FR2790073A1 - Echangeur thermique a plaques, a vanne integree - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique à plaques parallèles superposées qui délimitent deux enceintes d'échange thermique parcourues l'une par un fluide primaire et l'autre par un fluide secondaire; l'invention est remarquable en ce qu'elle comporte une vanne à trois voies intégrée comportant un clapet (71) apte à obturer sélectivement soit une embouchure (60) d'amenée du fluide primaire, afin d'autoriser l'échappement du fluide primaire après qu'il ait traversé l'empilage d'échange thermique, soit pour obturer l'ouverture de cheminée (62) de sortie de l'empilage, permettant un passage direct du fluide primaire, sans qu'il traverse l'enceinte d'échange thermique de l'échangeur.Cet échangeur à vanne intégrée est d'un faible coût de revient et d'une grande compacité.Applications variées, notamment pour les circuits de chauffage domestique dit mixtes, à fourniture instantanée d'eau chaude sanitaire.

Description

La présente invention concerne un échangeur thermique, et plus précisé-

ment un échangeur thermique du type composé d'un ensemble de plaques parallèles superposées qui délimitent deux enceintes d'échange thermique parcourues l'une par un fluide primaire et l'autre par un fluide secondaire, ces deux fluides circulant sous forme de couches minces alternées, avec des trajectoires imbriquées l'une dans l'autre, l'entrée et la sortie de chaque fluide se faisant par une paire d'embouchures, dites principales, ménagées dans une plaque d'extrémité dans l'empilage, via des "puits", ou cheminées d'entrée et de sortie traversant les plaques internes et communiquant avec les espaces

interstitiels constitutifs de l'enceinte correspondante.

Ce type d'échangeur est bien connu, et est utilisé dans de nombreuses applications, lorsqu'il est nécessaire de réchauffer ou de refroidir un fluide à l'aide d'un autre fluide; les plaques de l'échangeur sont des plaques minces en métal, thermiquement bon conducteur, généralement en acier inoxydable, qui sont embouties et assemblées par brasage ou par une liaison au moyen de brides boulonnées, avec interposition de joints en

caoutchouc.

Les plaques d'extrémité de l'empilage ont en général une épaisseur

supérieure aux autres, car ce sont elles qui comportent les embouchures ou raccords -

permettant le branchement de l'échangeur sur les tuyauteries d'entrée et de sortie des deux fluides. Certains raccords peuvent être situés sur la plaque supérieure, et les autres sur la plaque inférieure; dans d'autres modes de réalisation, l'ensemble des raccords sont

situés sur une seule et même plaque, par exemple la plaque supérieure.

Les dimensions des plaques et leur nombre sont naturellement fonctions de

l'application concernée et de la puissance recherchée.

A titre indicatif, dans une application domestique dans laquelle l'échangeur équipe un circuit dit mixte susceptible d'alimenter une installation de chauffage central, avec possibilité de puisage d'eau chaude sanitaire, les plaques ont une forme générale rectangulaire, à angles arrondis, de dimensions de l'ordre de 20 x 10 cm; les plaques internes ont une épaisseur de l'ordre de 0,3 mm, la plaque inférieure une épaisseur de

l'ordre de 0,8 mm et la plaque supérieure de l'ordre de 1 mm.

Le nombre total de plaques est généralement compris entre dix et trente.

Avantageusement, il est prévu deux familles de plaques, qui sont empilées de manière alternée, chaque type de plaque présentant des ondulations ou autres reliefs emboutis de configuration spéciale, qui canalisent le flux de chaque fluide dans l'enceinte

qu'il doit parcourir.

L'agencement est conçu pour que les deux flux de fluides entre lesquels

intervient l'échange thermique suivent une trajectoire en labyrinthe et circulent à contre-

courant l'un de l'autre, afin de favoriser cet échange.

Un échangeur de ce genre est décrit par exemple dans le document

EP-A-0 611 941, auquel on pourra se reporter au besoin.

Les figures 1 et 2 annexées à la présente demande de brevet sont des schémas qui illustrent la manière dont un tel échangeur est utilisé au sein d'un circuit

mixte à usage domestique du genre mentionné plus haut.

Ces figures représentent une installation conforme à l'état de la technique.

Celle-ci comprend un circuit primaire de chauffage central I et un circuit secondaire de puisage sanitaire II, qui interfèrent l'un avec l'autre au niveau de

l'échangeur à plaques 3.

Le circuit I comprend une source de chauffage 1 de l'eau du circuit I; il

s'agit par exemple d'une chaudière pourvue d'un brûleur à gaz.

