Brevet FR2693540A1 — publié le 19940114

ECHANGEUR THERMIQUE EAU/EAU POUR CHAUFFE-EAU A DOUBLE ENVELOPPE ET SON PROCEDE D'OBTENTION La présente invention a trait à un échangeur thermique eau/eau pour chauffe-eau à double enveloppe. Ce type de chauffe-eau comprend un ballon de stockage d'eau sanitaire réchauffée par l'eau chaude destinée au chauffage, circulant à l'intérieur d'une enveloppe entourant le ballon d'eau sanitaire. Un tel dispositif, s'il est simple de construction, ne permet pas un échange thermique optimal entre le fluide chaud externe et le fluide à réchauffer interne, car généralement, l'eau qui doit céder sa chaleur pénètre dans l'échangeur et passe de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie en prenant le chemin le plus court et, ainsi, ne lèche pas toute la surface d'échange et le rendement d'échange thermique est médiocre. La présente invention vise à proposer un échangeur thermique eau/eau du type ci-dessus mais offrant un rendement d'échange calorifique notablement supérieur à ceux des dispositifs connus tout en conservant la simplicité générale de conception et de réalisation de ce type d'échangeur. A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique eau/eau pour chauffe-eau à double enveloppe, comprenant un réservoir cylindrique d'eau à réchauffer, en particulier de l'eau sanitaire, entouré au moins partiellement d'un espace annulaire dans lequel circule de l'eau chaude, en particulier de l'eau de chauffage, entre un orifice d'introduction et un orifice d'évacuation, caractérisé en ce que dans ledit espace annulaire, ladite eau chaude est canalisée entre ledit orifice d'introduction et ledit orifice d'évacuation suivant un trajet hélicoïdal enveloppant ledit réservoir d'eau à réchauffer. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, les moyens de canalisation de l'eau devant céder des calories sont constitués par un élément plat en forme de ruban, cintré de façon à épouser ledit réservoir cylindrique, le plan général du ruban étant orthogonal à la paroi du réservoir, ledit ruban étant disposé en hélice et fixé par tous moyens appropriés à ladite paroi du réservoir. Ledit ruban est par exemple un feuillard métallique sur l'un des bords duquel sont ménagées des déformations conférant au ruban le cintrage désiré, ledit ruban étant soudé à ladite paroi du réservoir le long dudit bord déformé. Ledit ruban peut-être également une matière plastique appropriée et de section en T, la partie du ruban formant la barre horizontale du T servant à la fixation, notamment par collage, du ruban sur la paroi du réservoir d'eau à réchauffer. Un tel échangeur eau/eau est à la fois simple de conception et d'un rendement thermique tout à fait intéressant du fait qu'il contraint l'eau devant céder de sa chaleur à lécher pratiquement toute la surface cylindrique externe du réservoir interne et à séjourner le plus longtemps possible au contact avec ledit réservoir. L'invention concerne par ailleurs un procédé particulièrement simple et pratique à mettre en oeuvre pour réaliser de manière économique un tel échangeur. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation du dispositif selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Figure 1 est une vue en coupe verticale axiale d'un chauffe-eau à double enveloppe équipé d'un échangeur de chaleur eau/eau selon l'invention - Figure 2 est une vue partielle d'un ruban métallique servant à constituer un échangeur conforme à l'invention et - Figure 3 est une vue schématique d'une installation de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention pour la réalisation du ruban de la figure 2 et sa mise en place sur un réservoir cylindrique. