Brevet FR2865270A3 — publié le 20050722

FR 2865270 A3 20050722 FR 0412754 A 20041201 ECHANGEUR THERMIQUE AMELIORE La présente invention concerne un échangeur thermique. En particulier, l'invention concerne un échangeur bithermique gaz-liquide, qui a un usage préféré, bien que non exclusif, comme échangeur bithermique gaz-eau dans des appareils de chauffage de l'eau destinés à la fois à un usage domestique et à un usage dans des installations d'immeubles. Dans le cadre de la présente description et des revendications ci-dessous, le terme échangeur bithermique gaz-liquide est utilisé pour désigner un échangeur thermique qui permet d'obtenir un échange thermique entre un gaz s'écoulant à l'extérieur de l'échangeur, un premier liquide conducteur de chaleur en relation d'échange thermique avec ledit gaz et un second liquide conducteur de chaleur en relation d'échange thermique avec le gaz et/ou le premier liquide conducteur de chaleur. En particulier, dans le cas d'une utilisation dans des appareils de chauffage de l'eau, le premier liquide conducteur de chaleur consiste généralement en eau pour chauffer des pièces ou l'eau primaire, tandis que le second liquide conducteur de chaleur consiste généralement en eau sanitaire. Dans le cadre de la présente description et des revendications ci-dessous, le terme liquide conducteur de chaleur est utilisé pour désigner tout liquide capable de recevoir/libérer de la chaleur en provenance de/vers des sources externes de chaleur et de conduire la chaleur jusqu'à différents points d'un système où un tel fluide circule. L'objet de la présente invention est de fournir un échangeur bithermique gaz-liquide, en particulier un échangeur bithermique gaz-liquide pour un appareil de chauffage de l'eau, dont la structure est plus simple et moins onéreuse à fabriquer par rapport aux échangeurs connus d'une puissance égale. La présente invention concerne donc un échangeur 10 bithermique gazliquide comprenant: - une pluralité de premiers conduits tubulaires pour faire circuler un premier liquide conducteur de chaleur; - une pluralité de seconds conduits tubulaires pour faire circuler un second liquide conducteur de chaleur, lesdits seconds conduits tubulaires étant montés à l'intérieur des premiers conduits tubulaires; - au moins un raccord d'admission et au moins un raccord de sortie du second liquide conducteur de chaleur associé à une extrémité libre d'un premier et d'un second conduits de ladite pluralité de seconds conduits tubulaires, caractérisé en ce que lesdits raccords d'admission et de sortie du second liquide conducteur de chaleur sont intégralement formés au niveau de ladite extrémité libre desdits premier et second conduits tubulaires de la pluralité de seconds conduits tubulaires. Cette solution permet de manière avantageuse d'obtenir un échangeur bithermique dont la structure est plus simple que celle des échangeurs connus de puissance et de dimensions globales égales. Grâce au fait que les raccords d'admission et de sortie du second liquide conducteur de chaleur sont formés d'une seule pièce, il est, en fait, avantageusement possible d'éviter l'utilisation de raccords soudés qui rendent les opérations de fabrication de l'échangeur thermique plus complexes. Cette complication opérationnelle est particulièrement manifeste lorsque les raccords sont fabriqués dans un matériau structurel différent de celui qui constitue les seconds conduits tubulaires, comme il arrive en fait dans la très grande majorité des cas, essentiellement pour des raisons de coûts. En fait, les fabricants de ce type d'échangeurs thermiques adoptent habituellement des conduits tubulaires en cuivre et des raccords en alliage de laiton, un matériau de construction qui est beaucoup moins onéreux que le précédent tout en pouvant quand même être travaillé mécaniquement de la manière souhaitée. Dans ce cas, outre les problèmes liés au soudage entre différents matériaux, il peut y avoir des problèmes dans l'étape de soudobrasage à laquelle l'échangeur doit ultérieurement être soumis, puisque les composants de l'alliage de soudage utilisé