[0001] La présente invention concerne un échangeur de chaleur à condensation, associé -
directement ou indirectement - à un brûleur, notamment à gaz ou à fuel.
[0002] Cet échangeur est destiné notamment à équiper une chaudière à gaz pour des applications
domestiques, en vue d'alimenter un circuit de chauffage central et/ou de fournir de
l'eau à usage sanitaire.
[0003] L'échangeur de chaleur qui fait l'objet de l'invention, plus précisément, est du
type comprenant une enveloppe qui délimite une enceinte à l'intérieur de laquelle
est logé au moins un faisceau de tube(s) de section aplatie, du genre décrit dans
le document
EP-B-0 678 186, auquel on pourra se reporter au besoin.
[0004] Dans le document
EP-B-0 678 186 est décrit un élément échangeur de chaleur qui consiste en un tube en matériau thermiquement
bon conducteur, dans lequel un fluide caloporteur, par exemple de l'eau à réchauffer,
est destiné à circuler. Ce tube est enroulé en hélice et possède une section droite
aplatie et ovale dont le grand axe est sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'hélice,
et chaque spire du tube possède des faces planes qui sont écartées des faces de la
spire adjacente d'un interstice de largeur constante, cette largeur étant sensiblement
plus faible que l'épaisseur de ladite section droite, l'espacement entre deux spires
voisines étant en outre calibré au moyen d'entretoises, lesquelles sont constituées
par des bossages formés dans la paroi du tube.
[0005] Ce document décrit également des échangeurs de chaleur comportant plusieurs éléments
tels que décrits ci-dessus, qui sont agencés de différentes manières dans les divers
modes de réalisation exposés.
[0006] Un élément échangeur ainsi conçu est capable d'assurer un échange de chaleur très
efficace entre, d'une part, des gaz très chauds, lesquels peuvent être générés directement
par un brûleur monté dans l'enceinte, ou provenir d'une source extérieure, qui lèchent
l'élément tubulaire, et, d'autre part, le fluide à réchauffer, tel que de l'eau, lequel
circule à l'intérieur de celui-ci.
[0007] En effet, lors de son passage à travers l'interstice entre les spires, suivant une
direction approximativement radiale, le flux de gaz chauds vient en contact avec une
surface relativement étendue de la paroi de l'élément d'échangeur.
[0008] La présente invention a plus particulièrement pour objet de proposer un échangeur
de chaleur à condensation, du type général exposé ci-dessus, dont les éléments d'échange
de la chaleur sont des faisceaux de tubes plats tels que ceux connus par le
EP-B-0 678 186 sus mentionné.
[0009] L'enveloppe composant les appareils à condensation connus du genre exposé ci-dessus,
tout comme le (ou les) tube(s), est en métal, généralement en acier inoxydable.
[0010] L'utilisation du métal, et en particulier de l'acier inoxydable, convient en effet
pour résister à la fois mécaniquement aux contraintes dues aux dilatations intervenant
au sein de l'enroulement de tube(s) et chimiquement à la corrosion émanant des fumées
(gaz brûlés) et des condensats.
[0011] A cet égard, il convient de signaler, à titre indicatif, que la pression du fluide
à réchauffer, et notamment de l'eau, à l'intérieur du tube (ou des tubes) en cours
d'utilisation peut être relativement élevée, de l'ordre de 2,5 à 3,5 bars, soit 2,5.10
5 à 3,5.10
5 Pa.
[0012] Pour raisons de sécurité, le faisceau tubulaire est avantageusement conçu pour pouvoir
résister à une pression de 4,5. 10
5 Pa.
[0013] Les parois latérales, initialement planes, des tubes ont tendance à se bomber, l'amplitude
de la déformation étant une fonction croissante de la valeur de la pression interne.
[0014] Cette déformation se propage axialement, d'une paroi à la paroi adjacente, par l'intermédiaire
des bossages formant entretoises qui les séparent.
[0015] A titre indicatif, si on considère un enroulement de quatre tubes juxtaposés d'épaisseur
de paroi de 0,6 mm, dont la dimension axiale est initialement de 128 mm, cette dimension,
par suite de la déformation des tubes, va être portée à une valeur de l'ordre de 129,2
mm pour une pression de 2 bars et de l'ordre de 129,8 mm pour une pression de 3 bars.
[0016] L'allongement total est proportionnel au nombre d'enroulements montés bout à bout
qui constituent le faisceau de l'échangeur.
[0017] Bien entendu, en augmentant l'épaisseur de paroi des tubes on peut réduire l'amplitude
de la déformation. Malheureusement, un surdimensionnement de l'épaisseur accroît de
manière importante le poids de l'appareil. Il pose également des problèmes de fabrication
des éléments tubulaires, par hydroformage, procédé qui requiert des pressions de travail
extrêmement élevées.
[0018] Pour s'opposer à l'allongement et résister aux poussées axiales résultant de la pression
interne du fluide circulant dans le faisceau, la solution jusqu'ici utilisée est d'adopter
une enveloppe métallique (servant d'appui aux deux extrémités du faisceau), dont l'épaisseur
et la résistance mécanique sont choisies de telle sorte qu'elles empêchent la dilatation
axiale dudit faisceau sous l'effet de la pression interne, ou du moins la restreignent
à une amplitude acceptable, compatible avec la limite de déformation élastique de
l'enveloppe.
[0019] Ce type d'échangeur donne satisfaction sur le plan technique, notamment sur le plan
des performances.
[0020] Cependant, il est relativement lourd, ce qui peut poser des difficultés à l'opérateur
lors de son transport et de sa manutention au cours de son installation, et son prix
de revient est relativement élevé, du fait qu'il est nécessaire de recourir (afin
de résister aux contraintes mécaniques et aux agressions chimiques des fumées et des
condensats) à une enveloppe en matériau métallique de haute qualité, tel que de l'acier
inoxydable.
[0021] L'objectif à la base de la présente invention est de réduire sensiblement à la fois
le poids et le prix de revient de l'appareil, en proposant de le doter d'une enveloppe
qui, bien qu'en matériau sensiblement moins noble et moins coûteux, en l'occurrence
la matière plastique, ne pose pas de problème de résistance d'ordre chimique, ni d'ordre
mécanique, en considération du problème de dilatation axiale rappelé ci-dessus, de
faire en sorte que l'enveloppe plastique soit isolée au mieux de la chaleur générée
par les gaz brûlés traversant les spires de l'enroulement et, corrélativement, d'abaisser
sensiblement le niveau des températures à laquelle l'enveloppe est exposée, ceci en
mettant en oeuvre des moyens simples, légers et peu coûteux, en l'occurrence une virole
jouant le rôle d'écran thermique.
[0022] Le document
EP-A-1 039 246 décrit un échangeur selon le préambule de la revendication 1.
[0023] L'échangeur de chaleur à condensation qui fait l'objet de l'invention est destiné
à être associé à un brûleur à gaz ou à fuel.
[0024] Conformément à l'invention :
- d'une part, ladite enveloppe est réalisée en matière plastique résistant à la chaleur
:
- d'autre part, l'échangeur comporte une virole disposée à l'extérieur dudit faisceau
et à l'intérieur de ladite enveloppe en matière plastique, cette virole étant maintenue
à un certain espacement de la surface interne de ladite enveloppe, par exemple, au
moyen d'une série de bossages emboutis dans la paroi de la virole, de façon à assurer
une fonction d'écran thermique apte à isoler cette enveloppe de la chaleur émise par
les gaz brûlés.
