Brevet FR2627266A1 — publié le 19890818

La présente invention est relative à une installation de chauffage central munie d'un circuit d'eau chaude à usage domestique ou eau sanitaire et comprenant un appareil de chauffage comportant une enveloppe ou virole, dont la partie inférieure est munie d'un brûleur, notamment d'un brûleur à gaz et sur laquelle vient s'enrouler ou non un conduit dans lequel circule l'eau du circuit de chauffage, ce circuit traversant ensuite un faisceau d'ailettes situées à la partie supérieure de l'enveloppe sur la trajectoire des gaz chauds qui s'échappent de cette dernière pour être dirigés ensuite vers une conduite d'évacuation. On connait des installations de chauffage central de ce type dans lesquelles le circuit d'eau chaude sanitaire comprend un second conduit dans lequel circule l'eau de chauffage, et qui traverse le faisceau d'ailettes en contact thermique intime avec le premier conduit dans lequel circule l'eau de chauffage. Le brevet français N 1i 352 607 décrit une telle installation de chauffage dans laquelle la liaison thermique intime entre le premier conduit, dans lequel circule l'eau du circuit de chauffage, et le second conduit dans -lequel circule l'eau du circuit sanitaire, est obtenue en accolant les deux conduits de façon qu'ils constituent un tube à double passage qui traverse le faisceau d'ailettes, ce tube présentant une section droite de forme appropriée, par exemple circulaire ou elliptique. On connaît également des installations de chauffage à double conduit dans lesquelles le contact thermique interne entre les deux conduits, respectivement du circuit de l'eau de chauffage et du circuit de l'eau sanitaire, est obtenu en incorporant l'un des conduits dans l'autre, ces deux conduits étant alors réalisés sous la forme de deux tubes, éventuellement concentriques, traversant le faisceau d'ailettes de l'appareil de chauffage. La présente invention se rapporte aux appareils de chauffage du type mentionné ci-dessus et elle s'en distingue, comme on le verra ci-après, par une disposition originale des circuits de chauffage et d'eau sanitaire, conçue de façon à améliorer les échanges thermiques entre ces deux circuits et à accroître le rendement de l'appareil. L'expérience montre en effet que dans les appareils de chauffage du type mentionné ci-dessus, il n'est pas possible d'obtenir un échange thermique parfait entre les deux conduits, car la surface de contact entre l'eau véhiculée par le 2 2627266 conduit de chauffage et le conduit d'eau sanitaire placé dans le conduit de chauffage est trop limitée. Il en résulte qu'en cas de non circulation prolongée de l'eau dans l'un des conduits, sa température peut dépasser celle de l'eau en mouvement, la totalité des calories recueillies par l'eau ne circulant pas, n'étant pas transmises à l'eau circulant. Il en découle que, sur ces installations connues, il est nécessaire de faire circuler l'eau de chauffage par mise en route de l'accélérateur du circuit de chauffage pour obtenir un chauffage immédiat de l'eau sanitaire, ce qui oblige à prévoir un circuit séparé permettant cette circulation, lorsque l'installation de chauffage central n'est pas en service (période d'été). La présente invention se propose d'apporter une installation perfectionnée ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle a donc pour objet une installation de chauffage central munie d'un circuit d'eau chaude à usage domestique, ou eau sanitaire, et comprenant un appareil de chauffage, comportant une enveloppe ou virole dont la partie inférieure est munie d'un brûleur, notamment d'un brûleur à gaz, et sur laquelle vient s'enrouler ou non un conduit du circuit de chauffage qui traverse ensuite un faisceau d'ailettes situées à la partie supérieure de l'enveloppe, sur le trajet des gaz chauds, le circuit d'eau chaude sanitaire comprenant un second conduit qui est incorporé dans le premier conduit lors de la traversée du faisceau d'ailettes, cette installation étant caractérisée en ce que le conduit du circuit de chauffage, dans sa traversée du faisceau d'ailettes, est réalisé sous la forme