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Eêhangeur de chaleur utilisable d;m5 les radiateurs à gaz. -----¯¯¯Qr¯.¯¯------ ------------------
La présente invention est relative à un échangeur de chaleur utilisable dans les radiateurs à gaz.
Le but principal de l'invention est de réaliser un échan- geur de chaleur dont la structure est étudiée de manière à permettre le fonctionnement à haut rendement thermique et la fabrication en série des appareils comportant cet échan- geur, et dont les différentes parties constitutives peuvent être assemblées d'une façon très simple qui permet de rédui- re considérablement le coût desdits appareils. De plus, l'échangeur de chaleur selon l'invention est d'une construc- tion robuste et d'un encombrement très petit par rapport à sa surface d'échange, et, ce qui contribue audit meilleur rendement thermique de l'appareil qui le comporte, il per- met d'utiliser au plus haut degré les gaz de combustion.
L'échangeur en question est caractérisé en ce qu'il
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comporte : une chambre de combustion destinée à loger le brûleur; une première série de tubes d'adduction sortant d'une manière étanche de ladite chambre au-dessus de laquel- le ces tubes sont montés ; uncollecteur horizontal auquel aboutissent lesdits tubes d'adduction; une seconde série de tubes d'adduction verticaux, parallèles aux tubes de ladite première série, et sortant dudit collecteur; un corps d'é- change thermique juxtaposé à la chambre de combustion, auquel aboutissent les tubes d'adduction de ladite seconde série, et qui est pourvu de la tubulure pour le raccordement avec la conduite d'évacuation des gaz de combustion;
lesdits tu- bes d'adduction étant avantageusement pourvus de portions convergentes-divergentes, lesquelles, combinées à laforme et la disposition particulières dos autres éléments consti- tutifs, donnent lieu à un .circuit des fumées de type "pul- sant", apte à permettre l'utilisation la plus efficace de la chaleur contenue dans les gaz de combustion, ces gaz cé- dant, pendant leur parcours dans l'échangeur, la plus grande quantité de chaleur possible à l'air qui entoure ledit échan-. geur.
La chambre de combustion, conçue en forme d'un quadri- latère, est réalisée par l'union de deux parties qui forment l'une la partie avant, l'autre la partie arrière de ladite chambre, ladite partie avant - qui est pourvue d'une fenêtre permettant l'introduction et l'allumage du brûleur et peut être fermée par une glace ou analogue - étant pliée en haut en vue de réaliser la paroi supérieure ou toit de la chambre de combustion, et étant munie à l'endroit de cette paroi su- périeure d'un nombre d'ouvertures correspondant au nombre de tubes à relier à ladite chambre, ce qui permet d'établir la communication entre ces tubes et la chambre de combustion,
celle-ci recevant l'air secondaire nécessaire à la combustion
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des gaz par la voie d'une pluralité de trous percés dans une paroi inclinée qui limite vers le bas ladite chambra.
Le collecteur est constitué d'un demi-corps supérieur et d'un demi-corps inférieur convenablement formes, chacun de ces demi-corps présentant un bord périmétral en saillie dans lequel est formée une demi-gorge, de sorte que, en rap- prochant l'un de l'autre les bords des deux demi-corps, en vue de réaliser le collecteur, on obtient sur le pourtour
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de celui-ci une gorge continue rermettfint l'insertion d'un cordon de matériau calorifuge, in fixation l'un a l'autre des bords rapprochés li(3ti on engageant, sur des i18t- tes disposées sur un :ne:M plan et obtenues 2n repliant le- dits bords, des éléments de ;:;j ,1.;ce retenue qui L>la<=;aenl; l'une contre l'autre .lesdi->s ailettes, donc leadits 1>Jr#àr, et qui sont prévus ont sur chaque 5tu duc'it l*. lecteur.
