Echangeur de chaleur à double enveloppe

Description

[0001] L'invention concerne un échangeur de chaleure à double enveloppe pour une chaudière mixte à eau chaude dans laquelle des gaz chauds sont produits et conduits de façon à chauffer deux circuits tubulaires servant respectivement à la circulation d'eau de puisage et à celle d'eau de chauffage.

[0002] Il est connu par le brevet US-PS 2 021 995 d'effectuer un échange thermique double, c'est-à-dire entre deux fluides, en faisant circuler ces deux fluides respectivement dans deux réseaux tubulaires formés par des parois triples elles-mêmes composées de deux tôles ondulées fixées de part et d'autre d'une paroi intermédiaire commune. Il ne s'agit pas dans ce brevet d'un échange thermique triple, c'est-à-dire entre trois fluides, comme celui visé par la présente invention, et il n'est pas question dans ledit brevet de donner des valeurs différentes aux pas des ondulations des deux réseaux.

[0003] Le brevet DE 76 857 propose également un échangeur ressemblant au précédent: on trouve en outre dans cet échangeur des pas différents pour les ondulations des deux réseaux, mais ces réseaux sont constitués à l'aide de plaques de fonderie nervurées et non pas de tôles ondulées; de plus, et surtout, comme le précédent, l'échangeur en question assure encore un échange double et non pas triple, ce qui ne permet pas de mettre véritablement à profit les pas différents des ondulations.des deux réseaux.

[0004] L'invention est essentiellement caractérisée en ce que les deux réseaux, de l'échangeur de la chaudière mixte à eau chaude, réservées respectivement à la circulation de l'eau de puisage et à celle de l'eau de chauffage, sont formés, d'une façon connue en soi, par des parois triples elles-mêmes composées de deux tôles ondulées fixées de part et d'autre d'une paroi intermédiaire commune et en ce que le pas des ondulations correspondant à l'eau de puisage est plus petit que le pas des ondulations correspondant à l'eau de chauffage, l'ensemble étant agencé de façon telle que les gaz chauds longeant extérieurement les parois triples circulent à contre-courant de l'eau à chauffer circulant à l'intérieur de ces parois.

[0005] Suivant d'autres caractéristiques préférées de l'invention:

- des ailettes longitudinales sont rapportées sur la tôle correspondant au circuit de puisage entre chaque ondulation,

- chacune des tôles ondulées est formée par superposition de deux feuilles en matériaux différents,

[0006] ces deux feuilles sont constituées par une feuille de cuivre destinée à venir en contact avec l'eau et par une feuille en acier inoxydable destinée à venir en contact avec les gaz chauds.

[0007] D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante dans laquelle on se réfère aux dessins annexés qui représentent:

fig. 1 une vue en perspective d'une partie de l'échangeur selon l'invention,

fig. 2 une vue schématique en perspective de l'ensemble de l'échangeur,

fig. 3 une vue en perspective d'une variante de cet échangeur.

[0008] On a représenté sur les figs 1 et 2 un échangeur de chaleur à trois fluides, l'un gazeux et les deux autres liquides. Cet échangeur est réalisé en fixant de chaque côté d'une paroi commune intermédiaire 2, deux tôles 10 et 20 comportant des ondulations longitudinales 11 et 21, pour obtenir une plaque échangeur désignée dans son ensemble par la référence 1. Les ondulations 11 forment avec la paroi 2, un premier réseau de tubes 12 pour la circulation de l'eau sanitaire L, et les ondulations 21 forment également avec la paroi 2 un second réseau de tubes 22 indépendant pour la circulation de l'eau de chauffage L₂.

