FR3125326A1 - Echangeur de chaleur - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1’) comprenant :- une enveloppe (2) étanche aux gaz, - au moins un tube (4), réalisé dans un matériau thermiquement bon conducteur et à l’intérieur duquel peut circuler un fluide à réchauffer, ce tube (4) étant enroulé en hélice de façon à former un enroulement hélicoïdal (40) d’axe longitudinal (X-X’) qui est disposé à l’intérieur de ladite enveloppe (2), - des moyens d’amenée et/ou de production de gaz chauds à l’intérieur de ladite enveloppe (2), tel un brûleur (3), de façon à y définir une chambre de combustion (26), cet enroulement hélicoïdal (40) étant agencé de façon à ménager un interstice (45) entre deux spires adjacentes, ledit au moins un tube (4) présentant une face avant (41) et une face arrière (42) opposées, un côté intrados (43) orienté vers l’axe longitudinal (X-X’) et un côté extrados (44) orienté vers l’enveloppe (2), ladite face avant (41) et ladite face arrière (42) du tube (4) étant planes ou sensiblement planes et étant situées de part et d’autre de l’interstice (45). Cet échangeur est remarquable en ce que ledit au moins un tube (4) présente sur sa face avant (41) et/ou sa face arrière (42), un épaulement (46) qui s’étend depuis le côté intrados (43) du tube en direction de son côté extrados (44), sur une partie de la hauteur (H1) de la section droite de ce tube (4) et également sur au moins une partie de la longueur de ce tube (4). Figure pour l’abrégé : figure 3

Description

Echangeur de chaleur
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention se situe dans le domaine des échangeurs de chaleur, notamment ceux utilisés pour produire de l’eau chaude sanitaire ou de l’eau d’un réseau de chauffage.
L’invention concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant une enveloppe, des moyens d’amenée et/ou de production de gaz chauds à l’intérieur de cette enveloppe pour y définir une chambre de combustion et au moins un tube enroulé en hélice, disposé dans cette chambre de combustion et à l’intérieur duquel circule un fluide à réchauffer, tel que de l’eau.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaît déjà dans l’état de la technique un tel échangeur de chaleur. Dans ce type d’échangeur, l’enroulement hélicoïdal du tube est agencé de façon à ménager un faible interstice entre ses spires adjacentes. . Les gaz chauds, produits ou amenés dans l’enroulement, passent dans les interstices, de l’intérieur vers l’extérieur et sont ensuite évacués vers l’extérieur de l’échangeur de chaleur par une manchette d’évacuation des gaz brûlés, prévue à cet effet.
Lorsque les gaz chauds passent dans ces interstices, ils réchauffent les parois des spires du tube, situées de part et d’autre de l’interstice et ce faisant, ils réchauffent également le fluide qui circule dans ce tube.
Or, on constate, notamment dans le cas où le tube présente une section transversale oblongue avec une face avant et une face arrière, planes ou sensiblement planes, que l’interstice entre deux spires voisines peut s’encrasser et même s’obstruer au cours du temps, car des scories, c’est-à-dire des suies ou des particules non brûlées véhiculées par les gaz chauds, s’y déposent.
Cette obstruction totale ou partielle de certains interstices a pour effet de créer une augmentation de la pression des gaz circulant à l’intérieur de la chambre de combustion, ce qui nécessite d’augmenter la vitesse du ventilateur amenant le mélange air/combustible dans le brûleur ou amenant l’air chaud dans la chambre et donc d’augmenter la consommation électrique de ce ventilateur.
Cette obstruction de certains interstices a également pour effet de réduire la surface d’échange thermique entre le fluide à réchauffer et les gaz chauds et donc de générer un réchauffement du fluide circulant dans le tube, qui n’est pas homogène sur toute la longueur de ce dernier et d’aboutir à une baisse de rendement de l’échangeur de chaleur.
De plus le rendement de l’échangeur se dégrade dans le temps au fur et à mesure de l’encrassement des interstices.
