BE893169A - Dispositif de recuperation de chaleur d'une chaudiere pour chauffage central - Google Patents

Description

  Dispositif de récupération de chaleurd'une chaudière pour chauffage central 

  
La présente invention a poir objet un échangeur

  
de chaleur semi-tubulaire parcouru simultanément par un fluide gazeux et par un liquide et constitué d'une enveloppe qui entoure une surface d'échange comprenant une jaquette délimitant un espace intérieur dans lequel circule le liquide.

  
L'échangeur suivant l'invention convient parfaitement pour être monté comme économiseur dans le circuit des fumées d'une chaudière de chauffage central en vue de récupérer une partie de l'énergie calorifique résiduelle des fumées constituant le fluide gazeux susdit. Il peut également être utilisé comme échangeur de chaleur pour le refroidissement de l'air comprimé sortant d'un compresseur avant le passage dans un étage suivant ou dans l'appareil d'utilisation.

  
On connaît des échangeurs de chaleur constitués de faisceaux de tubes de section circulaire, fixés à leurs extrémités dans des plaques tubulaires et parcourus par un liquide. Même si les températures sont inférieures au point d'ébullition du liquide,

  
les variations de températures provoquent dans ces échangeurs connus des tensions importantes. Suivant que la pression du fluide circulant à l'intérieur des tubes est supérieure ou inférieure à celle du fluide qui circule à l'intérieur de ceux-ci, les tensions susdites sont des efforts de traction ou de compression.

  
La marche discontinue en tout ou rien de la plupart des chaudières de chauffage central provoque des variations de température très fréquentes et des problèmes thermiques qui ne peuvent être résolus que par une construction coûteuse de l'échangeur. Les échangeurs de chaleur connus ne conviennent pas parfaitement comme économiseurs.

  
Il en est de même pour tous les appareils dont

  
le fonctionnement intermittent entraine de nombreuses variations de température, par exemple un compresseur pour air comprimé destiné à maintenir la pression d'un réservoir entre une pression minimale et maximale.

  
La présente invention vise à remédier les inconvénients susdits. Elle est relative à un échangeur de chaleur semi-tubulaire parcouru simultanément par un fluide gazeux et par un liquide et constitué d'une enveloppe qui entoure une surface d'échange comprenant une jaquette délimitant un espace intérieur dans lequel circule le liquide. Cet échangeur est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au voisinage d'une des extrémités de l'enveloppe susdite une première tubulure latérale pour l'entrée du fluide gazeux, relié à la jaquette susdite et une seconde tubulure latérale pour l'évacuation du fluide gazeux, montée directement sur l'enveloppe et en ce qu'il comporte un faisceau

  
de tubes à section circulaire relativement faible disposés au voisinage de la jaquette susdite, parallèlement à l'axe longitudinal de celle-ci et reliés à une extrémité de cette jaquette par une série de coudes.

  
Dans une forme de réalisation particulière,

  
 <EMI ID=1.1> 

  
Suivant une particularité de l'invention, la section des tubulures d'entrée et de sortie et la section centrale de la jaquette et celle de l'espace annulaire compris entre la jaquette et l'enveloppe

  
sont sensiblement équivalents.

  
L'invention concerne également une installation

  
de chauffage comprenant une chaudière et un échangeur suivant l'invention, monté dans le circuit des fumées.

  
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins ci-annexés qui représentent schématiquement et à titre d'illustration non limitative, une forme de réalisation d'un échangeur de chaleur suivant l'invention.

  
Dans ces dessins :
- la figure 1 est une coupe verticale d'un échangeur de forme cylindrique ;
- la figure 2 est une c o u p e de l'échangeur montré à la figure 1 suivant la ligne II-II ; - la figure 3 est un schéma de principe d'une installation de chauffage comprenant l'échangeur montré aux figures 1 et 2 ;
- la figure 4 montre, en perspective, un échangeur de  section rectangulaire montée sur une chaudière de  chauffage central ;  les figures 5 et 6 illustrent un échangeur analogue à celui  de la figure 1, mais utilisé à contre-courant. 

  
 <EMI ID=2.1> 

  
de référence désignent des éléments analogues ou  identiques. 

  
Comme montré à la figure 1, l'échangeur de chaleur 

  
 <EMI ID=3.1> 

  
notation de référence 1, se compose d'une enveloppe 2  entourant une surface d'échange 3 constitué d'une

  
jaquette 4 à double paroi délimitant un espace intérieur.

  
Dans la double paroi de la jaquette 4 circule un liquide destiné à être échauffé ou refroidi par un

  
courant de fluide gazeux circulant autour de la surface d'échange 3.

  
Dans la forme de réalisation montrée à la figure 1, l'enveloppe extérieure 2 de l'échangeur de chaleur 1

  
est cylindrique. La surface d'échange 3 est constituée d'une jaquette cylindrique 4 et d'un faisceau tubulaire

  
5 à section circulaire relativement faible. Ce faisceau

  
de tubes 5 est disposé au voisinage de la jaquette

  
 <EMI ID=4.1>   <EMI ID=5.1> 

  
de coudes 6.

