EP1565690A1 - Echangeur de chaleur et dispositif de production d eau chaud e sanitaire - Google Patents

Echangeur de chaleur et dispositif de production d eau chaud e sanitaire

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Publication number
EP1565690A1
EP1565690A1 EP03786013A EP03786013A EP1565690A1 EP 1565690 A1 EP1565690 A1 EP 1565690A1 EP 03786013 A EP03786013 A EP 03786013A EP 03786013 A EP03786013 A EP 03786013A EP 1565690 A1 EP1565690 A1 EP 1565690A1
Authority
EP
European Patent Office
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enclosure
fluid
seφentin
turns
primary fluid
Prior art date
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Application number
EP03786013A
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German (de)
English (en)
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EP1565690B1 (fr
Inventor
Joseph Le Mer
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.)
Giannoni France
Original Assignee
D'etude Et De Realisation Mecaniques Engeneering En Technologies Avancees Ste
Le Mer Joseph Marie
Giannoni France
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Filing date
Publication date
Application filed by D'etude Et De Realisation Mecaniques Engeneering En Technologies Avancees Ste, Le Mer Joseph Marie, Giannoni France filed Critical D'etude Et De Realisation Mecaniques Engeneering En Technologies Avancees Ste
Publication of EP1565690A1 publication Critical patent/EP1565690A1/fr
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Publication of EP1565690B1 publication Critical patent/EP1565690B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F24D19/1021—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves a by pass valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F24D3/087—Tap water heat exchangers specially adapted therefore
    • 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
    • F28D7/02—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 helically coiled
    • F28D7/024—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 helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2240/00—Spacing means

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and a domestic hot water production device, equipped with such an exchanger.
  • a first solution consists in producing domestic hot water using a tank whose volume can vary from a few tens to a few hundred liters.
  • the reserve of water accumulated in this tank is heated by an electrical resistance or by a coil crossed by the fluid of the primary circuit of a heat exchanger of a boiler or fuel or gas.
  • FIGS. 1 and 2 attached to this patent application are diagrams which illustrate a domestic installation in accordance with the state of the art, allowing such instantaneous production of hot water.
  • This comprises a primary central heating circuit I and a secondary sanitary drawing circuit II, which interfere with each other at the level of a device D for producing hot water.
  • the latter comprises a small-volume balloon B containing a coil S, of circular section, at the level of which heat exchange takes place.
  • the primary circuit I comprises a heating source 1 for the water in this circuit; it is for example a boiler provided with a gas burner.
  • a suitable pump 15 circulates water in this circuit I.
  • the water leaves the boiler 1 via a line 10, then passes via a connector R in the shape of a "T" in a line 11, passes through the central heating radiators 100, and returns to the boiler 1 after having dissipated part of its calories in the radiators 100.
  • the return pipe comprises two pipes 12, 13 separated by a three-way valve V; line 13 is connected to boiler 1 after passing through pump 15 via line 14.
  • the water from the central heating constitutes the primary fluid;
  • the hot water production device D is connected in parallel with respect to the radiators 100, the bypass being located upstream of these radiators by the connection R at "T" and, downstream, by the three-way valve N.
  • the reference EF has designated a source for producing cold water; it may for example be a tap connected to the drinking water network provided in the house receiving this installation.
  • the reference EC has designated a device for using hot water; it is for example a tap or a shower head intended to supply hot water to the user.
  • the three-way valve N is in a position such that the pipes 12 and 13 are placed in communication, the pipe 17 being on the other hand isolated. In this situation, the water supplied by the boiler 1 travels exclusively through the primary circuit I, as symbolized by the arrows F, ensuring the heating of the radiators 100.
  • FIG. 2 illustrates the situation in which a drawing of sanitary water is requested, for example by the opening of a tap provided in the device for use EC.
  • the hot water which circulates according to the arrow G in the primary circuit I is routed at the level of the “T” connection R to the device for producing hot water D.
  • Hot water does not pass through the radiators 100 since the outlet of the pipe 12 is closed, but exclusively inside the tank B and returns to the boiler 1, via the pipes 13 and 14 and the pump 15.
  • water from the secondary circuit II traverses the coil S of the input c to the output, as symbolized by the arrows H, that is to say against -current of the primary circuit water circulating in the tank B.
  • the heat exchange takes place between the hot water of the primary circuit present inside the tank B and the cold water penetrating inside the coil S; hot water therefore reaches the EC user device.
  • the water leaves the boiler 1 at a temperature close to 80 ° C and returns there to a temperature between 40 and 60 ° C depending on the setting of the radiators 100.
  • the cold water into the interior of the coil S is at a temperature of about 15 ° C and hot water obtained inside the EC utilization device is at a temperature around 45 ° C.
  • the three-way valve N switches back to its initial position, which makes it possible to supply the radiators 100.
  • the instantaneous flow of hot water that can be obtained continuously with such an installation depends on the heat exchange performance of the device D. However, these are not optimal because the coil S is circular cross section. Because of this, it is impossible to obtain hot water from several taps at the same time.
  • the coil S tends to scale quickly.
  • the axial size of a coil of round section is large, so that the dimensions of the balloon B containing it are also.
  • the three-way valve V also has a large size.
  • the object of the present invention is to solve the aforementioned drawbacks.
  • It aims in particular to provide a heat exchanger having a large exchange surface, as well as a device for producing hot water instantly ensuring a large flow of hot water.
  • Another objective of the invention is to integrate inside the enclosure of the device for producing hot water a three-way valve system of very simple structure, so as to significantly reduce the overall cost price of this device, and to significantly reduce the overall size.
  • Yet another objective of the invention is to provide a device having a high resistance to the sanitary pressure which can sometimes reach 25 bars (25.10 5 Pa), these pressure peaks being able in particular to result from "water hammer” or from pressure valves. defective security, for example.
  • the invention relates to a heat exchanger comprising a tube of thermally good conductive material, wound in a helix to form a coil, in which a fluid, called “secondary”, is intended to circulate, this tube having a cross section flattened and substantially oval, the major axis of which is substantially perpendicular to the axis of the propeller, each turn of the coil having radial faces which are spaced from the radial faces of the adjacent turn of an interstice of constant width, a fluid called “primary" being intended to circulate between each turn of the coil, against the flow of said secondary fluid.
  • a fluid called "secondary”
  • This exchanger is remarkable in that the gap between two neighboring turns of the coil is calibrated by means of at least one helical projecting element, in the same way as the coil and disposed between the radial faces opposite the turns, and in that said coil is held between two cylindrical ferrules, coaxial, called “internal” and “external”, assembled together at each of their two ends by a helical flange whose space between the ends of the turn allows the passage of said primary fluid and its circulation between the turns of said coil on either side of said projecting element, between said ferrules.
  • At least one projecting element is stamped in one of the radial faces of the turns and an identical number of projecting elements is stamped in the other radial face of the turn, each projecting element of one of the radial faces coming into contact another projecting element of the radial face located opposite;
  • a first pair of semi-cylindrical projections is stamped in one of the radial faces of the turns and a second pair of semi-cylindrical projections is stamped in the other radial face of said turns, each projection of one of the radial faces coming from in contact with another projection of the radial face located opposite;
  • said protruding element is a rigid helical wire, mounted so that each of its turns is interposed between two neighboring turns of the coil,
  • the invention also relates to a domestic apparatus for producing hot water, which is characterized in that it comprises an enclosure inside which is installed the above-mentioned heat exchanger, sanitary water to be heated constituting the fluid secondary which circulates inside the coil, each end of this coil crossing the wall of said enclosure at a mouth provided for this purpose, the inlet and outlet of the primary fluid inside the enclosure making respectively by an inlet and an outlet.