Une pompe appropriée 15 assure la circulation de l'eau dans ce circuit I. L'eau quitte la chaudière 1 par une conduite 10, puis passe, via une tubulure 2 en forme de "T", dans une conduite 11, traverse les radiateurs du chauffage central 100, et revient à la chaudière 1 après avoir dissipé une partie de ses calories dans

les radiateurs 100.

La tuyauterie de retour comprend deux conduites 12, 13, séparées par une vanne à trois voies 5; la conduite 13 se raccorde à la chaudière 1, après passage dans la

pompe 15, via une conduite 14.

Dans cette application, l'eau du chauffage central est le fluide primaire l'échangeur 3 est branché en parallèle par rapport aux radiateurs 100, la dérivation se situant en amont des radiateurs par la tubulure en "T" 2, et en aval de ces radiateurs par la

vanne à trois voies 5.

On a désigné par les références 30 et 31 les embouchures d'entrée et,

respectivement, de sortie du fluide primaire dans l'échangeur 3.

La tubulure en "T" 2 se raccorde à l'embouchure 30 par une conduite 20;

l'embouchure de circuit 31 se raccorde à la vanne à trois voies 5 par une conduite 50.

Sur le circuit secondaire II, on a désigné par la référence 4 une source de production d'eau froide; il peut s'agir tout simplement d'un robinet branché sur le réseau

d'eau potable prévu dans l'habitation recevant cette installation.

On a désigné par la référence 4' un dispositif d'utilisation d'eau chaude; il s'agit par exemple d'un robinet ou d'un pommeau de douche destiné à fournir de l'eau

chaude à l'utilisateur.

On a désigné par les références 32 et 33 les embouchures d'entrée et,

respectivement, de sortie du fluide secondaire, en l'occurrence de l'eau du circuit II.

La source 4 est branchée sur l'embouchure 32 par une conduite d'amenée d'eau froide 40; l'embouchure 33 est branchée au dispositif d'utilisation 4' par une

conduite de distribution d'eau chaude 41.

Dans l'état des circuits illustré sur la figure 1, seul le circuit de chauffage I

est en usage.

La vanne 5 se trouve dans une position telle que les tuyauteries 12-13 sont

mises en communication, la conduite 50 étant, en revanche, isolée.

Dans cette situation, l'eau fournie par la chaudière parcourt exclusivement

le circuit I, comme symbolisé par les flèches F. assurant le chauffage des radiateurs 100.

La figure 2 illustre une situation dans laquelle un puisage d'eau sanitaire est demandé, par exemple par ouverture d'un robinet prévu dans le dispositif d'utilisation

4'.

Ce puisage fait basculer automatiquement, via un système de commande appropriée connu en soi, la vanne à trois voies 5, de manière à fermer la sortie de la tuyauterie 12, en assurant au contraire la communication de la conduite 50 avec la

tuyauterie 13.

Dans ces conditions, l'eau chaude qui circule selon G dans le circuit, est

aiguillée au niveau de la tubulure en "T" 2 vers l'échangeur 3.

Elle parcourt l'enceinte primaire de l'échangeur de son entrée 30 vers sa sortie 31, en suivant une trajectoire sinueuse schématiquement illustrée et désignée TP

(trajectoire primaire).

L'eau chaude ne passe pas dans les radiateurs 100 puisque la sortie de la

conduite 12 est fermée.

L'eau chaude passe exclusivement dans l'échangeur 3, comme cela est symbolisé par les flèches G, revenant à la chaudière via les tuyauteries 13 -14, et la

pompe 15.

Dans le même temps, du fait de l'appel d'eau sanitaire, l'eau du circuit secondaire II parcourt l'enceinte secondaire de l'échangeur, de l'entrée 32 vers la sortie 33, comme symbolisé par la ligne de trajectoire sinueuse TS (trajectoire secondaire) et les flèches H. L'échange thermique s'opère au sein de l'empilage de plaques, et c'est

donc une eau chaude qui parvient au dispositif d'utilisation 4'.

Lorsque le puisage est terminé, la vanne 5 bascule à nouveau sur sa

position initiale permettant d'alimenter les radiateurs.

Bien entendu, ces circuits sont asservis de manière connue à des consignes

de température.

A titre indicatif, l'eau quitte la chaudière 1 à une température de l'ordre de C et y revient à une température comprise entre 40 et 60 C, selon le réglage des radiateurs. Dans le circuit secondaire, les températures respectives de l'eau froide qui

rentre dans l'échangeur 3, et de l'eau chaude qui en sort, sont - toujours à titre indicatif -

de l'ordre de 15 C et, respectivement, de l'ordre de 45 C. La vanne à trois voies 5 est très sollicitée, puisqu'elle change d'état à

chaque puisage d'eau sanitaire.

Le prix d'une telle vanne et de ses raccords et tubulures de liaison à

l'échangeur à plaques intervient de manière importante dans le prix total de l'installation.

