Brevet FR2310537A1 — publié le 19761203

La-présente invention se rapporte à un -élément échangeur de chaleur pour chaudière du type constitué par un corps creux en alliage d'aluminium coulé sous pression, présentant une forme générale aplatie et comportant deux parois principales opposées sensiblement rectangulaires et garnies d'ailettes extérieurement, ce corps comprenant à une extrémité deux bossages creux munis de manchons transversaux prévus pour l'entrée de l'eau sur l'un des bossages et pour la sortie de l'eau sur l'autre bossage, cet élément échangeur étant destiné à être réuni à d'autres éléments identiques pour former un paquet suivant une disposition dans laquelle les parois principales de chaque élément sont sensiblement verticales et où leurs ailettes s'étendent verticalement de manière à définir des conduits de fumées ascendants dans chaque intervalle entre deux parois principales opposées face à face qui appartiennent respectivement à deux éléments adjacents, et dans laquelle les manchons d'entrée et de sortie sont raccordes entre eux pour définir un collecteur inféXeur d'entrée de l'eau et un collecteur supérieur de sortie de l'eau. On connaît déjà des éléments échangeurs de ce type dans lesquels les parois principales sont parallèles entre elles et définissent un conduit de passage de l'eau à l'intérieur du corps et des conduits de passage des fumées entre deux éléments adjacents, mais où ces conduits sont de section constante aussi bien pour l'écoulement de l'eau que pour l'écoulement des fumées. Cette configuration n'est pas idéale du point de vue de l'efficacité de l'échange thermique parce que l'eau se dilate en s'échauffant dans son passage dans les éléments et que sa vitesse croit donc progressivement tandis que les fumées se refroidissent au contraire en passant entre les éléments et que, par conséquent, leur volume se rétracte et leur vitesse diminue. Pour optimiser l'efficacité de l'échange athermique, il serait au contraire souhaitable que l'eau et les fumées s'écoulent à des vitesses constantes sur toute la longueur de leurs conduits respectifs. Le problème que l'invention se propose de résoudre est de realiser un élément échangeur pour chaudière qui présente une efficacité d'échange thermique supérieure à celle des (liements du mee type construits suivant la technique antérieure. Suivant l'invention, ce problème est résolu par l'utilisation d'un élément échangeur, caractérisé en ce que la cavité intérieure du corps est subdivisée par une cloison transversale qui s'étend sur une partie de la longueur du corps à partir de l'extrémité de ce corps qui est muni des bossages creux, cette cloison reliant les deux parois principales et en ce que ces parois principales divergent de telle sorte que la cavité intérieure du corps constitue dans la zone qui ne contient pas cette cloison, un conduit dont la section croît dans le sens de l'écoulement de l'eau et que chaque conduit de fumées formé entre un élément et l'élément adjacent présente une section décroissante dans le sens de l'écoulement des fumées. L'élément échangeur suivant l'invention permet d'opti- miser l'efficacité de l'échange thermique, d'une part, grâce à la présence de la cloison transversale qui empêche l'eau de passer directement d'un bossage creux au suivant et, d'autre part et surtout, grâce au fait que les conduits présentent une forme permettant d'obtenir un écoulement a vitesse constante pour l'eau et les fumées. 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 coupe verticale longitudinale d'une forme préférée de réalisation de l'élément échangeur suivant l'invention - la figure 2 est une coupe horizontale longitudinale suivant la ligne Il-Il de la figure 1 , sur laquelle on a représenté en partie une coupe analogue d'un élément échangeur adjacent - la figure 3 est une vue en bout prise suivant les flèches III-III de la figure 1 et à plus grande échelle que sur cette figure - la figure 4 est une coupe verticale transversale suivant la ligne IV-IV de la figure 1, et à plus grande échelle que sur cette figure ; et - la figure 5 est une coupe partielle analogue à la coupe de la figure 2 et à plus grande échelle que sur cette figure, mais qui représente une variante. Suivant l'exemple d'exécution représenté sur les figures 1 à 4, l'élément échangeur suivant l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 10 est constitué par un corps creux en alliage d'aluminium coulé sous pression, de forme générale aplatie. La cavité intérieure de ce corps est délimitée par deux parois principales opposées 12 et 14, deux parois étroites d'extrémités 16 et 18 et deux parois longitudinales 20 et 22. L'élément 10 est destiné à être réuni à d'autres éléments identiques en un paquet (sur la figure 2, on a représenté partiellement un autre élément du paquet désigné par la référence lOa) suivant une disposition dans laquelle les parois principales 12 et 14 de chaque élément échangeur sont sensiblement