[0009] Selon un autre mode de réalisation connu en soi, la formation des deux réseaux de tubes 12 et 22 s'effectue par exemple de la manière suivante: on soude partiellement ensemble et face contre face, trois tôles planes en alliage d'aluminium ou en alliage inoxydable, et en laissant des bandes non soudées. Les tôles ainsi assemblées sont ensuite formées en exerçant directement une pression hydraulique à l'aide d'eau injectée entre elles aux endroits non soudés, on obtient ainsi les ondulations longitudinales 11 et 21. Ce produit, connu en soi, est particulièrement approprié pour mettre en oeuvre la présente invention, mais il va de soi qu'on peut réaliser de toute autre manière les ondulations sans sortir du cadre de l'invention.

[0010] Comme représenté sur la fig. 2, l'ensemble de l'échangeur est réalisé en superposant à une certaine distance les unes des autres plusieurs plaques 1 ainsi obtenues, de telle manière que les gaz G de combustion d'un brûleur à gaz circulent entre ces plaques comme indiqué par les flèches.

[0011] En partant d'une plaque 1, il est également possible de former un échangeur à spirale à l'intérieur duquel circulent les gaz chauds ou encore un échangeur de forme générale parallélépipédique dans lequel les gaz chauds sont amenés à effectuer un cheminement particulier le long de ladite plaque.

[0012] Pour améliorer les échanges thermiques entre les trois fluides, le pas des ondulations 11 de la tôle 10 est inférieur au pas des ondulations 21 de la tôle 20, ce qui permet de multiplier les bandes de contact 13 entre la tôle 10 et la paroi intermédiaire 2 afin d'augmenter la surface active d'échange thermique. Les deux tôles 10 et 20 jouent le rôle d'échangeur gaz-eau et la paroi intermédiaire 2 forme une ailette d'échange thermique eau-eau.

[0013] En effet, les gaz chauds G, circulant de part et d'autre de la plaque 1, chauffent les deux tôles 10 et 20 et les fluides caloporteurs L₁ et L₂. Si par exemple le fluide L, est statique et le fluide L₂ dynamique, les calories en provenance de la tôle 10 se transfèrent à la paroi intermédiaire 2 étant donné le nombre élevé de bandes de contact 13 et viennent s'ajouter au fluide L₂. De plus, l'eau étant un très mauvais conducteur thermique, les calories du fluide L₂ en mouvement sont ramenées sur la paroi intermédiaire commune 2 car le fluide L, n'étant pas en circulation forme isolant, ce qui permet d'augmenter la température du fluide L2.

[0014] Dans le cas inverse où le fluide L, est dynamique et le fluide L₂ statique, le même phénomène se reproduit.

[0015] D'autre part, le diamètre des tubes 12 et 22 étant relativement faible, les lames d'eau ainsi créées sont minces, ce qui augmente la vitesse de circulation des deux fluides pour un débit donné et facilite par conséquent les échanges thermiques.

[0016] Cette disposition permet donc d'obtenir un échangeur extrêment performant même dans le cas où l'un des fluides n'est pas en mouvement.

[0017] Comme représenté sur la fig. 3, des ailettes longitudinales 3 peuvent être rapportées sur les bandes de contact 13 entre chaque ondulation 11 de la tôle 10 afin d'augmenter encore la conductibilité thermique de l'ensemble.

[0018] Suivant une autre variante de l'invention, la plaque intermédiaire 2 peut comporter des motifs en relief pour ramener les calories d'un circuit sur l'autre.

[0019] Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de remplacer les ondulations de chaque tôle par des motifs répétitifs en relief ou en creux, et décalés de façon à diviser le courant de circulation du fluide. Il est également possible d'utiliser des tôles formées à partir de deux bandes de matériaux différents, par exemple du cuivre en contact avec l'eau et de l'acier inoxydable en contact avec les gaz chauds.

