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"Perfectionnements aux appareils éohangeurs de chaleur".
La présente invention est relative aux appareils échangeurs thermiques ou échangeurs de ohaleur et a trait spécialement aux appareils servant à réchauffer l'air au moyen des gaz d'échappe- ment chauds.
Les réchauffeurs régénérateurs sont volumineux,d'installa- tion coûteuse et exigent un mécanisme pour faire alterner l'écou- lement du gaz et de l'air. Le mécanisme inverseur exige du régla- ge et de l'attention et,par suite dune manoeuvre défectueuse,peut cesser de fonctionner ou continue à fonctionner incorrectement en dérangeant ainsi le fonctionnement desdispositifsaveo lesquels il est associé. Bien que compacta le type d'échangeur de chaleur
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à plaques est désavantageux en ce sens que le remplacement des plaques est difficile, que l'accumulation de suie peut atteindre de grandes proportions et que son enlèvement est dificile.
Le transfert de chaleur le plus efficace a été obtenu au moyen d'é- changeurs de chaleur tubulaires mais ceux-ci provoquent un écou- lament tumultueux desgaz autour destubes avec accumulation ré- duite de suie comparativement aux autres systèmes et en outre la suie qui se dépose sur les tubes peut être facilement enlevée.
Toutefois,les réchauffeurs tubulaires sont coûteux en raison de ce que destubes doivent être individuellement installés ou rem- places dans les collecteurs et que ce dernier cas exige un dé- montage important alors que le remplacement est lent. De même, les réchauffeurs tubulaires antérieurs ne permettent'pas la stan- dardisation,de sorte que chaque installation constitue un travail à part et que l'appareil n'est pas facilement oombinable pour s'accommoder à des dimensions variées. En outre,leur construction est habituellement telle que la dilatation et la contraction pouvcn t engendrer de sérieux efforts.
L'invention a entre autres pour objet la construction d'un appareil éohangeur de chaleur tubulaire qui comporte tous les avantages et réduit au minimum les inconvénients des appareils tubulaires connus de ce genre,qui est compact, de construction à la fois simple ot relativement peu coûteuse,dans lequel les tubes sont groupés dans des unités ou corps de radiateurs standardisés, disposés par sections pour permettre le retra.it facile des unités individuelles sans qu'il soit nécessaire de démonter l'ensemble de l'appareil, et qui sont facilement combinables pour donner des appareils de dimensions différentes et dans lequel aussi tou- tes les parties amovibles sont facilement accessibles.
Elle prévoit paiement un appareil échangeur de chaleur' dans lequel.les unités de radiateur sont constituées par des tubes pré- sentant généralement une Béotien transversale elliptique pour ré,
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duire au minimum le dépôt de suie, diminuer la résistance au pas- sage du gaz et assurer une surface de transfert de chaleur plus efficace que celle qui existe dans les appareils échangeurs de chaleur employant des tubes ronds.
Enfin,elle a encore pour objet d'offrir un appareil du type mentionné qui assure une dilatation différentielle des radiateurs et du bâti ou carcasse ainsi que la dilatation et la contraction des têtes tubulaires d'unités.
Figure 1 est une élévation de face.
Figure 2 est une vue en plan de l'appareil montré à la figure 1.
Figure 3 est une vue en perspective partielle montrant une unité,on élément, de radiateur retirée en partie.
Figure 4 est une élévation latérale partielle et une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la figure 1.
Figure 5 est une vue à plus grande échelle d'un descoins de l'appareil montré à la figure 1.
Figure 6 est une coupe verticale prise en un coin suivant la ligne VI-VI de la figure 5.
Figure 7 est une coupe horizontale prise par un coin suivant la ligne VII-VII figure 5.