[0025] Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non
limitatives de l'invention :
- l'échangeur comporte une sonde de température portée par ladite enveloppe, apte à
commander l'arrêt du brûleur lorsque la température régnant à l'intérieur de l'enveloppe,
au voisinage de cette sonde, dépasse un seuil prédéterminé ;
- ladite virole est réalisée dans une tôle en acier inoxydable de faible épaisseur ;
- l'élément d'appui situé à l'une des extrémités du jeu de tirants est une plaque mince,
par exemple en forme de disque, qui est ajourée en partie centrale, de forme annulaire
par conséquent ;
- ladite plaque fait office de façade, qui obture partiellement une face ouverte de
l'enveloppe, et est fixée à cette dernière à sa périphérie, par exemple par sertissage
;
- les portions d'extrémité des tirants traversent ladite façade de manière à faire légèrement
saillie vers l'extérieur et ces portions d'extrémité sont filetées de telle sorte
qu'elles permettent un montage amovible d'une porte contre la façade au moyen d'écrous
;
- ladite porte est solidaire du brûleur ;
- lesdits tirants sont au nombre de quatre, sensiblement disposés selon un carré, et
les éléments d'appui situés du côté opposé à ladite façade consistent en une paire
de brides arquées ou coudées, conformées pour épouser au plus près le contour du faisceau
en s'appliquant contre deux zones diamétralement opposées de celui-ci, chaque bride
étant fixée à une paire de tirants voisins ;
- la matière plastique constitutive de l'enveloppe est un matériau composite à base
de résine chargée de fibres ou d'écailles de verre ;
- ladite résine est un composé de polyphénilène oxyde, de polystyrène et de polypropylène
;
- l'échangeur comprend deux faisceaux de tubes coaxiaux, situés bout à bout, et raccordés
l'un à l'autre, dont l'un fait office d'échangeur primaire et l'autre d'échangeur
secondaire, un organe déflecteur étant intercalé entre ces deux faisceaux, et ainsi
agencé, que les gaz chauds générés par le brûleur traversent d'abord l'échangeur primaire,
en traversant les interstices séparant ses spires de l'intérieur vers l'extérieur,
puis l'échangeur secondaire, en traversant les interstices séparant ses spires de
l'extérieur vers l'intérieur, après quoi ils sont évacués via ladite manchette ;
- le déflecteur est solidaire desdits faisceaux de tubes ;
- le brûleur étant monté à l'intérieur dudit faisceau faisant office d'échangeur primaire,
ledit déflecteur a une forme discoïde et est solidaire de l'extrémité de ce brûleur,
ce déflecteur étant garni à sa périphérie d'un joint thermiquement isolant qui s'applique
contre l'intérieur du faisceau ;
- ladite enveloppe est constituée de deux demi coquilles moulées accolées et solidarisées
l'une avec l'autre, par exemple par soudure ;
ladite virole est constituée de deux parties cintrées complémentaires accolées l'une
contre l'autre de manière à former une enveloppe annulaire s'adaptant à la circonférence
de la surface interne de ladite enveloppe en matière plastique, en tenant compte de
l'espacement ;
- les bords en regard desdites parties cintrées présentent une rangée d'encoches approximativement
semi-circulaires, ou semi-ovalisées, aptes à enserrer les portions d'extrémité rectilignes
du tube, ou des tubes, constitutif(s) de l'enroulement, lorsque ces parties cintrées
sont accolées l'une contre l'autre.
[0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description
et des dessins annexés qui en représentent, à simple titre d'exemples non limitatifs,
des modes de réalisation possibles.
[0027] Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue de face schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention,
coupé par le plan vertical référencé I-I sur la figure 2 ;
- la figure 2 est une vue de gauche schématique de l'appareil de la figure 1 ;
- les figures 3 et 4 sont des vues similaires aux figures 1 et 2 respectivement, représentant
le faisceau de tubes et ses moyens de contention uniquement ;
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 1, représentant un second mode de réalisation
possible de l'échangeur dont l'encombrement axial est plus faible ;
- la figure 6 est une vue de côté de l'échangeur de la figure 5, illustrant le mode
de contention du faisceau qui y est mis en oeuvre ;
- la figure 7 représente ces moyens de contention vus de face, et de manière schématique
;
- la figure 8 est une vue de détail montrant une variante possible du détecteur de température
susceptible d'être mis en oeuvre, en remplacement de celui illustré sur la figure
5 ;
- la figure 9 illustre le fonctionnement de l'appareil de la figure 5 ;
- les figures 10, 11 et 12 sont des vues analogues, respectivement, à celles des figures
1, 2 et 3, représentant un troisième mode de réalisation d'un échangeur conforme à
l'invention, dépourvu de brûleur ;
- les figures 13 et 14 sont des vues schématiques, respectivement de face et de côté
d'un échangeur conforme à l'invention, coupé par un plan vertical passant par l'axe
de l'enroulement, cet échangeur étant similaire au mode de réalisation de la figure
5, mais comportant une virole assurant une fonction d'écran thermique ;
- les figures 15 et 16 représentent, toujours de manière schématique, les deux éléments
(non encore cintrés) en forme de bandes, constitutives de la virole.
[0028] L'échangeur représenté sur les figures 1 et 2 comporte une coque, ou enveloppe, 1
qui délimite une enceinte à l'intérieur de laquelle est monté fixement un faisceau
tubulaire 2, lequel consiste en un enroulement hélicoïdal, d'axe
X-X' d'un groupe de tubes disposés bout à bout et connectés en série.
[0029] Il s'agit de tubes de section droite aplatie dont les grands côtés sont perpendiculaires
à l'axe
X-X'.
[0030] Des bossages 200 prévus sur les grandes faces des tubes jouent le rôle d'entretoises,
permettant de délimiter entre chaque spire un interstice de valeur calibrée, sensiblement
constante.
[0031] Cet enroulement est destiné à être traversé intérieurement par le fluide à réchauffer,
qui est par exemple de l'eau.
[0032] Dans le mode de réalisation illustré, il est prévu trois éléments tubulaires hélicoïdaux
accolés, branchés en série, dans lequel le fluide à réchauffer circule de la gauche
vers la droite.
[0033] Des collecteurs 15, 16, qui sont fixés à l'enveloppe 1 permettent le branchement
de l'appareil, de manière classique, sur un conduit d'amenée du fluide froid, qui
doit être réchauffé, et d'évacuation du fluide chaud.
[0034] Ces collecteurs assurent également le transfert du fluide en circulation, d'un élément
tubulaire à l'enroulement voisin.
[0035] Chaque élément tubulaire possède des portions d'extrémité droite, c'est-à-dire d'axe
rectiligne, et de section progressivement variable, dont la partie d'extrémité débouchante
est circulaire.
[0036] Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les deux portions d'extrémité sont disposées
parallèlement et situées sur un même côté de l'enroulement.
[0037] On peut noter qu'une disposition similaire est également prévue pour le troisième
mode de réalisation illustré sur les figures 10 et 11.
