Brevet FR2656074A1 — publié le 19910621

L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur destiné à un appareil de chauffage à gaz et comprenant des éléments qui doivent être chauffés par le brûleur de l'appareil de chauffage et par les gaz brûlés et qui sont en contact en service directement ou indirectement avec un liquide de transport de chaleur devant être chauffé, en particulier de l'eau, l'invention se rapportant également à un appareil de chauffage à gaz équipé d'un échangeur de chaleur de ce type. Différents modes de réalisation d'un tel échangeur de chaleur sont connus Dans le cas d'un appareil de chauffage à gaz fonctionnant sur la base du principe de l'écoulement libre, l'échangeur de chaleur se compose d'un grand nombre d'éléments individuels en forme de plaques qui comportent une ouverture dans laquelle les éléments sont montés sur un tuyau dans lequel circule le liquide devant être chauffé La fabrication de l'échangeur de chaleur connu en est donc relativement coûteuse Par ailleurs, le sens de la circulation du liquide devant être chauffé dans cet échangeur est en général orienté transversalement par rapport à la direction d'écoulement des gaz brûlés De plus, lorsque cet échangeur est utilisé dans un appareil de chauffage à gaz, différents accessoires sont utilisés pour la formation d'un chambre de combustion et d'une chambre de sortie des gaz brûlés En conséquence, le coût global de fabrication de l'appareil de chauffage à gaz est relative- ment élevé. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur du type tel que spécifié en préambule, mais qui élimine les inconvénients mentionnés de manière simple mais judicieuse. Selon une particularité essentielle de l'invention, l'échangeur de chaleur est constitué d'un profilé monobloc allongé tubulaire qui comporte une paroi circonférentielle fermée, les éléments étant des parties du profilé qui sont reliées directement ou par des parties intermédiaires du profilé à la paroi circonférentielle, plusieurs des parties profilées formant au moins un canal se situant dans la direction de la longueur du profilé et destiné au moins à l'évacuation des gaz brûlés. L'échangeur de chaleur ainsi réalisé peut se fabriquer de manière très simple sous forme d'un module Le profilé a de préférence la configuration d'un profilé extrudé d'aluminium L'échangeur lui-même forme un ou plusieurs canaux d'évacuation des gaz brûlés, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prendre à cette fin des dispositions spéciales dans l'appareil de chauffage à gaz. En conséquence, il est possible de prélever de manière simple pratiquement la totalité de la chaleur disponible des gaz brûlés. L'échangeur de chaleur selon l'invention est conformé de préférence de manière qae plusieurs parties du profilé forment par ailleurs un ou plusieurs canaux destinés au liquide de transport de chaleur qui doit être chauffé. Dans le cas d'une utilisation dans un appareil de chauffage à gaz comprenant un réservoir d'eau chaude, le profilé est équipé selon l'invention d'une enveloppe réalisée de préférence en cuivre et qui entoure étroitement la paroi circonférentielle ou, le cas échéant, ses ailettes. Il est avantageux, conformément à l'invention, qu'une chambre destinée à un brûleur, en particulier à un brûleur radiant, soit disposée à une extrémité du profilé. Ainsi, l'échangeur de chaleur obtenu rend très simple la fabrication de l'appareil de chauffage à gaz, car cet appareil ne comporte en fait plus qu'une carcasse destinée à l'échangeur de chaleur. L'invention se rapporte par ailleurs à un appareil de chauffage à gaz équipé d'un échangeur de chaleur de ce type. Dans un mode de réalisation à réservoir d'eau chaude comprenant une admission de l'eau froide du réseau de distribution qui est disposée du côté inférieur et une évacuation de l'eau chaude du robinet qui est disposée du côté supérieur, il est avantageux que l'appareil à gaz selon l'invention soit réalisé de manière que la chambre de combustion se trouve du côté supérieur de l'appareil de chauffage à gaz en disposant un circuit qui comprend une pompe de circulation du liquide devant être chauffé et dans lequel il est possible de créer un flux de chaleur allant du côté supérieur vers le côté inférieur de l'appareil de chauffage. Cette disposition permet d'obtenir que l'eau sanitaire puisse se chauffer très rapidement dans le haut du réservoir d'eau chaude indépendamment de l'eau se trouvant dans le bas du réservoir Dès que l'eau se trouve à la température souhaitée dans le haut du réservoir, la pompe de circulation est mise en marche de façon