Brevet FR2503856A1 — publié le 19821015

La présente invention concerne un échangeur thermique destiné a réchauffer un fluide au moyen d'un autre fluide qui circule à une température différente, ce fluide du circuit primaire étant, dans le cas particulier de l'invention is+UÇdeun dispositif en place, dont l'utilisation normale produit unVsous pression, à une température suffisamment importante pour réchauffer un liquide. Les fluides gazeux chauds,sont dans de nombreux cas inutilisés, et sont simplement dissipés, au plan thermique, dans l'atmosphère. Citons particulièrement les echappements de moteurs thermiques, fixes ou non, les compresseurs ou autres machines analogues, ainsi que les évacuations d'air ou autres gaz chauds issus notamment de l'exploitation de fours industriels, dotés d'une ventilation forcée. L'inutilisation de ces calories représente une lacune importante dans le bilan énergétique de ces diverses installations. L'échangeur thermique, objet de l'invention, permet d'éviter ces inconvenients, et d'améliorer le rendement global des dispositifs et moyens de production pour lesquels le fonctionnement est inévitablement générateur de calories. L'échangeur thermique suivant l'invention a donc des applications diverses, celle qui va servir de support ce descriptif technique utilise comme source d'energie, un gaz d'échappement de moteur thermique, ou l'air, comprimé par un compresseur dont 1 'usa- ge produit un échauffement important. Cet échangeur comprend un circuit primaire constitué d'un pot d'échappement ou d'un "cyclone", (dans le cas d'un compresseur), plongeant et traversant un réservoir dans lequel circule le liquide à réchauffer. Le fond de ce réservoir est soumis au flux gazeux chaud du circuit primaire, au moyen d'un déflecteur dispose en partie inférieure, du caisson bas. Le rechauffement du fond de cuve, et donc de la masse inférieure de liquide favorisant la circulation naturelle de ce liquide qui monte vers le haut de la cuve après réchauffement. L'arrivée du liquide se fait par le bas, la sortie après chauffage par le haut du réservoir constituant le circuit secondaire du dispositif. Ceci étant une première variante, une autre variante comporte un simple collecteur de gaz chauds réchauffant le réservoir par le fond sans le traverser. La conception de cet échangeur fait appel dans ce descriptif à l'utilisation d'un réservoir sous pression dans lequel est réchauffé le fluide du circuit secondaire. Ceci n'est pas une obligation, une cuve à l'air libre convient dans le cas ou les fluides utilisés ne présentent pas de dangers particuliers compte tenu de leur agressivité chimique et de leur température maximale d'utilisation. Le dessin annexe 1/2 est une vue d'ensemble de l'échangeur selon une première variante. Le dessin annexé 2/2 represente des variantes de l'échangeur sans chauffage interne. Tel qu'il est représente sur le dessin 1/2, l'échangeur comprend un circuit primaire de gaz chauds arrivant en 1 par la tuyauterie d'alimentation. Une manchette souple 2 filtre les vibrations générées par le moteur ou le compresseur. Une crosse d'en trée 3 amène le flux gazeux à l'intérieur de l'ensemble, le flux traverse alors le pot d'échappement ou le "cyclone" 4,le premier échange thermique se faisant à travers les parois de cette pièce, réalisée en matériau à forte conductibilité afin d'obtenir selon les cas le meilleur echange, et particulièrement compte tenu du débit du flux, la pièce 4 qui peut être un pot à chicanes classiques ou un "cyclone" dans lequel un dispositif helicoldal provoque la rotation du flux, peut faire l'objet d'une conception combinée de ces deux principes.Le montage et 1 'interchangeabilité de cette pièce 4 sont facilités par la disposition "entre brides", 5 et 6, elles-mêmes reliées par des tirants 7. Après avoir traversé coaxialement l'échangeur par son axe vertical, le flux gazeux est dispersé sur un cône de déflexion 8, de façon à réchauffer le fond du réservoir 9. Afin d'eviter des deperditions, le cône 8, est fixé au fond de cuve par des pattes 10, qui constituent ainsi un moyen de conduction directe entre le cône 8 et le fond du réservoir. Le flux gazeux achève son circuit dans l'échangeur en sortant par l'orifice inférieur 11.Le réservoir 9 constitue l'enveloppe du circuit secondaire (fluide à réchauffer), ce fluide étant introduit en 12 par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 13, évitant d'éventuelles réinjections du fluide chaud ou accidentellement pollué, dans le circuit d'alimentation. Après réchauffage et circulation naturel- le vers le haut, le fluide ressort de l'échangeur par i'intermé- diaire d'une crépine 14, dont le rôle est d'éviter l'entrainement de particules en suspension vers le circuit d'utilisation isolé par un robinet 16. Le montage de la pièce interchangeable 4 à l'intérieur du réservoir 9, se fait par un orifice en partie suprieure constitué d'une virole à bride 16. Cette virole est ob turée par une plaque boulonnée 17.Cette plaque reçoit un robinet de dégazage 18, permettant l'échappement de l'air au moment du remplissage en fluide secondaire. Cet ensemble sous pression comporte en