Brevet FR3101402A1 — publié le 20210402

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à condensation (1) comprenant au moins un tube (3) enroulé en hélice, à l’intérieur duquel peut circuler un fluide à réchauffer, une enveloppe (2) à l’intérieur de laquelle ledit tube (3) est monté, cette enveloppe (2) étant munie d’une manchette d’évacuation des gaz (86), des moyens d’amenée et/ou de production d’un gaz chaud, à l’intérieur de l’enveloppe. Cet échangeur est remarquable en ce que ladite enveloppe (2) comprend : une virole métallique tubulaire (6), fermée à ses deux extrémités par une façade (7) et par un fond (8), en ce que le bord arrière (607) de la virole présente une pluralité de languettes de fixation (61), en ce que le fond (8) présente à sa périphérie, une pluralité de fentes de fixation, disposées le long d’au moins une partie de sa circonférence, chaque fente de fixation étant bordée longitudinalement par une première nervure longitudinale, qui fait saillie vers l’extérieur, et en ce que chaque languette de fixation (61) est insérée dans une fente de fixation et repliée deux fois autour de ladite première nervure. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Echangeur de chaleur à condensation L'invention se situe dans le domaine des échangeurs de chaleur à condensation. La présente invention concerne plus précisément la structure de l’enveloppe de tels échangeurs. Afin de pouvoir mettre sur le marché, des échangeurs de chaleur à condensation à moindre coût, il a été nécessaire de revoir la structure globale des échangeurs existants et notamment de diminuer le nombre de leurs pièces, ce qui permet de réduire leurs coûts de fabrication et d’assemblage. On connaît par exemple d’après le document WO2004/036121, un échangeur de chaleur à condensation comprenant au moins un faisceau de tube, enroulé en hélice, en matériau thermiquement bon conducteur et à l’intérieur duquel circule de l’eau à réchauffer. Ce tube est lui-même disposé à l’intérieur d’une enveloppe et un brûleur est disposé axialement à l’intérieur dudit enroulement, de sorte que les gaz chauds produits par le brûleur traversent les espaces entre les spires adjacentes et réchauffent l’eau circulant dans le tube. L’enveloppe est réalisée dans une matière plastique résistant à la chaleur. Toutefois, afin de limiter le mouvement d’écartement des spires du tube, dans la direction axiale, ce mouvement résultant de la pression interne de l’eau qui circule dans le tube, il est nécessaire d’avoir une plaque de retenue à chaque extrémité de l’enroulement et des tirants de contention mécanique axiale. Ceci permet d’éviter que les efforts de poussée résultant de cette pression ne soient transmis à l’enveloppe. En outre, l’enveloppe, réalisée dans une matière plastique, présente la forme de deux demi-coques, assemblées entre elles par soudure, vis ou clips et une virole est disposée entre le tube et l’intérieur de l’enveloppe en matière plastique, afin d’assurer une fonction d’écran thermique, apte à isoler l’enveloppe, de la chaleur émise par les gaz brûlés. Un tel échangeur très performant comprend donc de nombreuses pièces, ce qui le rend plus coûteux et plus long à fabriquer. Un but de l’invention est donc de limiter le nombre total de pièces d’un échangeur de chaleur à condensation, de simplifier l’assemblage de ces pièces et enfin de supprimer les tirants de contrainte axiale, tout en proposant un échangeur fiable et dont l’enveloppe ne se déforme pas. Il a donc été nécessaire de revoir la conception d’un tel échangeur de chaleur. A cet effet, l’invention concerne un échangeur de chaleur à condensation comprenant au moins un tube enroulé en hélice, réalisé dans un matériau thermiquement bon conducteur, et à l’intérieur duquel peut circuler un fluide à réchauffer, tel que de l’eau, une enveloppe à l’intérieur de laquelle ledit tube est monté, cette enveloppe étant munie d’une manchette d’évacuation des gaz brulés, des moyens d’amenée et/ou de production d’un gaz chaud, à l’intérieur de l’enveloppe, tel un bruleur à gaz ou à fioul. Conformément à l’invention, ladite enveloppe comprend : une virole métallique tubulaire, formant le corps de l’enveloppe, fermée à l’une de ses deux extrémités par une façade et à son autre extrémité par un fond, l’un des deux bords de la virole tubulaire, dit « bord arrière », présente une pluralité de découpes délimitant des languettes de fixation, le fond présente à sa périphérie, une pluralité de fentes de fixation, disposées le long d’au moins une partie de sa circonférence, chaque fente de fixation étant dimensionnée de façon qu’une languette de fixation puisse y être insérée, chaque fente de fixation étant bordée longitudinalement par une première nervure longitudinale, qui fait saillie vers l’extérieur, et ladite languette de fixation est repliée deux fois autour de ladite première nervure, de sorte que la virole est fixée audit fond et que ledit enroulement hélicoïdal de tube est contraint axialement à ses deux extrémités entre le fond et la façade. Grâce à ces caractéristiques de l'invention, les tirants sont supprimés, le nombre global de pièces est réduit et le coût est moindre tout en empêchant que le tube enroulé en hélice ne se dilate axialement puisque l’accrochage du fond et de la virole par double repliement des languettes est suffisant pour empêcher toute déformation de l’enveloppe. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - le fond comprend une cloison externe, un renfoncement ménagé dans cette cloison externe, ce renfoncement faisant saillie vers l’extérieur de l’échangeur et débouchant à la partie supérieure de celui-ci dans la manchette d’évacuation des gaz, et une cloison interne joignant les deux côtés de la cloison externe situés de part et d’autre de l’embouchure du renfoncement, cette cloison interne délimitant avec le renfoncement un canal d’évacuation des gaz débouchant dans la manchette d’évacuation des gaz, cette cloison interne est munie d’au moins une fente d’accrochage, le bord arrière de ladite virole métallique tubulaire est muni d’une pluralité de découpes délimitant des languettes d’accrochage et chaque fente d’accrochage est dimensionnée de façon qu’une languette d’accrochage puisse y être insérée, cette languette d’accrochage étant repliée une fois contre la face de la cloison interne située en regard dudit canal d’évacuation des gaz ; - le fond comprend une cloison externe, un renfoncement ménagé dans cette cloison externe, ce renfoncement faisant saillie vers l’extérieur de l’échangeur et présentant une paroi arrière bordée par deux parois latérales, et une cloison interne joignant les deux parois latérales situées de part et d’autre de l’embouchure du renfoncement, la manchette d’évacuation des gaz comprend un couvercle destiné à être rapporté et fixé sur le fond, en ce que ce couvercle comprend une cloison en retour, cette cloison en retour délimitant avec ladite cloison interne et les deux parois latérales, un canal d’évacuation des gaz débouchant dans la manchette d'évacuation des gaz, cette cloison interne est munie d’au moins une fente de fixation, bordée longitudinalement par une première nervure longitudinale, le bord arrière de ladite virole métallique tubulaire est muni de languettes de fixation sur la totalité de sa périphérie et en ce qu'une languette de fixation est insérée dans chaque fente de fixation ménagée dans la cloison interne et est repliée deux fois autour de ladite première nervure ; -le fond présente un canal d'évacuation des gaz qui s'étend vers l'extérieur selon la direction axiale longitudinale de l'échangeur, ce canal d'évacuation des gaz rejoignant ladite manchette d'évacuation des gaz, en ce que le bord arrière de ladite virole présente lesdites languettes de fixation sur la totalité de sa circonférence et en ce que le fond présente sur la totalité de sa circonférence, lesdites fentes de fixation recevant lesdites languettes de fixation ; - la première nervure longitudinale présente une section transversale carrée ou rectangulaire et la languette de fixation est repliée deux fois à angle droit autour des arêtes saillantes de cette première nervure longitudinale ; - une couche de colle est disposée entre la paroi radiale interne de la fente de fixation, respectivement de la fente d’accrochage, et la surface de la languette de fixation, respectivement de la languette d’accrochage, située en regard et/ou une couche de colle est disposée entre la paroi radiale externe de la fente de fixation, respectivement de la fente d’accrochage, et la surface de la languette de fixation, respectivement de la languette d’accrochage, située en regard ; - une deuxième nervure est formée sur le fond à proximité de ladite première nervure pour délimiter avec celui-ci une cavité, la largeur et la profondeur de ladite cavité, ainsi que la longueur de la languette de fixation, sont dimensionnées de sorte que la languette de fixation est repliée une troisième fois vers l’extérieur de l’échangeur et que son extrémité libre prend appui contre la face de la deuxième nervure située en regard de la première nervure ; - une deuxième nervure est formée sur le fond à proximité de ladite première nervure pour délimiter avec celui-ci une cavité et une couche de résine est disposée dans ladite cavité, de façon à recouvrir l’extrémité de la languette de fixation; - ladite virole est formée d’une bande de tôle métallique repliée et/ou recourbée sur elle-même et dont les deux extrémités sont assemblées, de préférence selon une ligne de soudure ; - le fond est formé dans une matière plastique