  • a primary fluid distribution chamber is provided inside said enclosure, this chamber being delimited by the internal wall of the cylindrical internal ferrule and by a circular bottom sealingly sealing the end of said internal ferrule located in the vicinity of the secondary fluid inlet orifice, called the "inlet end" and a tube for introducing the primary fluid is disposed inside said internal ferrule, one of its ends being connected to the primary fluid inlet orifice and its opposite end opening out a short distance from said bottom, so that the latter forms a deflector which returns the incoming flow of primary fluid towards the opposite end of said distribution chamber;
  • the bottom is concave, its concavity being oriented towards the tube for introducing the primary fluid
  • the device for producing hot water comprises a three-way manifold integral with said enclosure, one of the channels is constituted by the inlet of the primary fluid and the other by an upstream mouth and the third a downstream mouth, said inlet orifice being provided with a filter;
  • the water producing device comprises a hot three-way valve for distributing the primary fluid, integrated with said enclosure, one of the channels is constituted by an outlet of the primary fluid, the other channel opens into a downstream mouth and the third opens into an upstream mouth, these two mouths being formed in the wall of the enclosure, this valve comprising a valve capable of selectively closing either said outlet or the channel opening into the upstream mouth;
  • This valve is mounted on a shaft driven in rotation by a motor
  • a discharge channel is formed inside the enclosure so as to put the inlet and outlet of primary fluid in communication with fluid, this discharge channel being equipped with a discharge valve;
  • the discharge channel is formed between a recess in the enclosure and an intermediate partition disposed between said recess and the outer shell, this discharge channel extending from the vicinity of the upstream end of the enclosure to its downstream end where it opens into the downstream mouth of the three-way valve;
  • the discharge valve comprises a piston urged by a calibrated spring, capable of closing a orifice for the passage of the primary fluid formed in said discharge channel when the pressure of said primary fluid arriving inside the enclosure is less than a value predetermined threshold and which, on the contrary, authorizes this passage when the pressure exceeds this value;
  • the relief valve is mounted in a sleeve integral with the recess of the enclosure and whose axis is perpendicular to the plane of this recess, the piston being movable in translation along said axis of the sleeve and being biased by a helical compression spring which bears against a dome-shaped part fixed in a sealed manner to said sleeve;
  • the relief valve comprises a fixed transverse partition separating the space between said recess of the enclosure and the intermediate partition and a base secured to this fixed partition which is crossed on one side by the orifice capable of being closed by said piston and the other by an opening which communicates permanently with the interior of the dome-shaped part;
  • the enclosure is made of plastic
  • the invention also relates to a mixed domestic distribution installation comprising a hot water central heating primary circuit and a secondary circuit of sanitary draw-off, this installation being equipped with a hot water device such as that mentioned above, connected in parallel to the radiators of the central heating circuit, the water from the central heating, supplied by a boiler, constituting said primary fluid and the sanitary tap water constituting said secondary fluid.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams illustrating the operating principle of a mixed heating installation, equipped with a device for producing instant sanitary hot water, in accordance with the state of the art;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the various component parts of the hot water production device;
  • FIG. 4 is a longitudinal vertical sectional view of the hot water production device according to the invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the same device, taken along the section plane shown by the line N-V in Figure 4;
  • FIG. 6 is a schematic view showing the two rings of the heat exchanger in cross section
  • FIGS 7, 8 and 9 are views in vertical cross section of the device of Figure 4, according to the sectional planes represented respectively by the lines VII-NII, NIII-NIII and IX-IX of Figure 4, Figure 7 further representing the inlet and outlet mouths of the coil seen in axial section;
  • - Figure 10 is a perspective view of one of the parts of the 3-way valve;
  • FIG. 11 is a perspective view of the downstream end of the hot water production device
  • - Figure 12 is an enlarged sectional view of the relief valve of the device of Figure 4, taken along the section plane shown by line XII-XII in this figure;
  • - Figures 13 and 14 are sectional views of the same relief valve in the plane of Figure 4, respectively in the closed and open positions;
  • - Figure 15 is a top view partially in section of the device of Figure 4;
  • FIG. 16 is a longitudinal vertical sectional view of an alternative embodiment of the hot water production device
  • FIG. 17 is a diagram of a domestic installation equipped with the device for producing sanitary hot water according to the invention, this being shown in section;
  • FIG. 18 is a longitudinal vertical sectional view of an alternative embodiment of the hot water production device
  • FIG. 19 is a longitudinal sectional view of the same device, taken along the section plane represented by the line XIX-XIX in the figure
  • FIG. 20 is an end view of the heat exchanger of Figures 18 and 19;
  • FIG. 21 is a longitudinal sectional view, partially showing an alternative embodiment of the coil
  • FIG. 22 is a perspective view of the downstream end of the hot water production device shown in Figures 18 and 19;
  • FIG. 23 is a longitudinal sectional partial view of a variant embodiment of the heat exchanger device shown in Figure 18, the latter being outside the enclosure of the device for producing hot water;
  • FIGS. 3, 4 and 5 are longitudinal vertical sectional views of an alternative embodiment of the hot water production device shown in Figure 16; - Figure 25 is a longitudinal, partial sectional view showing another alternative embodiment of the coil.
  • the heat exchanger 6 will now be described with more specific reference to FIGS. 3, 4 and 5.
  • It consists of a tube 69 of flattened and substantially oval cross section, wound in a helix so as to form a coil, so that the major axis of its cross section is substantially perpendicular to the axis XX 'of the helix.
  • the secondary fluid circulates inside this tube 69 and the primary fluid around it and against the current.
  • This tube 69 is made of a thermally good conductive material, preferably metal, for example stainless steel. It consists of a number of turns 62, the large faces of which are called “radial faces" referenced 620, 621 are spaced from the faces, 621, 620 of the adjacent turn 62, of a gap of constant width L.
  • each turn 62 in the form of an arc of a circle are referenced respectively 624 for the interior side and 625 for the exterior side of the coil 69.
  • the rectilinear end portions 63, 63 ′ of this tube extend tangentially towards the outside of the propeller and end in cylindrical end pieces constituting respectively the inlet 60 and outlet 61 mouths of the secondary fluid flowing therein. .
  • the transition between the flattened parts 63, 63 ′ and the cylindrical ends 61, 60 takes place gradually.
  • the gap L between two neighboring turns 62 of the coil 69 is calibrated by means of a projecting element.
  • this projecting element is a round, rigid helical wire 64, just like the coil 69 and mounted so that each of its turns 640 is interposed between two neighboring turns 62 of the coil 69.
  • the wire 64 is made of any type of rigid material, for example plastic or metal such as steel.
  • the helical wire 64 is interposed between the turns of the coil 69 by screwing.
  • the tube or coil 69 and the rigid wire 64 wound in a helix are kept assembled between two coaxial cylindrical ferrules, called “internal” and “external” and referenced respectively 65 and 66.
  • This split structure provides a certain elasticity to the ferrules 65,
  • the two longitudinal ends 650, respectively 660 of each sheet overlap along a generatrix of the cylinder and have a recess located outside the outer shell 66 (respectively inside the inner shell 65) to maintain a constant spacing e between the two ferrules.
  • the inner ferrule 65 and the outer ferrule 66 take up the tensile forces of the wire 64 and the coil 69 thanks to two flanges or crowns.
  • each flange 67, 67 ' has a generally helical shape to a turn, so that the two ends 674, 675, (respectively 674', 675 ') of the turn are not in the same plane and are very slightly offset from each other by a space 676, respectively 676 '.
  • the shape of the ends of the ferrules 65, 66 is adjusted accordingly, see Figure 3, that is to say it has a small recess 650, respectively 660.
  • the flange 67 has in cross section the shape of a "U" at right angles, the rectilinear central part 670 is pressed against the radial face 621 of the last turn 62 of the winding 69 and whose two wings 672 are welded respectively to the surface outside of the inner shroud 65 and to the inner surface of the outer shroud 66.
  • the flange 67 ' located on the right in FIG. 5, has a similar structure.
  • the primary fluid enters the heat exchanger 6 tangentially to the coil 69, at the space 676, between the first and second turns of the coil 69, circulates on either side of the wire 64 and between the ferrules 65 , 66 and comes out at the space 676 '(arrow K, figure 22).
  • a circular bottom 68 seals the end of the internal ferrule 65 located near the inlet mouth 60 of the coil 69.
  • this bottom 68 is concave and its concavity is oriented in the direction of the interior of the ferrule 65 so as to define a chamber 680.
  • the projecting element calibrating the gap L consists of two semi-cylindrical projections 623, 623 ′, the projection 623 being stamped in the radial face 621 of the turn 62 and the projection 623 ′ being stamped in the opposite radial face 620. Each projection 623 of the radial face 621 comes into contact with the projection 623 'of the radial face 620.
  • the projecting element calibrating the gap L consists of two pairs of semi-cylindrical projections 628, 629 and 628 ′, 629 ′, the pair of projections 628, 629 being stamped. in the radial face 621 of the coil 62 and the pair of projections 628 ', 629' being stamped in the opposite radial face 620.
  • Each projection 628 of the radial face 621 comes to contact of the projection 628 'of the radial face 620 and likewise for the projections 629 and 629'.
  • This alternative embodiment is particularly suitable for the case where the radial faces 620, 621 of the coil are one large width LA and / or when there is a high fluid pressure in the se ⁇ entin.
  • the two points of contact between two neighboring turns prevent deformation of the se ⁇ entin.
  • the primary fluid circulates on the one hand in the space provided between the inner shell 65 and the projections 628, 628 'and on the other hand in the space provided between the outer shell 66 and the projections 629 , 629 'facing each other.
  • the projecting element is stamped only on one of the radial faces (here the face 621) of the turns 62 and comes into contact with the radial face 620 of the neighboring turn 62 located opposite .
  • This projecting element has the reference 622.
  • the projecting elements 622, 623, 623 ', 628, 628', 629 and 629 * which have just been described can be obtained by hydroforming.
  • the short inner 624 and outer 625 sides of each turn 62 of the se ⁇ entin 69 are brazed at their point of contact with the two inner 65 and outer ferrules respectively.
  • the solders bear the respective references 626 and 627.
  • Each solders 626 and 627 has the shape of a helical strip extending along the corresponding ferrule.
  • the brazing can be carried out by introducing copper powder on the two walls facing the inner 65 and outer 66 ferrules, then placing the se 69entin 69 there and placing the assembly in a vacuum oven.
  • the connection between the se ⁇ entin 69 and the two inner 65 and outer 66 ferrules increases the exchange surface which is in contact with the primary fluid and the secondary fluid and thus significantly increases the overall efficiency of the exchanger while also improving its resistance. with strong health pressures.
  • the ferrules 65 and 66 behave like a finned surface integral with the se ⁇ entin 69. It will be noted that although this is not shown in FIG. 4, it would also be possible to produce the solderings 626 and 627 in the variant where the projecting element calibrating the gap L between two turns 62 is the wire 64. In this however, the latter must be made of metal to support passage through the vacuum oven.
  • the invention also relates to a device 4 for producing domestic hot water for domestic use comprising an enclosure 5 inside which is installed the heat exchanger 6 which has just been described, the domestic water to be heated constituting the secondary fluid which circulates inside the se ⁇ entin 69 of this exchanger.
  • the enclosure 5 has the general shape of a cylinder whose axis of revolution coincides with the axis XX 'and whose two rounded ends 53, 54 are portions of a sphere.
  • the end 53 of the enclosure through which the primary fluid is introduced is called “upstream end” and its opposite end 54, “downstream end”.
  • This enclosure 5 is made of composite material, such as a plastic material loaded for example with fibers or flaking glass, so as to give it properties of mechanical resistance and thermal insulation at low cost. It consists of two lower half shells 51 and upper
  • the heat exchanger 6 previously described is placed inside the lower half-shell 51 provided with two mouths 510, 511 suitable for receiving respectively the cylindrical ends 60 and 61 of se ⁇ entin 69, (see FIG. 7).
  • end pieces 60 and 61 are crimped respectively on these mouths 510 and 511, an O-ring 601, respectively 611, ensuring the seal between the stainless steel of the se ⁇ entin 69 and the plastic of the enclosure 5.
  • the upper half-shell 52 is then assembled to constitute the enclosure 5.
  • the seal is ensured by hot melting the edges of the two half-shells 51 and 52, then by assembly under pressure or by ultrasound using suitable equipment known per se.
