SURFACE HEAT EXCHANGER FOR THE RECUPERATION OF HEAT

Abstract: 1. Surface heat exchanger for the recuperation, by a circulating fluid, the waste heat contained in heat-carrying effluents, more particularly combustion fumes, and comprising two concentric tubes, an inner tube (2) defining a central passage (4) for the effluents to be cooled and an outer tube (3) surrounding the inner tube at a distance so as to define therebetween a peripheral annular space (5) forming a "water jacket" in which the fluid to be heated flows, and which communicates with the outside through two pipes (8, 9) provided on the outer tube (3) respectively for the intet of the fluid to be heated into the annular space (5) and its outlet, which exchanger is characterized in that it comprises one duct (10) passing longitudinally through the central region of the inner tube (2) and mounted with the water jacket (2, 3) so that the fluid to be heated passes through the exchanger while being divided therein into two parallel circuits.

Description: ECHANGEUR THERMIQUE A SURFACE POUR LA RECUPERATION DE CHALEUR. La présente invention se rapporte aux changeurs thermiques à surface destins à récupérer, par un fluide en circulation, la chaleur perdue contenue dans les effluents caloporteurs. L'invention s'ap plique en particulier aux effluents caloporteurs que l'on peut aisbment canaliser dans une conduite d'évacuation, comme les fumées de combustion produites, par-exemple, dans les fours industriels ou les chau diapras des installations de chauffage. Les échangeurs de ce type, habituellement dénommés "récup6- rateurs de chaleur" visent notamment a' une meilleure utilisation des combustibles et s'inscrivent ainsi dans l'ensemble des mesures qui contribuent à apporter une réponse aux impératifs toujours plus pressants d'économie d'énergie. A titre indicatif, les fumées de combustion à la sortie des chaudières de chauffage habituelles atteignent souvent des températures de 250 CC et plus. Les pertes thermiques ainsi occasionnées entrent pour près de 20% sinon d'avantage dans le bilan thermique et pénalisent d'autant le rendement de l'installation. En fait, cette dernière valeur doit être nettement corrigée à la hausse, si on prend en compte l'en- thalpie de changement de phase de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. Grâce aux récupérateurs de chaleur, ces fumées perdues peuvent gratuitement constituer une nouvelle source d'énergie, par-exemple pour la production d'eau chaude sanitaire, ou pour le réchauffage de l'eau de retour à la chaudiere dans les installations de chauffage central. Toutefois, une conception optimale de ces appsreils doit obligatoirement satisfaire à un compromis entre des sxigences contradictoires auxquelles les récupérateurs actuellement connus ne paraissent pas répondre de façon satisfaisante: refroidir les fumées de com- bustion au maximum, en perturbant le moins possible leur écoulement vers la cheminée d'évacuation. En effet, les récupérateurs actuels peuvent autre classés oché- matiquement en deux familles: - Les dispositifs dits "a' paroi d'sau" constitués essentiol- lament de deux conduits concentriques, à distance l'un de l'autre. Ces conduits définissent entre-eux un espace annulaire dans lequel un flui- de à chauffer, an général de l'eau, circule b co-, ou a contre-courant des fumées à refroidir s'écoulant dans un conduit intérieur, l'change se faisant au travers de la surface de ce dernier (brevets français no 2 257 875 et nO 2 445 935). - Les dispositifs dits "à écran d'Eau" dans lesquels un con duit de fumées est traversé transversalement soit par un réseau de tu bes à eau agencés en faisceau multitubulaire ou en serpentin (brevet français nO 2 293 674) soit par une ou plusieurs plaques creuses ajou rées à circulation d'eau interne (brevet français n0 2 287 663). Les performances des récupérateurs de la première famille se trouvent pénalisés par une surface d'échange nécessairement limitée mon seulement an grandeur, mais également par sa localisation à la pé riphérie de la veine gazeuse chaude. Ceux ds la deuxième famille sont en principe, thermiquement plus efficaces. Nais la contre-pression engendrée dans le courant ga zeux par les pertes de charge et la réduction de la section de passage occasionnelles par la présence ds l'écran d'eau impose une adaptation du générateur de chaleur