JP2013518241A - 凝縮熱交換器を含む高温流体生成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、高温ガスを移送するまたは生成する（４）手段および凝縮熱交換器（１）を有する装置に関し：一次交換器として働き、ガスを通さないハウジング（１０）内に取付けられるとともにガス放出トランク（１２２）を備える螺旋の管の束（２ａ）と、一次交換器内で一次流体を循環させる手段（９）と、一次交換器の巻きを通って高温ガスを循環させるように配置された２つの偏向板（６１、６２）および偏向リング（６３）と、を有する。装置は、二次交換器として働く第２の管の束（２ｂ）と、その中で一次流体とは別の二次流体を循環させる手段とを含み、第２の偏向板が一次交換器（２ａ）と二次交換器（２ｂ）との間に挿入される、ことを特徴とする。本発明は、加熱水および衛生設備のための湯の生産に使用され得る。

Description

本発明は高温流体を生成するための装置に監視、特にいくつかの流体を加熱するための凝縮熱交換器、およびバーナ特に重油バーナ等の高温ガスを生成するための手段または外部ソースにより事前に生成された高温ガスをもたらすための手段を有する。

この装置は特に、例えば、セントラルヒーティング回路に供給するおよび／または衛生設備のために水を提供する目的で、家庭または工業用途のためのガスボイラに取り付けることが意図される。

この装置の熱交換器は、必要に応じて参照される例えば特許文献１に記載されたように、内部に少なくとも一束の管を収容するエンクロージャの境界を定めるハウジングを有するタイプのものである。

特許文献１では、熱交換要素が記載される。この熱交換要素は、熱的に良好な伝導材料の管であり、例えば加熱される水等の熱伝達流体が循環することが意図される。

この管は螺旋状に曲げられるとともに扁平かつ楕円形の断面を有し、この長軸は螺旋の軸とほぼ垂直であり、管の各一巻きは一定の幅を持つ間隙によって隣接する一巻きの面から離された平坦面を有し、この幅は断面の厚さより実質的に小さく、２つの隣り合う一巻きの間の間隙はさらに、管の壁に形成されたボスにより形成されるスペーサにより調整される。

特許文献１はまた、上述のいくつかの要素を含む熱交換器も記載し、説明された様々な実施形態において異なる方法で配置される。

したがって、定義された交換要素は、一方で、エンクロージャ内に取付けられたバーナにより直接生成され得るか、管状要素を「なめる」外部源から生じ得る、非常に高温のガスと、他方で後者の中を循環する水等の加熱される流体との間の高効率な熱交換の確保ができる。

実際、巻きの間を半径方向に沿って通過するとき、高温ガスの流れは交換器要素の壁の比較的広範囲の表面と接触する。

したがって、特許文献１の図２０は、一次交換器として作動する一束の螺旋状に曲げられた管、その中で単一の一次流体を循環させる手段、高温ガスを精製することができるバーナ、一束の管の内部を２つの区画部分に分割するためにこのバーナの端部および一束の管の内部に取り付けられたセラミックディスク、および一束の管の外部に配置されたリング形状の閉塞具を有する熱交換器を示す。

このような熱交換器では、ディスクおよび閉鎖具によって形成された２つの隔壁を用いて、高温ガスを一次の一束の管の内部から外に、次にディスクから下流に、そして外側から内側に閉鎖具から上流に、連続的に循環させ、最後にそれらを冷却されたガスのための排出タンクを通って逃すことが可能である。

しかし、前述の特許文献１では、単一の熱源を用いて単一の流体を加熱することしかなされていない。現在、ある用途では、例えば、衛生設備のための水および建物の暖房回路のための水等、少なくとも２つの流体を加熱することが有用であり得る。

特許文献２に記載された凝縮熱交換器は、実際、一次流体および二次流体の加熱を可能にする。

しかし、それは、例えばエンジンの排気等、第２の熱源からの付加的な高温ガスの熱を回収するために設計されている。これらの排出ガス内に存在する熱量を回収することにより、熱交換器の総合効率を向上させることができる。

この目的のために、内部にはガスまたは重油バーナが取り付けられる、ガスを通さないハウジングおよび、熱的に良好な伝導材料で作られ、一方が一次交換器として作動するとともに他方が二次交換器として作動し、それぞれが端から端まで配置され螺旋状に曲げられた管または一群の管から成る２束の同軸の管を有する。さらに、特に一次束のおよび二次束の構成管の内部をそれぞれ循環する冷水である、「一次」および「二次」流体とそれぞれ言われる、２つの異なる流体が加熱されるようにするための手段が提供される。

この交換器の特定の配置によれば、２つの偏向板が、一方が一次束の一方の端部を閉じるとともに他方が二次束の隣接する端部を閉じるように、一次束と二次束との間に挿入されるとともにある間隔で平行に並んで配置される。したがって、これらの両方の板は、ハウジングに接続された外側導管からもたらされる付加的な高温ガスを内部で循環させる空間を規定する。

したがって、この付加的な高温ガスは、二次交換器の管の束の巻きを横断する間、二次流体を加熱することに加わる。

しかし、第２の偏向板（下流の板）の存在は、それが最初に追加的な高温ガスを受け入れるための空間の境界を定めるという事実によってのみ正当化される。バーナからの高温ガスの流れに関しては、板の組は単一の偏向板と同等であるとともに、高温ガスのこの流れはバーナにおいて一次束の内側から外側に向かって半径方向に、そして両板により形成された組立体を迂回することにより巻きの外側を軸方向に、最後に半径方向に外側から二次流体が循環する二次束の内側に向かって循環する。

当業者はしたがって、すなわち、例えば衛生設備の水等、第２の流体を加熱するために−または予熱するために−第１の熱源からの（特にバーナからの）ガス内に存在する残留熱からの最高の利益において、技術的な問題を解決することを可能にする教示をこの特許文献２に求める理由が無かった。

