distance so as to define between them an annular space forming a wall of water in which the fluid to be heated circulates, exchanger characterized in that the water wall is with multiple passages, and in that it comprises at least one water tube traversing longitudina The central region of the interior duct and mounted in parallel with the water wall.

Par "paroi d'eau à passages multiples", on entend désigner un compartimentage de l'espace annulaire permettant au fluide à chauffer de circuler selon une trajectoire en serpentin longitudinal, au moyen d'ailettes rectilignes disposées parallèlement et en quinconce selon les génératrices du conduit intérieur, ou selon une trajectoire hélicoïdale, par-exemple, au moyen d'une ailette spiralée entourant le conduit intérieur.By "multiple passage water wall" is meant a compartmentalisation of the annular space allowing the fluid to be heated to circulate in a longitudinal serpentine path, by means of rectilinear fins arranged in parallel and in staggered rows according to the generatrices of the inner duct, or along a helical path, for example, by means of a spiral fin surrounding the inner duct.

Pour fixer les idées, on supposera par la suite que les effluents à refroidir et le fluide à chauffer sont respectivement des fumées de combustion et de l'eau, sans que l'on puisse pour autant limiter à ces exemples la nature des fluides participant à l'échange thermique.To fix the ideas, it will be assumed subsequently that the effluents to be cooled and the fluid to be heated are combustion fumes and water respectively, without it being possible to limit the nature of the fluids participating in these examples to these examples. heat exchange.

Comme on le comprend, l'invention réalise donc la combinaison au sein d'un seul et même appareil, de solutions techniques déjà connues, mais séparément et en les adaptant de manière à cumuler leurs avantagés respectifs sans avoir à en supporter les inconvénients:

• D'un cδté, la paroi d'eau à passages multiples augmente le temps de séjour de l'eau en circulation contre le surface du tube intérieur, ce qui entraine une augmentation corrélative de la quantité de chaleur cédée à l'eau par les fumées, et plus précisément par la région périphérique de la veine de fumées en écoulement qui se trouve ainsi très efficacement refroidie.

• On the one hand, the multi-pass water wall increases the residence time of the circulating water against the surface of the inner tube, which results in a correlative increase in the amount of heat transferred to the water by the fumes. , and more precisely by the peripheral region of the flue gas stream which is thus very effectively cooled.

De l'autre cδté, le, ou plus généralement, les tubes à eau placés longitudinalement dans la partie centrale du conduit intérieur vont chercher les calories restantes là où elles se trouvent, c'est--à-dire au coeur même de la veine de fumées, conjuguant ainsi leur action avec celle de la paroi d'eau pour extraire des fumées le maximum de calories au profit de l'eau à chauffer. Ce résultat est obtenu sans perturber de façon significative l'écoulement des fumées, puisque les tubes sont disposés longitudinalement.On the other side, the, or more generally, the water tubes placed longitudinally in the central part of the inner duct will seek the remaining calories where they are, that is to say at the very heart of the vein. smoke, thus combining their action with that of the water wall to extract the maximum amount of smoke from the smoke in favor of the water to be heated. This is achieved without significantly disturbing the flow of smoke, since the tubes are arranged longitudinally.

L'efficacité de l'échange entraine en outre une condensation importante de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. Cette élimination de la vapeur sous forme liquide au sein de l'échangeur est favorable à tout point de vue.The efficiency of the exchange also causes significant condensation of the water vapor contained in the fumes. This elimination of the vapor in liquid form within the exchanger is favorable from all points of view.

Au plan thermique, elle permet de récupérer la chaleur latente de condensation de l'eau. Au plan aérodynamique ensuite, la diminution du débit de fumées qui en résulte compense la réduction, au demeurent minime, de la section de passage due à la présence des tubes centraux.Thermally, it allows the latent heat of condensation of water to be recovered. Then aerodynamically, the decrease the resulting smoke flow compensates for the reduction, albeit minimal, of the passage section due to the presence of the central tubes.

Par ailleurs, ces derniers, étant montés en parallèle avec la paroi d'eau, présentent,comme on le verre plus en détail par la suite, des extrémités coudées qui, loin de représenter un obstacle à l'écoulement des fumées, constituent au contraire des points froids favorisant la condensation de la vapeur.Furthermore, the latter, being mounted in parallel with the water wall, have, as we will see in more detail below, bent ends which, far from representing an obstacle to the flow of smoke, on the contrary constitute cold spots favoring the condensation of steam.

D'autre part, la paroi d'eau à passages multiples entraînent des effets secondaires particulièrement avantageux.On the other hand, the water wall with multiple passages cause particularly advantageous side effects.

En effet, les ailettes de cloisonnage étant avantageusement en matériau bon conducteur de la chaleur -généralement en métal- la surface d'échange à ce niveau se trouve donc augmentée et avec elle, le flux thermique global.Indeed, the partitioning fins being advantageously made of a material which is a good conductor of heat - generally metal - the exchange surface at this level is therefore increased and with it, the overall heat flux.

De plus, on évite toute possibilité de stagnation de l'eau dans l'espace entre les deux conduites, ce qui favorise de surcroit une bonne circulation de l'eau dans les tubes centraux puisque ceux-ci sont montés en dérivation sur la paroi d'eau.In addition, any possibility of water stagnation in the space between the two pipes is avoided, which in addition promotes good circulation of the water in the central tubes since these are mounted in bypass on the wall d 'water.

