Brevet FR2853399A1 — publié le 20041008

L'invention concerne un échangeur de chaleur hélicoïdal à fluide caloporteur, et une chaudière équipée d'un tel échangeur. Il est connu de réaliser une chaudière de chauffage notamment à condensation au moyen d'un échangeur hélicoïdal dans lequel circule un fluide 5 caloporteur, généralement de l'eau, et au-dessus ou dans la partie haute duquel est aménagé un brûleur. C'est par exemple le cas de la chaudière décrite dans le document EP0 825 392 A2 ou encore dans le document DE-4309598 AI. Dans ces dispositifs connus, l'échangeur de chaleur pour chaudière de 10 chauffage munie d'au moins un brûleur, se présente sous la forme d'un tube hélicoïdal cylindrique dans lequel circule le fluide caloporteur et autour duquel s'effectuent les échanges thermiques grâce aux gaz de combustion provenant du brûleur. Afin d'améliorer le rendement d'une chaudière munie d'un tel échangeur et notamment pour tenir compte de la variation du volume des gaz de combustion sur la 15 hauteur de l'échangeur, l'invention préconise un échangeur hélicoïdal qui est notamment remarquable en ce qu'il est constitué par un tube enroulé selon une hélice tronconique et dont la partie la plus large est destinée à être tournée vers le brûleur, ledit échangeur comportant en outre au besoin des ailettes sur une partie au moins de sa longueur. L'invention concerne bien sûr aussi une chaudière munie d'un tel échangeur et plus précisément une chaudière munie d'au moins un brûleur et d'un échangeur de chaleur hélicoïdal qui est donc notamment remarquable en ce qu'elle comporte un corps de forme au moins en partie tronconique dans lequel est disposé l'échangeur qui est constitué par un tube enroulé selon une hélice tronconique et dont la partie la 25 plus large est destinée à être tournée vers ledit brûleur. Par exemple, le tube constitutif de l'échangeur comporte en outre des ailettes sur une partie au moins de sa longueur et le brûleur est disposé dans la partie supérieure du corps, du côté le plus évasé de celui-ci, tandis qu'un pot de récupération des condensats et d'évacuation des gaz de combustion est aménagé 30 sous l'échangeur dans la partie inférieure dudit corps, de manière à réaliser ainsi une chaudière à condensation. Selon un mode de réalisation, son corps tronconique est entouré par une chemise de fluide qui communique avec l'extrémité supérieure de l'échangeur tandis que le retour dans ledit échangeur du fluide caloporteur refroidi s'effectue par une conduite branchée à l'extrémité inférieure de l'échangeur, le départ du fluide réchauffé de l'échangeur étant réalisé au moyen d'une conduite qui débouche dans la partie haute de ladite chemise de fluide. Dans ce cas, la forme conique du corps assure un meilleur guidage du flux 5 des gaz de combustion vers la chemise de fluide et donc un meilleur échange calorique desdits gaz avec ladite chemise de fluide. Avantageusement dans ce cas, entre la conduite de retour du fluide et la partie basse de la chemise de fluide, est prévue une dérivation de telle sorte que ledit fluide se partage au retour entre l'échangeur et la chemise de fluide. De la sorte, on 10 refroidit la partie basse de la chemise de fluide. La dérivation est, par exemple, réalisée au moyen d'un petit conduit reliant la conduite de retour du fluide et le bas de la chemise de fluide, ou encore au moyen de la conduite de retour du fluide qui traverse à cet effet la partie inférieure de la chemise de fluide tandis que la partie traversante de ladite conduite est pourvue d'un orifice de 15 passage pour le fluide. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: - les figures 1 et 2 représentent schématiquement une chaudière selon 20 l'invention munie d'un échangeur respectivement à tube lisse et à ailettes, - les figures 3 et 4 correspondent aux figures 1 et 2 selon une variante, - la figure 5 montre une dérivation du fluide au niveau de la conduite de retour 25 de la chaudière, qui est une variante par rapport à celle représentée sur les figures 1 à 4. Sur les figures 1 à 4, on peut voir, à titre d'exemple, une chaudière à fluide caloporteur (généralement de l'eau), du type ici à condensation. La chaudière représentée comporte un corps 1 dans la partie haute duquel est aménagé un brûleur 2, ici à flammes renversées, et à la base duquel est disposé un pot 3 récupérateur des condensats et qui est muni ici d'une évacuation 4 pour lesdits condensats et d'une évacuation 5 pour les gaz de combustion. Dans le corps 1 est disposé un échangeur de chaleur hélicoïdal à tube lisse 6 (figures 1 et 3) ou à tube 6' à ailettes (figures 2 et 4), au moins une partie de la première spire n'ayant dans cet exemple pas d'ailette. Autour du corps 1 est prévue ici une chemise de fluide 7 tandis que 5 l'échangeur hélicoïdal 6, 6' est alimenté par une conduite 8 de retour du fluide refroidi, qui est branchée à l'extrémité inférieure du tube constitutif dudit échangeur 6, 6', son extrémité supérieure débouchant comme le montrent les figures dans la chemise de fluide 7, celle-ci étant en outre pourvue ici, du côté