qui, elle aussi, a ses limites et ses incon vénients. Par ailleurs, ces dispositifs sont généralement bruyants. De plus, si les gaz à refroidir sont des fumées de combustion, les im- brulés solides qu'elles véhiculent se déposent et s1 accumulent dans les volumes morts créés inévitablement dans l'écoulement gazeux. Le but de la présente invention est de parvenir à extraire le maximum de calories des fumées de combustion et, de façon plus gêné- rale de tout effluent caloporteur, tout an perturbant le moins possi bla leur écoulement. A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique à surface pour la récupération, par un fluide en circulation, tel que de l'eau, de la chaleur perdue contenue dans les effluents caloporteurs, notamment dans les fumées de combustion, et comprenant deux conduits concentriques; un conduit intérieur dans lequel passent les affluents caloporteurs à refroidir et un conduit extérieur entourant le conduit intérieur à distance de façon à définir entre-eux un espace annulaire formant une paroi d'eau dans laquelle circule le fluide à chauffer, échangeur caractérisé en ce que la paroi d'eau est à passages multiples et en ce qu'il comporte au moins un tube à eau traversant longitudina lement la région centrale du conduit intérieur et monté en parallèle avec la paroi d'eau. Par "paroi d'eau à passages multiples", on entend désigner un compartimentage de l'espace annulaire permettant au fluide à chauffer de circuler selon une trajectoire en serpentin longitudinal, au moyen d'ailettes rectilignes disposées parallèlement et an quinconce selon les génératrices du conduit intérieur, ou selon une trajectoire héli coSdale,par-exemple, au moyen d'une ailette spiralée entourant le conduit intérieur. Pour fixer les idées, on supposera par la suite que les ef- fluents à refroidir et le fluide à chauffer sont respectivement des fumées de combustion et de l'eau, sans que l'on puisse pour autant limiter à ces exemples la nature des fluides participant à change thermique. Comme on le comprend, l'invention réalise donc la combinaison au sein d'un seul et mme appareil, de solutions techniques déjà connues mais séparément et en las adaptant de manière à cumuler leurs avantages respectifs sans avoir à sn supporter les inconvénients: D'un côté, la paroi d'eau à passages multiples augmente le temps de séjour de l'eau an circulation contre la surface du tube intérieur, ce qui entraine une augmentation corrélative de la quantité de chaleur cédée à l'eau par les fumées et plus précisément par la région périphérique de la veine de fumées en écoulement qui se trouve ainsi très efficacement refroidie. De l'autre côtés le, ou plus généralement, les tubes à eau placés longitudinalement dans la partie centrale du conduit intérieur vont chercher les calories restantes là ob elles se trouvent, c'est- -à-dire au coeur même ds la veine de fumées, conjuguant ainsi leur action avec celle de la paroi d'eau pour extraire des fumées le maximum de calories au profit de l'eau à chauffer. Ce résultat est obtenu sans perturber de façon significative l'écoulement des fumées, puisque les tubes sont disposés longitudinalement. L'efficacité de l'échange entraine en autre une condensation importante de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. Cette élimination de la vapeur sous forme liquide au sein de l'échangeur est favorable à tout point de vue. Au plan thermique, elle permet de récupérer la chaleur latente de condensation de l'eau. Au plan aérodynamique ensuite, la diminution du débit de fumées qui en résulte compense la réduction, au demeurant minime de la section de passage due à la présence des tubes centraux. Par ailleurs, ces derniers, étant montés an parallèle avec la paroi p'eau présentent,comme on la verre plus en détail par la suit, des extrémités coudées qui, loin de représenter un obstacle a l'écoule- ment des fumées, constituant au contraire des points froids favorisant la condensation de la vapeur. D'autre part, la paroi d'eau à passages multiples entrainent des effets secondaires particulièrement avantageux. En effet , les ailettes de cloisonnage étant avantageusement en matériau bon conducteur de la chaleur -généralement en métal- la surface d'échange à ce niveau se trouve donc augmentée et avec elle, le flux thermique global. De plus, on évite toute possibilité de stagnation de l'eau dans