Brevet FR2553503A1 — publié le 19850419

L'invention se rapporteà un élément de corps de chauffe à picots imbriqués destiné à constituer par juxtaposition le corps de chauffe en fonte d'une chaudière de chauffage centrai notamment à gaz ou à mazout. Dans les éléments de corps de chauffe du type à plateaux qui équipent notamment les chaudières en fonte, on emploie déjà couramment des surfaces d'échange hérissées de picots de manière à augmenter sensiblement le rendement d'échange entre les fumées et le fluide caloporteur. Ces picots se présentent sous la forme de saillies effilées affectant par exemple la forme d'un cône. Ces saillies, de dimensions identiques, sont disposées en correspondance, c'est-à-dire en alignement face à face d'un plateau à l'autre. Un espace technique résultant de l'écartement entre deux picots opposés protège les pointes et favorise le passage des fumées. Pour des raisons de commodité et pour protéger ces picots pendant le transport, la manutention et le montage, ceux-ci sont réalisés tous de même hauteur et ne dépassent pas du plan de jonction. La largeur d'extrémités des flancs et la configuration des éléments au droit des orifices d'assemblage par les nipples détermine la distance entre les pointes de deux picots opposés. Cet espace technique, utile pour éviter le bris des picots, constitue un passage préférentiel pour les gaz de combustion qui s'échappent trop rapidement vers le haut, diminuant ainsi l'efficacité d'échange ou le rendement thermique. En effet, le passage des gaz chauds est favorisé par le couloir central libre et les semicavités ou chambres formées par deux picots successifs restent largement ouvertes et ne bénéficient pas du contact direct des gaz chauds. L'invention a pour but d'améliorer le rendement thermique des échangeurs pourvus de picots identiques en correspondance, en permettant, par une configuration appropriée aux gaz chauds d'en trer en contact avec une plus grande surface d'échan ge sur les plateaux, lesdits plateaux comportant également des picots. L'amélioration visée aux surfaces de chauffe des chaudières est atteinte par l'imbrication des picots des faces d'échange en correspondance, sans augmentation ni de la densité des picots ni de la surface totale d'échange. Une autre forme de réalisation consiste à faire alterner sur chaque face en regard, un picot long et un picot court et de présenter la disposition de manière à retrouver sur toute la surface un picot long en face d'un picot court et inversement. Entre ces deux formes de réalisation, toutes les variantes de longueur et de disposition s'avèrent possibles, l'idée générale inventive consistant à augmenter le trajet des gaz chauds et à favori viser ie contact de ces gaz avec les surfaces d'échange situées entre les picots. Le décalage pratiqué permet d'éviter qu'il ne se crée un passage préférentiel des gaz de combustion entre les picots en regard, mais, au contraire, Zd'allonger leurs trajets et de les faire traverser de la façon la plus efficace possible pour l'échange les cavités semi-fermées formées par les picots et les zones adjacentes d'échange. Plus précisément, I'invention se rapporte un un élément échangeur de chaleur présentant sur ses faces d'échange des picots identiques décalés de façon à permettre, lors de l'assemblage, une imbrication symétrique des picots dans les intervalles en regard. Dans une variante préférée, les picots sont de longueur inégale mais en regard. On obtient ce même effet de chicane pour une construction simplifiée et un risque de bris plus faible. Afin de faciliter le centrage et la mise en place lors de l'empilement pour le stockage, chaque élément est pourvu de deux tétons de centrage de longueur égale à celle d'un picot long du côté où ceux-ci dépassent du plan de connexion, Ces tétons viennent s'engager dans des encoches en regard. Les principaux avantages de l'invention sont les suivants . Augmentation sensible du rendement d'échan ge. . Possibilité de multiplier le nombre de picots pour améliorer encore le rende ment. . Faible rapport coût/efficacité en raison de la technique de moulage. Faible risque de casse en raison de la présence d'encoches de centrage. . Léger gain en poids et en facilité d'assem 6 | d9 . D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description ci-après sur deux modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins accompagnants dans lesquels . La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une jonction présentant des picots fortement imbriqués. . La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une jonction présentant des picots de longueur différente. . La figure 3 est une vue en plan d'un élément de corps de chauffe conforme à l'invention. . La figure 4 est une vue en coupe transversa le à travers l'élément de centrage. L'idée générale de l'invention consiste à supprimer le passage préférentiel des fumées et gaz chauds entre les groupements opposés de picots en formant une succession de chicanes le long des rangées verticales, horizontales et obliques de picots. Cette fonction est assurée par les formes et techniques suivantes, constituées avec des picots solidaires de la surface d'échange. Selon une première réalisation, on constitue les chicanes par des picots de longueur égaie imbriqués. Selon une deuxième réalisation, on- forme des chicanes par des picots de longueur inégale disposés face à face. Bien entendu, des variantes intermédiaires s'avèrent possibles