Figure 8 est une vue en coupe à plus grande échelle montrant la manière de raccorder les unités ou éléments de radiateurs dans l'appareil, suivant la ligne VIII-VIII figure 1 et
Figuras 9 à 12 sont des vues d'une construction modifiée dans lesquellesfigure 9 est une coupe de la variante prise dans une position analogue à celle de la figure 4; figure 10 est une vue en coupe prise perpendiculairement à celle de la figure 9 suivant la ligne X-X figure 9; figure 11 est une vue en plan partielle et figure 12 est une vue de détail en perspective du coin d'un dispositif de scellement ou de raccordement hermétique.
En se référant aux figures 1 à 8,on voit que l'appareil selon l'invention comprend un bâti et des unités de radiateurs superpo-.
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sées comprenant chacun un certain nombre de tubes parallèles éohangeurs do chaleur.
Le bâti est constitué de préférence par des sections tel- les que celles qui sont montrées spécialement aux figures 1 à 4. L'appareil représenté comprend des pièces latérales verti- cales en U 1 auxquelles des plaques 2 disposées en travers de leurs extrémités sont raccordées de toute manière convenable, par soudure par exemple. Le haut et le bas du bâti sont consti- tués par des pièces longitudinales en U 3 et des pièces trans- versales similaires 4 reliées à l'endroit de leurs extrémités se rejoignant par des équerres 5 qui y sont fixées au moyen de boulons.
Les dites pièces 4 sont de préférence soudées aux pla- ques 2. 'Cette construction donne un chassie ou bâti en forme de boîte à claires voies et des conduits d'air et de gaz non re- présentas peuvent être facilement reliés aux ouvertures se fai- sant vis-à-vis formées entre les pièces en U, 3 et 4 entre les pièces en U 1 et la plaque 2,les pièces extérieures des pièces on question servant de brides à cet effet, Pour établir une bride ou rebord périphérique ou continue reliant lesconduits, autour des ouvertures limitées par les fers en U 1 et les pla- ques 2, des équerres 6 sont soudées aux bords extérieurs des plaques.
Conformément à l'invention,les tubes échangeurs de chaleur sont groupés en un certain nombre d'unités individuelles de radiateurs 7. Ces unités sont montées en nombre convenable l'un au-dessus de l'autre dans le bâti, la construction étant telle qu'elle permet aux unités d'être retirées individuellement des Côtés de l'appareil soit à droite soit à gauche, comme on le voit aux figures 1 et 2. Ceci constitue une construction formée de sections présentant tous les avantages innérents aux construc- tions de de genre.
Les tubes peuvent être de-toute forme convenable,mais il est préférable d'employer des tubes présentant une section
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@ transversale aplatie généralement elliptique parce que les tubes de ce genre,lorsqu'ils sont places de manière que le grand axe de la section soit parallèle au sens d'écoulement du gaz, offrent moins de résistance au passage de ces derniers,diminuant le dépôt de suie et augmentent l'efficacité des souffleries à suie compa- rativement aux tubes ronds. En outre, on peut les placer plus près les uns des autres que des tubes ronds,ce qui rend les unités ou éléments plus compacts,oblige le gaz à balayer,en substance,
toute la surface du tube et amène l'air ou autres agents qui passent à travers les tubes en contact avec une plus grande aire de surface d'échange de chaleur.
Les unités de radiateurs peuvent être constituées par des tubes et des têtes de toute manière désirée; mais,dans la dispo- sition adoptée de préférence,les extrémités de tube en ovale 8 sont soudées à des têtes en forme de bassin 9 présentant un rebord périphérique 10 recourbé vers l'extérieur (figures é à 8). Ces têtes sont obtenues par emboutissage de tôle et, pour faciliter leur retrait des matrices,les côtés du bassin ou cuvette sont in- clinés en allant du fond vers le bord, Comme on va le voir ci- après,cette inclinaison ou construction en pente est utilisée pour tenir compte de la dilatation de la tête.
Cette forme de radiateur possède les avantages d'une construction simple, vigoureuse et re- lativement peu coûteuse et ne présente pas de joint mécanique sus- aeptible de se desserrer ou de causer d'autres perturbations.
