LU82469A1

LU82469A1 - HEAT EXCHANGER WITH TWO FLUIDS, INCLUDING A GASEOUS, PARTICULARLY FOR A CONDENSING BOILER

Info

Publication number: LU82469A1
Application number: LU82469A
Authority: LU
Inventors: Jean P Fillios
Original assignee: Chaffoteaux Et Maury
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1982-01-20
Also published as: GB2051338B; IT1153820B; BE883447A; DE3018813C2; AT369158B; DE3018813A1; IT8009445A1; CH641270A5; FR2457465B1; ATA241180A; GB2051338A; IT8009445A0; ES8102672A1; FR2457465A1; ES491573A0; NL8002941A; PT71244A

Description

» 2 * ^ La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur du type utilisé pour obtenir un transfert calorifique entre deux fluides en mouvement sans contact de ces fluides entre eux, l'un de ces fluides étant gazeux.The present invention relates to a heat exchanger of the type used to obtain a heat transfer between two fluids in movement without contact of these fluids with one another, one of these fluids being gaseous.

5 De tels échangeurs de chaleur sont connus et utilisés dans de nombreuses applications et se présentent sous des formes variées comportant, de façon générale, deux enceintes séparées par une paroi commune. Les fluides circulent respectivement dans chacune de ces enceintes à des tempé-10 ratures différentes, un échange calorifique étant obtenu à travers la paroi commune. Sous leur forme la plus habituelle, les échangeurs de ce type sont constitués par un ' réseau de tubes constituant une première enceinte et par courus par l'un des fluides, ledit réseau étant inséré 15 dans une seconde enceinte parcourue par l'autre fluide.5 Such heat exchangers are known and used in numerous applications and come in various forms comprising, in general, two enclosures separated by a common wall. The fluids circulate respectively in each of these enclosures at different temperatures-10 erasures, a heat exchange being obtained through the common wall. In their most usual form, the exchangers of this type are constituted by a network of tubes constituting a first enclosure and through one of the fluids, said network being inserted in a second enclosure traversed by the other fluid.

On obtient ainsi une surface d'échange importante augmentée par ailleurs, dans de nombreux cas, par l'adjonction d'éléments de paroi internes et/ou externes, rapportés ou non.A large exchange surface is thus obtained, which is also increased, in many cases, by the addition of internal and / or external wall elements, added or not.

20 On connaît également des échangeurs dans lesquels le circuit de tubes est solidaire d'une paroi commune en contact avec lesdits tubes par une génératrice, cette paroi étant avantageusement fermée sur elle-même pour réaliser une enceinte de forme ronde ou rectangulaire qui constitue 25 le corps de chauffe bien connu des appareils du genre chauffe-eau ou chauffe-bains à gaz.There are also known exchangers in which the tube circuit is integral with a common wall in contact with said tubes by a generator, this wall being advantageously closed on itself to produce an enclosure of round or rectangular shape which constitutes the heating element well known for appliances such as water heaters or gas bath heaters.

Pour atteindre des performances plus élevées et diminuer très notablement le prix de revient, l'invention propose un échangeur de chaleur dans lequel le fluide 30 gazeux à température élevée est amené à effectuer un cheminement particulier le long d'une paroi portant les tubes d'eau, cheminement obtenu à partir d'une paroi plane préfabriquée avec ses tubes d'eau et conformée pour obliger justement le fluide gazeux à emprunter un circuit 35 en quinconce à l'intérieur de l'échangeur.To achieve higher performance and very significantly reduce the cost price, the invention provides a heat exchanger in which the gaseous fluid 30 at high temperature is caused to perform a particular path along a wall carrying the tubes. water, path obtained from a prefabricated flat wall with its water tubes and shaped to precisely force the gaseous fluid to borrow a staggered circuit 35 inside the exchanger.