l'espace entre les deux conduites, ce qui favorise de surcroît une bonne circulation de l'eau dans les tubes centraux puisque ceux-ci sont montés 'en dérivation sur la paroi d'eau. Conformément à une autre variante, une extrémité du conduit de fumées -correspondant à ltentrée des fumées dans l'échangeur- comporta des moyens pour conférer à la partie périphérique de l'écoulement gazeux un mouvement giratoire qui améliore encore le transfert des calories en augmentant la durée de l'échange avec la paroi d'eau. Selon une réalisation préférée, ces moyens sont constitués par des ailettes fixées sur chant contre la surface intérieure du conduit de fumées et décalées angulairement dans le mtme sens par rapport à l'axe longitudinal du conduit de façon à se situer en dehors de tout plan passant par cet axe. Il faut encore souligner que l'appareil est technologiquement simple, robuste et fiable. Sa construction ne pose aucune difficulté particulière puisque tous sas éléments constitutifs peuvent se trouver aisément dans le commerce et à faible codt. Son entretien est très commode. Il se limite au nettoyage périodique des dépôts éventuels sur la surface déchange, à savoir la surface extérieure des tubes à eau centraux et la surface interne du conduit de fumées. Ce nettoyage slopère très facilement à partir d'une extrémité de ce conduit, après an avoir libéré l'accès. L'invention sari bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence eux planches de dessins annexées, sur lesquelles: - la figure 1 est une vue an perspective, partiellement arra- chée, d'un récupérateur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe diamétrale selon le plan AA de la figure 1, - la figure 3 est un schéma d'ensemble montrant l'implanta- tion du récupérateur sur une installation de chauffage central, - la figure 4 est une vue partielle montrant l'entrée du conduit de fumées équipée d'ailettes déflectrices pour la mise an rotation des fumées. Sur les figures les mimes éléments sont désignés par des références identiques. Le récupérateur i, représenté sur les figures 1 et 2, est princiealement formé de deux conduits concentriques à distance, respectivement intérieur 2 et extérieur 3, définissant un passage central 4 pour las fumées de combustion à refroidir, et un espace annulaire périphérique 5 pour une circulation d'eau à chauffer. Comme on le voit, l'espace 5 est fermé à ses extrémités au moyen de flasques 6 et 7. I1 communique avec le milieu extérieur par des tubulures 8 et 9 prévus sur le tube extérieur 3 au voisinage des flasques 6 et 7 respectivement, en des positions angulaires diamatra- lement opposées et servant respectivement pour l'introduction et la sortie de l'eau à chauffer, comme l'indique le sens des flèches sur les figures. Bien entendu, les ribles respectifs de ces tubulures sont réversibles, la circulation de l'eau pouvant s'opérer dans un sens ou l'autre. On verra toutefois que, dans une variante avantageuse de l'invention, il est préférable de respecter le sens de circulation indiqué ici. On voit par ailleurs que le passage 4 est traversé longitu finalement par des tubes 10 (ici au nombre de trois), localisés dans la partie centrale du passage au voisinage de l'axe longitudinal de l'échangeur symbolisé en 11. Les tubes 10 sont montés en dérivation sur l'espace annulaire 5 et comportent à cet effet des extrémités recourbées à angle droit débouchant dans cet espace au moyen d'ouvertures 12 et 13 ménagés dans la paroi du conduit intérieur 2, au voisinage respectivement des tubulures 8 et 9. Conformément à une réalisation préférée, l'espace annulaire 5 est compartimenté de façon à constituer une paroi d'eau à passages multipules. Dans l'exemple considéré, la compartimentage est réalisé au moyen d'ailettes 142 disposées parallèlement salon les génératrices du conduit intérieur 2 et espacés les unes des autres de façon à définir entre-elles des chambres à eau longitudinales. Les ailettes 14 sont avantageusement constituées par de simples plaquettes en acier de forme rectangulaire très allongée et présentant une longueur légèrement plus courte (10 cm par-exemple) que la distance séparant les deux flasques 15 de fermeture 6 et 7. Elles sont décalées longitudinalement l'une par rapport à la suivante selon un agencement en quinconce de manière à venir en appui par une extrémité alternativement contre l'un