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement en coupe axiale verticale un échangeur de chaleur eau/eau notamment pour chauffe-eau du type à double enveloppe délivrant de l'eau chaude sanitaire par un ballon 1 de forme générale cylindrique. La paroi du ballon 1, généralement métallique, est doublée extérieurement, au droit de la partie cylindrique, d'une seconde enveloppe cylindrique 2 qui est généralement également métallique, munie à ses extrémités d'une collerette interne 3 fixée au ballon 1 en sorte de définir, entre la paroi cylindrique du ballon et la seconde enveloppe 2, un espace cylindrique annulaire 4 de quelques centimètres et enveloppant le ballon 1. L'ensemble ainsi formé est complètement entouré d'une masse 5 constituée d'un matériau isolant thermique enfermé dans une enveloppe externe 6. A hauteur des collerettes 3 sont ménagées respectivement une entrée 7 d'eau chaude, provenant par exemple d'une chaudière de chauffage central, dans l'espace 4 et une sortie 8. Un tel agencement est en soi connu et l'invention vise à améliorer les conditions de circulation dans l'espace 4 du fluide devant céder de la chaleur et les conditions de transfert au liquide contenu dans le ballon 1. Conformément à l'invention, l'espace annulaire 4 est muni d'un cloisonnement interne constitué par un élément plat en forme de ruban 9 interposé entre les deux parois cylindriques en regard, du ballon 1 et de l'enveloppe 2, et disposé en hélice en sorte de créer entre l'orifice d'entrée 7 et celui de sortie 8 un trajet hélicoïdal 10 contraignant le fluide caloporteur à lécher presque toute la surface externe du ballon en faisant plusieurs fois le tour de ce dernier. La longueur du trajet du fluide caloporteur dans l'espace 4 et son temps de séjour au contact avec le ballon 1, sont donc très substantiellement accrus, ce qui améliore d'autant le rendement de l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide à l'intérieur du ballon. Le ruban 9 est enroulé en hélice autour de la partie cylindrique du ballon 1, le plan général du ruban étant sensiblement perpendiculaire à la fois à la paroi du ballon et à l'enveloppe 2. La fixation du ruban 9 est réalisée de préférence sur le ballon, par soudage, collage ou tout autre moyen. La figure 2 illustre un mode de réalisation d'un élément susceptible de réaliser le cloisonnement désiré entre les deux enveloppes (1 et 2). L'élément représenté 9 est un feuillard métallique déformé le long de l'un de ses bords longitudinaux (10) afin d'obtenir la courbure appropriée à celle du ballon 1 à ceinturer hélicoïdalement. La hauteur du feuillard 9 est par exemple de l'ordre de 10 à 20 mm, le diamètre du ballon 1 étant de l'ordre de 350 à 700 mm. La déformation du feuillard 9, côté bord 10, permet, selon la nature des déformations, de cintrer le feuillard dans son plan en sorte que la direction générale du bord 10 et celle du bord opposé 11 auront sensiblement une même courbure égale à celle du ballon 1 à équiper. On facilite ainsi la fixation du feuillard 9 avec son plan général sensiblement perpendiculaire à la paroi cylindrique du ballon. Le feuillard 9 de la figure 2 a subi sur une partie substantielle de sa longueur une série continue de déformations ondulées 12 dont l'amplitude d'ondulation s'accroît en direction dudit bord 10 pour être maximale sur ce bord 10 qui présente alors la forme d'une ligne ondulée. La figure 3 illustre une installation réalisant à la fois la mise en forme du feuillard 9 et sa mise en place autour d'un ballon 1. Le procédé consiste, conformément à l'invention, à dérouler un feuillard 9 d'une bobine 13, à le faire passer entre deux engrenages en prise 14 entraînés en rotation et présentant un profil approprié de dents coniques. Le profil de la denture des engrenages 14 est déterminé pour déformer le feuillard 9 conformément à l'illustration de la figure 2 et donne aux bords 10, 11 la courbure correspondant à celle du ballon 1. Les engrenages 14 délivrent ainsi en direction du ballon 1 un feuillard 9 cintré et prêt à être placé contre la surface cylindrique externe du ballon pour y être fixé ensuite. A cet effet, le ballon 1 est placé entre deux mandrins 15 en sorte d'entraîner en rotation le ballon 1 autour de son axe A. En outre, la paire d'engrenages 14 est montée sur un chariot 16 mobile en translation suivant la flèche 17, parallelement à l'axe A. Le chariot 16 est déplacé par exemple par une vis sans fin 18 reposant sur deux parties fixes 19 et entraînée en rotation. Le chariot 16 et la bobine 13 sont déplacés simultanément, les vitesses de translation du chariot, de délivrance du feuillard cintré 9 par les engrenages 14 et de rotation du ballon 1, étant synchronisées de façon à permettre l'enroulement en hélice direct du feuillard 9 autour du