Brevet FR2491606A1 — publié le 19820409

La présente invention concerne un dispositif deetiné la recuperation de la chaleur résiduelle des gaz et fumées a la sortie des chaudières. Sachant que la température des gaz brumés est en moyenne de l'ordre de 200 9 300e, il a éte créé depuis de nombreuses années, des dispositifs pour récupérer une partie de cette chaleur perdue et de ce fait, économiser une certaine quantité d'énergie qui de nos jours, compte tenu de l'évolution du coût des combustibles, devient une nécessité. Dans les dispositifs des connus, l'échange de température est resolu sous formes ler d'un serpentin en spirales dans lequel circule de l'eau, celui ci se trouvant a I'extérieur ou à l'intérieur d'un conduit de fumée annexe ou existant. Dans ce cas les surfaces de récupération sont limitées aux surfaces du conduit de fumée.L'échange de température reste minime, du fait que la majeure partie des gaz chauds s'évacuent directement ou au moyen d'une installation très conséquente qui entrainerait a) un amortissement a trop long terme, b) un emcombrement trop important non applicable dans la plupart des installations existantes, sachant que de nombreuses chauditres sont séparées de la gaine d'évacuation par une faible distance ( té ou coude du commerce courant ) 2e De tubes horizontaux ou verticaux traversant un réservoir d'eau, à l'intérieur desquels circulent les gaz et fumées. Dans ce cas la possibilité de récupération de chaleur peut être plus importante, mais non maximale du fait, que la encore, une partie des gaz s'évacue directement, leur circuit n'étant pas chicané. Le dispositif objet de l'invention permet de récupérer le maximum de chaleur sans formation de condensation, tout en ayant un très faible encombrement. Il s'intègre avec facilite dans la majorité des installations existantes sans aucune modification de celles-ci, ni règlage, ni adjonction d'autres éléments, puisque le dispositif devient partie intégrante de l'installation déj existante bénéficie des instruments de contrôle et de sécurité de celle-ci. I1 suffit de bi-passer l'eau de retour la chaudière par le récupérateur tout en conservant l'installation d'origine, ce qui permet un apport supplémentaire important d'eau chaude, diminuant les temps de marche et augmentant les temps d'arrêt de la chaudière, d'off un gain très important d'énergie. La technique, d'auprès l'invention, consiste à faire circuler l'eau de retour dans un conduit de fumée annexe. L'arrivée d'eau se fait a la partie haute du dispositif et circule de haut en bas dans des tubes droits, disposes horizontalement en nappes étagées. Ces tubes traversent de part en part le conduit, aboutissent de chaque coté dans un collecteur qui fait office de boite de distribution, grace a des chicanes horizontales contraignant ainsi l'eau a circuler nappe par nappe, permettant ainsi une récupération progressive et maximale la sortie du récupérateur, du fait que les fumées circulent de bas en haut a l'intérieur de celui-ci. Les tubes contenant l'eau de retour entant aussi disposés en quinconce obligent ainsi les fumées à serpenter entre chaque tube, ce qui permet d'exploiter au maximum l'échange thermique. Cette disposition particulière a été calculée avec un coefficient de passage pour compenser le ralentissement de la vitesse d'évacuation des gaz et fumées. La section de passage entre les tubes de chaque nappe étant toujours supérieure a la section du conduit de fumée imposé par la règlementation. Du fait que l'eau est elevee progressivement en température et que les fumées sont elles aussi refroidies progressivement mais å contre sens, d'autre part que le recuperateur est intégré dans le circuit général, le volume qu'il contient ainsi que la masse metallique qui le constitue gardent en permanence la température de la chaudière a la sortie des fumées, evitant ainsi la formation de condensation, supprimant tout risque de corosion et permettantainsi d'utiliser des matériaux en acier A 42 CP pour la construction du récupéra- teur. Les dessins annexes reprbsentent, fig. 1 l'incorporation du dispositif 3 dans une installation entre la chaudière 1 et le conduit de fumée 2. Le recu pérateur fixé directement sur la buse de sortie 4 de la chaudière est raccorde au conduit de fumee par un te 5 ayant 1 son extrémité un régulateur de tirage 6 pour parfaire au bon rendement du dispositif. Tel qu'il est représenté dans la fig.2 vue de face avec éclatement et à la fig.3 vue suivant F avec double éclatement, le dispositif comporte un corps 7 en forme parallélépipedique qui permet un maximum d'echange dans un minimum de volume, ayant a sa partie haute une hotte 8 qui fait office de chambre d'evacuation. Les faces B et C du corps faisant office de plaques tubulaires sur lesquelles sont soudes ou serties les nappes de tube 9. Sur chacune de ces deux faces est adapté un collecteur 10 à l'intérieur duquel les chicanes 11 sont fixées pour permettre la circulation nappe par nappe de l'eau se trouvant à l'interieur des tubes 9. Des purges 12 sont adaptees sur chaque collecteur à leur partie haute, pour permettre l'evacuation de l'air au moment de la mise en fonctionnement. A la partie haute d'un collecteur : l'arrive d'eau refroidie 13. A la partie basse : la sortie de l'eau chaude 14. Les collecteurs sont démontables pour permettre une éventuelle réparation de tube defectueux, un joint assure la parfaite étanchéité de l'ensemble. La partie basse du dispositif