puis l'autre flasque, l'autre extrémité étant alors libre pour ménager entre elle et le flasque voisin un passage de communication entre dauK-chambres d'eau adjacentes. Dans l'exemple considéré, le nombre d'ailettes a été limité à quatre, de sorte que le compartimentage présente une structure en trois étages superposés: un étage d'entrée supérieur ISA pourvu de la tubulure d'arrivée 8, un étage de sortie inférieur l5C comportant la tubulure de départ 9 et un étage intermédiaire composé des deux compartiments 151B et 15"B symétriques de part et d'autre du plan passant par les tubulures 8 et 9. Il est clair cependant que, le décalage en quinconce ne s'applique pas à l'égard des ailettes délimitant entre-elles l'étage d'entrée 15A et l'étage de sortie 15C. Dans ces conditions, l'eau qui pénètre par la tubulure d'entrée 8 rejoint la tubulure de sortie 9 après avoir traversé le récuopérateur en s'y étant partagée dans deux circuits en parallèle, de tas- nière à assurer une extraction des calories contenues dans tout le volume de la veine de fumées à refroidir: : - Une partie de l'eau passe par l'espace annulaire 5 (ou paroi d'eau) selon un circuit en serpentin à trois passages longitudinaux en se répartissant équitablement entre les deux chambres 15'B et 15"B de l'étage intsrmédiaire. Au cours de ce parcoure, l'eau s'échauffe en prenant les calories contenues dans la région périphérique de la veine gazeux à refroidir, - L'autre partie de l'aau emprunte les tubes centraux 1Dt pour atteindra directement l'extrémité ds sortie de l'étage inférieur 15C après avoir traversé longitudinalement le coeur de la veina gazeuse et avoir capté les calories restantes localisées dans cette re; gion. Conformément à une réalisation préférée de l'invention, bien visible sur la figure 2, les ailettes de cloisonnage 14 sont réparties autour du tube intérieur 2 avec des écartements variables de maniera que la section de passage des chambres à eau ne soit pas égale dans les étages, mais diminue progressivement depuis l'étage d'entrée 15A jusqu'à l'étage de sortie 15C. Cette disposition particulière présente l'avantage d'offrir à l'eau dans l'espace 5 une surface d'échange d'autant plus grande que sa température est basse. De plus, l'eau est mise e vitesse au fur et à mesure de son échauffement, ce qui est également favorable sur le plan thermique, par-exemple à l'égard des ris quels de calefaction. On trouve ici, l'explication de la remarqua faite auparavant concernant la réversibilité des ralles des tubulures 8 et 9. Conformément à une irise en oeuvre avantageuse du récupérateur, et en application de règles bien connues en thermique, on favorise une circulation de type à contre-courant de l'eau par rapport à l'écoulement des fumées. Cetta condition est toujours satisfaite lorsque, comma le montre la figure Ig on place la tubulure d'entrée 8 à l'extrémité aval d récupérateur par rapport au sens d'écoulement dss fumées (indiqué par la flèche sur l'axe ii). On voit sur la figure 2 en particulier, que dans ce cas, la paroi d'eau 5 comporte deux passages à contre-courant (étage 15A et 15C) pour un passage à co-courant (étage 158). Sur cette figure, le sens de circulation de l'eau et des fumées ont été indiqués par les symboles conventionnels. Bien entendu, lorsQue le nombre d'étages est d'ordre pair, les passages à co- et à contre-courant de la paroi d'eau 5 sont en nombre égal, indé- pendamment du choix de la tubulure d'entrée. On va maintenant décrira brièvement un mode de fabrication du récupérateur selon l'invention. On commence par souder les flasques de fermeture 6 st 7 sur le pourtour du conduit intérieur 2 et de préférence b environ 15 ou 20 cm de ces extrémités de manière à ménager des parties terminales libres qui permettront un montage facilite du dispositif sur l'installation b laquelle il est destiné. Ces flasques sont de tailles 16- gèrement différente6: 1 l'un d'eux, par-exemple le flasque 6 présente un diamètre égal au diamètre extérieur du conduit 3, alors que le flasque 7 présente un diamètre égal au diamètre intérieur du conduit 3 et détermine donc l'épaisseur de l'espace 5. Puis on perce les ouvertures 10 et 11 et on fixe les tubes centraux 10 par soudage étancha sur le bord des orifices effectué de l'extérieur du conduit 2. Auparavant, les tubes 10 ont été conformés an "5" par pliage des extrémités dans des sens