qu'il se produise un transport de chaleur vers l'eau du réservoir qui n'est pas encore chauffée L'utilisateur de l'appareil de chauffage à gaz peut donc disposer toujours d'eau à la température souhaitée, pratiquement sans aucun temps d'attente pour le chauffage L'invention permet ainsi de réaliser un appareil à réservoir d'eau chaude dans lequel le réservoir d'eau sanitaire est chauffé à contre-courant par la source de chaleur. Dans le cas d'un appareil combiné de chauffage à gaz dans lequel est disposée une pompe de circulation destinée au circuit de l'installation de chauffage central, le flux de chaleur est orienté conformément à l'invention de préférence à l'encontre du flux de gaz brûlés. Lorsqu'il est souhaitable de réaliser un appareil dit à rendement élevé, il est avantageux, conformément à l'invention, que l'échangeur de chaleur ressorte du côté inférieur du réservoir d'eau chaude. Ainsi, même dans le cas o l'eau sanitaire se trouve à plus de 600 C au bas du réservoir, il et possible d'obtenir néanmoins une condensation des gaz brûlés au moyen de la partie de l'échangeur qui ressort du réservoir. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins qui représentent deux modes de réalisation de l'échangeur de chaleur selon l'invention ainsi qu'un appareil équipé d'un tel échangeur Sur les dessins: la figure 1 est une coupe transversale d'un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale à plus faible échelle de l'échangeur de chaleur de la figure 1. La figure 3 est une élévation latérale avec coupe partielle d'un appareil de chauffage à gaz équipé de l'échangeur de chaleur de la figure 1. La figure 4 est une coupe transversale d'un second mode de réalisation de l'échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un appareil de chauffage à gaz selon l'invention qui est équipé de l'échangeur de chaleur de la figure 4. Les figures 1 et 2 représentent un échangeur de chaleur 1 constitué d'un profilé allongé tubulaire 2 comprenant une paroi circonférentielle fermée 3 Le profilé 2 comporte par ailleurs de multiples éléments 4 qui sont reliés directement ou par l'intermédiaire d'autres éléments 4 à la paroi circonférentielle 3 Le profilé 2 est en une pièce avec les éléments 4 et il est réalisé de préférence à la manière d'un profilé extrudé d'aluminium. Comme le montrent les figures 1 et 2, plusieurs éléments 4 forment des canaux 5 situés dans la direction de la longueur du profilé 2 et destinés à l'évacuation des gaz brûlés, ces gaz transmettant la chaleur à ces éléments du profilé Par ailleurs, d'autres éléments 4 du profilé forment dans le cas particulier quatre canaux 6 situés également dans la direction de la longueur du profilé 2 et prévus pour l'eau d'une installation de chauffage central qui doit être chauffée. L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 1 et 2 est prévu pour être utilisé dans un appareil de chauffage à gaz dit combiné et utilisé aussi bien pour le chauffage de locaux que pour le chauffage d'une réserve d'eau A cette fin, la paroi circonférentielle 3 du profilé 2 est étroitement entourée d'une enveloppe qui est de préférence en cuivre. Comme le montre la figure 2, une chambre 8, dans laquelle un brûleur radiant peut être disposé, est ménagée à une extrémité du profilé 2. Il apparaît à l'évidence d'après ce qui précède que l'échangeur de chaleur 1 permet une fabrication simple de l'appareil de chauffage à gaz L'échangeur de chaleur convient pour être utilisé dans différents types d'appareils de chauffage à gaz, tels qu'un appareil à réservoir d'eau chaude, une chaudière de chauffage central, un appareil combiné de chauffage au gaz et analogues Le grand nombre de lamelles permet d'obtenir un transfert très efficace de chaleur au liquide devant être chauffé Il n'est pas nécessaire de prendre des dispositions spéciales dans l'appareil de chauffage à gaz pour créer une évacuation des gaz brûlés et une chambre de combustion. Il convient de noter que la forme du profilé 2 que représentent les figures 1 et 2 ne doit être considérée que comme un exemple et que le profilé de l'échangeur de chaleur 1 peut être de différents modes de réalisation. La figure 3 illustre un appareil de chauffage à gaz 9 conformé en appareil combiné et comprenant un échangeur de chaleur 1 selon les figures 1 et 2 L'appareil comprend un réservoir annulaire 10 d'eau chaude comportant des raccords 11 et 12 au circuit d'eau sanitaire La paroi interne du réservoir 10 est formée dans ce cas de l'enveloppe 7 de l'échangeur 1. L'échangeur de chaleur 1 est équipé, du côté supérieur opposé à celui de la chambre de combustion 