Cette vanne présente par ailleurs un encombrement important, qui va à l'encontre de la recherche permanente de compacité dans la plupart des applications o ce

genre d'installation est utilisable.

L'état de la technique en la matière peut être illustré par le document EP-A-0 614 061, qui a pour objet un échangeur à plaques du type précité, sur lequel est

monté la vanne à trois voies.

Un simple examen de la figure 2 de ce document permet de comprendre le problème d'encombrement précité, la vanne occupant un volume relativement grand par

rapport à celui de l'échangeur proprement dit.

Par le document WO-97/00415, on connaît un échangeur thermique à

plaques, dans lequel est intégré un clapet obturateur.

En effet, le mode de réalisation illustré sur la figure 5 de ce document comporte une valve 25 dont le clapet mobile est adapté pour obturer sélectivement l'ouverture supérieure de l'une des cheminées traversant l'empilage de la plaque. Grâce à cet agencement, il est possible de faire passer, soit la totalité de l'un des fluides au sein de l'empilage, dans l'enceinte d'échange thermique, soit une partie seulement de ce fluide, une autre partie passant directement dans l'espace de plus grande section qui

sépare la plaque supérieure de la plaque adjacente.

Ce dispositif ne fait donc pas office de vanne à trois voies susceptible de remplir la fonction exposée ci-dessus. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 du WO-97/00415, il est possible de faire passer la totalité de l'un des fluides soit au sein de l'empilage, entre les cheminées d'entrée et de sortie (figure 4), soit de manière directe d'une cheminée à l'autre, par l'espace compris entre la plaque inférieure et la plaque

adjacente (figure 3).

Cette solution est cependant complexe et nécessite de recourir à deux clapets tubulaires distincts, mobiles chacun dans l'une des deux cheminées. La fonction recherchée par ce mode de réalisation n'est pas une inversion de circuit simple par vanne à trois voies telle que recherchée par la présente invention, mais une orientation bien spécifique des débits dans une application donnée, telle que le réchauffage d'un circuit

d'huile dans un moteur themique.

La présente invention a pour objectif d'intégrer dans l'échangeur à plaques un système de vanne à trois voies par un agencement de conception et de structure très simples, qui permette, d'une part, de réduire très sensiblement le prix de revient global de

l'ensemble vanne - échangeur, d'autre part de réduire notablement leur encombrement.

Un autre objectif de l'invention est de pouvoir, si on le souhaite, maintenir l'échangeur à une certaine température par la présence permanente d'un certain débit du

fluide primaire au sein de l'échangeur, bien qu'il n'y ait pas de puisage sanitaire.

Ainsi, lorsqu'il y a demande de puisage sanitaire, on obtient une mise en température très rapide de l'eau chaude du circuit secondaire, dès le début de basculement

du clapet à trois voies.

Ces objectifs sont atteints, conformément à l'invention, grâce au fait que l'échangeur comporte une vanne à trois voies pour la distribution du fluide primaire, qui

est intégrée à l'échangeur, dont l'une des voies est constituée par l'une de deux embouchu-

res principales dans laquelle passe le fluide primaire, l'autre par l'ouverture de la cheminée de l'enceinte primaire adjacente à cette embouchure, et la troisième par une embouchure annexe formée dans la même plaque d'extrémité que ladite embouchure principale, et disposée à proximité de ladite ouverture de cheminée, un canal embouti dans cette plaque faisant communiquer ces deux embouchures, la vanne comportant un clapet apte à obturer sélectivement, soit ladite ouverture de cheminée, soit ladite

embouchure annexe.

Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives de l'invention: - l'embouchure annexe est disposée coaxialement en regard de ladite ouverture de cheminée et le clapet consiste en un piston discoide mobile en translation suivant l'axe commun à l'embouchure annexe à l'ouverture; - il comporte un moyen de commande électrique ou hydraulique du piston; - ce moyen de commande est fixé à la plaque d'extrémité opposée à la plaque d'extrémité dans laquelle sont formées les embouchures principale et annexe, la tige du piston traversant coaxialement la cheminée; - ce moyen de commande est fixé à la plaque d'extrémité dans laquelle sont formées les embouchures principales et annexe, la tige du piston traversant coaxialement un raccord tubulaire monté dans ladite embouchure annexe; - à l'autre embouchure principale est également associée une embouchure annexe qui est formée dans la même plaque d'extrémité qu'elle, et qui communique avec elle par un canal embouti dans cette dernière;

- la vanne à trois voies est située en sortie de l'enceinte primaire.