opposés, à partir de tronçons de tube étiré en acier que l'on se procure facilement dans le commerce. On place ensuite las ailettes 14 sur chant sur le conduit intérieur 2 en prenant soin d'appuyer l'une de leur extrémité contre l'un des flasques de fermeture, de manière à réaliser une disposition en quinconce telle qu'explicité précédemment. Les ailettes, qui présentent une hauteur égale à celle du petit flasque 7, sont alors fixées à demeure par soudage. Par ailleurs, on perce sur le conduit extérieur 3 les deux ouvertures destinées à recevoir les tubulures 8 et 9 pour l'arrivée et la sortie de l'eau. Ensuite, on place le conduit intérieur 2 verticalement, le flasque le plus grand (flasque 6) étant an position basse, et on installe alors le conduit extérieur 3 en le faisant coulisser de haut vers le bas sur le conduit intérieur 2 jusqu'à ce qu'il vienne en butée sur le flasque 6. Cette opération est facilitée par les ailettes qui servent d'organes de guidage et de centrage. Le conduit extérieur 3 a été préalablement dimensionné de façon que, une fois mis en place, son extrémité supérieure vienne dans le plan de la surface extérieure du flasque 7. L'assemblage des deux conduits 2 et 3 est alors réalisé au niveau des deux flasques par les cordons de soudure étanche 16 et 17 visibles sur la figure 1. Il doit être souligné que le positionnement angulaire correct du conduit extérieur est simplifié grâce aux différents orifices prba- lablement ménagés sur les deux conduits 2 et 3 et qui servent de repères visuels. Une fois l'assemblage effectué, on rapporte les tubulures 8 et 9 par soudage sur le conduit extérieur 3. On peut avantageusement achever la construction par un calorifugeage du récupérateur au moyen d'une enveloppe d'isolation thermique placée autour du conduit extérieur 3. Cette enveloppe n'a pas été représentée pour ne pas surcherger inutilement les figures. On vs maintenant décrire brièvement, en référence à la figure 3 une installation de chauffage central équipée d'un Bchangeur- -récupérateur selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté très schématiquement en 18 une chaudière alimentant en eau chaude, par un système classique de canalisations en boucle fermée comprenant une vanne à quatre voies 19 et d'un accélérateur 20 un ensemble de radiateurs 21 pour le chauffage de locaux d'habitation. Les fumées de combustion sortent à l'arrière de la chaudière pour rejoindre la cheminée d'évacuation à l'atmosphère, représentée an 22. Comme on le voit, l'échangeur-récupérateur 1 s'installe an- tre la chaudière et la cheminée 22 en remplacement de la conduite harituelle de sortie de la chaudière. La mise an place s'effectue sans difficulté particulière gracie aux parties terminales libres du conduit interne qui dépassent de part et d'autre de l'appareil et qui permettent par simple emmanchement de se raccorder à deux éléments coudés 23 et 24 qui ont été prévus pour assurer une orientation verticale du récupérateur. I1 doit être souligné que la présence de ces éléments coudés n'est nullement impérative, le récupérateur pouvant autre placé dans n'importe quelle position. Il demeure toutefois souhaitable de conserver une légère inclinaison sur l'horizontale, positive dans le sens de l'écoulement des fumées, afin de favoriser par un orifice tel que 25, prévu entre le récupérateur et la chaudière (ou sur la partie terminale libre du conduit intérieur), l'évacuation des condensats, notamment l'eau formée dans le conduit intérieur par condensation de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. Comme on le voit, le récupérateur 1 est utilisé en tant que réchauffeur: liteau de chauffage, qui sort refroidie des radiateurs 212 retourne à la chaudière 16 en traversant auparavant le récupérateur 1 lequel dans ce cas constitue un accessoire de l'installation de chauffage dont il améliore le redement et permet par conséquent une éco- nomie de combustible. A titre purement indicatit, des essais effectués sur une chaudière à combustible liquide (fuel domestique) ont montré que l'on pouvait, grâce au dispositif selon l'invention abaisser la tempsra- ture des fumées d'une valeur de plus 250 C à la sortie de la chaudière Jusqu's une valeur résiduelle d'environ 80 OC à la sortie du ré cupératsur. A partir de ces données, on calcule approximativement une amélioration de près de 15 % du rendement