Enfin, du fait de cette obstruction, il est également nécessaire de réaliser régulièrement le nettoyage de ces interstices. Cette opération de maintenance est coûteuse en temps et en main-d’œuvre.
Un but de l’invention est donc de proposer un échangeur de chaleur permettant de résoudre les problèmes précités et notamment de limiter l’encrassement des interstices entre deux spires voisines du tube de cet échangeur.
A cet effet, l’invention concerne un échangeur de chaleur comprenant :
-une enveloppe étanche aux gaz, munie d’une manchette d’évacuation des gaz brûlés,
- au moins un tube, réalisé dans un matériau thermiquement bon conducteur et à l’intérieur duquel peut circuler un fluide à réchauffer, tel que de l’eau, ce tube étant enroulé en hélice de façon à former un enroulement hélicoïdal d’axe longitudinal X-X’, cet enroulement hélicoïdal étant disposé à l’intérieur de ladite enveloppe,
- des moyens d’amenée et/ou de production de gaz chauds à l’intérieur de ladite enveloppe, tel un brûleur à gaz ou à fioul, de façon à y définir une chambre de combustion,
cet enroulement hélicoïdal étant agencé de façon à ménager un interstice entre deux spires adjacentes,
ledit au moins un tube présentant une face avant et une face arrière opposées, un côté intrados orienté vers l’axe longitudinal X-X’ et un côté extrados opposé orienté vers l’enveloppe, ladite face avant et ladite face arrière du tube étant planes ou sensiblement planes et situées de part et d’autre de l’interstice.
Conformément à l’invention, ledit au moins un tube présente sur sa face avant et/ou sa face arrière, un épaulement et cet épaulement s’étend depuis le côté intrados du tube en direction de son côté extrados, sur une partie de la hauteur de la section droite de ce tube et s’étend également sur au moins une partie de la longueur de ce tube.
Cet épaulement permet de récupérer les suies ou les scories issues de la combustion des gaz par le brûleur, tout en conservant l’interstice entre deux spires voisines dégagé. Les gaz chauds peuvent ainsi continuer à traverser cet interstice et à réchauffer l’eau circulant dans l’enroulement hélicoïdal.
Cet épaulement permet donc de retarder la vitesse d’encrassement des spires, de limiter l’augmentation de la pression dans la chambre de combustion, de ne pas générer de surconsommation électrique de l’échangeur, de maintenir le rendement de l’échangeur et de retarder et d’espacer les interventions de maintenance/nettoyage réalisées sur le tube de l’échangeur de chaleur.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :
-l’épaulement s’étend sur une hauteur, mesurée depuis l’intrados, qui mesure jusqu’à un tiers environ de la hauteur de la section droite du tube.
-un déflecteur discoïde est monté à l’intérieur de l’enroulement hélicoïdal de façon étanche aux gaz, ce déflecteur discoïde ménage à l’intérieur de l’enveloppe, une chambre de condensation qui s’étend entre ledit déflecteur discoïde et le fond de l’enveloppe, la chambre de combustion s’étendant entre ledit déflecteur discoïde et une façade de l’enveloppe sur laquelle est montée une porte portant lesdits moyens d’amenée et/ou de production de gaz chauds et l’épaulement est formé exclusivement sur le tube ou les tubes ou la portion de tube qui est positionné dans la chambre de combustion.
-l’interstice entre les spires adjacentes est calibré à l’aide de plusieurs éléments saillants, tels que des bossages, formés sur la face avant et/ou sur la face arrière dudit au moins un tube, chaque élément saillant formé sur une spire du tube étant en appui respectivement contre la face arrière et/ou la face avant de la spire adjacente et en ce que chaque élément saillant est formé sur la partie de la face avant et/ou de la face arrière qui ne comprend pas l’épaulement.
