Brevet FR2660056A1 — publié le 19910927

ECII\NGEUR POUR EAU CIlAUDE SANITAIRE NOTAMMENT POUR CHAUDIERE MURALE La piésenLe invention a trait à un échangeur de chaleur eau/eau destine à a fourniture d'eau chaude sanitaire, en particulier pour une chaudière murale du type fournissant l'eau chaude de chauffage l'hiver et l'eau chaude sanitaire en hiver et en été. Ce type de chaudière comporte un échangeur de chaleur eau/eau plongé dans une enceinte dans laquelle circule l'eau chaude de chauffage et parcouru par de l'eau destinée au circuit d'eau chaude sanitaire. Le but de l'invention est de perfectionner de tels échangeurs et plus précisément d'améliorer la rapididté des échanges thermiques entre les deux fluides caloporteurs. A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur pour eau chaude sanitaire notamment pour chaudière murale fournissant à la fois l'eau de chauffage et liteau chaude sanitaire et du type comprenant une enceinte dans laquelle circule l'eau de chauffage et un échangeur eau/eau plongé dans ladite enceinte et dans laquelle circule liteau chaude sanitaire, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de séries de spires hélicoïdales ou similaires, les différentes séries étant concentriques et séparées les unes des autres par des cloisons tubulaires également concentriques et agencées de façon à constituer des chicanes contraignant le fluide caloporteur circulant dans ladite enceinte à lécher les spires des différentes séries, une série après l'autre. Suivant un mode de réalisation, 11 axe commun aux séries de spires et aux cloisons-chicanes est horizontal et perpendiculaire au châssis-plaque de la chaudière murale, le fluide caloporteur entrant dans ladite enceinte étant canalisé par un conduit tubulaire coaxial à l'échangeur et agencé à l'intérieur de la première série de spires de façon à diriger ledit fluide entrant vers la spire de ladite première série reliée à l'orifice de départ d'eau chaude sanitaire, le fluide caloporteur circulant dans l'enceinte en sortant au droit dc la spire de la dernière série reliée à l'orifice d'entrée d'eau chaude sanitaire. Un tel échangeur est particulièrement efficace au niveau des échanges thermiques entre les deux fluides caloporteurs, intérieur et extérieur à la tubulure de l'échangeur et présente une compacité remarquabl.e grâce à la disposition concentrique des différentes séries de spires et au cheminement, dans des espaces très restreints et sinueux, du fluide apporteur de calories, systématiquement au contact de toutes les séries de spires, successivement et à contre-courant de la circulation du fluide recevant les calories. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Figure 1 est une coupe horizontale axiale d'un échangeur conforme à l'i.nvention, et - Figure 2 est une coupe horizontale axiale d'une variante de l'échangeur de la figure 1. Sur la figure 1 on a représenté en 1 une partie du châssi.s-plaque d'une chaudiere murale du type à fourniture d'eau chaude de chauffage l'hiver et d'eau chaude sanitaire aussi bien l'hiver que l'été. Un tel châssis-plaque 1, dont le principe est connu, est réalisé en fonte et est conformé au moulage de façon à constituer dans la masse du châssis un nombre substantiel d'éléments, pièces ou parties d'organes nécessaires au fonctionnement de la chaudière. C'est ainsi que dans la paroi du châssis-plaque 1 est ménagée, conformément. à l'invention, une enceinte cylindrique 2 d'axe 3 perpendiculaire au plan du châssis-plaque 1. L'enceinte 2 est délimitée par une paroi de fond 4 parallèle au plan du châssis-plaque 1 et par une paroi cylindrique 5 venue de fonderie, comme la paroi 4, lors de la réalisation du châssis-plaque, l'enceinte 2 étant ouverte sur la face du châssis-plaque 3. opposée à celle tournee vers le mur sur lequel est fixée la chaudière. L'extrémité ouverte de l'enceinte 2 est fermée par un capot 6 en toute matière appropriée, métal, plastique, etc... rapporté sur la face du châssis-plaque avec interposition d' d'un joint torique 7 d'étanchéité. Le fond 4 est percé en son centre d'un orifice 8 d'arrivée de l'eau chaude de chauffage d'apport de