  
L'enveloppe 2 comporte au voisinage d'une de ses extrémités, une première tubulure latérale 7 pour l'entrée des fumées, reliée à la jaquette cylindrique 4 et une seconde tubulure latérale 8 pour l'évacuation

  
des fumées susdites.

  
La jaquette cylindrique 4 est fixée à l'une des parois latérales 9 munie d'un orifice 10 pour y collecter l'eau ayant parcouru l'échangeur 1.

  
Sur cette même paroi latérale 9 est fixé un dispositif 11 destiné à introduire l'eau à échauffer dans l'échangeur en la répartissant uniformément dans

  
le faisceau tubulaire.

  
L'eau provenant du circuit caloporteur de chauffage ou d'une installation d'eau chaude sanitaire quelconque est introduite dans l'échangeur par l'orifice susdit. Elle circule dans le faisceau tubulaire 5 en longeant

  
la jaquette 4. Le faisceau tubulaire 5 est chauffé extérieurement, principalement par convection des fumées. L'eau est ensuite amenée par la série de coudes 6 dans la jaquette cylindrique 4 composée d'un manteau cylindrique à double paroi. La jaquette cylindrique 4 est en contact avec les fumées par chacune de ses faces intérieure. et extérieure.

  
Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 1, l'eau et les fumées parcourent l'échangeur suivant les flèches X, respectivement Y, donc  à co-courant, exception faite de la partie de paroi intérieure de la jaquette 4 où la circulation est à contre-courant. On évite ainsi la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les fumées puisqu'aucune partie de l'échangeur n'est froide.

  
Dans d'autres applications, l'échangeur peut être utilisé également à contre-courant. On inverse alors

  
le dispositif susdit 11 qui distribuait l'eau dans

  
le faisceau tubulaire central 5 et par l'orifice collecteur 10 de manière à introduire l'eau dans la jaquette 4 et récolter l'eau chaude à la sortie du faisceau tubulaire 5. On introduit les fumées par la première tubulure latérale 7 raccordée à la jaquette 4 comme dans le cas précédent et on recueille les fumées par la seconde tubulure latérale 8 montée directement

  
sur l'enveloppe 2. (Figure 5)

  
L'échangeur de chaleur suivant l'invention est avantageusement monté dans le circuit des fumées d'une chaudière de chauffage central 12, de préférence avant le régulateur de tirage 12 (Figure 3). Cette chaudière
12 se compose d'une chambre de combustion 14 alimentée en gasoil. Le gasoil est injecté par un brûleur 15.

  
La chambre de combustion 14 est tapissée d'écran d'eau 16.

  
La circulation de l'eau peut être éventuellement forcée par un circulateur 17. La température de l'eau de la chaudière 12 est inférieure au point d'ébullition.

  
Le circuit caloporteur 18 comprend une vanne à quatre voies 19 conduisant l'eau dans le sens de la flèche X vers le retour d'eau froide 20 ou dans le sens de la flèche Z vers le côté aspiration du circulateur 17, suivant

  
que la chaudière 12 est en marche ou à l'arrêt.

  
L'échangeur admet sans problème la légère surpression régnant habituellement dans le circuit caloporteur 18.

  
Le combustible utilisé pour chauffer la chaudière peut également être du gaz. Le brûleur susdit est alors tout simplement une rampe à gaz. La forme de la

  
chaudière 12 n'influence pas les performances de l'échangeur 1 susdit. La forme extérieure de l'enveloppe 2, ni la forme de la jaquette 4 n'influencent

  
le principe de l'échangeur 1. On peut par exemple associer à la chaudière 12 un échangeur 1 de forme parallélipipédique illustré à la figure 4.

  
L'échangeur suivant l'invention p e r m e t

  
d'absorber des dilatations et/ou des retraits

  
importants de la surface d'échange 3 sans affecter

  
le comportement de l'enveloppe 2 et sans détériorer

  
ni déformer les tubes du faisceau tubulaire 5.

  
Un second avantage de l'échangeur suivant

  
l'invention est la grande surface d'échange dans un

  
faible encombrement tout en assurant une construction relativement faible.

  
L'appareil peut être facilement calorifugé et

  
la gaine calorifique ou la gaine d'isolation facilement enlevée puisque toutes les raccordements sont disposés

  
d'un seul côté. 

  
L'appareil permet une. évacuation facile du

  
condensat. Il suffit de prévoir un orifice de purge 20 et un bouchon 21 ou un siphon sur l'enveloppe 2.

  
L'échangeur ne cause aucune perte de charge tant pour le circuit du liquide que sur le chemin parcouru par les gaz. La section de passage des tubulures d'entrée 7 et de sortie 8 et la section centrale de

  
la jaquette et celle de l'espace annulaire compris

  
entre la jaquette et l'enveloppe sont sensiblement équivalents. La conception de l'échange permet une construction adaptée à des pressions importantes.