composite. D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : est une vue d’ensemble des différentes pièces constitutives de l’échangeur de chaleur conforme à l’invention, sans le brûleur. est une vue en perspective et de face des pièces de l'échangeur de la figure 1, une fois assemblées. est une vue en perspective et de l'arrière des pièces de l'échangeur de la figure 1, une fois assemblées. est une vue en coupe transversale de l'échangeur de la figure 2, prise selon le plan de coupe passant par la ligne IV-IV de la figure 2, et sur laquelle le brûleur a été ajouté. est une vue en coupe transversale de l'échangeur de la figure 2, prise selon le plan de coupe passant par la ligne V-V de la figure 2, sur laquelle le brûleur a été ajouté. est une vue en perspective de l’enveloppe. est une vue en perspective et de dessus d'une partie du fond. est une vue en perspective et de l'arrière, d'une partie des pièces de l'échangeur montrant plusieurs languettes de fixation de la virole engagées dans les fentes de fixation du fond. est une vue similaire à celle de la figure 8, dans laquelle les languettes de fixation engagées dans les fentes de fixation ont été repliées deux fois sur elles-mêmes, autour d’une première nervure de fixation. est une vue en coupe transversale et de détail, d'une languette de fixation de la virole, engagée dans une fente de fixation du fond et repliée deux fois. est une vue similaire à la figure 10, sur laquelle de la colle a été ajoutée entre la languette et la fente ménagée dans le fond. est une vue similaire à la figure 10, sur laquelle de la colle a été ajoutée sur la partie recourbée de la languette, du côté extérieur du fond. représente deux languettes et deux fentes de la figure 12A mais en vue de dessus. est une variante de la figure 10, sur laquelle la languette de fixation a été repliée trois fois. représente deux languettes et deux fentes de la figure 13A mais en vue de dessus. est une vue similaire à la figure 10, sur laquelle de la colle a été ajoutée entre la première nervure de fixation et une deuxième nervure de fixation, du côté extérieur du fond. représente deux languettes et deux fentes de la figure 14A mais en vue de dessus. est une vue en coupe transversale et de détail, d'une languette d'accrochage de la virole, engagée dans une fente d'accrochage du fond et repliée une fois. est un schéma représentant un effort de traction appliqué à la virole, dans le cas où la languette de fixation ne serait pas retenue dans une fente. est un schéma représentant le résultat de la traction appliqué à la virole, dans le cas de la figure 16. est une vue en coupe transversale d'un autre mode de réalisation de l'échangeur. Echangeur de chaleur à condensation (1) comprenant : – au moins un tube (3) enroulé en hélice, réalisé dans un matériau thermiquement bon conducteur, et à l’intérieur duquel peut circuler un fluide à réchauffer, tel que de l’eau, - une enveloppe (2) à l’intérieur de laquelle ledit tube (3) est monté, cette enveloppe (2) étant munie d’une manchette d’évacuation des gaz (86), - des moyens d’amenée et/ou de production d’un gaz chaud, à l’intérieur de l’enveloppe, tel un bruleur à gaz ou à fioul (50), caractérisé en ce que ladite enveloppe (2) comprend : une virole métallique tubulaire (6), formant le corps de l’enveloppe, fermée à l’une de ses deux extrémités par une façade (7) et à son autre extrémité par un fond (8), en ce que l’un des deux bords de la virole tubulaire, dit « bord arrière » (607), présente sur au moins une partie de sa circonférence, une pluralité de découpes (63) délimitant des languettes de fixation (61), en ce que le fond (8) présente à sa périphérie, une pluralité de fentes de fixation (806), disposées le long d’au moins une partie de sa circonférence, chaque fente de fixation (806) étant dimensionnée de façon qu’une languette de fixation (61) puisse y être insérée, chaque fente de fixation (806) étant bordée longitudinalement par une première nervure longitudinale (807), qui fait saillie vers l’extérieur, et en ce que ladite languette de fixation (61) est repliée deux fois autour de ladite première nervure (807), de sorte que la virole (6) est fixée audit fond (8) et que ledit enroulement hélicoïdal de tube (3) est contraint axialement à ses deux extrémités entre le fond (8) et la façade (7). Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond (8) comprend : -une cloison externe (80), -un renfoncement (801) ménagé dans cette cloison externe, ce renfoncement (801) faisant saillie vers l’extérieur de l’échangeur et débouchant à la partie supérieure de celui-ci dans la manchette d’évacuation des gaz (86), - et une cloison interne (81) joignant les deux côtés de la cloison externe situés de part et d’autre de l’embouchure du renfoncement (801), cette cloison interne (81) délimitant avec le renfoncement (801) un canal d’évacuation des gaz (82) débouchant dans la manchette d’évacuation des gaz (86), en ce que cette cloison interne (81) est munie d’au moins une fente d’accrochage (810), en ce que le bord arrière (607) de ladite virole métallique tubulaire (6) est muni d’une pluralité de découpes (64) délimitant des languettes d’accrochage (62) et en ce que chaque fente d’accrochage (810) est dimensionnée de façon qu’une languette d’accrochage (62) puisse y être insérée, cette languette d’accrochage (62) étant repliée une fois contre la face de la cloison interne (81) située en regard dudit canal d’évacuation (82) des gaz. Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond (8) comprend : -une cloison externe (80), -un renfoncement (801) ménagé dans cette cloison externe, ce renfoncement (801) faisant saillie vers l’extérieur de l’échangeur et présentant une paroi arrière (8010) bordée par deux parois latérales (8011), - et une cloison interne (81) joignant les deux parois latérales (8011) situées de part et d’autre de l’embouchure du renfoncement (801), en ce que la manchette d’évacuation des gaz (86) comprend un couvercle (87) destiné à être rapporté et fixé sur le fond (8), en ce que ce couvercle (87) comprend une cloison en retour (872), cette cloison en retour (872) délimitant avec ladite cloison interne (81) et les deux parois latérales (8011), un canal d’évacuation des gaz (82) débouchant dans la manchette d'évacuation des gaz, en ce que cette cloison interne (81) est munie d’au moins une fente de fixation (806'), bordée longitudinalement par une première nervure longitudinale (807'), en ce que le bord arrière (607) de ladite virole métallique tubulaire (6) est muni de languettes de fixation (61) sur la totalité de sa périphérie et en ce qu'une languette de fixation (61) est insérée dans chaque fente de fixation (806') ménagée dans la cloison interne (81) et est repliée deux fois autour de ladite première nervure (807'). Échangeur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond (8) présente un canal d'évacuation des gaz (82) qui s'étend vers l'extérieur selon la direction axiale longitudinale (X-X') de l'échangeur, ce canal d'évacuation des gaz (82) rejoignant ladite manchette d'évacuation des gaz (86), en ce que le bord arrière (607) de ladite virole (6) présente lesdites languettes de fixation (61) sur la totalité de sa circonférence et en ce que le fond (8) présente sur la totalité de sa circonférence, lesdites fentes de fixation (806) recevant lesdites languettes de fixation (61). Échangeur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première nervure longitudinale (807) présente une section transversale carrée ou rectangulaire et en ce que la languette de fixation (61) est repliée deux fois à angle droit autour des arêtes saillantes de cette première nervure longitudinale. Échangeur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une couche de colle est disposée entre la paroi radiale interne (8061, 8101) de la fente de fixation (806), respectivement de la fente d’accrochage (810), et la surface de la languette de fixation (61), respectivement de la languette d’accrochage (62), située en regard et/ou en ce qu’une couche de colle (90) est disposée entre la paroi radiale externe (8062, 8102) de la fente de fixation (806), respectivement de la fente d’accrochage (810), et la surface de la languette de fixation (61), respectivement de la languette d’accrochage (62), située en regard. Échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, , caractérisé en ce qu’une deuxième nervure (808) est formée sur le fond (80) à proximité de ladite première nervure (807) pour délimiter avec celui-ci une cavité (809), en ce que la largeur et la profondeur de ladite cavité (809), ainsi que la longueur de la languette de fixation (61), sont dimensionnées de sorte que la languette de fixation (61) est repliée une troisième fois vers l’extérieur de l’échangeur et que son extrémité libre prend appui contre la face de la deuxième nervure (808) située en regard de la première nervure (807). Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une deuxième nervure (808) est formée sur le fond (80) à proximité de ladite première nervure (807) pour délimiter avec celui-ci une cavité (809) et en ce qu’une couche de résine (91) est disposée dans ladite cavité (809), de façon à recouvrir l’extrémité de la languette de fixation (61). Echangeur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite virole (6) est formée d’une bande de tôle métallique repliée et/ou recourbée sur elle-même et dont les deux extrémités sont assemblées, de préférence selon une ligne de soudure (605). Echangeur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (8) est formé dans une matière plastique composite.