Brevet FR2581171A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne les dispositifs du type echangeurs incorporés dans le circuit d'évacuation de gaz chauds tels que les fumées d'un four, dans le but de récupérer les calories de ceux-ci pour les utiliser au chauffage de locaux. La recherche d'une meilleure économie d'énergie a menue à la conception de solutions techniques visant à assurer le chauffage de locaux ou la production d'eau chaude sanitaire à partir de la source d'énergie calorifique produite par les gaz ou les fumées de combustion d'un générateur.C'est ainsi que sont connus les dispositifs incorporés dans les chemines à feu ouvert, soit complémentairement à ltéquipement traditionnel de celles-ci, soit en remplacement de cet équipement ; c'est ainsi que, par exemple, la plaque foyère et/ou le contrecoeur, ou les chenets sont constitués selon une structure creuse en tôle métallique ou en fonte moulée et sont reliés à l'installation de chauffage dans le circuit de tuyauteries desservant chacun des postes tels que radiateurs ou ballon d'eau sanitaire. I1 est également connu de placer en partie supérieure de l'avaloir d'une cheminée à feu ouvert, un faisceau de tubes dans le champ des fumées, à l'intérieur desquels tubes circule de l'air, lequelest ainsi diffusé à une certaine température en partie haute du local à chauffer, à travers des buses situées sur les flancs latéraux de la hotte de cheminée. La présente invention a pour objet un dispositif récupérateur de chaleur pouvant s'intégrer dans le circuit des fumées d'un four de grande puissance calorifique tel qu'un four industriel ou un four de boulangerie, pour réchauffer l'eau d'un circuit de chauffage de locaux et/ou d'un circuit d'eau sanitaire, ledit dispositif étant équipé de moyens automatiques permettant une régulation de température de l'eau du circuit de chauffage en fonction d'un seuil de température désiré, ainsi qu'une mise hors circuit du dispositif. Le dispositif, objet de l'invention est constitue d'un caisson parallélépipédique métallique comportant deux orifices d'entrée et de sortie destinés à assurer son raccordement au conduit de fumée du four, le caisson étant équipé extérieurement d'un revêtement calorifuge. Les orifices d'entrée et de sortie sont alignés selon un axe commun déporté à une des extrémités du. caisson de façon à réserver à l'autre extrémité un volume suffisamment important pour loger le dispositif échangeur proprement dit celui-ci est constitué d'un faisceau de tubes à ailettes disposés parallèlement entre deux plaques tubulaires. L'ensemble faisceau/plaques tubulaires est prévu amovible afin de permettre toutes opérations de réfection ou de nettoyage ; à cet effet, les orifices d'entrée d'eau froide et de sortie d'eau chaude sont regroupés sur une même façade. Une vanne trois voies placée sur le circuit d'eau chaude assure une régulation de température de l'eau de chauffage ou de l'eau sanitaire : cette vanne est pilotée par une sonde positionnée sur l'orifice de sortie d'eau chaude. Un clapet basculant selon un axe parallèle aux tubes du faisceau permet selon sa position, soit un passage direct des fumées dans l'appareil en by-passant le dispositif échangeur, soit un passage des fumées à travers le faisceau de tubes : ce clapet est commandé d'une façon automatique, au moyen d'un micro-moteur asservi à un relais thermique. Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Ceux-ci représentent - en figure 1, une vue en perspective schématique de l'ensemble du dispositif, l'encombrement extérieur du caisson étant matérialisé par un tracé en éléments mixtes, pour une meilleure compréhension du dessin - en figure 2, une vue en coupe longitudinale du dispositif échangeur ; - en figure 3, une vue de détail de la plaque de façade de l'échangeur ; - en figure 4, une vue de détail de la plaque portant les canalisations de sortie et de retour d'eau chaude de l'échangeur ;; - en figure 5, une vue de détail du joint interposé entre la plaque de façade et la plaque comportant les canalisations de sortie et de retour d'eau chaude - en figure 5, une vue de détail de la plaque portant la canalisation d'arrivée d'eau froide à l'échangeur - en figure 7, une vue de détail du joint interposé entre la plaque comportant les canalisations de sortie et de retour d'eau chaude et la