Suivant une caractéristique principale de l'invention, la paroi plane est conformée par pliage, cambrage ou autre opération analogue pour constituer un échangeur 3 : disposant de plusieurs cheminées verticales juxtaposées, communiquant entre elles par leur base ou leur sommet, de telle manière que le fluide gazeux chaud pénétrant dans l'échangeur par le bas ne puisse sortir par le haut 5 qu'après avoir effectué au moins un retour jusqu'au bas de l'échangeur par la cheminée la plus voisine.According to a main characteristic of the invention, the flat wall is shaped by folding, bending or other similar operation to constitute a heat exchanger 3: having several vertical juxtaposed chimneys, communicating with each other by their base or their top, so that the hot gaseous fluid entering the exchanger from the bottom can only exit from the top 5 after having made at least one return to the bottom of the exchanger through the nearest chimney.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, la disposition du réseau de tubes d'eau sur la paroi commune est réalisée de telle sorte que l'eau froide de re-10 tour pénètre dans l'échangeur dans la zone d'évacuation des gaz chauds tandis que l'eau chauffée quitte l'échangeur dans la zone d'entrée des gaz chauds.According to another characteristic of the invention, the arrangement of the network of water tubes on the common wall is carried out so that the cold water from the re-tower enters the exchanger in the gas evacuation zone hot while the heated water leaves the exchanger in the hot gas inlet area.

, D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante 15 d'un exemple de réalisation dans lequel on se réfère aux dessins annexés qui représentent : la fig. 1, une vue en perspective d'un mode de réalisation de l’échangeur selon l'invention ; la fig. 2, une vue simplifiée en perspective analogue 20 à la fig. 1, montrant le cheminement du fluide gazeux ; la fig. 3,une vue développée de l'échangeur montrant la paroi commune et son réseau de tubes d'eau à partir de laquelle est constitué l'échangeur ; la fig. 4,une vue schématique de dessous de l'échangeur. 25 On a représenté sur les fig. 1 et 3 un échangeur de chaleur à deux fluides, l'un gazeux, l'autre liquide, chacun des fluides étant respectivement signalé par les ’ repères G et L, leur sens de circulation étant indiqué par des flèches . L'échangeur est obtenu à partir d'une 30 paroi 2 qui porte un réseau de tubes 1 pour la circulation du fluide L, les tubes étant en contact avec ladite paroi par leurs génératrices.Other particular features and advantages of the invention will emerge from the following description of an exemplary embodiment in which reference is made to the appended drawings which represent: FIG. 1, a perspective view of an embodiment of the exchanger according to the invention; fig. 2, a simplified perspective view similar to 20 in FIG. 1, showing the path of the gaseous fluid; fig. 3, a developed view of the exchanger showing the common wall and its network of water tubes from which the exchanger is made; fig. 4, a schematic view from below of the exchanger. 25 is shown in Figs. 1 and 3 a heat exchanger with two fluids, one gaseous, the other liquid, each of the fluids being respectively indicated by the marks G and L, their direction of circulation being indicated by arrows. The exchanger is obtained from a wall 2 which carries a network of tubes 1 for the circulation of the fluid L, the tubes being in contact with said wall by their generatrices.

Selon un mode de réalisation connu en soi, l'assemblage des tubes à la paroi s'effectue par exemple de la 35 façon suivante : on soude partiellement ensemble et face contre face, deux tôles en alliage d'aluminium ou en alliage inoxydable, et en laissant des bandes non soudées.According to an embodiment known per se, the tubes are assembled to the wall for example as follows: two sheets of aluminum alloy or stainless steel are partially welded together and face to face, and leaving bands not welded.

Grâce à un gonflage par des moyens appropriés aux endroits non soudés, on obtient des zones longitudinales tubulaires " 4 qui constituent les tubes 1. Ce produit connu en soi est particulièrement approprié pour mettre en oeuvre la présente invention, mais il va de soi qu'on peut réaliser de toute autre manière la paroi tubulaire constituant 5 1'échangeur sans sortir du cadre de 11 invention.Thanks to inflation by means suitable for non-welded locations, longitudinal tubular zones "4 are obtained which constitute the tubes 1. This product known per se is particularly suitable for implementing the present invention, but it goes without saying that the tubular wall constituting the exchanger can be produced in any other way without departing from the scope of the invention.