verticales. Le paquet d'éléments ainsi réalisé est destiné à etre pinté dans une chaudière au-dessus d'une chambre de comme carbus- tion (non représentée). Les deux parois principales 12 et 14 présentent, co e dans la construction habituelle, des séries d'ailettes extérieures 24 et 26 respectivement qui, comme dans la construction habituelle, s'étendent verticalement sur toute la hauteur de l'élément 10 de saunière à définir des conduits de fumée ascendants dans chaque intervalle entre deux parois principales opposées qui appartiennent à deux éléments adjacents. Cette disposition est représentée sur la figure 2 sur laquelle on a représenté l'un de ces conduits, qui est délisité par la paroi principale 14 du corps 10, la paroi principale 12a du corps 10a et les ailettes 26 et 24a de ces deux parois. il convient de remarquer que les ailettes 24 et 26 des deux séries sont décalées pour conférer aux conduits de fumées une section horizontale en labyrinthe comma celle représentée à propos des ailettes 24a et 26 de la figure 2. Les fumées pénètrent dans leurs conduits avec l'allure indiquée par les flèches F1 sur la figure 4 et, à cet effet, la paroi longitudinale inférieure 20 présente un profil arrondi. Par ailleurs, à l'extrémité qui correspond à la paroi 16 l' élément échangeur présente deuxbosseges creux 28 et 30 munis de manchons transversaux 32 et 34 respectivement, qui sont prévus respectivewent pour l'entrée et la sortie de l'eau. Lorsque l'élément 10 10 est réuni aux autres éléments pour former un paquet, les manchons d'entrée et de sortie de tous ces éléments sont raccordés entre eux de manière à définir, d'une part, un collecteur inférieur d'entrée de l'eau et, d'autre part, un collecteur supérieur de sortie de l'eau. Suivant l'invention, la cavité intérieure du corps est subdivisée par une cloison transversale 36 qui s'étend sur une partie de sa longueur horizontale, à partir de la paroi d'extrémité 16, et qui relie les parois principales 12 et 14. La cloison 36 ewFteche donc l'eau de passer directement du bossage 28 au bossage 30 de sorte que l'eau est contrainte b circuler de la façon indiquée par les flèches F2 sur la figure 1. En outre, suivant l'invention, les parois principales 12 et 14 sont divergentes, ainsi qu'on peut sieux le voir sur la figure 4, de sorte que, dans la zone qui ne contient pas la cloison 36, la cavite intérieure du corps constitue un conduit dont la section croit dans le sens de l'écoule- ment de l'eau et que chaque conduit de fume for'sé entre un élément et l'éléMent adjacent présente une section décroissante dans le sens de l'écoulement des fumées. Coque on peut mieux le voir sur les figures 3 et 4, les bords extérieurs des ailettes 24 et 26 divergent tout d'abord par rapport aux parois principales 12 et 14 à partir du côté inférieur de l'élément 10 et, dans leur partie finale, proche du côté supérieur de l'élement, ils sont parallèles et espacés d'une distance qui correspond sensiblement à l'encombrement maximal de l'elément, mesuré en largeur. Pour déliniter latéralement les conduits de fumée, les ailettes d'extrémités 38, 40 de l'ensemble d'ailettes porté par la paroi 12 et les ailettes d'extrémité 40 et 42 de l'ensemble d'ailettes porté par la paroi 14 font plus fortement saillie sur ces parois que les autres ailettes 24, 26. En particulier, et comme on l'a représenté sur les figures 3 et 4, les bords extérieurs des ailettes 38, 42 et ceux des ailettes 40, 44 sont parallèles entre eux et espaces sur toute la hauteur de l'élément échangeur d'une dis tance égale a l'encombrement transversal de l'élément. De cette façon, les ailettes d'extrémités d'un élément échangeur forment des joints avec les ailettes d'extrémités correspondantes des éléments adjacents. Cette disposition est visible sur la figure 2, sur laquelle les ailettes 42 et 44 de l'élément 10 sont disposées de manibre à former des joints à recouvrement avec les ailettes d'extrémités correspondantes 38a et 40a de l'élément lOa. Suivant une variante, les ailettes d'extrémités d'un élément échangeur sont d'une configuration approprié. et placées dans une disposition appropriée pour former des joints & encastrement avec les ailettes correspondantes des éléments adjacents du paquet. Cette variante est celle représentee sur la-figure 5, sur laquelle les parties identiques à des parties correspondantes représentées sur les figures 1 à 4 sont désignées par les mêmes numéros de référence tandis que les parties modifiées sont désignées par des numéros de référence correspondants et majorés de 100. C'est ainsi que l'ailette d'extrémité 144 présente dans son bord extérieur une rainure 144s qui s'étend sur toute sa hauteur et dans laquelle s'encastre le bord extérieur de l'ailette d'extrémité correspondante 140e de l'élément échangeur adjacent 104. De même, le bord extérieur de l'ailette 140 s'encastre dans la rainure de l'ailette d'extrémité correspondante d'un autre élément de l'échangeur et il en est de seme