Brevet FR2090328A1 — publié le 19720114

i 2090328 La présente invention est relative à un échangeur de chaleur, tel que chaudière, comprenant un faisceau de tubes parcourus par un fluide caloporteur, branchés sur un collecteur de départ et sur un collecteur de retour de fluide ainsi qu'une source de chaleur pour chauffer ce dernier, ce faisceau de tubes comprenant des éléments nervurés, dont les nervures forment des canaux communicants pour le fluide, constitués de panneaux appliqués l'ur contre l'autre et présentant chacun un profil nervuré. On a déjà proposé des échangeurs de chaleur, tels que chaudière, constitués d'éléments nervurés grâce auxquels on obtient des faisceaux de conduits pratiquement identiques aux faisceaux de tubes assemblés un à un et utilisés généralement dans lesdits échangeurs. Si l'utilisation de tels éléments nervurés facilite grandement la construction d1échangeurs de chaleur de dimensions non standard, du fait de la possibilité d'empiler et d'assembler rapidement le nombre désiré d'éléments qui sont préfabriqués, elle n'améliore en rien le rendement calorifique des échangeurs à éléments nervurés par rapport à celui des échangeurs constitués de faisceaux de tubes classiques, car en pratiqué les conduits des éléments sont agencés d'une manière identique à celle des tubes traditionnels. L'invention a pour but de procurer des éléments ne]? vurés permettant d'accroître pour un même encombrement que celui des tubes ou éléments nervurés connus, le rendement calorifique d'un échangeur de chaleur. A cet effet, suivant l'invention, les nervures des panneaux constituant chacun des éléments s'étendent en forme de lacets, les nervures d'un panneau étant décalées par rapport aux nervures de l'autre panneau. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les nervures dâ chaque panneau comportent des parties droites, parallèles et équidistantes reliées deux à deux par une partie courbe. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les parties droites des nervures d'un panneau sont décalées, d'une distance sensiblement égale à la moitié de la distance séparant les axes des parties droites de 71 19291 2 2090328 deux nervures successives, des parties droites correspondantes des nervures de l'autre panneau afin de former des canaux distincts . T>'.autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description d'un échangeur de chaleur suivant l'invention donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif et avec référence au dessins ci-annexés. La figure 1 est une vue en élévation d'un élément d1échangeur de chaleur suivant l'invention. La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure'3 est une vue en perspective, avec brisures partielles, de deux éléments, montrés à la figure 1, avant leur assemblage. La figure 4 est une vue analogue à la figure 1 et * à plus grande échelle que celle de cette dernière montrant une variante de l'élément représenté à la figure 1. Les figures 5 et 6 sont des coupes suivant les lignes V-V et VI-VI de la figure 4. Les figures 7,8 et 9 sont des vues en coupe, analogues aux figures 2 et 5 montrant diverses formes de réalisation d'élément nervuré différentes de celles illustrées auxdites figures 2 et 5. Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments analogues ou identiques. Les éléments 1 représentés aux dessins sont destinés à constituer dans un échangeur de chaleur, tel que chaudière, un empilage où le fluide caloporteur est chauffé. Cet empilage d'éléments 1 est de façon habituelle, monté au-dessus d'un brûleur, tel que brûleur au gaz naturel, non représenté aux dessins, les dimensions ainsi que le nombre des éléments dépendant de la capacité de la chaudière. Chacun des éléments 1 présente sur chacune de ses faces, des nervures creuses 2 en forme de lacets qui délimi- • tent des canaux communicants. destinés à être parcourus par le fluide caloporteur. Ces éléments 1 sont, par exemple, et comme montté aux figures 1 à 3 constitués chacun par deux panneaux 3, appliqués l'un contre l'autre et fixés l'un à l'autre . La figure 71 19291 3 2090328 3 illustre le mode d'assemblage des panneaux 3 et des éléments 1, deux de ces panneaux 3 étant représentés, à cette figure 3, non assemblés. Les panneaux 3, qui présentent un profil nervure, sont avantageusement fabriqués, en tôle d'acier, par emboutissage et 5 leurs nervures 2 comportent des parties droites, parallèles et équidistantes 4, reliées deux à deux par des parties courbes 5. Pour améliorer l'échange calorifique par rayonnement et par convection entre le brûleur, les gaz chauds et le fluide caloporteur, deux panneaux 3 sont assemblés, pour former un 10 élément 1, de manière à ce que les parties droites 4 des nervures 2 d'un panneau soit décalées, d'une distance qui est sensiblement égale à la moitié de la distance entre les axes de deux nervures successives, par rapport aux parties correspondantes des nervures 2 de l'autre