L'invention concerne également une installation mixte de distribution domestique d'eau chaude comprenant un circuit primaire de chauffage central et un circuit secondaire de puisage sanitaire, cette installation étant équipée d'un échangeur tel que décrit ci-dessus, branché en parallèle sur les radiateurs du chauffage central, l'eau du chauffage central, fourni par une chaudière, constituant le fluide primaire, tandis que l'eau de puisage sanitaire en constitue le fluide secondaire D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la

description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés.

Sur ces dessins: - comme déjà dit, les figures 1 et 2 sont des schémas illustrant le principe de fonctionnement d'un circuit de chauffage mixte, à production d'eau chaude sanitaire instantanée, tel que compris dans l'état de la technique; - les figures 3 à 6 représentent un premier mode de réalisation possible d'un échangeur conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue de face, coupée par le plan brisé III-III de la figure 4; la figure 4 est une vue de dessus de la figure 3; - la figure 5 est une vue de gauche de la figure 3, coupée par le plan brisé V-V de la figure 4;

- la figure 6 est une vue de gauche de la figure 4, coupée par le plan VI-VI.

La figure 7 est un schéma d'une installation équipée de cet échangeur, celui-ci étant représenté vu de dessus; - les figures 8 et 9 sont des schémas similaires à celui de la figure 7,

l'échangeur y étant représenté de côté et en coupe, l'installation étant illustrée respective-

ment dans une situation de chauffage et dans une situation de puisage sanitaire d'eau chaude; - les figures 10 à 13 représentent un deuxième mode de réalisation possible de l'échangeur; - la figure 10 est une vue de côté coupée par le plan brisé X-X de la figure 11; - la figure 12 est une vue de gauche de la figure 10, coupée par le plan brisé référencé XII-XII sur la figure 11; - la figure 13 est une vue de gauche de la figure 11, coupée par le plan

XIII-XIII;

-les figures 14, 15 et 16 sont des vues similaires, respectivement, à celles des figures 7, 8 et 9 précédentes, destinées à illustrer le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation; - les figures 17 à 20, 21 à 24 et 25 à 28 représentent, respectivement, un troisième, un quatrième et un cinquième mode de réalisation possibles de l'échangeur selon l'invention, les différentes vues qui représentent ces modes de réalisation ayant une organisation similaire à celles des figures 3 à 6 (pour le premier mode de réalisation) et 10

à 13 (pour le deuxième mode de réalisation).

On a désigné par les références 300 et 301 les deux plaques d'extrémité de l'empilage, la plaque 300 correspondant à la plaque supérieure et la plaque 301 à la

plaque inférieure.

Les plaques internes de l'empilage, comme déjà dit, sont de deux types

différents, référencées 302, 303.

On a désigné par la référence e1 l'enceinte, constituée par les interstices entre plaques, dans laquelle circule le fluide primaire du circuit I. On a désigné par la référence e2 les espaces interstitiels constituant l'autre

enceinte, dans laquelle passe le fluide secondaire.

De manière connue, des puits, ou cheminées, traversant les plaques transversalement, communiquent avec ces enceintes. Il est prévu deux cheminées diagonalement opposés pour l'entrée et la sortie du fluide primaire, qui communiquent avec les interstices el; de même il est prévu deux cheminées diamétralement opposées, communiquant avec les interstices e2. Dans le premier mode de réalisation des figures 3 à 6, l'ensemble des embouchures d'entrée et de sortie des fluides sont formées dans la plaque supérieure 300. On a désigné par les références 30 et 61 les embouchures d'entrée et de sortie du fluide primaire, et par 32 et 33 les embouchures d'entrée et de sortie du fluide secondaire.

Ces embouchures sont des petits manchons cylindriques, d'axe perpendicu-

laire aux plaques. Dans les exemples illustrés, leur paroi externe est filetée, pour

permettre le branchement des tuyauteries au moyen de raccords taraudés complémentai-

res, destinés à y être vissés de manière étanche. Tout autre mode de liaison étanche est

possible, naturellement.

Sur les dessins, on a désigné par les références CE1 et CS1 les chemi-

nées d'entrée et, respectivement, de sortie, du fluide primaire dans les interstices el; on a désigné par les références CE2 et CS2 les cheminées d'entrée et, respectivement, de

sortie du fluide secondaire dans les interstices e2 de l'empilage.

L'embouchure 30 d'entrée du fluide primaire est positionnée coaxialement

en regard de la cheminée CE1, dans un angle de l'échangeur.

Les embouchures d'entrée 32 et de sortie 33 du fluide secondaire sont disposées coaxialement en regard des cheminées CE2 et C S2 respectivement, dans les

angles adjacents à l'angle qui vient d'être mentionné.

La cheminée C SI de sortie du fluide primaire, se trouve dans le quatrième

angle, c'est à dire dans le coin diagonalement opposé à la cheminée CE1.