Conformément à une autre variante, une extrémité du conduit de fumées -correspondant à l'entrée des fumées dans l'échangeur- comporte des moyens pour conférer à la partie périphérique de l'écoulement gazeux un mouvement giratoire qui améliore encore le transfert des calories en augmentant la durée de l'échange avec la paroi d'eau.According to another variant, one end of the flue pipe -corresponding to the entry of the flue gases into the exchanger- comprises means for giving the peripheral part of the gas flow a gyratory movement which further improves the transfer of calories by increasing the duration of the exchange with the water wall.

Selon une réalisation préférée, ces moyens sont constitués par des ailettes fixées sur chant contre la surface intérieure du conduit de fumées et décalées angulairement dans le même sens par rapport à l'axe longitudinal du conduit de façon à se situer en dehors de tout plan passant par cet axe.According to a preferred embodiment, these means consist of fins fixed on edge against the inner surface of the flue pipe and angularly offset in the same direction relative to the longitudinal axis of the pipe so as to be outside any passing plane by this axis.

Il faut encore souligner que l'appareil est technologiquement simple, robuste et fiable. Sa construction ne pose aucune difficulté particulière puisque tous ses éléments constitutifs peuvent se trouver aisément dans le commerce et à faible coQt.It should also be emphasized that the device is technologically simple, robust and reliable. Its construction poses no particular difficulty since all of its constituent elements can be found easily in commerce and at low cost.

Son entretien est très commode. Il se limite au nettoyage périodique des dépôts éventuels sur la surface d'échange, à savoir la surface extérieure des tubes à eau centraux et la surface interne du conduit de fumées.Its maintenance is very convenient. It is limited to the periodic cleaning of any deposits on the exchange surface, namely the external surface of the central water tubes and the internal surface of the flue pipe.

Ce nettoyage s'opère très facilement à partir d'une extrémité de ce conduit, après en avoir libéré l'accès.This cleaning takes place very easily from one end of this conduit, after having freed access to it.

L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux planches de dessins annexées, sur lesquellest

• - la figure 1 est une vue en perspective, partiellement arrachée, d'un récupérateur selon l'invention,
• - la figure 2 est une vue en coupe diamétrale selon le plan AA de la figure 1,
• - la figura 3 est un schéma d'ensemble montrant l'implantation du récupérateur sur une installation de chauffage central,
• - la figure 4 est une vue partielle montrant l'entrée du conduit de fumées équipée d'ailettes déflectrices pour la mise en rotation des fumées.

• FIG. 1 is a partially cut away perspective view of a recuperator according to the invention,
• FIG. 2 is a view in diametral section along the plane AA of FIG. 1,
• - Figure 3 is an overall diagram showing the location of the recuperator on a central heating installation,
• - Figure 4 is a partial view showing the inlet of the flue pipe fitted with deflecting fins for rotating the flue gases.

Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques.In the figures, the same elements are designated by identical references.

Le récupérateur 1, représenté sur les figures 1 et 2, est principalement formé de deux conduits concentriques à distance, respectivement intérieur 2 et extérieur 3, définissant un passage central 4, pour les fumées de combustion à refroidir, et un espace annulaire périphérique 5 pour une circulation d'eau à chauffer.The recuperator 1, shown in FIGS. 1 and 2, is mainly formed by two concentric remote conduits, respectively interior 2 and exterior 3, defining a central passage 4, for the combustion fumes to be cooled, and a peripheral annular space 5 for a circulation of water to be heated.

Comme on le voit, l'espace 5 est fermé à ses extrémités au moyen de flasques 6 et 7. Il communique avec le milieu extérieur par des tubulures 8 et 9 prévues sur le tube extérieur 3 au voisinage des flasques 6 et 7 respectivement, en des positions angulaires diamétralement opposées et servant respectivement pour l'introduction et la sortie de l'eau à chauffer, comme l'indique le sens des flèches sur les figures.As can be seen, the space 5 is closed at its ends by means of flanges 6 and 7. It communicates with the external medium by pipes 8 and 9 provided on the external tube 3 in the vicinity of the flanges 6 and 7 respectively, in diametrically opposite angular positions and serving respectively for the introduction and the exit of the water to be heated, as indicated by the direction of the arrows in the figures.

Bien entendu, les rôles respectifs de ces tubulures sont réversibles, la circulation de l'eau pouvant s'opérer dans un sens ou l'autre. On verra toutefois que, dans une variante avantageuse de l'invention, il est préférable de respecter le sens de circulation indiqué ici.Of course, the respective roles of these pipes are reversible, the circulation of water being able to operate in one direction or the other. It will however be seen that, in an advantageous variant of the invention, it is preferable to respect the direction of circulation indicated here.