L 1 6ch,ir ,,eur do chnleul' ,><>jii d 1 invention 'sst pourvu d'un couvercle con"cnbleler;t form6 et pc.rcd, qui forme 415- ment de couverture pour 1& .>à;:1:;br? di; combustion 91 le orps postérieur dudit échangeur et u1. comporte lui-mçÎli.4p, la tu- bulure de raccordement avec le, conduite d'évacuation des ga brûlés l'assemblage des 4J,,im.:
r,ts cOhstitutifs susdcrltB étant réalisé en apprêtent d'poord ledit couvercle, les tu- bes d'adduction et 1s partie inférieure du collecteur, de sorte que, errès Bvoir inséré les extrémités desdits tubes dans les trous oorrespondsnts du couvercle et de la partie inférieure du collecteur, on puisse procéder, de l'intérieur de ces tubes, à une opération de sertissage ou de pliage des bords desdits tubes par rapport aux bords des trous cor..
respondants - sans besoin d'avoir recours à des opérations de soudage, rivetage ou analogue - l'ensemble ainsi obtenu
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étant alors fixé, en bas, à l 'àiàe de vis ou analogues, à la
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chambre de combustion et au corps d'échange thermique, tan- dis que, en haut, cet ensemble reçoit le demi-corps supé- rieur du collecteur qui lui est fixé d'une Manière étanche à l'aide des éléments de guidage à retenue susmentionnés.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, et à l'examen des dessins annexas qui montrent, à titre d'exemple non limita- tif, un mode) de réalisation de l'invention, et dans lesquels
La fig. 1 est une vue en perspective d'un mode d'exé- . cution préféré de l'échangeur de chaleur selon l'invention, 'utilisable dans les radiateurs à gaz;
La fige'2 montre une coupe verticale médiane de cet échangeur;
La fig, 3 montre, en détail et à plus grande échelle; @ la liaison périmétrale du demi-corps inférieur au demi-corps supérieur du collecteur.
En se référant à ces figures, l'échangeur de chaleur A, qui est réalisé entièrement en tôle d'acier estampée et sou- dée, est fixé à la bose B à laquelle est également fixée l'enveloppe (non illustrée) du poêle ou radiateur à gaz com- portant ledit échangeur.
L'échangeur A comporte : une chambre de; combustion qua- drangulaire, disposée antérieurement et munie, à sa partie avant, d'une fenêtre inclinée 10 dont le but apparaîtra plus loin; une première série de tubes d'adduction D, au nombre de trois dans le cas illustré; un collecteur supérieur ? auquel coulissent les tubes D qui sont reliés à la chambre C; une seconde série de tubes d'adduction G, également au nombre de trois, disposés en arrière des tubes D et parallè- les à ceux-ci; et un corps d'échange thermique H qui cons- titue l'échangeur proprement dit, et auquel aboutissent les- dits tubes J'amenée G sortant du collecteur F.
La structure et la disposition caractéristiques des différentes parties constitutives de l'échangeur A, et la
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liaison et lta"7t'i.r : e j,'..Tç...n".u i.4 L1A ' f D diz c6? parties, rendent e.:t écb:-1:'-.-..." .:ie :LPâ'L:siéad. i^:,..'..',.h. et capable 'a : 4" 1':?nctiL;; r,er, Jv"oc zur: ii ui ' ' f.: d k :. ..4 iit ir:ô 2x  ' - :ti,.Ée e d'une manier'.- V rtic :1:'<':1";, 1<, c:.'':.:Ure dt- CQ;,:.01,wtion C est obtenue psr 1 ?:inlon ,1<.; jeux }.H.rties 12, 14, qui A'ur- Nent respectivenent, 1[\ partie 2';lf.t vt, la si 4 "-:ar.!' F''S .i. % de cette chambre et v7â2t l. =::tit' GG:I'4'E,33:'>). assure 1",:-; résul- tats désires.
La partie ntrleure 12 comporta ladite fe- nêtre inclinée 10 qui perm;t <à 'inr:.oduire .Le (l'oupe brûleur dans la crwmbre de combustion et d'effectuer toutes les J,#i- noeuvres concernant ce groupe, celui-ci 'thnt i.x, î l'aide de vis par exemple, aux parois latérales de ladite chambre.
A la partie inférieure de la 4,:.nbrs C se trouve une j-arbi inclinée 18 qui est perc4<; d'une pluralité de trous 2<J pour permettre l'accès à ladite chambre de l'air seçoiiàaire néces- saire à la combustion des gaz.
La partie avant 12 de la chambre C est, en outre, pliée en haut, en vue de constituer le toit ou paroi supérieure 22 de la chambre de combustion, et comporte, percées dans cette paroi, trois ouvertures 24 une pour chacun des tubes d'adduc- tion D, lesdites ouvertures étant chacune prévues au sommet d'une partie conique correspondante, formée dans ladite pa- roi 22.
En vue de l'assemblage des parties 12, 14 constituant la chambre C, chacune de ces parties présente, latéralement, deux bords 26 et 28 respectivement, dont le rapprochement et l'union par soudage permettent de réaliser ledit assemblage.