Ces unités de radiateur sont montées dans le bâti l'une au.. dessus de l'autre pour former des piles par sections desquelles une unité quelconque peut être retirée latéralement lorsque cela est nécessaire. On peut employer une pile d'unités unique ou,comme tel est le cas'dans la disposition représentée, deux ou plusieurs piles peuvent être montées l'une à côté de l'autre.
Dans la disposition représentée sur les dessins;les unités la de radiateurs sont supportées de/manière suivante,cette construc-
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tion étant applicable aussi bien aux appareils à pile simple qu'aux appareils à pilesmultiples. Des pièces 11 de support de rail,de préférence des équerres ou'fers cornières,sont disposées verticalement de chaque côté de deux ouvertures opposées pour être reliées à des rails de guidage horizontaux 12 espacés ver- ticalement pour recevoir les unités de radiateurs 7,comme on le voit en particulier aux figures 2 et 4.
Les pièces 11 sont dispo- sées de préférence dans les ouvertures formées par les fers an U, 1 et les plaques 2 et les équerres,qui s'étendent sur toute la hauteur de l'ouverture,sont placées de tello sorte qu'une branche porte contre la toile du fer en U tandis que l'autre branche s'en- gage dans l'ouverture.
Les unités de radiateurs sont introduites dans le bâti à travers les ouvertures prévues entre les fers en U 1 - 1 et 3 - 3 depuis la droite ou la gauche des figures 1 et 2,les têtes 9 et lesrebords 10 coulissant sur lesrails 12. Une unité 7,retirée en partiales! représentée dans la partie inférieure droite de la figure 3. l'our faciliter le retrait des unités,en passant par les équerros 11 et les fers en U l,les rails 12 sont écartés des équerres par des blocs d'espacement 14,comme le montre l'assembla- ge de coin à la figure 7. De courtes sections 15 de rails sont placées verticalemont entre des rails horizontaux adjacents 12 de chaque côté des têtes et sont utilisées pour fixer les unités en position.
Après que les unités ont été mises en place,on les relie aux rails 12 et 15 au moyen de crampons 16 qui s'engagent avec les bords adjacents des têtes de deux unités contigües. Ces cram- pans sont de préférence creux ou en forme d'Unies extrémités in- térieures de leurs branches allant en s'épanouissant vers l'ex- térieur comme cela est montré aux figures 6 à 8. Dans l'appareil représenté,les crampons horizontaux et les crampons verticaux conttaux sont boulonnés directement aux rails, les crampons ver- tic aux, qui se trouvent sur le côté de l'appareil, sont fixés aux rails 15 au moyen de boulons 15a s'engageant à la fois aveo les
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équerres 11 et avec les crantons. Les rails horizontaux 12 sont reliés aux équerres 11 au moyen de boulons 12a.
Pour retirer une unité,les boulons 15a sont retirés du crampon iatéral extérieur 16 de cette unité et le crampon latéral central et les crampons horizontaux sont séparés les uns des autres en laissant les rails 12 supportés par les boulons 12a.
Il y a avantage à prévoir dès moyens pour permettre la libre dilatation et la libre contraction des têtes et assurer en même temps un scellement hermétique et une construction rigide. Ce ré- sultat est obtenu,de préférence,en arondissant ceux des bords des rails horizontaux et verticaux qui s'engagent avec les rebords, le rayon de courbure étant en substance celui qui existe entre le rebord 10 et la face de la tête 9, Lorsque les crampons sont bou- lonnés en place,les surfaces évasées des crampons qui s'engagent avec les rebords coincent les rebords et les rails ensemble pour former un joint hermétique et, par suite de l'inclinaison des parois latérales,
cette partie de la tête est espacée à la fois des bran- ches du crampon et du rail de sorte qu'elle peut se mouvoir dans la dilatation comme dans la contraction. Bien que cette construc- tion présente ordinairement une herméticité suffisante,on peut, si on le désire,employer une matière de bourrage élastique. les espaces prévus entre les extrémités des pièces de serrage sont comblés par des plaques 17 de forme appropriée fixées aux rails au moyen de boulonsCes plaques assurent également un joint hermétique et empêchent le gaz de se mélanger avec l'air.
