Brevet FR2317601A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne un récupérateur de chaleur, notamment pour chaudière à eau utilisant un combustible, du type comportant une cuve d'eau munie d'une entrée d'eau froide et d'une sortie d'eau chaude et une pluralité de tubes de fumée disposés dans la cuve et parccurus chacun par les fumées de la chaudière. L'invention concerne plus particulièrement la récupération de la chaleur des fumées et gaz brûlés que les générateurs d'eau chaude fonctionnant, soit au fuel, soit au gaz, rejettent dans l'atmosphère. L'eau qui alimente un générateur d'eau chaude est généralement froide, c'est-à-dire à une température moyenne de huit à douze degrés C, selon les saisons. On réalise une économie importante de carburant en utilisant un récupérateur dont la fonction consiste à réchauffer cette eau avant qu'elle ne pénètre dans le générateur. Les récupérateurs connus du type susmentionné ne donnent généralement pas entière satisfaction à leurs utilisateurs ' la présente invention a notamment pour but de réaliser un récupérateur-réchauffeur-économiseur dans lequel l'échange de chaleur entre les fumées et l'eau serait maximal. Pour un récupérateur du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que la cuve d'eau est subdivisée, au moyen d'au moins une cloison, en deux parties superposées et reliées entre elles par un passage d'eau, que la partie inférieure contient les tubes de fumée et comporte la sortie d'eau chaude1 et qu'une capacité d'eau auxiliaire chauffée par les fumées circulant dans le récupérateur est reliée à la partie supérieure de la cuve d'eau par au moins deux canalisations de manière à établir une circulation d'eau par thermo-siphon entre ladite partie supérieure et ladite capacité auxiliaire. Avantageusement, des tubes de fumée periphériques débouchent par leur extrémité amont et un tube central par son extrémité aval dans une chambre de fumée commune dont la paroi opposée auxdits tubes de fumée, dite paroi réflectrice, est de préférence conformée de manière à dévier vers les tubes périphériques les fumées issues du tube central. Cette paroi réflectrice est, par exemple, bombée et délimite avantageuse:'ent la capacité d'eau, par exemple, en forme de lentille biconvexe. Ainsi, grâce à la disposition d'une pluralité de tubes périphériques entourant un tube central de fumée, ainsi que d'une capacité d'eau auxiliaire délimitée par une paroi réflectrice de fumée, le présent récupérateur assure un échange de chaleur maximal entre les fumées et l'eau. Avantageusement, la cuve d'eau est subdivisée en deux parties superposées dont la partie inférieure contient les tubes de fumée et dont la partie supérieure est reliée par au moins deux canalisations à la capacité d'eau auxiliaire de manière à établir une circulation d'eau par thermo-siphon. Cette partie supérieure de la cuve d'eau peut jouer le rôle d'une réserve de calories lorsque le courant d'eau circulant dans ladite cuve est faible ou nul. 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, dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation avec arrachement et coupe axiale verticale partiels du récupérateur selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue latérale à partir du plan II II du récupérateur de la figure 1 - la figure 3 est une vue latérale suivant la flèche F du récupérateur de la figure 1 - la figure 4 est une vue en élévation de l'élément formant capacité d'eau auxiliaire du récupérateur de la figure 1 - la figure 5 est une vue en plan et en coupe par la surface V-V de la figure 2 - la figure 6 est une vue en plan et en coupe par la surface VI-VI de la figure 2 , et - la figure 7 est une vue en plan et en coupe suivant la surface VII-VII de la figure 2 avec arrachement partiel. Les dessins représentent un récupérateur de chaleur, du type comportant une cuve d'eau munie d'une entrée d'eau froide 1 et d'une sortie d'eau chaude 2 et d'une pluralité de tubes de fumée disposés dans la cuve et parcouus chacun par le fumées d'une chaudière à eau non représentée. Les tubes de fumée comprennent un tube central 3 et plusieurs tubes périphériques 4 de diamètre plus faible que celui du tube central 3, les tubes 4 s'étendant parallèlement et à