EP0581663A1 - Echangeur de chaleur à nappe de tubes d'eau notamment pour chaudière à condensation - Google Patents

Echangeur de chaleur à nappe de tubes d'eau notamment pour chaudière à condensation Download PDF

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EP0581663A1
EP0581663A1 EP93401933A EP93401933A EP0581663A1 EP 0581663 A1 EP0581663 A1 EP 0581663A1 EP 93401933 A EP93401933 A EP 93401933A EP 93401933 A EP93401933 A EP 93401933A EP 0581663 A1 EP0581663 A1 EP 0581663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubes
water
ring
separator
sector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93401933A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Chapuis
Jean-Louis Armand
Yves Ledu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saunier Duval Eau Chaude Chauffage SDECC SA
Original Assignee
Saunier Duval Eau Chaude Chauffage SDECC SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Saunier Duval Eau Chaude Chauffage SDECC SA filed Critical Saunier Duval Eau Chaude Chauffage SDECC SA
Publication of EP0581663A1 publication Critical patent/EP0581663A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F24H1/403—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes the water tubes being arranged in one or more circles around the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0015—Guiding means in water channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements

Definitions

  • the invention which relates to a heat exchanger, in particular for a condensing boiler, relates more precisely to the distribution of the flow rates inside the sheet of water tubes which constitute the cylindrical exchanger.
  • the cylindrical exchangers of condensing type boilers are usually produced in the form of a sheet of water tubes which are distributed vertically - evenly - around a central burner and which define a combustion chamber.
  • the cylindrical sheet is wrapped in a sealed shell intended to collect the combustion products which are evacuated through a chimney.
  • This arrangement allows partial or total recovery of the latent heat of condensation of the water vapor contained in the combustion gases, thanks to the large exchange surfaces provided between the water tubes and these gases. These exchange surfaces result from a particular profile of each water tube, advantageously of oblong section and fairly flattened.
  • the heating water circulates in the tubes of the sheet, going up by a few neighboring tubes forming a bundle, then going down by a neighboring bundle, and so on.
  • the baffles in question constitute partitions between the sectors and they must be sufficiently tight so that said sectors are perfectly isolated from each other. This is even more important for the baffle which is located in a distributor ring, between the supply pipe and the water outlet pipe. Otherwise, at least part of the water flow is bypassed towards the outlet or the neighboring sector, to the detriment of the proper functioning of the exchanger. To avoid this, you must therefore ensure the quality of the baffle seals. If soldering is carried out for this, this imposes costly machining operations, and this does not exclude having to carry out subsequent rework in the workshop if leaks are still found during use.
  • the invention therefore proposes a heat exchanger with a layer of water tubes which overcomes the aforementioned drawbacks, by not using the usual baffles, said exchanger allowing a better distribution of the flows, with a low pressure drop.
  • a main object of the invention therefore consists of a heat exchanger with a cylindrical layer of water tubes arranged around a central burner and which open into lower and upper distributor rings between which the water performs several reversals of direction. circulation up and down successively in the bundles of adjacent tubes, exchanger according to which a plurality of separators each covering a sector of several water tubes are regularly distributed inside and around the entire periphery of each distributor ring and isolate their sector of the neighboring sector not provided with a separator, the separators of the upper distributor ring and those of the lower distributor ring being offset from each other and the water inlet pipe and the water outlet pipe being mounted diametrically opposite on the same distributor ring.
  • the separators of the upper distributor ring cover an odd number of water tubes and the water inlet and outlet pipes take on the upper distributor ring each in a sector comprising an even number of water tubes, without a separator.
  • the number of water tubes in the water inlet sector is different from that of the water outlet.
  • each separator consists of a folded sheet forming a bridge over several neighboring tubes, the two vertical sides of the separator which converge towards the center of the ring coming to bear against the base of the distributor ring , between two neighboring tubes.
  • the exchanger consists of a cylindrical layer of water tubes 1 which connect an upper distributor ring 2 and a lower distributor ring 3.
  • the tubes 1 define a combustion chamber 4 inside which is arranged a radial burner not shown.
  • the upper distributor ring 2 is closed by an annular cover 5 and the lower ring 3 also by another cover 6.
  • the combustion chamber 4 is closed, at the lower distributor ring by a bottom 7.