請求項１の前段に述べられたような技術的な特性を有する熱交換器は特許文献３から知られている。

しかし、このような熱交換器は、一次流体と異なる二次流体の加熱を全く許さない。したがって、それは、如何なる二次交換器、または二次流体を循環させるために如何なる手段、または一次交換器と二次交換器との間に挿入された如何なる偏向板も有さない。

最後に、２つの高温の一次および二次流体を生成するための装置も特許文献４から知られている。

しかし、この装置は請求項１のものに対応した凝縮熱交換器を有さず、特に一次束と二次束との間に配置された如何なる偏向板も有さない。

欧州特許第０ ６７８ １８６号 仏国特許出願公開第２ ８５４ ２２９号 米国特許出願公開第２００７／２０９６０６号 独国実用新案第８ ５３０ １８４号

したがって、本発明の目的は、凝縮熱交換器を有して高温流体を生成するための装置を提供することであり、このために全体の効率が改善される。

本発明の他の目的は、交換器の原価をほんの僅かしか負担をかけずあまりに著しい方法でかさばりを増加させない手段を適用する一方、全体の効率を向上させる。

さらに別の目的は、熱移送容量および加熱される異なる流体の量に関すること並びにかさばりに関することの両方の顧客の異なる要望に対処することができるように、多数の直列に作りやすく容易に調整可能になり得る装置を提供することである。

この目的のために、本発明は高温流体を生成するための装置に関し、高温ガスを移送する手段または高温ガスを生成する手段および凝縮熱交換器を有し、凝縮熱交換器は：
−一次交換器として働く管の束であって、この束は、螺旋巻きを形成する、１つの管または端から端に配置された管の集まりから成り、管の壁は熱的に良好な伝導材料で作られ、この束は気密ハウジング内に固定して取付けられ、ガス放出トランクを備える、管の束と、
−例えば、セラミックを基にした、断熱および耐熱材料で作られ、一次束の２つの連続する巻きの間に挿入される第１の偏向板であって、この第１の偏向板は螺旋の軸に中心を合わせられ、一次束の内部空間の一部を閉じる、第１の偏向板と、
−一次交換器として働く管の束の周りで、高温ガスの循環の方向に相対的に第１の偏向板から下流に配置された円板状の偏向リングであって、この偏向リングはその外周においてハウジングに取付けられるとともにその内周において一次交換器の巻きの１つに取付けられる、偏向リングと、
−螺旋の軸に中心を合わせられる第２の偏向板と、を有し、
両偏向板および偏向リングはしたがって、高温ガスが最初に第１の偏向板から上流に配置された一次交換器の第１の部分を半径方向、あるいは略半径方向に、その巻きを隔てる間隙を内側から外側に横断することにより、横断し、次に第１の偏向板と偏向リングとの間に延びる一次交換器の第２の部分をその巻きを隔てる間隙を外側から内側に横断することにより横断し、次に偏向リングと第２の偏向板との間に延びる一次交換器の最後の部分をその巻きを隔てる間隙を内側から外側に横断することにより横断するように、配置され、
高温流体を生成する装置はさらに、一次交換器として働く束の構成管の中で加熱される流体、いわゆる「一次」流体、特に冷水を循環させる手段を有し、この一次流体の循環は高温ガスの循環と反対方向に実行される。

本発明によれば、凝縮熱交換器は、第１の管の束と同軸にハウジングの内部に固定して取り付けられるとともに第１の管の束の端部に配置される、二次交換器として働く第２の管の束を有し、この第２の束はまた、螺旋巻きを形成する、１つの管または端から端に配置された管の集まりから成り、管の壁は熱的に良好な伝導材料で作られ、第２の偏向板が第１の束と第２の束との間に挿入され、この第２の偏向板は第２の束の内部空間を閉じるので、ガス放出トランクを経由して、最終的に低温の外部に放出される前に、その巻きを隔てる間隙を外側から内側に通過することにより、高温ガスが二次交換器を横断し、高温の流体を生成する装置は、第２の束の管の中で、一次流体と異なる、加熱される少なくとも１つの流体、いわゆる「二次」流体を独立して循環させる手段を有し、この二次流体の循環もまた高温ガスの循環と反対方向に実行される。

本発明の他の利点および限定されない特徴によれば、以下が単独でまたは組合せで用いられる：
−高温ガスを生成する手段はガスまたは重油バーナである；
−偏向リングは、管の束の外面とハウジングとの間に作られたリング形状の空間を２つの領域に、そしてこれを気密な方法で隔てるように、一次束の巻きとハウジングの内壁との間に取り付けられる；
−偏向板は、気密な方法で束の内部空間を閉じるように、一次と二次の束の巻きに取付けられた円板である；
−一次交換器の第１の部分の内部空間、いわゆる「燃焼室」は、一方の端部において第１の偏向板により閉じられるとともに、他方の端部において、高温ガスを移送するまたは生成するための手段により横切られるゲートを備える正面により閉じられる；
−二次交換器として働く束の内部空間、いわゆる「放出チャンバ」は、一方の端部において第２の偏向板により閉じられるとともに、その他方の端部において冷却されたガスを放出するためのトランクに接続される；
−両方の偏向板および円板状の偏向リングは、一方では互いに平行に、他方では管の束の螺旋巻きの軸と直角に配置される；
−一次交換器および二次交換器として働く管の束の２つの隣接する巻きを隔てる間隙の幅は、一定であるとともに、これらの束を構成する管の断面の厚さより著しく小さい；
束の管の壁は平らにされるとともに楕円形の断面を有し、その長軸は、螺旋の軸と直角または略直角である；
−ハウジングは耐熱プラスチック材料で作られ、熱交換器は、束の外側に配置された１組のタイロッド等、螺旋の軸に平行な軸方向に沿って同軸の管の束を機械的に拘束する手段を有し、端から端に配置されたこれらの束の反対側の両端に対して適用される支持要素にその端部が堅固に取り付けられ、これらの拘束手段は、スラスト力のハウジングへの伝達を回避することにより、管内を循環する流体の内圧から生じるスラスト力を吸収することができ、この圧力は壁を変形させる傾向がある；
−ハウジングは耐熱プラスチック材料で作られ、熱交換器は、ハウジング内部かつ一次交換器の第１の部分に面して少なくとも延びる長さに渡って一次交換器として働く管の束の外側に配置されるフェルールを有し、このフェルールは、高温ガスにより放射される熱からハウジングを断熱することができる熱を遮断する機能を保証する；
−装置は、第２の熱交換器を有し、一方では、凝縮交換器の一次流体の出口が第２の交換器の一次回路の注入口に接続されるとともに第２の交換器の一次流体の出口が凝縮交換器の一次流体の入口に接続されるように、そして凝縮交換器の二次流体の出口が第２の交換器の二次回路の注入口に接続されるとともに第２の交換器の二次流体の出口が二次流体取り出すためのポイントに接続されるように、凝縮熱交換器に直列に取付けられ、高温の一次流体は第２の交換器の内部を循環し、凝縮交換器内で予熱された二次流体に対する対向流として流れる；
−第２の交換器は板を持つ交換器である；
−装置は三方弁を有し、三方弁の第１の通路は第２の交換器の一次流体出口に接続され、循環手段自体への第２の通路は凝縮交換器の一次回路の入口に接続されるとともに、それはまた２つの分岐が凝縮交換器の一次流体出口および第２の交換器の一次回路の入口にそれぞれ接続されたＴ形状の管継手を有し、弁の第３の通路およびＴ形状の管継手の第３の分岐は、例えばセントラルヒーティング等、水加熱の循環のためのネットワークの両端に接続され得る。