proximité dudit tube central 3 et étant parcourus par les fumées circulant en sens contraire de celui des fumées du tube central 3. Les tubes périphériques 4 débouchent par leur extrémité amont et le tube central 3 par son extrémité anal dans une chambre de fumée commune 5 qui est délimitée par une paroi périphé- rique cylindrique Sa et une paroi de fané de forme bombee @b faisaht face aux tubes de fumée 2, o. La paroi 5b, dite paroi réflectrice, est ainsi @@nf@r- mée de manière à pouvoir dévier vers les tubes périphériques é les fumées issues du tube central 3. La cuve d'eau 6 est subdivisée au moyen de trois cloi- sons 7, 8 et 9, en deux parties superposées et reliées entre elles par un passage d'eau. La paroi réflectrice 5b forme l'une des parois latérales d'une capacité d'eau en forme de lentilie biconvexe 10 qui est reliée à la partie supérieure 6a de la cuve d'eau 6, de telle sorte que s'établisse entre la partie supérieure 6a et la capacité d'eau 10 une circulation d'eau par thermo-siphon. A cet effet, l'extrémité inférieure de la capacité 10 est relié à l'extrémité inférieure de la partie 6a par un conduit 11, et l'extrémité supérieure de la capacité 10 est reliée à l'extrémité supérieure de la partie 6a par un conduit 12. Ainsi, une circulation d'eau s'établit, conformément aux flèches f1, par thermo-siphon. La partie inférieure de la cuve 6 est elle-meme subdi- visée en deux chambres 6b et @c superposées, au moyen d'une clcis@n herizenta@ 13 dans laquelle est néanmoins ménagé un pa@sa@ d'eau reliant la chambre supérieure 6b à la chambre inférieure 6c. Les tubes périphériques 4 qui sont d'axes horizontaux sont au nombre de douze et sont distribués de façon uniforme autour du tube central 3, et la cloison 13 est disposée diamètralement par rapport à l'ensemble des tubes de fumée 3, 4,de sorte que la chambre supérieure 6b et la chambre inférieure 6c contiennent chacune six tubes périphériques 4. La cuve d'eau 6 est constituée par une paroi latérale 16,17 d'axe horizontal s'étendant sur toute la longueur des tubes périphériques 4 et par deux parois extrêmes verticales formant brides 25 et par lesquelles débouchent les douze tubes périphériques 4, d'une part, dans la chambre de fumée commune 5 et, d'autre part, dans une boite à fumée de forme annulaire 14 qui entoure l'extrémité amont du tube central 3 et qui est reliée à l'atmosphère par une cheminée 15. La paroi latérale de la cuve d'eau 6 comporte une partie inférieure cylindrique d'axe horizontal 16 qui entoure les tubes de fumée 3, 4, et une partie supérieure cylindrique d'axe horizontal 17 qui se raccorde avec la partie inférieure 16 et qui délimite uniquement la partie supérieure 6a de la cuve. La capacité d'eau auxiliaire 10 est munie de trois tubulures en forme d'épingle à cheveux à côtés inclinés 18 dont les extrémités débouchent dans ladite capacité 10. Chaque tubulure 18 est disposée suivant un plan vertical et un axe horizontal et est engagée dans le tube central 3 sur une longueur dépassant celle des tubes périphériques 4. Les figures 5 à 7 annexées montrent les passages d'eau entre les chambres d'eau 6a et 6b et entre les chambres d'eau 6b et 6c. Le passage d'eau entre les chambres d'eau 6a et 6b est réalisé au moyen des trois parois 7, 8 et 9 qui sont en forme de segment cylindrique d'axe horizontal, qui sont parallèles entre elles et qui délimitent entre elles deux passages minces d'eau superposés 19 et 20 dans chacun desquels l'eau circule en sens opposé de celui de l'autre passage. Ainsi, l'eau issue de l'entrée d'eau froide 1 ou du conduit 12, se déplace dans la chambre 6a suivant les flèches f2, pénètre par l'extrémité supérieure ouverte d'un conduit vertical 21 disposé dans la chambre 6a, puis pénètre par l'ouverture inférieure 21a du conduit 21 dans le passage 19, puis pénètre dans le passage mince 20 par les ouvertures 22 ménagées dans la paroi 8 à son extrémité adjacente à la chambre de fumée 5. Après avoir traversé le passage 20, l'eau pénètre dans la chambre intermédiaire 6b par les ouvertures 23 ménagées dans la paroi 9 à son extrémité adjacente à la boite de fumée 14. Le passage d'eau reliant la chambre intermédiaire 6b à la chambre inférieure 6c est constitué par une lumière 24 qui est