Brevet FR2201442A1 — publié le 19740426

La présente invention se rapporte 9 un échangeur de chaleur destiné à chauffer des liquides pendant leur passage a travers l'échan- geur et servant notamment à fournir de l'eau chaude pour les appareils de lavage à haute pression, comprenant une chambre de combustion chauffée par un brtleur à gaz ou à mazout, entourée par une enveloppe et renfermant un serpentin tubulaire dans lequel on fait circuler le liquide à chauffer. Dans les échangeurs de chaleur de ce type qui sont déjà connus, la chambre de combustion est généralement cylindrique et possède une double paroi dont la cavité intercalaire est remplie dun matière isolante thermique telle que la laine minérale. Par ailleurs le serpentin tubulaire, qui est sensiblement centré sur l'axe de la chambre de combustisn, est directement adjacent au feuillet intérieur de ladite double paroi cylindrique. La cheminée d'évacuation des gaz de combustion est raccordée à une ouverture située directement derrière la paroi terminale radiale de la chambre de combustion du côté brtleur, dans la région supérieure du cylindre disposé horizontalement de la chambre de combustion. Dans un échangeur de chaleur, du genre cité, l'énergie thermique fournie à la chambre de combustion ne peut pas être utilisée de la façon optimale en dépit de la bonne isolation de la double paroi, parce que la cheminée des gaz de fumée part directement du volume intérieur de la chambre de combustion. La température relativement élevée des gaz de fumée qui passent dans a cheminée, température qui atteint 5O00C et peut même etre plus élevée, constitue un indice de la mauvaise utilisation de la chaleur, le taux d'utilisation n'étant que d'environ 60 %.On ne peut protéger efficacement les personnes qui se tiennent à proximité immédiate de l'appareil, par exemple pour utiliser cet appareil des brtlures occasionnées par les gaz de combustion chauds, qu'en prévoyant une cheminée de hauteur relativement grande, les réglementations légales prescrivant que le sommet de la cheminée dnit dans ce cas etre situé au moins à 1,80 m au-dessus de la surface qui porte l'appareil.La longueur minimale qu'il est ainsi nécessaire de donner à la cheminée entraine pour inconvénient que la cheminée forme une saille considérable au-dessus du carter de l'échangeur de chaleur, de sorte que l'appareil est difficile à loger et prend beaucoup de place, ce qui constitue un inconvénient, notamment lorsqu'il s'agit de loger cet appareil dans un local, et également lors du transport de l'appareil. L'invention vise à réaliser un échangeur de chaleur du type cité qui soit composé d'éléments simples, faciles à assembler et qui, tout en évitant les inconvénients cités plus haut, possède un très bon rendement d'utilisation de la chaleur. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que l'appareil comprend une première cavité comprise entre le serpentin et la chambre de combustion et une deuxième cavité comprise entre la chambre de combustion et l'enveloppe et que ces deux cavités sont réunies par des ouvertures ménagées dans la paroi de la chambre de combustion, pour former un canal qui conduit les gaz de combustion à des orifices de sortie prévus dans la paroi terminale de l'enveloppe qui est la plus éloignée du brûleur. Cette caractéristique a pour conséquence avantageuse que les gaz de combustion ne peuvent pas passer directement de la chambre de combustion à l'air libre mais que de multiples changements de direction les obligent à parcourir un trajet relativement long à l'intérieur de l'appareil, et par conséquent à céder une très grande quantité de chaleur aux éléments de cet appareil qui sont chauffés par ces gaz. On peut en outre agir sur la vitesse d'écoulement des gaz de combustion dans le sens propre à favoriser l'obtention d'un échange de chaleur optimal en donnant une section appropriée aux ouvertures formées dans la paroi de la chambre de combustion ainsi que dans la paroi terminale radiale la plus éloignée du brûleur. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention et en vue de ramener à une valeur aussi faible que possible la perte de chaleur de l'ensemble de l'appareil, cn utilise une enveloppe entièrement ou partiellement composée d'une matière isolante et réfractaire et qui peut en outre présenter une surface interne réfléchissante, cette surface interne pouvant etre obtenue , par exemple, par collage d'une pellicule métallique réfléchissante. Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que la chambre de combustion et l'enveloppe qui entoure cette chambre sont faites chacune d'un tube possédant de préférence une section carrée ou circulaire, les deux tubes étant limités à leurs extrémités situées du même côté par des parois terminales communes. Ceci permet d'une part de réaliser une construction économique en matériaux et d'autre part, d'utiliser pour les tubes des tronçons découpés dans des tubes de grande longueur que l'on peut obtenir à un prix avantageux. Suivant une forme avantageuse de réalisation de l'invention qui facilite l'assemblage des éléments, les deux parois terminales débordent au-delà du profil de l'enveloppe pour former des brides et les deux parois terminales sont assemblées par des tirants qui traversent lesdites brides. Suivant l'invention, on peut obtenir par des moyens simples le montage du serpentin tubulaire dans