Brevet FR2008014A1 — publié le 19700116

L'invention concerne un échangeur thermique pour chauffe-eau du type comportant un serpentin tubulaire conduisant l'eau à chauffer, ce serpentin étant muni de surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles qui s'étendent transversalement à l'axe longitudinal des tubes. Dans les chauffe-eau à gaz, à passage direct ou à circulation, on connatt de tels échangeurs thermiques dont les surfaces de transmission de chaleur sont constituées en tôle de cuivre mince. Ces surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles sont munies d'évidements pour les passages de tubes et comportent une collerette par laquelle la lamelle est soudée sur le tube, de manière à garantir un enveloppement périphérique rigide du tube par la lamelle. Etant donné que, de façon connue, la transmission de chaleur devient plus mauvaise lorsqu'il n'y a pas un assemblage soudé intime entre la collerette de la lamelle et la surface extérieure du tube, avec présence d'intervalles d'air, il faut procéder à l'opération de soudage avec une grande précision. Indépendamment de cela, ce mode de constitution de l'échangeur thermique demande un grand nombre d'opérations de travail pour la fabrication des lamelles proprement dites et pour la mise en place des lamelles sur des éléments tubulaires du serpentin cintrés en forme d'épingle à cheveux, le serpentin devant être muni de pièces de raccord et de liaison avant que l'on puisse entreprendre l'opération de soudage. En conséquence, cette construction d'échangeur thermique demande un travail long et, par suite, c6d- teux, mdme si les lamelles en cuivre donnent un rendement très élevé de la transmission de chaleur.En outre, un tel échangeur thermique doit encore titre plombé après exécution de l'opération de soudage car le cuivre ne peut opposer qu'une trop faible résistance aux constituants agressifs des gaz de combustion. De plus, il y a un risque relativement grand d'occlusion du bloc à lamelles, c'est-à-dire des intervalles existant entre les lamelles individuelles par les éléments constituants des gaz de combustion se déposant sur les surfaces des lamelles, lorsque, à l'intérieur du serpentin, il se produit des températures d'eau et, en conséquence, sur les surfaces de transmission de chaleur, des températures inférieures du point de rosée du gaz de combustion. En conséquence, l'invention a pour but de réaliser un échangeur thermique pour chauffe-eau dans lequel on évite de telles insuffisances connues. L'invention a pour objet un échangeur thermique pour chauffe-eau du type indiqué au début, caractérisé par un serpentin cintré à partir d'une pièce unitaire, qui est, au moins dans le domaine de ses éléments tubulaires rectilignes, entouré par des surfaces de transmission de chaleur moulées autour du dit serpentin. Une autre forme de réalisation peut consister en ce que, transversalement ou parallèlement à l'axe longitudinal du tube, des tronçons divisés du serpentin sont entourés par des surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles moulées autour des dits tronçons. En outre, on peut prévoir que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles soient mutuelle ment reliées par des nervures moulées s'étendant suivant l'axe longitudinal des éléments tubulaires. On a en outre la possibilité de relier les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles, suivant leurs faces extérieures s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal des éléments tubulaires, par des parois latérales moulées. la construction peut alors titre telle que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles aient, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, une surface constante, une surface diminuant par échelons ou une surface diminuant de façon continue. De plus, on a la possibilité de donner aux surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, une épaisseur constante ou une épaisseur différente variant par échelons. En outre9 il est possible que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles aient, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, une distance mutuelle constante ou une distance mutuelle différente variant par échelons. En outre, la disposition peut entre telle que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes du serpentin s 'étendent parallèlement suivant une distance mutuelle constante. Mais il est aussi passible que les axes longitudinaus des éléments tubulaires rectilignes du serpentin s'eendent parallèlement suivant des distances mutuelles différentes. Il est, de plus, possible que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes du serpentin s'étendent en faisant un angle entre eux. Enfin, une caractéristique essentielle de l' invention consiste en