Brevet FR2270050A1 — publié le 19751205

Les chaudières de chauffage central, et notamment celles qui fonctionnent au gaz, comportent, d'une manière générale, un foyer contenant un certain nombre de brûleurs au-dessus duquel est placé un corps de chauffe dans lequel circule un fluide d'échange de chaleur avec les fumées issues du foyer. Le corps de chauffe est habituellement obtenu en fonderie par coulée, dans un moule, d'un métal autour d'un noyau en sable permettant de délimiter le conduit de circulation du fluide. Pour augmenter la surface d'échange, il est désirable de donner à ce conduit une forme sinueuse. Or, il est nécessaire après la coulée de retirer le noyau de sable, ce qui interdit la formation de coudes à l'aide de ce noyau.On est donc amené à laisser ouvertes les extrémités des différentes parties rectilignes du conduit lors du moulage et à ne les fermer qu' après le retrait du noyau, à l'aide d'un couvercle qui delimite une chambre unique les mettant en communication les unes avec les autres. Un tel corps de chauffe comporte donc un conduit de wir- culation du fluide, partagé en plusieurs passages cylindriques parallèles qui débouchent à leurs extrémités dans une chambre commune. Le fluide peut parcourir la totalité de ce conduit, mais il peut également passer directement de la partie inférieure à la partie supérieure du corps de chauffe sans parcourir la totalité des passages cylindriques ou en n en parcourant qu'une partie. Le rendement de la chaudière risque, par suite, d'être réduit. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient en supprimant la nécessité du retrait du noyau. Elle a en effet pour objet un procédé de fabrication d'un élément d'échange de chaleur pour chaudière de chauffage central, qui consiste à former, d'une part, une rangée de tubes parallèles de même diamètre, et d'autre part des coudes, de même diamBtre -intérieur que les tubes, ayant un rayon de courbure extrêmement faible; à emboiter à la presse chaque coude sur les extrémités de deux tubes adjacents pour former un tunique serpentin; à placer ce serpentin dans un moule ds coulée et à couler autour de celui-ci un alliage léger formant un revêtement d'épaisseur sensiblement constante autour de chacun des tubes et coudes du serpentin ainsi que des flasques d'extrémité, tout en maintenant ouvertes les deux extrémités du serpentin; puis à retirer l'élément du moule, le serpentin restant prisonnier. L'élément ainsi formé comporte un conduit continu, sinueux, qui doit obligatoirement etre parcouru d'un bout à l'autre par le fluide d'échange de chaleur. Par ailleurs, il est rigoureusement étanche car les coudes et tubes sont non seulement emboités à la presse les uns sur les autres mais noyés ensemble dans un meme revetementlorsdelacoulée. I1 n'est pas nécessaire que ce revêtement soit épais et l'ensemble du corps de chauffe est de préférence en un alliage léger. Un nombre variable d'éléments analogues peuvent aisément être juxtaposés et fixés les uns contre les autres pour former le corps de chauffe de la chaudière, l'espace entre les deux éléments voisins constituant un passage pour les fumées ayant une direction générale perpendiculaire à-la direction de circulation du fluide d'échange. De préférence, les coudes ne sont pas disposés verticalement mais font un certain angle avec le plan vertical. Ainsi, l'ensemble du serpentin de l'élément est gauche et présente une série d'ondulations, par suite le conduit de fumée entre deux éléments est en zig-zag ce qui améliore les conditions d'échange de chaleur. Des ailettes radiales peuvent d'ailleurs être formées sur le serpentin lors du montage. L'invention s'étend également aux corps de chauffe et aux chaudières comportant des éléments fabriqués selon le procédé ci-dessus, dans lesquels un certain nombre d'éléments juxtaposés sont reliés entre eux à leur partie supérieure et à leur partie inférieure par un collecteur commun fixé de manière étanche sur l'orifice de chacun des serpentins. Les éléments extérieurs sont munis