[0038] Au contraire, pour le second mode de réalisation de l'invention illustré sur les
figures 5 et 6, les deux portions d'extrémité d'un enroulement tubulaire s'étendent
dans un même plan, leurs embouchures étant dirigées à l'opposé l'une de l'autre, selon
une disposition conforme à celle illustrée à la figure 24 du brevet européen
0 678 186 déjà cité.
[0039] Les embouchures d'entrée et de sortie 20, 21 des éléments tubulaires sont sertis
convenablement et de manière étanche dans des ouvertures ad hoc prévues dans l'enveloppe
1, comme cela est visible sur la figure 2 ; les collecteurs 15, 16 sont fixés à ce
niveau.
[0040] Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'enveloppe 1 est en matière
plastique.
[0041] Elle est par exemple obtenue par roto-moulage ou moulage par injection.
[0042] L'enveloppe est faite de deux demi coquilles qui sont thermosoudées l'une à l'autre
après que le faisceau tubulaire ait été installé à l'intérieur de l'une d'elles.
[0043] L'enveloppe 1 est ouverte sur l'un de ses côtés, en l'occurrence du côté situé sur
la gauche, si on considère la figure 1.
[0044] En cours d'utilisation de l'appareil, une partie de la vapeur d'eau contenue dans
les gaz brûlés se condense au contact des parois des tubes.
[0045] La référence 10 désigne la paroi de fond de l'enceinte ; de manière connue, ce fond
est en pente, ce qui permet l'évacuation des condensats vers un orifice de sortie
13.
[0046] La paroi arrière de l'enveloppe porte la référence 11 ; celle-ci possède un renfoncement
110 qui, comme on le verra plus loin, forme un canal permettant le passage des gaz
brûlés et des fumées et les canalisant vers une manchette d'évacuation 12.
[0047] Bien entendu, l'orifice 13 est connecté à un conduit d'évacuation des condensats,
tandis que la manchette 12 est branchée sur un conduit d'évacuation des fumées, par
exemple un conduit de cheminée. Ces conduits ne sont pas représentés sur les figures.
[0048] Le côté ouvert de l'enveloppe est obturé par un élément de façade 3.
[0049] Ce dernier est fixé sur toute sa périphérie par un rebord 30 qui est serti de manière
hermétique aux gaz sur un bourrelet périphérique 14 bordant l'entrée de l'enveloppe.
[0050] Un joint d'étanchéité, par exemple en silicone (non représenté) peut avantageusement
être prévu à ce niveau.
[0051] La plaque de façade 3, qui est par exemple en acier inoxydable, est normalement obturée
par une porte amovible 4.
[0052] Dans le mode de réalisation représenté, la porte 4 est en deux parties ; elle est
composée d'une plaque externe 40, en métal ou en matière plastique résistant à la
chaleur, et d'une plaque interne 41 en matériau isolant, par exemple à base de céramique.
[0053] Ces deux plaques sont traversées en partie centrale par une ouverture qui est traversée
par un brûleur 6, par exemple un brûleur à gaz, qui est solidarisé avec la porte 4
par des moyens non représentés.
[0054] Des moyens appropriés raccordés sur le brûleur 6 permettent d'amener à l'appareil
un mélange de combustible gaz et d'air, tel que propane + air.
[0055] Ces moyens peuvent consister notamment en un ventilateur fixé sur la porte, apte
à insuffler le mélange gazeux dans le brûleur, ou en un conduit flexible branché sur
la porte.
[0056] Le brûleur 6 est un tube cylindrique à extrémité fermée, dont la paroi est percée
d'une multitude de petits trous qui permettent le passage du mélange combustible,
radialement vers l'extérieur du tube.
[0057] La surface extérieure de cette paroi constitue la surface de combustion. Un système
d'allumage de type connu, non représenté, comportant par exemple une électrode génératrice
d'une étincelle, est bien évidement associé au brûleur.
[0058] Ce dernier est situé coaxialement au milieu de l'enroulement 2, mais il ne s'étend
pas sur toute sa longueur.
[0059] En effet, le faisceau tubulaire 2 est subdivisé en deux parties, l'une 2a située
à gauche d'un déflecteur 7, et l'autre 2b située à droite de celui-ci.
[0060] Le déflecteur 7 est un disque en matériau thermiquement isolant, par exemple à base
de céramique ; il est porté par une armature en forme de plaque mince 70, en acier
inoxydable, dont le bord périphérique est inséré entre deux spires adjacentes du faisceau.
[0061] On a ici affaire à un échangeur double, tel que représenté à la figure 8 du brevet
européen précité, qui permet d'obtenir un excellent rendement.
[0062] La partie 2b du faisceau réalise un préchauffage du fluide, lequel circule de la
droite vers la gauche si on considère la figure 1. La partie 2a réalise le chauffage
proprement dit.
[0063] Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les spires du faisceau tubulaire
2 sont fermement maintenues appliqués les unes contre les autres au moyen d'un système
de contention mécanique.
[0064] Il s'agit, en l'occurrence, d'un ensemble de quatre tirants 5, constitués par des
tiges cylindriques en acier inoxydable, et qui sont associés à des éléments d'appui
pour chacune des deux extrémités opposées du faisceau.
[0065] Comme on le voit sur la figure 2, les tirants 5 sont disposés aux quatre sommets
d'un trapèze isocèle fictif. D'un côté (sur la droite des figures 1 et 3), leur extrémité
51 est fixée - par exemple par soudage - à une plaque annulaire discoïde 30, en acier
inoxydable, au centre de laquelle est ménagée une ouverture 300.
[0066] Du côté opposé, qui correspond à la gauche des figures 1 et 3, les tirants 5 sont
fixés à la façade 3 dont il a été fait état plus haut.
[0067] De ce côté, les portions d'extrémité des tirants 5 sont filetées ; elles traversent
des orifices appropriés ménagés à la périphérie de la plaque de façade 3.
[0068] Des écrous 500 vissés sur ces portions filetées 50 assurent la mise sous tension
des tirants, de manière à appliquer avec force (de la droite vers la gauche) la plaque
30 contre la dernière spire du faisceau 2 et, corrélativement, (en sens inverse) la
façade 3 contre la première spire de ce faisceau.
[0069] Le faisceau 2 se trouve ainsi axialement comprimé avec force entre les éléments d'appui
3 et 30.
[0070] On notera que les portions d'extrémité 50 sont relativement longues ; elles dépassent
au-delà des écrous 500 sur une longueur non négligeable, comme on peut le voir sur
la figure 3.
[0071] En effet, les portions 50 ont également pour fonction d'assurer le centrage et la
fixation de la porte 4 contre la façade 3.
[0072] A cet effet, la plaque 40 constitutive de la porte, dont le diamètre est plus grand
que celui de la partie isolante 41, est traversé de quatre trous permettant l'engagement
des portions 50.
[0073] La fixation est assurée par des écrous 400, qui sont avantageusement des écrous autofreinés,
pour réduire le risque de desserrage intempestif, en particulier sous l'effet des
vibrations..
[0074] Un joint annulaire à lèvres 42 logé dans une gorge appropriée ménagée dans la plaque
40 permet d'appliquer cette dernière de manière étanche aux fumées contre la face
externe de la façade 3.