thermique de l'installation, et ceci sans prendre en compte la récupération de la chaleur latente de condensation d'une partie de la vapeur. Par ailleurs, l'eau à la sortie du réchauffeur accuse une élévation de température de 8 OC, environ sous le débit habituel, imposé par l'installation de chauffage en marche normale (plus de 2 m3jh). D'autres essais effectués avec une chaudière à combustible solide (bois), ont permis de faire chuter la température des fumées de près de 400 C, d'où une réduction (an pourcentage) des pertes par les fumées d'un coefficient voisin de six, Corrélativement, la température de l'eau de retour s'est élevée de 15 OC. Par ailleurs, un circulateur, non représenté sur la figure 3 peut-ttre avantageusement prévu sur la tubulure de sortie 9 du réchauf feue. Dans ce cass le rendement thermique global est encore sensiblement amélioré grtce à une homogénéisation de la température de l'eau au sein de la chaudière, due à un effet de brassage permanent. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux sxemples décrits, mais s'détend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. En particulier de nombreuses variantes peuvent autre envisagées tant en ce qui concerne la paroi d'eau à passages multiples, que les tubes d'eau centraux ou que l'agencement relatif de la paroi d'eau avec ces tubes0 A propos du premier point, il a déjà été dit que le compartimentage peut autre réalisé, non seulement au moyen des ailettes recti- lignes longitudinales 14, mais également à l'aide par-exemple d'une ai latte hélicodale unique enroulée sur chant autour du conduit inté- rieur 2. De même, on peut opter pour de multiples variantes d'agen cement des ailettes rectilignes 14 permettant toutes une circulation d'eau selon un parcours en serpentin avec plusieurs "aller et retours" dans le direction longitudinale. En particulier, on pourra choisir entre les variantes qui permettent à tout volume d'eau élémentaire pénd- trant dans l'espace annulaire 52 soit, comme c'est le cas de ltexem- ple décrit, de parcourir seulement l'une ou l'autre moitié de la surface du conduit intérieur 2, soit de parcourir la totalité de cette surface, donc de traverser successivement toutes les chambres à eau0 Dans ce cas l'agencement en quinconce a'applique à l'ensemble des ailettes, à l'exception d'une seule, laquelle relie les deux flasques 6 et 7 et sépare ainsi de façon étanche les deux chambres adjacentes, destinées à recevoir respectivement la tubulure d'entrée 8 et la tubulure de sortie 9. I1 doit cependant autre précisé que ces deux variantes ne sont pas tout à fait équivalentes, mais que la première, à savoir la variante à circulation étagée, présente par rapport à la seconde certains avantages particulisrs: - sur le plan hydraulique, les pertes ds charges, à débit d'eau égal, sont plus faibles car l'espace annulaire 5 se compose de deux circuits en parallèle recouvrant chacun une moitié de la surface du tube intérieur; - sur le plan thermique, le partage de l'espace 5 en deux circuits parallèles équivalents entraine une symétrie de la carte des températures dans toute section droite du récupérateur. Cette symétrie, absente dans la seconde variante1 semble globalement favorable à une meilleure transmission du flux thermique; - sur le plan physico-chimique, les tubulures d'entrée 8 st de sortie 9 étant angulairement diamétralement opposées, les tubes à eau centraux 10 traversent la veine de fumées de part sn part (tubes 10 conformés en "S"). I1 an résulte, non seulement un refroidissement plus complet et plus homogène du coeur de la veine 1de fumées, mais également une condensation plus importante de la vapeur a'eau, ce qui est un avantage à tout point de vue. Dans la seconde variants, les tubulures d'entrée et de sortie étant angulairement très voisines l'une de l'autre, les tubes centraux présentent une conformation en "U" aplati, de sorte que leur effet d'extrémité reste limité à une partie eau- lement de l'épaisseur de la veine gazeuse. En ce qui concerne maintenant le second point, il doit autre bien compris que le nombre de tubes centraux ne peut être fixé B priori pour tous les cas. Il dépend essentiellement des conditions locales d'utilisation du récupérateur et doit être déterminé dans chaque cas en relation avec le diamètre des tubes choisis de manière à ne pas créer dans l'écoulement une