ce que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles sont formées par moulage sous pression, notamment à partir d'aluminium. Dans la forme de réalisation mentionnée en premier lieu et préférée, l'ensemble du serpentin peut entre cintré à partir d'une pièce unitaire et entouré dans sa totalité par les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles. Dans l'autre forme de réalisation, on a-la possibilité de-constituer les échangeurs thermiques pour chauffeeau de puissances différentes de façon telle qu'entre. des tron çons d'extrémité extéråeurs identiques du serpentin, on.inter- cale un tronçon-médian plus ou moins grand, de telle sorte que, de cette façon simple, on peut adapter la grandeur de l'échangeur thermique à la puissance du chauffe-eau . L'utilisation d'alumi- nium au lieu de cuivre pour les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles procure un avantage essentiel en ce que le plombage des lamelles est éliminé, que les lamelles ne s'oxydent pas et que le risque d'obstruction du bloc à lamelles est supprimé. En outre, on peut fabriquer un tel échangeur thermique avec des moyens relativement simples, ce qui procure une économie qui n'est pas sans importance. Si les surfaces de transmission de chaleur présentent une aire allant en diminuant de façon continue, on a, compte tenu du réchauffement progressif de l'eau dans le serpentin ; une bonne adaptation de-la transmission de chaleur à la température de l'eau en chaque point du serpentin. On peut ainsi déterminer l'échangeur thermique vis-à-vis des bruits d'ébullition, de l'entartrement- et autres phénomènes, de façon plus favorable qu'on ne pourrait le faire dans le cas d'un échangeur thermique à lamelles en cuivre de calibre constants 'objet de l'invention est décrit ci-après de façon plus précise à l'aide d'un exemple de réalisation .?n se référant au dessin annexé. - La figure 1 est une vue latérale d'un chauffe-eau à gaz à passage direct équipé d'un échangeur ther- mique, conforme à l'invention ; - La figure 2 est une vue eF perspective d'un échangeur thermique conforme à l'invention suivant une forme de réalisation possible - La figure 3 représente, également en perspective, un échangeur thermique suivant une autre forme de-réalisa- tion. Conformément à la figure 1 du dessin, un chauffe-eau comporte, de façon connue en soi, une soupape à eau 10, une soupape à gaz 11 équipée d'un brûleur 12, une chambre de combustion 13 munie d'un bloc à lamelles disposé en tant qu'échangeur thermique à la partie supérieure de la dite chambre de combustion et un dispositif de sécurité d'écoulement 14 se raccordant au dit bloc. De façon également connue en 80it ces éléments sont fixés sur la paroi arrière 15 d'un boftier, une coquille frontale 16 du bottier étant assemblée de façon démontable avec la dite paroi-ar- rière. L'invention se rapporte exclusivement à,l'é- changeur thermique disposé à l'extrémité supérieure de la champ bre de combustion 13. Cet échangeur est traversé par un serpentin cintré en forme de méandre. Sur la figure 1 du dessin, on ne voit que les coudes de raccord tubulaires 20 et 21 de ce serpentin, ces coudes reliant les éléments tubulaires rectilignes du serpentin dgun côté de la chambre de combustion 13. Ces coudes de raccord tubulaires 20 et 21 sont également visibles sur les figures 2 et 3 du dessin, tandis que les éléments tubulaires rectilignes du serpentin ne sont pas visibles, le coude d'entrée 22, le coude de raccord tubulaire 23 et le coude de sortie 24 étant seuls représentés.Le serpentin se prolonge à partir de l'extrémité du coude d'entrée 22, par un élément tubulaire rectiligne, vers le coude de raccord tubulaire 20, à partir de celui-ci, à nouveau. par un élément tubulaire rectiligne, vers le coude de raccord tubulaire 23 puis, à nouveau par un élément tubulaire rectiligne, vers le coude de raccord tubulaire 21 à partir duquel un élément tubulaire rectiligne va jusqu'au coude de sortie 24. Dans les formes de réalisation préférées-:. représentées sur les fifres 2 et 3, le serpentin est cintré avec tous ses coudes à partir d'une pièce unitaire et est entouré, au moins dans le domaine de ses éléments tubulaires reetilignes, par des surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles moulées en une seule pièce autour de ces éléments. Ces surfaces de transmission de chaleur s'étendent trsnsversalement à l'axe longitudinal des éléments tubulaires rectilignes. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, les surfaces de transmission de chaleur 25 s' é- tendant transversalement à l'axe longitudinal des éléments tubulai rez, sont reliées mutuellement par des nervures moulées 26 s'étendant suivant l'axe longitudinal des éléments tubulaires. Enoutre, la figure 2 montre que suivant leurs faces extérieures s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal des éléments tubulaires, les surfaces de transmission de chaleur 25. sont reliées mutuellement par des parois latérales moulées 27. Suivant la figure 2, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles 25 ont une aire constante sur la totalité du domaine des éléments tubulaires. Mais il est aussi possible que ces surfaces de transmission de chaleur aient une aire allant en diminuant par échelons du coude d'entrée 22 au coude de sortie 24 du serpentin. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 59 les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles 30 ont une aire allant en diminuant de façon continue.' du coude d'entrée 322 au coude de sortie 324 du serpentin, de telle sorte que, dans ce cas, les surfaces de transmission de chaleur 30 sont9 dans chaque zone du serpentin, adaptées à la température de l'eau. Dans les formes de réalisation représentées sur les figures 2 et 3, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles 25, 30, ont une épaisseur constante sur la totalité du domaine des éléments tubulaires. Mais il est aussi possible que les surfaces de transmission de chaleur 25, 30 aient une épaisseur différente suivant les tronçons pour permettre, de cette façon, l'adaptation de la transmission de chaleur à la température de liteau. De plus, les figures 2 et 3 montrent que, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, les surfaces de transmission de chaleur 25, 30 sont à une distance mutuelle constante. Il serait tout aussi bien possible que ces surfaces de transmission de chaleur soient à une distance mutuelle variable. En outre, il est aussi possible que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes du serpentin s'étendent parallèlement à distance constante. En vue de l'adaptation optimale de la trans mission de chaleur à la température de l1eau, on peut en outre prévoir que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes du serpentin s'étendent parallèlement à des distances différentes. De plus g il est aussi possible que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes du serpentin fasse un angle entre eux. Le choix d'un angle correspondant permet alors d'augmenter ou de diminuer la distance entre les éléments tubulaires rectilignes. De cette façon, on peut9dans chaque cas, obtenir une adaptation optimale de la transmission de chaleur. La caractéristique essentielle de l'invention consiste en ce que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles 25, 30, ainsi que, le cas échéant, les nervures 26 et les parois latérales 27, sont formées par moulage sous pression, notamment à partir d'aluminium. De cette façon, on obtient d'emblée une liaison intime entre les surfaces de transmission de chaleur 25, 30 et les éléments tubulaires du serpentin équipes des dites surfaces, de telle sorte qutil se produit une transmission de chaleur optimale. Le serpentin muni des surfaces de transmission de chaleur 25, 30 est,. après sa fabr-catiol9 introduit dans- tré- mité supérieure de la chambre de combustion 13 du chauffe-eau.Lorsque, comme dans l'exemple de réalisation suivant la figure 2, il est moulé des parois latérales 27, il suffit que le bord 131 de la chambre de combustion 13 vienne en recouvrement, de telle sorte que les coudes de raccord tubulaires ainsi que les coudes d'entrée et de sortie viennent reposer sur I'ardte frontale du bord 131-. Â l'inverse,il serait aussi possible que les parois latérales 27 de l'é échangeur thermique viennent en recouvrement sur le bord 131 de la chambre de combustion. En outre, il serait aussi possible de prolonger une limitation extérieure de l'échangeur thermique moulé sous pression et de former ainsi en meme temps la chambre de combustion. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1,l1échangeur thermique est complètement fermé par l'ex- trémité supérieure de la chambre de combustion 13 du chauffe-eau pour obtenir un guidage impeccable des gaz de combustion. Dans ce cas, on peut prévoir, sur l'extrémité supérieure de la chambre de combustion 13, des fentes ouvertes 132 pour l'introduction des coudes de raccord tubulaires ainsi que du coude d'entrée et du coude de sortie. On ag en outre, la possibilité de constrtiire l'échangeur thermique constitué comme décrit ci-dessus en éléments partiels et d'assembler les dits éléments. Dans une telle forme de réalisations on forme des tronçanm Se serpentin divisésOperpendicu- lairement à l'axe longitudinal du tube et on les entoure par des surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles moulées autour des dits tronçons. De cette façon, il est possible de constituer un échangeur thermique de trois parties par exemple. La première partie comprend le coude d'entrée 