Coaxialement, en regard de cette cheminée C S1, se trouve une embou-

chure dite annexe 60, également formée dans la plaque supérieure 300.

L'embouchure 61 est décalée par rapport à l'embouchure 60 vers la zone

centrale de l'échangeur, parallèlement à son bord longitudinal (grand côté).

Une orientation oblique pourrait être prévue, en fonction du positionne-

ment souhaité de l'mbouchure 61.

Les deux embouchures 60 et 61 communiquent l'une avec l'autre par un canal 6 formé par emboutissage dans la plaque supérieure 300; ce canal a une section approximativement semi-cylindrique; il forme un renfoncement dans la plaque supérieure 300 qui délimite avec la plaque plane sous- jacente 303 (contre laquelle cette

plaque supérieure est appliquée et fixée) un passage 600.

Le canal 6 s'étend parallèlement aux grands côtés des plaques.

L'ensemble des embouchures 30, 32, 33, 60 et 61 sont des manchons tubulaires cylindriques, de même diamètre; contrairement aux autres embouchures, l'embouchure 60 est taraudée intérieurement, et reçoit un raccord tubulaire fileté 8, vissé

dans cette embouchure 60. Tout autre mode de liaison étanche est possible, bien entendu.

Coaxialement à l'embouchure 60, mais du côté opposé de l'empilage, c'est-à-dire dans la plaque inférieure 301, est formé un manchon 63 analogue au

manchon 60, également taraudé sur sa paroi interne.

Dans ce manchon 63 est fixé par vissage un corps de vanne 7.

Cette vanne comporte une tige de piston 70 axialement mobile, dans l'axe

commun au manchon 63, à la cheminée C S1, à l'embouchure 60 et au corps tubulaire 8.

La tige 70 traverse la cheminée C S1, et son extrémité supérieure libre est

munie d'un disque obturateur, ou clapet, 71.

Selon que la tige 70 se trouve dans une position haute, représentée en traits forts sur les figures 3, 5 et 6, ou en position basse, représentée en traits interrompus, et référencée 70' sur ces mêmes figures, le disque 71 vient en appui contre la base annulaire plane 80 du raccord 8 obturant ainsi la base de ce raccord, ou au contraire, vient s'appliquer contre le bord de l'ouverture supérieure 62 de la cheminée C SI (disque de

clapet référencé 71') obturant ladite ouverture.

Bien entendu, le diamètre du disque 71 est choisi légèrement supérieur aux ouvertures du raccord 8 et de la cheminée C SI, tandis que l'embouchure 60 a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre du disque 71, afin de permettre son

introduction dans l'échangeur.

Les moyens de commande en translation de la tige 70 sont des moyens

connus, pilotés électriquement, hydrauliquement ou pneumatiquement.

Il peut s'agir notamment d'un électro-aimant ou d'un actuateur linéaire tel que ceux utilisés pour la commande des clapets de carburateur d'automobile par exemple, ou un dispositif à membrane piloté par la différence de pression existant sur le circuit

sanitaire lors d'un puisage.

Bien entendu, la tige 70 est guidée de manière étanche dans la plaque

d'extrémité de l'échangeur, par exemple au moyen de joints toriques appropriés.

Le clapet discoifde 71 est en matériau souple et élastique, tel qu'un matériau synthétique élastomère, susceptible de s'appliquer de manière étanche par chacune de ses deux faces opposées contre le siège du raccord 8 o contre le bord de l'ouverture de la cheminée C S1, tout en résistant aux différences de température rencontrées en cours de fonctionnement. Le clapet et son dispositif de commande sont par exemple du même type

général que la vanne à trois voies qui fait l'objet du document FR-A-2 719 101.

Dans une variante d'exécution non représentée, la tige 70 pourrait se prolonger au delà du disque obturateur 71, à l'intérieur du raccord tubulaire 8, pour y être guidée en translation par une bague solidaire de ce raccord, le montage de la bague dans la partie centrale de ce raccord se faisant par des bras de montage radiaux ne contrariant

pas l'écoulement du fluide primaire à l'intérieur du raccord 8.

Ainsi, on obtient un guidage axial parfait de la tige 70. Ceci est particulière-

ment intéressant lorsque le nombre de plaques est important et implique une tige 70 de

grande longueur.

En référence aux figures 7 à 9, nous allons maintenant décrire le fonction-

nement de ce dispositif.

Les tuyauteries équipant les deux circuits I et II ont été affectées des mêmes chiffres de référence que sur les figures 1 et 2 se rapportant à l'état de la

technique.