calories à l'échangeur, communiquant par un conduit 9 venu de fonderie comme les éléments 4 et 5, relié à l'échangeur air/eau (non représenté) de la chaudière, produisant l'eau chaude de chauffage. L'enceinte 2 est munie d'un orifice 10 de sortie d'eau (retour froid) ménagé dans la paroi 5 au voisinage du capot 6 et communiquant par un conduit 11 avec le corps 12 d'un clapet inverseur (non représenté) muni d'un orifice 13 d'insertion de la pièce mobile de commande du clapet inverseur. Dans l'enceinte cylindrique 2 est logé l'échangeur selon l'invention, lequel. est constitué d'une tubulure, de préférence en cuivre, enroulé en plusieurs séries concentriques de spires hélicoïdales. Sur la figure 1 on a représenté en 14 l'extrémité, côté arrivée de l'eau à destination sanitaire à chauffer, de la tubulure de l'échangeur, laquelle traverse le capot 6 par un passage approprié 15 étanchéifié par un joint torique 16, et en 17 l'autre extrémité de ladite tubulure (départ eau sanitaire chaude). Cette autre extrémité 17 traverse également le capot 6 par un passage 18 étanchéifié par un joint torique 19. La tubulure de l'échangeur forme une série de spires 20 de plus petit diamètre appelée première série. La série 20 est coaxiale à l'axe 3. A l'extrémité de la série (côté orifice 8) le sens d'enroulement de la tubulure de l'échangeur est inversé et les spires agrandies pour former une deuxième série ou couche de spires hélicoïdales 21 coaxiales à l'axe 3. A l'extrémité de a série 21 (côté capot 6) le sens d'enroulement de la tubulure s'inverse à nouveau et les spires sont agrandies pour former une troisième série ou couche de spires hélicoïdales 22 coaxiales à l'axe 3. Enfin, à 7'extrémité de la série 22 (côté orifice 8), le sens d'enroulement de la tubulure s'inverse encore et les spires sont agrandies pour former une dernière série ou couche de spires hélicoïdales 23 coaxi.ales à l'axe 3. La dernière spire 23 (côté capot 6) communique avec l'extrémité 14 (entrée eau sanitaire froide). Chaque série de spires est monocouche et séparée des séries adjacentes par des cloisons formant chicanes. Une première cloison formée par un conduit cylindrique 24 est disposée à l'intérieur de la première série 20 coaxialement à l'axe 3 de façon à canaliser le fluide entrant par l'officie 8 dans l'enceinte 2 vers la spire de la série 20 reliée directement à la sortie 17 de l'eau chaude sanitaire. L'extrémité du conduit 24, côté orifice 8, est en contact étanche avec le fond 4 par l'intermédiaire d'un fond annulaire 25. Une seconde cloison cylindrique 26, coaxiale à l'axe 3, est interposée entre la série 20 et la série 21 et est en contact étanche avec le capot 6 par l'intermédiaire d'un fond annulaire 27. De même, entre les séries 21 et 22 d'une part et 22 et 23 d'autre part, sont disposées des cloisons cylindriques respectivement 28 et 29, respectivement solidaires des fonds 25 et 27, les cloisons 24,26,28 et 29 étant agencées de façon à contraindre le fluide caloporteur arrivant par le conduit central 24 (flèche 30) à contourner les cloisons-chicanes 24,26,28,29 de façon à lécher successivement les différentes séries de spires, depuis le centre vers l'extérieur et systématiquement à contre-courant du fluide circulant à l'intérieur des spires. La série la plus extérieure 23 est entourée par une cloison cylindrique 31 solidaire du fond 25 et s'étendant sur toute la profondeur de l'enceinte. Les diverses cloisons 24,26,28,29 et 31 sont ainsi réparties sur deux pièces qui s'imbriquent l'une dans l'autre, l'une s'appuyant par son fond 25 sur le fond 4 de l'enceinte de l'échangeur et, l'autre, s'appuyant par son fond 27 sur le capot 6. Le positionnement correct des cloisons-chicanes est assuré par la cloison externe 33 qui est prise en sandwich entre le fond 4 et le fond 27, des joints d'étanchéité étant éventuellement prévus entre les parois de l'enceinte 2, y compris le capot 6, et les cloisons-chicanes. Ces dernières sont réalisées avantageusement selon deux pièces moulées en matière plastique ce qui limite la conduction thermique avec la fonte du châssis-plaque 1. Les bords libres des cloisons 26,28,29 