panneau. De cette façon, les parties droites 4 des 15 nervures 2 de chaque panneau forment des canaux distincts. Ce n'est qu'à hauteur des parties courbes 5 que les canaux présentés par une face de l'élément communiquent avec les canaux présentés par l'autre face de celui-ci. Cette disposition des nervures 2, en forme de lacet, permet de diriger l'écoulement du flui-20 (je caloporteur afin que dans chacun des éléments il ne subsiste aucune zone de fluide stagnante qui pourrait occasionner des pointe de surchauffe où les éléments perdraient de leur résistance et qui rendraient 1'échangeur bruyant, le décalage, existant entre les nervures prévues sur les grandes faces opposées des éléments pemefe-25 tant de ménager entre deux éléments successifs des chicanes qui créent une turbulence des gaz chauds et de ce fait améliorent l'échange calorifique entre ces derniers et le fluide, ce qui n'est pas le cas avec les éléments existants qui présentent une surface quasiment plane et qui nécessitent, pour favoriser l'échan-30 ge susdit, le montage entre les éléments d'ailettes directrices pour lès gaz, ce qui a pour effet de compliquer la réalisation et l'empilage desdits éléments ainsi que d'augmenter sensiblement le coût des échangeurs de chaleur munis de telles ailettes. Les éléments suivant l'invention présentent, par rapport aux éléments 35 connus, l'avantage, tout en créant de par leur conception des chicanes, de laisser subsister entre deux éléments voisins un passage, pour les gaz, de section constante, ce qui permet d'amé 71 19291 4 2090328 liorer-1"échange calorifique par convection en éliminant les pertes de charge inutiles. Comme montré à la figure 3, une unité, constituée de deux éléments, est représentée avant l'assemblage de ces deux 5 - éléments. Les canaux de ces éléments communiquent par des trous 15 avec un raccord 10 disposé entre ces deux éléments. Un anneau 12, présentant des ouvertures 13 et situé entre les deux panneaux de chaque élément, s'étend le long du contour des trous opposés 15 et forme un passage cylindrique dans lequel débouchent les 10 canaux de ces éléments à travers les ouvertures 13. Les passages cylindriques et le raccord 10 constituent une conduite qui est par exemple branchée au collecteur de départ, par l'intermédiaire d'une tuyauterie, non représentée, qui part de l'ajutage 6 faisant partie du raccord 10. 15 Des écrous borgnes 9, vissés sur les extrémités d'une tige 8, qui traverse les passages cylindriques et le raccord 10, servent de bouchon pour les trous 15 des panneaux extrêmes. Cette tige 8 et les écrous borgnes' 9 constituent un tirant au moyen duquel les deux éléments et le raccord 10 sont pressés l^es 20 uns contre les autres. Les anneaux 11 renforcent les éléments à l'endroit où ces éléments et le raccord 10 se touchent. De la même façon que celle décrite ci-dessus, les canaux de ces éléments sont branchés au collecteur de retour. Ce branchement est réalisé par une séconde série de passages cy-25 lindriques, un second raccord et un second tirant, qui se trouvent à l'autre extrémité des canaux, qui n'est plus représentée à la figure 3. Des joints 7 sont prévus entre le raccord 10 et les éléments 1, ainsi qu'entre les écrous 9 et les éléments 1, pour assurer 1'étanchéité. 30 Ce qui est exposé ci-dessus pour une unité compo sée de deux éléments reste, de toute évidence valable pour une unité comportant plus de deux éléments. Ce n'est que le nombre des raccords qui augmente et la longueur des tiges 8 qui doit être adaptée. De façon générale, un seul raccord de chaque série 35 est muni d'un ajutage. La longueur des raccords entre deux éléments successifs correspond à la distance désirée entre ces éléments. 71 19291 5 2090328 Les figures 4 à 6 montrent une variante de l'élément représenté aux figures 1 à 3; seules les parties par lesquelles la forme de réalisation selon les figures4 à 6 diffère de celle selon les figures 1 à 3 ont été représentées et seront décrites ci-après. La figure 4 reprend de la figure 1 uniquement la partie modifiée qui se présente en haut et à gauche de la figure. Une modification analogue, non représentée, concerne la partie située en bas et à gauche de la figure 1. Suivant la forme de réalisation, représentée aux figures 4 à 6, les canaux des divers éléments sont branchés à un collecteur de départ 14 et à un collecteur de retour, non représenté. Ces collecteurs s'étendent suivant une direction perpendiculaire aux éléments. Le collecteur 14 est monté sur une partie du bord des éléments et présente une forme rectangulaire en coupe transversale. Dans ce collecteur débouchent deux nervures creuses, ces nervures se trouvant sur des côtés différents de l'élément auquel elles appartiennent. Il résulte de la figure 4 que les éléments ont une longueur moins importante à hauteur du collecteur 14. Les éléments représentés aux figures 4 à 6 ne doivent plus nécessairement être assemblés les uns aux