opposé o débouche l'échangeur 6, 6', d'une conduite 9 de départ du fluide chauffé. Au centre de l'échangeur 6, 6', est en outre prévu un pot 10 muni d'un isolant 11 (figures 1 et 2) ou 1l' (figures 3 et 4), l'isolant 1l' étant dans cet exemple plus important que l'isolant 11 pour assurer aussi la fonction d'amortisseur phonique. Dans les modes de réalisation représentés, la conduite 8 de retour est de plus pourvue d'une dérivation sous la forme d'un conduit 12 (figures 1 à 4) reliant 15 ladite conduite 8 et la partie inférieure de la chemise de fluide 7, ou sous la forme d'un orifice 13 ménagé dans une partie de la conduite 8 qui traverse alors à cet effet le bas de la chemise de fluide 7 comme le montre la figure 5. Cette dérivation 12, 13 a pour effet d'alimenter la chemise de fluide 7 avec le fluide de retour et donc de refroidir ladite chemise 7 à sa base afin notamment de 20 favoriser la condensation et le rendement de la chaudière. Comme le montrent bien les dessins, le corps 1 est tronconique avec sa partie la plus large tournée vers le brûleur 2. De même, l'échangeur 6 lisse ou l'échangeur 6' à ailettes est constitué d'un tube enroulé selon une hélice tronconique, sa partie la plus large étant tournée vers ledit brûleur 2. Cette forme tronconique de l'échangeur 6, 6' est avantageuse du fait notamment de la variation du volume des gaz de combustion en fonction de l'éloignement de la zone correspondante de l'échangeur par rapport au brûleur et du fait en outre d'une meilleure orientation forcée du flux des gaz de combustion vers la chemise de fluide 7. On comprend bien que l'invention concerne essentiellement l'échangeur, qu'il soit à tube lisse 6, ou à tube 6' à ailettes, mais aussi toute sorte de chaudière équipée d'un tel échangeur. A cet effet, il a paru inutile de montrer d'autres chaudières que celles représentées sur les figures 1 à 4, équipées selon l'invention et qui peuvent être bien entendu à condensation ou non, à chemise de fluide ou non. Par exemple aussi, le brûleur peut être différent et notamment présenter une 5 forme cylindrique avec des flammes latérales, lequel brûleur s'introduisant dans la partie haute de l'échangeur, la conduite de départ pourrait être du même côté que celui o débouche l'extrémité de l'échangeur dans le chemise de fluide, etc. REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur hélicoïdal (6,6') à fluide caloporteur pour chaudière de chauffage munie d'au moins un brûleur (2), caractérisé en ce qu'il est constitué par 5 un tube enroulé selon une hélice tronconique et dont la partie la plus large est destinée à être tournée vers le brûleur (2). 2) Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube constitutif de l'échangeur (6') comporte en outre des ailettes sur une partie au moins de sa longueur. 3) Chaudière de chauffage à fluide caloporteur munie d'au moins un brûleur (2) et d'un échangeur de chaleur hélicoïdal (6,6'), caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (1) de forme au moins en partie tronconique dans lequel est disposé l'échangeur (6,6') qui est constitué par un tube enroulé selon une hélice tronconique et dont la partie la plus large est destinée à être tournée vers ledit brûleur (2). 4) Chaudière de chauffage selon la revendication 3, caractérisée en ce que le tube constitutif de l'échangeur (6') comporte en outre des ailettes sur une partie au moins de sa longueur. 5) Chaudière selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le brûleur (2) est disposé dans la partie supérieure du corps (1), du côté le plus évasé de 20 celui-ci, tandis qu'un pot (3) de récupération des condensats et d'évacuation des gaz de combustion est aménagé sous l'échangeur dans la partie inférieure dudit corps (1). 6) Chaudière selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que son corps (1) tronconique est entouré par une chemise (7) de fluide qui communique avec l'extrémité supérieure de l'échangeur (6,6') tandis que le retour dans ledit échangeur 25 (6,6') du fluide caloporteur refroidi s'effectue par une conduite (8) branchée à l'extrémité inférieure de l'échangeur, le départ du fluide réchauffé de l'échangeur étant réalisé au moyen d'une conduite (9) qui débouche dans la partie haute de ladite chemise (7) de fluide. 7) Chaudière selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'entre la conduite 30 (8) de retour du fluide et la partie basse de la chemise (7) de fluide, est prévue une dérivation (12,13) de telle sorte que ledit fluide se partage au retour entre l'échangeur (6,6') et la chemise (7) de fluide. 8) Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que la dérivation est réalisée au moyen d'un petit conduit (12) reliant la conduite (8) de retour du fluide et le bas de la chemise (7) de fluide. 9) Chaudière selon la revendication 7, caractérisée en ce que la dérivation est 5 réalisée au moyen de la conduite (8) de retour du fluide qui traverse à cet effet la partie inférieure de la chemise (7) de fluide tandis que la partie traversante de ladite conduite est pourvue d'un orifice (13) de passage pour le fluide.