  • the ring upper distributor 2 is secured to a support plate 8 by which the exchanger is held in place in the device. On this plate are provided hooking lugs 9 for the burner.
  • the upper distributor ring 2 communicates with the water inlet and outlet pipes respectively by a supply connection 10 and by an outlet connection 11, the two connections being diametrically opposite on the ring.
  • a plurality of separators 12, the profile and the arrangement of which can be seen better in FIGS. 3 and 4 are placed inside each distributor ring.
  • Each separator 12 consists of a folded sheet, forming a bridge 15 above several neighboring tubes 1 and the two vertical sides 13 of the separator which converge towards the center of the ring come to bear against the base of the ring distributor, between two neighboring tubes.
  • the central part of the separator 12 forms a slight elevation 14 relative to the bridge 15 and bears against the annular cover 5 or 6 of the distributor ring considered, to which it is brazed. The separator is thus perfectly held in place. It will be noted that the vertical sides of each separator are spaced apart by a distance corresponding to nine tubes 1.
  • FIG. 5 illustrates the space occupied by the separators 12 inside the upper distributing ring 2. This figure shows the regular distribution of the seventy-two tubes 1 which constitute the exchanger. The water inlet 10 and the water outlet 11 which are on the same diameter AA ′ are shown on the dotted lines on each side of the distributor ring.
  • Figure 5 shows that there are four sectors with a separator, covering 36 tubes. Between each sector equipped with a separator, there is a sector that is not. We have seen that the entrance sector occupied eight tubes. The intermediate sectors have nine tubes. On the other hand, the outlet sector on the side of the conduit 11, on the diameter AA 'concerns 10 tubes. There is therefore between the inlet area and the outlet area of water a difference in the number of tubes whose interest will appear later. Thus the inlet 10 and outlet 11 conduits take on the upper distributor ring in a sector comprising an even number of water tubes, devoid of separator.
  • FIG. 6 shows that the space occupied by the separators 12 inside the lower distributor ring 3 - With respect to the same diameter AA ′ of the exchanger, it can be seen that the separators are offset with respect to the separators in FIG. 5 and are at the limit of said diameter.
  • a vertical flank 13 of the separator 12 is on the diameter AA ′, that is to say that the separator is offset by four tubes relative to that of the distributor ring superior. This offset is found on the side of the water outlet 11.
  • a vertical flank of the separator is also located on the diameter AA ′, but this time it is offset by five tubes relative to that of the upper distributing ring. It will thus be noted that the eight sectors of the lower distributing ring, that is to say the four which are capped with a separator and the four which are not, each cover 9 tubes.
  • the water admitted by the inlet 10 into the upper distributor ring 2 will descend into the eight tubes of the sector considered.
  • a deflector not shown is advantageously placed in the supply connection 10 so that the water is distributed in the eight starting tubes.
  • the vertical parts 13 of the two separators ( Figure 5) isolate the eight tubes from their neighbors.
  • the water descending in these eight tubes reaches the lower distributor ring 3. Due to the partition that constitutes the vertical flank 13 of the separator located as we have seen, on the diameter AA ', that is to say in the middle of the sector of the eight tubes, the descending water will be distributed on both sides of this partition and go back up in the neighboring tubes. We see that this first downward flow will be split on either side of the diameter AA '.
  • FIG. 7 schematically shows one half of the exchanger in an unrolled view between the water inlet 10 and the outlet 11.
  • the water admitted at 10 therefore descends through the eight starting tubes then separates to go up through five neighboring tubes before going down by four and so on until exit 11.
  • This alternation of five and four tubes is explained as follows.
  • the water descending in the first four tubes has the five neighboring tubes capped by the same separator to go up towards the upper distributor ring.

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Abstract

Une pluralité de séparateurs (12) coiffant chacun un secteur de plusieurs tubes d'eau (1) sont régulièrement répartis à l'intérieur et sur tout le pourtour d'un anneau répartiteur supérieur (2) et d'un anneau répartiteur inférieur entre lesquels l'eau monte et descend dans les faisceaux de tubes adjacents. Chaque séparateur isole son secteur du secteur voisin non pourvu de séparateur. Le conduit d'arrivée d'eau (10) et le conduit de départ d'eau (11) sont montés de façon diamétralement opposée sur cet anneau répartiteur supérieur (2). Application aux échangeurs de chaleur de chaudière à condensation. <IMAGE>

Description

  • L'invention qui se rapporte à un échangeur de chaleur notamment pour chaudière à condensation, concerne plus précisément la répartition des débits à l'intérieur de la nappe de tubes d'eau qui constituent l'échangeur cylindrique.