comportent des échancrures (non représentées) pour le passage d'une série de spires à la suivante. De même, la cloison 31 est percée d'un trou à hauteur de l'orifice 10. On obtient ainsi un échangeur remarquablement compact dont l'épaisseur (profondeur de l'enceinte 2) peut être très réduite. La figure 2 illustre une variante du dispositif de la figure 1 dans laquelle les éléments homologues de ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques. La différence essentielle entre les deux modes de réalisation se situe au niveau de l'introduction de l'eau chaude de chauffage dans le conduit central 24, laquelle introduction s'opère par une conduite latérale à l'enceinte 2, non plus totalement isolée de l'intérieur de l'enceinte, mais communiquant, tout le long de son trajet de contournement de l'enceinte 2 pour aboutir audit orifice 8, avec l'intérieur de l'enceinte. La section de la conduite 32 peut être variable, circulaire ou oblongue mais est calculée de façon que le débit du fluide y circulant corresponde à celui acheminé à l'entrée de la conduite 32. Le long de la conduite 32 l'eau chaude de chauffage lèche ainsi les faces externes de la cloison 31 et du fond 25 sur une bande de surface réduite. Ce mode de réalisation du conduit 32 d'acheminement de l'eau chaude de chauffage dans l'enceinte 2 est plus facile à réaliser en fonderie. La structure et le fonctionnement de l'échangeur sont par ailleurs strictement identiques à ceux de l'échangeur de la figure 1. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne le nombre de séries concentriques de spires, le nombre de spires et de couches superposées de spires de chaque série, les forme et disposition des cloisons-chicanes et leur mode de montage dans l'enceinte de l'échangeur, ainsi que les forme et dimensions de l'enceinte et l'agencement des entrées et sorties tant du fluide apporteur de calories que du fluide receveur de calories. RF'VENDICATIONS =:=:=:=:=:=:=:=:=.=:=:=:=:= 1. F.changeur pour eau chaude sanitaire notamment pour chaudière murale fournissant à la fois l'eau de chauffage et l'eau chaude sanitaire et du type comprenant une enceinte (2) dans laquelle circule l'eau de chauffage et un échangeur eau/eau plongé dans ladite enceinte et dans laquelle circule l'eau chaude sanitaire, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de séries (20,21,22,23) de spires hélicoïdales ou similaires, les différentes séries étant concentriques et séparées les unes des autres par des cloisons tubulaires (26,28,29) également concentriques et agencées de façon à constituer des chicanes contraignant le fluide caloporteur circulant dans ladite enceinte à lécher les spires des différentes séries, une série après l'autre. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (3) commun aux séries de spires (20 à 23) et aux cloisons-chicanes (26,28,29) est horizontal et perpendiculaire au châssis-plaque (1) de la chaudière murale, le fluide caloporteur entrant dans ladite enceinte (2) étant canalisé par un conduit tubulaire (24) coaxial à l'échangeur et agencé à l'zntérieur de la première série de spires (20) de façon à diriger ledit fluide entrant vers la spire de ladite première série reliée à l'orifice de départ (17) d'eau chaude sanitaire, le fluide caloporteur circulant dans l'enceinte (2) en sortant au droit de la spire de la dernière série (23) reliée à l'orifice d'entrée (14) d'eau chaude sanitaire. 3. Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la série externe (23) de spires est entourée d'une cloison (31.), les diverses cloisons (24,26,28,29,31) étant solidaires de deux fonds annulaires (25,27), les deux pièces ainsi réalisées, de préférence en matière plastique, étant imbriquées l'une dans l'autre à l'intérieur de ladite enceinte (2) pour constituer lesdites chicanes. 4. Echangeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide caloporteur introduit dans l'enceinte (2) est acheminé par un conduit (32) partiellement intégré dans la paroi (4,5) de l'enceinte et communiquant avec l'intérieur de celle-ci, ledit fluide circulant entre la paroi dudit conduit (32) et lesdits fond (25) et cloison (31).