本発明の他の特徴および利点は、例示としてであって限定するものではないものとして、幾つかの可能な実施形態を説明する添付の図面を参照する説明から明らかになるであろう。

図１は、図３のＩ−Ｉを基準にした中央垂直平面に沿った断面としての、本発明の目的の装置の凝縮交換器の第１実施形態およびガスバーナの概略正面図である。 図２は、図３のＩＩ−ＩＩを基準にした折れた平面に沿った断面としての、図１の交換器の正面図を含む、本発明の目的の、いくつかの流体を加熱するための装置の概略図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩを基準にした折れた平面に沿った断面としての、交換器の側面図である。 図４は、図２と同様の図であるが、凝縮交換器の第２実施形態を示す。 図５は、図２と同様の図であるが、凝縮交換器の第３実施形態を示す。

図に示された交換器１は、内部に二重管状束２が固定して取付けられるエンクロージャの境界を定めるシェルまたはハウジング１０を含む。この二重管状束２は、端から端に配置された２つの同軸管の束から成り、その一方（２ａ）は一次交換器として働くとともに他方（２ｂ）は二次交換器として働く。

このエンクロージャは、水平軸Ｘ−Ｘ’を持つ概して円筒形状をほぼ有する。

図１および２に示された実施形態では、束２ａは軸Ｘ−Ｘ’の螺旋巻きを形成する５つの隣接する管の集まりから成る一方、もう１つの束２ｂもまた螺旋に巻かれ、軸Ｘ−Ｘ’を持つ２つの隣接する管から成る。

束２ａを形成する５つの管および束２ｂを形成する２つの管は、同じ長さおよび同じ直径を持ち、同一である。したがって、束２ａは、束２ｂのものより２倍半大きい軸方向寸法を有する。

これらは平らな断面を持つ管であり、その大きい側は軸Ｘ−Ｘ’に垂直である。

これらの管の大きい面に設けられたボス（図示せず）はスペーサの役割を担い、各巻きの間を、調整され、略一定の値の間隙に区切る可能性を提供する。

一次２ａおよび二次２ｂ束のそれぞれは、加熱される少なくとも１つの流体、例えば水、によって内部を横断されることが意図される。

図２に示された実施形態では、二次束２ｂの両方の螺旋状の管（２６０および２７０として参照される）は、直列に接続され、加熱される流体は単一の流体、例えば衛生的な水である。この流体は、図１および２を調べると左から右に流れる。この流体は以後、それが循環する束に関連して「二次流体」と呼ばれる。

さらに、一次束２ａの５つの螺旋状の管（２１０、２２０、２３０、２４０および２５０として参照される）は、それぞれ２つの集まりとしておよび３つの集まりとして並列に接続され、両方の集まりは直列に接続され、加熱される流体は単一の流体、例えば構内を暖めることを目的とする水である。この流体もまた、図１および２が考慮される場合、左から右に循環する。この流体は以後「一次流体」と呼ばれる。

ハウジング１０に取り付けられた側部収集器５および５’は、従来の方式で、装置の加熱される冷たい一次および二次流体を移送するための２つの導管およびこれらの同じ加熱された流体を放出するための２つの導管それぞれへの接続を可能にする。

これらの収集器はまた、１つの管から次へのこれらの流体の移送も可能にする。それらは図２乃至５にのみ見ることができる
各管または管状要素は、右端部、すなわち直線軸および徐々に変化する断面を持つ、を有し、この各管または管状要素の開口端部は円形である。

これらの開口端部はそれぞれ、一次束２ａの管に対して２１ａ乃至２５ａおよび２１’ａ乃至２５’ａとして参照されるとともに、二次束２ｂの管に対して２６ｂ、２７ｂ、２６’ｂおよび２７’ｂとして参照される。

各管の直線状の入り口および出口端部は、平行であるとともに、巻きに接して（図３参照）、同じ垂直面内に延び、既に述べた特許文献１の図２４に示されたものと一致した配置にしたがって、それらの口は互いに反対側を向けられる。

管状要素の入口および出口は、収集器５、５’の内部に広がるために、ハウジング１０に設けられた適切な開口に適切かつ密閉可能に圧着される。

入口−出口収集器５’は、３つの内部隔壁５１、５３および５５により隔てられた４つの隣接するチャンバ、すなわち末端部５００を備える１つの二次流体注入チャンバ５０、末端部５２０を備える二次流体排出チャンバ５２、末端部５４０を備える一次流体注入チャンバ５４および末端部５６０を備えるこの一次流体のための排出チャンバ５６、を有する。

