Brevet FR2198110A1 — publié le 19740329

L'invention se réfère à un échangeur de chaleur pour les appareils de chauffage utilisant un combustible liquide, cpmme ceux qui trouvent leur utilisation dans le préchauffage des moteurs à combustion interne en même temps que l'on chauffe la cabine du conducteur du camion. Ces appareils consistent, dans leur principe, en chemises qui renferment coaxialement la chambre de combustion ; les gaz de combustion traversent l'échangeur de chaleur pour permettre l'extraction de la cha leur e les gaz de combustion qui sortent du tuyau d'échappement seront envoyés plus loin pour réchauffer le carter d'huile du moteur à combustion interne. On demande pour les appareils de chauffage de ce type, en raison de l'espace réduit dont on dispose et pour que le préchauffage du moteur dure le moins longtemps possible, une construction compacte et simple avec une grande capacité de chauffage ainsi qu'une grande aptitude aux modifications pour permettre l'adaptation aux types de construction les plus différents. On a constaté que l'apport de chaleur aux parties des cylindres n'est pas suffisant aux températures extremement basses de 300 à 5O et que l'huile du moteur et les paliers du vilebrequin doivent être inclus dans le système de préchauffage. On connaît, à cet effet, l'utilisation d'appareils de chauffage dont l'échangeur de chaleur est constitué de 4 chemises cylindriques coaxiales, formant 2 espaces annulaires communiquant, remplis par l'agent de refroidissement du moteur et dont la paroi cQté gaz est parcourue par les gaz de combustion. On connatt aussi d'autres échangeurs de chaleur qui possedent un seul espace annulaire rempli par l'agent de refroidissement et où la paroi intérieure parcourue par les gaz utilisés est soit ondulée soit pourvue de nervure ayant pour but d'augmenter la surface de chauffage. Pour obtenir un haut rendement de la combustion dans les variantes que l'on vient de citer, on protège les flammes et les gaz de combustion du refroidissement, pendant la phase de réaction du combustible avec l'oxygène de l'air, en montant une chicane ou une t81e provoquant une tur bulence ou en les faisant passer dans un accessoire en forme de cloche. Les gaz de combustion vont donc changer 2 fois de direction jusqu'à ce qu'ils abandonnent le tuyau d'échappement. Pour évacuer le combustible liquide qui ne serait pas brillé pendant la phase de démarrage de l'appareil de chauffage, on fait partir de la chambre de combustion de cet appareilS un tuyau d'écoulement de fuel d'où les ventilateurs de l'air - combustion aspirent aussi les gaz combustibles non brayés et les retournent à la chambre de combustion. Les solutions trouvées et utilisées jusqu'ici pour la disposition de l'échangeur de chaleur ne donnent pas la possibilité d'agir par des moyens simples sur la proportion de chaleur fournie au profit de ce qui est fourni par l'eau et le gaz d'échappement et d'obtenir ainsi un fonctionnement optimum de ltappareil de chauffage adapté aux différentes circonstances spéciales rencontrées. Pour obtenir un rendement élevé de la combustion et d'éviter les odeurs dans les gaz d'échappement, il faut disposer des conditions thermiques nécessaires dans la zone de post-combustîon. Les parois froides ne doivent pas être atteintes par les flammes. On ltobtient par une façon de construction onéreuse et demande une double déviation des gaz à partir de l'accessoire en forme de cloche avec une consommation d'énergie plus élevée. L'aspiration, par le ventilateur à air de combustion, des vapeurs de combustible sortant du tuyau d'écoulement du fuel de la chambre de combustion est li à à cet inconvénient que ces vapeurs se condensent dans les canalisations d'apport de l'air de combustion et les conduits du ventilateur de l'air de combustion ce qui, avec les poussières contenues dans l'air de combustion, salit rapidement les conduits. Faire sortir les vapeurs qui se forment directement dans l'atmosphère a pour effet de produire des odeurs très désagréable au cours du demarrage. L'invention a pour objet de concevoir l'échangeur de chaleur décrit en commençant de telle façon que, par des moyens simples, on puisse faire varier le rapport entre la proportion de chaleur fournie par les gaz d'échappement et l'agent de refroidissement et l'apport total de chaleur correspondant à a qui est nécessaire pour le carter et les cylindres du type de moteur. I1 faut aussi atteindre un haut rendement de combustion sans une déviation spéciale de direction et éviter la sortIe des vapeurs de fuel par le tuyau d'échappement de fuel de 1' échangeur de chaleur. Conformément à I'invention, ce problème peut être résolu en prévoyant un espace libre de ner vures de 300 au minimum sur la chemise intérieure de 1' échangeur de chaleur qui en est pourvue. En modifiant cet angle qui équivaut