autres à l'aide de tirants 8 mais peuvent directement être soudés sur les collecteurs 14 pour réaliser l'empilage d'éléments. Comme montré à la figure 7, chacun des éléments 1 peut avantageusement être constitué d'un seul panneau plié à sa partie médiane, parallèlement aux nervures du panneau, les deux moitiés du panneau étant rabattues l'une sur l'autre et fixées l'une à l'autre, comme décrit ci-dessus, de manière à obtenir un canal inférieur 17 qui ne présente pas de zone non refroidie par le fluide caloporteur dans la zone des éléments soumise aux hautes températures, afin d'éviter tout risque de détérioration de ces derniers. Pour' éviter ce rique de détérioration des éléments, les éléments représentés aux figures 1, 2 et 8 peuvent avantageusement être réalisés en sectionnant, en 20, les bords 18 des panneaux constituant l'élément et destinés à être situés dans la zo 71 19291 2090328 ne des-hautes températures, les panneaux étant alors fixés en cet endroit par soudure soit du bord 19 de la nervure d'un des panneaux à la partie plane 21 de l'autre panneau, soit du bord 22 de la gouttière à la plaque centrale 16. La figure 8 représente une forme de réalisation selon laquelle les éléments sont constitués d'une seule plaque 16. Aux deux faces de cette plaque sont fixées des gouttières 12, qui forment les canaux 2 précités. Ces gouttières 12 sont de préférence soudées à la plaque 16 et s'étendent en forme de lacets. Elles constituent, le long des deux faces de la plaque des canaux qui ne communiquent que par les deux passages cylindriques ménagés dans l'élément, le raccordement des éléments d'après la figure 8 étant réalisé de la même façon que le raccordement des éléments représentés aux figures 1 à 3. Pour éviter une détérioration de l'élément dans la * zone inférieure soumise à des hautes températures, le bord inférieur de la plaque 16 est, comme montré à la figure 9, plié de manière à former le canal 17, cette façon de procéder permettant au fluide de refroidir la portion d'élément soumise aux hautes températures. Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes d'exécution décrites ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées notamment quant à la forme, au nombre et à la composition des éléments intervenant dans leur réalisation sans sortir du cadre de la présente demande brevet. C'est ainsi, par exemple, qu'un échangeur de chaleur tel que chaudière, radiateurs, etc... peut comporter plusieurs groupes d'éléments composés de la façon exposée ci-dessus. 71 19291 7 2090328 REVENDIC.ATI ONS 1. Echangeur de chaleur, tel que chaudière comprenant un faisceau de tubes, parcourus par un fluide caloporteur,, branchés sur un collecteur de départ et sur un collecteur de retour de fluide ainsi qu'une source de chaleur pour chauffer ce dernier^ ce faisceau de tubes comprenant des éléments nervurés, dont les nervures forment des canaux communicants pour le fluide,, constitués de panneaux appliqués l'un contre l'autre et présentant chacun un profil nervuré,, ledit échangeur de chaleur étant caractérisé en ce que les nervures des panneaux constituant chacun des éléments s'étendent en forme de lacets, les nervures d'un panneau étant décalées par rapport aux nervures de l'autre panneau. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 13 caractérisé en ce que les nervures de chaque panneau comportent des parties droites,, parallèles et équidistantes reliées deux à deux par une partie courbe. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 2} caractérisé en ce que les parties droites des nervures d'un panneau sont décalées, d'une distance sensiblement égale à la moitié de la distance séparant les axes des parties droites de deux nervures successives, des parties droites correspondantes des nervures de l'autre panneau afin de former des canaux distincts. 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que les canaux d'un des panneaux communiquent avec les canaux de l'autre panneau à hauteur des parties courbes réunissant deux à deux les canaux de chacun des panneaux. 5. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les panneaux constituant chacun des éléments nervurés susdits sont réalisés à partir d'un seul panneau plié en sa partie médiane parallèlement à un de ses bords, les deux moitiés du panneau étant rabattues l'une sur l'autre et fixées l'une à l'autre de manière à former les canaux susdits. 6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque 71 19291 8 2090328 des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments sont réalisés en fixant, de part et d'autre d'une plaque centrale, des gouttières formant les nervures et canaux précites. 7. Echangeur de chaleur suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le conduit inférieur d'un élément, conduit le plus proche de la source de chaleur, est constitué par le bord de la plaque centrale susdite qui est plié et rabattu sur la plaque pour former ledit canal.