  • Les échangeurs cylindriques de chaudières du type à condensation sont habituellement réalisés sous forme d'une nappe de tubes d'eau qui se répartissent verticalement -de façon régulière- tout autour d'un brûleur central et qui délimitent une chambre de combustion.
  • La nappe cylindrique est enveloppée d'une coquille étanche destinée à collecter les produits de combustion qui s'évacuent par une cheminée. Cette disposition permet une récupération partielle ou totale de la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion, grâce aux surfaces d'échange importante prévues entre les tubes d'eau et ces gaz. Ces surfaces d'échange résultent d'un profil particulier de chaque tube d'eau, avantageusement de section oblongue et assez aplatie. Dans ce type d'échangeur connu, l'eau de chauffage circule dans les tubes de la nappe en montant par quelques tubes voisins formant un faisceau, puis en descendant par un faisceau voisin, et ainsi de suite.
  • Cette circulation montante et descendante se fait entre un anneau répartiteur inférieur et un anneau répartiteur supérieur, l'un des deux recevant un conduit d'alimentation et un conduitde sortie d'eau.Dans chaque anneau répartiteur sont prévues des chicanes qui isolent entre eux les différents secteurs qu'elles délimitent. Dans chaque secteur débouche ainsi un faisceau de tubes montants et un faisceau de tubes descendants. De cette façon l'eau effectue plusieurs "aller et retour" d'un anneau à l'autre, entre le conduit d'alimentation et le conduit de sortie .
  • Les chicanes en question constituent des cloisons de séparation entre les secteurs et elles doivent être suffisamment étanches pour que lesdits secteurs soient parfaitement isolés les uns des autres. Cela est encore plus important pour la chicane qui se trouve dans un anneau répartiteur, entre le conduit d'alimentation et le conduit de sortie d'eau. A défaut au moins une partie du débit d'eau est bipassé vers la sortie ou le secteur voisin, au détriment du bon fonctionnement de l'échangeur. Pour éviter cela il faut donc s'assurer de la qualité des étanchéités des chicanes. Si l'on effectue pour cela des brasures, cela impose des opérations d'usinage coûteuses, et cela n'exclu pas d'avoir à effectuer des reprises ultérieures en atelier si des défauts d'étanchéité sont encore constatés en cours d'utilisation. Certes on a pensé à utiliser des chicanes amovibles de conformation particulière qui s'emboîtent directement dans les tubes d'eau sans nécessiter de soudure et qui sont coiffées d'un joint d'étanchéité, comme décrit dans le FR-A 2 508 157 au nom de la Demanderesse, mais l'étanchéité des joints est parfois également douteuse après une longue période d'utilisation.
  • Ce système de répartition des débits, hormis les difficultés précitées liées à l'existence des ces chicanes, présente d'autres inconvénients.
  • En effet on s'est aperçu que dans chaque secteur des anneaux répartiteurs où, comme ont sait, l'eau subit un changement brutal de direction entre le faisceau de tubes montant et le faisceau descendant, il n'y a pas une répartition homogène du débit dans chaque tube d'un même faisceau.
  • Les hétérogénéites de vitesses d'eau dans chacun d'eux et des effets tourbillonnaires dans les secteurs se traduisent par des irrégularités dans les températures des tubes et des bouchages internes de certains d'entre eux, résultant de la précipitation irrégulière des particules en suspension dans l'eau.
  • L'invention propose par conséquent un échangeur de chaleur à nappe de tubes d'eau qui s'affranchit des inconvénients précités, en n'utilisant pas les chicanes habituelles, ledit échangeur permettant une répartition meilleure des débits, avec une faible perte de charge.
