FR2602857A1 - Echangeur de chaleur fumee/eau pour une chaudiere a combustible gazeux ou liquide pour production d'eau chaude, et corps de chauffe comportant un tel echangeur de chaleur - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR FUMEEEAU POUR UNE CHAUDIERE A COMBUSTIBLE GAZEUX OU LIQUIDE DESTINEE A LA PRODUCTION D'EAU CHAUDE, AINSI QU'UN CORPS DE CHAUFFE COMPORTANT UN TEL ECHANGEUR. L'ECHANGEUR 1, FORME D'UN TUBE METALLIQUE 23 ENROULE AUTOUR D'UN AXE LONGITUDINAL 3, COMPORTE AU MOINS TROIS TRONCONS 26, 27, 28 JUXTAPOSES LONGITUDINALEMENT ET PRESENTANT DES DIMENSIONS LONGITUDINALES QUI CROISSENT EN PROPORTION SENSIBLEMENT EXPONENTIELLE DU TRONCON 26 LE PLUS PROCHE DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION AU TRONCON 28 LE PLUS ELOIGNE DE CELLE-CI, CHAQUE TRONCON 26, 27, 28 ETANT FORME D'UN MEME NOMBRE IMPAIR DE COUCHES SPIRALEES 31 A 33, 40 A 42, 43 A 45, 46 A 48, 49 A 51 DE TUBES JUXTAPOSEES SUIVANT DES DIRECTIONS TRANSVERSALES PAR RAPPORT A L'AXE 3. ON PEUT AINSI REALISER DE FACON SIMPLE, PAR SIMPLE ENROULEMENT CONTINU, ET SOUS UN ENCOMBREMENT MINIME UN ECHANGEUR DE CHALEUR TRES PERFORMANT.

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur fumée/eau pour une chaudière à combustible gazeux ou liquide destinée à la production d'eau chaude, ainsi qu'un corps de chauffe mettant en oeuvre un tel échangeur.

Elle s'intéresse notamment aux chaudières b condensation, bien qu'elle puisse trouver son application dans tout autre type de chaudière pour production d'eau chaude.

Traditionnellement, un échangeur de chaleur fumée/eau our une chaudière à combustible gazeux ou liquide destinée à la production d'eau chaude comporte un tube métallique de circulation d'eau, enroulé autour d'un axe longitudinal généralement vertical, entre une extrémité distale d'échangeur, formant entrée d'eau pour l'échangeur, et une extrémité proximale d'échangeur, formant sortie d'eau pour l'échangeur et destinée à jouxter une chambre de combustion de combustible gazeux ou liquide.

Dans sa conception actuellement connue, un tel échangeur de chaleur présente un rendement thermique faible, si bien que l'obtention d'une quantité de chaleur désirée exige une consrnmation importante en combustible.

Pour augmenter les performances des chaudières à ooixw- tible gazeux ou liquide destinées à la production d'eau chaude, on a par conséquent proposé d'autres structures d'échangeur, mettant en oeuvre un faisceau de tubes à ailettes orientés transversalement par rapport à la direction de circulation des fumées, comme le propose par exemple le brevet américain N 2 320 505 ; de telles structures sont cependant complexes et par conséquent coûteuses et vulnérables notamment aux fuites , en outre, elles sont encombrantes et leur rendement global est grevé par les pertes de charge subies par l'eau au cours de sa distribution dans les différents tubes du faisceau et par les pertes de charge subies par les fumées leur--rencontre avec ces tubes ; il est de ce fait nécessaire de prévoir des moyens, coûteux en énergie, pour provoquer d'une part la circulation de l'eau et d'autre part la circulation des fumées.

Le but de la présente invention est de proposer une structure d'échangeur de chaleur remédiant à ces inconvénients, c'est-à-dire permettant de disposer d'une surface d'échange comparativement grande sous un encombrement comparativement réduit, sans complexité préjudiciable dlune part sur le plan de la fabrication et d'autre part sur le plan de la circulation de l'eau et des fumées.