à modifier la surface de chauffe, la répartition de la chaleur c8té gaz d'échappement et ceté agent de refroidissement peut être adaptée correctement aux demandes du moteur à combustion. L'espace exempt de nervures de la chemise intérieure ne contribuera que faiblement à la transmission de la chaleur, de sorte que l'on y fera passer les gaz très chauds de la combustion. Ce système de construction nécessite une seule déviation de direction, le tuyau de combustion étant soumis aux mêmes conditions thermiques que pour une double déviation de la direction des gaz d'échappement. Du côté opposé se trouve le tuyau d'échappement par où les gaz d'échappement de l'appareil de chauffage seront conduits directement sur le carter d'huile du moteur à combustion. Les gaz de combustion qui passent par l'espace dépourvu de nervures parviennent d'abord dans le tuyau d'échappement après avoir baigné la chambre de postcombustion et l'avoir réchauffée afin d'améliorer le rendement de la combustion. L'enveloppe extérieure de l'échangeur de chaleur reçoit le brtleur, l'installation d'allumage et l'installation d'écoulement de l'huile qui est conçue en même temps comme soupape à gaz. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après, dessins dans lesquels : - la figure 1 représente une vue de face de l'échangeur de chaleur avec son brûleur. - la figure 2, une coupe de la figure 1. On voit sur la figure 1 que le brûleur 3 est introduit dans la chemise extérieure 2 de 1' échan- geur de chaleur 1 et y est fixé par les vis de fixation 4 radiales. le chemise intérieure plus courte 7 est soudée au manteau extérieur 2 du cOté du brûleur. On obtient ainsi un espace annulaire 10 pour la réception de l'agent refroidissant du moteur à combustion. La partie de la chemise extérieure 2 dépassant le bout de la chemise intérieure 7, sert principalement outre la fixation dubruleur 3, à abriter : l'installation 8 d'apport de l'air de combustion, une partie de la chambre de combustion 9, l'installation d'allumage 5 et le dispositif d'évacuation du fuel 6. Le dispositif d'évacuation du fuel 6 est de préférence construite comme un serpentin vertical. Du fait que le combustible se rassemble d'abord dans ce dispositif, on peut éviter l'échappement de vapeur d'huile, pendant que le liquide non brûlé peut sortir librement. Il existe aussi d'autres possibilités d'exécution de dispositifs d'évacuation du fuel, dans lesquels une colonne de liquide contrebalance la pression statique des vapeurs de combustible et par cela interdit leur sortie. La chemise 7 est pourvue sur sa partie intérieure de nervures 1l à part l'espace sans nervures 12. La chambre de post-combustion 13 qui permet la sortie des gaz chauds de combustion est coaxiale à la chemise intérieure 7. Les gaz de combustion seront déviés de 1800 sur le fond 17 et cèdent aux nervures 11 une partie de leur chaleur, avant de quitter le tuyau d'échappement 14. L'es- pace exempt de nervures s'étend, comme la figure 2 le montre, sur un angle > ,- 300. Il a pour r9le de répartir la charge de chaleur, d'améliorer le rendement de la combustion et d'égaliser l'écoulement sur la circonférence de l'espace annulaire 16 constitué par la chambre de post-combustion 13 et la chambre inté- rieure 7. Sur le cOté opposé à l'espace exempt de nervures 12, se trouve le tuyau d'échappement 14, de sorte que les gaz chauds d'échappement arrivant par l'espace sans nervures 12 lèchent la chambre de post-combustion 13, la réchauffent et après seement q-ittentS- en commun avec les autres gaz de combustion qui traversent les espaces 15 entre les nervures 11, le tuyau d'échappement 14 de l'échangeur de chaleur 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEN1)I CÂT IONS 10) Echangeur de chaleur composé de deux chemises cylindriques coaxiales pour la formation d'un espace annulaire destiné à reQevo7r l'agent de refroidissement de moteurs à combustion interne, pour obtenir un chauffage quandles températures sont très basses, échangeur caractérisé en ce que la chemise intérieure (7) pourvue de nervures, possède un espace sans nervures 13 sur une certaine zône et que la chemise extérieure (2) dépasse la chemise intérieure (7) pour abriter une chambre de combustion (10) avec son disposItif de conduites pour l'air de combustion (9), un d positif d'échappement d'huile (6)p une installation d'allumage (5) et pour la fixation d'un brtleur (3) 20) Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace sans nervures (13) de la chemise intérieure (7) se trouve du c8té qui est à l'opposé du tuyau d'échappement (15). 30) Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'évacua- tion du fuel (6) fixé sur la chemise extérieure (2) possède une colonne de liquide équilibrant la pression statique des vapeurs de combustible qui est exécutée de préférence sous la forme d'un serpentin.