Brevet FR2440534A1 — publié le 19800530

L'invention a pour objet un échangeur de chaleur plus précisément destine aux chaudières mixtes à gaz. Dans les chaudières mixtes à gaz réalisant simultanément ou separément les deux fonctions de chauffage central à eau chaude et/ou de fourniture d'eau chaude à usage domestique, il est connu d'assurer dans un même corps de chauffe les échanges de chaleur entre les gaz de combustion provenant d'un brûleur et un tube à ailettes dans lequel circule l'eau de chauffage, de même qu'entre ce tube et un échangeur tubulaire interne dans lequel circule l'eau de puisage. Ce type d'échangeur de chaleur interne tel'que décrit danse brevet français n 1 316 031 au nom de la demanderesse est constitué d'un faisceau de petits tubes rectilignes, parallèles à l'axe du tube à ailettes et réunis en série.Pour améliorer la convection de l'eau sur les surfaces d'échange compri- ses dans le tube à ailettes, il est connu de disposer sur ces petits tubes rectilignes un reseau de fils -par exemple en forme de ressorts- jouant le rôle de générateurs de turbulence. Cette disposition, bien que donnant toute satisfaction sur le plan de l'efficacité des échanges thermiques, est toutefois coûteuse à réaliser car elle nécessite l'introduction de ces ressorts sur chaque section de tube préalable- ment à leur pliage ou à leur assemblage en série,cette opération ne pouvant en outre aisément être menée par une machine automatique. Cet inconvénient a conduit la demanderesse à rechercher une solution donnant toute satisfaction à la fois du point de vue dela qualité de l'échange thermique obtenu et de celui de sa realisation industrielle. Pour améliorer les échanges thermiques en augmentant les surfaces d'échanges et les turbulences d'un fluide en circulation, entre un tube externe et un tube interne, il est bien connu de conformer un tube interne pour qu'il presente des ondulations formant une surface d'allure générale helicoldale à une ou plusieurs spires, la surface développée de ce tube interne étant de ce fait supérieure à celle d'un tube lisse pour une longueur axiale identique. Mais dans le cas d'un faisceau de tubes rectilignes en serie dispo- ses dans un tube cylindrique à ailettes comme indiqué plus haut, les ondulations respectives de deux petits tubes rectilignes adjacents, risquent de s'imbriquer trop étroitement les unes dans les autres et s'opposer à la circulation de leau dans le tube à ailettes. Dd-autre part, le pliage en extrémité de tubes préalablement conformes est difficile àréaliser et risque de provoquer une irrégularité d'epaissSeur du tube, génératrices de fuites éventuelles. L'invention concerne donc un echangeur de chaleur utilisant dans un tube à ailettes ou circule le fluide primaire, un faisceau de petits tubes rectilignes en série pour la circulation de fluide secondaire munis d'ondulations permettant d'éviter l'emploi des fils ou des ressorts générateurs de turbulence. Selon une caractéristique particuTiere de l'invention, les ondulations portees par deux sections de tubes rectilignes adjacents, sont orientées et posi tionnées les unes par rapport aux autres pour qu'il n'y ait pas imbrication entre les spires adjacentes et que les surfaces d'échange soient ainsi augmentées afin d'intensifier la convection de l'eau à l'intérieur du tube à ailettes. Selon une autre caracteristique particulière de l'invention, l'imbri- cation de spires voisines est evitée par le fait que les ondulations de chaque section de tube sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal du tube et que les sens d'inclinaison de es ondulations sont opposés entre deux tubes adjacents. D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une fonne de réalisation en réfé- rence au dessin annexé qui représente une vue ecorchée en perspective de l'echangeur. Le tube 1 sur lequel sont rapportées des ailettes non représentées, constitue le tube externe dans lequel circule le fluide primaire du circuit de chauffage. A l'intérieur de celui-ci est disposé un faisceau de petits tubes rectilignes 2a, 2b, 2c... parallèles a l'axe de tube 1 et réunis en série par des sections coudées 3. Ces petits tubes forment un serpentin parcouru par le fluide secondaire (eau de puisage) pénétrant et sortant de l'échangeur par les embouts d'extrémité 4.Pour faciliter la réalisation du serpentin, est prévu coaxialement au tube 1 un noyau rigide longitudinal de positionnement 5 enveloppé par les sections de tubes 2a, 2b... qui se repartissent tangentiellement à la face cylindrique interne du tube I.Pour faciliter la réalisation de l'échangeur et pour que les sections coudées 3 aient un rayon de courbure voisin de celui du tube 1 chaque petit tube rectiligne est en série avec un tube-rectiligne qui lui est dia létralenient oppose. Les sections de tube rectiligne 2a, 2b, 2c, portent des ondulations extérieures s'étendant sensiblement transversalement par rapport à l'axe longitudinal du tube. Ces ondulations ne sont portées que par les parties rectilignes des tubes, à l'exclusion des sections coudes 3, qui sont de simple coudes tubulaires soudés aux sections rectilignes, ou qui sont obtenues par cambrage d'une zone non munie d'ondulations d'un tube rectiligne. Ces ondulations sont en outre inclinées par rapport à l'axe longitudinal. Comme le montrent les axes représentes, les inclinaisons de deux sections de tubes voisins 2a, et 2b, ou 2b et 2c, etc... sont de sens opposé par rapport à l'axe longitudinal des tubes de telle sorte qu'il ne puisse y avoir d'imbrication entre les ondulations de deux spires adjacentes, mais que au contraire, -du fait de ces inclinaisons opposées, deux tubes adjacents (2a, 2b) soient en contact par la partie supérieure de leurs ondulations, ce qui ménage dans les gorges entre leurs ondulations, un espace pour le fluide primaire et ce que intensifie par conséquent les échanges thermiques entre ce fluide primaire et lesdits tubes. Suivant une variante de réalisation, des résultats sensiblements identiques sont obtenus en alternant entre tubes adjacents des ondulations perpendiculaires à l'axe longitudinal des tubes et des ondulations inclines sur cet axe, avec n'importe quel sens d'inclinaison. L'invention englobe toutes variantes de realisation notamment en ce qui concerne le pas des ondulations, leur inclinaison, et leur espacement. REVENDICATIONS 10) - Echangeur de chaleur pour chaudière mixte à gaz comportant dans un tube à ailettes un faisceau de petits tubes parallèles, raccordés en serie par des coudes de raccordement, pour la circulation du fluide secondaire, caractérisé par le fait que les tubes 2 portent dans leur partie rectili gne, à l'exclusion des sections coudées 3, des ondulations s'étendant sensiblement transversalement à l'axe longitudinal desdits tubes. 20) - Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les ondulations portées par deux sections de tubes rectilignes adjacents (2a, 2b), (2b, 2c)... sont orientéesles unes par rapport aux autres pour qu'il n'y ait pas d'imbrication entre les spires adjacentes de chaque tube. 30) - Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que les ondulations portées par deux sections de tubes rectilignes adjacents (2a, 2b), (2b, 2c)... sont inclinées sur l'axe longitudinal des tubes, en sens oppose les unes par rapport aux autres. 40) - Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par Te fait qu'il y a alternance, entre tubes adjacents (2a, 2b), (2b, 2c)... d'ondulations perpendiculaires à l'axe longitudinal des tubes et d'ondula tions inclines sur cet axe.