  • the plane along which the two half-shells 51 and 52 are welded is represented by the line Y-Y '.
  • the axis XX ' is located in this plane.
  • the outer shell 66 is positioned inside the enclosure 5 by an annular spacer 500 advantageously made of foam. This spacer 500 makes it possible to prevent parasitic water circulation between the outer shell 66 and the wall of the enclosure 5 Referring again to FIG. 7, it can be seen that the wall
  • the 520 of the upper half-shell 52 has a recess 521 extending along the upper generatrix of the cylinder constituting the enclosure 5, parallel to the axis XX '.
  • An element 55 of composite material cooperates with this recess 521 to define a channel 50 whose role will be detailed later.
  • This element has the shape of an elongated slightly curved strip and extends in the cylindrical part of the enclosure 5, between the upstream end 53 to the downstream end 54, (see FIGS. 3 and 4).
  • this element 55 playing the role of intermediate partition is curved so as to be located in the extension of the curvature of the semi-cylindrical half-shell 52.
  • This partition 55 is welded or glued to the wall 520.
  • a plurality of hydraulic components necessary for operation and / or for connecting the hot water production device 4 to the rest of the system are integrated into the enclosure 5, namely a three-way manifold 2, a three-way valve 7, as well as a relief valve 8.
  • the three channels of the tube 2 are constituted by a mouth 23, called “upstream, formed in the wall of the upper half-shell 52, by a mouth 24, called “downstream”, formed in the wall of the lower half-shell 51 and by an orifice 20 pierced in a vertical intermediate partition 220, each semi-circular half of which is made in one piece with the corresponding half-shell 51 or 52.
  • This three-way pipe 2 is formed in the upstream end 55 of the enclosure 5.
  • the two mouths 23 and 24 are coaxial with axis Z-Z 'pe ⁇ endicular to the plane Y-Y' and intersecting the axis X-X '.
  • the circular inlet orifice 20 is provided with a filter 25 preventing passage inside the enclosure 5, of particles in suspension (in particular of limestone), present inside the primary water circuit.
  • the inlet orifice 20 is extended inside the enclosure 5 by a tube 26 for introducing the primary fluid, of cylindrical shape and coaxial with the axis XX 'of the inner shell 65.
  • This tube 26 extends from the inlet opening 20 to a small distance from the concave bottom 68, so that the flow of primary liquid entering inside this tube is deflected by the bottom 68 and brought back in direction of the upstream end 53 of the enclosure (see arrow J).
  • the pipe 10 is fitted and then held in the upstream mouth 23 using a clip not shown, the seal being provided by a seal 101, the pipe 11 is fitted and then similarly held in the mouth 24, l sealing being ensured by a seal 110.
  • the lines 10 and 11 could also be made integral with these upstream 23 and downstream 24 mouths by any other suitable means ensuring sealing (threaded connection, etc.).
  • the three-way tubing 2 is further provided with a deflecting lip
  • An additional piece 700 of plastic material is introduced inside the downstream end 54 of the upper half-shell 52. It has an orifice 70 and an orifice 720 defining the seats d a valve 75.
  • the orifice 70 is the orifice through which the primary fluid leaves the enclosure 5.
  • This complementary part 700 is arranged so that the orifice
  • conduit 72 integrally molded with the lower half shell 51 and extending to the interior thereof along an axis longitudinal TT 'pe ⁇ endicular to the plane YY' and intersecting the axis X-X '.
  • the pipe 72 opens out of the enclosure 5 at an upstream mouth 73 inside which is fitted and then crimped the pipe 12, the seal being provided by a seal 120.
  • Line 13 is fitted and then crimped into a downstream mouth 74 of axis T-T ', the seal being ensured by a seal 130.
  • This mouth 74 is made in one piece with the upper half-shell 52.
  • the channel 50 opens in the vicinity of the mouth 74 through an orifice 550.
  • the three ways of the valve 7 are therefore constituted by the outlet orifice 70, by a way opening into the downstream mouth 74 and by a way opening into the upstream mouth 73.
  • a discoid valve 75 is mounted eccentrically on a rotary shaft 76 whose axis S-S 'is tangent to this valve at a point A.
  • the axis S-S ' is parallel to the plane Y-Y' and pe ⁇ endicular to the axis X-X '.
  • the shaft 76 is driven in rotation about the axis SS 'by a motor 77 placed outside the enclosure 5, a rotary joint 78 being formed in the wall of the enclosure 5 for the passage of this shaft .
  • the opposite end of the shaft 76 rests in a bearing 760 formed in the complementary part 700.
  • the valve 75 carries an upper discoid elastic gasket 750, capable of coming to bear against the edge of the outlet orifice 70, so as to close it completely tightly, position shown in dotted lines in FIG. 4) and an elastic gasket lower discoid 751 capable of sealingly closing the orifice 720, when the shaft 76 is in the position shown in FIGS. 4, 8, 9 and 11.
  • the relief valve 8 and its role will now be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 12 to 14. It may happen at certain times during the operation of the device that all the valves supplying the radiators are partially or entirely closed, in particular when fitted with thermostatic valves.
  • the water flow circulating in the heating circuit is zero or very low.
  • the main exchanger of the boiler is poorly irrigated with water, which can cause overheating and the start of boiling, which is detrimental to its operation and its service life.
  • this relief valve 8 is integrated directly into the enclosure 5 of the device for producing hot water 4.
  • the valve 8 is mounted on a substantially cylindrical sleeve 56, of axis W-W pe ⁇ endicular to axis XX-X ', integrally formed with the wall of the recess 521.
  • the valve 8 comprises a fixed part 80, having the shape of a substantially hemispherical dome, of axis W-W, the opening of which is directed downwards.
  • the part 80 is retained within the sleeve 56 by a ring 83, of the circlip type, the assembly being sealingly mounted by a resilient annular seal 84 interposed between the elements 80 and 56.
  • the part 80 rests in a sealed manner on a discoid base 57, integrally formed with the recess 521.
  • This discoid base 57 is pierced with a central circular orifice 58.
  • a vertical partition 59 As is better seen in FIG. 13, near the orifice 58 is provided a vertical partition 59. It is substantially tangent to the opening 58. On the other side of the vertical partition 59, relative to the orifice 58, the discoid part 57 is crossed by a second oblong opening 570 (see FIG. 15).
  • the valve 8 is provided with a piston 85 comprising a circular base 86, substantially discoid, and an axial rod 87 of axis W-W.
  • the latter is guided in translation, along the axis W-W in a tubular sleeve 81 formed in the part 80 in the form of a dome.
  • a helical compression spring 82 constantly tends to push the piston 85 down.
  • the base 86 of the piston carries an annular elastic lining 860, capable of coming to bear against the edge of the orifice 58, so as to close it completely tightly, when the piston 85 is in the low position under stress. of the spring 13, as shown in FIGS. 12 and 13.
  • the value of the stiffness of the spring 82 is chosen as a function of the su seuilression threshold beyond which it is desirable for the piston 85 to be raised.
  • FIG. 16 shows in a simplified manner an alternative embodiment in which the enclosure 5 is significantly longer than the heat exchanger 6, the length of the tube 26 for introducing the primary fluid being adapted accordingly. This makes it possible to increase the volume of primary hot water present in the vicinity of the heat exchanger 6 and to prevent this primary water from cooling too quickly when domestic water is taken and the cold water begins to enter the se ⁇ entin 69.
  • FIG. 24 illustrates an alternative embodiment of the device of FIG. 16 in which the tube 26 for introducing the primary fluid is not connected to the upstream mouth 23 but is integral with a vertical partition 522, offset in the direction of the heat exchanger 6 and integral with the enclosure 5.
  • This partition 522 defines with the left half of the enclosure 5 (relative to FIG. 24), a volume of additional primary water accumulated in reserve.
  • the hot water production device 4 is mounted in the mixed installation of central heating and domestic hot water distribution as shown in FIG. 17.
  • the operation of the installation is identical to that which has been described in conjunction with FIGS. 1 and 2 and the three-way valve 7 makes it possible to select the path of the primary fluid inside the installation.
  • the deflecting lip 27 locally increases the speed of this fluid which makes it possible to eliminate the impurities accumulated on the filter 25, in particular when this primary fluid circulates towards the interior of the pregnant 5.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur ainsi qu'un dispositif de production domestique d'eau chaude sanitaire, comprenant une enceinte (5) à l'intérieur de laquelle est installé cet échangeur. Ce dispositif est remarquable en ce que l'échangeur comprend un serpentin (69) thermiquement bon conducteur, enroulé en hélice, dans lequel l'eau sanitaire à chauffer est destinée à circuler, chaque spire (62) du serpentin (69) possédant des faces radiales (620) qui sont écartées des faces radiales (620) de la spire (62) adjacente d'un interstice (L) calibré au moyen d'un élément saillant (64) hélicoïdal de même pas que le serpentin (69), disposé entre les faces radiales (620) en regard des spires (62), ledit serpentin (69) étant maintenu entre deux viroles cylindriques, coaxiales (65, 66), assemblées entre elles à leurs deux extrémités par deux brides hélicoïdales (67, 67'), ledit fluide primaire circulant à contre-courant de l'eau sanitaire, entre les spires (62) dudit serpentin (69), de part et d'autre dudit élément saillant (64), entre lesdites viroles (65, 66).

Description

ECHANGEUR DE CHALEUR ET DISPOSITIF DE PRODUCTION D'EAU
CHAUDE SANITAIRE
La présente invention concerne un échangeur de chaleur ainsi qu'un dispositif de production domestique d'eau chaude sanitaire, équipé d'un tel échangeur.
Pour satisfaire le besoin en eau chaude sanitaire à l'intérieur d'une habitation, il existe plusieurs solutions techniques qui apportent plus ou moins de confort à l'usager.
Une première solution consiste à produire l'eau chaude sanitaire à l'aide d'un ballon dont le volume peut varier de quelques dizaines à quelques centaines de litres. La réserve d'eau accumulée dans ce ballon est réchauffée par une résistance électrique ou par un serpentin traversé par le fluide du circuit primaire d'un échangeur de chaleur d'une chaudière ou fuel ou au gaz.