une position centrée sur l'axe et sans jeu dans la chambre de combustion en prévoyant des éléments d'espacement fixés par des liaisons défiiitives ou démontables, soit sur la face interne de la paroi de la chambre de combustion, soit sur la face externe du serpentin tubulaire et couvrant sensiblement la distance radiale comprise entre ces deux éléments. L'invention est encore caractérisée par un écran thermique qui est monté à l'extérieur à un certain écartement en arriere de la paroi terminale la plus éloignée du brûleur. Cet écran est frappé par les gaz de combustion qui sortent à travers les orifices de sortie ménages dans la paroi terminale radiale et, après avoir subi une réduction considérable de vitesse d'écoulement sous l'effet du choc, les gaz sont rejetés dans l'atmosphère libre. En s'élevant dans la cheminée formée entre l'écran thermique et la paroi terminale radiale, les gaz de combustion entraînent de l'air froid de bas en haut, ce qui assure -uY refroidissement sensible de ces gaz et réduit leur température d'environ 2000C.L'écran thermique peut etre réalisé par exemple entièrement en matière réfractaire, ou encore en tle d'acier, éventuellement galvanisée, qui est revetue d-ne plaque d amiante sur sa face interne. Suivant l'invention, le carter de l'échangeur de chaleur est simplement constitué par les parcis terminales radiales, qui jouent le rôle de parois d'extrémités pour la chambre de combustion et pour l'enveloppe, et par un capot qui s'appuie sur les bords saillants desdites parois terminales radiales. Si ce capot coiffe également l'écran thermique, la partie du capot qui coiffe l'écran est percée de trous à travers lesquels les gaz de combustion peuvent s'échapper. Comparativement aux chauffe-eau de ce genre qui sont déjà connus, l'échangeur de chaleur suivant l'invention se distingue essentiellement par le fait que, sous l'effet des changements répétitifs de direction, les gaz de combustion traversent entièrement l'appareil, ce qui assure, avec une consommation minime de combustible, un taux d'utilisation de la chaleur remarquablement élevé. En une heure, on peut chauffer environ 750 litres d'eau à LOO"C par circulation continue en consommant environ 5 litres de mazout. A la sortie de l'appareil, les gaz de combustion possèdent une température inférieure à 80"C, de sorte qu'ils ne présentent aucun risque de brasure pour les utilisateurs ni pour les objets se trouvant à proximité de l'appareil. On obtient un taux d'utilisation de la chaleur de plus de 80 %. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur suivant l'invention la figure 2 est une coupe longitudinale de l'échangeur de la figure 1, mais dépourvu de son écran thermique la figure 3 est une vue en perspective éclatée de l'échangeur de chaleur de la figure 1. L'échangeur de chaleur suivant l'invention comprend, comme éléments de base, un tube 1 à sectior carrée, us tube cylindrique 4, un serpention double 7, deux parois terminales radiales Il et 15, des tirants 20, un écran thermique 21, un capot 22 et un groupe brûleur 24. Pour assembler ces éléments, et comme on l'a présenté sur la figure 3, on commence par poser sur la plaque de base d'un dispositif de montage, la face externe de la paroi terminale 11 la plus éloignée du brU leur dont la face interne est revêtue d'une plaque d'amiante 13, de telle sorte que les tirants 20, préalablement vissés dans cette paroi, sont dirigés ers le haut. Dans l'espace encadré par les tirants 20, on dispose le tube 1 sans le fixer, puis on dispose dans ce tube le tube 4 dont la surface externe est tangente aux faces internes du tube 1.Ensuite, on introduit le serpentin double 7 dans le tube 4 ; les morceaux de fer plat 10 fixés sur la surface externe du serpentin tubulaire pour servir d'éléments entretoises prennent appui contre la surface interne de la paroi cylindrique du tube 4, de sorte que ce serpention 7 prend dès ce moment la position centrée prévue à l'intérieur du tube 4. Ensuite, on pose la paroi terminale avant 15 sur les chants terminaux 2 et 5 des deux tubes 1 et 2 en enfilant les extrémités du serpentin tubulaire double 7 et les extrémités des tirants 20 dans les trous 17 et 18 prévus pour les recevoir. I1 suffit maintenant de fixer la paroi terminale 15 sur les tirants 20 au moyen d'écrous et on peut ensuite monter le groupe brûleur 24 à travers l'ouverture 19.Ensuite, on monte l'écran thermique 21 sur la paroi terminale 11 la plus éloignée du brûleur et, finalement, on monte sur l'ensemble de l'appareil un capot 22 à profil en U, qui s'appuie sur les chants 12 et 16 des parois terminales 11 et 15. Les gaz de combustion engendrés dans la chambre de combustion 25, sont sous pression du fait que les spires intérieures du serpentin tubulaire double 7 sont enroulées très serrées, du moins dans la région proche du brûleur, et forment par conséquent une paroi pratiquement étanche aux gaz ; ces gaz se dirigent donc vers la paroi terminale 11 la plus éloignée du brûleur. A l'extrémité du serpentin tubulaire 7, ces gaz s'échappent en partie entre les spires intérieures qui sont moins serrées à cet endroit comme indiqué par les flèches sur le dessin et pénètrent dans l'espace compris entre les spires intérieures et les spires extérieures ; une autre partie des gaz passe, dans la cavité 26. Les deux courants partiels se réunissent dans la région proche de la paroi