-ledit tube est hydroformé.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
représente une vue en coupe longitudinale d’un échangeur de chaleur conforme à l’invention, dans lequel il y a uniquement une chambre de combustion.
est une vue en perspective d’une partie d’un tube d’échangeur de chaleur conforme à l’invention.
est une vue en coupe longitudinale d’un échangeur de chaleur à condensation conforme à l’invention.
est une vue en perspective d’un peigne.
est une vue de détail d’une section transversale de trois spires du tube conforme à l’invention, la coupe étant réalisée au niveau des bossages.
est une vue de détail d’une section transversale de trois spires du tube conforme à l’invention, la coupe étant réalisée en un point du tube exempt de bossages.
est une vue de détail d’une section transversale de trois spires du tube conforme à un autre mode de réalisation de l’invention.

Claims (5)

  1. Echangeur de chaleur (1, 1’) comprenant :
    - une enveloppe (2) étanche aux gaz, munie d’une manchette (21) d’évacuation des gaz brûlés,
    - au moins un tube (4), réalisé dans un matériau thermiquement bon conducteur et à l’intérieur duquel peut circuler un fluide à réchauffer, tel que de l’eau, ce tube (4) étant enroulé en hélice de façon à former un enroulement hélicoïdal (40) d’axe longitudinal (X-X’), cet enroulement hélicoïdal (40) étant disposé à l’intérieur de ladite enveloppe (2),
    - des moyens d’amenée et/ou de production de gaz chauds à l’intérieur de ladite enveloppe (2), tel un brûleur (3) à gaz ou à fioul, de façon à y définir une chambre de combustion (26),
    cet enroulement hélicoïdal (40) étant agencé de façon à ménager un interstice (45) entre deux spires adjacentes,
    ledit au moins un tube (4) présentant une face avant (41) et une face arrière (42) opposées, un côté intrados (43) orienté vers l’axe longitudinal (X-X’) et un côté extrados (44) opposé, orienté vers l’enveloppe (2), ladite face avant (41) et ladite face arrière (42) du tube (4) étant planes ou sensiblement planes et étant situées de part et d’autre de l’interstice (45),
    cet échangeur étant caractérisé en ce queledit au moins un tube (4) présente sur sa face avant (41) et/ou sa face arrière (42), un épaulement (46),
    et en ce que cet épaulement (46) s’étend depuis le côté intrados (43) du tube en direction de son côté extrados (44), sur une partie de la hauteur (H1) de la section droite de ce tube (4) et s’étend également sur au moins une partie de la longueur de ce tube (4).
  2. Echangeur de chaleur (1, 1’) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’épaulement (46) s’étend sur une hauteur (H2), mesurée depuis l’intrados (43), qui mesure jusqu’à un tiers environ de la hauteur (H1) de la section droite du tube (4).
  3. Echangeur de chaleur (1, 1’) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’un déflecteur discoïde (6) est monté à l’intérieur de l’enroulement hélicoïdal (40) de façon étanche aux gaz, en ce que ce déflecteur discoïde (6) ménage à l’intérieur de l’enveloppe (2), une chambre de condensation (27) qui s’étend entre ledit déflecteur discoïde (6) et le fond de l’enveloppe (2), la chambre de combustion (26) s’étendant entre ledit déflecteur discoïde (6) et une façade (24) de l’enveloppe (2) sur laquelle est montée une porte (25) portant lesdits moyens d’amenée et/ou de production de gaz chauds) et en ce que l’épaulement (46) est formé exclusivement sur le tube (4) ou les tubes (4) ou la portion de tube (4) qui est positionné dans la chambre de combustion (26).
  4. Echangeur de chaleur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interstice (45) entre les spires adjacentes est calibré à l’aide de plusieurs éléments saillants, tels que des bossages (47), formés sur la face avant (41) et/ou sur la face arrière (42) dudit au moins un tube (4), chaque élément saillant formé sur une spire du tube (4) étant en appui respectivement contre la face arrière (42) et/ou la face avant (41) de la spire adjacente et en ce que chaque élément saillant est formé sur la partie de la face avant et/ou de la face arrière qui ne comprend pas l’épaulement (46).
  5. Echangeur de chaleur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit tube (4) est hydroformé.
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