contre-pression difficilement acceptable pour l'installstion de chauffage. A titre indicatif, les conduites de sortie des fumés des installations de chauffage habituelles sont généralement surdimensionnées pour des raisons de sécurité, de sorte qu'une réduction de la section de passage dans uns proportion pouvant aller jusqu'à 20 environ reste tout-à-fait acceptable. Ainsi, dans le cas d'une chaudière dont la conduite d'évacuation des fumés pré- sente un diamètre de l'ordre de 180 mm (chaudière de chauffage central d'une maison d'habitation moyenne), le remplacement de cette conduite par un récupérateur dont le tube interne présente un diamètre intérieur de même dimension et comporte trois tubes à eau centraux de 21mm de diamètre extérieur, n'entraine des modifications ni de la chaudière, ni du fonctionnement normal de l'installation. A propos enfin du troisième point, concernant l'agencement relatif des tubes centraux et de la paroi d'eau à passages multiples, il doit 8tre souligné, qu'en accord avec l'invention, les tubes à eau 10 peuvent autre montés en dérivation totale ou seulement partielle sur la paroi d'eau 5. L'exemple décrit en référence aux figures 1 et 2 correspond à une dérivation totale puisque les ouvertures 12 et 13 sur le tube intérieur 2 ont été ménagés au voisinage immédiat des tubulures d'entrée B et de sortie 9. mais il est possible de prévoir ces ouvertures à d'autres endroits sur le tube intérieur 2 de façon à réaliser une mise en dérivation partielle des tubes 10 sur la paroi d'eau 5. Une telle disposition s'impose d'ailleurs d'elle-meme dans le cas d'une paroi d'eau à circuits parallèles et à nombre pair d'étages comme celb se comprend aisément. En outre, une mise en dérivation totale peut s'opérer non seulement par les ouvertures 12 et 13 sur le tube intérieur 2 mais par tout autre moyen approprié, par-exemple par un branchement direct des tubes centraux 10 sur les tubulures 5 et 9. Selon une autre variante de réalisation, on prévoit d'qui per l'espace 5 d'une purge d'air. De mme, il peut autre utile de prévoir un assemblage tem- poraire du conduit extérieur (fixation par bride boulonnée, par-exeta- ple, au lieu du soudage) de façon à pouvoir le retirer à volonté en vue d'un nettoyage éventuel de l'espace annulaire 5 et de l'intérieur des tubes à eau centraux par accès aux ouvertures 12 et 13. Sien entendu, cette particularité présente surtout un intérêt ai le récupé- rateur est placé dans un circuit d'eau de type "ouvert" par-exemple dans le cas d'une utilisation pour la production directe d'eau chaude sanitaire. De meme encore, dans une autre variante de réalisation de l'invention, le conduit intérieur 2 est pourvu, à son extrémité'par où pénètre les fumées, de moyens pour conférer un mouvement giratoire à la partie périphérique de la veine gazeuse an écoulement0 De cette façon, la durée de passage des fumées contre la paroi du conduit intérieur 2 est augmenté et le transfert thermique est encore amélioré0 Comme on le voit sur la figure 4, les moyens utilisés peu- vent autre des ailettes déflectrices 26 , constituées par de simples plaquettes métalliques fixées sur chant contre la paroi intérieure du conduit 2 et décalées angulairement, par-exemple de 400, environ, toutes dans le même sens par rapport aux génératrices du conduit 2 de façon à se situer hors de tout plan passant par l'axe de symétrie Il. Les ailettes 26 ont une dizaine de centimètres de longueur et leur hauteur fait environ le quart du diamètre du tube 2 de manière à ne mettre en rotation que la partie périphérique de l'écoulement des fumées sans trop perturber de préférence la région centrale où agis- sent les tubes à eau longitudinaux 10. non'représentés sur cette figure. Le récupérateur selon l'invention peut, non seulement astre installé entre la chaudière et la cheminée, sur les installations existantes, mais également tors prévu de fabrication sur les chaudières neuves. Enfin, l'application du récupérateur selon l'invention n'est pas limité au domaine du chauffage central pour le réchauffage de l'eau de retour des radiateurs ou pour la production d'eau chaude sa- nitaire, mais s'étend, comme on lia déjà dit, à la récupération, au moyen d'un échangeur à surface, des calories contenues dans tout st- fluent caloporteur, dans la mesure où ce dernier est ou peut autre canalisé dans une conduite d'évacuation.