pol.r souder les raccords peuvent se séparer par précipitation dans le four de soudobrasage, en l'endommageant ou en diminuant son rendement. L'utilisation de raccords en alliage de laiton peut aussi nuire à l'équilibre de l'atmosphère contrôlée du four de soudobrasage après la vaporisation partielle du zinc (un des composants de l'alliage) qui peut avoir un effet néfaste sur la qualité des soudures obtenues. Au contraire, la fourniture de raccords formés d'une seule pièce permet de manière avantageuse non seulement d'éviter les problèmes de fabrication mentionnés ci-dessus, mais aussi de réduire sensiblement à zéro la probabilité de pertes ou de rupture pouvant se produire au niveau de zones de structure plus faible, comme par exemple au niveau des renforcements de soudure. La structure d'un échangeur bithermique selon la présente invention permet également une simplification avantageuse du processus de fabrication de l'échangeur lui-même, puisque les étapes de soudage des raccords extérieurs et des essais ultérieurs de l'étanchéité des soudures peuvent être évitées. Par conséquent, il est clair que la présente invention non seulement fournit un échangeur bithermique dont la structure est plus simple, mais permet également d'obtenir une réduction avantageuse des coûts de fabrication. D'autres caractéristiques et avantages d'un échangeur bithermique selon la présente invention deviendront plus apparents à la lecture de la description détaillée ci-dessous, donnée à des fins indicatives et non limitatives, en référence aux dessins joints. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue en perspective partiellement écorchée d'un mode de réalisation préféré d'un échangeur bithermique selon la présente invention; - la figure 2 est une vue transversale longitudinale de l'échangeur de la figure 1; - la figure 3 est une vue de face de l'échangeur de la figure 1 selon la direction de la flèche A de la 5 figure 2; - la figure 4 est une vue transversale longitudinale d'un autre mode de réalisation de l'échangeur de la figure 1; - la figure 5 est une vue de face de l'échangeur 10 de la figure 4 selon la direction de la flèche A de la figure 4. Sur ces figures, un échangeur bithermique gaz-liquide selon un mode de réalisation préféré de la présente invention est en général désigné par le chiffre 1. L'échangeur 1 est, en particulier, un échangeur bithermique gaz-eau pour un appareil de chauffage de l'eau destiné à chauffer simultanément de l'eau pour chauffer les pièces ou l'eau primaire et l'eau sanitaire, en soi conventionnel et non représenté. L'échangeur 1 comprend (figure 1) une pluralité de premiers conduits tubulaires 2, sensiblement rectilignes et parallèles les uns aux autres, à l'intérieur desquels une pluralité respective de seconds conduits tubulaires 3 est montée. Entre chaque conduit tubulaire 2 (extérieur) et le conduit tubulaire correspondant 3 (intérieur), au moins un espace creux 4 est à cet effet défini pour la circulation de l'eau pour le chauffage des pièces, tandis que l'eau sanitaire circule à l'intérieur des conduits tubulaires 3. Dans le mode de réalisation préféré illustré, les conduits tubulaires 2 sont associés, de préférence au niveau de côtés axialement opposés, à des collecteurs respectifs 5,6 d'eau primaire, qui sont en communication fluidique avec les espaces creux 4. De cette manière, les espaces creux 4 et les collecteurs 5 et 6 définissent une première trajectoire de liquide dans l'échangeur 1 destinée à la circulation de l'eau primaire, tandis que les conduits tubulaires 3 définissent une seconde trajectoire de liquide destinée à la circulation de l'eau sanitaire. Un raccord d'admission 13 et un raccord de sortie 15 de l'eau sanitaire sont formés d'une seule pièce au niveau des extrémités libres 12, 14 d'un premier et second conduit tubulaire de la pluralité de conduits tubulaires 3, désignés sur les figures par les chiffres de référence 3a et 3b. De préférence, les conduits 3a et 3b sont positionnés au niveau de côtés latéralement opposés de la pluralité de conduits tubulaires 3 (voir figure 1). De préférence, les