plaque portant la canalisation d'arrivée d'eau froide à l'échangeur - en figure 8, une vue de détail de la plaque de fond de l'échangeur ; - en figure 9, une vue de la plaque d'obturation du fond de l'échangeur ; - en figure 10, une vue de détail du joint interposé entre la plaque de fond et la plaque d'obturation du fond de l'échangeur. Tel que représenté, le dispositif comporte un caisson de forme parallélépipedique 1, dont les faces supérieure et inférieure portent respectivement, un conduit d'entrée 2 et un conduit de sortie 3, situés en regard l'un de l'autre sur un meme axe et destines à incorporer l'appareil dans le circuit d'évacuation des gaz chauds en provenance d'un four de forte puissance calorifique. Ces orifices sont implantes a proximité de l'une des extrémités du caisson ; dans le volume séparant ces conduits de l'autre extrémité du caisson, se loge le dispositif échangeur. Celui-ci se compose - de deux plaques tubulaires : une plaque de façade 4 et une plaque de fond 5, - d'une série de tubes 6 reliant les plaques, lesdits tubes étant munis d'ailettes, afin d'augmenter la surface d'échange. Cet ensemble est prévu amovible, son extraction en dehors du caisson permettant les interventions de réparations et d'entretien. Sur la plaque de façade 4, se fixe une plaque 7, avec interposition d'un joint d'étanchéité 8, lequel comporte un certain nombre de de coupes destinées a déterminer d'une façon précise les circuits de circulation d'eau chaude dans le faisceau de tubes de l'échangeur. Sur cette plaque 7, sont prévues une canalisation 9 de retour d'eau chaude vers ltéchangeur en provenance de la vanne de régulation, ainsi qu'une canalisation 10 de sortie d'eau chaude de l'échangeur. Cette plaque comporte également des orifices 11 d'arrivée d'eau froide.Le joint d'étanchéité 8 est réalisé dans une plaque d'epaisseur suffisante de façon à ce que les compartimentages obtenus par le de couplage du joint réalisent à l'extrémité du faisceau de tubes de l'échangeur, un volume suffisant pour éviter toute perte de charge dans le circuit de circulation. Sur la plaque 7, vient se fixer une autre plaque 12 faisant office de bride d'arrivée d'eau froide ; un joint d'étanchéité 13 d'épaisseur suffisante étant interposé entre les plaques 7 et 12, le volume ainsi créé débitant dans le faisceau de tubes de l'échangeur, à travers les orifices 11 situés sur la plaque 7. Sur la plaque de fond 5, se fixe une plaque d'obturation 14 avec interposition d'un joint 15, de forte épaisseur, comportant un certain nombre de découpes de façon à determiner d'une manière précise, des circuits de circulation d'eau dans le faisceau de tubes de l'échangeur. Dans l'exemple illustré, le joint d'étanchéité 8 interpose entre la plaque tubulaire de façade 4 et la plaque 7, est divisé en trois compartiments 8a, 8b et 8c ; le joint d'étanchéité 15 interposé entre la plaque tubulaire de fond 5 et la plaque d'obturation 14, est divisé en deux compartiments 15a et 15b. Dans cet exemple de réalisation, l'eau circule du compartiment 8a vers le compartiment 15a, à travers un groupe de cinq tubes 6a ; de ce compartiment 15a s'effectue un deuxième passage de l'eau vers le compartiment 8b, à travers un groupe de trois tubes 6b. L'eau exécute alors un troisième passage, du compartiment 8b vers le compartiment 15b, à travers un groupe de trois tubes 6c, pour enfin faire retour vers le compartiment 8c, à travers un groupe de trois tubes 6d ; l'eau ainsi réchauffée par quatre passages successifs dans le champ des gaz brutes, est évacuée vers les radiateurs de chauffage ou vers un ballon d'eau sanitaire a travers la canalisation collectrice 10, située sur la plaque 7. L'arrive d'eau froide sur l'appareil s'effectue à travers une canalisation 16 se raccordant sur la plaque 12 boulonnée sur la plaque 7, cette derniere étant elle-même boulonnée sur la plaque tubulaire 4, avec interposition des joints 8 et 13 ; l'eau admise dans le compartiment réalisé par le découpage du joint d'étanchéité 13 est pré-réchauffée au contact de l'eau circulant dans le faisceau tubulaire de l'échangeur et dans le compartiment 8a du joint d'étanchéité 8. L'admission de cette eau dans les tubes s'effectue a travers les cinq orifices 11 prevus sur la plaque 7 et disposés co-axialement par rapport aux tubes 6a, le diametre desquels orifices