On voit par ailleurs que le passage 4 est traversé longitudinalement par des tubes ₁0 (ici au nombre de trois), localisés dans la partie centrale du passage au voisinage de l'axe longitudinal de l'échangeur symbolisé en 11. Les tubes 10 sont montés en dérivation sur l'espace annulaire 5 et comportent à cet effet des extrémités recourbées à angle droit débouchant dans cet espace au moyen d'ouvertures 12 et 13 ménagées dans la paroi du conduit intérieur 2, au voisinage respectivement des tubulures 8 et 9.Moreover it is seen that the passage 4 is traversed longitudinally by tubes ₁ 0 (here three in number) located in the central portion of the passage adjacent the longitudinal axis of the symbolized exchanger 11. The tubes 10 are mounted in diversion on the annular space 5 and for this purpose have curved ends at right angles opening into this space by means of openings 12 and 13 formed in the wall of the interior conduit 2, in the vicinity of the pipes 8 and 9 respectively.

Conformément à une réalisation préférée, l'espace annulaire 5 est compartimenté de façon à constituer une paroi d'eau à passages multiples.According to a preferred embodiment, the annular space 5 is compartmentalized so as to constitute a wall of water with multiple passages.

Dans l'exemple considéré, le compartimentage est réalisé au moyen d'ailettes 14, disposées parallèlement selon les génératrices du conduit intérieur 2 et espacées les unes des autres de façon à définir entre-elles des chambres à eau longitudinales. Les ailettes 14 sont avantageusement constituées par de simples plaquettes en acier de forme rectangulaire très allongée et présentant une longueur légèrement plus courte (10 cm par-exemple) que la distance séparant les deux flasques 15 de fermeture 6 et 7. Elles sont décalées longitudinalement l'une par rapport à la suivante selon un agencement en quinconce de manière à venir en appui par une extrémité alternativement contre l'un puis l'autre flasque, l'autre extrémité étant alors libre pour ménager entre elle et le flasque voisin un passage de communication entre deux chambres d'eau adjacentes.In the example considered, the compartmentalization is carried out by means of fins 14, arranged in parallel along the generatrices of the inner conduit 2 and spaced from one another so as to define between them longitudinal water chambers. The fins 14 are advantageously constituted by simple steel plates of very elongated rectangular shape and having a slightly shorter length (10 cm for example) than the distance separating the two closing flanges 6 and 7. They are offset longitudinally l '' in relation to the following in a staggered arrangement so as to come into abutment by one end alternately against one and then the other flange, the other end then being free to provide between it and the neighboring flange a passage of communication between two adjacent water rooms.

Dans l'exemple considéré, le nombre d'ailettes a été limité à quatre, de sorte que le compartimentage présente une structure en trois étages superposés: un étage d'entrée supérieur 15A pourvu de la tubulure d'arrivée 8, un étage de sortie inférieur 15_C comportant la tubulure de départ 9 et un étage intermédiaire composé des deux compartiments 15'g et 15"_B symétriques de part et d'autre du plan passant par les tubulures 8 et 9.In the example considered, the number of fins has been limited to four, so that the compartmentalisation has a structure in three superposed stages: an upper inlet stage 15A provided with the inlet pipe 8, an outlet stage lower 15 _C comprising the starting pipe 9 and an intermediate stage composed of the two compartments 15'g and 15 " _B symmetrical on either side of the plane passing through the pipes 8 and 9.

Il est clair cependant que, le décalage en quinconce ne s'applique pas à l'égard des ailettes délimitant entre-elles l'étage d'entrée 15A et l'étage de sortie 15_e.It is clear however that the staggered offset does not apply with respect to the fins delimiting between them the input stage 15A and the output stage 15 _e .

Dans ces conditions, l'eau qui pénètre par la tubulure d'entrée 8 rejoint la tubulure de sortie 9 après avoir traversé le récupérateur en s'y étant partagée dans deux circuits en parallèle, de manière à assurer une extraction des calories contenues dans tout le volume de la veine de fumées à refroidir:

• - Une partie de l'eau passe par l'espace annulaire 5 (ou paroi d'eau) selon un circuit en serpentin à trois passages longitudinaux en se répartissant équitablement entre les deux chambres 15'₈ et 15"_B de l'étage intermédiaire. Au cours de ce parcours, l'eau s'échauffe en prenant les calories contenues dans la région périphérique de la veine gazeuse è refroidir,
• - L'autre partie de l'eau emprunte les tubes centraux 10, pour atteindre directement l'extrémité de sortie de l'étage inférieur 15_C après avoir traversé longitudinalement le coeur de la veine gazeuse et avoir capté les calories restantes localisées dans cette région.

• - Part of the water passes through the annular space 5 (or water wall) according to a serpentine circuit with three longitudinal passages, being distributed evenly between the two chambers 15 ' ₈ and 15 " _B of the middle floor. During this course, the water heats up taking the calories contained in the peripheral region of the gas stream to cool,
• - The other part of the water borrows the central tubes 10, to directly reach the outlet end of the lower stage 15 _C after having passed longitudinally through the heart of the gas stream and having captured the remaining calories located in this region .