comporte une zone exempte de tube faisant office de boite d'admission des gaz. A l'intérieur de celle-ci une tôle de forme parabolique 15 évite les turbulences et diffuse convenablement les gaz arrivant par la manchette 16, à l'intérieur de l'échangeur. Les faces A et D du corps sont démontables pour permettre un nettoyage de l'ensemble. La face inférieure du corps servant d'appui pour la fixation du dispositif dans l'installation. Une jaquette 17 recouvre l'ensemble avec à l'intérieur un isolant 18 pour éviter toute perte de chaleur. A titre d'exemple non limitatif, on va decrire succinctement deux prototypes ayant fonctionné une saison d'hiver sur deux installations différentes. Après plusieurs essais sur les matières à employer et la conception de ces récupérateurs, nous avons été amenés à choisir, premièrement pour les matières : de l'acier A 42 CP pour le corps de l'appareil et les collecteurs, les tubes eux, étant en acier A 106 grade B. Ces aciers ont une bonne résistance mécanique et une bonne tenue en température. Seul le déflecteur rep.15 pour un problème d'allègement a été choisi en acier inoxydable légèrement réfractaire du type Z6 CNDT 18-12 d'une épaisseur de 8/10e de millimètre (l'acier A 42 CP n'existant pas dans cette épaisseur). Deuxiemement pour la conception nous avons choisi une forme parallelepipèdique de dimensions : Hauteur 64 cm, largeur 39 cm, profondeur 24 cm. A l'intérieur nous avons placé 13. nappes de tubes d'une section de 19 mm de diamètre donnant une surface d'échange d'environ 2 M2 pour un volume d'eau de 9 litres. La position des tubes en quinconce et suivant un pas triangulaire de 34 mm a été adoptée afin de ne pas freiner le passage des gaz et fumées et afin de n'entrainer aucune perturbation ni déréglage de l'installation existante. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans toutes les installations ayant besoin d'une production d'eau chaude obtenue au moyen d'un brûleur à fuel ou à gaz. Les renseignements ci-dessus sont donnés à titre purement indicatif et ne sont pas limitatifs. R E V E N D I C A T I O N S 1. Récupérateur de chaleur résiduelle des gaz et fumées, inséré entre une chaudière et son conduit d'évacuation, permettant une récupération maximum des calories, grace à une très grande surface d'échange dans un très faible volume, pouvant être inséré avec facilité dans les installations existantes ou à venir et fonctionnant sans formation de condensation, ses parties démontables permettent le contrôle et le nettoyage de la zone de chauffe, caractérisé en ce que le moyen de récupération maximale est du à un dispositif de tubes (9) dans lesquels circule l'eau de haut en bas, disposés horizontalement en nappes étagées et en quinconce, traversant de part en part un conduit de fumée annexe dans lequel les fumées et les gaz sortent par la buse (4) arrivent dans la chambre d'admission et sont diffusés par le déflecteur parabolique (15) dans une direction verticale de bas en haut, serpentent entre les nappes de tubes (9) et sont réceptionnés dans une chambre d'évacuation tronconique (8). 2. Récupérateur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de tubes (9) comporte à chaque extrémité un collecteur (10) faisant office de boite de distribution, grace à des chicanes horizontales contraignant l'eau à circuler nappe par nappe. 3. Récupérateur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que son branchement est réalisé sur l'installation d'origine sans aucune modification, à l'exception de by-passer le circuit de retour à la chaudière par le récupérateur. L'eau de retour entre par le piquage (13) pénètre dans les collecteurs (10) puis par nappes successives dans les tubes (9) et sort par le piquage (14) en récupérant le maximum de calories le long de ce parcours. La température de l'eau s'élève progressivement pour atteindre son maximum dans la zone la plus chaude, c'est a dire la chambre d'admission à la sortie de la buse (4), cette eau de retour réchauffée est réintroduite directement à l'entrée de la chaudière ce qui exclut tout risque de surchauffe, de vaporisation ou de montée en pression. Le récupérateur faisant partie intégrante de l'installation est soumis aux élé- ments de contrôle et de sécurité de la chaudière et est protégé par ceux-ci. 4. Récupérateur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la disposition des tubes en quinconce permet de récupérer le maximum de calories transportées dans les gaz et fumées, sans entrainer aucune perturbation dans l'évacuation de ceux-ci, ni les ralentir grace à une section de passage pour chaque nappe supérieure à la surface du conduit de fumée imposée par la règlementation. 5. Récupérateur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'absence de condensation est due à l'élèvation progressive de la température de l'eau circulant de haut en bas et inversement au refroidissement des gaz et fumées circulant de bas en haut dans le récupérateur d'autre part, celui-ci étant intégré dans le circuit général, le volume d'eau qu'il contient ainsi que sa masse métallique qui le constitue, garde en permanence la température de la chaudière, même au niveau de la chambre d'évacuation (8) des gaz et fumées. 6. Récupérateur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les côtés A et D du dispositif sont amovibles permettant ainsi la visite et le nettoyage de l'ensemble. L'entraxe des nappes de tubes horizontales facilite le passage des accessoires de nettoyage.