  • Un objet principal de l'invention consiste donc en un échangeur de chaleur à nappe cylindrique de tubes d'eau disposés autour d'un brûleur central et qui débouchent dans des anneaux répartiteurs inférieurs et supérieurs entre lesquels l'eau effectue plusieurs inversions de sens de circulation en montant et en descendant successivement dans les faisceaux de tubes adjacents, échangeur selon lequel une pluralité de séparateurs coiffant chacun un secteur de plusieurs tubes d'eau sont régulièrement répartis à l'intérieur et sur tout le pourtour de chaque anneau répartiteur et isolent leur secteur du secteur voisin non pourvu de séparateur, les séparateurs de l'anneau répartiteur supérieur et ceux de l'anneau répartiteur inférieur étant décalés les uns par rapport aux autres et le conduit d'arrivée d'eau et le conduit de départ d'eau étant montés de façon diamétralement opposée sur un même anneau répartiteur.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, les séparateurs de l'anneau répartiteur supérieur coiffent un nombre impair de tubes d'eau et les conduits d'arrivée et de départ d'eau prennent sur l'anneau répartiteur supérieur chacun dans un secteur comportant un nombre pair de tubes d'eau, dépourvu de séparateur.
  • Dans l'anneau répartiteur supérieur, le nombre de tubes d'eau du secteur d'arrivée d'eau est différent de celui du départ d'eau.
  • Enfin tous les secteurs de l'anneau répartiteur inférieur, ceux coiffés d'un séparateur et ceux qui ne le sont pas ont un nombre impair et identique de tubes, et à l'aplomb des conduits d'arrivée et de départ d'eau deux séparateurs sont placés en limite du diamètre de l'anneau, au droit desdits conduits.
  • Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, chaque séparateur est constitué d'une tôle pliée formant un pont au-dessus de plusieurs tubes voisins, les deux flancs verticaux du séparateur qui convergent vers le centre de l'anneau venant en appui contre la base de l'anneau répartiteur, entre deux tubes voisins.
  • D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation, prise à titre d'exemple, dans laquelle il sera fait référence aux dessins annexés qui représentent :
    • figure 1 une vue générale en perspective de l'échangeur de chaleur ;
    • figure 2 une vue en coupe verticale diamétrale dudit échangeur ;
    • figure 3 une vue en perspective du séparateur et figure 4 ledit séparateur monté au-dessus de plusieurs tubes d'eau ;
    • figures 5 et 6 des vues en plan respectivement de l'anneau répartiteur supérieur et de l'anneau répartiteur inférieur dont les couvercles ont été ôtés ;
    • figure 7 une vue déroulée schématique en élévation d'une moitié de l'échangeur.
  • En se référant aux figures 1 et 2, on voit que l'échangeur est constitué d'une nappe cylindrique de tubes d'eau 1 qui relient un anneau répartiteur supérieur 2 et un anneau répartiteur inférieur 3. Les tubes 1 délimitent une chambre de combustion 4 à l'intérieur de laquelle est disposé un brûleur radial non représenté. L'anneau répartiteur supérieur 2 est fermé par un couvercle annulaire 5 et l'anneau inférieur 3 également par un autre couvercle 6. La chambre de combustion 4 est obturée, au niveau de l'anneau répartiteur inférieur par un fond 7. L'anneau répartiteur supérieur 2 est solidaire d'une plaque support 8 grâce à laquelle l'échangeur est maintenu en place dans l'appareil. Sur cette plaque sont prévues des pattes d'accrochage 9 pour le brûleur. L'anneau répartiteur supérieur 2 communique avec les conduits d'arrivée et de départ d'eau respectivement par un raccord d'alimentation 10 et par un raccord de sortie 11, les deux raccords étant diamétralement opposés sur l'anneau.
  • Une pluralité de séparateurs 12 dont on voit mieux le profil et le montage aux figures 3 et 4 sont placés à l'intérieur de chaque anneau répartiteur. Chaque séparateur 12 est constitué d'une tôle pliée, formant un pont 15 au-dessus de plusieurs tubes 1 voisins et les deux flancs verticaux 13 du séparateur qui convergent vers le centre de l'anneau viennent en appui contre la base de l'anneau répartiteur, entre deux tubes voisins. La partie centrale du séparateur 12 forme une légère surélévation 14 par rapport au pont 15 et vient en appui contre le couvercle annulaire 5 ou 6 de l'anneau répartiteur considéré, auquel elle est brasée. Le séparateur est ainsi parfaitement maintenu en place. On notera que les flancs verticaux de chaque séparateur sont écartés d'une distance correspondant à neuf tubes 1.