Revendications

1. Echangeur de chaleur à double enveloppe pour une chaudière mixte à eau chaude dans laquelle des gaz chauds (G) sont produits et conduits de façon à chauffer deux circuits tubulaires servant respectivement à la circulation d'eau de puisage (L,) et à celle d'eau de chauffage (L₂), caractérisée en ce que ces deux circuits sont constitués par deux réseaux indépendants de tubes (12, 22) formés, d'une façon connue en soi, par des parois triples (1) elles-mêmes composées de deux tôles ondulées (10, 20) fixées de part et d'autre d'une paroi intermédiaire commune (2), le pas des ondulations (11) correspondant à l'eau de puisage étant plus petit que le pas des ondulations (21) correspondant à l'eau de chauffage et l'ensemble étant agencé de façon telle que les gaz chauds longeant extérieurement les parois triples circulent à contre-courant de l'eau à chauffer circulant à l'intérieur de ces parois.

2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des ailettes longitudinales (3) sont rapportées sur la tôle (10) correspondant au circuit de puisage entre chaque ondulation (11).

3. Echangeur selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que chacune des tôles ondulées (10, 20) est formée par superposition de deux feuilles en matériaux différents.

4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux feuilles sont constituées par une feuille de cuivre destinée à venir en contact avec l'eau et par une feuille en acier inoxydable destinée à venir en contact avec les gaz chauds.

Claims

1. Double envelope heat exchanger for a composite hot water boiler in which hot gases (G) are produced and conducted so as to heat two tubular circuits serving respectively for the circulation of drawn water (L,) and for the circulation of heating water (L₂), characterised in that the two circuits comprise two independent networks of tubes (12, 22) formed in known manner by triple walls (1) which themselves comprise two corrugated metal sheets (10, 20) fixed to one another by an intermediate common wall (2), the pitch of the corrugations (11) corresponding to the drawn water being smaller than the pitch of the corrugations (21) corresponding to the heating water, and the assembly being arranged so that the hot gases flowing along the outside of the triple walls circulate in counter-current relative to the water to be heated circulating inside these walls.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterised in that longitudinal fins (3) are provided between each pair of corrugations (11) on the corrugated sheet (10) which corresponds to the drawn water circuit.

3. Heat exchanger according to any preceding claim, characterised in that each corrugated sheet (10, 20) is formed by the superimposition of two layers of different materials.

4. Heat exchanger according to claim 3, characterised in that the two layers consist of a copper foil which is to contact the water and a stainless steel foil which is to contact the hot gases.

Ansprüche

1. Wärmeaustauscher mit doppelter Umhüllung für einen Heisswasserkessel mit Mischbetrieb, bei dem die Heissgase (G) derart erzeugt und geleitet werden, dass sie zwei rohrförmige Strömungskreise erhitzen, die zur Zirkulation von Brauchwasser (L,) und zur Zirkulation von Heizungswasser (L2) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass diese beiden Strömungskreise aus zwei unabhängigen Rohrbündeln (12, 22) bestehen, die in an sich bekannter Weise durch Dreifachwände (1) geformt sind, welche ihrerseits aus zwei gewellten Blechen (10, 20) gebildet sind, die beiderseits einer gemeinsamen Zwischenwand (2) an dieser fixiert sind, wobei das Intervall der dem Brauchwasser entsprechenden Wellung (11) kleiner als das Intervall der dem Heizungswasser entsprechenden Wellung (21) ist, und die Anordnung so getroffen ist, dass die Heissgase, die an der Aussenseite der Dreifachwände entlangstreichen, im Gegenstrom zu dem zu erhitzenden Wasser zirkulieren, das an der Innenseite der Wände strömt.

2. Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem dem Brauchwasserkreis zugeordneten Blech (10) zwischen allen Wellen (11) Längsrippen (3) angeordnet sind.

3. Austauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der gewellten Bleche (10, 20) durch Überlagerung von zwei Tafeln aus unterschiedlichen Materialien gebildet ist.

4. Austauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Tafeln durch eine Tafel aus Kupfer, die mit dem Wasser in Berührung kommt, und durch eine Tafel aus rostfreiem Stahl gebildet sind, die mit den Heissgasen in Berührung kommt.

Dessins