L'avantage principal d'un tel ballon est qu'il permet de disposer d'un grand débit d'eau chaude tant qu'il n'est pas vide, de sorte qu'il est possible d'ouvrir en même temps plusieurs robinets dans l'habitation. Toutefois, il occupe un espace important dans la pièce où il est installé. En outre, il nécessite un temps de réchauffage important s'il a été entièrement vidé et son prix de revient est onéreux.
Une deuxième solution technique est la production, dite "instantanée" d'eau chaude sanitaire, c'est-à-dire au fur et à mesure des besoins. Les figures 1 et 2 jointes à la présente demande de brevet sont des schémas qui illustrent une installation domestique conforme à l'état de la technique, permettant une telle production instantanée d'eau chaude.
Celle-ci comprend un circuit primaire de chauffage central I et un circuit secondaire de puisage sanitaire II, qui interfèrent l'un avec l'autre au niveau d'un dispositif D de production d'eau chaude. Ce dernier comprend un ballon de faible volume B contenant un serpentin S, de section circulaire, au niveau duquel se produit un échange de chaleur.
Le circuit primaire I comprend une source de chauffage 1 de l'eau de ce circuit ; il s'agit par exemple d'une chaudière pourvue d'un brûleur à gaz. Une pompe appropriée 15 assure la circulation de l'eau dans ce circuit I. L'eau quitte la chaudière 1 par une conduite 10, puis passe via un raccord R en forme de "T" dans une conduite 11, traverse les radiateurs du chauffage central 100, et revient à la chaudière 1 après avoir dissipé une partie de ses calories dans les radiateurs 100. La tuyauterie de retour comprend deux conduites 12, 13 séparées par une vanne à trois voies V ; la conduite 13 se raccorde à la chaudière 1 après passage dans la pompe 15 via une conduite 14.
Dans cette application, l'eau du chauffage central constitue le fluide primaire ; le dispositif de production d'eau chaude D est branché en parallèle par rapport aux radiateurs 100, la dérivation se situant en amont de ces radiateurs par le raccord R en "T" et, en aval, par la vanne à trois voies N.
On a désigné par les références a et b les orifices d'entrée et, respectivement, de sortie du fluide primaire à l'intérieur du dispositif de production d'eau chaude D. Le raccord en "T" R se raccorde à l'orifice d'entrée a par une conduite 16 ; l'orifice de sortie b se raccorde à la vanne à trois voies V par une conduite 17.
Sur le circuit secondaire II, on a désigné par la référence EF une source de production d'eau froide ; il peut s'agir par exemple d'un robinet branché sur le réseau d'eau potable prévu dans l'habitation recevant cette installation.
On a désigné par la référence EC un dispositif d'utilisation d'eau chaude ; il s'agit par exemple d'un robinet ou d'un pommeau de douche destiné à fournir de l'eau chaude à l'utilisateur.
On a désigné par les références c et d, les embouchures d'entrée et, respectivement, de sortie du fluide secondaire, ici l'eau du circuit sanitaire.
La source EF est branchée sur l'embouchure c par une conduite d'amenée d'eau froide 19, tandis que l'embouchure de sortie d est branchée au dispositif d'utilisation d'eau chaude EC par une conduite de distribution d'eau chaude 18. Dans l'état des circuits illustré sur la figure 1, seul le circuit primaire
I de chauffage central est en usage.
La vanne à trois voies N se trouve dans une position telle que les conduites 12 et 13 sont mises en communication, la conduite 17 étant en revanche isolée. Dans cette situation, l'eau fournie par la chaudière 1 parcourt exclusivement le circuit primaire I, comme symbolisé par les flèches F, en assurant le chauffage des radiateurs 100.
La figure 2 illustre la situation dans laquelle un puisage d'eau sanitaire est demandé, par exemple par l'ouverture d'un robinet prévu dans le dispositif d'utilisation EC.
Ce puisage fait basculer automatiquement, via un système de commande approprié connu en soi, la vanne à trois voies N, de manière à fermer la sortie de la conduite 12, en assurant au contraire la communication de la conduite 17 avec la conduite 13.
Dans ces conditions, l'eau chaude qui circule selon la flèche G dans le circuit primaire I est aiguillée au niveau du raccord en "T" R vers le dispositif de production d'eau chaude D.
Elle parcourt le ballon B de son entrée a vers sa sortie b, en suivant une trajectoire sinueuse à travers les spires du serpentin S.
L'eau chaude ne passe pas dans les radiateurs 100 puisque la sortie de la-eonduite 12 est fermée, mais exclusivement à l'intérieur du ballon B et revient à la chaudière 1, via les conduites 13 et 14 et la pompe 15.
Simultanément, du fait de l'appel d'eau sanitaire, l'eau du circuit secondaire II parcourt le serpentin S de l'entrée c vers la sortie d, comme symbolisé par les flèches H, c'est-à-dire à contre-courant de l'eau du circuit primaire circulant dans le ballon B.
L'échange thermique s'effectue entre l'eau chaude du circuit primaire présente à l'intérieur du ballon B et l'eau froide pénétrant à l'intérieur du serpentin S ; c'est donc de l'eau chaude qui parvient au dispositif d'utilisation EC.
A titre indicatif, l'eau quitte la chaudière 1 a une température voisine de 80° C et y revient à une température comprise entre 40 et 60° C selon le réglage des radiateurs 100.
Dans le circuit secondaire II, l'eau froide pénétrant à l'intérieur du serpentin S est à une température de l'ordre de 15° C et l'eau chaude obtenue à l'intérieur du dispositif d'utilisation EC est à une température de l'ordre de 45° C.
Lorsque le puisage est terminé, la vanne à trois voies N bascule de nouveau dans sa position initiale, ce qui permet d'alimenter les radiateurs 100.
Le débit instantané d'eau chaude susceptible d'être obtenu en continu avec une telle installation dépend des performances d'échanges thermiques du dispositif D. Or celles-ci ne sont pas optimales du fait que le serpentin S est de section droite circulaire. De ce fait, il est impossible d'obtenir de l'eau chaude à plusieurs robinets en même temps.
Par ailleurs, le serpentin S à tendance à s'entartrer rapidement.
En outre, l'encombrement axial d'un serpentin de section ronde est important, de sorte que les dimensions du ballon B le contenant le sont également.
De plus, la vanne à trois voies V présente également un encombrement important.
Enfin, le prix d'une telle vanne et de ses raccords et tubes de liaison au dispositif D de production d'eau chaude intervient de manière importante dans le coût total de l'installation.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités.
Elle a notamment pour objectif de proposer un échangeur de chaleur présentant une importante surface d'échange, ainsi qu'un dispositif de production d'eau chaude assurant instantanément un grand débit d'eau chaude.
Un autre objectif de l'invention est d'intégrer à l'intérieur de l'enceinte du dispositif de production d'eau chaude un système de vanne à trois voies de structure très simple, de façon à réduire sensiblement le prix de revient global de ce dispositif, et à en diminuer notablement l'encombrement total. Un autre objectif encore de l'invention est de fournir un dispositif présentant une forte résistance à la pression sanitaire qui peut parfois atteindre 25 bars (25.105 Pa), ces pics de pression pouvant notamment résulter de "coups de bélier" ou de soupapes de sécurité défectueuses, par exemple.
A cet effet, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un tube en matériau thermiquement bon conducteur, enroulé en hélice pour former un serpentin, dans lequel un fluide, dit "secondaire", est destiné à circuler, ce tube possédant une section droite aplatie et sensiblement ovale, dont le grand axe est sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'hélice, chaque spire du serpentin possédant des faces radiales qui sont écartées des faces radiales de la spire adjacente d'un interstice de largeur constante, un fluide dit"primaire" étant destiné à circuler entre chaque spire du serpentin, à contre-courant de la circulation dudit fluide secondaire.
Cet échangeur est remarquable en ce que l'interstice entre deux spires voisines du serpentin est calibré au moyen d'au moins un élément saillant hélicoïdal, de même pas que le serpentin et disposé entre les faces radiales en regard des spires, et en ce que ledit serpentin est maintenu entre deux viroles cylindriques, coaxiales, dites "interne" et "externe", assemblées entre elles à chacune de leurs deux extrémités par une bride hélicoïdale dont l'espace entre les extrémités de la spire autorise le passage dudit fluide primaire et sa circulation entre les spires dudit serpentin de part et d'autre dudit élément saillant, entre lesdites viroles.
Selon d'autres caractéristiques non limitatives de l'invention : - ledit élément saillant est embouti dans l'une des faces radiales des spires du serpentin et vient au contact de la face radiale de la spire voisine située en regard ;
- au moins un élément saillant est embouti dans l'une des faces radiales des spires et un nombre identique d'éléments saillants est embouti dans l'autre face radiale de la spire, chaque élément saillant de l'une des faces radiales venant au contact d'un autre élément saillant de la face radiale située en regard ;
- une première paire de saillies semi-cylindriques est emboutie dans l'une des faces radiales des spires et une seconde paire de saillies semi-cylindriques est emboutie dans l'autre face radiale desdites spires, chaque saillie de l'une des faces radiales venant au contact d'une autre saillie de la face radiale située en regard ;
- ledit élément saillant est un fil rigide, hélicoïdal, monté de façon que chacune de ses spires soit intercalée entre deux spires voisines du serpentin,
- les petits côtés opposés de chaque spire du serpentin sont brasés avec la virole interne et la virole externe au niveau de leurs points de contact respectifs avec celles-ci.