  • La figure 5 illustre la place occupée par les séparateurs 12 à l'intérieur de l'anneau répartiteur supérieur 2. On voit sur cette figure la répartition régulière des soixante douze tubes 1 qui constituent l'échangeur. On a représenté en pointillés l'arrivée d'eau 10 et le départ d'eau 11 qui se trouvent sur le même diamètre AA', de chaque coté de l'anneau répartiteur.
  • Du côté de l'entré d'eau 10, huit tubes, c'est-à-dire quatre de chaque côté du diamètre AA' sont alimentés en eau et ne sont pas coiffés par un séparateur. De part et d'autre, par contre, neuf tubes voisins sont coiffés par un séparateur 12 ; les tubes apparaissent alors en pointillés sur la figure. Puis les neuf tubes voisins sont ouverts et les suivants coiffés d'un séparateur et ainsi de suite. On remarquera que le secteur du tube de sortie d'eau 11 est -comme le secteur du tube d'entrée d'eau 10- dépourvu de séparateur. Chaque séparateur coiffe donc un secteur de neuf tubes d'eau soit un nombre impair de tubes, et l'isole du secteur voisin non pourvu de séparateur.
  • La figure 5 montre qu'il y a quatre secteurs avec séparateur, coiffant 36 tubes. Entre chaque secteur équipé de séparateur, il y a un secteur qui ne l'est pas. On a vu que le secteur d'entrée occupait huit tubes. Les secteurs intermédiaires ont neuf tubes. Par contre le secteur de sortie du côté du conduit 11, sur le diamètre AA' concerne 10 tubes. Il y a donc entre la zone d'entrée et la zone de sortie d'eau une différence du nombre de tubes dont l'intérêt apparaîtra plus loin. Ainsi les conduits d'arrivée 10 et de départ 11 prennent sur l'anneau répartiteur supérieur dans un secteur comportant un nombre pair de tubes d'eau, dépourvu de séparateur.
  • La figure 6 montre que la place occupée par les séparateurs 12 à l'intérieur de l'anneau répartiteur inférieur 3 - Par rapport au même diamètre AA' de l'échangeur, on voit que les séparateurs sont décalés par rapport aux séparateurs de la figure 5 et sont en limite dudit diamètre. Ainsi du côté de l'arrivée d'eau 10 un flanc vertical 13 du séparateur 12 se trouve sur le diamètre AA', c'est-à-dire que le séparateur est décalé de quatre tubes par rapport à celui de l'anneau répartiteur supérieur. On retrouve ce décalage du côté de la sortie d'eau 11. Un flanc vertical du séparateur se trouve aussi sur le diamètre AA', mais il est cette fois décalé de cinq tubes par rapport à celui de l'anneau répartiteur supérieur. On remarquera ainsi que les huit secteurs de l'anneau répartiteur inférieur, soit les quatre qui sont coiffés d'un séparateur et les quatre qui ne le sont pas, couvrent tous chacun 9 tubes.
  • En se référant également à la figure 7, on décrit maintenant de quelle façon l'eau circule dans l'échangeur entre l'entrée 10 et la sortie 11.
  • L'eau admise par l'arrivée 10 dans l'anneau répartiteur supérieur 2 va descendre dans les huit tubes du secteur considéré. Un déflecteur non représenté est avantageusement placé dans le raccord d'alimentation 10 pour que l'eau se répartisse dans les huit tubes de départ. Les parties verticales 13 des deux séparateurs (figure 5) isolent les huit tubes de leurs voisins. L'eau descendante dans ces huit tubes atteint l'anneau répartiteur inférieur 3. Du fait de la cloison que constitue le flanc vertical 13 du séparateur localisé comme on l'a vu, sur le diamètre AA', c'est-à-dire au milieu du secteur des huit tubes, l'eau descendante va se répartir de part et d'autre de cette cloison et remonter dans les tubes voisins. On voit que ce premier flux descendant va être scindé de part et d'autre du diamètre AA'. Cela veut dire que la circulation d'eau se fera de l'entrée 10 vers la sortie 11, par les deux côtés de l'échangeur ce qui diminue considérablement les pertes de charge par rapport à une circulation unique. La figure 7 montre schématiquement une moitié de l'échangeur en vue déroulée entre l'arrivée d'eau 10 et la sortie 11. L'eau admise en 10 descend donc par les huit tubes de départ puis se sépare pour remonter par cinq tubes voisins avant de rede- cendre par quatre et ainsi de suite jusqu'à la sortie 11. Cette alternance de cinq et quatre tubes s'explique de la façon suivante. L'eau descendante dans les quatre premiers tubes dispose des cinq tubes voisins coiffés par le même séparateur pour remonter vers l'anneau répartiteur supérieur.