末端部５００および５２０はそれぞれ、加熱される二次流体を移送するためのパイプ９１および加熱された二次流体を放出するための管９２に接続されることが意図される。

末端部５４０および５６０はそれぞれ、加熱される一次流体を移送するためのパイプ９３および加熱された一次流体を放出するためのパイプ９４に接続されることが意図される。

チャンバ５０は管２７０の入口端部２７’ｂに接続され、チャンバ５２は束２ｂの管２６０の出口端部２６’ｂに接続される。

チャンバ５４は一次束２ａの両方の管２４０および２５０の入口端部２４’ａおよび２５’ａに接続され、加熱される一次流体が流れ込む。チャンバ５６は一次束２ａの３つの管２１０、２２０および２３０の出口端部２１’ａ、２２’ａおよび２３’ａに接続され、加熱された一次流体がそこを通って流れ出る。

反対側の収集器５は、隔壁５８によって隔てられた２つの移送チャンバ５７および５９を有する。

移送チャンバ５７は、二次束２ｂ、２ａの両要素の出口２７ｂおよび入口２６ｂ端部の両方に接続され、移送チャンバ５９は一次束２ａの管２４０および２５０の出口２４ａおよび２５ａの端部、並びに束２ａの３つの管状要素２１０、２２０および２３０の入口端部２１ａ、２２ａおよび２３ａの両方に接続される。

図２では、矢印はこれらの巻き内を流れる流体の経路を表す。

末端部５４０を通って入る一次流（矢印Ｅａ）は、それぞれの流れが（管の）巻き２４０、２５０を通る２つの流れに細分され、チャンバ５９内で合流し、チャンバ５６内に広がるために３つの他の管２１０、２２０および２３０内に移動され（矢印Ｔａ）、末端部５６０を通って流出する。

この一次流体の循環は例えばポンプ９を用いて遂行される。

流入二次流（矢印Ｅｂ）は末端部５００を経由して流入し、管の巻き２７０を横断（通り）し、次に、チャンバ５２内に広がる（矢印Ｓｂ）とともに末端部５２０を通って流出するように、チャンバ５７を通って隣接する巻き２６０に移送される（矢印Ｔｂ）。

ハウジング１０は、管２１０乃至２７０と同様に、金属、特にステンレス鋼であり得る。

しかし、これは文献ＦＲ２ ８４６ ０７５およびＦＲ２ ８５０ ４５１に示されるように、プラスチック材料で有利に作られる。

例えば、回転成形または射出成形により作られる。

ハウジングは例えば、２つの半殻の１つの内部に管状束が設置された後に互いに加熱溶接される２つの半殻で作られる。

ハウジング１０は、図１および２を考慮する場合、右および左に配置された、その２つの端部が開放される。

ハウジング１０の前壁１４に作られた開口は参照符号１１を有し、後壁１５に作られた開口は参照符号１２を有する。

装置の使用中、既燃ガスに含まれた蒸気（水蒸気）の一部は、管２１０乃至２７０の壁に接触して凝縮する。

参照符号１３はハウジング１０の底壁を示す。既知の方法でこの底壁は傾斜し、出口オリフィス（排水口）１３０に向かって凝縮液の排出を可能にする。

開口１２は冷却されたガスを排出するためのトランク１２２に接続される。

もちろん、オリフィス１３０は凝縮液を排出するための導管に接続される一方、トランク１２２は煙霧を排出するための導管、例えば煙突導管に接続される。これらの導管は図には示されていない。

ハウジング１０がプラスチック材料であることを仮定すると、前述の文献ＦＲ２ ８４６ ０７５およびＦＲ２ ８５０ ４５１の両方に記載された様な管の束２ａ、２ｂの軸方向の拘束のための機械的な手段が提供される。

これらの手段を用いて、管内を循環するとともにその壁を変形させる傾向がある流体の内部圧力から生じる軸方向のスラスト力のハウジングへの伝達を避けることにより、これらの力を吸収することが可能である。

今までハウジングに割り当てられていた両方の役割、すなわち、一方では、高温ガスの循環および排出のため、および凝縮液の収集および排出のためのエンクロージャ（囲い）として使用され、他方では管の束の機械的な強度を確保すること、はしたがって分離される。

これらの機械的な拘束手段は図面に不必要に詰め込まないために図示されていない。

さらに、管の束は好ましくは、ハウジング１０が高温ガスに直接曝されることを避けるために、文献ＦＲ２ ８５０ ４５１に記載されたものと同様の配置にしたがって、熱遮蔽を形成するようにフェルール１６により囲まれる。

このフェルールの配置は後述される。

ハウジングの前側に配置された開口１１は、単純化のために、点線でのみ示された前面要素３によって塞がれる。

当業者に知られた方法で、この前面要素はハウジングに気密な方法で取付けられる。

それは、例えばガス（または重油）バーナ等、中央開口を備え、バーナ４によって横切られる、取り外し可能なゲートによって通常ふさがれる。バーナ４はゲートに堅固に取り付けられる。

ゲートの構造に関して、例えば前述の文献ＦＲ２ ８５４ ２２９に記載されたものが参照され得る。

他の代替実施形態によれば、ゲートはまた、参照され得る２００９年３月６日付仏国特許出願第０９ ５１４２２号に記載された構造を有するように作られ得る。

この場合、ゲートは周辺において互いに堅固に取り付けられた１組の金属板を有し、内部金属板はバーナが配置された開口を備え、外部金属板は可燃性ガスをバーナにもたらすためのシステムに接続される。間隔が開けられた２つの壁を有し熱シールドとして働く偏向板自体は、ゲートを通じた熱損失を制限するとともに、特に専門の職員による装置へのメンテナンス介入中の、後者との接触によるやけどのリスクを避けるために、ゲートの両金属板の間に作られた空間内に挿入される。