On constate que la conduite 20 provenant de la tubulure en "T" 2 est branchée sur l'embouchure 30, tandis que la conduite de retour à la chaudière 13 est branchée sur l'embouchure 61. La tuyauterie 12 située en aval des radiateurs 100 est

branchée sur le raccord 8 et l'embouchure 60.

Les conduites 40 et 41 du circuit secondaire II sont branchées respective-

ment sur les embouchures 32 et 33.

La figure 8 montre une situation dans laquelle les radiateurs 100 sont alimentés. Dans cet état, le clapet obturateur 71 se trouve dans sa position basse,

obturant la sortie de cheminée 62.

La sortie de l'enceinte primaire constituée par les espaces interstitiels e 1 est par conséquent obturée, si bien que le fluide primaire provenant de la chaudière ne peut

pas traverser l'échangeur.

La totalité de l'eau chaude fournie par la chaudière 1 passe dans les radiateurs 100, arrive dans l'échangeur par la conduite 12 et le raccord 8, traverse l'espace 600 du canal 6, et est évacuée de celui-ci à travers l'embouchure 61, par les

tuyauteries 13, 14, sous l'aspiration de la pompe 15.

Lorsqu'il y a puisage sanitaire, s'opère automatiquement le basculement du clapet 7, par remontée de la tige 70, symbolisé par la flèche k sur la figure 9. Le clapet 71 libère alors la sortie 62 de la cheminée C SI, tout en venant obturer la base du raccord

tubulaire 60.

La partie aval de la conduite 12 est ainsi obturée, si bien que l'eau chaude

ne peut plus circuler dans les radiateurs 100.

Cette eau est donc amenée via la tubulure en "T" 2 et la conduite 20 dans

l'échangeur à plaques 3 (flèches G).

L'eau chaude parcourt les espaces interstitiels el de l'échangeur, tandis que l'eau froide du circuit secondaire II passe dans les espaces e2, assurant l'échange

thermique recherché (flèches H).

L'écoulement de l'eau sanitaire dans l'échangeur se fait avec entrée par

l'embouchure 32 et la cheminée CE2 et sortie par la cheminée C S2 et l'embouchure 33.

L'eau du circuit primaire quitte l'échangeur par la cheminée C Sl, le canal

6 et l'embouchure 61.

La vanne 7 intégrée à l'échangeur constitue, avec la cheminée CS1, l'embouchure 60 et son raccord 8, ainsi que l'embouchure 61 communiquant avec celle-ci par le canal 6, une vanne à trois voies jouant le même rôle que la vanne 5 des figures 1 et 2, mais ayant une structure extrêmement simple et une configuration compacte, ce qui

répond à l'objectif recherché.

Le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 10 à 13 a une conception identique à celle du premier mode de réalisation pour ce qui est de l'intégration

de la vanne à trois voies.

En revanche, elle s'en distingue par l'intégration additionnelle dans

l'échangeur de la tubulure en "T".

A cet effet, il est prévu dans la plaque supérieure 300 une embouchure annexe 36, qui est disposée coaxialement en regard de la cheminée CE1, en lieu et place

de l'embouchure 30.

Celle-ci est décalée longitudinalement, les deux embouchures 30, 36 communiquant l'une avec l'autre par un canal 35 de section sensiblement semi-cylindrique, embouti dans la plaque supérieure, avec une configuration similaire à

celle du canal 6.

Un espace de communication directe 350 entre les embouchures 30 et 36

est ainsi réalisé.

Comme on le voit sur les figures 14 à 16, la conduite 10 par laquelle l'eau chaude sort de la chaudière 1 est branchée sur l'embouchure 30, tandis que l'embouchure 36 est branchée sur la conduite 11. En cas d'usage de l'installation pour le chauffage uniquement (situation illustrée sur la figure 15) le liquide chaud passe directement de la tuyauterie 10 à la tuyauterie 11 via l'embouchure 30, le passage 350 et l'embouchure 36, l'eau chaude ne traversant pas l'espace interstitiel des plaques, car le clapet 71 se trouve en position

basse.

En revanche, en cas de puisage sanitaire (figure 16), le clapet se trouvant en position haute, le liquide provenant de la chaudière est aiguillé au sein de l'empilage

(flèche G) afin de réchauffer le liquide secondaire.

Les embouchures 30, 36 et le canal 35 remplissent par conséquent la mêmefonction que la tubulure en "T" classique 2, ce qui améliore encore la compacité de

l'ensemble tout en en abaissant le prix de revient.

Dans les deux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, l'ensemble des embouchures de raccordement de l'échangeur sont prévues du même côté de celui-ci,

dans la plaque supérieure.

Une disposition différente peut être souhaitée dans certaines applications, en fonction de la configuration de l'espace dans lequel l'échangeur doit être installé et du

volume disponible.