L'invention concerne également un dispositif de production domestique d'eau chaude sanitaire qui se caractérise en ce qu'il comprend une enceinte à l'intérieur de laquelle est installé l'échangeur de chaleur précité, l'eau sanitaire à chauffer constituant le fluide secondaire qui circule à l'intérieur du serpentin, chaque extrémité de ce serpentin traversant la paroi de ladite enceinte au niveau d'une embouchure ménagée à cet effet, l'entrée et la sortie du fluide primaire à l'intérieur de l'enceinte se faisant respectivement par un orifice d'entrée et un orifice de sortie. Par ailleurs, selon un certain nombre d'autres caractéristiques non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :
- une chambre de répartition du fluide primaire est ménagée à l'intérieur de ladite enceinte, cette chambre étant délimitée par la paroi intérieure de la virole interne cylindrique et par un fond circulaire obturant de façon étanche l'extrémité de ladite virole interne située au voisinage de l'orifice d'entrée du fluide secondaire, dite "extrémité d'entrée" et un tube d'introduction du fluide primaire est disposé à l'intérieur de ladite virole interne, l'une de ses extrémités étant reliée à l'orifice d'entrée du fluide primaire et son extrémité opposée débouchant à faible distance dudit fond, de sorte que ce dernier forme un déflecteur qui renvoie le flux entrant de fluide primaire en direction de l'extrémité opposée de ladite chambre de répartition ;
- le fond est concave, sa concavité étant orientée en direction du tube d'introduction du fluide primaire ;
- le dispositif de production d'eau chaude comprend une tubulure à trois voies intégrée à ladite enceinte, dont l'une des voies est constituée par l'orifice d'entrée du fluide primaire, l'autre par une embouchure amont et la troisième par une embouchure aval, ledit orifice d'entrée étant muni d'un filtre ;
- cette tubulure à trois voies est munie intérieurement, au voisinage de= l'orifice d'entrée, d'une lèvre déflectrice permettant de diriger le flux entrant de fluide primaire, en direction dudit orifice d'entrée ; - le dispositif de production d'eau chaude comprend une vanne à trois voies pour la distribution du fluide primaire, intégrée à ladite enceinte, dont l'une des voies est constituée par un orifice de sortie du fluide primaire, l'autre voie débouche dans une embouchure aval et la troisième débouche dans une embouchure amont, ces deux embouchures étant ménagées dans la paroi de l'enceinte, cette vanne comportant un clapet apte à obturer sélectivement soit ledit orifice de sortie, soit la voie débouchant dans l'embouchure amont ;
- ce clapet est monté sur un arbre entraîné en rotation par un moteur ;
- un canal de décharge est ménagé à l'intérieur de l'enceinte de façon à mettre en communication de fluide l'entrée et la sortie de fluide primaire, ce canal de décharge étant équipé d'un clapet de décharge ;
- le canal de décharge est ménagé entre un renfoncement de l'enceinte et une cloison intermédiaire disposée entre ledit renfoncement et la virole externe, ce canal de décharge s'étendant depuis le voisinage de l'extrémité amont de l'enceinte jusqu'à son extrémité aval où il débouche dans l'embouchure aval de la vanne à trois voies ;
- le clapet de décharge comprend un piston sollicité par un ressort taré, apte à obturer un orifice de passage du fluide primaire ménagé dans ledit canal de décharge lorsque la pression dudit fluide primaire arrivant à l'intérieur de l'enceinte est inférieure à une valeur seuil prédéterminée et qui, au contraire, autorise ce passage lorsque la pression excède cette valeur ; - le clapet de décharge est monté dans un manchon solidaire du renfoncement de l'enceinte et dont l'axe est perpendiculaire au plan de ce renfoncement, le piston étant mobile en translation selon ledit axe du manchon et étant sollicité par un ressort de compression hélicoïdal qui prend appui contre une pièce en forme de dôme fixée de manière étanche audit manchon ;
- le clapet de décharge comprend une cloison transversale fixe séparant l'espace entre ledit renfoncement de l'enceinte et la cloison intermédiaire et une embase solidaire de cette cloison fixe qui est traversée d'un côté par l'orifice susceptible d'être obturé par ledit piston et de l'autre par une ouverture qui communique en permanence avec l'intérieur de la pièce en forme de dôme ;
- l'enceinte est réalisée en matière plastique ;
Enfin l'invention concerne également une installation mixte de distribution domestique d'eau chaude comprenant un circuit primaire de chauffage central et un circuit secondaire de puisage sanitaire, cette installation étant équipée d'un dispositif de production d'eau chaude sanitaire tel que celui mentionné ci- dessus, branché en parallèle sur les radiateurs du circuit de chauffage central, l'eau du chauffage central, fournie par une chaudière, constituant ledit fluide primaire et l'eau de puisage sanitaire constituant ledit fluide secondaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés :
- les figures 1 et 2 sont des schémas illustrant le principe de fonctionnement d'une installation de chauffage mixte, équipé d'un dispositif de production d'eau chaude sanitaire instantanée, conforme à l'état de la technique ; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée des différentes pièces constitutives du dispositif de production d'eau chaude ;
- la figure 4 est une vue en coupe verticale longitudinale du dispositif de production d'eau chaude conforme à l'invention ;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de ce même dispositif, prise selon le plan de coupe représenté par la ligne N-V sur la figure 4 ;
- la figure 6 est une vue schématique représentant les deux viroles de l'échangeur de chaleur en coupe transversale ;
- les figures 7, 8 et 9 sont des vues en coupe verticale transversale du dispositif de la figure 4, selon les plans de coupe représentées respectivement par les lignes VII-NII, NIII-NIII et IX-IX de la figure 4, la figure 7 représentant en outre les embouchures d'entrée et de sortie de serpentin vues en coupe axiale ; - la figure 10 est une vue en perspective de l'une des pièces de la vanne à 3 voies ;
- la figure 11 est une vue en perspective de l'extrémité aval du dispositif de production d'eau chaude ; - la figure 12 est une vue en coupe agrandie du clapet de décharge du dispositif de la figure 4, prise selon le plan de coupe représenté par la ligne XII-XII sur cette figure ;
- les figures 13 et 14 sont des vues en coupe du même clapet de décharge dans le plan de la figure 4, respectivement en positions fermée et ouverte ; - la figure 15 est une vue de dessus partiellement en coupe du dispositif de la figure 4 ;
- la figure 16 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif de production d'eau chaude ;
- la figure 17 est un schéma d'une installation domestique équipée du dispositif de production d'eau chaude sanitaire selon l'invention, celui-ci étant représenté en coupe ;
- la figure 18 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif de production d'eau chaude ;
- la figure 19 est une vue en coupe longitudinale de ce même dispositif, prise selon le plan de coupe représenté par la ligne XIX-XIX sur la figure
18 ;
- la figure 20 est une vue en bout de l'échangeur de chaleur des figures 18 et 19 ;
- la figure 21 est une vue en coupe longitudinale, partielle, représentant une variante de réalisation du serpentin ;
- la figure 22 est une vue en perspective de l'extrémité aval du dispositif de production d'eau chaude représenté sur les figures 18 et 19 ;
- la figure 23 est une vue en coupe longitudinale, partielle, d'une variante de réalisation du dispositif de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 18, ce dernier étant hors de l'enceinte du dispositif de production d'eau chaude ; et
- la figure 24 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif de production d'eau chaude représenté sur la figure 16 ; - la figure 25 est une vue en coupe longitudinale, partielle, représentant une autre variante de réalisation du serpentin. L'échangeur de chaleur 6 va maintenant être décrit en faisant référence plus spécifiquement aux figures 3, 4 et 5.
Il est constitué d'un tube 69 de section droite aplatie et sensiblement ovale, enroulé en hélice de manière à former un serpentin, de sorte que le grand axe de sa section droite soit sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X' de l'hélice.
Le fluide secondaire circule à l'intérieur de ce tube 69 et le fluide primaire autour de celui-ci et à contre-courant.
Ce tube 69 est réalisé dans un matériau thermiquement bon conducteur, de préférence en métal, par exemple en acier inoxydable. Il est constitué d'un certain nombre de spires 62, dont les grandes faces dites "faces radiales" référencées 620, 621 sont écartées des faces, 621, 620 de la spire 62 adjacente, d'un interstice de largeur L constante.
Les petits côtés de chaque spire 62 en forme d'arc de cercle sont référencés respectivement 624 pour le côté intérieur et 625 pour le côté extérieur du serpentin 69.
Les portions d'extrémité rectilignes 63, 63' de ce tube s'étendent tangentiellement vers l'extérieur de l'hélice et se terminent par des embouts cylindriques constituant respectivement les embouchures d'entrée 60 et de sortie 61 du fluide secondaire qui y circule. La transition entre les parties aplaties 63, 63' et les embouts cylindriques 61, 60 se fait de manière progressive.
L'interstice L entre deux spires voisines 62 du serpentin 69 est calibré au moyen d'un élément saillant.
Selon une première variante de réalisation, cet élément saillant est un fil rond, rigide 64 hélicoïdal, de même pas que le serpentin 69 et monté de sorte que chacune de ses spires 640 soit intercalée entre deux spires voisines 62 du serpentin 69.
Le fil 64 est réalisé en tout type de matériau rigide, par exemple en plastique ou en métal tel que de l'acier.
Le fil 64 hélicoïdal est intercalé entre les spires du serpentin 69 par vissage.
Il a pour rôle de prévenir les déformations de la paroi du tube aplati 69 pouvant résulter de variations de la pression interne. En outre, il permet de maintenir constant l'interstice L entre deux spires voisines 62, de sorte que l'épaisseur de la lame de fluide primaire passant entre ces deux spires est également constante, ce qui est essentiel pour obtenir un bon rendement d'échange thermique entre les fluides primaire et secondaire. Le fait de réaliser un serpentin 69 de section aplatie et de canaliser le débit d'eau primaire entre les spires et à contre courant du débit secondaire permet d'assurer un meilleur transfert thermique entre les deux fluides. L'encombrement du serpentin à spires aplaties 69 est ainsi nettement réduit pour une meilleure performance thermique.
Le tube ou serpentin 69 et le fil rigide 64 enroulés en hélice, sont maintenus assemblés entre deux viroles cylindriques coaxiales, dites "interne" et "externe" et référencées respectivement 65 et 66.
Les efforts de dilatation des spires du tube 69 et du fil 64 sont repris par la présence de ces deux viroles 65, 66, réalisées dans un matériau résistant et de préférence thermiquement bon conducteur, par exemple du métal, notamment de l'acier.