raccords 13, 15 sont formés d'une seule pièce au niveau d'une position axialement extérieure par rapport aux collecteurs 5, 6. Chaque collecteur 5, 6 comprend une paroi postérieure 9 et une paroi antérieure 10, de préférence sensiblement planaires et parallèles entre elles. Sur les parois postérieures 9, une pluralité d'ouvertures 91 est formée, adaptée à recevoir les extrémités axialement opposées des conduits tubulaires 2. Sur les parois antérieures 10, une pluralité correspondante d'ouvertures 101 est formée, adaptée pour recevoir les extrémités axialement opposées des conduits tubulaires 3, qui s'étendent à l'intérieur des collecteurs 5, 6 jusqu'à ce qu'elles sortent sensiblement des parois antérieures 10 au niveau de ces ouvertures 101, comme le montrent plus clairement les figures 4 et 6. Ceci rend possible à la fois de former d'une seule pièce les raccords 13, 15 tels que décrits ci-dessus, et de fournir des raccordements entre les conduits tubulaires 3, illustrés plus clairement ci-après. Sur la paroi antérieure 10 du collecteur 6, des éléments de raccords appropriés (non montrés) entre l'échangeur 1 et un circuit d'eau primaire extérieur (également non montré) sont également formés. Les conduits tubulaires 2 sont de préférence raccordés de manière à être au moins partiellement en série les uns par rapport aux autres. Les conduits tubulaires 3 sont également ce préférence raccordés en série les uns par rapport aux autres; de la façon encore plus préférée, les conduits tubulaires 3 sont raccordés ensemble de manière à définir une trajectoire sensiblement en forme de spirale, s'étendant entre le raccord d'admission 13 et le raccord de sortie 15 de l'eau sanitaire. Cette trajectoire est obtenue en associant une pluralité de raccords en forme de U 11 à des paires d'extrémités libres des conduits tubulaires 3 au niveau des ouvertures 101 formées sur les parois antérieures 10 des collecteurs 5,6. De préférence, les conduits tubulaires 3 sont montés de manière coaxiale à l'intérieur des conduits tubulaires 2 de manière à obtenir une distribution optimale du flux d'eau primaire dans l'espace creux 4. De préférence, la section transversale des conduits tubulaires 3 varie axialement, étant de préférence sensiblement lancéolaire au niveau des conduits tubulaires 2, de préférence sensiblement elliptique au niveau des collecteurs 5, 6 et au niveau des ouvertures 101 et de préférence sensiblement circulaire au niveau des raccords 13, 15. De préférence, la section des conduits tubulaires 2 est au contraire axialement constante et, de manière plus préférée encore, sensiblement elliptique. De préférence, l'échangeur 1 comprend aussi une pluralité d'ailettes d'échange thermique 7 (seulement partiellement montrées sur la figure 1) associées extérieurement aux conduits tubulaires 2, par exemple par brasosoudage. Ces ailettes d'échange thermique 7 sont de préférence parallèles et espacées d'un pas; elles sont serrées entre les collecteurs 5, 6 et forment, avec les conduits tubulaires 2 et 3, un faisceau tubulaire à ailettes généralement désigné par le chiffre 8. De préférence, les conduits tubulaires 2, les conduits tubulaires 3 et par conséquent les raccords 13, 15, les ailettes 7 et les collecteurs 5, 6 sont fabriqués dans un métal approprié présentant de bonnes propriétés de conduction thermique, par exempLe le cuivre. Les raccords 13, 15, formés d'une seule pièce à partir des conduits tubulaires 3a et 3b, peuvent être obtenus au moyen d'un processus de déformation plastique des extrémités libres 12, 14 de ces conduits, connu en soi et non décrit en détail ici. De préférence, la formation des raccords 13, 15 est effectuée une fois que l'échangeur 1 a été complètement assemblé et soumis au brasosoudage, afin d'éviter de possibles déformations que les raccords 13, 15 pourraient subir dans le four de brasosoudage. Lorsque les raccords 13, 15 sont formés, ils sont de préférence déjà configurés pour s'adapter aux éléments de raccord de l'appareil de chauffage de l'eau auquel l'échangeur 1 est destiné, de manière à obtenir la flexibilité avantageuse