Conformément à une réalisation préférée de l'invention, bien visible sur la figure 2, les ailettes de cloisonnage 14 sont réparties autour du tube intérieur 2 avec des écartements variables de manière que la section de passage des chambres à eau ne soit pas égale dans les étages, mais diminue progressivement depuis l'étage d'entrée 15A jusqu'à l'étage de sortie 15_C. Cette disposition particulière présente l'avantage d'offrir à l'eau dans l'espace 5 une surface d'échange d'autant plus grande que sa température est basse. De plus, l'eau est mise en vitesse au fur et à mesure de son échauffement, ce qui est également favorable sur le plan thermique, par-exemple à l'égard des risques de calefaction. On trouve ici, l'explication de la remarque faite auparavant concernant la réversibilité des rôles des tubulures 8 et 9.According to a preferred embodiment of the invention, clearly visible in Figure 2, the partition fins 14 are distributed around the inner tube 2 with variable spacings so that the passage section of the water chambers is not equal in the stages, but gradually decreases from the input stage 15A to the output stage 15 _C. This particular arrangement has the advantage of providing the water in the space 5 with an exchange surface which is all the greater the lower its temperature. In addition, the water is speeded up as it warms up, which is also favorable from a thermal point of view, for example with regard to the risks of calefaction. We find here, the explanation of the remark made previously concerning the reversibility of the roles of the pipes 8 and 9.

Conformément à une aise en oeuvre avantageuse du récupérateur, et en application de règles bien connues en thermique, on favorise une circulation de type à contre-courant de l'eau par rapport à l'écoulement des fumées. Cetta condition est toujours satisfaite lorsque, comme le montre la figure 1, on place la tubulure d'entrée 8 à l'extrémité aval du récupérateur par rapport au sens d'écoulement des fumées (indiqué par la flèche sur l'axe 11). On voit sur la figure 2 en particulier, que dans ce cas, la paroi d'eau 5 comporte deux passages à contre-courant (étage 15A et 15_C) pour un passage à co-courant (étage 15_B). Sur cette figure, le sens de circulation de l'eau et des fumées ont été indiqués par les symboles conventionnels. Bien entendu, lorsque le nombre d'étages est d'ordre pair, les passages à co- et à contre-courant de la paroi d'eau 5 sont en nombre égal, indépendamment du choix de la tubulure d'entrée.In accordance with an advantageous ease of use of the recuperator, and in application of rules well known in thermal, a circulation of the type against the current of water is favored with respect to the flow of fumes. This condition is always satisfied when, as shown in FIG. 1, the inlet pipe 8 is placed at the downstream end of the recuperator with respect to the direction of flow of the fumes (indicated by the arrow on the axis 11). It can be seen in FIG. 2 in particular, that in this case, the water wall 5 comprises two counter-current passages (stage 15A and 15 _C ) for a co-current passage (stage 15 _B ). In this figure, the direction of circulation of the water and the fumes has been indicated by the conventional symbols. Of course, when the number of stages is of even order, the passages in co- and counter-current of the water wall 5 are in equal number, independently of the choice of the inlet pipe.

On va maintenant décrire brièvement un mode de fabrication du récupérateur selon l'invention.We will now briefly describe a method of manufacturing the recuperator according to the invention.

On commence par souder les flasques de fermeture 6 et 7 sur le pourtour du conduit intérieur 2 et de préférence à environ ₁5 ou 20 cm de ces extrémités de manière à ménager des parties terminales libres qui permettront un montage facilité du dispositif sur l'installation à laquelle il est destiné. Ces flasques sont de tailles légèrement différentes: l'un d'eux, par-exemple le flasque 6, présente un diamètre égal au diamètre extérieur du conduit 3, alors que le flasque 7 présente un diamètre égal au diamètre intérieur du conduit 3 et détermine donc l'épaisseur de l'espace 5.We start by welding the closing flanges 6 and 7 on the periphery of the inner conduit 2 and preferably about ₁ 5 or 20 cm from these ends so as to provide free end portions which will allow easy mounting of the device on the installation for which it is intended. These flanges are of slightly different sizes: one of them, for example the flange 6, has a diameter equal to the outside diameter of the duct 3, while the flange 7 has a diameter equal to the inside diameter of the duct 3 and determines so the thickness of space 5.

Puis on perce les ouvertures 10 et ₁₁ et on fixe les tubes centraux 10 par soudage étanche sur le bord des orifices effectué de l'extérieur du conduit 2. Auparavant, les tubes 10 ont été conformés en "S" par pliage des extrémités dans des sens opposés, à partir de tronçons de tube étiré en acier que l'on se procure facilement dans le commerce. On place ensuite les ailettes 14 sur chant sur le conduit intérieur 2 en prenant soin d'appuyer l'une de leur extrémité contre l'un des flasques de fermeture, de manière à réaliser une disposition en quinconce, telle qu'explicité précédemment. Les ailettes, qui présentent une hauteur égale à celle du petit flasque 7, sont alors fixées à demeure par soudage.Then the openings 10 and ₁₁ are drilled and the central tubes 10 are fixed by sealed welding to the edge of the orifices made from the outside of the duct 2. Previously, the tubes 10 were shaped as "S" by bending the ends in opposite directions, from sections of drawn steel tube that are readily available commercially. The fins 14 are then placed on edge on the inner duct 2, taking care to press one of their ends against one of the closing flanges, so as to make a staggered arrangement, as explained above. The fins, which have a height equal to that of the small flange 7, are then fixed permanently by welding.

Par ailleurs, on perce sur le conduit extérieur 3 les deux ouvertures destinées à recevoir les tubulures 8 et 9 pour l'arrivée et la sortie de l'eau.Furthermore, the two openings intended to receive the pipes 8 and 9 for the inlet and outlet of the water are drilled on the outer conduit 3.