outre une soupape de sureté 19, et d'autres prises de températures ou de pression (non représenté ) utilisables pour la securite ou la regulation. La liaison etanche entre la crosse 3 et la plaque de fermeture 17 est réalisée par une manchette souple 20, destinée à compenser de façon efficace les écarts de dilatation entre le circuit primaire de l'échangeur et l'envelop- pe constituant le réservoir 9. Le caisson inférieur 21, à 1 'inté- rieur duquel circule les gaz chauds, est assemblé sous le réservoir 9 par des brides boulonnées, 22, 23. Au delà de l'orifice inférieur 1I, le gaz refroidi poursuit son cheminement jusqu'à son point d'utilisation. Dans le cas d'un moteur thermique, il est alors simplement évacué dans l'atmosphère, dans le cas d'un compresseur, il alimente la cuve de stockage de gaz comprimé par l'intermédiaire d'un moyen anti-retour 24 destiné à éviter le refroidissement de 1 'échangeur par le contact du gaz comprime dont le retour serait defavorable sur le plan thermique. Quand l'échangeur est intallé à la sortie d'une pompe à vide, un clapet 25 maintient une certaine pression à l'intérieur du circuit primaire, et empêche le refroidissement par retour en cas d'arrêt de la pompe. D'une façon générale, toutes les parties chauffantes de 1 changeur, sont recouvertes d'un calorifuge 26. Tel qu'il est représenté sur le dessin 2/2, l'echangeur peut être conçu de façon simplifiée en fonction des besoins et des possibilités d'installation. Fig : 1 : le circuit primaire alimente en gaz chauds un distributeur 27 répartissant le flux circulairement. Celui-ci penétre dans le caisson inferieur par l'intermédiaire des tubes d'injection 28. Après avoir réchauffe le fond du réservoir 29, le flux ressort du caisson par la sortie 30. L'alimentation en liquide du circuit secondaire se fait en bas du réservoir par l'entrée 31, après réchauffage et circulation vers le haut, ce fluide sort par la tubulure supérieure 32. Fig 2 : Le circuit primaire alimente en gaz chaud un distributeur 33, par une ou plusieurs entrées 34, le flux est injecté dans le caisson 35 par une série de tubes 36. Après avoir réchauffé les parois et donc le contenu du réservoir 37, ce flux rejoint le collecteur d'evacuation 38, par l'intermédiaire des tubes 39. Le flux gazeux est évacué ou canalisé vers son point d'utilisation par la tuyauterie 40. L'entrée du circuit primaire se fait au point bas du réservoir 37 par l'arrivée 41 la sortie par la tuyauterie 42. Notons que des déflecteurs (non représenté) favorisent le cheminement du fluide secondaire à la périphérie du réservoir. L'échangeur thermique selon l'invention peut être utilise dans tous les cas où le fonctionnement d'un moteur, d'un compresseur, de machines à pistons en général , produit de façon inévitable de la chaleur accumulée dans un fluide gazeux sous pression. C'est le cas particulièrement des installations fixes ou mobiles utilisant des moteurs thermiques, groupes électrogènes, machines de production de gaz comprime ou de vide. C'est aussi le cas de certaines installations industrielles comme les fours électriques utilisés pour l'émaillage de fils, où des masses importantes de calories sont évacuées dans l'atmosphère par ventilation forcée, ceci constituant une perte d'énergie importante, pénalisant le rendement des installation et par là même leur rentabilité. L'énergie "récupérable" grâce à cet échangeur peut être utilisée à toutes fins industrielles ou domestiques, ne serait ce que pour la climatisation de locaux, la conversion des calories en frigories étant un procédé connu en soi qui permettrait, associé à ce type d'échangeur d'utiliser de façon rationnelle 1 'énergie consommée. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique, comportant circuit primaire, alimenté en gaz chaud sous pression, constitué d'une arrive tubulaire (1) et d'un premier étage d'échange thermique (4) traversant coaxialement un réservoir sous pression (9) contenant un fluide liquide à réchauffer, dont la circulation entre le bas, niveau d'alimentation froid et le haut, rechauffé, se fait naturellement,comportant en outre un dispositif de réchauffage du fond de réservoir (9) conçu de telle façon que le flux de gaz chaud du circuit primaire (1) est dispersé vers le fond du réservoir (9) par l'action d'un cône de déflexion (8), constituant un deuxième étage de réchauffage, caractérisé en ce que le gaz chaud sous pression alimentant le circuit primaire, émane d'un dispositif industriel ou d'un moteur thermique, d'une façon genérale d'une machine à pistons alternatifs dont le fonctionnement normal est tel qu'il se produit un échauffement important du gaz, qu'il s'agisse d'un gaz chauffé par compression, cette production calorifique ayant une origine fonctionnelle et inévitable. 2. Echangeur thermique suivant revendication 1, caractérisé par le fait que la source de chaleur utilisée pour alimenter le circuit primaire est normalement dissipée dans l'atmosphère, ceci constituant dans ce cas un facteur défavorable du bilan energetique d'une installation ou d'un moteur, ou se produit dans une phase quelconque du fonctionnement, une élévation de température.