ménagée entre la paroi extrême côté chambre de fumée 5 de la cuve d'eau 6 et chacun des deux éléments de cloison 13 délimitant les chambres 6b et 6c. Les parois du récupérateur décrit ci-dessus sont en acier inoxydable stabilisé au titane pour obtenir une bonne résistance à la corrosion des fumées. Les deux parties de cloison 13 sont soudées sur la face extérieure du tube central 3. La partie inférieure 16 de la paroi latérale de la cuve d'eau 6 est constituée par deux demi-viroles qui sont elles-mêmes soudées sur les éléments de cloison 13. La partie supérieure 17 de la paroi latérale de la cuve 6 est soudée sur la demi-virole supérieure de la partie inférieure 16 de ladite paroi latérale. La cloison 9 fait intégralement partie de la demi-virole supérieure de la partie de paroi latérale 16. Les deux cloisons 7 et 8 épousent la forme de ladite demi-virole supérieure et recouvrent sur environ 70 et 750 cette dernière , une faible hauteur sépare l'une de l'autre les parais ou cloisons 7, 8 et 9. Les parois 7, 8 et 9 constituent un passage d'eau en accordéon permettant d'éviter la condensation d'eau pouvant se produire dans les six tubes de fumée supérieurs 4 de la chambre 6b. L'ensemble formé par la capacité auxiliaire 10 et la paroi latérale cylindrique 5a est muni d'une bride 26 permettant la fixation par boulons dudit ensemble sur la paroi extreme adjacente 25 de la cuve d'eau 6. Les tubulures 18 réalisées en tubes de faible diamètre pénètrent dans le tube central 3 sur une longueur telle que la pente des deux côtés desdites tubulures permette un bon fonctionnement du siphon, c'est-à-dire un écoulement suffisant d'eau suivant f3 Le fonctionnement du récupérateur décrit ci-dessus est le suivant : lorsque le générateur d'eau chaude associé à ce récupérateur est en marche, les fumées pénètrent dans le tube central 3 par son extrémité d'entrée 3a, chauffant ainsi la paroi de ce tube central 3, ainsi que les tubulures 18 du dispositif à siphon constitué par la capacité auxiliaire 10. Les fumées frappent de plein fouet la paroi réflectrice 5b, communiquant à cette dernière de la chaleur qui permettra à l'ensemble du dispositif à siphon de fonctionner automatiquement. Le rôle de ce dispositif à siphon est de réchauffer l'eau contenue dans la chambre d'eau supérieure 6a. Les fumées issues du tube central 3 sont ainsi détournées vers les douze tubes périphériques 4 dans lesquels des échanges de chaleur ont encore lieu entre les fumées et l'eau contenue dans la chambre inférieure 6c de la cuve d'eau 6. Les fumées sont alors évacuées par l'intermédiaire de la botte à fumée 14 et de la cheminée 15. Lorsque le générateur fonctionne sans demande d'eau chaude, les trois chambres d'eau 6a, 6b et 6c sont chauffées par les fumées, la chaleur récupérée par l'eau contenue dans ces chambres se déplaçant vers le haut par l'intermédiaire des passages d'eau aménagés entre lesdites chambres ; la chaleur s'accumule ainsi à la partie supérieure de la chambre supérieure 6a. Simultanément, le dispositif à siphon étant réchauffé par les fumées, fait sans arrêt monter de l'eau depuis l'extrémité inférieure jusqu'à l'extrémité supérieure de la chambre supérieure 6a. Lorsque le générateur fonctionne avec demande d'eau chaude, l'eau chaude demandée est remplacée par de l'eau froide qui pénètre dans la cuve 6 par l'entrée 1 et qui se préchauffe rapidement en traversant la chambre 6a, surtout lorsque ladite chambre a accumulé auparavant une grande quantité de chaleur. En cas de forte demande, la chaleur accumulée dans l'eau de la chambre supérieure 6a diminue ; le dispositif à siphon assure alors un premier préchauffage de l'eau. L'eau circulant dans la chambre supérieure 6a est encore préchauffée lorsqu'elle traverse le tube 21 qui est soudé sur la paroi 7, et cette eau est encore réchauffée lors de son passage entre les parois 7, 8 et 9. Ainsi, l'eau pénètrant dans la chambre intermédiaire 6b n'est plus froide et elle est alors directement chauffée par les six tubes de cette chambre intermédiaire 6b puis, lors de son passage dans la chambre inférieure 6c > par les six autres tubes périphériques 4, et par le tube central 3. Le récupérateur décrit ci-dessus peut être monté sur la partie supérieure d'un