A cet effet, l'échangeur de chaleur selon l'invention, comportant un tube métallique de circulation d'eau enroulé autour d'un axe longitudinal, entre une extrémité distale d'échangeur formant entrée d'eau pour l'échangeur et une extrémité proximale d'échangeur formant sortie d'eau pour l'échangeur et destinée à jouxter une chambre de combustion, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois tronçons juxtaposés suivant la direction de l'axe et présentant suivant cette direction des longueurs croissant en proportion sensiblement exponentielle de l'extrémité proximale d'échangeur vers l'extrémité distale d'échangeur, chaque tronçon étant formé d'un même nombre impair de couches spiralées de tube juxtaposées suivant des directions transversales par rapport à l'axe et enroulées alternativement dans un sens longitudinal et dans l'autre, d'une couche relativement plus proche de l'axe et définissant une entrée d'eau pour le tronçon, par une extrémité relativement plus proche de l'extrémité distale, à une couche relativement plus éloignée de l'axe et définissant une sortie d'eau pour le tronçon, par une extrémité relativement plus proche de l'extrémité proximale, l'entrée d'eau du tronçon le plus proche de l'extrémité distale et la sortie d'eau du tronçon le plus proche de l'extrimité proximale constituant respectivement l'en trée et la sortie d'eau de l'échangeur et chaque tronçon intermédiaire entre deux autres tronçons étant directenent raccordé respectivement par son entrée et sa sortie d'eau à la sortie d'eau de celui desdits deux autres tronçons qui est relativement plus proche de l'extrémité distale et à l'entrée d'eau de celui desdits deux autres tronçons qui est relativement plus proche de l'extrémité proximale.

Plus précisément, par 'longueurs croissant en proportion sensiblement exponentielle de l'extrémité proximale d'échangeur vers l'extrémité distale d' échangeur", on entend ici des longueurs respectant au moins approximativement la relation suivante
Li m.i -= e , où : Li~l i : numkro d'ordre du tronçon dans le sens extrémité proxImale vers
extrémité distale m : coefficient sans dimension pouvant varier entre 0,2 et 0,5 Li : longueur du tronçon i
Chaque tronçon correspond ainsi à un différentiel de température sensiblement constant, sur sa dimension longitudinale, entre les fumées et l'eau, ce qui permet d'cptimiser l'échange ; plus généralement, l'échangeur selon l'invention s'apparente au type connu dit à courant oppose", connu comme le plus performant, dans lequel les fumées et l'eau entre lesquelles doit s'effectuer l'échange circulent en sens inverse.

En outre, l'échangeur de chaleur selon l'invention offre l'avantage d'être à la fois très simple à fabriquer par simple enrou- lement oontinu et très fiable, les tronçons pouvant être formés d'un tube unique, de présenter un encombrement minimisé par rapport à sa surface d'échange, et d'opposer aussi bien au passage des fumées qu'à celui de l'eau des pertes de charge minimisées t dans un cas où cet échangeur doit autre utilisé alors que son extrémité proximale et la
chambre de coixstion sont situées au-dessus de son extrémité distale, la structure préconisée selon l'invention permet en particulier d'offrir une perte de charge adaptée abe- soins de la mise en pression à proximité de la chambre de combustion ; quelle que soit l'application, cette structure selon l'invention permet de maintenir, du fait de la forme spiralée, une vitesse d'eau suffisante indispensable dans la zone la plus chaude, c'est-à-dire la plus proche de la chambre de combustion, pour limiter la formation du tartre ; ainsi, sous une structure simple et peu encombrante, un échangeur de chaleur selon l'invention offre un rendement d'échange très performant.

Les performances de cet échangeur sont pleinement préservées lorsque celui-ci est intégré à un corps de chauffe comportant en outre une chambre de combustion juxtaposée longitudinalement à ladite extrémité praeBEle d'échangeur et munie d'un brûleur à combustible gazeux ou liquide, des moyens d'évacuation de fumées juxtaposés longitudinale ment à ladite extrémité distale d'échangeur, et une paroi périphérique longitudinale, thermiquement isolante, enveloppant ledit échangeur fumée/eau et la chambre de combustion au moins dans le sens d'un éloignement transversal par rapport à l'axe ; de façon particulièrement avantageuse, comme il apparaîtra plus loin, l'eau à chauffer ainsi qu'un air de combustion et, éventuellement, de pré-refroidissement de la chambre de combustion peuvent être utilisés pour assurer l'isolation thermique de la paroi périphérique, qui peut également comporter un matériau isolant statique, comme il apparaîtra plus loin.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront en effet de la description qui suit, relative b un exemple non limitatif.de mise en oeuvre, ainsi que des dessins annexés qui font partie intégrante de cette description.