22p le coude de raccord tubulaire 23 et le coude de sortie 24 avec les éléments tubulaires rectilignes se raccordant aux coudes correspondants. La seconde partie comprend les.coudes de raccord tubulaires 20 et 21 avec les éléments tubulaires rectilignes correspondants. Entre ces deux parties, on peut alors insérer à volonté une partie intermédiaire avec des eléments tubulaires rectilignes de longueurs différentes, de telle. sor- te que, de cette façon, on peut constituer des échangeurs thermiques pour chauffe-eau de puissances différentes. On pourrait tout aussi bien fabriquer et assembler des tronçons ou parties parallèles à l'axe longitudinal d'un élément tubulaire pour obtenir des échangeurs thermiques de.puissances différentes Ous par exemple, réaliser une aire. des surfaces de transmission de chaleur variant par échelons. Bien entendus l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. On pourra, au besoin recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V B N D I C A T I O N S 10) Echangeur thermique pour chauffe-eau du type comportant un serpentin tubulaire conduisant lteau å chauffer et muni de surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles et s' étendant transversalement à l'axe longitudinal des tubes, caractérisé par un serpentin qintré à partir d'une pièce unitaire qui est, au moins dans le domaine de ses éléments tubulaires rectilignes, entouré par des surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles moulées autour de lui. 20) Echangeur thermique suivant revendication s caractérisé par des tronçons du serpentin divisés transversalement ou parallèlement à l'axe longitudinal des tubes, ces tron çons étant entourés par des surfaces de transmission de chaleur moulées autour des dits tronçons. 30) Echangeur thermique suivant revendication 1 ou revendication 2, caractérisé par ce que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles sont reliées imituel- lement par des nervures moulées s'étendant suivant l'axe longitudinal des éléments tubulaires. 40) Echangeur thermique suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé par ce que, suivant leurs faces extérieures s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal des éléments tubulairesp les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles sont reliées mutuellement par des parois latérales moulées. 50) échangeur thermique suivant 1 ltune ou plu- sieurs des revendications 1 à 4, caractérisé par ce que, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles ont une aire constante. 60) Echangeur thermique suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé par ce que, de l'entrée à la sortie du serpentin, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles ont une aire allant en diminuant par échelons. 70) Echangeur thermique, suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4s caractérisé par ce que, de l'entrée à la sortie du serpentin, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles ont une surface allant en diminuant de façon continuez 80) Echangeur thermique, suivant 1 'une ou plu sieurs des revendications 1 à 79 caractérisé par ce que, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles ont une épaisseur constante. 9-Q) Echangeur thermique suivant 1 'une ou plusieurs des revendications 1 à 79 caractérisé par ce que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles ont une épaisseur variant par échelons. 100) Echangeur thermique, suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 Q 9, caractérisé par ce que, sur la totalité du domaine des éléments tubulaires, les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles sont à une distance mutuelle constante. 110) Echangeur thermique suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 9, caractérisé par ce que les surfaces. de transmission de chaleur en forme de lamelles sont à une distance mutuelle variant par échelons. 120) Echangeur thermique suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 11, caractérisé par ce que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes s'étendent parallèlement suivant une distance constante 130) Echangeur thermique savant l'une ou plusieurs des revendications 1 à tl, caractérisé par ce que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes s'étendent parallèlement suivant des distances différentes. 140) Echangeur thermique, suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 11, caractérisé par ce que les axes longitudinaux des éléments tubulaires rectilignes s'étendent en faisant un angle entre eux. 150) Echangeur thermique suivant 1 l'une ou plusieurs des revendications 1 à 112 caractérisé par ce que les surfaces de transmission de chaleur en forme de lamelles sont formées par moulage sous pression, notamment à partir d'aluminium.