La présence de ces deux viroles en acier mince permet de réduire considérablement l'épaisseur de la paroi du serpentin 69. Ainsi, pour résister sans déformation à une pression de 25 bars (25.105 Pa) à l'intérieur du serpentin 69, il suffit que la paroi de ce dernier représente une épaisseur de 0,5 mm au lieu de 1,8 à
2 mm pour la même section de spire aplatie si ces viroles n'étaient pas présentes.
Comme cela apparaît mieux sur la figure 6, chaque virole intérieure
65 et extérieure 66 est fabriquée à partir d'une tôle mince et plane enroulée sur elle- même de façon à former un cylindre d'axe de révolution X-X'.
Cette structure fendue procure une certaine élasticité aux viroles 65,
66 qui se comportent comme des ressorts, la virole intérieure 65 ayant naturellement tendance à s'écarter et la virole extérieure 66 à se refermer sur elle- même. Lors du montage du sous-ensemble serpentin 69/fil 64 à l'intérieur des viroles, la virole extérieure 66 est ouverte légèrement tandis que la virole intérieure
65 est enroulée plus serrée sur elle-même. Après l'assemblage, les deux viroles 65 et
66 sont libérées et leur élasticité propre les ramène dans leur position d'origine représentée sur la figure 6.
Les deux extrémités longitudinales 650, respectivement 660 de chaque tôle se chevauchent le long d'une génératrice du cylindre et présentent un décrochement situé à l'extérieur de la virole extérieure 66 (respectivement à l'intérieur de la virole intérieure 65) pour conserver un écartement e constant entre les deux viroles.
De plus, la virole intérieure 65 et la virole extérieure 66 reprennent les efforts de traction du fil 64 et du serpentin 69 grâce à deux brides ou couronnes métalliques (en acier par exemple) 67, 67', assemblées (de préférence par soudure) à chacune de leurs deux extrémités.
Comme cela apparaît sur la figure 3, chaque bride 67, 67' présente une forme générale hélicoïdale à une spire, de sorte que les deux extrémités 674, 675, (respectivement 674', 675') de la spire ne sont pas dans le même plan et sont très légèrement décalées l'une par rapport à l'autre d'un espace 676, respectivement 676'. La forme des extrémités des viroles 65, 66 est adaptée en conséquence, voir figure 3, c'est-à-dire qu'elle présente un petit décrochement 650, respectivement 660. Comme on peut le voir sur la figure 5, la bride 67 présente en coupe transversale la forme d'un "U" à angles droits dont la partie centrale rectiligne 670 est plaquée contre la face radiale 621 de la dernière spire 62 de l'enroulement 69 et dont les deux ailes 672 sont soudées respectivement à la surface extérieure de la virole intérieure 65 et à la surface intérieure de la virole extérieure 66. La bride 67', située à droite sur la figure 5, présente une structure similaire.
Le fluide primaire pénètre dans l'échangeur de chaleur 6 tangentiellement au serpentin 69, au niveau de l'espace 676, entre la première et la deuxième spire du serpentin 69, circule de part et d'autre du fil 64 et entre les viroles 65, 66 et ressort au niveau de l'espace 676', (flèche K, figure 22).
Enfin, un fond circulaire 68 obture de façon étanche l'extrémité de la virole interne 65 située au voisinage de l'embouchure d'entrée 60 du serpentin 69.
De préférence, ce fond 68 est concave et sa concavité est orientée en direction de l'intérieure de la virole 65 de façon à définir une chambre 680. Selon une deuxième variante de réalisation illustrée sur les figures 18 et 19, l'élément saillant calibrant l'interstice L est constitué de deux saillies 623, 623' semi-cylindriques, la saillie 623 étant emboutie dans la face radiale 621 de la spire 62 et la saillie 623' étant emboutie dans la face radiale 620 opposée. Chaque saillie 623 de la face radiale 621 vient au contact de la saillie 623' de la face radiale 620.
Selon une troisième variante de réalisation illustrée sur la figure 25, l'élément saillant calibrant l'interstice L est constitué de deux paires de saillies 628, 629 et 628', 629' semi-cylindriques, la paire de saillies 628, 629 étant emboutie dans la face radiale 621 de la spire 62 et la paire de saillies 628', 629' étant emboutie dans la face radiale 620 opposée. Chaque saillie 628 de la face radiale 621 vient au contact de la saillie 628' de la face radiale 620 et de même pour les saillies 629 et 629'.
Cette variante de réalisation est particulièrement adaptée au cas où les faces radiales 620, 621 du serpentin sont l'une largeur LA importante et/ou lorsqu'il y a une forte pression de fluide dans le seφentin. Les deux points de contact entre deux spires voisines empêchent une déformation du seφentin. Dans ce mode de réalisation, le fluide primaire circule d'une part dans l'espace ménagé entre la virole intérieure 65 et les saillies 628, 628' et d'autre part dans l'espace ménagé entre la virole extérieure 66 et les saillies 629, 629' en regard l'une de l'autre. On pourrait également envisager de réaliser plus de deux saillies sur chaque face radiale, à condition de réaliser le même nombre de saillies sur chaque face.
Selon une quatrième variante illustrée sur la figure 21, l'élément saillant est embouti uniquement sur l'une des faces radiales (ici la face 621) des spires 62 et vient au contact de la face radiale 620 de la spire voisine 62 située en regard. Cet élément saillant porte la référence 622.
Les éléments saillants 622, 623, 623', 628, 628', 629 et 629* qui viennent d'être décrits peuvent être obtenus par hydroformage. On peut se référer à cet effet au document WO-94/16272 décrivant cette technique. Enfin, selon une variante de réalisation de l'invention illustrée sur la figure 23, les petits côtés intérieur 624 et extérieur 625 de chaque spire 62 du seφentin 69 sont brasés au niveau de leur point de contact respectivement avec les deux viroles intérieure 65 et extérieure 66. Les brasures portent les références respectives 626 et 627. Chaque brasure 626 et 627 présente la forme d'une bande hélicoïdale s'étendant le long de la virole correspondante.
La brasure peut s'effectuer en introduisant de la poudre de cuivre sur les deux parois en regard des viroles intérieure 65 et extérieure 66, puis en y plaçant le seφentin 69 et en plaçant l'ensemble dans un four sous vide. La liaison entre le seφentin 69 et les deux viroles intérieure 65 et extérieure 66 augmente la surface d'échange qui est en contact avec le fluide primaire et le fluide secondaire et augmente ainsi sensiblement le rendement global de l'échangeur tout en améliorant également sa résistance aux fortes pressions sanitaires. Les viroles 65 et 66 se comporte comme une surface à ailettes solidaire du seφentin 69. On notera que bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 4, il serait également possible de réaliser les brasures 626 et 627 dans la variante où l'élément saillant calibrant l'interstice L entre deux spires 62 est le fil 64. Dans ce cas toutefois, ce dernier doit être réalisé en métal pour supporter le passage au four sous vide.
L'invention concerne également un dispositif 4 de production d'eau domestique d'eau chaude sanitaire comprenant une enceinte 5 à l'intérieur de laquelle est installé l'échangeur de chaleur 6 qui vient d'être décrit, l'eau sanitaire à chauffer constituant le fluide secondaire qui circule à l'intérieur du seφentin 69 de cet échangeur.
En se reportant maintenant aux figures 3, 4, 5 et 7, on peut voir que l'enceinte 5 présente la forme générale d'un cylindre dont l'axe de révolution est confondu avec l'axe X-X' et dont les deux extrémités arrondies 53, 54 sont des portions de sphère. L'extrémité 53 de l'enceinte par laquelle est introduite le fluide primaire est dite "extrémité amont" et son extrémité opposée 54, "extrémité aval".
Cette enceinte 5 est réalisée en matériau composite, tel qu'une matière plastique chargée par exemple de fibres ou d'écaillés de verre, de façon à lui conférer des propriétés de résistance mécanique et d'isolant thermique à faible coût. Elle est constituée de deux demi coquilles inférieure 51 et supérieure
52, obtenues par injection à l'aide de moules de formes appropriées.
L'échangeur de chaleur 6 précédemment décrit est placé à l'intérieur de la demi coquille inférieure 51 munie de deux embouchures 510, 511 appropriées pour recevoir respectivement les embouts cylindriques 60 et 61 du seφentin 69, (voir figure 7).
Ces embouts 60 et 61 sont sertis respectivement sur ces embouchures 510 et 511, un joint torique 601, respectivement 611, assurant l'étanchéité entre l'inox du seφentin 69 et la matière plastique de l'enceinte 5.
La demi coquille supérieure 52 est ensuite assemblée pour constituer l'enceinte 5.
L'étanchéité est assurée par la fusion à chaud des bords des deux demi-coquilles 51 et 52, puis par assemblage sous-pression ou par ultrasons à l'aide d'un équipement adapté connu en soi.
Le plan le long duquel les deux demi-coquilles 51 et 52 sont soudées est représenté par la ligne Y-Y'. L'axe X-X' est situé dans ce plan. Comme on peut le voir sur la figure 4, la virole extérieure 66 est positionnée à l'intérieur de l'enceinte 5 par une entretoise annulaire 500 avantageusement réalisée en mousse. Cette entretoise 500 permet d'empêcher une circulation d'eau parasite entre la virole extérieure 66 et la paroi de l'enceinte 5 En se reportant de nouveau à la figure 7, on peut voir que la paroi
520 de la demi-coquille supérieure 52 présente un renfoncement 521 s'étendant le long de la génératrice supérieure du cylindre constituant l'enceinte 5, parallèlement à l'axe X-X'.
Un élément 55 en matériau composite coopère avec ce renfoncement 521 pour définir un canal 50 dont le rôle sera détaillé ultérieurement.
Cet élément présente la forme d'une lamelle allongée légèrement incurvée et s'étend dans la partie cylindrique de l'enceinte 5, entre l'extrémité amont 53 à l'extrémité aval 54, (voir figures 3 et 4).
