Brevet FR2622682A1 — publié le 19890505

DESCRIPTION ta présente invention concerne un dispositif caractérisé par un module de production d'eau chaude. La production d'eau chaude est traditionnellement obtenue soit par des chaudières à combustibles solides tels.que le charbon, le bois ou les copeaux nécessitant de la manutention, du stockage et ltévacua- -tion des déchets, soit aussi par des chaudières à combustible liquide tel que le fuel domestique nécessitant du stockage et dégageant des odeurs environnantes désagréables, soit encore par des chaudières à gaz ou électriques dont les courts d'exploitation sont généralement onéreux. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces multi -ples inconvénients. Il comporte en effet une enveloppe cylindrique en aluminium fermée hermétiquement par soudure électrique à ses extrêmités et dans laquelle un fluide caloporteur de faible viscosité est pulsé dans une entrée tangentielle à l'enveloppe par la pression d'une pompe volumes trique d'une puissance de l'ordre de 300 watts. Sous la pression de la pompe volumétrique, le fluide calopor -teur tourne dans des gorges profondes taillées spécialement au tour selon un développé hélicoldal, créant une force centrifuge qui dchauf- -fe le fluide caloporteur par friction sur trois surfaces. Le fluide caloporteur est ensuite évacué par une sortie tangen -tielle opposée à l'entrée puis retourne à la pompe volumétrique ou il est à nouveau recyclé, s'échauffant sans cesse en circuit fermé. Dix huit tubes minces en aluminium sont reliés entre eux par des ponts soudés et traversent perpendiculièrement de part en part la vie hélicoidale. L'eau à chauffer est pulsée dans le tube mince d'entrée au moyen d'un circulateur, parcourt la longueur développée des dix.huit tubes noyés dans le fluide caloporteur échauffé par friction à une tempéra- -ture de l'ordre de 1200C et ressort par le tube d'évacuation à une température de l'ordre de 9000. Plusieurs modules de production d'eau chaude peuvent être couplés sans limitation de nombre, augmentant ainsi les capacités thermiques et les émissions calorifiques désirées en fonction des volumes à chauffer par l'intermédiaire des diffuseurs de chaleur. Les dessins annexés illustrent l'invention La FIGURE 1 représente en coupe longitudinale le dispositif selon l'invention. La FIGURE 2 représente le dispositif selon la coupe A A La FIGURE 3 représente les ponts de jonction reliant par soudure les dix huit tubes minces contenant l'eau à chauffer. Le dispositif représenté sur la figure 1 et sa coupe suivant A,A représenté sur la figure 2 comporte une enveloppe caractérisée par un tube cylindrique ( 1 ) en aluminium ayant des dimensions de l'ordre de 160 millimètres pour le diamètre extérieur, de 150 millimètres de diamètre intérieur et de 850 millimètres ou 0,85 mètre de longueur. Selon une forme préférentielle d'étanchéité et de concentricité le tube ( 1 ) est taillé au moyen d'un tour, à ses deux extrêmités,et sur toute sa circonférence, en forme de cone à 450 ( 2). Tangentiellement à son diamètre intérieur, le tube (1 ) est percé à chaque extrêmité d'un trou de 15 millimètres de diamètre. L'un d'eux ( 3) est destiné à recevoir le fluide caloporteur pulsé par une pompe volumétrique ( 4 ) l'autre ( 5) à évacuer ce même flui -de afin de le recycler au moyen de la pompe volumétrique (4 ) éta -blissant ainsi un circuit fermé. A l'extremité gauche du tube (1 ) est soudée électriquement par le procédé TIG sur toute la périphérie, une flasque ( 6 ) en alumi -nium ayant des dimensions de l'ordre de 140 millimètres pour le dia -mètre et de 10 millimètres pour l'épaisseur. Sur la face intérieure de la flasque ( 6 ) est pratiquée une saignée circulaire, conique en creux de 2, 5 millimètres ( 7 z sur un diamètre primitif de l'ordre de 155 millimètres. Egalement sur la face intérieure de la flasque ( 6 ) et au centre est perçé un trou borgne ( 8) d'un diamètre de 6 millimètres et d'une profondeur de 3 millimètres, destiné au centrage et à la butée - donc au positionnement - du bloc d'échauffement ( 9). A l'autre extrêmité du tube ( 1 ) - à droite - est soudée concentriquement par le procédé TIG, une bride (10) en aluminium ayant des dimensions de l'ordre de 216 millimètres pour le diamètre extérieur de 160 millimètres pour le diamètre intérieur et de 10 millimètres pour l'épaisseur. Sur cette bride (10) suivant un diamètre primitif de 188 milli mètres sont perrés et taraudés 12 trous M.6 (11) positionnés de 300 en 300 par rapport a l'axe médian (12). La bride (10) est soudée sur le tube (1 ) en retrait de 2 millimètres de l'extrêmité du tube afin d'obtenir une parfaite étanchéité avec la flasque (13) lorsque celle-ci sera vissée avec la bride (10) au moyen de douze vis de dimensions 6 x 20 millimètres. A l'intérieur du tube (1 ) est placé un bloc ( 9 ) en alumi -nium taillé au tour selon un développé hélicoïdal ayant des dimen -sions de l'ordre de 160 millimètres pour le diamètre, de 20 milli -mètres pour le noyau central et de 800 millimètres ou 0, 80 mètre pour la longueur. Les gorges profondes ainsi taillées dans le bloc ( 9 )ressem -blent à une vis d'Archimède et traduisent chacune - au rayon - une section de 660 millimètres carrés correspondant à un diamètre de 29 millimètres. Après l'usinage de la forme hélicoidale du bloc (9 ) celui-ci est perçé de part en part - selon la coupe A.A. de la FIGURE 2 - de dix huit trous (16) d'un diamètre chacun de l'ordre de 22 millimètres afin de recevoir les dix huit tubes minces (17) en aluminium. Ces dix huit tubes ayant un diamètre intérieur de l'ordre de 20 millimètres sont reliés et soudés entre eux au moyen des ponts représentés sur la FIGURE 3. Le faisceau ainsi constitué des 18 tubes minces (17) est en conséquence placé perpendiculairement au sens de rotation du fluide caloporteur circulant dans les gorges profondes délimitées par les ailettes (18). La longueur développée des tubes minces (17) contenant leau est de l'ordre de 16 mètres linéaires. L'étanchéité du dispositif selon l'invention est obtenue en ce qui concerne le fluide caloporteur par l'assemblage concentrique en ( 2 ) et (7 > et par le vissage en 12 points (11 ) de la flasque (13) sur la bride (10). L'étanchéité du circuit d'eau est assurée par la soudure péri -phérique pratiquée sur la face extérieure de la flasque (13) et du tube d'entrée d'eau (14) qui la traverse. Il en est de même pour le tube de sortie d'eau (15). Le dispositif selon l'invention est démontable. En effet, en désolidarisant le flasque (13) de la bride (10) on retire l'ensem- -ble de chauffage constitué des 18 tubes (17) engagés dans le bloo hélicoïdal ( 9). Selon l'invention, la production d'eau chaude s'effectue de la manière suivante - lorsque la pompe volumétrique ( 4 ) est mise sous tension de 220 volts monophasé, elle absorbe une puissance de 0,300 KW avec une intensité de 1,4 ampères, le fluide caloporteur dont la viscosité à 150C est de 12,5 Engler et à 1000C de 1,45 Engler, le fluide d'une conductivité thermique à 1000C de 0w1107/Ecal/m.h. C, est pulsé dans l'entrée tangentielle ( 3 ) tourne à une vitesse de rotation compri -se entre 900 et 1400 Tr/m dans les gorges profondes du bloc ( 9) situées entre les ailettes (18) et sous l'action de la force centri -fuge ainsi produite, s'échauffe par friction contre les parois latérales des aiglettes (18) et contre la paroi intérieure du tube (1 ). La température du fluide caloporteur atteint en l'espace d'un quart d'heure environ une température de l'ordre de 1200C et échauffe l'eau pulsée dans les tubes minces (17) par un circulateur (19). Le faisceau de tubes minces (17) étant entièrement plongé dans le fluide caloporteur, l'eau ressort par le tube (15) à une température volontairement limitée à 90/95 OC par la mise en action d'un aquastat. Un module de production d'eau chaude peut être utilisé seul ou couplé avec un ou plusieurs autres modules et dans ce cas le fluide évacué par le trou tangentiel (5 z est relié au trou d'entrée tangentielle ( 3 ) et en fin de circulation retourne à la pompe ( 4 ) qui recycle le fluide toujours en circuit fermé mais comportant néanmoins une soupape de sécurité tarée à 3 bar. Le circuit d'eau chaude peut être couplé dans les mêmes condi -tions en reliant le tube de sortie d'eau (15) du premier module au tuyau d'entrée d'eau (14) du second module. L'installation est munie d'un vase d'expansion sous pression d'azote. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la production d'eau chaude basse pression 900-700C, à contenance variable, capable d'alimenter des échangeurs thermiques adaptés au chauffage d'ambiance à air pulsé, dans une gamme de l'ordre de 6.500 Kcal/h pouvant chauffer un volume de 160 mètres cube, à 95.000 Kcal/h pouvant chauffer un volume de 2.300 mètres cube avec un débit d'air de l'ordre de 800 à 10.000 mètres cube/heure - pour un moindre coût horaire d'exploitation. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour produire de l'eau chaude caractérisé en ce qu'il comporte un tube ( 1 ) en aluminium obturé à ses deux extrê -mités, l'une par une flasque (6 ), l'autre par une flasque (13) vissée sur une bride (10). A l'intérieur du tube (1 ) est placé un bloc ( 9) en aluminium taillé selon un développé hélicoïdal formant une vis d'Archimède à gorges profondes (18), percé transversalement de 18 trous (16) dans lesquels traversent longitudinalement des tubes minces (17) reliés entre eux par des ponts. Pour produire l'échauffement, un fluide caloporteur est pulsé dans le dispositif au moyen d'une pompe volumétrique (4 ) par un trou tangentiel ( 3 ) au diamètre intérieur du tube (1 )et tourne dans les gorges profondes (18) à une vitesse de l'ordre de 1400 tours/minute. La force centrifuge produite entraine le fluide caloporteur qui s'échauffe par friction. Après avoir circulé dans toutes les gorges profondes (18) il est évacué par le trou tangentiel( 5 pratiqué sur le diamètre intérieur du tube (1 ) et revient à la pompe (4 ) ou il est immédiatement recyclé en circuit fermé. L'eau à chauffer est pulsée par un circulateur (19) dans l'orifice (14) et parcourt la longueur développée des tubes minces (17) plongés dans le fluide échauffé. L'eau chaude est recueillie à la sortie de la tubulure (17) par l'orifice (15) à une température de l'ordre de 90/95oC. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes minces (17) en aluminium peuvent autre remplacés par des tubes de même section en acier inoxydable de qualité alimentaire 18/10 permettant de produire de l'eau chaude sanitaire. 3 > Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le bloc ( 9) à développé hélicoïdal formant des gorges profondes (18) peut être obtenu avant l'usinage des trous (16) en fonderie d'aluminium ou tout autre alliage non ferreux. 4 > Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications précé -dentes caractérisé en ce que la section des gorges (18) présente -ment de l'ordre de 660 millimètres carrés peut atre augmentée en hauteur permettant une plus grande surface d'échauffement par friction élargissant ainsi la gamme des modules de production d'eau chaude. 5) Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications précédentes caractérisé en ce que les modules de production d'eau chaude peuvent être couplés sans limitation de nombre augmentant ainsi les émissions calorifiques en fonction des volumes à chauffer soit par l'intermédiaire des diffuseurs de chaleur, soit par l'alimentation en eau chaude basse pression 90/700C des radiateurs de chauffage central. 6) Dispositif selon lune quelconque des revendications précéden -tes caractérisé en ce que la pompe ( 4 ) couplée par transmission au circulateur (19) peut être entraînée manuellement au moyen de pignons surmultipliés entraînant l'axe de rotation de la pompe(4) par un volant de révolution. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pompe ( 4 ) couplée par transmission au circulateur (19) peut être entraînée par un moteur thermique. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pompe (4 ) couplée par transmission au circulateur (19) peut être entraînée par l'énergie éolienne. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pompe ( 4 ) couplée par transmission au circulateur (19) peut être entraînée par l'énergie hydraulique produite par une chute d'eau.