- La figure 1 montre une vue d'ensemble d'un corps de chauffe conforme à la présente invention, en coupe par un plan longitudinal, avec illustration de trois types différents d'isolation de la paroi périphérique du corps de chauffe, étant bien entendu que cette paroi pourrait présenter un seul de ces types d'isolation ou une combinaison de deux d'entre eux, ou encore des trois.

- - La figure 2 montre, en une vue de détail par ailleurs analogue à celle de la figure 1, le mode d'enroulement du tube constituant l'échangeur de chaleur.

Dans son application illustrée à la figure 1, le corps de chauffe selon l'invention équipe une chaudière à condensation, dans laquelle l'échangeur de chaleur fumée/eau 1 est disposé en dessous de la chambre de combustion 2 , suivant un axe longitudinal 3 par exemple.vertical ; toutefois, un Homme du métier comprendra aisément que l'on pourrait réaliser des chaudières à condensation mettant en oeuvre la présente invention en disposant l'axe 3 suivant une orientation autre que verticale, et par exemple oblique en conservant pour la chambre de combustion 2 une position supérieure à celle de l'échangeur 1 de telle sorte que les condensats tendent à s'éloigner par gravité de la chambre de combustion 2, et que l'on pourrait également équiper e.'un corps de chauffe conforme à la présente invention des chaudières de type traditionnel, sans condensation, en orientant à volonté l'axe longitudinal 3 et en plaçant la chambre de combustion 2 indifféremment au-dessous ou en dessous de l'échangeur 1 t par conséquent, toute référence d'orientation ou de niveau pouvant apparaître dans la suite de la description devra être interprétée comme une simple indication de positionnement relatif des différents éléments du corps de chauffe, sans impliquer de limitation quant à l'orientation de ce dernier.

Dans son mode de réalisation illustré à la figure 1, la chambre de combustion 2 et l'échangeur 1 juxtaposés longitudinalement suivant l'axe 2 sont enveloppés notamment dans le sens d'un éloignement transversal par rapport à l'axe 3 par une paroi périphérique longitudinale 4, thermiquement isolante, dont la forme générale est cylindrique de révolution autour de l'axe 3 diverses possibilités de réalisation de cette paroi 4 seront évoquées.plus loin.