  
La perte de charge du parcours d'eau dans l'échangeur est toutefois minimale puisque l'échanguer ne présente aucun étranglement. La section de l'espace intérieur annulaire délimité par la jaquette 4 est sensiblement  équivalente à celle du faisceau tubulaire 5.

  
EXEMPLE 1

  
Les performances de l'échangeur suivant l'invention, utilisé comme économiseur dans une installation de chauffage sont clairement démontrées par l'étude de résultats comparatifs de mesure faite dans une installation de chauffage avec et sans cet échangeur.  Les mesures ont été effectuées par l'Association Vinçotte.

  
1/ Description, de l'échangeur

  
L'échangeur utilisé comportait une enveloppe

  
 <EMI ID=6.1> 

  
et une longueur de 750 mm L'entrée des fumées et la sorties des fumées  présentaient une section circulaire de 180 mm de  diamètre.

  
L'entrée et la sortie d'eau une section de 5/4

  
de pouce.

  
2/ Description de la chaudière

  

 <EMI ID=7.1> 


  
Equipement :

  

 <EMI ID=8.1> 


  
3/ Description du brûleur
 <EMI ID=9.1> 
 
 <EMI ID=10.1> 
 Le rendement thermique de la chaudière était de
89,9 % avec une puissance de 50.620 keal/h.

TABLEAU I : RESULTATS DES MESURES FAITES DANS UNE

_________INSTALLATION EQUIPEE D'UN ECONOMISEUR

  

 <EMI ID=11.1> 
 

  
L'économiseur fournit un rendement thermique

  
de 94,6 % avec un rendement utile de 53.260 keal/h

  
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée à la forme de réalisation montrée ci-dessus et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition, le nombre et la constitution des éléments mis en oeuvre dans la fabrication de l'échangeur de chaleur suivant l'invention, sans sortir du cadre de l'invention.

  
Ainsi les tubes du faisceau tubulaire susdit ou la jaquette peuvent être munis d'ailettes destinées à favoriser l'échange de chaleur entre le liquide et le fluide gazeux.

  
L'échangeur de chaleur susdit ou une partie de celui-ci peut être réalisé en un métal autre que l'acier, par exemple l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre, l'acier galvanisé, le duralumin.

  
Cet échangeur peut être monté à co-courant ou à contre-courant comme illustré à la figure 5 si aucune condensation du coté fluide gazeux n'est à craindre.

  
La fixation des coudes sur la jaquette est habituellement réalisée par soudage mais d'autres techniques ne sont pas à exclure, entre autre le mandrinage de ces coudes dans les trous percés dans une extrémité de la jaquette. 

REVENDICATIONS

  
1. Echangeur de chaleur semi-tubulaire destiné à être parcouru simultanément par un fluide gazeux et par un liquide et constitué d'une enveloppe qui entoure une surface d'échange comprenant une jaquette délimitant un espace intérieur dans lequel circule le liquide, caractérisé en ce qu'il comporte au voisinage d'une

  
des extrémités de l'enveloppe susdite une première tubulure latérale pour l'entrée du fluide gazeux, reliée à la jaquette susdite et une seconde tubulure latérale pour l'évacuation du fluide gazeux, montée directement sur l'enveloppe et en ce qu'il comporte

  
un faisceau de tubes à section circulaire relativement faible disposés au voisinage de la jaquette susdite parallèlement à l'axe longitudinal de celle-ci et reliés à une extrémité de cette jaquette par une série de coudes.

Claims (1)

1. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe et la jaquette susdite sont cylindriques.

   3. Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la jaquette cylindrique susdite délimite un espace interne annulaire.

   4. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la section des tubulures d'entrée et de sortie et la section <EMI ID=12.1>

   compris entre la jaquette et l'enveloppe sont sensiblement équivalents.

   5. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la section de l'espace intérieur annulaire délimité par la jaquette est sensiblement équivalent à celle du faisceau tubulaire.

   6. Installation de chauffage comprenant une chaudière et un échangeur suivant l'une quelconque

   des revendications précédentes, monté dans le circuit des fumées de la chaudière.

   7. Installation de chauffage suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la chaudière fonctionne au gasoil ou au gaz. <EMI ID=13.1>

   La demanderesse (Le demandeur) désire faire remarquer que les erreurs ci-après figurent dans le mémoire descriptif déposé à l'appui de la demande de brevet (du brevet) ci-dessus :

   <EMI ID=14.1>

   Le soussigné n'ignore pas qu'aucun document joint au dossier d'un brevet d'invention ne peut être de nature à apporter, soit à la description, soit aux dessins, des modifications de fond, et déclare que le contenu de la présente note n'apporte pas de telles modifications et n'a d'autre objet que de signaler une

   ou plusieurs erreurs matérielles.

   Il reconnaît que le contenu de la présente note ne peut avoir pour effet de rendre valable totalement ou partiellement la demande de brevet (le brevet) sous rubrique, si celle-ci (celui-ci) ne l'était pas en tout ou en partie en vertu de la législation actuellement en vigueur.

   Il autorise l'administration à joindre cette note au dossier du brevet et à en délivrer photocopie.