Brevet FR2602313A1 — publié le 19880205

APPAREIL RECUPERATEUR DE CHALEUR POUR INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE La présente invention est relative au domaine technique de la récupération de la chaleur émise par une source chaude, en vue de son transfert à un fluide caloriporteur chargé d'assurer le fonctionnement d'une installation de chauffage, plus spécialement, mais non exclusivement, de locaux d'habitation. La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux appareils récupérateurs de chaleur, en vue de les rendre plus appropriés à la fonction devant être assumée, tout en leur conférant des caractéristiques de robustesse et de fiabilité dans le temps, améliorées par rapport aux résultats procurés par les appareils connus à ce jour. Les perfectionnements selon la présente invention visent,- en outre, à améliorer les caractéristiques de récupération de la chaleur perdue et, de plus, à rendre possible, un réglage éventuel de la récupération des calories perdues, afin d'adapter les caractéristiques de récupération et de transfert en fonction des conditions de fonctionnement d'une source chaude et/ou de l'installation de chauffage devant être alimentée par un tel appareil récupérateur de chaleur. Les perfectionnements selon la présente invention visent, également, à rendre possible l'exécution d'un appareil récupérateur de chaleur qui puisse être intégré à une chaudière mono ou polycombustible, à foyer fermé, du type de celles ordinairement mises en oeuvre dans les installations de chauffage de locaux ou, encore, à une chaudière de type à foyer ouvert en constituant alors, soit un simple appareil de récupérateur, soit, éventuellement, un insert d'adaptation du type des caissons récupérateurs occupant la totalité du foyer ouvert. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, l'appareil récupérateur de chaleur conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un échangeur au moins en partie occupé par un fluide caloriporteur primaire et comportant un vase haut d'admission-expansion, un collecteur bas de sortie et un faisceau d'échange reliant le vase au collecteur, - une enveloppe entourant l'échangeur pour délimiter une enceinte de circulation pour un fluide caloriporteur secondaire d'une installation de chauffage à laquelle l'enveloppe est raccordée, - des moyens de prélèvement de calories à partir d'une source de chaleur, en partie au moins situés à un niveau inférieur à celui de l'échangeur et occupés par le fluide caloriporteur primaire, - et un circuit de circulation entre l'échangeur et les moyens de prélèvement et incluant un déversoir à seuil réglable disposé dans le vase d'admission-expansion en relation avec l'orifice d'admission du fluide caloriporteur primaire. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation d'un exemple de réalisation de l'appareil récupérateur de chaleur conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation prise, sensiblement, selon la Ligne 11-11 de la fig. 1. La fig. 3 est une demi-élévation demi-coupe montrant, à pLus grande échelle, un détail de réalisation de l'un des éléments constitutifs de l'objet de l'invention. La fig. 4 est une coupe-élévation transversale montrant, à échelle différente, une variante de réalisation de-l'exemple selon la fig. 1. La fig. 5 est une coupe-élévation transversale illustrant une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 6 est une élévation prise selon la ligne VI-VI de la fig. 5. Les fig. 1 à 3 montrent un premier exemple de réalisation de l'appareil de récupération de chaleur pour installation de chauffage. Cet appareil comprend un échangeur de chaleur 1 constitué par un vase haut 2, d'admission et d'expansion, relié par un faisceau d'échange 3 à un collecteur bas 4. De préférence, le vase 2 et le collecteur 4 se présentent sous une forme cylindrique tubulaire, sensiblement de même diamètre. Le faisceau 3 peut être constitué de plusieurs façons différentes, mais, selon une réalisation illustrée, il est composé d'une pluralité de tubes 5 s'étendant parallèlement les uns aux autres, entre le vase 2 et le collecteur 4 avec lesquels ils communiquent.L'échangeur 1 est placé pour que son plan occupe une position verticale, de telle sorte que tous les tubes 5 se trouvent disposés dans un même plan et que le vase 2 et le collecteur 4 possèdent leurs axes orientés selon une direction horizontale. Les éléments constitutifs de l'échangeur de chaleur 1 sont réalisés en une matière présentant un très bon coefficient de conductivité thermique et, par exemple, en cuivre, en aluminium, en alliage de ces métaux ou, encore, en acier. L'échangeur de chaleur 1 est réservé à la circulation d'un fluide caloriporteur primaire constitué par de l'huile amenée à pénétrer dans l'échangeur par un orifice d'admission 6 situé, par exemple, dans l'axe du vase 2. Le fluide caloriporteur primaire est astreint ensuite à suivre les tubes 5, dans le sens de la flèche f1, pour être ensuite repris par le collecteur 4 qui possède un orifice de sortie 7. Les orifices 6 et 7 sont raccordés, par un circuit de circulation 8, à des moyens 9 de prélèvement de calories à partir d'une source chaude S. Le circuit 8 est constitué d'un tube d'amenée 10 et d'un tube de reprise 