Comme cela apparaît mieux sur les figures 7 et 12, cet élément 55 jouant le rôle de cloison intermédiaire est incurvé de façon à se situer dans le prolongement de la courbure de la demi coquille 52 hémicylindrique.
Cette cloison 55 est soudée ou collée à la paroi 520.
Conformément à l'invention, plusieurs composants hydrauliques nécessaires au fonctionnement et/ou au raccordement du dispositif de production d'eau chaude 4 au reste de l'installation sont intégrés à l'enceinte 5, à savoir une tubulure à trois voies 2, une vanne à trois voies 7, ainsi qu'un clapet de décharge 8.
Ceci permet de diminuer le nombre de pièces supplémentaires coûteuses et de réduire l'encombrement total du dispositif 4.
Comme on peut le voir sur les figures 3, 4 et 5, les trois voies de la tubulure 2 sont constituées par une embouchure 23, dite "amont, ménagée dans la paroi de la demi-coquille supérieure 52, par une embouchure 24, dite "aval", ménagée dans la paroi de la demi-coquille inférieure 51 et par un orifice 20 percé dans une cloison intermédiaire verticale 220 dont chaque moitié hémicirculaire est venue de matière avec la demi-coquille 51 ou 52 correspondante. Cette tubulure à trois voies 2 est formée dans l'extrémité amont 55 de l'enceinte 5.
Les deux embouchures 23 et 24 sont coaxiales d'axe Z-Z' peφendiculaire au plan Y-Y' et coupant l'axe X-X'.
L'orifice d'entrée circulaire 20 est muni d'un filtre 25 empêchant le passage à l'intérieur de l'enceinte 5, de particules en suspension (notamment de calcaire), présentes à l'intérieur du circuit d'eau primaire. L'orifice d'entrée 20 se prolonge à l'intérieur de l'enceinte 5 par un tube 26 d'introduction du fluide primaire, de forme cylindrique et coaxial à l'axe X- X' de la virole intérieure 65.
Ce tube 26 s'étend depuis l'ouverture d'entrée 20 jusqu'à une faible distance du fond 68 concave, de sorte que le flux de liquide primaire entrant à l'intérieur de ce tube est dévié par le fond 68 et ramené en direction de l'extrémité amont 53 de l'enceinte (voir flèche J).
La conduite 10 est emmanchée puis maintenue dans l'embouchure amont 23 à l'aide d'un clips non représenté, l'étanchéité étant assurée par un joint 101, la conduite 11 est emmanchée puis maintenue de même dans l'embouchure 24, l'étanchéité étant assurée par un joint 110.
Les conduites 10 et 11 pourraient également être rendues solidaires de ces embouchures amont 23 et aval 24 par tout autre moyen approprié assurant l'étanchéité, (raccord fileté etc....). La tubulure à trois voies 2 est en outre munie d'une lèvre déflectrice
27 s'étendant intérieurement en direction de l'orifice 20 en réduisant localement le diamètre intérieur dudit conduit. Elle a pour fonction de diriger le jet de fluide primaire contre la surface du filtre 25, de façon à y éliminer en mode chauffage des radiateurs les éventuelles impuretés qui s'y seraient accumulées pendant le mode chauffage sanitaire.
La vanne à trois voies 7 va maintenant être décrite en faisant référence aux figures 4, 5, 8, 9, 10 et 11.
Une pièce complémentaire 700 en matière plastique, dont la forme apparaît mieux sur la figure 10 est introduite à l'intérieur de l'extrémité aval 54 de la demi-coquille supérieure 52. Elle présente un orifice 70 et un orifice 720 définissant les sièges d'un clapet 75. L'orifice 70 est l'orifice par lequel le fluide primaire sort de l'enceinte 5.
Cette pièce complémentaire 700 est disposée de façon que l'orifice
70 s'étende dans un plan vertical et que l'orifice 720 soit situé dans le prolongement d'un conduit 72, venu de moulage avec la demi-coquille inférieure 51 et s'étendant à l'intérieur de celle-ci selon un axe longitudinal T-T' peφendiculaire au plan Y-Y' et coupant l'axe X-X'.
Le conduit 72 débouche hors de l'enceinte 5 au niveau d'une embouchure amont 73 à l'intérieur de laquelle est emmanchée puis sertie la conduite 12, l'étanchéité étant assurée par un joint 120. La conduite 13 est emmanchée puis sertie dans une embouchure aval 74 d'axe T-T', l'étanchéité étant assurée par un joint 130. Cette embouchure 74 est venue de matière avec la demi-coquille supérieure 52.
On notera que le canal 50 débouche au voisinage de l'embouchure 74 par un orifice 550.
Les trois voies de la vanne 7 sont donc constituées par l'orifice de sortie 70, par une voie débouchant dans l'embouchure aval 74 et par une voie débouchant dans l'embouchure amont 73.
Comme cela apparaît mieux sur les figures 4, 5, 8, 9 et 11, un clapet discoïde 75 est monté excentré sur un arbre rotatif 76 dont l'axe S-S' est tangent à ce clapet en un point A.
L'axe S-S' est parallèle au plan Y-Y' et peφendiculaire à l'axe X-X'.
L'arbre 76 est entraîné en rotation autour de l'axe S-S' par un moteur 77 placé à l'extérieur de l'enceinte 5, un joint tournant 78 étant ménagé dans la paroi de l'enceinte 5 pour le passage de cet arbre. L'extrémité opposée de l'arbre 76 repose dans un palier 760 formé dans la pièce complémentaire 700.
Le clapet 75 porte une garniture élastique discoïde supérieure 750, apte à venir porter contre le bord de l'orifice de sortie 70, de manière à obturer celui-ci de façon totalement étanche, position représentée en pointillés en figure 4) et une garniture élastique discoïde inférieure 751 apte à venir obturer de façon étanche l'orifice 720, lorsque l'arbre 76 est dans la position représentée sur les figures 4, 8, 9 et 11.
Le clapet de décharge 8 et son rôle vont maintenant être décrits plus en détail en faisant référence aux figures 4 et 12 à 14. II peut arriver à certains moments du fonctionnement du dispositif que tous les robinets alimentant les radiateurs soient partiellement ou entièrement fermés, notamment lorsqu'ils sont équipés de robinets thermostatiques.
Le débit de l'eau circulant dans le circuit de chauffage est alors nul ou très faible. Dans ce cas, l'échangeur principal de la chaudière est mal irrigué en eau, ce qui peut provoquer des surchauffes et des débuts d'ébullition, néfastes à son fonctionnement et à sa durée de vie.
Pour éviter ces problèmes, il est connu de monter un clapet de décharge ou "bipasse", entre la conduite 10 de départ de la chaudière et les conduites 13 et 14 de retour à la chaudière. Un tel clapet équipé d'un ressort taré, autorise le passage d'un débit minimal suffisant de fluide primaire pour éviter les phénomènes d'ébullition, lorsque le débit dans l'installation des radiateurs 100 est insuffisant ou nul.
Conformément à l'invention, ce clapet de décharge 8 est intégré directement à l'enceinte 5 du dispositif de production d'eau chaude 4.
Le clapet 8 est monté sur un manchon sensiblement cylindrique 56, d'axe W-W peφendiculaire à l'axe X-X', venu de matière avec la paroi du renfoncement 521.
Le clapet 8 comprend une pièce fixe 80, ayant la forme d'un dôme sensiblement hémisphérique, d'axe W-W, dont l'ouverture est dirigée vers le bas.
La pièce 80 est retenue à l'intérieur du manchon 56 par une bague 83, du genre circlips, l'ensemble étant monté de manière étanche, par un joint annulaire élastique 84, intercalé entre les éléments 80 et 56.
A sa base, la pièce 80 repose de manière étanche sur une embase discoïde 57, venue de matière avec le renfoncement 521.
Cette embase discoïde 57 est percée d'un orifice circulaire central 58.
Comme cela apparaît mieux sur la figure 13, à proximité de l'orifice 58 est prévue une cloison verticale 59. Elle est sensiblement tangente à l'ouverture 58. De l'autre côté de la cloison verticale 59, par rapport à l'orifice 58, la partie discoïde 57 est traversée par une seconde ouverture 570 oblongue (voir figure 15).
Le clapet 8 est pourvu d'un piston 85 comportant une embase circulaire 86, sensiblement discoïde, et une tige axiale 87 d'axe W-W. Cette dernière est guidée en translation, suivant l'axe W-W dans un manchon tubulaire 81 formé dans la partie 80 en forme de dôme.
Un ressort de compression hélicoïdal 82 tend constamment à repousser le piston 85 vers le bas.
L'embase 86 du piston porte une garniture élastique annulaire 860, apte à venir porter contre le bord de l'orifice 58, de manière à obturer celui-ci de façon totalement étanche, lorsque le piston 85 se trouve en position basse sous la sollicitation du ressort 13, comme représenté sur les figures 12 et 13.
En l'absence de puisage d'eau sanitaire, dans le cas où les radiateurs sont fermés ou partiellement fermés, il se développe une suφression importante dans le canal 50, dit "de décharge", ce qui va provoquer le soulèvement du piston 85 à l'encontre de la poussée du ressort 82. Ceci a pour effet de libérer l'orifice 58. Dans cette position illustrée sur la figure 14, l'eau franchit l'orifice
58, pénètre à l'intérieur du dôme 80, ressort de cet espace vers le bas à travers l'ouverture 570 et se retrouve de l'autre côté de la cloison 59, de sorte qu'elle peut s'écouler dans le canal de décharge 50, traverser l'orifice 550 et l'embouchure 74 pour retourner à la chaudière 1.
La valeur de la raideur du ressort 82 est choisie en fonction du seuil de suφression au-delà duquel il est souhaitable que le piston 85 se soulève.
Il est également possible de ménager directement sur l'enceinte 5, un robinet de remplissage relié à l'orifice d'entrée d'eau froide sanitaire, de même de prévoir des raccords recevant des sondes de mesure de température des différents fluides de chauffage central et d'eau chaude sanitaire (non représentés).