Claims: REVENDICATIONS 1) Echangeur thermique à surface pour la récupération, par un fluide en circulation, de la chaleur perdue contenue dans des effluents caloporteurs, notamment les fumées de combustion, et comprenant deux tubes concentriques: un conduit intérieur (2) définissant un passage central (4) pour les effluents à refroidir, et un conduit extérieur (3) entourant à distance le conduit intérieur de façon à définir entre-eux un espace annulaire périphérique (5) formant "paroi d'eau' dans laquelle circule le fluide à chauffer, et qui communique avec l'extérieur par deux tubulures (8, 9) prévues sur le conduit extérieur (3) respectivement pour l'entrée du fluide à chauffer dans l'espace annulaire (5) et pour sa sortie, échangeur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube (10) monté en parallèle avec la paroi d'eau et traversant longitudinalement la région centrale du conduit intérieur. 2) Echangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi d'eau à passages multiples est réalisée par un compartimentage de l'espace annulaire (5) au moyen d'ailettes parallèles espacées (14), disposées en quinconce selon les génératrices du conduit intérieur (2) et définissant entre-elles des chambres longitudinales (15) communiquant à l'une de leurs extrémités et parcourues par le fluide à chauffer. 3) Echangeur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les tubulures d'entrée v8) et de sortie (9) du fluide à chauffer prévues sur le conduit extérieur (3) sont angulairement diamétralement opposées et en ce que le compartimentage de l'espace annulaire (5) partage ledit espace en deux circuits parallèles équivalents couvrant chacun une moitié de la surface du conduit intérieur (2). 4) Echangeur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les tubulures d'entrée (8) et de sortie (q) du fluide à chauffer prévues sur le conduit extérieur (3) présentent des positions angulaires voisines et en ce que le compartimentage de l'espace annulaire (5) aménage ledit espace en un circuit couvrant toute la surface du conduit intérieur (2). 5) Echangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les tubes (10) montés en parallèle avec la paroi d'eau et traversant longitudinalement la région centrale du conduit intérieur (2) débouchent à leurs extrémités respectives dans l'espace annulaire (s) par des ouvertures (12, 13) ménagées sur le conduit intérieur (2). 6) Echangeur selon la revendication 5 caractérisé en ce que les ouvertures (12, 13) ménagées sur le conduit intérieur (2) sont disposées au voisinage immédiat des emplacements des tubulures (8, 9) prévues sur le conduit extérieur (3). 7) Echangeur selon les revendications 3 et 5 ou 6 caractérisé en ce que le ou les tubes (10) montés en parallèle avec la paroi d'eau et traversant longitudinalement la région centrale du conduit intérieur (2) présentent des extrémités coudées dans des sens opposés leur conféran une conformation en S. 8) Echangeur selon les revendications 4 et 5 ou 6 caractérisé en ce que le ou les tubes (10) montés en parallèle avec la paroi d'eau et traversant longitudinalement la région centrale du conduit intérieur (2) présentent des extrémités coudées dans le même sens leur conférant une conformation en "U", 9) Echangeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les ailettes (14) sont réparties autour du conduit intérieur (2) avec des écartements variables de manière que la section de passage des chambres (15) diminue progressivement dans le sens de circulation du fluide à chauffer. 10) Echangeur selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes caractérisé en ce que le conduit intérieur (2) est pourvu à l'une de ses extrémités de moyens pour conférer à la partie périphérique de l'écoulement des effluents à refroidir un mouvement giratoire. 11) Echangeur selon la revendication 10 caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par des ailettesvçixses sur chant contre la paroi intérieure du conduit (2) et décalées angulairement dans le même sens par rapport à l'axe longîtudinal(11)de façon à se situer hors de tout plan passant par ledit axe.

Inventors: GRUE, CHRISTIAN, Grué, Christian
Applicants: GRUE, CHRISTIAN
Application year: 1981
Main classification: F28D21
IPC codes: F28D7, F28F9, F28D21