バーナ４に接続された適切な手段を用いて、プロパンおよび空気等、可燃性ガスおよび空気の混合は特に、導管を経由して装置に提供され得る。

これらの手段は、ガス混合物をバーナに吹き込むことができる図示されないファンを有し得る。

バーナ４は閉鎖端部を持つ円筒状の管であり、その壁は、可燃性混合物が半径方向に内側から管の外側に向かって通過することを可能にする多数の小さい穴で穴を開けられる。

この壁の外壁は燃焼面を形成する。

例えば、スパークを生成する電極を含む、図示されない、既知のタイプの点火システムはもちろんバーナに付随する。

バーナは、一次交換器として働く束２ａの巻きの中央に同軸に配置されるが、その長さの全体に渡っては延びない。バーナは、この束２ａの一部の中にのみ配置され、以後２００ａとして参照される「一次交換器の第１の部分」とされる。図１および２に示された例示的な実施形態では、この第１の部分２００ａはしたがって３つの管の巻き２１０、２２０および２３０を有する。

これは図には示されていないが、バーナ４はもちろん、燃焼面が軸Ｘ−Ｘ’に直角またはわずかに凸面である、偏平バーナに置き換えられ得る。

本発明によれば、管の束２ａの第１の部分２００ａの内部空間はその前面において前面要素３およびそれに付随するゲートによって塞がれるとともに、その後端が偏向板６１により塞がれる。

この偏向板６１は、例えばセラミックベース等、断熱および耐熱材料の円板により形成される。偏向板は、より大きい直径のステンレス鋼の、薄板６１０としての円板状のフレームにより支持される。

フレーム６１０は、管２３０の最後の巻きと隣接する管２４０の最初の巻きとの間に取り付けられる。

管の束２ａの第１の部分２００ａはしたがって、前壁１４と偏向板６１との間で軸方向に制限され、この偏向板のフレーム６１０はその最後の巻きに対して固定される。

好ましくは熱的に絶縁されていない、第２の偏向板６２は、一次束２ａの最後の巻き、ここでは（図１および２の左の）後ろ側の管２５０の最後の巻きと、二次束２ｂの最初の巻き、ここでは交換器の前側の管２６０の最初の巻きとの間に取り付けられる。

同様に、この第２の偏向板６２は、ステンレス鋼のより大きい直径の薄板６２０としての円板状のフレームによって支持された、円板により形成される。

これは示されていないが、第２の偏向板もまた、断熱および耐熱材料から構成され得る。

二次束２ｂはしたがって、ハウジング１０の後壁１５と偏向板６２との間で軸方向に制限され、この偏向板のフレーム６２０はその最後の巻きに対して固定される。

第１および第２の偏向板はしたがって、軸Ｘ−Ｘ’上に中心を合わせられるとともに互いに平行である。

好ましくは、偏向板６１および６２は気密な方法で巻きに取付けられる。

最後に、円板上の偏向リング６３が、一次束２ａの周り、すなわち、一次束の外部かつハウジング１０の内部に取り付けられる。偏向リングは、薄い金属板またはプラスチック耐熱材料から形成され、例えば圧着により組み立てられる２つの半分のリングから成る。

偏向リングは、偏向板６１および６２のものと平行な主平面内に延び、軸Ｘ−Ｘ’に中心を合わせられ、偏向板６１と６２との間で軸方向に配置される。

この偏向リング６３は、例えば、ハウジング１０内のいくつかの成形されたガイドであって単純化のために図示されていないものを用いて（図３も参照）、巻きの１つの小さい外側、ここでは、４番目の管２４０の（図１および２の左の）最後の巻きと、ハウジング１０の内壁との両方に支持される。

好ましくは、この取付けは、例えばシールガスケットを使用することにより、気密であるように作られるので、管の束２ａおよび２ｂの外側とハウジング１０の内壁との間に広がるリング形状の空間は、直接連絡しない２つの部分に分割される。

偏向板６１と偏向リング６３との間で軸方向に延びる一次バンドル２ａの部分は、以後「第２の部分」２００’ａと呼ばれる。図示された実施形態では、第２の部分はここでは唯一第４の管２４０に対応する。

同様に、偏向リング６３と偏向板６２との間で軸方向に延びる一次バンドル２ａの部分は、以後「第３の部分」２００’’ａとして示され、ここでは唯一第５の管２５０に対応する。

これは図１および２に見られるが、リング形状のフェルール１６は、ハウジング１０の前壁１４と偏向リング６３との間で軸方向に塞がれる。

このフェルールの形状はもちろん、収集器５、５’に結合するためにフェルールを横切る異なる開口端部２１ａ乃至２４ａおよび２１’ａ乃至２４’ａを通過させるように、適合される。

このフェルールはしたがって、交換器の最も熱い領域を形成する一次束２ａの第１および第２の部分２００ａおよび２００’ａに面して配置される。

両偏向板６１、６２および偏向リング６３は、燃焼ガスの経路上の一連の３つの隔壁を形成する。

管の巻きの内部では、バーナ４を含む空間が後の説明において「燃焼室７１」と表され、両偏向板６１と６２との間に延びるものは「中間チャンバ７３」と表され、偏向板６２とトランク１２２との間に延びるものは「放出チャンバ７５」と表される。

管の束の外側およびハウジング１０の内側に広がるリング形状の領域は、それぞれ前方隔壁１４とリング６３の間に配置されたものに対して７２で示され、リング６３と後方隔壁１５との間に配置されたものに対して７４で示される。

特に図１および２を参照して、今この交換器の動作を説明する。

加熱される一次流体、例えば冷水は、ポンプ９により循環される。

矢印Ｉで表された、燃焼可能なガス混合物はバーナ４にもたらされる。

バーナ４が点火されると、高温ガス（燃焼生成物）が燃焼室７１内でバーナにより生成される。それらは、後述されるように、一次流体および二次流体を加熱するために使用される高温ガスの単一のソースを形成する。

これらのガスは、まず第１に、管２１０、２２０および２３０の巻きを隔てる間隔の間を通ることにより、内側から外側に（矢印ｉ）、一次束２ａの第１の部分２００ａを半径方向に横断する。それらは、偏向板６１の存在のために軸方向に流出することができない。