de brides de fixation du corps de chauffe sur le foyer de la chaudière et sur un dôme d'évacuation de fumée. La description ci-dessous d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, fera d'ailleurs ressortir les avantages et caractéristiques de l'invention Sur ces dessins la Fig. 1 est une vue partie en coupe verticale, partie en bout, d'une chaudière à gaz selon l'invention; la Fig. 2 est une vue du corps de chauffe de la chaudière en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2; la Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3. La chaudière à gaz représenté sur la Fig. 1 comporte, de la manière classique, un foyer 1 dans lequel sont disposés un certain nombre de brûleurs 2, trois dans le cas de la figure. Sur ce foyer est fixé un corps de chauffe 4 surmonté par un dôme 6 muni d'une collerette 7 d'emboîtement d'un coupe-tirage. Le corps de chauffe 4 est constitué par quatre éléments juxtaposés, deux éléments extérieurs 10 et deux éléments internes 8. Chacun de ces éléments, interne ou externe, comporte plusieurs tubes parallèles 12, de même diamètre, de préférence en un alliage tel qu'un alliage d'aluminium, dont les axes sont horizontaux et qui sont placés les uns au-dessus des autres de façon que l'une de leurs faces extrêmes se trouve dans un même plan. Les secondes extrémités de tubes intermédiaires sont également dans un même plan ainsi que celles des tubes externes, mais ces tubes extrêmes, inférieur 12a et supérieur 12b, ont une longueur supérieure à celle des autres tubes, ce qui permet notamment de rabattre en collet 1 'extrémité dépassante. Les tubes 12 sont réunis deux à deux par des coudes 14, qui ont le même diamètre interne que ces tubes 12 et dont le rayon de courbure est faible. Ces coudes 14 sont rigoureusement solidaires des tubes 12 et délimitent avec eux un serpentin continu ouvert seulement à ses extrémités, c'est-à-dire aux extrémités correspondantes des tubes inférieur et supérieur. L'ensemble de ce serpentin est revêtu d'une couche de métal qui le rend rigoureusement rigide. L'épaisseur de ce métal est sensiblement la même autour de chacun des tubes, de sorte qu'elle est deux fois plus grande entre deux tubes adjacents qu'à l'extérieur. Dans la pratique, l'élément 8 ou 10 est réalisé en emboî- tant à la presse les coudes 14 sur les tubes 12, de façon à les rendre solidaires, puis en plaçant l'ensemble du serpentin à l'intérieur d'un moule de coulée. De préférence chacun des coudes 14 est muni extérieurement de deux ergots 16 coaxiaux chacun avec l'une de ses faces annulaires extrêmes et destinés à se placer exactement cyans le prolongenlenb Qe 1 axe au wube 12 e esponu Ces ergots permettent une poussée à la presse dans l'axe des tubes 12. Les ergots 16 servent également à centrer rigoureusement le serpentin à l'intérieur du moule.Lorsque celui-ci est ainsi en place dans le moule du métal, qui est de préférence un alliage léger tel qu'un alliage d'aluminium, est coulé tout autour de façon à former un revêtement 18 d'épaisseur sensiblement constante autour de chaque tube ou c-oude. Comme le montre clairement la Fig. 1, les tubes 12 sont disposés les uns au-dessus des autres en une rangée verticale mais ils ne sont pas exactement superposés. Leur rangée est ondulée. Chaque tube est en effet décalé alternativement dans un sens et dans l'autre par rapport au plan passant par l'axe du tube adjacent. Les coudes 14 qui réunissent deux tubes sont donc inclinés par rapport à la verticale. A la jonction des tubes et des coudes, la surface extérieure du revêtement métallique 18 comporte une succession de facettes parallèles au plan tangent à deux tubes adjacents. De préférence, des ailettes 19 radiales délimitées également par des faces parallèles à ce plan tangent sont formées lors du moulage à intervalles réguliers le long du serpentin. Les éléments intérieurs 8 , ainsi que le* éléments extérieurs 10 comportent alors des ailettes 19 sur leurs deux faces opposées. Le démoulage est aisément effectué par ouverture latérale