Brevet FR2659428A3 — publié le 19910913

FR 2659428 A3 19910913 FR 9016054 A 19901219 La présente invention concerne un échangeur de chaleur avec au moins un tuyau essentiellement horizontal où circule un fluide, notamment de l'eau, et chauffé extérieurement par un fluide transporteur de chaleur, notamment des gaz de combustion, et qui est muni à l'intérieur, au moins par endroits, d'un isolement. Les échangeurs de chaleur posent toujours le problème d'appliquer au fluide à chauffer la chaleur produite sans que des bruits de bouillonnement naissent, indépendamment des conditions de service. Sur des réalisations connues, on vise à obtenir un haut degré de transmission thermique dans le tuyau à l'aide d'éléments appropriés. Cela a pour conséquence que la température de la paroi extérieure du tuyau diminue fortement et tombe par endroits jusqu'au-dessous du point de rosée de l'eau. Notamment les parties du tuyau sont concernées qui, du fait de la géométrie de l'échangeur de chaleur et des conditions thermodynamiques côté chauffage et côté fluide à chauffer, ne participent que peu à la transmission de chaleur. Le condensat résultant d'une température sous le point de rosée a un effet fortement corrosif, si la chaleur nécessaire est produite par des gaz de combustion, et provoque une rapide détérioration de la couche protectrice de l'échangeur, ce qui conduit finalement à sa destruction. De plus, l'eau de condensation s'égouttant des tuyaux peut provoquer un encrassement et une détérioration d'objets disposés sous l'échangeur de chaleur. Aux termes du brevet DE-OS 33 06 800, il est proposé une compensation de température à l'intérieur de l'échangeur, la section du tuyau étant subdivisée en différents passages et les tuyaux et parties concernés étant recouverts de couches superficielles avec des qualités absorbantes et réfléchissantes différentes. Un inconvénient de cette solution consiste avant tout dans la réalisation difficile des parois qui doivent s'étendre sur l'ensemble de la longueur du tuyau échangeur, et dans l'application de couches supplémentaires pour augmenter l'effet voulu. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un échangeur de chaleur du type mentionné plus haut, dans lequel la température ne descend pas sous le point de rosée, et qui se signale par la simplicité de sa construction. Conformément à 11 invention, ce but est atteint par ce que la couche isolante est appliquée, au moins par endroits, directement ou au moyen d'entretoises à la paroi intérieure. Cela a pour conséquence qu'il s'établit entre le fluide à chauffer, circulant dans le tuyau, et la paroi extérieure du tuyau chauffée par exemple par des gaz de combustion, une différence de température plus élevée du fait de l'élément isolant réduisant le taux de transmission de chaleur. Cela se traduit par une augmentation correspondante de la température de la paroi extérieure du tuyau, évitant qu'elle ne descende sous le point de rosée. L'élément isolant peut être fait d'un matériau ayant un faible taux de transmission, par exemple une matière synthétique. De cette façon, le taux de transmission de chaleur est réduit de façon simple, au moins par endroits. L'isolant peut de préférence être une matière synthétique à structure ouverte ou fermée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il peut être prévu que 11 élément isolant est formé par un tu be intérieur dans un matériau conducteur de chaleur, logé dans le tuyau. Entre la paroi intérieure dudit tuyau et la paroi extérieure du tube, il existe au moins par endroits une fente, la section du tube intérieur différant de préférence par endroits de celle du tuyau. Sur cette variante, il existe au moins par endroits une fente entre le tube intérieur et le tuyau, laquelle produit un effet isolant de sorte à éviter un refroidissement trop fort du tuyau par le fluide à chauffer, d'où une température suffisamment élevée de la paroi extérieure du tuyau. I1 peut de plus être prévu un élément isolant à section essentiellement ronde, qui, le long de génératrices, est en contact avec la paroi intérieure du tuyau ou est relié avec elle, une fente existant entre les parties de l'élément isolant en liaison avec la paroi du tuyau et la paroi intérieure du tuyau, ou un élément isolant disposé dans le tuyau, et dont la section présente une épaisseur de préférence constante et a une courbure dont le rayon est plus grand que celui du tuyau dans cette partie, et qui s'appuie par ses bords longitudinaux sur la paroi intérieure du tuyau ou est relié avec elle. Dans les deux cas, il y a aussi formation d'une fente entre la paroi intérieure du tuyau et l'élément isolant lequel peut être fait d'un matériau bon conducteur de chaleur. Sur un échangeur de chaleur suivant l'invention, il peut en outre être prévu