燃焼室７１内では、ガスは約９５０℃から１０００℃程度の温度である。部分２００ａを通過した後、これらのガスは、約１００℃から１４０℃程度の温度のリング形状の領域に到達するように、第１の冷却を受ける。

次に、ガスは、軸方向に領域７２を横断し（矢印ｉ１）、偏向リング６３に接触して到達し、管２４０の巻き（束２ａの第２の部分２００’ａ）を隔てる間隔を、外側から内側に（矢印ｉ２）、半径方向に横断するように、偏向される。

それらは、約８５℃から９０℃程度の温度の中間チャンバ７３に達する。

偏向板６１の耐熱材料の存在により、バーナ４から中間チャンバ７３への熱の伝達を防ぐことができる。

ガスの第３の冷却は、ガスが管２５０の巻き（束２ａの第３の部分２００’’ａ）を、内側から外側に（矢印ｉ３）半径方向に横断するときに実行され、ガスは偏向板６２の存在により軸方向に流出することができない。

ガスは、先の冷却を考慮して常に７５℃より下の温度のリング形状の領域７４に達する。これは、後に詳述されるように重要である。

ガスが二次束２ｂの巻きを隔てる間隔を、外側から内側に通過する（矢印ｉ４）とき、第４の冷却が実行される。

これらのガスは、約１５℃と３５℃の間、あるいは１５℃と２５℃の間の温度である放出チャンバ７５に達する。最終的に、それらはトランク１２２を通じて放出される。

燃焼ガスの温度は、これらの高温ガスと、束２ａおよび２ｂを通って流れるとともにこれらのガスの経路に対する向流として循環する流体との間に生じる熱伝達の結果、それらの全経路に渡って下げられる。

偏向板６２は高温ガスの経路の第３の隔壁を形成する。

偏向板６２の位置は重要である。偏向板６２は、一次束２ａと二次束２ｂとの間に常に配置されるべきである。偏向板６２は、領域７４に到達するガスの温度を著しく低下させる可能性および、領域７４が常に７５℃より低いことを特に保証する可能性を提供する。

束２ｂ内に存在する二次流体、例えば水は、流れない、或いは循環し得る。流れない場合、偏向板６２の存在により、この二次流体は、管２６０および２７０を損傷させることをもたらす、あるいは破壊すらもたらす危険にさらす、非常に高温にされることを防ぐことができる。

さらに、この二次流体が衛生設備の水である場合、これは二次束２ｂの管内の石灰石の形成を避ける可能性を提供する。

前述の交換器１は、本発明にしたがって、少なくとも２つの高温流体を生成するための装置内で使用される。

このような装置は、図２に示され、前述の凝縮熱交換器１に加えて、第２の交換器８を有する。

この第２の交換器は例えば、当業者に知られ、したがって詳細が記載されない、板を持つ交換器である。

簡単には、このような交換器は、２つの熱交換エンクロージャを区切る重ねられた平行板の組立体から成り、一方は一次流体が通って流れ他方は二次流体が流れ、これらの流体の両方は、互いに入れ子にされた軌跡で、互い違いの薄い層のように循環する。

一次流体の流入および流出は、１組の口８２、８４それぞれを通じて達成される。同様に、二次流体の流入および流出は、１組の口８１、８３それぞれを通じて達成される。

これらの口は、内部の板を横切るとともに対応するエンクロージャを構成する間隙と連絡する「井戸」または入口および出口煙突を経由して、スタック内の端板に作られる。

交換器の板は、薄い金属板であり、熱的に良好な伝導体であり、一般的にステンレス鋼であり、打ち抜かれるとともに、溶接によってまたは、ゴムガスケットの介在を伴って、ボルト締めフランジを用いた接続によって組み立てられる。

板の総数は概して、家庭用の出力の交換器に対して、１０と３０との間となる。

レイアウトは、それらの間で熱交換が生じる両方の流体の流れが、この交換を促進するために、迷路のような軌跡をたどるとともに互いに対する向流として循環するように、設計される。

交換器１内で予熱された二次流体の放出パイプ９２は口８１に接続される一方、交換器１内で加熱された一次流体を放出するためのパイプ９４は口８２に接続される。

さらに、口８４はポンプ９に吸入パイプ９３を介して接続される。

図示されない代替実施形態によれば、第２の交換器８はまた、一次流体を受け入れることが意図されるとともに二次流体が循環するコイルによって交差された、あるいはその逆のフラスコであり得る。

高温の流体を生成するための装置はさらに、三方弁９９を有する。

この装置は例えば、いくつかのラジエータ９６（図２にその単一の１つが示されている）を有するセントラルヒーティング装置、または床に組み込まれたコイル形状の配管を有する暖房フローリングに接続され得る。

図示された実施形態では、ラジエータ９６は、ダクト９５を通じて三方弁９９に接続されるとともに、ダクト９７を介して支管を付けることによりまたはＴ形状の管継手９８によってパイプ９４に接続される。

装置の動作は以下の通りである。

例えば、構内を暖める目的でラジエータ９６に供給するための、「一次流体の加熱」モードでは、ポンプ９およびバーナ４が作動されるとともに、一次流体が、内部で、ある温度、例えば末端部５６０の出口において６０℃等に達するまで一次流体を加熱する一次交換器２ａ内を循環し、次にダクト９５を介してバルブ９９にそして次に再びポンプ９に戻る前にラジエータ９６内を循環するように、三方弁９９が位置付けられる。

セントラルヒーティング回路内の流体の経路は、矢印ｊによって示される。

「衛生設備の水を出す」モードでは、図示されていない水出し口は、水が二次回路内で循環することを可能にする。低温の衛生設備の水ＥＦＳは、二次交換器２ｂに末端部５００を介して入り込み、管２７０そして次に２６０内を循環し、内部ではチャンバ７４および７５内に存在するガスとの熱交換により水が加熱され、排出パイプ９２を介して予熱されて流出し、交換器８に入り込み、そこから水は所望の温度で口８３を通って、高温の衛生設備の水ＥＣＳとして流出する。