ballon 1 aVec le pas désiré de l'hélice formée par le feuillard. La fixation du feuillard 9 sur le ballon 1 se fait de préférence par soudage du bord 10 sur la paroi du ballon, de place en place par exemple. Ensuite, l'enveloppe externe 2 sera mise en place pardessus le feuillard 9 et fixée par tous moyens appropriés, en particulier un soudage, sur le ballon 1, le feuillard étant en contact par son bord externe 11 avec ladite enveloppe 2. On réalise ainsi entre le ballon 1 et l'enveloppe 2 un conduit de cheminement du fluide caloporteur, hélicoïdal à spires jointives, de section rectangulaire constante de quelques centimètres de hauteur et dont la largeur constante peut être déterminée à volonté. L'élément plat allongé en forme de ruban 9 peut être en une matière plastique appropriée, par exemple un profilé extrudé à section en T dont la barre horizontale serait plaquée contre la surface externe du ballon 1 et fixée par tous moyens, notamment un collage La mise en place de cet élément peut être éventuellement facilitée par déformation à la chaleur, ou à l'aide d'un produit amollissant, de la matière plastique. 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 les nature, forme et dimensions de l'élément 9 servant à définir le conduit hélicoïdal du fluide caloporteur autour du ballon 1, les moyens pour cintrer cet élément en fonction du diamètre dudit ballon, ainsi que les moyens de fixation de l'élément sur le ballon 1 et/ou l'enveloppe externe 2. REVENDICATIONS =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:= 1. Echangeur thermique eau/eau pour chauffe-eau à double enveloppe, comprenant un réservoir cylindrique (1) d'eau à réchauffer, en particulier de l'eau sanitaire, entouré au moins partiellement d'un espace annulaire (4) dans lequel circule l'eau chaude, en particulier de l'eau de chauffage, entre un orifice d'introduction (7) et un orifice d'évacuation (8), caractérisé en ce que dans ledit espace annulaire (4), ladite eau chaude est canalisée entre ledit orifice d'introduction (7) et ledit orifice d'évacuation (8) suivant un trajet hélicoïdal (9) enveloppant ledit réservoir d'eau à réchauffer (1). 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de canalisation de l'eau devant céder des calories sont constitués par un élément plat en forme de ruban (9) cintré de façon à épouser ledit réservoir cylindrique (1), le plan général du ruban étant orthogonal à la paroi du réservoir, ledit ruban étant disposé en hélice et fixé par tous moyens appropriés à ladite paroi du réservoir. 3. Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ruban est un feuillard métallique (9) sur l'un des bords (10) duquel sont ménagées des déformations (12) conférant au ruban le cintrage désiré, ledit ruban étant soudé à ladite paroi du réservoir (1) le long dudit bord déformé (10). 4. Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ruban 9 est réalisé en une matière plastique appropriée et de section en T, la partie du ruban formant la barre horizontale du T servant à la fixation, notamment par collage, du ruban sur la paroi du réservoir d'eau à réchauffer (1). 5. Procédé d'obtention d'un échangeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste - à entraîner en rotation autour de son axe le réservoir cylindrique (1) à équiper, - à dérouler un feuillard métallique (9) depuis une bobine (13) en le faisant passer dans une paire d'engrenages (14) à denture conique en vue de déformer ledit feuillard au droit de l'un de ses bords (10) afin de lui donner un cintrage correspondant sensiblement à la courbure dudit réservoir (1), à à enrouler le feuillard (9) ainsi déformé autour du réservoir (1), tout en déplaçant ladite paire d'engrenages (14) parallèlement à l'axe du réservoir, les vitesses de rotation de ce dernier, de déplacement en translation des engrenages (14) et de délivrance du feuillard (9), étant synchronisées en sorte d'appliquer le feuillard sur le réservoir suivant une hélice de pas désiré, à à fixer par tous moyens appropriés, notamment par soudage, le feuillard (9) sur le réservoir (1), et à rapporter par-dessus l'ensemble réservoir feuillard une enveloppe cylindrique (2) fixée au moins audit réservoir (1) par tous moyens appropriés, notamment par soudage.