La paroi supérieure 22, dérivant de la partie avant 12, coin- porte une partie arrière ou bord 30 plié vers le bas, qui est soudé contre le bord supérieur 32 de la tôle formant la par- tie arrière 14 de la chambre de combustion, cette disposition permettant de conférer à cette chambre C une structure qua-
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drangulaire particulièrement robuste.
Les tubes D-G d'adduction des fumées, dont les tubes
D sont plus courts que les tubes G pour s'adapter à la géo- métrie de l'échangeur, ont une structure caractéristique et des dimensions étudiées de façon à rendre optimum le rende- ment thermique de l'appareil. Chacun de ces tubes présente au moins une zone rétrécis, c'est-à-dire une partieconver- gente 34 suivie d'une partie divergents 36, ce qui crée un circuit de fumées "pulsant" permettant d'utiliser au plus haut degré la chaleur contenue dans les gaz de combustion, en vue d'augmenter le rendement de 1,?échangeur, donc du poêle ou radiateur à gaz comportant celui-ci.
Comme déjà dit, le collecteur F est commun à tous les tubes suscités, en étant relié d'une part aux tubes anté- rieurs D et, d'autre part, aux tubes postérieurs G, suivant le parcours des fumées indiqué par les flèches. Ce collec- teur est constitué par l'union de deux demi-corps ou coquil- les 38, 40, l'une supérieure, l'autre inférieure, qui sont prévues de manière à lui conférer une forme sensiblement aplatie.
Chacun des demi-corps 38, 40 a un bord périmétral 42 et 44 respectivement, qui est perpendiculaire à la paroi latérale 46 ou 48 correspondante, et qui est formé de manière à réaliser une demi-gorge 50, 52 à la suite de laquelle les bords 42 et 44 sont pliés en forme d'ailettes 54, respecti- vement 56, qui se situent parallèlement auxdites parois la- térales 46, respectivement 48.'
En vue d'assembler les deux demi-corps 38, 40, pour for- mer le collecteur F, les bords 42, 44 sont placés en face et au contact .l'un de l'autre, ce qui aonne lieu, par juxtaposi- tion des deux demi-gorges 50-52,
à 1a formation sur tout le pourtour du collecteur d'uns gorge continue 53 dans laquelle on dispose un cordon 58 d'une substance calorifuge, telle
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que l'asbeste par exemple, ayant pour but d'assurer l'étan- chéité parfaite desdits demi-corps. La fermeture étanche du collecteur est complétée en faisant glisser sur ses ai- lettes 54, 56 des éléments de guidage à retenue M qui, ve- nant engager les ailettes correspondantes - le plan du col- lecteur étant quadrilatère on a prévu quatre éléments Si dans le cas illustré - les rapprochent l'une de l'autre en provo- quant le serrage du cordon d'asbeste 58 entre les demi-gor- ges 50, 52.
Le corps H, de dimensions appropriées, comporte il sa partie intérieure un diaphragme 60 qui sépare deux chambres 62, 04, l'une d'arrivée l'autre de départ des gaz de combus- tion, une série de trous 60 permettant d'établir la commun!- cation entre ces chambres. La chambre 04 est pourvue, à sa partie supérieure, d'une sortie tubulaire 68 permettant de la raccorder avec la conduite d'évacuation des fumées.
En vue de faciliter le montage de l'échangeur A, on a prévu un couvercl.e N, de forme convenable, qui constitue l'é- lément de couverture tant pour la chambre de combustion C que pour le corps H, tout en formant l'organe de retenue pour les tubes allant vers et sortant du collecteur F.
Ce couvercle présente, à sa partie avant 70, trois siè- ges en saillie 72 et, à sa partie arrière 74, trois sièges en saillie analogues 76. Des mêmes sièges en saillie 78 et 80 sont prévus, dans le but qui apparaîtra plus loin, sur le demi-corps 40 du collecteur F. Une fois que 1'on aura apprêté le couvercle N, les six tubes d'adduction et le de- mi-corps 40, on engagera d'abord les extrémités inférieures 82 (cylindriques dans le cas Illustré) des tubes D dans les trous des sièges 75, puis les extrémités supérieures $4 (également cylindriques) de ces tubes dans les trous des siè- ges 78.
D'une manière analogue, les extrémités inférieures
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cylindriques 86 des tubes G seront engagées dans les trous des sièges 76 du couvercle, tandis que les extrémités supé- rieures 88 desdits tubes seront engagées dans les trous des sièges 80.