8, d'une pièce de raccordement 13 destinée à l'arrivée de l'eau du chauffage central qui doit être chauffée Une pièce de raccordement 14 disposée du côté de la chambre de combustion 8 est destinée à l'évacuation de l'eau chaude du chauffage central et au montage d'un brûleur radiant 15 Il va de soi qu'il est aussi possible d'utiliser d'autres types de brûleurs. L'appareil de chauffage 9 est bien entendu équipé par ailleurs de manière usuelle d'un tuyau 16 d'arrivée de l'eau du chauffage central qui doit être chauffée, ce tuyau 16 étant relié par l'intermédiaire d'une pompe 17 à la pièce de raccordement 13 Un tuyau 18 d'évacuation dirige l'eau chaude vers l'installation de chauffage central. Par ailleurs, un ventilateur 20 d'alimentation du brûleur radiant 15 est disposé dans la carcasse 19 Le tuyau d'arrivée du gaz porte la référence 21 sur la figure 3 Une canalisation classique 22 d'évacuation des gaz brûlés est reliée à la pièce de raccordement, tandis qu'un tuyau 23 d'évacuation de l'eau de condensation se trouve du côté inférieur de l'appareil de chauffage à gaz. La figure 4 illustre en coupe transversale un échangeur de chaleur 24 qui correspond essentiellement à l'échangeur 1 de la figure 1 Cet échangeur 24 est également constitué d'un profilé tubulaire allongé 2 comprenant une paroi circonférentielle fermée 3 Le profilé 2 comporte par ailleurs une paroi cylindrique intérieure 25 qui est reliée par des éléments 4 à la paroi circonférentielle 3 En l'occurrence, les parois 3, 25 et les éléments 4 du profilé forment des canaux 6 qui sont prévus pour le liquide devant être chauffé, en particulier de l'eau, par exemple de l'eau d'une installation de chauffage central. La paroi interne 25 comporte du côté intérieur un grand nombre d'éléments 4 qui sont orientés radialement vers l'intérieur et forment un espace cylindrique dans lequel est disposée une pièce cylindrique 26 de remplissage Cette pièce 26 comprend au moins une paroi 27 qui est transversale à l'axe et qui ferme l'espace cylindrique compris entre les éléments 4 orientés vers l'intérieur, de sorte que les gaz brûlés peuvent s'écouler dans les canaux 5 formés entre les éléments 4 du profilé. La paroi circonférentielle 3 comporte du côté extérieur un grand nombre d'ailettes étroites 28 orientées vers l'extérieur et disposées dans la direction de la longueur du profilé 2 Dans ce cas, l'enveloppe 7 est disposée étroitement autour des ailettes 28 dans le cas d'une utilisation dans un réservoir d'eau chaude Ainsi est réalisé un échangeur de chaleur 24 à paroi double permettant de déceler une fuite possible dans la paroi circonférentielle 3 ou dans l'enveloppe 7 directement par le liquide fuyant des intervalles séparant les ailettes 28. Il est donc impossible que le liquide provenant des canaux 6 puisse parvenir sans être aperçu dans l'eau du robinet se trouvant dans le réservoir, ou inversement. La figure 5 représente schématiquement un appareil de chauffage à gaz 29 équipé de l'échangeur de chaleur 24 L'échangeur 24 comporte du côté supérieur de l'appareil une chambre de combustion 8 dans laquelle est monté un brûleur radiant 15 Cet appareil de chauffage à gaz 29 est une chaudière dite combinée qui comprend un réservoir 30 d'eau chaude du robinet L'entrée non représentée de l'eau froide du réseau de distribution se trouve de manière classique du côté inférieur du réservoir 30, tandis que la sortie, qui n'est pas représentée non plus, de l'eau chaude du robinet se trouve du côté supérieur L'appareil 29 comprend par ailleurs deux pompes de circulation 31 et 32. La pompe 31 assure la circulation du circuit du chauffage central et pompe l'eau de l'installation de chauffage en la faisant passer par l'échangeur de chaleur 24 dans un sens de circulation opposé à celui des gaz brûlés, c'est-à-dire du côté inférieur de l'échangeur 24 vers la chambre de combustion 8 La pompe 32 est prévue pour créer un flux de chaleur dans l'échangeur 24 du côté supérieur du réservoir 30 vers le côté inférieur, de sorte que l'eau du robinet est chauffée à contre- courant Un étranglement 33 est disposé si nécessaire en amont de la pompe 32, de sorte que la pompe 31 fait circuler l'eau de l'installation de chauffage en la faisant passer par l'échangeur de chaleur 24 Le circuit de l'installation de chauffage est raccordé à l'appareil de chauffage à gaz 29 par une admission 34 et un retour 35. Un raccord 36 d'admission du mélange d'air et de gaz destiné au brûleur radiant 15 se trouve du côté supérieur de l'appareil de chauffage à gaz, un ventilateur non représenté en assurant l'arrivée Une pièce de raccordement 