On a représenté à la fig.-3 une vue développée de la paroi 2 et du réseau de tubes 1 pour la circulation du fluide liquide L. Cette paroi commune 2,de forme sensiblement rectangulaire, porte selon sa plus grande longueur 10 cinq lignes de pliage AA', BB', CC1, DD' et EE1 . Elle est coupée transversalement en son centre selon la ligne FF', jusqu'à un évidement central 3. Deux parties symé-, triques droite et gauche sont ainsi délimitées par la ligne FF' ; elles sont reliées entre elles par 15 une bande latérale 4 limitée par deux petites lignes de pliage HH' et II', ladite bande ne portant aucun tube 1.FIG. 3 shows a developed view of the wall 2 and of the network of tubes 1 for the circulation of the liquid fluid L. This common wall 2, of substantially rectangular shape, has, along its greatest length, 10 five lines of folding AA ', BB', CC1, DD 'and EE1. It is cut transversely at its center along the line FF ', to a central recess 3. Two symmetrical parts, right and left are thus delimited by the line FF'; they are interconnected by a side strip 4 bounded by two small fold lines HH 'and II', said strip carrying no tube 1.

Le réseau de tubes 1 est constitué par un ensemble de collecteurs 1 reliés entre eux par des tubes 1, con-a c b nectés en parallèle entre les collecteurs 1 . Le sens 20 de circulation du fluide L est indiqué par les flèches de façon suffisamment explicite pour qu'il ne soit pas nécessaire d'en décrire le processus.The network of tubes 1 is constituted by a set of collectors 1 connected together by tubes 1, con-a c b nected in parallel between the collectors 1. The direction of circulation of the fluid L is indicated by the arrows sufficiently explicitly that it is not necessary to describe the process thereof.

Le fluide est, en fait, forcé à se diriger de l'entrée vers la sortie en passant par une succession de 25 collecteurs 1 localisés le long de la zone médiane 3.The fluid is, in fact, forced to flow from the inlet to the outlet through a succession of 25 collectors 1 located along the middle zone 3.

et des parties latérales de la paroi commune 2.and lateral parts of the common wall 2.

Entre les lignes de pliage AA'.... EE' de cette paroi commune se trouvent des zones longitudinales (identiques de part et d'autre de la ligne transversale 30 FF') qui constituent les parois verticales de l'échangeur.Between the fold lines AA '.... EE' of this common wall are longitudinal zones (identical on either side of the transverse line 30 FF ') which constitute the vertical walls of the exchanger.

A partir de cette paroi commune 2 représentée à la fig. 3, on aboutit à l'échangeur représenté aux fig.From this common wall 2 shown in FIG. 3, it leads to the exchanger shown in FIGS.

1 et 4 selon le processus suivant. On effectue vers l'intérieur un pliage à 90° de la première bande longi-35 tudinale selon la ligne AA', puis un nouveau pliage à 90° selon la ligne BB', etc... jusqu'à un dernier pliage selon la ligne EE', formant ainsi une sorte d'enroulement à angles sensiblement droits pour constituer " . 5 un parallélépipède rectangle allongé selon la longueur de la paroi développée. L'interruption FF' permet ensuite d'effectuer un pivotement de 90° des parties droite et gauche de ce parallélépipède le long des "charnières" 5 que constituent les petites lignes de pliage HH' et II'.1 and 4 according to the following process. A first 90 ° folding of the first longitudinal strip along the line AA 'is performed at 90 °, then a further 90 ° folding along the line BB', etc., until a last folding according to the line EE ', thus forming a kind of winding at substantially right angles to constitute ". 5 a rectangular parallelepiped elongated along the length of the developed wall. The interruption FF' then makes it possible to perform a 90 ° pivoting of the straight parts and left of this parallelepiped along the "hinges" 5 that constitute the small fold lines HH 'and II'.