Ainsi, dans le troisième mode de réalisation illustré sur les figures 17 à 20, le montage de la vanne à trois voies 7, la disposition des embouchures 60, 61 et celles du canal 6, ainsi que l'embouchure 33 sont identiques à ceux des deux modes de réalisation précédents. En revanche, les embouchures 32, 30, 36, ainsi que le canal 35, affectés

ici de l'indice "prime" sont formés sur la plaque inférieure 301.

Le fonctionnement de ce mode de réalisation est rigoureusement identique à celui du deuxième mode de réalisation déjà décrit; seuls les branchements des conduits

d'entrée des fluides ont une configuration différente (se faisant par la plaque inférieure).

Le quatrième mode de réalisation, qui est illustré sur les figures 21 à 24,

est globalement similaire au premier mode de réalisation.

Cependant, la vanne à trois voies, référencée 9, est située et montée sur la

plaque supérieure 3.

Le corps du clapet est tubulaire et présente une partie 93 vissée dans

l'embouchure 30, coaxialement à la cheminée C SI.

Cette cheminée est fermée vers le bas par la plaque inférieure 301.

Le corps du clapet présente une tubulure d'entrée 92 qui forme un angle droit avec la partie 93, l'ensemble formant un conduit en forme de "L". C'est cette partie 92 qui est branchée sur la conduite 12 qui ramène le

liquide primaire des radiateurs.

Le fonctionnement du clapet l'obturateur 91 est le même que celui décrit précédemment, ce clapet pouvant sélectivement occuper une position haute dans laquelle il obture le corps tubulaire 93 ou une position basse dans laquelle il obture l'ouverture

supérieure de la cheminée C SI.

L'intérêt de cette construction est que l'ensemble des parties saillantes se trouvent du même côté de l'échangeur, en l'occurrence du côté de la face supérieure, ce qui présente de l'intérêt pour certaines installations dans lesquelles l'échangeur est

accessible seulement d'un côté.

Il est bien entendu possible de doter ce mode de réalisation d'une tubulure

en "T" intégrée similaire à celle du deuxième mode de réalisation.

Le cinquième mode de réalisation de l'invention, qui est illustré sur les figures 25 à 28, se distingue essentiellement du précédent, par le fait que le corps de la vanne, référencée 9', s'étend non pas axialement mais transversalement par rapport à son

raccord tubulaire, référencé 93'.

Ce dernier est un manchon cylindrique vissé coaxialement dans l'embouchure 60. Son extrémité opposée 96' est destinée à être branchée sur la conduite 12. Le clapet possède un piston 95' constitué par une tige plate (membrure) guidée en translation par ses bords longitudinaux dans des rainures longitudinales formées dans la paroi intérieure du tube 93'. A la base de la tige plate 95' est fixé un clapet en forme de rondelle 91', susceptible d'obturer sélectivement, comme dans les modes de réalisation précédents, soit l'ouverture supérieure de la cheminée C SI, soit la

base du tube 93'.

Le corps de clapet 9', disposé à angle droit par rapport au raccord tubulaire 93', est un actuateur apte à provoquer le pivotement d'une tige de commande 90' autour

de son propre axe.

La partie d'extrémité libre de la tige 90' est doublement coudée, de manière à former un tronçon de manivelle 900', qui est situé dans la partie centrale du tube 93', et

pénètre dans une lumière 94' ménagée dans la tige de piston plate 95'.

Cette lumière est un trou allongé, perpendiculaire à l'axe du piston.

La tige 90' peut pivoter sur un angle de l'ordre de 120 , provoquant ainsi

* l'abaissement ou la remontée du piston 95', et par conséquent du clapet obturateur 91'.

La liaison en forme de lumière 94' autorise le débattement transversal de

l'extrémité de tige 900' lors de son pivotement.

Bien entendu, la tige de piston plate (membrure) 95' ne contrarie pas le passage du fluide primaire de la tuyauterie 12 vers l'espace de canal 600, lorsque le clapet

se trouve en position basse.

On notera par ailleurs que cette membrure 95' est disposée parallèlement à la direction longitudinale du canal 6, ce qui permet de limiter la perte de charge dans l'écoulement du fluide primaire lorsqu'il s'écoule du tube 93' vers l'embouchure 61 via

l'espace 600.

Grace à cet agencement, il est possible de prévoir une orientation dans la

même direction de l'ensemble des tuyauteries branchées sur l'échangeur, perpendiculaire-

ment aux plaques de l'échangeur.

Il va de soi que ce mode de réalisation peut également être pourvu d'une

tubulure en "T" intégrée, comme le deuxième ou le troisième mode de réalisation.

L'organe de manoeuvre de la tige 90' est par exemple un électro-aimant ou

un motoréducteur électrique, à axe rotatif.