dans le cadre de la présente invention. L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux corps de chauffe en fonte, destinés notamment aux chaudières à gaz. Ces corps de chauffe sont réalisés par assemblage de plusieurs éléments échangeurs selon l'invention, par application des techniques classiques de montage, de juxtaposition et de solidarisation. Les éléments 1 sont constitués chacun de deux plateaux 2 formant l'essentiel de l'enveloppe 3 contenant le fluide calorifique à chauffer, circulant entre les orifices inférieurs 4 et les orifices supérieurs 5. Les plateaux 2 comportent, sur leurs faces externes, conformés dans la masse, des picots 6. On examinera ci-après la première variante de l'invention représentée en figure 1 selon laquelle les picots 6 présentent tous une longueur identique. Cette longueur et la disposition relative des picots par rapport aux flancs de bordure 7 des éléments permettent de réal iser une pénétration plus ou moins importante des picots dans la zone 8 en regard, délimitée par les picots opposés voisins. Le coefficient de pénétration optimale pour l'échange calorifique se situe entre 1/2 et 3/4. Les gaz chauds de combustion circulant entre les plateaux en regard et entre les picots utilisent un parcours en chicane 9 défini par l'écartement des picots, leur position relative et la profondeur de pénétration. Ce parcours en chicane s'effectue en volume élémentaire ouvert. I I n'occasionne, par conséquent, qu 'une perte de charge supplémentaire assez faible. Pour réaliser cette imbrication, il faut que les deux conditions suivantes soient remplies simultanément : l'extrémité des picots 6 doit dépasser du plan de jonction 10 et l'écartement entre deux picots voisins doit être suffisant pour éviter l'encras- sement rapide et une perte de charge excessive. De l'augmentation de longueur des picots résulte une fragilité supplémentaire. Pour les protéger lors des manutentions, un des plateaux a été décalé en retrait par rapport au plan médian de l'élément, de sorte que sur une des faces, les picots ne dépassent plus. Si l'élément voyage toujours sur la meme face, le risque de casse se trouve notablement diminué. Lorsque l'on procède par empilement : stockage, transit ou autre manipulation, les éléments seront toujours posés dans le meme sens et, de ce fait, les picots s'imbriqueront normalement, à condi tion d'être bien centrés. A cet effet, I'élément de centrage possédera deux tétons de centrage 11 et 12, du côté où ceux-ci dépassent le plan de connexion, qui viennent s'engager dans une encoche correspondante 13 et 14 conformée de l'autre côté. La bonne position des éléments en correspondance est ainsi immédiate. Ilno ri , i .1' cllllclldllt serd i t celle de picots de longueurs inégales, alternativement longs et courts, imbriqués. Cette variante ne présente qu'un intérêt limité car définissant alternativement des zones à chicanes larges. On a envisagé une variante plus intéressante selon laquelle les picots successifs, alternativement longs et courts, se feraient face. Dans cette variante, représentée en figure 2, les picots longs et courts 15 et 16 se faisant face, délimitent des chicanes suffisantes qui augmentent encore le rendement d'échange. Cette configuration se montre encore plus avantageuse dans le cas de chaudières à brûleurs à air soufflé ou, dans le casse chaudières à ventilateur. De plus, elle permet d'augmenter le nombre de picots, ce qui assure encore une augmentation du rendement d'échange. On réalise, dans cette variante, le même aménagement permettant de réduire le risque de casse lors du transport et des manipulations notamment de l'empilement. Sur une des faces, les picots longs 15 ne dépassent pas du plan de jonction et on prévoit deux ensembles téton et encoche pour le centrage commode lors de l'empilement. On retrouve une imbrication alternée selon -laquelle un picot lony 15 est disposé entre deux picots longs voisins sur le plateau opposé. Diverses dispositions voisines ou en liaison directe avec les moyens décrits ci-dessus s'avèrent possibles, sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Elément de corps de chauffe à plateaux hérissés de picots présentant un rendement amélioré, caractérisé en ce que les picots (G) ou (15) (16) sont imbriqués pour supprimer- le passage préférentiel des fumées et gaz chauds par la création d'un parcours de cheminement en chicane. 2. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que les picots (6) sont de longueurs égales et décalés d'un plateau au plateau en regard. 3. Elément selon la revendication 2 caractérisé en ce que les picots dépassent du plan de jonction entre deux éléments successifs. 4. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que les picots sont alternativement longs (15) et courts (16) disposés en prolongement, un picot lorry en | dCe dlUII picot court. 5. Elément selon la revendication 4 caractérisé en ce que les picots longs et courts sont décalés entre eux. 6. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un téton de centrage de chaque côté (11) et (12) se . prolongeant avec une encoche réceptrice (13) et (14) pour coopérer avec le téton correspondant de l'élément adjacent en vue d'une superposition parfaite lors de l'empilement. 7. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un des plateaux est disposé en retrait par rapport au plan de jonction d'une distance telle que les picots les plus longs ne dépassent pas la protection de bordure.