d'une pluralité de tubes aplatis, de section droite sensiblement ovale, à grand axe vertical, raccordés les uns aux autres, à l'aide de coudes, et en ce que le conduit du circuit d'eau chaude sanitaire est réalisé sous la forme d'un tube de préférence de section circulaire, qui est disposé en épingle ou en serpentin, à l'intérieur des tubes aplatis, lors de la traversée du faisceau d'ailettes. Selon une caractéristique de cette invention, on prévoit à chaque extrémité des tubes aplatis extérieurement au faisceau d'ailettes, un embout qui est brasé ou soudé sur ladite extrémité de façon à l'obturer, cet embout présentant la forme d'une plaque munie d'une première ouverture pour le raccordement du tube coudé, assurant la liaison entre les serpentins ou épingles du conduit d'eau sanitaire et d'une seconde ouverture pour le raccordement du tube coudé qui assure la liaison entre deux tubes aplatis consécutifs. 3 2627266 Selon une autre caractéristique de cette invention et en vue d'accroître encore les échanges thermiques entre le circuit de l'eau de chauffage et celui de l'eau sanitaire, lors de leur traversée du faisceau d'ailettes, on prévoit une surface de transmission thermique entre les circonvolutions du tube enroulé en épingle ou en spirale, a l'intérieur des tubes aplatis. Selon l'invention, ladite surface de transmission thermique est réalisée sous la forme d'une plaque métallique comportant des parties partiellement cylindriques épousant la forme du tube conformé en épingle, sur lequel elles viennent s'engager, raccordées par des parties planes verticales. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - La figure 1 est une vue partielle en élévation latérale et coupe verticale partielle représentant la disposition relative du conduit d'eau de chauffage et du conduit d'eau sanitaire, lors de leur traversée du faisceau d'ailettes placées à la partie supérieure de la virole de l'appareil de chauffage; - La figure 2 est une vue en plan de la figure 1; Les figures 3 et 4 sont respectivement des vues en élévation latérale et frontale d'un embout prévu selon l'invention pour obturer chaque extrémité des conduits de l'installation, à leur sortie du faisceau d'ailettes La figure 5 est une vue en plan d'une ailette faisant partie du faisceau d'ailettes de l'appareil de chauffage; La figure 6 est une vue en coupe verticale d'un exemple de réalisation d'une surface assurant une transmission calorifique améliorée entre l'eau de chauffage contenue dans les tubes aplatis et le conduit en épingle de l'eau sanitaire et La figure 7 est une vue en coupe verticale montrant la disposition de la surface de transmission calorifique illustrée par la figure 6, dans le conduit d'eau de chauffage. Les figures 8 à il illustrent une variante de l'invention en élévation latérale, en plan, en bout et en coupe selon XI-XI. En se référant aux dessins et notamment aux figures 1 et 2, on voit que l'appareil de chauffage objet de cette invention comporte un premier conduit 10 12 pour le chauffage de l'eau à usage domestique ou eau sanitaire. Afin d'améliorer la transmission thermique, les deux conduits ont un échange thermique intime dans la partie supérieure de l'appareil de chauffage o est positionné le faisceau d'ailettes 18 (partie représentée aux figures 1 et 2). Selon l'invention, dans cette partie supérieure de l'appareil de chauffage, le conduit 10' du circuit dans lequel circule l'eau de chauffage se présente sous la forme d'une pluralité de tubes aplatis tels que 10', qui présentent chacun une section droite de forme ovale, ou sensiblement ovale, dont le grand axe est disposé verticalement. Comme on le décrira en détail ci-après, O10 les différents tubes aplatis 10' disposés parallèlement sont raccordés à leurs extrémités par des tubes coudés tels que 14. Le conduit d'eau sanitaire 12 est constitué.d'un tube de préférence de section droite circulaire et il est disposé à l'intérieur des tubes aplatis tels que 10' qu'il traverse en prenant la configuration d'une épingle ou d'un serpentin de façon à augmenter considérablement la surface d'échange thermique, entre