Ce second pliage ramène les zones longitudinales symétriques dans des plans parallèles verticaux qui délimitent des cheminées verticales de passage des gaz chauds. Bien entendu, les faces longitudinales délimitées par les lignes 10 AA' et EE' ont des largeurs différentes prévues pour aboutir au montage à des cheminées juxtaposées de largeur équivalente. On arrive ainsi à l'échangeur dont la forme est illustrée notamment à la fig. 2. Quelques rares points de soudure 5 sont seulement nécessaires pour la fixation 15 des parois venant se rabattre l'une sur l'autre. Une bande rapportée latéralement 6 (visible à la fig. 1)ferme la cheminée centrale 7 à la base de laquelle est admis le fluide gazeux G. Deux bouchons obturateurs 9 (également visibles à la fig. 1) sont rapportés sous les orifices in-20 férieurs latéraux de l'échangeur. Ces bouchons portent é-ventuellement au moins un petit tube 8 destiné à s'emboîter de façon étanche dans le tube de sortie du fluide liquide L. Le fluide gazeux chemine dans l'échangeur comme l'indiquent les flèches de la fig. 2. A la partie supérieure 25 de la cheminée centrale 7, il vient en butée contre un déflecteur constitué par la bande latérale 4 définie précédemment. Les gaz chauds doivent alors circuler de haut en bas dans deux autres cheminées centrales 10 voisines de la cheminée centrale 7, puis remonter par les 30 deux cheminées latérales 11 jusqu'à la partie supérieure de l'échangeur d'où elles s'échappent de part et d'autre du déflecteur 4 (voir également fig. 4) .This second folding brings back the symmetrical longitudinal zones in vertical parallel planes which delimit vertical chimneys for the passage of hot gases. Of course, the longitudinal faces delimited by the lines AA 'and EE' have different widths provided to result in mounting to juxtaposed chimneys of equivalent width. This leads to the exchanger, the shape of which is illustrated in particular in FIG. 2. A few rare welding spots 5 are only necessary for fixing the walls 15 which fold over one another. A laterally attached strip 6 (visible in fig. 1) closes the central chimney 7 at the base of which the gaseous fluid is admitted G. Two obturator plugs 9 (also visible in fig. 1) are attached under the openings 20 lateral sides of the exchanger. These plugs eventually carry at least one small tube 8 intended to fit tightly in the liquid fluid outlet tube L. The gaseous fluid travels in the exchanger as indicated by the arrows in FIG. 2. At the upper part 25 of the central chimney 7, it abuts against a deflector constituted by the lateral strip 4 defined above. The hot gases must then circulate from top to bottom in two other central chimneys 10 adjacent to the central chimney 7, then go up by the two lateral chimneys 11 to the upper part of the exchanger from which they escape. on either side of the deflector 4 (see also fig. 4).

Au cours de leur progression dans l'échangeur les gaz G qui sont par exemple les gaz de combustion d'un brûleur 35 à gaz se refroidissent au contact des parois de l'échangeur dans lesquelles circule l'eau plus froide du chauffage. Inversement, l'eau circulant dans les tubes 1 se réchauffe progressivement. On notera que l'eau de retour LDuring their progression in the exchanger the gases G which are for example the combustion gases of a gas burner 35 cool in contact with the walls of the exchanger in which the cooler water from the heating circulates. Conversely, the water circulating in the tubes 1 gradually heats up. Note that the return water L

« 6 du circuit de chauffage pénètre dans le réseau de tubes 1 à contre courant des gaz, c'est-à-dire du côté adjacent à la sortie des gaz de cheminée 11 puis circule à contre courant des gaz vers le bas de l'échangeur, puis vers 5 le haut et à nouveau vers le bas, et s'évacue vers le départ du circuit de chauffage dans la zone d'entrée des gaz chauds au bas de la cheminée centrale 7. On obtient de la sorte un échange extrêmement performant qui permet d'atteindre le point de rosée des fumées avec formation 10 des condensations limitée aux cheminées latérales 11, et recueillies au niveau des obturateurs 9. Les parois internes des cheminées étant formées par la paroi commune * et parcourues par des tubes d'eau, le rendement de l'appa reil est particulièrement intéressant. L'échangeur 15 précédemment décrit montre deux entrées et deux sorties d'eau L. Des raccords en pont (non représentés) localisés à la partie haute et à la partie basse de l'échangeur peuvent être prévus pour obtenir une entrée et une sortie unique d'eau."6 of the heating circuit enters the network of tubes 1 against the gas flow, that is to say on the side adjacent to the flue gas outlet 11 and then flows against the gas flow down the exchanger, then upwards 5 and again downwards, and evacuates towards the start of the heating circuit in the hot gas inlet zone at the bottom of the central chimney 7. In this way, an extremely high exchange is obtained. efficient which allows to reach the dew point of smoke with formation 10 of condensations limited to the lateral chimneys 11, and collected at the level of the shutters 9. The internal walls of the chimneys being formed by the common wall * and traversed by tubes of water, the performance of the device is particularly interesting. The exchanger 15 previously described shows two water inlets and two water outlets L. Bridge connections (not shown) located at the top and at the bottom of the exchanger can be provided to obtain a single inlet and outlet of water.

