Brevet FR2500922A1 — publié le 19820903

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur et les chauffe eau munis de tels échangeurs. Les chauffe eau constitués d'un ballon généralement cylindrique et d'échangeurs de forme hélicordale sont bien connus. Les échangeurs sont maintenus en place de plusieurs manières ; soit le serpentin est rigide (acier) et l'échangeur se trouve supporté par les tubes d'entrées et sorties soit le matériau est plus fragile cuivre, inox mince) et la fixation doit entre renforcée par des pattes ou des tringles soudées ou encore par des éléments intermédiaires vissés ou boulonnés. Le meilleur échange calorifique est obtenu avec le cuivre mais ce matériau est délicat å maintenir en position sans soudure. De tels chauffe eau à échangeurs en tube cuivre fixés par soudure présentent plusieurs inconvénients. - D'une part, l'échauffement produit lors des soudures n- gendre un dépôt de carbone à l'intérieur des tubes de l'é- changeur et le fluide qui y circule lors du fonctionnement est pollué par le carbone. Il est toujours possible de procéder a un nettoyage mais c'est une opération coûteuse. - D'autre part, la pression et le débit de ce fluide étant variable il en résulte une contrainte autour du point de fixation. Pour l'échangeur qui selon les cas vibrd ou est soumis à des "coups de béliers", ces tensions peuvent être préjudiciables pour la fiabilité des chauffe eau. - Enfin, on constate fréquemment une attaque des différents matériaux constituants ces systèmes à la suite de phéno mènes d'électrolyse notamment au niveau des soudures. L'un des objectifs de la présente invention est de permettre la réalisation de chauffe eau (Fig. 1) ne présentant pas ces inconvénients. L'échangeur selon l'invention est un serpentin de forme hélicordale (6). Entre deux spires consécutives sont placées au moins 3 cales sur lesquelles chacune de ces deux spires peuvent s'appuye. Les cales (l) sont reliées entreelles par des tringles (2) parallèles à l'axe du serpentin le long desquelles elles peuvent librement glisser. Afin d'obtenir une rigidité maximum de l'assemblage à l'aide d'un serre-joint toutes les cales sont comprimées et maintenues serrées par des plaquettes en acier (7) soudées à chaque extrémités sur les tringles. Ces cales sont fabriquées dans une matière isolante afin d'éviter les contacts entre métaux causes de détérioration par électroposivité. Les chauffe eau selon l'invention comportent un réservoir et un ou des échangeurs dont la fixation au réservoir est assurée par l'intermédiaire d'armatures spéciales. Dans un mode de réalisationpréférenciel suivant la présente invention est réalisé un nouvel échangeur de chaleur caractérisé par une construction composée d'un serpentin de forme hélicoSdale (6) ayant entre deux spires consécutives au moins trois cales (1) sur lesquelles chacune de ces deux spires peuvent s'appuyer, les dites cales étant reliées entreelles par une armature métallique spéciale. Ce nouvel échangeur de chaleur suivant l'invention est caractérisé en ce que les cales (i) sont fabriquées dans une matière isolante et de préférence en POLYPROPYLENE. La conception des armatures est telle que les cales en sont prisonnières et que l'ensemble assure à 1'écllangeur une bonne rigidité. L'invention sera mieux comprise par la description qui va suivre d'une réalisation préférée faite en référence aux figures. a figure 1 - planche I représente la coupe schématique d'un chauffe eau av@c la position des échangeurs concentriques et leur fixation sur la cuve (3). La figure 2 - planche Il montre la position du tube (6) ente deux cales (l) et l'interval (8) disponible poul le serrage. a figure 3 - planche II montre un assemblage de cales dans une armature avec sa fixation (3) sur la cuve ainsi que la plaquettes (7) maintenant les cales serrées sur les tubes. La figure 4 - planche II montre la position des armatures (2) sur une spire d'un échangeur. La figure 5 - planche II représente une cale (l) avec ses gorges (4) et (5). Ce chauffe eau (Fig.1) est composé d'une cuve ou réservoir en acier de forme cylindrique d'une hauteur au moins égale au diamètre de la virole. Les échangeurs sont constitués de tube cuivre de qualité courante qui ont la forme d'un serpentin hélicoidal, de cales et d'armatures0 Les cales (1) ont une forme générale parallèlépipédique présentant des gorges sur les 4 faces latérales. Sur deux faces opposées une gorge supérieure et inférieure (4) de section demie-circulaire est destinée à recevoir le tube du serpentin. Sur deux faces latérales opposées une gorge (5) également de section demie-circulaire permet aux cales de s'encastrer dans les tringles (2) de l'armature.La matière utilisée pour la confection des cales est du POLYPROPYLENE. Les armatures sont constituées de deux tringles (2) parallèles formant glissière 1 maintenues à écartement régulier par des plaquettes (7) et (9) l'ensemble est en acier de même nature que celui de la cuve (acier ordinaire). La fonction des cales dans les échangeurs est de maintenir on position ferme toutes les spires du serpentin. Pour cela les formes de demie-section du tube cuivre et des gorges des cales ne sont pas absolument identiques. Les cales pre- sentent une section en forme exacte d'un demi cercle (4) alors que le tube après avoir été faqonné se trouve avoir ume forme légèrement ovale. Il en résulte pour un marne rayon que les serpentins ne peuvent s'encastrer totalement drns les gorges des cales et qu'il reste une marge de serrage dispo nible entre deux cales (8). Dans le cas ou les tubes des serpentins auront des sections parfaitement rondes, le rayon de la gorge (4) de la cale (1) sera légèrement inférieur A celui du tube afin d'obtenir une bonne liaison par déformation de la