A l'intérieur de la paroi 4 sont juxtaposés longitudinalement, suivant l'axe 3, respectivement de haut en bas
- une turbine 5 entraînée à la rotation autour de l'axe 3 par un moteur électrique 6 quant à lui placé en dehors de la paroi 4, au-dessus du corps de chauffe, laquelle turbine 5 est propre à aspirer axialement de l'air, à sa partie supérieure 7 à laquelle cet air est amené de préférence par des moyens qui seront décrits plus loin, pour refouler cet air de façon centrifuge, à l'intérieur de la paroi 4 qui canalise cet air vers le bas, comme on l'a schématisé par des flèches ;
- un brQleur à combustible gazeux ou liquide 8 de corps ception connue, disposé transversalent par rapport à l'axe 3 et présentant vers le bas des buses 9 ; entre le brûleur 8 et la paroi 4 subsiste un espace annulaire 10, de révolution autour de l'axe 3, et une partie de l'air refoulé par la turbine 5 B s'achemine longitudinalement, vers le bas, entre le brûleur 8 et la paroi 4 via cet espace 10 alors qu'une autre partie de l'air refoulé par la turbine 5 traverse longitudinalement, de haut en bas, le brûleur 8
- une paroi perfore 11, cylindrique de révolution autour de l'axe 3 vers lequel elle délimite, en dessous dela buse 9, la chambre de combustion 2 ; cette paroi 11 présente vers le bas un bord inférieur 12 annulaire, de révolution autour de l'axe 3 et son diamètre maximal est inférieur au diamètre minimal de la paroi 4 de façon à assurer une continuité longitudinale de l'espace annulaire 10 jusqu'en dessous du bord 12 ;
- l'échangeur de.chaleur fumée/eau 1, disposé en dessous du bord 12 moyennant respect d'un-jeu 13 et présentant des enveloppes respectivement périphérique intérieure 14 et périphérique extérieure 15 cylindriques de révolution autour de l'axe 3, entre une extrémité proximale d'échangeur 16, adjacente à la chambre de combustion 2 moyennant respect du jeu 13, et une extrémité distale d'échangeur 17 située en dessous de l'extrémité proximale 16, transversalement par rapport à l'axe 3 comme cette extrémité proximale 16, et au niveau d'un bord inférieur 18 de la paroi 4, lequel bord est annulaire de révolution autour de l'axe 3 ; l'échangeur de chaleur 1 jouxte la paroi 4 par son enveloppe périphérique extérieure 15 alors que, par son enveloppe périphérique intérieure 14, il jouxte un noyau longitudinal 19 disposé suivant l'axe 3 de telle sorte que l'air forcé à circuler de haut en bas, à l'intérieur de la paroi 4, par la turbine 5, traverse longitudinalement, de haut en bas, l'échangeur 1 après avoir traversé le brtleur 8 et l'espace 10, et s'être chargé de gaz de combustion chauds 9 la traversée de la chambre de combustion 2
- une buse 20 d'évacuation de l'air chargé de gaz de combustion, c'est-à-dire des fumées, après la traversée de l'échangeur 1, laquelle buse 20 se raccorde vers le haut, de façon continue, au bord inférieur 18 de la paroi 4 et s'infléchit transversalement vers le bas pour évacuer les fumées ; la chaudière illustrée étant une chaudière à condensation, la buse 20 présente vers le bas une culotte 21 de recueillement des condensats, laquelle culotte 21 est elle-même munie vers le bas d'une évacuation des condensats, comportant un siphon 22.

La turbine 5 à propulsion électrique permet d'injecter sous pression la quantité d'air nécessaire à la combustion du combustible gazeux ou liquide, introduit par les buses 9, dans la d re de combustion 2 et la quantité d'air nécessaire au Drésefroidissement des produits de combustion avant leur introduction dans l'échangeur 1, cet air de prérefroidissement étant injecté vers l'intérieur de la chambre de combustion 2 par des perforations de la paroi 11 à la partie inférieure de cette dernière après avoir traversé l'espace 10 de haut en bas, pour à la fois éviter une surchauffe de cette paroi 11 et limiter les pertes thermiques de la chambre de combustion 2 vers la paroi 4 du corps de chauffe.

La structure caractéristique de l'échangeur 1 va à présent être décrite plus particulièrement en référence à la figure 2 où l'on a schématisé comment l'échangeur lest réalisé par enroulement d'un tube métal lique, par exemple en cuivre ou en acier inoxydable, présentant des sections constantes respectivement intérieurement et extérieurement t dans sa moitié de gauche, la figure 2 montre une coupe schématique à travers les différentes couches de tube enroulées alors que dans sa moitié de droite, elle montre les sens d'enroulement du tube ainsi que le sens général de parcours de l'échangeur par l'eau à chauffer, qui entre dans le tube unique 23 par une entrée d'eau 24 située à l'extrémité distale 17 de l'échangeur et sort du tube unique 23, après échange thermique avec les fumées, par une sortie d'eau 25 quant à elle située à l'extrémité proximale 16 de l'échangeur 1.