[0075] Comme on le voit sur la figure 2, les tirants 5 sont disposés à l'extérieur du faisceau
2.
[0076] A l'observation de la figure 3, on comprend bien que l'ensemble constitué par la
façade 3, les tirants 5 et les éléments d'appui d'extrémité 3, 30, constitue un ensemble
autonome.
[0077] Les dilatations qui tendent à se produire sous l'effet de la pression interne régnant
dans le tube de l'enroulement 2 sont contrariées par les tirants et les éléments d'appui
qui absorbent intégralement les efforts de la poussée axiale.
[0078] Il n'y a aucune répercussion de cette poussée contre la paroi de l'enveloppe contenant
cet ensemble.
[0079] Le faisceau tubulaire peut être maintenu en place à l'intérieur de l'enveloppe simplement
par suite de la liaison par emboîtement des parties d'extrémité des tubes 20, 21 dans
les logements prévus dans l'enveloppe pour les recevoir.
[0080] On notera par ailleurs qu'il est prévu au dessus de la zone arrière de l'enroulement
2 une cloison déflectrice 8, laquelle recouvre partiellement la plaque annulaire arrière
30, jusqu'à son ouverture centrale 300.
[0081] Cette cloison participe avantageusement au bon maintien du faisceau à l'intérieur
de l'enveloppe.
[0082] Elle est fixée à la paroi interne de l'enveloppe et s'étend obliquement sous la manchette
12. Elle a de préférence une forme arquée, de contour en arc de cercle, entourant
la zone supérieure du faisceau.
[0083] Les gaz chauds générés par le brûleur 6 traversent tout d'abord la première partie
2a du faisceau 2 (situé sur la gauche du déflecteur 7), en passant entre les interstices
des tubes radialement, de l'intérieur vers l'extérieur.
[0084] Grâce à la présence de la cloison 8, ils ne peuvent s'échapper immédiatement par
la manchette 12.
[0085] Ils doivent traverser la partie arrière 2b de l'échangeur (située sur la droite de
la plaque déflectrice 7), cette fois de l'extérieur vers l'intérieur, réalisant un
préchauffage de l'eau qui circule dans le faisceau tubulaire.
[0086] Enfin, les gaz refroidis s'échappent via le canal arrière délimité par la paroi 110,
pour rejoindre la manchette d'évacuation 12.
[0087] La matière plastique constitutive de l'enveloppe est choisie pour résister en continu
à des températures de l'ordre de 150° à 160°C.
[0088] Il s'agit avantageusement d'un matériau composite à base de résine chargé de fibres
ou d'écailles de verre.
[0089] Comme type de résine particulièrement approprié on peut citer un composé de polyphénilène
oxyde, de polystyrène et de polypropylène, un tel matériau étant approprié pour résister
aux agressions chimiques des fumées chaudes et des condensats.
[0090] La paroi de l'enveloppe 1 peut être relativement fine, par exemple d'épaisseur comprise
entre 2 et 4 mm, du fait qu'elle n'est pas exposée à des contraintes mécaniques importantes.
[0091] En vue de la maintenance, il est facile d'avoir accès à l'intérieur de la partie
avant de l'échangeur, qui est la seule réellement exposée à l'encrassement dû aux
fumées ; il suffit pour cela de dévisser les écrous 400 et de retirer axialement l'ensemble
constitué par la porte 4 et le brûleur 6 qui en est solidaire.
[0092] Après nettoyage, la mise en place de cet ensemble est tout aussi facile.
[0093] Ces opérations de démontage et de remontage n'ont aucun effet sur la contention opérée
par les tirants 5, qui restent actifs malgré l'enlèvement momentané de la porte.
[0094] Dans une variante d'exécution, de ce dispositif, il serait possible de fixer le déflecteur
discoïde 7 à l'extrémité du brûleur 6.
[0095] Dans ce cas, la porte 4, le brûleur 6 et le déflecteur 7 formeraient un ensemble
démontable en bloc, ce qui permettrait d'avoir accès pour le nettoyage à la totalité
de l'espace intérieur de l'enroulement, y compris dans la portion arrière qui assure
le préchauffage.
[0096] Bien entendu, dans cette hypothèse, il serait nécessaire de prévoir tout autour du
disque déflecteur 7 un joint d'étanchéité annulaire, hautement résistant à la chaleur,
venant s'appuyer contre la surface interne du faisceau pour éviter le passage direct
des gaz à ce niveau, vers la partie 2b.
[0097] Dans le second mode de réalisation de l'invention qui est illustré sur les figures
5 à 7, on retrouve une configuration analogue à celle qui vient d'être décrit, l'appareil
étant toutefois retourné à 180 degrés (façade située sur la droite de la figure 5).
[0098] Les éléments identiques ou similaires à ceux du premier mode de réalisation ont été
affectés des mêmes chiffres de référence, et ne sera pas donné à nouveau une explication
quant à leur nature et à leur fonction.
[0099] On notera que cet échangeur présente une compacité axiale plus grande que celle du
premier mode de réalisation.
[0100] Comme déjà dit, les portions d'extrémité rectilignes des tubes s'étendent tangentiellement
à l'enroulement, leurs axes étant contenus dans un même plan longitudinal, disposé
latéralement (voir figure 6).
[0101] Par ailleurs, du côté opposé à la façade 3, les tirants 5 sont fixés non pas à une
plaque annulaire 30, mais une paire de tiges plates coudées 30a, 30b, dont les zones
centrales sont en appui contre un secteur angulaire, de surface relativement limitée,
de la spire d'extrémité correspondante.
[0102] Comme on le voit sur la figure 6, les tirants sont cette fois disposés selon un carré,
et les tiges coudées 30a, 30b relient ces côtés deux à deux, en épousant au plus près
deux zones diamétralement opposées de l'enroulement.
[0103] On notera (voir figure 5) que la cloison 8 présente un renfoncement 80 situé au-dessus
de l'enroulement tubulaire, à proximité des tubes situés en sortie de la partie 2a
constitutive de l'échangeur principal.
[0104] Dans ce renfoncement est montée une sonde de température 9.
[0105] Il s'agit d'un coupe-circuit thermique, qui est monté de façon étanche par rapport
à l'enveloppe. A cet effet, la sonde 9 est avantageusement maintenue en place au moyen
d'un circlips dans une cuvette en acier inoxydable emboîtée dans le renfoncement 80,
lequel est ouvert vers le bas, un joint approprié assurant l'étanchéité entre la cuvette
et la paroi du renfoncement 80.
[0106] Cette sonde est reliée à la commande du brûleur, et est adaptée pour provoquer l'arrêt
du brûleur lorsque la température détectée excède un seuil prédéterminé, par exemple
de 160° C.
[0107] Une surchauffe anormale peut se produire accidentellement par exemple en cas d'absence
d'eau dans les tubes ou en cas de mauvaise circulation de l'eau dans les tubes, par
exemple à cause d'un bouchage de l'un d'eux.
[0108] En l'absence de toute sécurité, il risquerait de se produire une élévation très importante
de la température des fumées sortant des tubes placés autour du brûleur, et qui viennent
au contact avec l'intérieur de l'enveloppe en matière plastique. En effet, les fumées
ne transmettraient plus suffisamment leur chaleur aux tubes.