générateur d'eau chaude par l'intermédiaire d'un berceau adapté. I1 peut également être fixé sur un mur par l'intermédiaire d'une console ou monté sur un bâtit situé à côté du générateur d'eau. L'entrée d'eau I débouche à proximité de la sortie du conduit 12 provoquant un appel forcé d'eau à travers le siphon 10 à 12. L'eau chaude issue du conduit 12 se mélange avec l'eau froide issue de l'entrée I et circule en couche relativement mince à l'extrémité supérieure de la partie supérieure 6a. L'extrémité supérieure ouverte 21b du tube vertical 21 est située au niveau de cette couche, c'est-à-dire à proximité de la paroi supérieure de la cuve 6. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'êtredécrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Récupérateur de chaleur1 notamment pour chaudière à eau utilisant un combustible, du type comportant une cuve d'eau munie d'une entrée d'eau froide et d'une sortie d'eau chaude etune pluralité de tubes de fumée disposés dans la cuve et parcourus chacun par les fumées de la chaudière, caractérisé en ce que la cuve d'eau est subdivisée, au moyen d'au moins une cloison, en deux parties superposées et reliées entre elles par un passage d'eau, en ce que la partie inférieure contient les tubes de fumée et comporte la sortie d'eau chaude, et en ce qu'une capacité d'eau auxiliaire chauffée par les fumées circulant dans le récupérateur est reliée à la partie supérieure de la cuve d'eau par au moins deux canalisations de manière à établir une circulation d'eau par thermo-siphon entre ladite partie supérieure et ladite capacité auxiliaire. 2) Récupérateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de fumée comprennent un tube central et plusieurs tubes périphériques de diamètre plus faible que celui du tube central, s'étendant parallèlement et à proximité dudit tube central et étant parcourus par les fumées circulant en sens contraire de celui des fumées du tube central. 3) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes de fumée périphériques débouchent par leur extrémité amont et le tube central par son extrémité aval dans une chambre de fumée commune dont la paroi opposée auxdits tubes de fumée, dite paroi réflectrice, est, de préférence, conformée de manière à dévier vers les tubes périphériques les fumées issues dru tube central, cette paroi réflectrice délimitant la capacité d'eau auxiliaire. 4) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la capacité auxiliaire est munie d'au moins une tubulure en forme d'épingle à cheveux à côtés inclinés qui est engagée dans le tube central et qui débouche par ses deux extrémités dans la capacité auxiliaire. 5) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le passage d'eau reliant entre elles les deux parties de la cuve d'eau est réalisé au moyen d'au moins trois parois parallèles entre elles délimitant entre elles deux passages minces d'eau superposés dans chacun desquels l'eau circule en sens opposés de celui de l'autre passage. 6) Récupérateur dé chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes de fumée sont horizontaux. 7) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tubes périphériques sont régulièrement répartis autour du tube central. 8) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la partie inférieure de la cuve d'eau est constituée par une paroi cylindrique entourant les tubes de fumée et s'étendant sur toute la longueur des tubes périphériques et par deux parois extrêmes par où débouchent lesdits tubes périphériques, ces derniers débouchant à l'opposé de la chambre de fumée commune dans une boite à fumée annulaire entourant l'extrémité amont du tube central. 9) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la partie inférieure de la cuve d'eau est subdivisée par au moins une cloison en deux enceintes superposées reliées entre elles par un passage d'eau et contenant chacune une partie des tubes périphériques. 10) Récupérateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le passage d'eau reliant la partie supérieure à la partie inférieure de la cuve d'eau comporte un tube, de préférence, vertical qui est ouvert à ses deux extrémités et dont l'extrémité supérieure est située à proximité du sommet de ladite partie supérieure.