Conformément à la présente invention, cet échangeur 1 comporte une pluralité de tronçons d'échangeur, juxtaposés suivant la direction de l'axe 3 et présentant suivant cette direction des longueurs croissant en proportion sensiblement exponentielle de l'extrémité proximale 16 de l'échangeur 1 vers l'extrémité distale 17 de celui-ci de telle sorte que chaque tronçon corresponde à un différentiel de température sensiblement constant, sur sa longueur mesurée suivant l'axe 3, entre les fumées et l'eau parcourant ce tronçon dans des sens opposés ; le nombre de tronçons ainsi juxtaposés longitudinalement peut être supérieur à trois, mais il peut également être égal à trois comme c'est le cas dans l'exemple illustré à la figure 2, où l'on a désigné respectivement par 26, 27, 28 les tronçons se succédant ainsi longitudinalement de l'extrémité proximale 16 de l'échangeur 1 à l'extrémité distale 17 de celuici, avec des longueurs L1, L2, L3 ainsi déterminées, c'est-à-dire res- bectant au moins appnmimativement les relations
L2 = e2m et L3 = 3m t2 ou m est un coefficient sans dimension choisi entre 0,2 et 0,5.

Chacun des tronçons tels que 26, 27, 28 est formé d'un même nombre impair de couches spiralées de tube 23 juxtaposées suivant des directions transversales par rapport b l'axe 3 et enroulées alternativement dans un sens longitudinal 29 et dans l'autre 30.

Dans l'exemple illustré, chacun des tronçons 26, 27, 28 comporte cinq couches spiralées de tube 23, ce nombre n'étant-toutefois qu'un exemple non limitatif plus précisément, chacun des tronçons 26, 27, 28 présente une première couche spiralée 31, 32, 33 de tube 23, enroulée suivant un cylindre virtuel 34, de révolution autour de l'axe 3, dans un sens longitudinal 29 allant de l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1 vers l'extrémité proximale 16 de celui-ci ; cette couche constitue pour chaque tronçon la couche la plus proche de l'axe 3 ; à l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1, la couche 33 présente une extrémité du tube 23, laquelle extrémité définit l'entrée d'eau 24 commune à l'échangeur 1 et au tronçon 28 de celui-ci ; de même, pour chacun des tron çons 27 et 26, la couche 32, 31 de tube la plus proche de l'axe définit,par son extrémité la plus proche de l'extrémité distale 24, une entrée d'eau respective 36, 35 pour ce tronçon ; chacune des couches 31, 32, 33 présente par ailleurs une extrémité plus éloignée de l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1, respectivement 37, 38, 39, et communique par cette extrémité, grâce à une conformation appropriée du tube 23, avec la couche spiralée immédiatement suivante, dans un sens d'éloignement radial par rapport à l'axe 3, à savoir respectivement une couche 40, une couche 41, et une couche 42 quant à elles enroulées dans le sens longitudinal 30 oppo sé au sens longitudinal 29 jusqu'au niveau de l'extrémité du tronçon 26, 27, 28 considéré la plus éloignée de l'extrémité proximale 16 de l'échangeur 1, où chaque couche 40, 41, 42 se racoorde b la couche immédiatement suivante dans le sens d'un éloignement radial par rapport à l'axe 3, à savoir respectivement une couche 43, 44, 45 quant à elle enroulée dans le sens 29 pour se raccorder, au niveau de l'extrémité du tronçon considéré la plus éloignée de l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1, à une couche immédiatement consécutive 46, 47, 48 enroulée dans le sens 30 et qui, au niveau de l'extrémité du tronçon considéré la plus éloignée de l'extrémité proximale 16 de ce tronçon, se raccorde à la couche la plus éloignée de l'axe 3, respectivement 49, 50, 51, enroulée dans le sens 29 jusqu'd l'extrémité du tronçon considéré la plus éloignée de l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1 ; pour les différents tronçons 26, 27, 28, les couches possédant le même rang d'éloignement radial par rapport à l'axe 3 présentent un même cylindre virtuel moyen, de révolution autour de l'axe 3, et, pour chaque tronçon, les couches se succédant ainsi présentent le même nombre de spires, si bien qu'il existe entre les longueurs développées de tube 23 correspondant aux différents tronçons 26, 27, 28 la même relation qu'entre les longueurs L1, L2, L3 de ces tronçons, mesurées parallèlement à l'axe 3.