[0109] Il pourrait se poser alors un problème de tenue mécanique de la matière plastique
et une détérioration grave, voir une inflammation de l'enveloppe.
[0110] Dans la variante illustrée sur la figure 8, la sonde, référencée 9', comporte un
élément fusible 92', sensible à la chaleur.
[0111] Le circuit électrique d'alimentation de la chaudière est connecté à deux cosses 90'
et 91' qui sont reliées via ce thermo fusible 92'.
[0112] En cas d'élévation anormale de la température, par exemple au-delà de 160° C, la
fusion de cet élément 92' rompt le circuit électrique entre les deux cosses 91', 90',
provoquant l'arrêt de la commande du brûleur.
[0113] La figure 9 illustre la circulation des gaz chauds générés par le brûleur 6, lequel
est alimenté en mélange combustible
G + A.
[0114] Après allumage du brûleur, celui-ci génère des gaz brûlants, par exemple à une température
de 1000° C, qui se propage radialement vers l'extérieur comme symbolisé par les flèches
F1.
[0115] Ces gaz brûlants traversent les interstices de la première partie de l'échangeur
2a, radialement, de l'intérieur vers l'extérieur (flèches
F2)
.
[0116] Au cours de ce passage, une grande partie de la chaleur des gaz brûlants est transmise
via la paroi des tubes à l'eau qui y circule, si bien que la température des gaz chauds
à la sortie de la partie de faisceau 2b est -à titre indicatif- de l'ordre de 110
à 140°C.
[0117] On notera que la présence du déflecteur 6 empêche l'échappement axial des gaz brûlants
F1.
[0118] Les gaz partiellement refroidis traversent ensuite la seconde partie 2b de l'échangeur,
cette fois de l'extérieur vers l'intérieur, comme symbolisé par les flèches
F3.
[0119] Une partie supplémentaire de la chaleur est ainsi transmise à l'eau circulant dans
les tubes. La température des gaz qui s'échappent de l'appareil (flèches
F4 et
F5), à titre indicatif est de l'ordre de 65 à 70° C.
[0120] Quant à l'eau, elle est réchauffée généralement de la température ambiante à une
température de l'ordre de 80° C.
[0121] Bien entendu, le flux de l'eau se fait à contresens du flux des fumées, le préchauffage
intervenant dans la zone 2b de l'échangeur et le chauffage proprement dit dans la
zone 2a.
[0122] Dans le mode de réalisation qui est représenté sur les figures 10 à 12, l'échangeur
est dépourvu de brûleur.
[0123] L'enveloppe comporte une manchette E d'admission des gaz chauds, lesquels proviennent
d'une source extérieure.
[0124] Cette manchette débouche à l'intérieur de l'enroulement de tubes 2.
[0125] Il s'agit là d'une disposition analogue à celle qui fait l'objet de la figure 19
du brevet européen précité.
[0126] Les mêmes chiffres de référence ont été utilisés pour désigner des éléments identiques
à ceux du premier mode de réalisation, le cas échéant affecté de l'indice "prime"
lorsque les éléments sont similaires mais non identiques.
[0127] Il s'agit ici d'un échangeur simple (sans préchauffage).
[0128] Les gaz chauds qui pénètrent dans l'enceinte intérieure de l'enveloppe, via la manchette
E, s'échappent radialement de l'intérieur vers l'extérieur du faisceau tubulaire 2,
réchauffant le fluide qui y circule ; les gaz refroidis s'échappent par la manchette
12.
[0129] Les éléments tubulaires constitutifs de l'enroulement peuvent être disposés en parallèle,
les collecteurs d'entrée et de sortie 15' respectivement 16' assurant leur collecte
et leur répartition soit en entrée soit en sortie des tubes.
[0130] L'enveloppe 1' est en matière plastique.
[0131] Les moyens de contention mécanique du faisceau sont similaires à ceux du premier
mode de réalisation.
[0132] Ils comprennent un jeu de quatre tirants qui sont fixés à leurs extrémités, par soudure
par exemple, à des plaques 30, 3'.
[0133] La plaque 30 située du côté de la manchette d'admission
E est un disque dont le centre présente une ouverture 300 venant en correspondance
avec le passage d'entrée des gaz délimité par la manchette
E.
[0134] La plaque de fond 3' est un disque non ajouré.
[0135] Il obture la partie arrière de l'enroulement, obligeant l'ensemble des gaz chauds
à sortir à travers les interstices des spires.
[0136] Pour éviter que la paroi de fond de l'enveloppe située en regard de la plaque 3',
laquelle est exposée aux gaz chauds, un jeu j est prévu entre ces deux éléments.
[0137] Bien entendu, cet appareil peut également être équipé d'une sonde de température
adaptée pour arrêter l'admission des gaz chauds lorsque la sonde détecte une température
excessive prédéterminée.
[0138] Pour revenir aux deux premiers modes de réalisation, il convient de noter que le
brûleur mis en oeuvre n'est pas forcément de forme cylindrique ; il pourrait avoir
une forme plate ou hémisphérique tout en restant solidaire de la porte.
[0139] Le gain de poids obtenu par l'utilisation d'une enveloppe plastique est de l'ordre
de 20 % par rapport à un appareil similaire, ayant les mêmes performances, mais dont
l'enveloppe est métallique.
[0140] La variante d'échangeur illustrée sur les figures 13 et 14 est similaire, dans sa
structure, à celle déjà décrite en référence aux figures 5 à 7 et c'est pourquoi cette
structure ne sera pas à nouveau décrite ici.
[0141] Cependant, comme cela va être expliqué, elle comporte une virole qui joue le rôle
d'un écran thermique.
[0142] En effet, la partie annulaire de paroi de l'enveloppe 1 qui entoure l'enroulement
2 est garnie intérieurement d'une virole 100. Celle-ci est réalisée en tôle mince
d'acier inoxydable, dont l'épaisseur est par exemple de l'ordre de 0,3 à 0,4 mm environ.
[0143] Cette virole prend appui contre la face interne de l'enveloppe, avec un certain espacement
j (voir figure 13), de l'ordre de 2 mm par exemple. Cet écartement est assuré grâce
à une pluralité de plots d'appui 101 constitués par des cuvettes de faible dimension
embouties dans la tôle de manière à former des bossages faisant saillie vers l'extérieur
de la virole. Comme le montrent les figures 15 et 16 qui représentent un développé
de la tôle en deux parties constitutives de la virole, ces bossages 101 ont une répartition
géométrique régulière dans la surface de la tôle, en l'occurrence suivant une disposition
selon des triangles équilatéraux égaux.
[0144] L'espacement j et la présence des bossages 101, dont l'appui contre l'enveloppe 1
se fait par des zones de très faible surface - quasi ponctuelles - permet de réduire
considérablement la transmission de la chaleur absorbée par la virole 100 à la paroi
qui l'entoure.
[0145] A ses extrémités, cette virole prend appui, du côté avant contre la façade 3, et
de l'autre côté contre les cloisons 8-8'.
[0146] Sa longueur axiale, qui correspond sensiblement à celle de l'enroulement 2, est référencée
K sur la figure 13.