de l'utilisation de l'échangeur 1. Selon un premier mode de réalisation préféré, les raccords 13, 15 peuvent être sensiblement rectilignes, comme l'illustrent les figures 1, 2 et 3. Dans un autre mode de réalisation préféré, les raccords 13, 15 peuvent comprendre au moins une partie sensiblement en forme de coude 16 comme l'illustrent les figures 4 et 5. En particulier, il est possible de prévoir les raccords 13, 15 avec un coude d'environ 90 , lorsque le couplage avec l'appareil de chauffage de l'eau le nécessite. Manifestement, l'homme du métier peut introduire d'autres modifications et variantes dans l'invention décrite ci-dessus, en vue de satisfaire des exigences d'application spécifiques et contingentes, de telles modifications et variantes restant de toute façon dans la portée de protection définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) comprenant. - une pluralité de premiers conduits tubulaires (2) pour faire circuler un premier liquide conducteur de chaleur; - une pluralité de seconds conduits tubulaires (3) pour faire circuler un second liquide conducteur de chaleur, lesdits seconds conduits tubulaires (3) étant montés à l'intérieur des premiers conduits tubulaires (2) ; - au moins un raccord d'admission (13) et au moins un raccord de sortie (15) du second liquide conducteur de chaleur associé à une extrémité libre (12, 14) d'un premier (3a) et d'un second (3b) conduit tubulaire de ladite pluralité de seconds conduits tubulaires (3), caractérisé en ce que lesdits raccords d'admission (13) et de sortie (15) du second liquide conducteur de chaleur sont formés d'une seule pièce au niveau de ladite extrémité libre (12, 14) desdits premier (3a) et second (3b) conduits tubulaires de la pluralité de seconds conduits tubulaires (3). 2. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits premiers conduits tubulaires (2) sont associés au niveau de côtés axialement opposés à des collecteurs respectifs (5, 6) du premier liquide conducteur de chaleur. 3. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 2, dans lequel lesdits au moins un raccord d'admission (13) et raccord de sortie (15) du second liquide conducteur de chaleur sont formés d'une seule pièce au niveau d'une position axialement extérieure par rapport auxdits collecteurs (5, 6). 4. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits premiers conduits tubulaires (2) sont au moins partiellement raccordés en série les uns par rapport aux autres. 5. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits seconds conduits tubulaires (3) sont au moins partiellement raccordés en série les uns par rapport aux autres. 6. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 5, dans lequel lesdits seconds conduits tubulaires (3) sont raccordés entre eux de manière à définir une trajectoire sensiblement en forme de spirale. 7. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdits conduits tubulaires (3) sont montés de manière coaxiale à l'intérieur desdits premiers conduits tubulaires (2). 8. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la 30 revendication 1, comprenant en outre une pluralité d'ailettes d'échange de chaleur (7) associées extérieurement auxdits premiers conduits tubulaires (2). 9. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon les revendications 2 et 8, dans lequel les premiers conduits tubulaires (2), les seconds conduits tubulaires (3), les ailettes d'échange de chaleur (7) et lesdits collecteurs 5, 6) sont fabriqués en cuivre. 10. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un raccord d'admission (13) et ledit au moins un raccord de sortie (15) du second liquide conducteur de chaleur sont sensiblement rectilignes. 11. Echangeur bithermique gaz-liquide (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un raccord d'admission (13) et ledit au moins un raccord de sortie (15) du second liquide conducteur de chaleur comprennent au moins une partie sensiblement en forme de coude (16). 12. Appareil de chauffage de l'eau comprenant un échangeur bithermique gaz-liquide (1) selon l'une 25 quelconque des revendications précédentes.