cale lors du serrage. Les cales assurent également une isolation entre les mitaux constituant le serpentin et l'armature et élimine le risque de corrosion par électroposivité. Les tringles (2) d'une armature ont une double fonction éviter le déplacement des cales après montage et leur donner la possibilité de glisser lors du serrage pour réduire le jeu et éviter le flottement. L'écartement des deux tringles est maintenu par des plaquettes intermédiaires (9) dans lesquelles ont été aménagé des trous permettant aux tringles de coulisser. Sous la pression d'une serre-joint l'ensemble sera comprimé et fixé définitivement par soudure aux extrémités d'une plaquette formant arrêtoir (7). Les échangeurs ainsi constitués avec leurs armatures seront fixés par les extrémités des tringles (10) (Fig.3) qui seront assemblées soit séparément sur la cuve soit en combinaison entre la cuve et plusieurs échangeurs, Cet assemblage sera facilement et sans inconvénient réalisé par soudure. Une autre possibilité de fixation de l'échangeur peut Autre réalisée dans le cas d'éléments modulaires sur des cuves de grandes capacités (Fig.6 Pl.III). Un support central (il) avec des branches (12) et un cercle en tube {i3) permet de suspendre échangeur à une platine (14) positionné sur le trou d'homme (15). Ces chauffe eau sont constitués de cuve de volume très variable en fonction de ltutilisation que l'on désire en faire. Les sections et longueurs ainsi que le nombre des échangeurs a l'intérieur d'une me cuve pourra varier suivant les besoins. Ces chauffe eau répondent particulièrement bien a la récupération d'énergie sur les fluides caloporteurs et spécialement des installations frigorifiques. Ils permettent des combinaisons multiples et répondent par la possibilité d'utilisation en double échange de satisfaire aux obligations des règles d'hygiène et de sécurité. Cette invention a également l'avan- tage de permettre de réaliser facilement des échangeurs de grandes dimensions. Tous ces échangeurs peuvent être placés dans des cuves ayant toutes les formes désirées. Ils peuvent avoir des applications très variées a des niveaux de température relativement élevées dans les limites de la résistance des mátériaux et répondre ainsi a de nombreux cas d'utilisation. La présente invention permet de réaliser des échangeurs ainsi que des chauffe eau munis de tels échangeurs ou les risques de pollution internes des tubes des serpentins et la dégradation des liaisons à l'intérieur de la cuve entre les différents métaux ou soudures par le phénomène d'électroposivité sont supprimés. Cette construction particulièrement rigide et résistante faisant appel à ces cales isolantes pour la liaison des serpentins sur les cuves garantie une fiabilité du montage. Dans tous les passages des parois des cuves les liasons d'étanchéité des tubes des échangeurs sont faites de l'extérieur. REVENDICATIONS 1 Nouvel échangour de chalour caractérisé par @ue construc tion composé d'un serpentin do forme hélicoïdale (6) ayant @ntre deux spires consécutives au moins trois cales (1) (Fig.5) sur lesquelles chacune de cas deux spires penvent s'ap5 puyer les dites cales étant reliées entre-elles par une ar @@ture métallique spéciale. 2 Nouvel échangeur de chaleur @uivant la evondication n 1 caracté: isé en ce çue les cales (1) somt fabriquées dans une @atiè@e isolant@, 3 Nouvel échangeur de chaleur suivant la revendication n 2 caracté@isé en c@ qu@ ladite matière isolante @st du POLY PROPYL@N@. 4 Nouvel échangeur de chaleur auivant l'une des rovendica tions n 1 à 3 caractérisé @n c@ que les cal@s ont une forme tell@ qu'elles porm@ttont de maimtonir en position f@rme toutes les apires du serpontim. 5 Nouvel échangeur de chaleur auivant la revendication n 4 @@actérisé en ce que les cales ont use forme générale pa @allèlépipédique présontant des gorg@s sur les 4 fa@@@ la térales les gorges supérieures et inféri@ures (4) de @@c- tion demi@-ci culaire situées sur 2 faces opposées étant dostinées à rec@voir la tube du s@@pentin et les gorges (5) des deux faces latérales également de section demic-circulaire pe@mettont aux cales de a'encastrer dans deux tringles (2) conatituant l'armature. 6 Nouvel éc@angeur de chaleur suivant la r@vendication n 5 caractérisé en ce que le rayon des gorges supérioures et inférieurca (4) de la cale (1) est légèremant inférieur au rayon axtérieu@ de la @@otion du tube du serp@ntin. 7 Nouvel échangeur de chale@r suivant l'une des ranvendications n 1 à 6 caractérisé en ce que les armatures sont caonçues de telle manières que les cales en soient prisonnières et as- surent à l'échangeur une bonne rgidité. S Nouvel échangeur de chaleur suivant l'une des *evendica- tions n 1 à 7 caractérisé en ce que les armatures sont constituées de deux tringles (2) en acier de section ronde posi- tionnées parallèlement a l'axe du serpentin et enserrent les cales ces tringles formant glissières, étant maintenus à écartement réguliers par des plaquettes en acier (7) et 19), les cales ainsi que les plaquettes coulissant sur les tringles lors du serrage de l'ensemble avant fixation par soudure des plaquettes (7) à l'extrémité des tringles , Chauffe eau ou réservoir muni d'un ou plusieurs échangeurs suivant l'une des revendications n 1 à 8 du type comportant une cuve et un échangeur caractérisé en ce que les échangeurs sont fixés sur la cuve par l'intermédiaire des armatures má- talliques, cette fixation pouvant se faire soit séparément, pour chaque changeur, soit par la fixation d'un échangeur sur l'autre. 10 Chauffe eau ou réservoir muni d'un ou plusieurs échan- geurs suivant la revendication n 9 caractérisé en ce que dans tous les passages des parois des cuves les liaisons d'étanchéïté des tubes des échangeurs sont faites de l'extérieur.