[0147] Dans le mode de réalisation illustré, la virole 100 est constituée de deux parties
distinctes, initialement planes, représentées sur les figures 15 et 16, et référencées
100a, respectivement 100b.
[0148] Ce sont des bandes de tôle en acier inoxydable de largeur
K et de longueur
L1, respectivement
L2.
[0149] Sur ses bords longitudinaux, chacune des bandes 100a, 100b, présente une série de
quatre encoches 102, de forme sensiblement semi-circulaire ou semi-ovalisée, complémentaire
de la forme de la section des portions d'extrémité des tubes au niveau de la paroi
1 qu'ils traversent.
[0150] La longueur
L1 de la bande 100a est notablement supérieure à celle
L2 de la bande 100b.
[0151] La somme
L1 +
L2 correspond approximativement (compte tenu de l'espacement
j) à la circonférence de la paroi interne de l'enveloppe 1 contre laquelle viennent
s'appliquer les bandes 100a et 100b après avoir été cintrées pour s'accommoder à la
courbure de la paroi de l'enveloppe 1. Comme on le voit sur la figure 14, celle-ci
a une section droite dont le contour est intermédiaire entre un cercle et un carré
à angles arrondis.
[0152] L'élément court 100b est placé du côté où sont situées les embouchures 20', 21' des
tubes, à l'extérieur de ces dernières (sur la gauche de la figure 14), tandis que
l'élément long 100a est placé de l'autre côté.
[0153] Ils sont accolés par leurs bords longitudinaux (parallèles à
X-X') et enserrent avec un faible jeu par leurs encoches 102 - convenablement conformées
et positionnées à cet effet - les portions d'extrémité, ou embouchures, des tubes
constituant l'enroulement 2.
[0154] En raison de leur élasticité, les deux bandes de tôle s'appliquent intimement, par
l'intermédiaire de leurs bossages 101 contre la face interne de enveloppe, sans nécessité
de recourir à des moyens de fixation spécifiques. Ils forment ainsi une virole qui
isole de manière relativement étanche ladite face interne de l'enveloppe des gaz chauds
circulant dans échangeur, jouant le rôle d'un écran thermique ou isothermique.
[0155] Dans le cas où, comme sur le mode de réalisation illustré à la figure 13, la paroi
de l'enveloppe 1 présente un renfoncement 80 dirigé vers l'intérieur, qui reçoit une
sonde de température 9, il va de soi que la virole est traversée en cette zone d'une
ouverture appropriée dans laquelle s'insère la portion de paroi renfoncée. En cette
zone, la paroi de l'enveloppe, non protégée thermiquement, est donc exposée à une
température supérieure de celle du reste de la paroi, qui est protégé par la virole.
[0156] En pratique cela ne pose pas de difficulté car cette zone a une surface très limitée,
et l'excès de chaleur qui y apparaît est évacué par transfert thermique vers la région
de paroi avoisinante, moins chaude.
[0157] La présence de la virole a pour effet d'abaisser la température à laquelle la paroi
de l'enveloppe est exposée d'une valeur de l'ordre de 15 à 20° C, ce qui permet de
faire usage d'une matière plastique moins noble et par conséquent moins coûteuse que
celle utilisable avec les modes de réalisation précédemment décrits (dépourvus de
virole), et/ou d'en améliorer la tenue dans le temps ainsi que la longévité.
1. Echangeur de chaleur à condensation, associé à un brûleur à gaz ou fuel (6), qui comprend
au moins un faisceau (2) de tubes, lequel consiste en un tube, ou un groupe de tubes
disposés bout à bout, formant un enroulement en hélice, dans lequel la paroi du (des)
tubc(s) est réalisée dans un matériau thermiquement bon conducteur et présente une
section droite aplatie et ovale, dont le grand axe est perpendiculaire, ou approximativement
perpendiculaire, à celui
(X-X') de l'hélice, tandis que la largeur de l'interstice séparant deux spires adjacentes
est constante et notablement plus faible que l'épaisseur de ladite section droite,
ce faisceau étant monté fixement à l'intérieur d'une enveloppe (1) imperméable aux
gaz, des moyens étant prévus pour faire circuler un fluide à réchauffer, en particulier
de l'eau froide, à l'intérieur de(s) tube(s) constitutif(s) dudit faisceau (2), cette
enveloppe (1) présentant une manchette (12) d'évacuation des gaz brûlés, cet échangeur
étant ainsi agencé que les gaz chauds générés par le brûleur (6) traversent radialement,
ou approximativement radialement, ledit faisceau en passant à travers les interstices
séparant ses spires, cet échangeur comportant des moyens de contention mécanique (5
; 3-30) dudit faisceau suivant sa direction axiale, aptes à absorber les efforts de
poussée résultant de la pression interne du fluide qui y circule et qui tend à en
déformer les parois, en évitant que ces efforts ne soit transmis à l'enveloppe (1),
lesdits moyens de contention comprenant un jeu de tirants (5) qui s'étendent à l'extérieur
du faisceau (2), parallèlement à l'axe (
X-X') de l'hélice, et dont les extrémités sont solidaires d'éléments d'appui (3, 30) s'appliquant
contre les deux faces opposées du faisceau,
caractérisé par le fait que :
- d'une part, ladite enveloppe (1) est réalisée en matière plastique résistant à la
chaleur ;
- d'autre part, l'échangeur comporte une virole (100) disposée à l'extérieur dudit
faisceau (2) et à l'intérieur de ladite enveloppe (1) en matière plastique, cette
virole (100) étant maintenue à un certain espacement (j) de la surface interne de
ladite enveloppe (1), par exemple au moyen d'une série de bossages (101) emboutis
dans la paroi de la virole (100), de façon à assurer une fonction d'écran thermique
apte à isoler cette enveloppe (1) de la chaleur émise par les gaz brûlés.
2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une sonde de température (9 ; 9') portée par ladite enveloppe (1), apte
à commander l'arrêt du brûleur lorsque la température régnant à l'intérieur de l'enveloppe,
au voisinage de cette sonde, dépasse un seuil prédéterminé.
3. Echangeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite virole (100) est réalisée dans une tôle en acier inoxydable de faible épaisseur.
4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément d'appui (3, 30) situé à l'une des extrémités du jeu de tirants est une
plaque mince, par exemple en forme de disque, qui est ajourée en partie centrale,
de forme annulaire par conséquent.
5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite plaque (3) fait office de façade, qui obture partiellement une face ouverte
de l'enveloppe, et est fixée à cette dernière à sa périphérie, par exemple par sertissage.
6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les portions d'extrémité (50) des tirants traversent ladite façade (3) de manière
à faire légèrement saillie vers l'extérieur et que ces portions d'extrémité (50) sont
filetées de telle sorte qu'elles permettent un montage amovible d'une porte (4) contre
la façade au moyen d'écrous (400).
7. Echangeur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite porte (4) est solidaire du brûleur (6).
8. Echangeur selon l'une des revendication 4 à 7, caractérisé par le fait que lesdits tirants (5) sont au nombre de quatre, sensiblement disposés selon un carré,
et que les éléments d'appui situés du côté opposé à ladite façade consistent en une
paire de brides arquées ou coudées (30a, 30b), conformées pour épouser au plus près
le contour du faisceau (2) en s'appliquant contre deux zones diamétralement opposées
de celui-ci, chaque bride (30a, 30b) étant fixée à une paire de tirants (5) voisins.
9. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la matière plastique constitutive de l'enveloppe (1) est un matériau composite à
base de résine chargée de fibres ou d'écailles de verre.
10. Echangeur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ladite résine est un composé de polyphénilène oxyde, de polystyrène et de polypropylène.
11. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend deux faisceaux de tubes coaxiaux (2a, 2b) situés bout à bout, et raccordés
l'un à l'autre, dont l'un fait office d'échangeur primaire et l'autre d'échangeur
secondaire, un organe déflecteur (7) étant intercalé entre ces deux faisceaux, et
ainsi agencé, que les gaz chauds générés par le brûleur traversent d'abord l'échangeur
primaire (2a), en traversant les interstices séparant ses spires de l'intérieur vers
l'extérieur, puis l'échangeur secondaire (2b), en traversant les interstices séparant
ses spires de l'extérieur vers l'intérieur, après quoi ils sont évacués via ladite
manchette (12).
12. Echangeur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit déflecteur (7) est solidaire desdits faisceaux de tubes (2a, 2b).
13. Echangeur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que, le brûleur (6) étant monté à l'intérieur dudit faisceau faisant office d'échangeur
primaire (2a), ledit déflecteur (7) a une forme discoïde et est solidaire de l'extrémité
de ce brûleur, ce déflecteur étant garni à sa périphérie d'un joint thermiquement
isolant qui s'applique contre l'intérieur du faisceau.
14. échangeur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que ladite enveloppe (1) est constituée de deux demi coquilles moulées accolées et solidarisées
l'une avec l'autre, par exemple par soudure.
15. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que ladite virole (100) est constituée de deux parties cintrées complémentaires (100a,
100b) accolées l'une contre l'autre de manière à former une enveloppe annulaire s'adaptant
à la circonférence de la surface interne de ladite enveloppe (1) en matière plastique,
en tenant compte de l'espacement (j).
16. Echangeur selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les bords en regard desdites parties cintrées (100a, 100b) présentent une rangée
d'encoches (102), approximativement semi-circulaires, ou semi-ovalisées, aptes à enserrer
les portions d'extrémité rectilignes du tube, ou des tubes, constitutif(s) de l'enroulement,
lorsque ces parties cintrées (100a, 100b) sont accolées l'une contre l'autre.
1. A condensation heat exchanger associated with a gas or fuel burner (6), which comprises
at least one bundle (2) of tubes, which bundle consists of one tube, or a group of
tubes arranged end to end, forming a helical winding, in which the wall of the tube
or tubes is made of a highly thermally conductive material and has a flattened oval
cross section whose major axis is perpendicular, or approximately perpendicular, to
that (X-X') of the helix, while the width of the gap separating two adjacent turns is constant
and appreciably smaller than the thickness of said cross section, this bundle being
mounted fixedly inside a gas-impermeable casing (1), means being provided for circulating
a fluid to be heated up, in particular cold water, inside the tube or tubes constituting
said bundle (2), this casing (1) having a sleeve (12) for the discharge of the burnt
gases, this exchanger thus being arranged such that the hot gases generated by the
burner (6) pass radially, or approximately radially, through said bundle via the gaps
separating its turns, this exchanger containing means (5; 3-30) for mechanically retaining
said bundle in its axial direction, these means being able to absorb the thrust loads
resulting from the internal pressure of the fluid which circulates therein and which
tends to deform the walls thereof, while preventing these loads from being transmitted
to the casing (1), said retaining means comprising a set of ties (5) which extend
outside the bundle (2), parallel to the axis (X-X') of the helix, and whose ends are fixed to bearing elements (3, 30) pressing against
the two opposed faces of the bundle, characterized in that, on the one hand, said casing (1) is made of heat-resistant plastic and in that, on the other hand, the exchanger contains a shroud (100) arranged outside said bundle
(2) and inside said plastic casing (1), this shroud (100) being kept at a certain
distance (j) from the internal surface of said plastic casing (1), for example by
means of a series of bosses (101) stamped into the wall of the shroud (100), in order
to act as a heat shield which is able to insulate this casing from the heat emitted
by the burnt gases.
2. The exchanger as claimed in claim 1, characterized in that it contains a temperature probe (9; 9') borne by said casing (1) which is able to
shut down the burner when the temperature prevailing inside the casing, in the vicinity
of this probe, exceeds a predetermined threshold.
3. The exchanger as claimed in claim 1 or 2, characterized in that said shroud (100) is made from thin stainless steel sheet.
4. The exchanger as claimed in one of claims 1 to 3,characterized in that the bearing element (3, 30) situated at one of the ends of the set of ties is a thin
plate, for example in the form of a disk, which is cut out in its central part and
consequently has an annular shape.
5. The exchanger as claimed in claim 4, characterized in that said plate (3) serves as a facing which partially closes off an open face of the
casing and is fastened to the latter at its periphery, for example by crimping.
6. The exchanger as claimed in claim 5, characterized in that the end portions (50) of the ties pass through said facing (3) in such a way as to
project slightly outward, and in that these end portions (50) are threaded such that they allow a door (4) to be mounted
removably against the facing by means of nuts (400).
7. The exchanger as claimed in claim 6, characterized in that said door (4) is fixed to the burner (6).
8. The exchanger as claimed in one of claims 4 to 7, characterized in that these are four ties (5) arranged substantially in a square, and in that the bearing elements situated on the opposite side to said facing consist of a pair
of arcuate or bent straps (30a, 30b) configured to follow the contour of the bundle
(2) as closely as possible and pressing against two diametrically opposed regions
thereof, each strap (30a, 30b) being fastened to a pair of neighboring ties (5).
9. The exchanger as claimed in one of claims 1 to 8, characterized in that the plastic constituting the casing (1) us a composite material based on glass-fiber-reinforced
or glass-flake-reinforced resin.
10. The exchanger as claimed in claim 9, characterized in that said resin is a compound of polyphenylene oxide, polysterene and polypropylene.
11. The exchanger as claimed in one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises two bundles of coaxial tubes (2a, 2b) situated end to end and connected
to one another, one of which serves as a primary exchanger and the other as a secondary
exchanger, a deflecting member (7) being sandwiched between these two bundles and
thus arranged such that the hot gases generated by the burner pass first through the
primary exchanger (2a), passing through the gaps separating its turns from the inside
to the outside, and then through the secondary exchanger (2b), passing through the
gaps separating its turns from the outside to the inside, after which they are discharged
via said sleeve (12).
12. The exchanger as claimed in claim 11, characterized in that said deflector (7) is fixed to said bundles of tubes (2a, 2b).
13. The exchanger as claimed in claim 11, characterized in that, since the burner (6) is mounted inside said bundle serving as primary exchanger
(2a), said deflector (7) has a discoid shape and is fixed to the end of this burner,
this deflector being equipped at its periphery with a thermally insulating seal which
presses against the inside of the bundle.
14. The exchanger as claimed in one of claims 1 to 13, characterized in that said casing (1) consists of two molded half-shells brought together and secured to
one another, for example by welding.