est calibré de façon a réaliser l'injection de l'eau froide, dans l'axe du flux d'eau chaude de l'échangeur. Sur la canalisation 10 de sortie d'eau chaude, de l'échangeur, en direction des radiateurs de chauffage et/ou du ballon d'eau sanitaire, sont montés dans l'ordre - un accélérateur 17, - un indicateur de température 18, - un robinet de vidange 19, - un calostat 20 commandant la mise en circuit ou hors circuit du dispositif échangeur, - une vanne trois voies 21 commandée par une son-de de température placée sur la canalisation de sortie d'eau chaude, dont le capillaire 22 ordonne l'ouverture ou la fermeture totale ou partielle de la vanne, laquelle est associée a un thermostat avec bouton de consigne, l'ensemble constituant un dispositif régulateur de température proportionnel et automoteur. La température de l'eau à la sortie de l'échangeur crée dans la sonde, une pression correspondant a la valeur de mesure, laquelle pression transmise au corps de la vanne est transformée en une force qui sert à positionner le clapet en fonction du réglage de la consigne. Cette vanne 21 travaille en mélange, le débit des canalisations 9 et 10 étant défini par le clapet de la vanne trois voies, en fonction de la température ; lorsque celle-ci augmente, la voie 9 s'ouvre et la voie 10 se ferme. La vanne trois voies peut débiter intégralement vers l:installation de chauffage par l'orifice 23. Sur la canalisation 9 faisant retour au dispositif échangeur, sont prévues une purge 24, ainsi qu'une soupape de sûreté 25, assortie d'un manomètre 26. La circulation des gaz chauds en provenance du four de forte puissance calorifique peut s'effectuer, soit en ligne directe du conduit 2 au conduit 3, soit à travers le faisceau de tubes 6 du dispositif échangeur entre lesdits conduits 2 et 3, le circuit des gaz étant déterminé par la position d'un clapet basculant 27 monté pivotant autour d'un axe horizontal 28 de façon à occuper soit la position verticale pour un passage direct des gaz de 2 en 3, soit la position horizontale, pour un passage des gaz à travers le faisceau de tubes 6 de l'échangeur. La manoeuvre de pivotement du clapet est commandée par un moteur électrique 29 asservi au calostat 20, placé sur la canalisation 10 de sortie d'eau chaude. La circulation des gaz chauds, de 2 en 3, à travers ltéchangeur est facilitée par la présence d'une paroi déflectrice 30 bi-directionnelle, le changement d'orientation de celle-ci se situant dans le plan médian horizontal du faisceau. L'accélérateur 17 est également asservi à un calostat 31 en liaison avec la canalisation d'eau chaude 10. Le dispositif, objet de l'invention, peut etre placé sur tous les conduits d'évacuation des gaz brutes, en provenance de fours de grande puissance calorifique, tels que les fours industriels, ou les fours de boulangeries, de rôtisseries ou autres. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif de récupération de calories adaptable sur le circuit d'évacuation des gaz brutes d'un four de grande puissance calorifique dans le but d'alimenter un circuit de chauffage de locaux et/ou un poste de production d'eau sanitaire et constitue, à cet effet, d'un caisson metallique parallélepipédique (1), équipé d'une isolation calorifuge exterieure et comportant sur les faces opposees, inférieure et supérieure, un conduit d'entree des gaz chauds (2) et un conduit de sortie (3) alignes sur un axe commun déporté vers l'une des extrémités latérales du caisson1 le volume du caisson situe en dehors du passage direct des gaz de l'un à l'autre de ces conduits, etant occupe par un dispositif échangeur, dont la mise dans le circuit des gaz brûlées s'effectue par la manoeuvre d'un clapet (27) basculant autour d'un axe (28) e caractérisé en ce que le dispositif echangeur est constitue d'un faisceau de tubes a ailettes (6) reliant une plaque tubulaire de façade (4) à une plaque tubulaire de fond (5), lequel faisceau de tubes est relié à des canalisations d'arrivez d'eau froide (16), de sortie d'eau chaude (10) et de retour d'eau chaude (9) groupées sur la meme façade, sur un jeu de plaques (7) et (12) dont l'empilage avec interposition de joints découpés (8) et (13) détermine en conjugaison avec les decoupes d'un joint (15) interpose entre la plaque tubulaire de fond (5) et une plaque d'obturation (14) des circuits de circulation d'eau, selon plusieurs passages successifs dans le faisceau tubulaire de l'échangeur, de façon alternée entre les plaques de façade et de fond, l'ensemble du dispositif étant asservi à des moyens de regulation de température de l'eau, en fonction d'un seuil de température désiré. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur la plaque tubulaire de façade (4) est montée une plaque (7) sur laquelle sont implantées la canalisation de sortie d'eau chaude (10) de l'échangeur et la canalisation (9) de retour d'eau chaude à l'echangeur, chacune desquelles canalisations est en communication avec une partie déterminée du faisceau de tubes de l'échangeur, en un point précis du circuit de circulation de liteau dans le faisceau, gracie à un compartimentage déterminé par les découpes exécutes sur le joint d'étanchéité (8) interposé entre la plaque tubulaire de façade (4) et la plaque (7). 3.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, prises ensemble, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (8) interposé entre la plaque tubulaire de façade (4) et la plaque (7) est un joint de forte épaisseur de façon à ce que les compartimentages obtenus par le découpage du joint réalisent des volumes suffisants pour éviter les pertes de charge dans les circuits de circulation. 4.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, prises ensemble, caracterisé en ce que sur la plaque (7) montée sur la plaque tubulaire de façade (4), est montée une plaque (12) faisant office de bride, sur laquelle est implantée la canalisation d'arrivée d'eau froide (16) laquelle est en communication avec le volume déterminé par le decoupage exécute sur le joint d'etanchéité (13) interpo- sé entre la plaque (7) et la plaque (12). 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le joint d'etanchéite (13) interposé entre la plaque (7) et la plaque (12) est un joint de forte épaisseur dont le decoupage intérieur, en forme d'étoile, permet une répartition du flux d'arrivée d'eau froide pour son injection dans le circuit d'eau chaude circulant dans l'échan- geur, à travers des orifices prévus à cet effet sur la plaque (7). 6.- Dispositif selon les revendications 4, 5 et 6, prises ensemble, caractérisé en ce que les orifices prévus sur la plaque (7) destinés à l'admission de l'eau froide dans le faisceau de tube de ltéchangeur, sont des orifices calibrés (11) disposés co-axialement par rapport à un nombre équivalent de tubes du-faisceau de l'échangeur. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (15) interposé entre la plaque tubulaire de fond (5) et la plaque d'obturation (14) est un joint de forte épaisseur de façon à ce que les compartimentages obtenus par le découpage du joint, réalisent des volumes suffisants pour éviter les pertes de charge dans les circuits de circulation. 8.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif échangeur est relié au circuit d'alimentation des radiateurs de chauffage et/ou du poste de production d'eau sanitaire par la canalisation de sortie d'eau chaude (10) reliée à un régulateur de température (21) faisant office de vanne mélangeuse. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le régulateur de température est du type proportionnel et auto-moteur, constitué d'une vanne à trois voies associée à un thermostat avec bouton de consigne commandée par une sonde de température placée sur la canalisation de sortie d'eau chaude et reliée à la vanne au moyen d'un capillaire (22), la température de l'eau à la sortie de l'échangeur créant dans la sonde, une pression correspondant à la valeur de mesure, laquelle pression transmise au corps de la vanne est transformée en une force qui positionne le clapet en fonction du réglage de la consigne, la position du clapet définissant les débits d'eau chaude vers l'alimentation des radiateurs de chauffage par un orifice (23) et/ou vers le retour d'eau chaude à l'échangeur par la canalisation 9. 10.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le basculement du clapet (27) établissant la circulation des gaz brûlés, soit en passage direct du conduit d'entrée t2) vers le conduit de sortie (3), soit à travers le faisceau de tubes de l'échangeur, est commandé par un moteur électrique (29) asservi à un relais thermique (20) placé sur la tubulure de sortie d'eau chaude (10) de l'échangeur.