Ensuite, on place le conduit intérieur 2 verticalement, le flasque le plus grand (flasque 6) étant en position basse, et on installe alors le conduit extérieur 3 en le faisant coulisser de haut vers le bas sur le conduit intérieur 2 jusqu'à ce qu'il vienne en butée sur le flasque 6. Cette opération est facilitée par les ailettes qui servent d'organes de guidage et de centrage. Le conduit extérieur 3 a été préalablement dimensionné de façon que, une fois mis en place, son extrémité supérieure vienne dans le plan de la surface extérieure du flasque 7. L'assemblage des deux conduits 2 et 3 est alors réalisé au niveau des deux flasques par les cordons de soudure étanche 16 et 17 visibles sur la figure 1.Then, place the inner conduit 2 vertically, the largest flange (flange 6) being in the low position, and then install the outer conduit 3 by sliding it from top to bottom on the inner conduit 2 until that it comes into abutment on the flange 6. This operation is facilitated by the fins which serve as guiding and centering members. The outer conduit 3 has been previously dimensioned so that, once in place, its upper end comes in the plane of the outer surface of the flange 7. The assembly of the two conduits 2 and 3 is then carried out at the level of the two flanges by the sealed weld beads 16 and 17 visible in FIG. 1.

Il doit être souligné que le positionnement angulaire correct du conduit extérieur est simplifié grâce aux différents orifices préalablement ménagés sur les deux conduits 2 et 3 et qui servent de repères visuels.It should be emphasized that the correct angular positioning of the external duct is simplified by virtue of the various orifices previously formed on the two ducts 2 and 3 and which serve as visual cues.

Une fois l'assemblage effectué, on rapporte les tubulures 8 et 9 par soudage sur le conduit extérieur 3. On peut avantageusement achever la construction par un calorifugeage du récupérateur au moyen d'une enveloppe d'isolation thermique placée autour du conduit extérieur 3. Cette enveloppe n'a pas été représentée pour ne pas surcharger inutilement les figures.Once the assembly has been carried out, the pipes 8 and 9 are attached by welding to the external pipe 3. It is advantageous to complete the construction by insulating the recuperator by means of a thermal insulation envelope placed around the external pipe 3. This envelope has not been shown so as not to overload the figures unnecessarily.

On va maintenant décrire brièvement, en référence à la figure 3, une installation de chauffage central équipée d'un échangeur--récupérateur selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté très schématiquement en 18 une chaudière alimentant en eau chaude, par un système classique de canalisations en boucle fermée comprenant une vanne à quatre voies 19 et d'un accélérateur 20, un ensemble de radiateurs 21 pour le chauffage de locaux d'habitation. Les fumées de combustion sortent à l'arrière de la chaudière pour rejoindre la cheminée d'évacuation à l'atmosphère, représentée en 22.We will now briefly describe, with reference to FIG. 3, a central heating installation equipped with an exchanger-recuperator according to the invention. In this figure, there is shown very schematically at 18 a boiler supplying hot water, by a conventional system of closed loop pipes comprising a four-way valve 19 and an accelerator 20, a set of radiators 21 for heating living quarters. The combustion fumes exit at the rear of the boiler to reach the exhaust vent chimney, shown at 22.

Comme on le voit, l'échangeur-récupérateur 1 s'installe entre la chaudière et la cheminée 22, en remplacement de la conduite habituelle de sortie de la chaudière. La mise en place s'effectue sans difficulté particulière grâce aux parties terminales libres du conduit interne qui dépassent de part et d'autre de l'appareil et qui permettent par simple emmanchement de se raccorder à deux éléments coudés 23 et 24 qui ont été prévus pour assurer une orientation verticale du récupérateur.As can be seen, the heat exchanger-recuperator 1 is installed between the boiler and the chimney 22, replacing the usual boiler outlet pipe. The installation is carried out without particular difficulty thanks to the free end portions of the internal conduit which protrude on either side of the apparatus and which allow by simple fitting to be connected to two bent elements 23 and 24 which have been provided to ensure vertical orientation of the recuperator.

Il doit être souligné que la présence de ces éléments coudés n'est nullement impérative, le récupérateur pouvant être placé dans n'importe quelle position. Il demeure toutefois souhaitable de conserver une légère inclinaison sur l'horizontale, positive dans le sens de l'écoulement des fumées,afin de favoriser par un orifice tel que 25, prévu entre le récupérateur et la chaudière (ou sur la partie terminale libre du conduit intérieur), l'évacuation des condensats, notamment l'eau formée dans le conduit intérieur par condensation de la vapeur d'eau contenue dans les fumées.It should be emphasized that the presence of these bent elements is by no means imperative, the recuperator can be placed in any position. It nevertheless remains desirable to keep a slight inclination on the horizontal, positive in the direction of the flow of the fumes, in order to favor by an orifice such as 25, provided between the recuperator and the boiler (or on the free end part of inner duct), the evacuation of condensates, in particular the water formed in the inner duct by condensation of the water vapor contained in the flue gases.