A ce point, l'assemblage des pièces susdécrites (tubes D-G, couvercle N, demi-corps 40) sera assuré à l'aide d'un dispositif approprié à mandrin conique agissant par pression, moyennant lequel on élargira radialement les extrémités 82, 84, 86, 88 desdits tubes de sorte que, ces extrémités venant adhérer aux sièges correspondants, on obtiendra l'union par sertissage des pièces en question, sans avoir recours à d'au- tres éléments d'assemblage.
Les nervures circulaires 90, 92 prévues sur les tubes D et G servent à déterminer la profondeur d'insertion desdits -tubes dans les ouvertures des sièges du couvercle N et du corps 40.
L'union de l'ensemble ainsi obtenu à la chambre C et au corps H s'effectue en plaçant le couvercle N, qui retient les tubes D, G, sur les ouvertures supérieures des éléments G, H, puis en fixant ce couvercle moyennant des vis 94 ou analogues.
Dans le but de garantir la parfaite étanchéité aux gaz dans toute la zone reliant le couvercle N à la paroi supérieu- re.22 de là chambre de combustion C, ladite paroi supérieure 22 est pourvue de deux demi-gorges parallèles 11 correspon- dant à deux demi-gorges 13 du couvercle. Lorsque celui-ci est appliqué à l'échangeur, ces demi-gorges forment, en se juxtaposant, deux gorges dans lesquelles on peut insérer deux cordons'15 d'un matériau calorifuge. La fixation ultérieure du couvercle provoque la compression desdits cordons qui ga- rantissent par conséquent l'étanchéité.
L'assemblage de 1'appareil est complété en plaçant le
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demi-corps 38 sur le demi-.corps pour forcer le collec- teur F, et en bloquant l'un contre l'autre d'une manière étan- che ces demi-corps à l'aide des éléments de serrage M.
Par 17 et 19 on a désigné des éléments qui permettent de fixer à l'échangeur A et su support 8, l'enveloppe (non illustrée) du poêla ou radiateur.
D'après ce qui précède, on conçoit facilement les per- formances et les avantages de l'échangeur selon 1'invention.
On les a résumas comme suit.
En suivant substantiellement le parcours des flèches X, les fumées produites dans 1a chambre de combustion C passent successivement à travers les ouvertures de cette chambre, dans les tubes D, le collecteur F, les tubes G et dans les chambres 62, 64 du corps H, en cédant, pendant ce parcours, leur chaleur à l'air qui entoure l'échangeur.
La vitesse des fumées est réduite, au début, par les trous 24 donnant accès aux extrémités inférieures des tubes D, tandis que leur mouvement devient "pulsant" par suite de la structure spéciale desdits tubes, notamment par la présen ce des parties convergentes - divergentes 34, 30 de ces tubes.
Une fois parvenus dans la chambre 62 du corps H, les gaz s'é- chappent par les trous 66 du diaphragme 60 et leur vitesse subit une réduction ultérieure, leur échappement provoquant l'aspiration, par les trous 16, d'air froid provenant de l'ex- térieur dans la direction de la flèche Y. Cet air contribue à refroidir ici les gaz de combustion qui quittent l'appareil à travers l'orifice 68.
Comme déjà dit, l'air secondaire nécessaire à la combus- tion est aspiré par les orifices 20 dans la direction de la flèche Z.
Le couvercle N présente, en outre, des orifices 21, qui sont disposés sur toute la largeur de ce couvercle, donc sur
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la largeur de l'échangeur, entre la paroi arrière 23 de la chambre C et la paroi avant 25 du corps H, et qui ont pour but de produire des courants de convection dans l'air. Ce- lui-ci, introduit à l'état froid par le bas du poêle, s'é- chappe dans l'espace 27 entre les parois 23, 25, et, chauf- fé par ces parois, puis en poursuivant son parcours par les tubes D, G, il vient heurter enfin le collecteur F qui, agissant en déflecteur, le dirige ainsi réchauffé vers l'ex- térieur, loin de la partie avant de l'échangeur. Ce parcours de l'air est indiqué par les flèches U.
Les parcours caractéristiques des fumées et de l'air, les zones de rétrécissement et la grande surface d'échange de l'appareil, sont les éléments qui contribuent à ltobten- tion d'un rendement thermique élevé.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite et représentée, donnée à ti- tre d'exemple. On peut imaginer de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
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