terminale avant 15 et traversent les orifices 6 pour pénétrer dans la cavité 27 dans laquelle ils circulent en sens inverse, en direction de la paroi terminale arrière 11 ils traversent ensuite les orifices de sortie 14 ménagés dans cette paroi, pour pénétrer dans la cheminée formée entre cette paroi terminale et l'écran thermique 21.La température des gaz n'est plus alors que de 250 300"C. Là les gaz de combustion subissent un nouveau refroidissement en se mélangeant avec l'air extérieur froid, qu'ils aspirent et font passer dans la cheminée. Les gaz de combustion possèdent une température d'environ 800C lorsqu'ils sont rejetés dans l'atmosphère libre, à travers les ouvertures de la cheminée qui peuvent être notamment constituées par les ouvertures 23 ménagées dans le capot 22. Le liquide à chauffer pénètre dans le serpentin double 7 par la conduite d'entrée 8 et quitte ce serpentin par la conduite de sortie 9. Le liquide à température normale parcourt donc tout d'abord le serpentin extérieur, qui ntest pas directement en contact avec la flamme du brûleur, de sorte que la formation inévitable d'eau de condensation reste limitée à une quantité minime. L'eau éventuellement condensée se rassemble dans le tube 1, en passant par des trous ménagés dans le tube 4 (non représenté) et, de ce tube 1, elle s'écoule à l'extérieur à travers les trous 3. Le fait que le courant de liquide circule dans le sens indiqué présente en outre l'avantage que le liquide parcourt en dernier celui des deux serpentins qui se trouvé dans la zone la plus chaude de la chambre de combustion 25 et, par conséquent, sort de ltéchangeur de chaleur avec le rendement de chauffage maximal. Bien entendu, diverses modifications ou variantes pourront etre apportées par l'homme de l'art à l'appareil qui vient d'entre décrit, uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans pour cela sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur destiné à chauffer des liquides pendant leur passage à travers l'échangeur et servant notamment a fournir de l'eau chaude pour les appareils de lavage à haute pression, comprenant une chambre de combustion chauffée par un bradeur à gaz ou à mazout, entourée par une enveloppe et renfermant un serpentin tubulaire dans lequel on fait circuler le liquide à chauffer, cet échangeur étant caractérisé en ce qu'il comprend une première cavité comprise entre le serpentin et la chambre de combustion et une deuxième cavité comprise entre la chambre de combustion et l'enveloppe et que ces deux cavités sont réunies par des ouvertures ménagées dans la paroi de la chambre de combustion, pour former un canal qui conduit les gaz de combustion à des orifices de sortie prévus dans la paroi terminale de l'enveloppe qui est la plus éloignée du brûleur. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps creux est entièrement ou partiellement composé d'une matière réfractaire et isolante de la chaleur. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps creux présente une surface interne qui réfléchit la chaleur. 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la surface interne du corps creux porte un métal réfléchissant déposé par vaporisation ou constitué paF une pellicule collée. 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de combustion et le corps creux qui entoure cette chambre sont constitués chacun par un tube, de préférence de section carrée ou circulaire, et en ce que les deux tubes sont adjacents par leurs extrémités correspondantes, à deux parois terminales radiales qui sont communes aux deux tubes. 6. Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux parois terminales débordent au-delà du pr fil extérieur du corps creux pour former des brides et que ces deux parois sont réunies entre elles par des tirants qui traversent les brides. 7. Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les parois radiales terminales sont composées d'une matière réfractaire isolante de la chaleur. 8. Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les parois terminales sont munies sur leurs faces dirigées vers la chambre de combustion d'un revêtement u une couche de matière réfractaire. 9. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend un capot qui s'appuie sur les chants desdites parois terminales. 10. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé par des éléments entretoises qui sont fixés par des liaisons définitives ou démontables, soit A la surface latérale interne de la chambre de combustion, soit à la surface latérale externe du serpentin tubulaire. 11. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un écran thermique qui est disposé A un certain écartement à l'extérieur en arrière de la paroi terminale radiale la plus éloignée du brûleur. 12. Echangeur de chaleur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'écran thermique est composé d'une matière réfractaire, par exemple d'amiante. 13. Echangeur de chaleur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'écran thermique est muni d'un revêtement ou d'une couche de matière réfractaire sur sa face dirigée vers la paroi terminale radiale la plus éloignée du brûleur. 14. Echangeur de chaleur suivant les revendications 1 et 11, caractérisé en ce que la partie du carter ou du capot protecteur de l'échangeur qui recouvre l'écran thermique présente des ouvertures pour le passage des gaz de combustion.