同時に、「衛生設備の水を出す」モードへの切替は、一次流体のダクト９５からの戻りが不可能になる位置に切り替える三方弁９９の作動をもたらす。一次交換器２ａを離れる一次流体は次に、ポンプ９に戻る前に熱を二次流体に伝達した後に口８４を通って一次流体がそこから流出する交換器８に向けられる。

本発明による熱交換器１およびそれを含む高温流体を生成するための装置は、従来技術から知られた装置に比べて非常に効率的に機能する。

一次流体を加熱するためだけの主熱交換器および一次流体との熱交換によって二次流体を加熱するための板を持つ交換器と関連する従来の装置では、観測される温度は次のようになる：
−低温の衛生設備の水の流入温度：１０℃、
−高温の衛生設備の水の流出温度：４０℃、
−凝縮交換器内の一次流体の温度：６０℃から８０℃、
−外側の煙霧の流出温度：７５℃から８５℃。

この場合の効率は約９６％から９７％程度である。

実際、このタイプの装置では、煙霧の流出温度は、高温のままである一次流体の温度により調整され、その結果、煙霧は、それ自体が最大５５℃である露点の上に留まる温度を有する。したがって、主交換器内に凝縮が無く、煙霧内に含まれた潜熱の回収も無い。効率はしたがって良くない。

本発明の目的の装置では反対に、観測される温度は次のようになる：
−低温の衛生設備の水の流入温度：１０℃、
−高温の衛生設備の水の流出温度：４０℃、
−交換器８の口８１内の予熱された衛生設備の水の流入温度：１９℃から２０℃、
−末端部５４０での一次流体の流入温度：４５℃、
−末端部５６０での一次流体の流出温度：６８℃、
−外側の煙霧の流出温度：１８℃から２５℃。

この場合の効率は、約１０７％から１０９％程度である、あるいは１１０％でさえあり、すなわち、従来技術の状態と比較して１０から１２％大きい。

本発明の装置は、二重の利点を得る可能性を与える。

一方では、装置は、顕著な凝縮現象によって、煙霧の潜熱の最大値を回収する可能性を提供する。実際、管２６０および２７０を横断する低温の衛生設備の水ＥＦＳは、約１０℃程度の非常に低い温度である。燃焼生成物および煙霧は一次交換器の管を通る第３の通路にあるので、これらの管の間の間隔を通過する燃焼生成物および煙霧は既に、チャンバ７４内においてそれら自体が約６０℃から７５℃程度の低い温度である。１０℃の水を含んでいる管２６０および２７０を通る第４の通路は、それらの温度をさらに低下させ、交換器１の非常に良好な効率を明らかにする。

他方で、二次流体が交換器１内で予熱されるという事実は、最終的な温度にするために必要なエネルギの量を減少させる。

凝縮熱交換器の第１の代替実施形態が図４に示される。

第１実施形態のものと同一または同様の要素は同じ参照番号で示され、それらの性質および機能に関する説明は再度与えられない。

この交換器は、二次交換器２ａが２つの代わりに単一の管２７０しか有さないという事実によって、前述のものから区別される。

したがって、移送チャンバ５７は放出パイプ２に接続された末端部５７０を備え、チャンバ５２は存在しない。

凝縮熱交換器の第２の代替実施形態が図５に示される。

第２の代替実施形態は、一次束の第１の部分２００ａが３つの代わりに２つの管しか有さないという点で、第１の代替実施形態から区別される。

所望の温度へのガスの冷却を可能にする、複数の偏向板および偏向リングが保持される限り、一次交換器および二次交換器の異なる部分の管の数が使用者の要求に応じて変更され得ることは容易に理解される。

燃焼室７１内に存在する高温ガスは、必ずしも一次束内に収容されたバーナによって生成される必要はない。高温ガスは外部ソースから提供され得るとともに隔壁３に軸方向に接続された導管により一次束の中に運ばれることができ、したがってこの導管はこれらのガスのための吸入手段を形成する。

本発明による装置は、例えばオイル等、他の流体を加熱するために使用され得る。

本発明の範囲を離れること無しに、２つより多い異なる流体が加熱されることを可能にするような方法で設計されるとともに接続される管の束を提供することが可能であることは明らかである。

特に、管状の束の断面、直径および長さによって、および−必要に応じて−適用されるバーナの種類によって、支配される装置の寸法は、もちろん求めた出力および使用条件に適合される。

最後に、装置は、温度プローブが所定の過大な温度を検出したときに高温ガスの吸入を停止するのに適した温度プローブを有利に備え得ることに留意されたい。

Claims (14)