37 destinée à l'évacuation des liquides de condensation et des gaz brûlés se trouve du côté inférieur de l'échangeur de chaleur 24. Comme le montre la figure 5, l'échangeur de chaleur 24 ressort du réservoir 30 du côté inférieur de l'appareil de chauffage à gaz 29, de sorte que la température des gaz brûlés peut être abaissée par l'eau de l'installation de chauffage à une valeur inférieure à celle de la température éventuellement supérieure de l'eau se trouvant dans le réservoir 30, afin d'obtenir un effet de rendement élevé. Bien que l'appareil de chauffage à gaz 29 comprenne deux pompes de circulation 31, 32, il est aussi possible d'utiliser à volonté une pompe de circulation et un distributeur à trois voies Le mode de réalisation représenté est toutefois préféré, car il assure un transport de chaleur plus favorable aussi bien pour l'installation de chauffage que pour l'eau du robinet. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits cidessus qui peuvent être modifiés de différentes manières dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur destiné à un appareil de chauffage à gaz comprenant des éléments ( 4) qui doivent être chauffés par le brûleur de l'appareil de chauffage et par les gaz brûlés et qui, en service, sont en contact directement ou indirectement avec un liquide de transport de chaleur devant être chauffé, en particulier de l'eau, caractérisé en ce qu'il consiste en un profilé tubulaire allongé monobloc ( 2) comprenant une paroi circonférentielle fermée( 3), lesdits éléments étant des parties ( 4) du profilé qui sont reliées directement ou au moyen de parties intermédiaires du profilé à la paroi circonférentielle ( 3), plusieurs de ces parties du profilé formant au moins un canal ( 5) situé dans la direction de la longueur du profilé ( 2) et destiné au moins à l'évacuation des gaz brûlés. 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs des parties ( 4) du profilé forment par ailleurs un ou plusieurs canaux ( 6) destinés au liquide de transport de chaleur devant être chauffé. 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi circonférentielle ( 3) comporte du côté extérieur des ailettes étroites ( 28) situées dans la direction de la longueur du profilé. 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une enveloppe réalisée de préférence en cuivre entoure étroitement la paroi circon- férentielle ( 3) du profilé ou, respectivement, les ailettes ( 28) de cette paroi. 5 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le profilé comprend une paroi cylindrique intérieure ( 25) que de multiples parties radiales de ce profilé relient à la paroi circonférentielle ( 3), les canaux du liquide étant disposés entre la paroi intérieure et la paroi circonférentielle et la paroi interne ( 25) comprenant des parties du profilé il orientées radialement vers l'intérieur et formant le (cha- que) canal d'évacuation des gaz brûlés ( 22). 6 Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que les extrémités libres des parties de profilé orientées radialement vers l'intérieur forment un espace cylindrique intérieur dans lequel est disposé un élément de remplissage ( 26) qui ferme cet espace cylin- drique. 7 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une chambre ( 8) destinée à un brûleur, en particulier à un brûleur radiant ( 15), est disposée à une extrémité du profilé. 8 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profilé est un profilé d'aluminium réalisé par moulage par injection. 9 Appareil de chauffage à gaz ( 9) équipé d'un échangeur de chaleur ( 1) selon l'une des revendications précédentes. Appareil de chauffage à gaz selon la revendication 9, comprenant un réservoir d'eau chaude ( 30) qui comporte une arrivée d'eau froide du réseau de distribution disposée du côté inférieur et une sortie d'eau chaude de robinet qui est disposée du côté supérieur, caractérisé en ce que la chambre de combustion ( 8) se trouve du côté supérieur de l'appareil de chauffage, un circuit équipé d'une pompe de circulation ( 31) du liquide devant être chauffé étant agencé de manière à pouvoir y créer un flux de chaleur allant du côté supérieur vers le côté inférieur de l'appareil de chauffage. 11 Appareil de chauffage à gaz selon la revendication 9 ou 10, destiné à un chauffage central comprenant une pompe ( 31) de circulation du liquide devant être chauffé, caractérisé en ce que le flux de chaleur est orienté à l'encontre de celui du flux des gaz brûlés. 12 Appareil de chauffage à gaz selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur ressort du côté inférieur du réservoir d'eau chaude.