  • Cette eau montante dispose ensuite des quatre tubes voisins coiffés par le même séparateur de l'anneau répartiteur supérieur pour redescendre vers l'anneau répartiteur inférieur et ainsi de suite. L'indication à la figure 7 des quatre tubes descendants et des cinq tubes montants ainsi que le marquage par des flèches de la circulation de l'eau, illustre bien ce processus de fonctionnement.
  • Du fait de cette disposition particulière selon laquelle le nombre de tubes d'eau montants diffère du nombre de tubes descendants, au niveau du changement de direction de l'eau sous le séparateur, se crée une certaine turbulence qui évite la formation de filets d'eau continus entre un tube montant et un tube descendant. De ce fait tous les tubes sont alimentés en eau avec des débits sensiblement équivalents. L'absence d'hétérogénéités dans les vitesses d'écoulement élimine les risques de surchauffe localisée et de bouchage interne des tubes. De ce fait, il n'est plus nécessaire d'utiliser des pontets pour favoriser la répartition des fluides dans les anneaux répartiteurs.
  • On a vu que le fait d'éloigner le tube d'alimentation d'eau du tube de sortie, et de répartir le débit d'eau en circulation des deux côtés de l'échangeur diminuait les pertes de charges. Ce montage présente aussi l'avantage qu'en cas de défaut d'étanchéité au niveau des séparateurs et plus précisément de leurs cloisons, la petite fuite d'eau qui en résulte est sans incidence sur le fonctionnement de l'échangeur, et en tout cas il n'y a plus de bipass direct entre l'entrée et la sortie puisque les deux conduits correspondants sont éloignés l'un de l'autre.

Claims (7)

1. Echangeur de chaleur à nappe cylindrique de tubes d'eau disposés autour d'un brûleur central et qui débouchent dans des anneaux répartiteurs inférieurs et supérieurs entre lesquels l'eau effectue plusieurs inversions de sens de circulation en montant et en descendant successivement dans des faisceaux de tubes adjacents caractérisé en ce que une pluralité de séparateurs (12) coiffant chacun un secteur de plusieurs tubes d'eau (1) sont régulièrement répartis à l'intérieur et sur tout le pourtour de chaque anneau répartiteur et isolent leur secteur du secteur voisin non pourvu de séparateur, en ce que les séparateurs de l'anneau répartiteur supérieur (2) et ceux de l'anneau répartiteur inférieur (3) sont décalés les uns par rapport aux autres et en ce que le conduit d'arrivée d'eau (10) et le conduit de départ d'eau (11) sont montés de façon diamétralement opposée sur un même anneau répartiteur.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les séparateurs (12) de l'anneau répartiteur supérieur (2) coiffent un nombre impair de tube d'eau (1) et en ce que les conduits d'arrivée (10) et de départ d'eau (11) prennent sur l'anneau répartiteur supérieur chacun dans un secteur comportant un nombre pair de tubes d'eau, dépourvu de séparateur.
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2 caractérisé en ce que, dans l'anneau répartiteur supérieur (2), le nombre de tubes d'eau (1) du secteur d'arrivée d'eau (10) est différent de celui du départ d'eau (11).
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que tous les secteurs de l'anneau répartiteur inférieur (3), ceux coiffés d'un séparateur (3) et ceux qui ne le sont pas, ont un nombre impair et identique de tubes 1.
5. Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que dans l'anneau répartiteur inférieur (3), à l'aplomb des conduits d'arrivée (10) et de départ d'eau (11), deux séparateurs (12) sont placés en limite du diamètre AA' de l'anneau au droit desdits conduits.
6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque séparateur (12) est constitué d'une tôle pliée formant un pont (15) au-dessus de plusieurs tubes (1) voisins et en ce que les deux flancs verticaux (13) du séparateur qui convergent vers le centre de l'anneau viennent en appui contre la base de l'anneau répartiteur, entre deux tubes voisins.
7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6 caractérisé en ce que la partie centrale de séparateur (12) forme une surélévation (14) par rapport au pont (15) et vient en appui contre le couvercle (5 ,6) de l'anneau répartiteur considéré.
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