que l'élément isolant est disposé dans la partie supérieure de la section des tuyaux. De cette façon, notamment la partie du tuyau qui est le moins en contact avec les gaz de combustion s'écoulant de bas en haut, est à l'abri d'une trop forte diminution de la température sur sa paroi extérieure. Cela est également le cas si la fente entre le tuyau et le tube intérieur se trouve située dans la partie supérieure de la section du tuyau. Dans ce cas aussi, par sui te de l'augmentation de la résistance à la transmission de chaleur dans la partie supérieure de la section du tuyau, une diminution trop forte de la température de la paroi extérieure du tuyau est évitée. Ci-après, l'invention est décrite avec les figures du dessin à l'appui, qui représentent: Fig. i à 6, des sections de tuyaux pour des échangeurs de chaleur suivant l'invention, et Fig. 7, une coupe longitudinale d'un tuyau pour un échangeur de chaleur suivant l'invention. Dans le tuyau suivant la fig. 1, il est prévu, dans la partie supérieure de la section du tuyau 1 lequel a une section ovale pour améliorer la transmission de chaleur ou le léchage par les gaz de combustion, un élément isolant 2 qui peut être relié à la paroi intérieure du tuyau i. D'une façon générale, la section ovale du tuyau 1 suivant la fig. 1 n'est pas obligatoire, et l'élément isolant 2 peut aussi être disposé dans une autre partie de la section du tuyau 1, par exemple dans sa partie inférieure. L'élément isolant 2 peut être fait en mousse appliquée dans le tuyau 1 à l'aide d'un moule approprié, introduit dans ledit tuyau. Une autre possibilité d'appliquer un élément isolant 2 sur la paroi intérieure du tuyau 1 ressort de la fig. 2 et consiste dans le moulage d'une masse durcissante, p. ex. une résine, dans le tuyau, l'introduction dans le tuyau i d'une forme 3 représentée en traits discontinus dans la fig. 2, assurant la formation de l'élément isolant 2 en forme de segment. Par une conception appropriée de la forme 3, il est aussi possible d'obtenir une épaisseur variable de 11 élément isolant 2 dans sa section. Cela permet d'adapter la résistance à la transmission de chaleur à l'intensité de l'effet sur la paroi extérieure du tuyau 1 de gaz de combustion ou d'un autre fluide transporteur de chaleur, la résistance à la transmission de chaleur depuis la paroi extérieure du tuyau 1 sur le fluide circulant dans son intérieur et absorbant la chaleur, augmentant du fait de l'épaisseur variable de l'élé- ment isolant 2 d'autant plus que l'effet thermique sur le tuyau 1 est faible. En principe, il serait aussi possible de prévoir un élément isolant 2 avec une section essentiellement en forme de segment. Dans les exemples de réalisation suivant les fig. I et 2, les éléments isolants 2 sont faits dans un matériau mauvais conducteur de chaleur, tel que des matières synthétiques à structure poreuse qui peut être à pores ouvertes ou fermées comme p. ex. POM, PE, PTFE. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 3, lté- lément isolant 21 peut aussi être fait dans un matériau bon conducteur de chaleur tel que tôle de cuivre ou d'acier. Cependant, l'élément isolant 2' se trouve à une faible distance de la paroi intérieure du tuyau 1 grâce à des entretoises 3 qui peuvent être par exemple de petites saillies sur la face extérieure de l'élément isolant 2'. Du fait de ces entretoises 3, il existe entre la paroi intérieure du tuyau 1 et la face extérieure de l'élément isolant une fente 4 de l'ordre d'un mm par exemple. Par suite du frottement relativement élevé du fluide sur les faces du tuyau 1 et de l'élément isolant 2' du fait de l'étroitesse de la fente et/ou d'un bouchage de la section de la fente, le fluide ne peut traverser cette fente qutà une vitesse réduite et, en conséquence, prélever seulement une faible quantité de chaleur du tuyau 1 de sorte que celui-ci ne cède dans cette partie que peu de chaleur. Pour cette raison, la paroi extérieure du tuyau 1 se trouve à une température suffisamment élevée, en dépit du faible apport de chaleur dans cette partie, pour éviter de façon sûre une température inférieure au point de rosée. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 4, un élément isolant en forme de tube intérieur 5 est mis dans le tuyau 1, dont la section diffère de celle de l'autre. Dans ce cas, le tube intérieur, sauf pour ce qui est de sa partie supérieure, est en contact direct avec la paroi intérieure du tuyau 1, ce qui profite à la transmission de chaleur, le tube intérieur 5 étant fait dans un matériau bon conducteur de chaleur, tel que cuivre, pour assurer une transmission efficace de chaleur depuis la paroi extérieure du tuyau 1 au fluide à chauffer circulant dans le tube intérieur 5. Les sections du tuyau 1 et du tube intérieur 5 différant l'une de l'autre, il existe dans la partie supérieure de la section du tuyau 1 un espace 4', où il n'y a cependant pas de fluide à chauffer, mais de l'air qui sert isolant. De cette façon, il est aussi garanti que dans la partie supérieure du tuyau 1, la transmission de chaleur depuis sa paroi extérieure au fluide à chauffer, circulant dans le tube intérieur 5, est entravée, ce qui a pour conséquence qu'en dépit de l'apport réduit de chaleur dans la partie supérieure du tuyau 1, la température de sa paroi extérieure est suffisamment élevée pour ne pas descendre jusqutau-dessous du point de rosée. Par une forme appropriée du tube intérieur 5, il est aussi possible de créer une fente s'étendant sur toute la longueur du tuyau, ce qui crée des conditions identiques largement avec celles concernant le tuyau suivant la fig. 3. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 5, un élément isolant 6 est placé dans le tuyau 1, lequel présente une section essentiellement ronde et qui est en contact avec la paroi intérieure du tuyau 1 ou est relié avec elle, et sépare un espace 4" de la section libre 7. Du fait de la petite section de l'espace 4", la résistance à l'é- coulement y est beaucoup plus grande que dans la section libre 7 de sorte que le fluide à chauffer dans l'espace 4" ne prélève que peu de chaleur de la paroi du tuyau, en tout cas moins que dans la section 7. il est en outre possible de fermer l'espace 4" de sorte que l'air qui s'y trouve, sert d'isolant, ce qui a pour conséquence que la paroi du'tuyau 1 ne cède que peu de chaleur à travers ltélé- ment isolant 6 au fluide circulant dans la section 7.En dépit du faible apport de chaleur dans cette partie du tuyau 1, il règne une température élevée à sa paroi extérieure qui ne peut pas descendre sous le point de rosée. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 6, un élément isolant 8 est monté dans le tuyau, s'appuyant contre sa paroi intérieure par ses bords latéraux séparant ainsi un espace 4"' de la section 7 du tuyau 1. Il en résulte au fond les mêmes conditions que dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 5. L'élément isolant 8 présente ici un rayon supérieur à celui de la section du tuyau 1 dans la partie où est monté l'élément isolant 8. il ne faut plus d'entretoises comme dans l'exemple de la fig. 3. La fig. 7 présente une coupe en long d'un tuyau suivant la fig. 6, l'espace 4"' dans la zone d'entrée étant, pour telles ou telles raisons, largement fermé. Cet espace pourrait, en principe, aussi être fermé complètement. Dans le premier cas, l'écoulement lent dans l'espace 4"' peut être obtenu par un orifice relativement petit prévu dans la section d'écoulement initial ou dans l'élément isolant 8 directement. Revendications 1. Echangeur de chaleur avec au moins un tuyau essentiel lement horizontal où circule un fluide, notamment de l'eau, et chauffé extérieurement par un fluide trans porteur de chaleur, notamment des gaz de combustion, et qui est muni à l'intérieur, au moins par endroits, d'un élément isolant, caractérisé par le fait que 1' élément isolant (2) est appliqué, au moins par endroits, directement ou au moyen d'entretoises (3), à la paroi intérieure du tuyau (1). 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, ca ractérisé par le fait que l'élément isolant est for mé par un tube intérieur (5) dans un matériau conduc teur de chaleur, logé dans le tuyau (1), et qu'entre la paroi intérieure dudit tuyau (1) et la paroi ex térieure du tube, il existe au moins par endroits une fente (4'), la section du tube intérieur (5) diffé rant de préférence de celle du tuyau (1), par endroits. 3. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément isolant (2, 2') est disposé dans la partie supérieu re de la section du tuyau (1). 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, ca ractérisé par le fait que la fente entre le tuyau (i) et le tube intérieur (5) se trouve située dans la par tie supérieure de la section du tuyau (1). 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, ca ractérisé par le fait qu'un élément isolant (6) est placé dans le tuyau (1), lequel présente une section essentiellement ronde et qui, le long de génératri ces, est en contact avec la paroi intérieure du tuyau (1) ou est relié avec elle, et qu'entre les parties de l'élément isolant (6) en contact avec le tuyau (1) et la paroi intérieure du tuyau (1), il reste une fen te (4"'). 6. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, ca ractérisé par le fait que dans le tuyau (1), il est prévu un élément isolant (8) dont la section présen te de préférence une épaisseur constante et a une cour bure dont le rayon est supérieur à celui du tuyau (1) dans cette partie, et qui par ses bords longitudinaux s'appuie contre la paroi intérieure du tuyau (1) ou est relié avec elle.