A l'extrémité de la couche 51 du tronçon 28 la plus éloignée de l'axe 3 correspondant à l'extrémité de ce tronçon 28 la plus éloignée de l'extrémitédista- le 17 de l'enroulement 1, cette couche 51 définit pour le tronçon 28 une sortie d'eau, raccordée directement, par une conformation appropriée du tube 23, à l'entrée d'eau 36 du tronçon 27 ; de même, l'extrémité de la couche spiralée 50 la plus éloignée de l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1 définit, pour le tronçon 27, une sortie d'eau raccordée directement à l'entrée d'eau 35 du tronçon 26, par une conformation appropriée du tube 23 ; à l'extrémité de la couche 49 la plus éloignée de l'extrémité distale 17 de l'échangeur 1, le tube 23 définit à la fois la sortie d'eau du tronçon 26 et la sortie d'eau 25 de l'échangeur 1.

Cette sortie d'eau 25 est raccordée directement à des moyens utilisateurs d'eau chaude, tels que par exemple une installation de chauffage central
L'entrée d'eau 24 de l'échangeur peut quant à elle être reliée directement à une source d'eau à réchauffer, comme par exemple le circuit de retour de l'installation de chauffage central
Cependant, conformément à un mode de réalisation de la paroi thermiquement isolante 4 illustré dans la partie inférieure de droite de la figure 1, cette entrée d'eau 24 peut être raccordée indirectement à la source d'eau à réchauffer, plus précisément par l'intermédiaire d'une chambre étanche 52, annulaire de révolution autour de l'axe 3, ménagée dans la paroi 4 alors creuse par exemple sur la totalité de l'étendue longitudinale de l'échangeur 1 comme il est illustré, ou encore sur la totalité de l'étendue longitudinale du corps de chauffe 3, de façon non illustrée t alors, l'entrée 24 communique directement avec une zone de la chambre 52 immédiatement adjacente au bord inférieur 18 de la paroi 4 et la chambre 52 présente, dans sa zone la plus éloignée de l'extrémité distale 17 de l'échangeur de chaleur 1, une entrée d'eau 53 quant b elle raccordée directement b la source d'eau 9 réchauffer ; dans le cas d'un tel mode de réalisation, l'eau b réchauffeur introduiteen 53 dans la chambre 52 et sortant de cette dernière en 24 assure une isolation pariéto-dynamique visà-vis de l'air ambiant autour de l'échangeur 1 dans l'exemple illustré, et éventuellement autour de la chambre de combustion 2 dans la variante évoquée plus haut mais non illustrée.

Cette isolation de type pariéto-dynamique peut également être remplacée par l'incorporation à la paroi 4 d'une jaquette en matériau isolant statique sur au moins une partie de l'étendue longitudinale de l'en- semble formé par l'échangeur 1 et la chambre de combus tion .2 ; on a illustré une telle variante, limitée à l'échangeur 1, dans la partie inférieure gauche de la figure 1 où la jaquette en matériau isolant statique a été désignée par la référence 54.

On peut également utiliser, sur tout ou partie de l'étendue longitudinale de l'ensemble formé par la chambre de combustion 2 et l'échangeur 1, un type d'isolation illustré dans la partie supérieure de la figure 1, où ce type d'isolation. est limité au niveau de la chambre de combustion 2.

Selon ce mode de réalisation, la paroi 4 est creuse de façon à présenter une chambre annulaire 54, de révolution autour de 1' axe 3, continue entre d'une part la proximité immédiate de la turbine 5, immédiatement au-dessus de laquelle cette chambre 54 présente une sortie 55 communiquant suivant l'axe 3 avec l'aspiration de la turbine 5, entre cette dernière et le moteur 6, et d'autre part une entrée 56 pour l'air ambiant, présentant une forme annulaire de révolution autour de l'axe 3 et disposée à la limite de la chambre 54 la plus proche du bord inférieur 18 de la paroi 4, c'est-à-dire dans l'exemple illustré approximativement au niveau du bord inférieur 12 de la paroi 11 de la chambre de combustion 2.

De ce fait, avant d'accéder à la turbine 5, l'air ambiant aspiré par cette dernière doit parcourir longitudinalement la chambre 54, de l'entrée d'air 56 de celle-ci jusqu'à sa sortie 55, en balayant intérieurement la paroi 4, c'est-à-dire en refroidissant cette dernitre tout en se réchauffant lui-même ; la trajectoire correspondante de l'air a été schématisée par des flèches à la figure 1.