Comme on le voit, le récupérateur 1 est utilisé en tant que réchauffeur: l'eau de chauffage, qui sort refroidie des radiateurs 21, retourne à la chaudière 18 en traversant auparavant le récupérateur 1, lequel dans ce cas constitue un accessoire de l'installation de chauffage dont il améliore le redement et permet par conséquent une économie de combustible.As can be seen, the recuperator 1 is used as a heater: the heating water, which leaves cooled from the radiators 21, returns to the boiler 18 by first passing through the recuperator 1, which in this case constitutes an accessory of the heating system which improves the redement and therefore allows an eco nomie of fuel.

A titre purement indicatif, des essais effectués sur une chaudière à combustible liquide (fuel domestique) ont montré que l'on pouvait, grâce au dispositif selon l'invention, abaisser la température des fumées d'une valeur de plus 250 °C à la sortie de la chaudière jusqu'à.une valeur résiduelle d'environ 80 °C à la sortie du récupérateur. A partir de ces données, on calcule approximativement une amélioration de près de 15 % du rendement thermique de l'installation, et ceci sans prendre en compte la récupération de la chaleur latente de condensation d'une partie de la vapeur, Par ailleurs, l'eau à la sortie du réchauffeur accuse une élévation de température de 8 °C. environ sous le débit habituel, imposé par l'installation de chauffage en marche normale (plus de 2 m³/h).For purely indicative purposes, tests carried out on a liquid fuel boiler (domestic fuel oil) have shown that it is possible, thanks to the device according to the invention, to lower the temperature of the fumes by a value of more than 250 ° C. at outlet from the boiler up to a residual value of approximately 80 ° C at the outlet of the recuperator. From this data, an approximate 15% improvement in the thermal efficiency of the installation is calculated, without taking into account the recovery of the latent heat of condensation of part of the steam. the water leaving the heater shows a temperature rise of 8 ° C. approximately below the usual flow rate, imposed by the heating installation in normal operation (more than 2 m ³ / h).

D'autres essais effectués avec une chaudière à combustible solide (bois), ont permis de faire chuter la température des fumées de près de 400 °C, d'où une réduction (en pourcentage) des pertes par les fumées d'un coefficient voisin de six. Corrélativement, la température de l'eau de retour s'est élevée de 15 °C.Other tests carried out with a solid fuel boiler (wood), made it possible to drop the temperature of the fumes by almost 400 ° C, from where a reduction (in percentage) of the losses by the fumes of a similar coefficient of six. Correspondingly, the temperature of the return water rose by 15 ° C.

Par ailleurs, un circulateur, non représenté sur la figure 3, peut-être avantageusement prévu sur la tubulure de sortie 9 du réchauffeur. Dans ce cas, le rendement thermique global est encore sensiblement amélioré grâce à une homogénéisation de la température de l'eau au sein de la chaudière, due à un effet de brassage permanent.Furthermore, a circulator, not shown in FIG. 3, may advantageously be provided on the outlet pipe 9 of the heater. In this case, the overall thermal efficiency is further significantly improved thanks to a homogenization of the water temperature within the boiler, due to a permanent stirring effect.

Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes.It goes without saying that the invention cannot be limited to the examples described, but extends to multiple variants or equivalents insofar as the characteristics set out in the appended claims are respected.

En particulier de nombreuses variantes peuvent être envisagées tant en ce qui concerne la paroi d'eau à passages multiples, que les tubes d'eau centraux ou que l'agencement relatif de la paroi d'eau avec ces tubes.In particular, numerous variants can be envisaged both with regard to the water wall with multiple passages, as well as the central water tubes or as the relative arrangement of the water wall with these tubes.

A propos du premier point, il a déjà été dit que le compartimentage peut être réalisé, non seulement au moyen des ailettes récti- lignes longitudinales 14, mais également à l'aide par-exemple d'une ailette hélicoïdale unique enroulée sur chant autour du conduit intérieur 2.With regard to the first point, it has already been said that compartmentalization can be achieved, not only by means of the longitudinal reactive fins 14, but also using for example a single helical fin wound on edge around the inner duct 2.

De même, on peut opter pour de multiples variantes d'agencement des ailettes rectilignes 14, permettant toutes une circulation d'eau selon un parcours en serpentin avec plusieurs "allers et retours" dans la direction longitudinale. En particulier, on pourra choisir entre les variantes qui permettent à tout volume d'eau élémentaire pénétrant dans l'espace annulaire 5, soit, comme c'est le cas de l'exemple décrit, de parcourir seulement l'une ou l'autre moitié de la surface du conduit intérieur 2, soit de parcourir la totalité de cette surface, donc de traverser successivement toutes les chambres à eau. Dans ce cas, l'agencement en quinconce s'applique à l'ensemble des ailettes, à l'exception d'une seule, laquelle relie les deux flasques 6 et 7 et sépare ainsi de façon étanche les deux chambres adjacentes, destinées à recevoir respectivement la tubulure d'entrée 8 et la tubulure de sortie 9.Likewise, we can opt for multiple agent variants cement rectilinear fins 14, all allowing a circulation of water along a serpentine path with several "back and forth" in the longitudinal direction. In particular, it will be possible to choose between the variants which allow any volume of elementary water entering the annular space 5, or, as in the case of the example described, to travel only one or the other half of the surface of the inner duct 2, that is to cover the whole of this surface, therefore to pass successively through all the water chambers. In this case, the staggered arrangement applies to all of the fins, with the exception of only one, which connects the two flanges 6 and 7 and thus separates the two adjacent chambers in a sealed manner, intended to receive respectively the inlet pipe 8 and the outlet pipe 9.