l'eau du chauffage qui circule dans les tubes aplatis 10' et l'eau sanitaire contenue dans le tube en configuration d'épingle 12', dans sa traversée du tube aplati. Comme on le voit clairement sur la figure 1, chaque tube 10' constituant une portion du circuit de l'eau de chauffage dans sa traversée du faisceau d'ailettes 18, reçoit une partie en configuration d'épingle 12' du conduit d'eau sanitaire. La section.du tube en configuration d'épingle 12' est choisie de manière que le volume d'eau contenu entre le tube aplati 10' et l'épingle ou serpentin 12' soit aussi réduit que possible de manière que l'eau circulant dans le circuit sanitaire 12 prenne toutes les calories de l'eau de chauffage, sans qu'il soit nécessaire de mettre en service l'accélérateur du circuit de chauffage. L'obturation des extrémités des tubes aplatis 10' est réalisée selon l'invention A l'aide d'embouts 20 en forme de plaques (figure 3 et 4), qui comportent une ouverture 22 pour le raccordement des tubes coudés 16 qui assurent la liaison entre deux serpentins ou épingles 12' consécutifs et une seconde ouverture 24 pour le raccordement des tubes coudés 14 assurant la liaison entre deux tubes aplatis 10' consécutifs. Les plaques d'embouts 20 sont de préférence brasées sur les extrémités des tubes 10'. La figure 5 illustre un exemple de réalisation d'une ailette 18. Celle-ci comporte une série d'ouvertures telles que 26 dont la forme correspond à la section droite des tubes aplatis 10', ces ailettes étant successivement enfilées 2627266 sur le réseau de tubes parallèles 10' sur lesquels elles sont brasées de façon connue (voir la figure 2). Afin d'améliorer encore les échanges thermiques entre les deux fluides (eau de chauffage - eau sanitaire), lors de leur traversée du faisceau d'ailettes 18, on peut prévoir des surfaces supplémentaires d'échange 28 reliant entre elles les circonvolutions du tube conformé en épingle ou serpentin 12' incorporé dans chaque tube aplati 10'. Dans l'exemple illustré par les figures 6 et 7, cette surface d'échange supplémentaire se présente sous la forme d'une plaque comportant des parties partiellement cylindriques 30 qui viennent s'engager sur les différentes portions du tube 12' enroulé en épingle, ces parties 30 étant raccordées par des parties planes verticales 32. La figure 7 représente la disposition relative du tube 12' enroulé en épingle, muni de la plaque 28, et du tube aplati 10' dans lequel est disposée l'épingle 12'. La plaque 28 peut être éventuellement brasée sur le tube 12'. On voit que, grace à l'invention, on obtient une surface d'échange maximale entre les deux conduits 10' et 12' et par conséquent un échange thermique parfait entre les circuits d'eau de chauffage et d'eau sanitaire. Dans la variante représentée sur les figures 8 à 11, le tube 12' disposé en épingle ou en serpentin, est réalisé selon une structure monobloc avec la plaque 28, l'ensemble tube et plaque étant embouti sous la forme de deux demi- coquilles 34, 34' qui sont raccordées par leur plan de Joint 36, et solidarisées par un procédé de soudure sans métal d'apport, par exemple par pression, ultrasons ou autres. La lecture de la description qui précède montre que l'invention apporte une installation de chauffage assurant un échange thermique parfait entre les circuits incorporés d'eau de chauffage et d'eau sanitaire, grâce à une surface de contact importante obtenue par la disposition relative des deux conduits, par la configuration en épingle du tube de conduit de circulation de l'eau sanitaire traversant le tube aplati du conduit de l'eau de chauffage et par le faible volume de l'eau contenue entre chaque tube aplati et le tube disposé en épingle qu'il contient. Grâce à ces caractéristiques originales, en cas de non circulation prolongée de l'eau dans l'un des conduits (par exemple dans le conduit de l'eau de chauffage en période d'été), sa température ne peut pas dépasser celle de 6 2627266 l'eau en mouvement, étant donné qu'une quantité maximale des calories recueillies par l'eau ne circulant pas, est transmise à l'eau en circulation. Par ailleurs, il est toujours possible d'obtenir la puissance totale développée par l'appareil de chauffage dans l'un des conduits lorsque la circulation de l'eau est arrêtée dans l'autre conduit. Enfin, l'invention permet, par une circulation de l'eau dans les deux circuits, de répartir la puissance totale de l'appareil entre les deux circuits en fonction des débits d'eau chaude désirés. L'invention permet en outre de réaliser une économie de matière importante (matériau de brasage) par rapport aux solutions connues mettant en oeuvre des tubes accolés. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limite aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 7 2627266 REVENDICATIONS 1- Installation de chauffage central munie d'un circuit d'eau chaude a usage domestique, ou eau sanitaire, et comprenant un appareil de chauffage, comportant une enveloppe ou virole dont la partie inférieure est munie d'un brûleur, notamment d'un brûleur A gaz, et sur laquelle vient s'enrouler ou non un conduit du circuit de chauffage qui traverse ensuite un faisceau d'ailettes situées à la partie supérieure de l'enveloppe, sur le trajet des gaz chauds, le circuit d'eau chaude sanitaire comprenant un second conduit qui est incorpore dans le premier conduit lors de la traversée du faisceau d'ailettes, cette installation étant caractérisée en ce que le conduit du circuit de chauffage, dans sa traversée du faisceau d'ailettes (18), est réalisé sous la forme d'une pluralité de tubes aplatis (10'), de section droite sensiblement ovale, à grand axe vertical, raccordés les uns aux autres, à l'aide de coudes (14), et en ce que le conduit du circuit d'eau chaude sanitaire est réalisé sous la forme d'un tube (12') de préférence de section circulaire, qui est disposé en épingle ou en serpentin, à l'intérieur des tubes aplatis (10'), lors de la traversée du faisceau d'ailettes. 2- Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on prévoit à chaque extrémité des tubes aplatis (10') extérieurement au faisceau d'ailettes, un embout (20) qui est brasé ou soudé sur ladite extrémité de façon A l'obturer, cet embout présentant la forme d'une plaque munie d'une première ouverture (22) pour le raccordement du tube coudé (16), assurant la liaison entre les serpentins ou épingles (12') du conduit d'eau sanitaire et d'une seconde ouverture (24) pour le raccordement du tube coudé (14) qui assure la liaison entre deux tubes aplatis 3- Installation de chauffage selon l'une des revendications.1 ou 2, caractérisée en ce que, en vue d'accroître encore les échanges thermiques entre le circuit de l'eau de chauffage et celui de l'eau sanitaire, lors de leur traversée du faisceau d'ailettes, on prévoit une surface (28) de transmission thermique entre les circonvolutions du tube (12') disposé en épingle ou en serpentin, A l'intérieur des tubes aplatis (10'). 4- Installation de chauffage selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite surface de transmission thermique est réalisée sous la forme d'une plaque métallique (28) comportant des parties partiellement cylindriques 8 z2627266 (30)épousant la forme du tube (12') conforme en épingle, sur lequel elles viennent s'engager, raccordées par des parties planes verticales (32). - Installation de chauffage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la plaque métallique (28) est brasée sur le'tube (12'). 6- Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le tube (12') disposé en épingle ou en serpentin, est réalisé selon une structure monobloc avec la plaque (28), l'ensemble tube (12') et plaque (28) étant embouti sous la forme de deux demi-coquilles (34, 34') qui sont raccordées par leur plan de Joint (36) et solidarisées par un procédé de soudure sans apport de métal, notamment sous pression, ultrasons ou autres. 7- Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les dimensions des tubes aplatis (10') et des tubes (12') disposés en épingle ou en serpentin, positionnés dans les tubes aplatis, sont choisies de manière que le volume d'eau contenu entre les tubes aplatis et les circonvolutions des tubes en épingle soit aussi réduit que possible.