Dans une variante non représentée, la chambre 54 pourrait s'étendre longitudinalement du niveau de la turbine 5, où se situe sa sortie 55, jusqu'au niveau du bord inférieur 18 de la paroi 4, auquel cas l'entrée 56 se situerait au niveau de ce bord inférieur 18 pour réaliser l'isolation thermique de l'échangeur 1, en complément ou en remplacement des modes d'isolation illustrés à son propos à la figure 7.

Un Homme du métier comprendra aisément que les modes d'isolation qui viennent d'être décrits pourraient être utilisés quelle que soit l'orientation de l'axe 3, et que le corps de chauffe soit du type à con .densation, comme il est illustré, ou d'un autre type 1'Homme du métier comprendra aisément que la structure d'échangeur 1 décrite, avec la subdivision caractéristique en tronçons de plus en plus longs du tronçon le plus proche de la chambre de combustion au tronçon le plus éloigné de cette dernière pourrait également être adoptée quelle que soit l'orientation de l'axe 3, et que l'on recherche ou non une condensation dans le corps de chauffe.

L'Homme du métier pourra ainsi prévoir de nombreuses variantes de mise en oeuvre de l'invention sans sortir pour autant du cadre de cette dernière.

A titre d'exemple non limitatif, on trouvera ci-dessous les caractéristiques d'une chaudière à condensation conforme à la présente invention, présentant une forme générale cylindrique de révolution autour d'un axe vertical, avec un échangeur de chaleur disposé en dessous de la chambre de combustion comme il est illustré aux figures : - brûleur à gaz butane - dimensions du corps de la chaudière (hors isolation)
. diamètre 140mm
hauteur 600mm - caractéristiques de l'échangeur
. tube cuivre 12/14mm
. longueur totale 16m
. enroulement 3 couches, 3 tronçons
. perte de charge (fonction du débit d'eau)
D1,85 QP = 0,786.1.

104Pa
4,94 l : longueur totale enroulée (m)
D : débit (l/h) : : diamètre intérieur du tube (mm) 0,786 : constante caractéristique de l'échangeur
Soit ici pour D = 360 l/h = = 3.10 Pa - Résultats d'essai
- débit d'eau 360 l/h
- température d'entrée 200C
- température de sortie 53,50C
- puissance utile 14kw
- température de l'air fourni
au brûleur - 300
- température de sortie des
fumées 40
- débit des condensats 1,5 l/h

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Echangeur de chaleur fumée/eau pour une chaudière à oarSxlstible gazeux ou liquide destinée b la production d'eau chaude, comportant un tube métallique de circulation d'eau (23), enroulé autour d'un axe longitudinal (3), entre une extrémité distale d'échangeur (17) formant entrée d'eau (24) pour l'échangeur et une extrémité proximale d'échangeur (16) formant sortie d'eau (25) pour l'échangeur (1) et destinée à jouxter une chambre de combustion (2),

caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois tronçons (26, 27, 28) juxtaposés suivant la direction de l'axe (3) et présentant suivant cette direction des longueurs (L1, L2, L3) croissant en proportion sensiblement exponentielle de l'extrémité proximale (16) d'échangeur (1) vers l'extrémité distale (17) d'échangeur, chaque tronçon (26, 27, 28) étant formé d'un même nombre impair de couches spiralées (31 à 34, 40 à 51) de tube (23) juxtaposées suivant des directions transversales par rapport à l'axe (3) et enroulées alternativement dans un sens longitudinal (29) et dans l'autre (30), d'une couche (31 à 34) relativement plus proche de l'axe (3) et définissant une entrée d'eau (35, 36, 24) pour le tronçon (26, 27, 28), par une extrémité relativement plus proche de l'extrémité distale (17), à une couche (49 à 51) relativement plus éloignée de l'axe (3) et définissant une sortie d'eau pour le tronçon (26, 27, 28), par une extrémité relativement plus proche de l'extrémité proximale (16), l'entrée d'eau (24) du tronçon (28) le plus proche de l'extrémité distale (17) et la sortie d'eau (25) du tronçon (26) le plus proche de l'extrémité proximale (16) constituant respectivement l'entrée (24) et la sortie (25) d'eau de l'dchangeur (1) et chaque tronçon intermddia.ire (27) entre deux autres tronçons (26, 28) étant directement raccord respectivement par son entrée (36) et sa sortie d'eau à la sortie d'eau de celui (28) desdits deux autres tronçons qui est relativement plus proche de l'extrémité distale (17) et à l'entrée d'eau (35) de celui (26) desdits deux autres tronçons qui est relativement plus proche de l'extrémité proximale (16).