Il doit cependant être précisé que ces deux variantes ne sont pas tout à fait équivalentes, mais que la première, à savoir la variante à circulation étagée, présente par rapport à la seconde certains avantages particuliers:

• - sur le plan hydraulique, les pertes de charges, à débit d'eau égal, sont plus faibles car l'espace annulaire 5 se compose de deux circuits en parallèle recouvrant chacun une moitié de la surface du tube intérieur;
• - sur le plan thermique, le partage de l'espace 5 en deux circuits parallèles équivalents entraine une symétrie de la carte des températures dans toute section droite du récupérateur. Cette symétrie, absente dans la seconde variante'semble globalement favorable à une meilleure transmission du flux thermique; \
• - sur le plan physico-chimique, les tubulures d'entrée 8 et de sortie 9 étant angulairement diamétralement opposées, les tubes à eau centraux 10 traversent la veine de fumées de part en part (tubes 10 conformés en "S"). Il en résulte, non seulement un refroidissement plus complet et plus homogène du coeur de la veine de fumées, mais également une condensation plus importante de la vapeur d'eau, ce qui est un avantage à tout point de vue. Dans la seconde variante, les tubulures d'entrée et de sortie étant angulairement très voisines l'une de l'autre, les tubes centraux présentent une conformation en "U" aplati, de sorte que leur effet d'extrémité reste limité à une partie seulement de l'épaisseur de la veine gazeuse.

• - hydraulically, the pressure drops, at equal water flow rate, are lower because the annular space 5 consists of two parallel circuits each covering one half of the surface of the inner tube;
• - thermally, the sharing of space 5 in two equivalent parallel circuits leads to a symmetry of the temperature map in any cross section of the recuperator. This symmetry, absent in the second variant, seems generally favorable for better transmission of the heat flux; \
• - On the physico-chemical level, the inlet 8 and outlet 9 pipes being angularly diametrically opposite, the central water tubes 10 pass through the smoke stream from side to side (tubes 10 shaped as "S"). The result is not only a more complete and more homogeneous cooling of the core of the smoke stream, but also a greater condensation of the water vapor, which is an advantage from all points of view. In the second variant, the inlet and outlet pipes being angularly very close to each other, the central tubes have a flattened "U" shape, so that their end effect remains limited to a part only the thickness of the gas stream.

En ce qui concerne maintenant le eecond point, il doit être bien compris que le nombre de tubes centraux ne peut être fixé à priori pour tous les cas. Il dépend essentiellement des conditions locales d'utilisation du récupérateur et doit être déterminé dans chaque cas en relation avec le diamètre des tubes choisis de manière à ne pas créer dans l'écoulement une contre-pression difficilement acceptable pour l'installation de chauffage. A titre indicatif, les conduites de sortie des fumées des installations de chauffage habituelles sont généralement surdimensionnées pour des raisons de sécurité, de sorte qu'une réduction de la section de passage dans une proportion pouvant aller Jusqu'à 20% environ reste tout-à-fait acceptable. Ainsi, dans le cas d'une chaudière dont la conduite d'évacuation des fumées présente un diamètre de l'ordre de 180 mm (chaudière de chauffage central d'une maison d'habitation moyenne), le remplacement de cette conduite par un récupérateur dont le tube interne présente un diamètre intérieur de même dimension et comporte trois tubes à eau centraux de 21mm de diamètre extérieur, n'entraine des modifications ni de la chaudière, ni du fonctionnement normal de l'installation.As far as the second point is concerned, it should be understood that the number of central tubes cannot be fixed a priori for all cases. It essentially depends on the local conditions of use of the recuperator and must be determined in each case in relation to the diameter of the tubes chosen so as not to create in the flow a backpressure which is difficult to accept for the heating installation. As an indication, the smoke outlet pipes of the usual heating systems are generally oversized for safety reasons, so that a reduction in the cross-sectional area in a proportion which can range up to approximately 20% remains entirely - made acceptable. Thus, in the case of a boiler whose smoke evacuation pipe has a diameter of about 180 mm (central heating boiler of an average dwelling house), the replacement of this pipe by a recuperator whose inner tube has an inside diameter of the same dimension and has three central water tubes of 21mm outside diameter, does not cause modifications either to the boiler or to the normal operation of the installation.

A propos enfin du troisième point, concernant l'agencement relatif des tubes centraux et de la paroi d'eau à passages multiples, il doit être souligné, qu'en accord avec l'invention, les tubes à eau 10 peuvent être montés en dérivation totale ou seulement partielle sur la paroi d'eau 5. L'exemple décrit en référence aux figures 1 et 2 correspond à une dérivation totale puisque les ouvertures 12 et 13 sur le tube intérieur 2 ont été ménagées au voisinage immédiat des tubulures d'entrée 8 et de sortie 9. Dais il est possible de prévoir ces ouvertures à d'autres endroits sur le tube intérieur 2 de façon à réaliser une mise en dérivation partielle des tubes 10 sur la paroi d'eau 5. Une telle disposition s'impose d'ailleurs d'elle-même dans le cas d'une paroi d'eau à circuits parallèles et à nombre pair d'étages, comme celà se comprend aisément.Finally, with regard to the third point, concerning the relative arrangement of the central tubes and of the water wall with multiple passages, it should be emphasized that, in accordance with the invention, the water tubes 10 can be mounted as a bypass. total or only partial on the water wall 5. The example described with reference to Figures 1 and 2 corresponds to a total bypass since the openings 12 and 13 on the inner tube 2 were formed in the immediate vicinity of the inlet pipes 8 and outlet 9. Dais it is possible to provide these openings at other places on the inner tube 2 so as to achieve a partial diversion of the tubes 10 on the water wall 5. Such an arrangement is necessary moreover of itself in the case of a water wall with parallel circuits and with an even number of stages, as this is easily understood.