11. Les moyens 9 sont disposés, au moins en partie, en dessous du niveau bas de l'échangeur 1. L'appareil récupérateur de chaleur comprend, par ailleurs, une enveloppe 12 entourant L'échangeur 1, afin de délimiter, autour de ce dernier, une enceinte 13 raccordée par des tubulures basse d'entrée 14 et haute de sortie 15 à une installation de chauffage non représentée. L'enceinte 13 est prévue pour la circulation d'un fluide caloriporteur secondaire, tel que de l'eau appartenant à l'installation de chauffage qui peut comporter des moyens 16 de régulation thermostatique sensibles à la température du fluide caloriporteur secondaire à LLintérieur de l'enceinte 13. Selon une forme de réalisation préférée, l'enveloppe 12 est principalement constituée par deux panneaux latéraux 17 qui sont rapportés, de façon étanche, sur le vase 2 et Le collecteur 4, en étant complétés par deux parois transversales 18. De cette manière, l'enceinte 13 entoure totalement le faisceau d'échange 3 en délimitant, entre les tubes 5, des couloirs de circulation 19. Dans la réalisation illustrée par la fig. 1, l'enveloppe 12 comprend, par ailleurs, un fond 20 permettant d'inclure totalement le collecteur 4 dans l'enceinte 13. Selon une disposition constructive de l'invention, le circuit de circulation 8inclut un déversoir 21 à seuil réglable, disposé dans le vase d'admission-expansion 2, en relation avec l'orifice d'entrée 6. Le déversoir 21 comprend, par exemple, un tube 22, de préférence d'àxe sensiblement -horizontal, relié à l'orifice 6 par un manchon 23 étanche déformable. Le tube 22 est porté par un tube de suspension 24 traversant la partie supérieure de ta paroi du vase 2, à l'extérieur duquel elle est associée à des moyens 25 de réglage de sa longueur interne au vase 2. Selon l'exemple illustré par la fig. 3, la tige 24 peut être montée par une rotule 26 dans un étrier 27 solidaire du tube 22. La tige 24 peut être prolongée par une tige filetée 28 coopérant avec un écrou de butée 29 traversant la partie supérieure de la paroi du vase d'admission-expansion 2. Les moyens de prélèvement 9 sont adaptés à la source S et peuvent, en cohséquence, présenter des structures variables. Dans l'exemple, illustré par la fig. 1, la source S est constituée par une matière solide combustible, telle que du bois, destinée à être placée et à se consumer dans le foyer ouvert d'une cheminée. Dans un tel cas, il est avantageux de réaliser les moyens de prélèvement 9 sous la forme d'une batterie de tubes 30 réalisés à la manière de chenêts traditionnels. Les tubes 30 peuvent être prévus pour s'élever parallèlement à une plaque de foyer 31, de façon à aboutir à un collecteur de reprise 32 à partir duquel s'étend la canalisation 10. Le retour du fluide caloriporteur est assuré par la canalisation 11 aboutissant à un répartiteur 33 raccordant les extrémités basses des tubes 30. L'appareil récupérateur de chateur conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Préalablement à la mise en fonctionnement, les moyens de prélèvement 9, le circuit 8 et en partie l'échangeur 1 sont occupés par le fluide caloriporteur primaire constitué par de l'huile. Le niveau de remplissage de l'ensemble ainsi formé est déterminé par la position de l'orifice de sortie du tube 22 réglé par l'intermédiaire des moyens 25. Le remplissage du circuit primaire, ainsi constitué, est assuré par l'intermédiaire d'un bouchon 34 adapté à la partie supérieure du vase d'admission-expansion 2. De façon à assurer la fonction d'expansion, le circuit primaire ainsi constitué laisse toujours subister une zone libre à la partie supérieure du vase 2. La chaleur émise par la source S est prélevée par conduction et rayonnement par le fluide caloriporteur primaire, à partir des tubes 30. Il se produit donc, initialement, une montée en température progressive du fluide caloriporteur primaire qui subit une augmentation de volume compensée par le vase d'expansion 2. Selon des conditions de fonctionnement physiquement connues, la montée en température produit une circulation par thermosiphon, de sorte que le fluide caloriporteur échauffé s'élève dans la canalisation 10 pour être distribué dans le vase 2 par l'intermédiaire du déversoir 21. La circulation s'établit ensuite dans le sens des flèches f1 à travers les tubes 5, jusqu'au collecteur 2 chargé de ramener le fluide caloriporteur primaire dans les moyens 9 par la canalisation 11. Selon le réglage apporté par le moyen 25, le tube 2 peut posséder un orifice de sortie s'établissant sensiblement sur l'axe du vase 2 ou en-dessous ou au-dessus de ce dernier. La modification de la position de l'orifice de sortie permet de faire varier les conditions de circulation par thermosiphon et, par conséquent, d'imposer au fluide caloriporteur primaire une montée en température plus faible ou plus grande, selon que l'orifice de sortie se trouve situé en-dessous ou au-dessus de l'axe de l'orifice 6. Ceci permet donc de régler, dans une certaine plage, la température du fluide caloriporteur primaire. Lorsque les conditions ci-dessus ont été établies, le fluide caloriporteur secondaire est mis en circulation par les moyens appropriés connus, de telle manière qu'il éntre par la tubulure 14 dans l'enceinte 13. A l'intérieur de cette enceinte, le fluide caloriporteur primaire est astreint à un déplacement, dans le sens de la flèchef2, c'est-à-dire à contrecourant par rapport au sens de circulation du fluide caloriporteur primaire. Le fluide caloriporteur secondaire Lèche ainsi toute la surface utile d'échange de l'échangeur 1 et prélève, par conduction, les calories que le fluide caloriporteur primaire lui a cédé. Le fluide caloriporteur secondaire est chauffé à une température qui peut être réglée par l'intermédiaire des moyens de régulation 16. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, la mise en oeuvre des moyens techniques décrits ci-dessus et, principalement, le recours à un fluide caloriporteur primaire constitué par de l'huile, ainsi que la présence, en tant que capacité d'admission de ce fluide, d'un vase 2 à fonction d'admission et d'expansion, associé au déversoir à position réglable, permettent de conférer des conditions de circulation et d'échange particulièrement favorables au prélèvement d'un nombre maximal de calories à partir de la source S et au transfert, par échange, de ces calories prélevées au fluide caloriporteur secondaire chargé de les céder à l'installation d'utilisation. L'appareil récupérateur de chaleur, organisé comme décrit ci-dessus, présente la caractéristique d'être compact, résistant et de pouvoir être mis en oeuvre dans des installations de structures et d'applications variées. En outre, le recours à un fluide caloriporteur primaire constitué par de l'huile permet de supprimer l'oxydation par point de rosée du circuit 8 et de l'échangeur et d'éviter, dans l'application à une chaudière brûlant du bois, la carbonisation provoquée par le retour froid d'un fluide caloriporteur constitué par de l'eau. Par ailleurs, il devient possible de tirer profit de la meilleure inertie thermique de l'huile pour entretenir une température de combustion plus élevée permettant la suppression des dépôts de goudrons sur les moyens 9. Dans l'exemple illustré par la fig. 1, il s'agit d'adapter l'appareil récupérateur à un foyer ouvert d'une cheminée dans laquelle les moyens 9 représentent les chenêts ou la grille de support du combustible solide. Une variante d'une telle application est illustrée par la fig. 4, dans laquelle le circuit 8 comprend, entre le collecteur 32 et l'orifice 6 d'admission, une dérivation flexible 35 menant à un échangeur suspendu 36. Un tel échangeur suspendu peut être constitué de nombreuses façons différentes, de manière à récupérer de la chaleur à partir de la source S, notamment par convexion et rayonnement. Les fig. 5 et 6 montrent un autre exemple d'exécution dans lequel les moyens de prélèvement 9 sont réalisés sous la forme de tubes 37 organisés en boucles parallèles, de manière à pouvoir ceinturer ou entourer le foyer 38 fermé d'une chaudière 39 de type traditionnel, fonctionnant avec tout type de combustible approprié. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Appareil récupérateur de chaleur pour installation de chauffage, caractérisé en ce qu'il comprend : - un échangeur (1) au moins en partie occupé par un fluide caloriporteur primaire et comportant un vase haut (2) d'admission-expansion, un colecteurbas (4) de sortie et un faisceau d'échange (3) reliant le vase au collecteur, - une enveLoppe (12) entourant l'échangeur pour délimiter une enceinte (13) de circulation pour un fluide caloriporteur secondaire d'une installation de chauffage à laquelle l'enveloppe est raccordée, - des moyens (9) de prélèvement de calories à partir d'une source de chaleur (S), en partie au moins situés à un niveau inférieur à celui de l'échangeur et occupés par le fluide caloriporteur primaire, - et un circuit (10) de circulation entre l'échangeur et les moyens de prélèvement et incluant un déversoir (21) à seuil réglable disposé dans le vase d'admission-expansion en relation avec l'orifice d'admission du fluide caloriporteur primaire. 2 - Appareil récupérateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déversoir (21) à seuil réglable est constitué par un tube (22) disposé dans le vase (2), raccordé à l'orifice d'admission (6) de ce dernier par un manchon (23) étanche, déformable, et associé à des moyens (25) de réglage de la position de son orifice de sortie à l'intérieur du vase. 3 - Appareil récupérateur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage (25) comprennent une tige de suspension (24) fixée au tube (22) et traversant la paroi supérieure du vase (2) à l'extérieur duquel elle est associée à des moyens (28, 29) de réglage de sa longueur à l'intérieur du vase. 4 - Appareil récupérateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) comporte une tubulure basse d'admission (14) et une tubulure haute (15) de sortie associée à des moyens (16) de régulation thermostatique sensible à la température du fluide caloriporteur secondaire à l'intérieur de l'enceinte. 5 - Appareil récupérateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prélèvement (9) sont constitués par des tubes (30) organisés en boucles (37) pour ceinturer le foyer d'une chaudière. 6 - Appareil récupérateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de prélèvement (9) sont constitués sous la forme de chenêts d'une cheminée à foyer ouvert.