La vanne intégrée pourrait être placée du côté de l'entrée du fluide primaire dans l'échangeur et, au contraire, la tubulure en "T" (intégrée ou non) pourrait être positionnée de l'autre côté, en sortie d'échangeur, selon une disposition similaire à celle

illustrée sur la figure 1 du document FR-A-2 719 101 déjà cité.

A noter que, quel que soit le mode de réalisation concerné, on pourrait prévoir un clapet dont le basculement de position d'obturation à l'autre s'opère non pas instantanément, mais avec une certaine lenteur (quelques secondes par exemple), de

manière à éviter les chocs thermiques dans l'échangeur.

Il est également possible de prévoir une fermeture incomplète de l'organe obturateur lorsqu'il se trouve en position basse correspondant à la mise en oeuvre du

chauffage uniquement (pas de puisage sanitaire).

Ainsi, une certaine partie du fluide primaire est autorisée à traverser

l'échangeur, de manière à maintenir un chauffage permanent des plaques.

Grâce à cet agencement, lorsqu'il y a une demande d'eau sanitaire, on obtient une fourniture très rapide d'eau chaude, puisque l'échangeur est constamment

maintenu préchauffé.

Ceci peut être obtenu de différentes manières, par exemple en prévoyant des petits trous au bord de l'ouverture supérieure de la cheminée C S1, qui ne sont pas

recouverts par le disque obturateur, même lorsqu'il se trouve en position basse.

Bien que l'objet de la présente invention ait été décrit dans une application particulière, il va de soi qu'un tel échangeur peut être utilisé dans différentes applications et pour des fluides variés (liquide et/ou gaz), en particulier dans des processus industriels

variés et dans le domaine de l'équipement automobile.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Echangeur thermique à plaques parallèles superposées délimitant deux enceintes d'échange thermique parcourues l'une par un fluide primaire et l'autre par un fluide secondaire circulant sous forme de couches minces alternées, l'entrée et la sortie de chaque fluide se faisant par une paire d'embouchures, dites principales, ménagées dans une plaque d'extrémité, via des cheminées d'entrée et de sortie traversant les plaques

internes et communiquant avec les espaces interstitiels constitutifs de l'enceinte correspon-

dante, caractérisé par le fait qu'il comporte une vanne à trois voies pour la distribution du fluide primaire, qui est intégrée à l'échangeur, dont l'une des voies est constituée par l'une (61) de deux embouchures principales (30, 61) dans laquelle passe le fluide primaire, l'autre par l'ouverture (62) de la cheminée de l'enceinte primaire adjacente à cette embouchure, et la troisième par une embouchure annexe (60) formée dans la même plaque d'extrémité (300) que ladite embouchure principale (61), et disposée à proximité de ladite ouverture de cheminée (62), un canal (6) embouti dans cette plaque (300) faisant communiquer ces deux embouchures (60, 61), cette vanne comportant un clapet apte à obturer sélectivement soit ladite ouverture de cheminée (62), soit ladite embouchure

annexe (60).

2. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite embouchure annexe (60) est disposée coaxialement en regard de ladite ouverture de cheminée (62) et que ledit clapet (71, 91) consiste en un piston discorde mobile en

translation suivant l'axe commun à l'embouchure annexe (60) à l'ouverture (62).

3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte

un moyen de commande (7, 9, 9') électrique ou hydraulique du piston (71, 91, 91').

4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit moyen de commande (7) est fixé à la plaque d'extrémité (301) opposée à la plaque d'extrémité (300) dans laquelle sont formées les embouchures principale (61) et annexe

(60), la tige (70) du piston (71) traversant coaxialement la cheminée.

5. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit moyen de commande (9, 9') est fixé à la plaque d'extrémité (300) dans laquelle sont formées les embouchures principales (61) et annexe (60), la tige (90, 95') du piston (91, 91') traversant coaxialement un raccord tubulaire monté dans ladite embouchure annexe (60).

6. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait

qu'à l'autre embouchure principale (30) est également associée une embouchure annexe (36) qui est formée dans la même plaque d'extrémité qu'elle, et qui communique avec elle

par un canal (35) embouti dans cette dernière.

7. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait

que ladite vanne à trois voies est située en sortie de l'enceinte primaire.

8. Installation mixte de distribution domestique d'eau chaude comprenant un circuit primaire de chauffage central (I) et un circuit secondaire (II) de puisage sanitaire, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'un échangeur conforme à l'une des

revendications précédentes, branché en parallèle sur les radiateurs (100) du chauffage

central, l'eau du chauffage central, fourni par une chaudière (1), constituant ledit fluide

primaire, et l'eau de puisage sanitaire constituant ledit fluide secondaire.