du moule, dégageant les ailettes et le revêtement, le serpentin restant prisonnier de celui-ci. Lors du moulage, le serpentin est également muni de deux flasques d'extrémité 20 et 22, de forme générale rectangulaire. Les éléments 10, destinés à former les extrémités de droite et de gauche du corps de chauffe comportent en outre, à leur partie inférieure et à leur partie supérieure, une bride 24, 25 longitudinale, respectivement, de fixation, l'une, 24, sur le foyer 1, et l'autre, 25, sur le dôme 6. Ces brides sont traversées par des vis de fixation 26. Un joint d'étanchéité 28 est intercalé entre les brides supérieures 25 et les flasques 20 et 22 et le dôme 6. Les flasques 20 et 22 de tous les éléments 8 et 10 sont identiques et ont une largeur légèrement supérieure à celle du revetement 18, de sorte qutils peuvent facilement être exactement juxtaposés et qu'ils délimitent entre les serpentins adjacents des conduits 29 en zig-zag sens1Dlement identiques pour le passage des fumées.Le nombre des éléments 8 peut varier selon la puissance désirée pour la chaudière à réaliser. Le corps de chauffe peut par exemple ne comporter qu un seul élément 8 entre les deux éléments extérieurs 10 ou, au contraire, en comporter un très grand nombre, ce nombre étant toujours supérieur d'une unité au nombre des brûleurs 2 du foyer. Tous les éléments 8 et 10 du corps de chauffe sont réunis entre eux à leur partie inférieure et à leur partie supérieure par deux collecteurs 30 et 32 d'entrée et deusortie du fluide, respeetivement. Le collecteur supérieur 30 et le collecteur inférieur 32 sont identiques et comportent (Fig. 3 et 4) un orifice 34 correspondant à chacun des éléments, ainsi qutun orifice d'entrée 36 ou de sortie du fluide échange de chaleur, qui est parallèle aux orifices 34 de communication avec le ser pentinmais est percé sur la paroi opposée. Ces collecteurs 30 et 32 comportent également plusieurs ajutages 38 permettant le montage de dispositifs de réglage ou de controle, non représentés. Chacun des collecteurs comporte, autour de l'orifice 34, une gorge 40 dans laquelle vient s'emboîter l'extrémité repliée vers ltextérieur du tube 12a ou 12b d'entrée ou de sortie dans le serpentin. Ce tube dépasse en effet légèrement au-delà du corps de l'élément, c'est-à-dire en fait du revêtement de métal coulé, et est écrasé parallèlement à celui-ci entre lui et le collecteur correspondant. Un -joint d'étanchéité serré entre le rebord 42 du tube et le collecteur 30 ou 32, complète l'étanchéité entre ces organes. Chacun des collecteurs est vissé sur les éléments du corps de chauffe par au moins deux vis 48, qui traversent des trous 50 percés de part et d'autre de l'entrée du serpentin suivant une ligne oblique. De préférence, les éléments 10 comportent en plus un troisième trou 52 permettant une fixation plus rigide. Les deux collecteurs 30 et 32 sont de préférence disposés du même côté du corps de chauffe. A l'extrémité opposée de celuici, chacun des éléments 8 ou 10 est muni entre les coudes 14 d'un oeillet 44 ménagé lors de la coulée. Une tige 46 terminée par une taste et filetée à son extrémité libre, est enfilée dans les oeillets 44 successifs et un écrou, vissé sur cette tige, maintient les éléments les uns contre les autres. Les tubes 12, de même que les coudes 14, sont réalisés en un métal léger tel qu'un alliage d'aluminium. Par suite, l'ensemble du corps de chauffe présente un poids réduit. Son encombrement peut, par ailleurs, également être réduit du fait que la surface d'échange thermique est utilisée au maximum et que sa longueur est augmentée par la présence des ailettes, ce qui lui assure un rendement optimal. La réalisation est par ailleurs moins coûteuse et plus simple que celle des corps de chauffe classiques du fait de l'économie considérable réalisée par la suppression du noyau de sable et de l'opération de retrait de celui-ci, ainsi que par la facilité d'utilisation des alliages légers. De plus, la constitu- tion du corps de chauffa au moyen d'éléments identiques