pour les ailettes situées à l'autre extrémité des éléments. Etant donné que les éléments échangeurs suivant l'invention sont réalisés par coulée sous pression à l'aide de moules milles qui doivent astre extraits des cavités après la solidification, au moment de la coulée sous pression, on laisse subsister dasa les corps d'alliages d'aluminium des ouvertures par où ces moules miles pourront etre extraits. En particulier, et comme on l'a indiqué sur les figures 1 à 4, la coulée de ltélément échangeur suivant l'invention s'effectue au moyen de trois moules mâles dont deux sont extraits au travers des ouvertures 46 et 48 formées dans les extrémités extérieures des bossages creux 28 et 30 respectivement tandis que le troisi & e moule mâle est extrait à travers une ouverture centrale 50 prévue dans la paroi d'extrémité 18. Dans un but de simplicité et d'economie, les trois ouvertures 46, 48 et 50 ont des formes identiques, sensiblement trapézoïdales et qui, comme on l'a représenté sur les figures 3 et 4, divergent dans le sens dans lequel divergent également les parois principales 12 et 14 de l'élément 10. Pour fermer hermétiquement la cavité intérieure de l'élément 10, ne laissant subsister que les orifices des manchons 32 et 34, on prévoit sur ces ouvertures, des couvercles en alliage d'aluminium 52, 54 et 56, tous identiques et qui présentent une forme trapézoidale correspondant à celle des ouvertures. Les couvercles 52, 54 et 56 sont fixés au corps de l'élément 10 par soudage, de préférence par soudage à l'arc. REVENDICATIONS 1. Elément échangeur de chaleur pour chaudière du type constitué par un corps creux en alliage d'aluminium coulé sous pression, présentant une forme générale aplatie et comportant deux parois principales opposées sensiblement rectangulaires et garnies d'ailettes extérieurement, ce corps comprenant à une extrémité deux bossages creux munis de manchons transversaux prévus pour l'entrée de l'eau sur l'un des bossages et pour la sortie de l'eau sur l'autre bossage, cet élément échangeur étant destiné à être réuni d'autres éléments identiques pour former un paquet suivant une disposition dans laquelle les parois principales de chaque élément sont sensiblement verticales et où leurs ailettes s'étendent verticalement de manière à définir des conduits de fumées ascendants dans chaque intervalle entre deux parois principales opposées face à face qui appartiennent respectivement à deux éléments adjacents, et dans laquelle les manchons d'entrée et de sortie sont raccordés entre eux pour définir un collecteur inférieur d'entrée de l'eau et un collecteur supérieur de sortie de l'eau, cet élément étant caractérisé en ce que la cavité intérieure du corps est subdivisée par une cloison transversale qui s'étend sur une partie de la longueur du corps 9 partir de l'extrémité de ce corps qui est munie des bossages creux, cette cloison reliant les deux parois principales, et en ce que ces parois principales divergent de telle sorte que la cavité intérieure du corps constitue, dans la zone qui ne contient pas cette cloison, un conduit dont la section croît dans le sens de l'écoulement de l'eau et que chaque conduit de fumées ménagé entre un élément et l'élément adjacent possède une section decroissante dans le sens de ltcoulement des fumées. 2. Elément échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sur chaque paroi principale, les ailettes d'extrémités de l'ensemble d'ailettes correspondant font saillie sur une distance plus grande que les autres ailettes et sont disposées de manière à former des joints avec les ailettes d'extrémités correspondantes portées par les éléments adjacents, de manière à délimiter latéralement les conduits de fumée. 3. Elément échangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes d'extrémités sont disposées de manière à former des joints à recouvrement avec les ailettes d'extrémités correspondantes des éléments adjacents du paquet. 4. Elément échangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes d'extrémité sont d'une configuration et placées dans une disposition appropriées pour for-rdes joints à encastrement avec les ailettes correspondantes des éléments adjacents du paquet. 5. Elément échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des bossages creux présente une ouverture d'extrémité et en ce que la paroi qui délimite le corps creux l'extrémité opposée & celle qui est munie des bossages creux présente une ouverture centrale, ces ouvertures étant prévues au cours de la coulée sous pression pour permettre d'extraire les moules sales correspondants de l'intérieur du corps et en ce que les trois ouvertures possèdent toutes la même forme, sensiblement trapézoItale qui divergent d'os le me sens que les parois principales de l'élément et sont fermées hermétiquement par des couvercles identiques en alliage d'aluminium qui présentent une forme trapézottale correspondante, ces couvercles étant fixés au corps de l'élément par soudage.