20 Enfin, on notera que la zone du déflecteur 4 peut être plus ou moins refroidie selon le circuitage adopté. En effet, les fumées ayant atteint le point de rosée dans les zones longitudinales voisines de leur sortie pourront être réchauffées à volonté dans cette zone. L’avantage 25 de ce réchaufement est de s'éloigner du point de rosée et de faire que les fumées soient refoulées sans condensation dans un conduit de fumée traditionnel.20 Finally, it will be noted that the area of the deflector 4 can be more or less cooled depending on the circuit adopted. In fact, the fumes having reached the dew point in the longitudinal zones close to their outlet can be reheated at will in this zone. The advantage 25 of this heating is to move away from the dew point and to cause the fumes to be discharged without condensation in a traditional flue.

Le mode de réalisation précédemment représenté n'est nullement limitatif. En particulier, la constitution du 30 réseau de tubes associé à la paroi commune peut être modifiée sans sortir du cadre de la présente invention.The embodiment previously shown is in no way limiting. In particular, the constitution of the network of tubes associated with the common wall can be modified without departing from the scope of the present invention.

En outre, le circuitage du déflecteur 4 indiqué plus haut est réalisé par exemple par les petites boucles 12 dérivées du collecteur 1 dans cette zone représentées 35 en pointillé.In addition, the circuiting of the deflector 4 indicated above is carried out for example by the small loops 12 derived from the collector 1 in this area shown in dotted lines.

Claims

1.- Heat exchanger with two fluids, one of which is gaseous, comprising a network of tubes for the circulation of the liquid fluid, said tubes being integral with a common wall 5 with which they are in contact by their generators, characterized in that the exchanger is obtained from this common wall (2), shaped by folding or other similar operation and that it thus comprises several juxtaposed vertical chimneys (7, 10, 11) separated by sections 10 of said wall, and communicating between them by their base or their top, chimneys which constitute a continuous path circuit for the gaseous fluid (G) which circulates at least once from bottom to top then from top to bottom in the exchanger before its evacuation. 15 2, - heat exchanger according to claim 1, characterized in that the common wall (2) of substantially rectangular shape carries fold lines (AA1 to EE ') delimiting longitudinal zones intended to constitute the vertical walls of the chimneys . 3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the common wall is cut transversely at its center along the line (FF ') to a central recess (3).

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the symmetrical right and left parts delimited by the cut-off line (FF1) * are interconnected by a side strip (4) delimited by two fold lines ( HH1 and II ').

5. Heat exchanger according to claims 1 30 and 2, characterized in that it is obtained by a first series of longitudinal folds at 90 ° along the lines (AA 'to EE') followed by a second transverse fold along (HH 'and II') which brings the symmetrical longitudinal zones into vertical parallel planes 35 delimiting the central chimney (7) for the admission of hot gases.

6. Heat exchanger according to claims 1 and 5, characterized in that the hot gases admitted “S 8 into the central chimney abuts at its upper part against a deflector (4) constituted by the side strip ensuring the connection between the side walls of the central chimney.

7. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a network of collectors (1) O interconnected by tubes (1 ^) connected in parallel between the collectors (1_) constitutes the network of tubes Ά. (1) for the circulation of the liquid fluid. 8. A heat exchanger according to claims 1 and 7, characterized in that the liquid fluid (L) from the heating return enters a first * collector (1 ^) disposed at the upper part of the exchanger in the hot gas outlet zone and that the same hot fluid leaves a last manifold (1) disposed at the bottom of the exchanger in the hot gas inlet zone.

9. Heat exchanger according to claims 1 and 6, characterized in that the gaseous fluid (G) 20 after the deflector (4) travels from top to bottom towards the bottom of the exchanger by two central chimneys (10) adjacent to the central chimney (7), then goes up by the two lateral chimneys (11) to the upper part where it leaves the exchanger. 25 10.- heat exchanger according to claims 1 and 6, characterized in that the deflector (4) is cooled by an additional circuit (12) to modify the dew point in neighboring areas and perfect the evacuation without condensation in a traditional smoke duct.