La figure 16 représente de façon simplifiée une variante de réalisation dans laquelle l'enceinte 5 est nettement plus longue que l'échangeur de chaleur 6, la longueur du tube 26 d'introduction du fluide primaire étant adaptée en conséquence. Ceci permet d'augmenter le volume d'eau chaude primaire présent au voisinage de l'échangeur de chaleur 6 et d'éviter que cette eau primaire ne se refroidisse trop rapidement lorsqu'on prélève de l'eau sanitaire et que l'eau froide commence à pénétrer dans le seφentin 69.
La figure 24 illustre une variante de réalisation du dispositif de la figure 16 dans laquelle le tube 26 d'introduction du fluide primaire n'est pas relié à l'embouchure amont 23 mais est solidaire d'une cloison 522 verticale, déportée en direction de l'échangeur de chaleur 6 et solidaire de l'enceinte 5. Cette cloison 522 définit avec la moitié gauche de l'enceinte 5 (par rapport à la figure 24), un volume d'eau primaire supplémentaire accumulée en réserve. Le dispositif de production d'eau chaude 4 est monté dans l'installation mixte de chauffage central et de distribution d'eau chaude domestique comme représenté sur la figure 17.
Le fonctionnement de l'installation est identique à ce qui a été décrit conjointement avec les figures 1 et 2 et la vanne à trois voies 7 permet de sélectionner le trajet du fluide primaire à l'intérieur de l'installation. Lorsque le fluide primaire circule en direction des radiateurs 100, la lèvre déflectrice 27 augmente localement la vitesse de ce fluide ce qui permet d'éliminer les impuretés accumulées sur le filtre 25, notamment lorsque ce fluide primaire circule en direction de l'intérieur de l'enceinte 5.

Claims

REVENDICATIONS
1. Echangeur de chaleur (6) comprenant un tube (69) en matériau thermiquement bon conducteur, enroulé en hélice pour former un seφentin, dans lequel un fluide, dit "secondaire", est destiné à circuler, ce tube (69) possédant une section droite aplatie et sensiblement ovale, dont le grand axe est sensiblement peφendiculaire à l'axe (X-X') de l'hélice, chaque spire (62) du seφentin (69) possédant des faces radiales (620, 621) qui sont écartées des faces radiales (621, 620) de la spire (62) adjacente d'un interstice (L) de largeur constante, un fluide dit "primaire" étant destiné à circuler entre chaque spire (62) dudit seφentin (69), à contre-courant de la circulation dudit fluide secondaire, caractérisé par le fait que l'interstice (L) entre deux spires voisines (62) du seφentin (69) est calibré au moyen d'au moins un élément saillant hélicoïdal (622, 623, 623', 628, 628', 629, 629', 64), de même pas que le seφentin (69) et disposé entre les faces radiales (620, 621) en regard les unes des autres des spires (62), et en ce que ledit seφentin (69) est maintenu entre deux viroles cylindriques, coaxiales, dites "interne" (65) et "externe" (66), assemblées entre elles à chacune de leurs deux extrémités par une bride hélicoïdale (67, 67'), dont l'espace (676, 676') entre les extrémités (674, 675 ; 674', 675') de la spire autorise le passage dudit fluide primaire et sa circulation entre les spires (62) dudit seφentin (69) de part et d'autre dudit élément saillant (622, 623, 623', 628, 628', 629, 629', 64') entre lesdites viroles (65, 66).
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément saillant (622) est embouti dans l'une des faces radiales (621) des spires (62) du seφentin (69) et vient en contact de la face radiale (620) de la spire voisine (62) située en regard.
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément saillant (623, 628, 629) est embouti dans l'une (621) des faces radiales des spires (62) et en ce qu'un nombre identique d'éléments saillants (623', 628', 629') est embouti dans l'autre face radiale (620) de la spire, chaque élément saillant (623, 628, 629) de l'une (621) des faces radiales venant au contact d'un autre élément saillant (6231, 628', 629') de la face radiale (620) située en regard.
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une première paire de saillies semi-cylindriques (628, 629) est emboutie dans l'une (621) des faces radiales des spires (62) et en ce qu'une seconde paire de saillies semi-cylindriques (628', 629') est emboutie dans l'autre face radiale (620) desdites spires, chaque saillie (628, 629) de l'une (621) des faces radiales venant au contact d'une autre saillie (628', 629') de la face radiale (620) située en regard.
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément saillant est un fil (64) rigide, hélicoïdal, monté de façon que chacune de ses spires (640) soit intercalée entre deux spires voisines (62) du seφentin (69).
6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les petits côtés opposés (624, 625) de chaque spire (62) du seφentin (69) sont brasés avec la virole interne (65) et la virole externe (66) au niveau de leurs points de contact respectifs (626, 627) avec celles- ci.
7. Dispositif de production domestique d'eau chaude sanitaire (4) caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (5) à l'intérieur de laquelle est installé l'échangeur de chaleur (6) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, l'eau sanitaire à chauffer constituant le fluide secondaire qui circule à l'intérieur du seφentin(69), chaque extrémité (60, 61) de ce seφentin (69) traversant la paroi de ladite enceinte (5) au niveau d'une embouchure (510, 511) ménagée à cet effet, l'entrée et la sortie du fluide primaire à l'intérieur de l'enceinte (5) se faisant respectivement par un orifice d'entrée (20) et un orifice de sortie (70).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une chambre (680) de répartition du fluide primaire est ménagée à l'intérieur de ladite enceinte (5), cette chambre (680) étant délimitée par la paroi intérieure de la virole interne (65) cylindrique et par un fond (68) circulaire obturant de façon étanche l'extrémité de ladite virole interne (65) située au voisinage de l'orifice d'entrée (60) du fluide secondaire, dite "extrémité d'entrée" et en ce qu'un tube (26) d'introduction du fluide primaire est disposé à l'intérieur de ladite virole interne (65), l'une de ses extrémités étant reliée à l'orifice d'entrée (20) du fluide primaire et son extrémité opposée débouchant à faible distance dudit fond (68), de sorte que ce dernier forme un déflecteur qui renvoie le flux entrant de fluide primaire en direction de l'extrémité opposée de ladite chambre de répartition (680).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit fond (68) est concave, sa concavité étant orientée en direction du tube d'introduction (26) du fluide primaire.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une tubulure à trois voies (2) intégrée à ladite enceinte (5), dont l'une des voies est constituée par l'orifice d'entrée (20) du fluide primaire, l'autre par une embouchure amont (23) et la troisième par une embouchure aval (24), ledit orifice d'entrée (20) étant muni d'un filtre.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite tubulure à trois voies (2) est munie intérieurement, au voisinage de l'orifice d'entrée (20), d'une lèvre déflectrice (27) permettant de diriger le flux entrant de fluide primaire, en direction dudit orifice d'entrée (20).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne à trois voies (7) pour la distribution du fluide primaire, intégrée à ladite enceinte (5), dont l'une des voies est constituée par un orifice de sortie (70) du fluide primaire, l'autre voie débouche dans une embouchure aval (74) et la troisième débouche dans une embouchure amont (73), ces deux embouchures (73, 74) étant ménagées dans la paroi de l'enceinte (5), cette vanne (7) comportant un clapet (75) apte à obturer sélectivement soit ledit orifice de sortie (70), soit la voie débouchant dans l'embouchure amont (73).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit clapet (75) est monté sur un arbre (76) entraîné en rotation par un moteur (77).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'un canal de décharge (50) est ménagé à l'intérieur de l'enceinte (5) de façon à mettre en communication de fluide l'entrée (20) et la sortie (70) du fluide primaire, ce canal de décharge (50) étant équipé d'un clapet de décharge (8).
15. Dispositif selon les revendications 12 et 14, caractérisé en ce que le canal de décharge (50) est ménagé entre un renfoncement (521) de l'enceinte (5) et une cloison intermédiaire (55) disposée entre ledit renfoncement (521) et la virole externe (66), ce canal de décharge (50) s'étendant depuis le voisinage de l'extrémité amont (53) de l'enceinte jusqu'à son extrémité aval (54) où il débouche dans l'embouchure aval (74) de la vanne à trois voies (7).
16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que ledit clapet de décharge (8) comprend un piston (85) sollicité par un ressort taré (82), apte à obturer un orifice de passage (58) du fluide primaire ménagé dans ledit canal de décharge (50), lorsque la pression dudit fluide primaire arrivant à l'intérieur de l'enceinte (5) est inférieure à une valeur seuil prédéterminée et qui, au contraire, autorise ce passage lorsque la pression excède cette valeur.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit clapet de décharge (8) est monté dans un manchon (56) solidaire du renfoncement (521) de l'enceinte (5) et dont l'axe (W-W) est peφendiculaire au plan de ce renfoncement, le piston (85) étant mobile en translation selon ledit axe (W-W) du manchon (56) et étant sollicité par un ressort de compression hélicoïdal (82) qui prend appui contre une pièce en forme de dôme (80) fixée de manière étanche audit manchon (56).
18. Dispositif selon les revendications 14, 15, 16 et 17, caractérisé en ce que ledit clapet de décharge (8) comprend une cloison transversale (59) fixe séparant l'espace entre ledit renfoncement (521) de l'enceinte (5) et la cloison intermédiaire (55) et une embase (57) solidaire de cette cloison fixe (59) qui est traversée d'un côté par l'orifice (58) susceptible d'être obturé par ledit piston (85) et de l'autre par une ouverture (570) qui communique en permanence avec l'intérieur de la pièce en forme de dôme (80).
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 18, caractérisé en ce que l'enceinte (5) est réalisée en matière plastique.
20. Installation mixte de distribution domestique d'eau chaude sanitaire, comprenant un circuit primaire (I) de chauffage central et un circuit secondaire (II) de puisage sanitaire, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un dispositif de production d'eau chaude sanitaire (4) conforme à l'une des revendications 7 à 19, branché en parallèle sur les radiateurs (100) du circuit de chauffage central, l'eau du chauffage central, fournie par une chaudière (1), constituant ledit fluide primaire et l'eau de puisage sanitaire constituant ledit fluide secondaire.
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