juxtaposés permet son adaptation à des chaudières de types divers et surtout de puissances extrêmement différentes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un élément d'échange de chaleur pour chaudière de chauffage central, qui consiste à former, d'une part, une rangée de tubes parallèles, de même diamètre, et d'autre part des coudes, de même diamètre interne que les tubes, ayant un rayon de courbure extrêmement faible; à emboîter à la presse les coudes sur les extrémités de deux tubes adjacents pour former un serpentin; à placer ce serpentin dans un moule de coulée et à couler autour de celui-ci un alliage léger formant un revêtement d'épaisseur sensiblement constante autour de chaque tube, ainsi que des flasques d'extrémité, tout en maintenant ouvertes les deux partis extrêmes du serpentin; puis-à retirer l'élément du moule, le serpentin restant prisonnier. 2. Procédé suivant la revendication 1, qui consiste à former à l'extérieur de chaque coude, des ergots de prolongement de l'axe de ses faces extrêmes; à pousser à la presse les coudes au moyen de ces ergots contre les tubes en vue de les emboîter sur ceux-ci; puis à centrer le serpentin dans le moule au moyen desdits ergots et à couler le métal autour du serpentin. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la rangée de tubes est ondulée, les axes des tubes étant décalés alternativement dans un sens et dans l'autre par rapport à un plan passant par l'axe du tube adjacent. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que des ailettes radiales ayant leurs faces extérieures parallèles à un plan tangent à deux tubes adjacents sont formées lors de la coulée du revêtement. 5. Elément d'échange de chaleur fabriqué suivant le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tubes de même diamètre, disposés parallèlement mais légèrement décalés les uns par rapport aux autres dans le plan vertical, qui sont reliés deux à deux par des coudes de même diamètre interne et de faible rayon de courbure, et qui sont noyés avec ces coudes dans un même revêtement, des ailettes radiales solidaires de ce revëtement, et des flasques d'extrémité, de section rectangulaire, portés par ledit revêtement. 6. Elément suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le revêtement a une épaisseur sensiblement constante autour de chaque tube. 7. Corps de chauffe réalisé au moyen d'éléments suivant l'une des revendications 5 et 6, qui comporte deux éléments extrêmes munis chacun d'une bride longitudinale à leur partie supérieure et d'une bride longitudinale à leur partie inférieure, et au moins un élément interne juxtaposé et serré entre ces deux éléments d'extrémité,des passages de fumée en zig-zag mais de direction générale perpendiculaire à celle des tubes des éléments, ménagésentre ces éléments, un collecteur supérieur fixé sur l'en- semble des éléments à la sortie de tous les serpentins, ainsi qu'un collecteur inférieur fixé sur tous les éléments à l'entrée des serpentins. 8. Corps de chauffe suivant la revendication 7, qui comporte à l'extrémité opposée aux collecteurs, une tige de serrage parallèle à ces collecteurs qui traversent-des oeillets ménagés dans le revêtement, entre deux coudes adjacentes. 9. Corps de chauffe suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que chaque collecteur comporte un orifice de communication avec chaque serpentin etunegorge circulaire ménagée autour de cet orifice, un joint d'étanchéité étant placé dans cette gorge entre le collecteur et le bord replié du tube correspondant. 10, Chaudière comprenant un corps de chauffe suivant l'une des revendications 7 à 9, comportant deux éléments extérieurs munis de brides de fixation et au moins un elément interne ménageant un certain nombre de passages de gaz chauds un foyer comprenant des brûleurs en nombre correspondant à celui des passages de gaz chaud relié au corps de chauffe par les brides inférieures des éléments extérieurs etundome d'évacuation des fumées fixé de manière étanche au-dessus du corps de chauffe.