15. The exchanger as claimed in one of claims 1 to 14, characterized in that said shroud (100) consists of two complementary rounded parts (100a, 100b) brought
together so as to form an annular casing fitting to the circumference of the internal
surface of said plastic casing (1), taking into account the distance (j) between said
shroud and said internal surface.
16. The exchanger as claimed in claim 15, characterized in that the mutually facing edges of said rounded parts (100a, 100b) have a row of approximately
semicircular or semioval notches (102) which are able to tightly enclose the rectilinear
end portions of the tube or tubes constituting the winding when these rounded parts
(100a, 100b) are brought together.
1. Mit einem Gas- oder Ölbrenner (6) kombinierter Kondensationswärmetauscher, der mindestens
ein Rohrbündel (2) aufweist, welches aus einem Rohr oder einer Rohrgruppe von End
an End angeordneten Rohren in Form einer Helix besteht, wobei die Wand des oder der
Rohre aus einem thermisch gut leitenden Material besteht und einen abgeplatteten und
ovalen Querschnitt aufweist, dessen große Achse senkrecht oder ungefähr senkrecht
zur Achse (X-X') der Helix ist, während die Weite des Zwischenraums, der zwei benachbarte
Windungen trennt, konstant und wesentlich kleiner als die Dicke des Querschnitts ist,
wobei das Bündel fest im Innern eines gasundurchlässigen Mantels (1) angebracht ist,
wobei Mittel vorgesehen sind, um ein zu erhitzendes Fluid, insbesondere kaltes Wasser,
im Innern des oder der Rohre des Bündels (2) zirkulieren zu lassen, wobei dieser Mantel
(1) eine Auslassmanschette (12) zum Auslassen von Verbrennungsgasen aufweist, wobei
der Wärmetauscher so konfiguriert ist, dass die von dem Brenner (6) erzeugten heißen
Gase das Bündel radial oder ungefähr radial überqueren, indem sie durch die Zwischenräumen,
die seine Windungen trennen, hindurch strömen, wobei der Wärmetauscher Halteeinrichtungen
(5;3-30) zum mechanischen Halten des Bündels in axialer Richtung aufweist, die die
Druckbelastungen, die sich aus dem Innendruck des zirkulierenden Fluids, der zu einer
Verformung der Wände führt, ergeben, absorbieren und somit verhindern, dass diese
Kräfte zum Mantel (1) übertragen werden, wobei die Halteeinrichtungen einen Satz von
Stangen (5) aufweisen, die sich außerhalb des Bündels (2) parallel zur Achse (X-X')
der Helix erstrecken und deren Enden mit Stützelementen (3,30) integral sind, die
an den beiden gegenüberliegenden Flächen des Bündels anliegen,
dadurch gekennzeichnet, dass
einerseits der Mantel (1) aus einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial hergestellt
ist;
andererseits der Wärmetauscher einen außerhalb des Bündels (2) und innerhalb des Kunststoffmantels
(1) angeordneten Ring (100) aufweist, der mit Hilfe beispielsweise einer Reihe von
Vorsprüngen (101), die in die Wand des Rings (100) hineingetrieben sind, in einem
gewissen Abstand (j) zur Innenfläche des Mantels (1) gehalten wird, um so die Funktion
einer thermischen Abschirmung sicherzustellen, die den Mantel (1) von der von den
Verbrennungsgasen emittierten Hitze zu isolieren vermag.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine von dem Mantel (1) gehaltene Temperatursonde (9;9') aufweist, die das Abschalten
des Brenners auslösen soll, wenn die im Innern des Mantels in der Nähe dieser Sonde
herrschende Temperatur eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (100) aus einem nichtrostenden Stahlblech geringer Dicke hergestellt ist.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (3,30), das an einem der Enden des Stangensatzes angeordnet ist,
eine dünne Platte beispielsweise in Form einer im zentralen Teil ausgesparten Scheibe,
also in Form eines Rings, ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (3) als Stirnwand dient, die eine offene Seite des Mantels teilweise abdeckt
und mit dem Mantel an seinem Rand verbunden ist, beispielsweise durch eine Falzverbindung.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (50) der Stangen durch die Stirnwand (3) hindurchgehen, so dass
sie etwas nach außen vorstehen, und dadurch, dass diese Endabschnitte (50) mit Gewinde
versehen sind, so dass sie ein lösbares Anbringen einer Tür (4) an der Stirnwand mit
Hilfe von Schrauben (400) erlauben.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tür (4) mit dem Brenner (6) integral ist.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vier Stangen (5) vorgesehen und in einem Viereck angeordnet sind, und dass die Stützelemente,
die an der der Stirnwand gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, aus einem Paar
Flansche (30a,30b) bestehen, die entsprechend gekrümmt oder gebogen sind, um möglichst
nah der Kontur des Bündels (2) folgend an zwei diametral gegenüberliegenden Zonen
dessen anzuliegen, wobei jeder Flansch (30a,30b) an zwei benachbarten Stangen (5)
befestigt ist.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial, aus dem der Mantel (1) besteht, ein Verbundmaterial auf Basis
von Harz ist, das mit Glasfasern oder -spänen beladen ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz eine Zusammensetzung aus Polyphenylenoxid, Polystyrol und Polypropylen ist.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Bündel von koaxialen, Endan-End angeordneten und miteinander verbundenen
Rohren (2a,2b) aufweist, von denen das eine als primärer Wärmetauscher und das andere
als sekundärer Wärmetauscher dient, wobei ein Ablenkelement (7) zwischen diesen zwei
Bündeln angeordnet und derart konfiguriert ist, dass die von dem Brenner erzeugten
heißen Gase zuerst den primären Wärmetauscher (2a) durchqueren, indem sie von innen
nach außen durch die Zwischenräume, die die Windungen trennen, hindurch strömen, dann
den zweiten Wärmetauscher (2b) durchqueren, indem sie von außen nach innen durch die
Zwischenräume, die die Windungen trennen, hindurch strömen, wonach sie durch die Manschette
(12) ausströmen.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkelement (7) mit den Rohrbündeln (2a,2b) integral ist.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (6) im Innern des Bündels angeordnet ist, das als primärer Wärmetauscher
(2a) dient, wobei das Ablenkelement (7) scheibenförmig und mit dem Ende dieses Brenners
integral ist, wobei dieses Ablenkelement an seinem Rand mit einer thermisch isolierenden
Dichtung versehen ist, die an der Innenseite des Bündels anliegt.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (1) aus zwei Halbschalen-Formstücken besteht, die zusammengebaut und zum
Beispiel mittels Schweißen miteinander verbunden sind.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (100) aus zwei gebogenen komplementären Teilen (100a,100b) besteht, die
zusammengebaut einen ringförmigen Mantel bilden, der sich an den Umfang der Innenfläche
des Kunststoffmantels (1) unter Einhaltung des Abstands (j) anschmiegt.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Ränder der gebogenen Teile (100a,100b) eine Reihe von ungefähr
halbkreisförmigen oder halbovalen Kerben (102) aufweisen, die, wenn die gebogenen
Teile (100a,100b) zusammengebaut sind, die geradlinigen Endabschnitte des Rohrs oder
der Rohre der Helix umschließen.