2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites longueurs (L1, t2, L3) respectent au moins approximativement la relation suivante : i = .moi , où i1 i : numéro d'ordre du tronçon dans le sens extrémité

proximale vers extrémité distale m : coefficient sans dimension pouvant varier entre 0,2

et 0,5

Li : longueur du tronçon i.

3. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte trois tronçons (26, 27, 28).

4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits tronçons (26, 27, 28) sont formés d'un tube unique (23).

5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente une forme d'ensemble cylindrique de révolution autour dudit axe longitudinal (3).

6. Corps de chauffe pour une chaudière à combustible gazeux ou liquide, caractérisé en ce qu'il com porte un échangeur de chaleur fumée/eau (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, une chambre de combustion (2) juxtaposée longitudinalement à ladite extrémité proximale (16) d'échangeur et munie d'un brûleur b combustible gazeux ou liquide, des moyens (20) d'évacuation de fumées juxtaposés longitudinalement à ladite extrémité distale (17) d'échangeur, et une paroi périphérique longitudinale (4), thermiquement isolante, enveloppant ledit échangeur fumée/eau (1) et la chambre de combustion (2) au moins dans le sens d'un éloignement transversal par rapport à l'axe (3).

7. Corps de chauffe selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite paroi périphérique (4) comporte un matériau isolant statique (54) sur au moins une partie de l'étendue longitudinale de l'échangeur fumée/ eau (1) et/ou de la chambre de combustion (2).

8. Corps de chauffe selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ladite paroi périphérique (4) est creuse et délimite intérieurement une chambre étanche (52) présentant une entrée d'eau (53) dans une zone relativement plus éloignée de l'extrémité distale (17) de l'échangeur et une sortie d'eau dans une zone relativement plus proche de l'extrémité distale (17) de l'échangeur (1), ladite sortie d'eau de ladite chambre (52) étant directement raccordée à ladite entrée d'eau (24) de l'échangeur (1).

9. Corps de chauffe selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une turbine de ventilation (5) juxtaposée longitudinalement au brûleur (8) à l'opposé de la chambre de combustion (2) pour souffler de l'air de combustion vers le brûleur (8), et en ce que ladite paroi périphérique (4) est creuse et délimite intérieurement une chambre étanche (54) présentant une entrée d'air (56) dans une zone relativement plus proche de l'extrémité distale (17) de l'échangeur (1) et une sortie d'air (55) à l'aspiration de ladite turbine de ventilation (5).

10. Corps de chauffe selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une turbine de ventilation (5) juxtaposée longitudinalement au brûleur (8) à l'opposé de la chambre de combustion (2) pour souffler de l'air de combustion vers le brûleur (8), et en ce qu'elle comporte un passage longitudinal annulaire (10) entre la chambre de combustion (2) et ladite paroi thermiquement isolante (4) pour autoriser également un écoulement forcé d'air vers l'échangeur fumée/eau (1).

11. Corps de chauffe selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il est conçu en tant que corps de chauffe à condensation, en ce que le brûleur (8), la chambre de combustion (2), l'extré- mité proximale (16) de l'échangeur (1), l'extrémité distale (17) de l'échangeur (1), et une buse (20) d'évacuation de fumées munie d'une culotte (21) de recueillement des condensats se succèdent longitudinalement de haut en bas.

12. Corps de chauffe selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que ledit axe longitudinal (3) est vertical.