1. 高温ガスを移送する手段または高温ガスを生成する手段および凝縮熱交換器を有する高温流体を生成するための装置であって、前記凝縮熱交換器は：
   −一次交換器として働く管の束であって、螺旋巻きを形成する、前記束は１つの管または端から端に配置された管の集まりから成り、前記管の壁は熱的に良好な伝導材料で作られ、前記束は気密ハウジング内に固定して取付けられ、ガス放出トランクを備える、管の束と、
   −例えばセラミックを基にした、断熱および耐熱材料で作られ、前記一次束の２つの連続する前記巻きの間に挿入される第１の偏向板であって、前記第１の偏向板は前記螺旋の軸に中心を合わせられ、前記一次束の内部空間の一部を閉じる、第１の偏向板と、
   −前記一次交換器として働く前記管の束の周りで、前記高温ガスの循環の方向に相対的に前記第１の偏向板から下流に配置された円板状の偏向リングであって、前記偏向リングはその外周において前記ハウジングに取付けられるとともにその内周において前記一次交換器の前記巻きの１つに取付けられる、偏向リングと、
   −前記螺旋の軸に中心を合わせられる第２の偏向板と、を有し、
   両前記偏向板および前記偏向リングはしたがって、前記高温ガスが最初に前記第１の偏向板から上流に配置された前記一次交換器の第１の部分を半径方向、あるいは略半径方向に、前記巻きを隔てる間隙を内側から外側に横断することにより横断し、次に前記第１の偏向板と前記偏向リングとの間に延びる前記一次交換器の第２の部分を、前記巻きを隔てる間隙を外側から内側に横断することにより横断し、次に前記偏向リングと前記第２の偏向板との間に延びる前記一次交換器の最後の部分を、前記巻きを隔てる間隙を内側から外側に横断することにより横断するように、配置され、
   前記高温流体を生成する装置はさらに、前記一次交換器として働く前記束の前記構成管の中で加熱される流体、いわゆる「一次」流体、特に冷水を循環させる手段を有し、前記一次流体の循環は前記束の高温ガスの循環と反対方向に実行され、
   前記高温流体を生成する装置は、
   前記凝縮熱交換器が、前記第１の管の束と同軸に前記ハウジングの内部に固定して取り付けられるとともに前記第１の管の束の端部に配置される、二次交換器として働く第２の管の束を有し、前記第２の束はまた、螺旋巻きを形成する、１つの管または端から端に配置された管の集まりから成り、前記管の壁は熱的に良好な伝導材料で作られ、
   前記第２の偏向板が前記第１の束と前記第２の束との間に挿入され、前記第２の偏向板は、前記ガス放出トランクを経由して最終的に低温の外部に放出される前に、前記巻きを隔てる間隙を外側から内側に通過することにより、前記高温ガスが前記二次交換器を横断するように、前記第２の束の内部空間を閉じ、
   前記高温の流体を生成する装置は、前記第２の束の前記管の中で、前記一次流体と異なる、加熱される少なくとも１つの流体、いわゆる「二次」流体を独立して循環させる手段を有し、前記二次流体の循環もまた前記高温ガスの循環と反対方向に実行される、ことを特徴とする、
   装置。
2. 前記高温ガスを生成する手段はガスまたは重油バーナである、ことを特徴とする、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記偏向リングは、前記管の束の外面と前記ハウジングとの間に作られたリング形状の空間を２つの領域に、気密な方法で隔てるように、前記一次束の前記巻きと前記ハウジングの内壁との間に取り付けられる、ことを特徴とする、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 前記偏向板は、気密な方法で前記束の内部空間を閉じるように、前記一次束および前記二次束の前記巻きに取付けられた円板である、ことを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記一次交換器の前記第１の部分の内部空間、いわゆる「燃焼室」は、一方の端部において前記第１の偏向板により閉じられるとともに、他方の端部において、前記高温ガスを移送するまたは生成するための手段により横切られるゲートを備える正面により閉じられる、ことを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記二次交換器として働く前記管の前記束の内部空間、いわゆる「放出チャンバ」は、一方の端部において前記第２の偏向板により閉じられるとともに、他方の端部において冷却された前記ガスを放出するための前記トランクに接続される、ことを特徴とする、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 両前記偏向板および前記円板状の偏向リングは、一方では互いに平行に、他方では前記管の束の前記螺旋巻きの軸と直角に配置される、ことを特徴とする、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記一次交換器および前記二次交換器として働く前記管の束の２つの隣接する前記巻きを隔てる間隙の幅は、一定であるとともに、これらの前記束を構成する前記管の断面の厚さより著しく小さい、ことを特徴とする、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記束の前記管の壁は平らにされるとともに楕円形の断面を有し、前記楕円形の長軸は、前記螺旋の軸と直角または略直角である、ことを特徴とする、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記ハウジングは耐熱プラスチック材料で作られ、
    前記熱交換器は、前記束の外側に配置された１組のタイロッド等、前記螺旋の軸に平行な軸方向に沿って同軸の前記管の束を機械的に拘束する手段を有し、その端部は端から端に配置された前記束の反対側の両端に対して適用される支持要素に堅固に取り付けられ、前記拘束手段は、前記管内を循環する前記流体の内圧であって、前記内圧は前記壁を変形させる傾向がある、前記内圧から生じるスラスト力の前記ハウジングへの伝達を回避することにより、前記スラスト力を吸収することができる、ことを特徴とする、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記ハウジングは耐熱プラスチック材料で作られ、
    前記熱交換器は、前記ハウジング内部かつ前記一次交換器の前記第１の部分に面して少なくとも延びる長さに渡って前記一次交換器として働く前記管の束の外側に配置されるフェルールを有し、前記フェルールは、前記高温ガスにより放射される熱から前記ハウジングを断熱することができる熱を遮断する機能を保証する、ことを特徴とする、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記装置は、一方では、前記凝縮交換器の前記一次流体の出口が第２の熱交換器の一次回路の注入口に接続されるとともに前記第２の交換器の前記一次流体の出口が前記凝縮交換器の前記一次流体の入口に接続されるように、他方では、前記凝縮交換器の前記二次流体の出口が前記第２の交換器の二次回路の注入口に接続されるとともに前記第２の交換器の前記二次流体の出口が前記二次流体を取り出すためのポイントに接続されるように、前記凝縮熱交換器に直列に取付けられる第２の熱交換器を有し、高温の前記一次流体は、前記第２の交換器の内部で、前記凝縮交換器内で予熱された前記二次流体に対する向流として循環する、ことを特徴とする、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記第２の交換器は板を持つ交換器である、ことを特徴とする、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記装置は三方弁を有し、前記三方弁の第１の通路は前記第２の交換器の前記一次流体の出口に接続され、前記循環手段自体への第２の通路は前記凝縮交換器の前記一次回路の入口に接続され、
    前記装置はまた、２つの分岐がそれぞれ前記凝縮交換器の前記一次流体の出口および前記第２の交換器の前記一次回路の入口にそれぞれ接続されたＴ形状の管継手を有し、前記弁の第３の通路および前記Ｔ形状の管継手の第３の分岐が、例えばセントラルヒーティング等、水加熱の循環のためのネットワークの両端に接続される、ことを特徴とする、
    高温の衛生設備の水等の二次流体および加熱水等の一次流体の家庭内での生産のための、請求項１２または１３に記載の装置。
    

Images