En outre, une mise en dérivation totale peut s'opérer non seulement par les ouvertures 12 et 13 sur le tube intérieur 2, mais par tout autre moyen approprié, par-exemple par un branchement direct des tubes centraux 10 sur les tubulures 8 et 9.In addition, total diversion can take place not only through the openings 12 and 13 on the inner tube 2, but by any other appropriate means, for example by direct connection of the central tubes 10 to the pipes 8 and 9. .

Selon une autre variante de réalisation, on prévoit d'équiper l'espace 5 d'une purge d'air.According to another alternative embodiment, provision is made to equip the space 5 with an air purge.

De même, il peut être utile de prévoir un assemblage temporaire du conduit extérieur (fixation par bride boulonnée, par-exemple, au lieu du soudage) de façon à pouvoir le retirer à volonté en vue d'un nettoyage éventuel de l'espace annulaire 5 et de l'intérieur des tubes à eau centraux par accès aux ouvertures 12 et 13. Bien entendu, cette particularité présente surtout un intérêt si le récupérateur est placé dans un circuit d'eau de type "ouvert", par-exemple dans le cas d'une utilisation pour la production directe d'eau chaude sanitaire,Similarly, it may be useful to provide a temporary assembly of the external conduit (fixing by bolted flange, for example, instead of welding) so that it can be removed at will for possible cleaning of the annular space. 5 and from the inside of the central water tubes by access to the openings 12 and 13. Of course, this feature is of particular interest if the recuperator is placed in a water circuit of the "open" type, for example in the case of use for direct production of domestic hot water,

De même encore, dans une autre variante de réalisation de l'invention, le conduit intérieur 2 est pourvu, à son extrémité par où pénètre les fumées, de moyens pour conférer un mouvement giratoire à la partie périphérique de la veine gazeuse en écoulement. De cette façon, la durée de passage des fumées contre la paroi du conduit intérieur 2 est augmenté et le transfert thermique est encore amélioré.Likewise also, in another variant embodiment of the invention, the internal duct 2 is provided, at its end through which the smoke enters, with means for imparting a gyratory movement to the peripheral part of the flowing gas stream. In this way, the duration of passage of the fumes against the wall of the interior duct 2 is increased and the heat transfer is further improved.

Comme on le voit sur la figure 4, les moyens utilisés peuvent être des ailettes déflectrices 26 , constituées par de simples plaquettes métalliques fixées sur chant contre la paroi intérieure du conduit 2 et décalées angulairement, par-exemple de 40°, environ, toutes dans le même sens par rapport aux génératrices du conduit 2 de façon à se situer hors de tout plan passant par l'axe de symétrie 11.As can be seen in FIG. 4, the means used can be deflecting fins 26, constituted by simple metal plates fixed on edge against the inner wall of the duct 2 and angularly offset, for example by 40 °, approximately, all in the same direction with respect to the generatrices of the duct 2 so as to be situated outside any plane passing through the axis of symmetry 11.

Les ailettes 26 ont une dizaine de centimètres de longueur et leur hauteur fait environ le quart du diamètre du tube 2 de manière à ne mettre en rotation que la partie périphérique de l'écoulement des fumées sans trop perturber de préférence la région centrale où agissent les tubes à eau longitudinaux 10 non représentés sur cette figure.The fins 26 are about ten centimeters in length and their height is about a quarter of the diameter of the tube 2 so as to only rotate the peripheral part of the flue gas flow without preferably disturbing the central region where the longitudinal water tubes 10 not shown in this figure.

Le récupérateur selon l'invention peut, non seulement être installé entre la chaudière et la cheminée, sur les installations existantes, mais également être prévu de fabrication sur les chaudières neuves.The recuperator according to the invention can not only be installed between the boiler and the chimney, on existing installations, but also be provided for manufacturing on new boilers.

Enfin, l'application du récupérateur selon l'invention n'est pas limité au domaine du chauffage central pour le réchauffage de l'eau de retour des radiateurs ou pour la production d'eau chaude sanitaire, mais s'étend, comme on l'a déjà dit, à la récupération, au moyen d'un échangeur à surface, des calories contenues dans tout effluent caloporteur, dans la mesure où ce dernier est ou peut être canalisé dans une conduite d'évacuation,Finally, the application of the recuperator according to the invention is not limited to the field of central heating for heating the return water from the radiators or for the production of domestic hot water, but extends, as is the case. '' has already said, on recovery, by means of a surface exchanger, of the calories contained in any heat transfer effluent, insofar as the latter is or can be channeled in a discharge pipe,