Il est bon d'assurer la dilatation différentielle du bâti et des unités de radiateurs ou des tubes et ce résultat est obtenu de la façon la plus simple en fixant par des boulons 20 les équerres 11 qui se trouvent à une des extrémités du bâti aux fers en U 1, les équerres qui se trouvent à l'autre extrémité pouvant coulisser librement contre la surface des dits fers 1, comme on le voit le mieux aux figures 2 et 7.
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Lorsque l'appareil est employé pour réchauffer l'air prove- nant de gaz d'échappement, il est habituellement désirable de faire passer l'air 1':. travers les tubeset les gaz par dessus ceux-ci.
A cet effet, des conduits d'air,non représentés sont raccordés aux ouvertures limitéespar les fers en U 1 et les plaques 2; des conduits gaz sont reliés, d'une manière analogue,aux ouver- tures prévues sur les côtés opposés et formées entre les parties 3 et 4. Les deux côtés restants limités par les :fers en U 1 et 3 sont fermées de la manière la plus convenable,au moyen de plaques à rebord fixées aux fers en U au moyen de boulons. Ces côtés peu- vent être déportés si on le désire.
Tout système convenable de souffleur à suie peut également être installé dans cesplaques latérales,
Grâce à l'emploi d'unités de radiateurs de dimensions stan- dardisées, un appareil auquel l'invention ost appliquée peut être rapidement construit suivant toute hauteur,largeur et longueur de tubes voulues. Un nombre approprié d'unités peuvent être grou- Péesdans un seul appareil ou bien deux ou plus de deux groupes- types peuvent 3tre superposés et boulonnés ensemble, 11 appareil dé- crit étant spécialement destiné à une construction de ce genre.
De même, l'emploi d'unitésde largeur différente et la construction sous la forme d'une pile simple ou de piles multiples donnent de la flexibilité à l'assemblage suivant les largeurs désirées.
Lorsque l'appareil, tel qu'il est décrit ci...dessus est employé avec de l'air passant à travers les tubes,on peut avoir accès à toutes los parties à enlever depuis l'extérieur de l'appareil et De- puis l'intérieur des conduits d'air, Ceci permet de remplacer très facilement lesunitéset supprime en même temps la corrosion des ;boulons,des crampons et autres parties analogues.
Dans les appareils de ce genre de construction antérieure, les tubes étaient engagés dans les parois latérales pendant la construction, ce qui s'opérait généralement pendant l'installation de l'appareil. De même, le remplacement des tubes défectueux était
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lent et ennuyeux. Dans le nouvel appareil,on enlève les plaques latérales et après qu'on a défait les crampons retenant celles des unités qui renferme le tube défectueux,on peut faoilement re- tirer l'unité et la remplacer par une neuveCeci réduit sensi- blement le travail de démontage et permet d'effectuer les répara- tions avec le minimum de temps et à peu de frais.
Ainsi,se trou- vent également supprimées lesdifficultés qui provenaient de l'assemblage des tubes et de la nécessité d'installer et de re- tirer les tubes individuellement.
Dans la forme d'exécution adoptée de préférence,l'emploi de tubes de forme ovale présente de nombreux avantages comme il a été dit oi-dessus. De même,la forme donnée de préférence aux unités fait que celles-ci ne comportent pas de joints mécaniques susceptibles de devenir défectueux ou de causer des ennuis de quelque manière que cesoit. prévue de façon
La dilatation des têtes a été précisé et la construction flottante de ces dernières supprime le danger de voir des efforts anormaux s'exercer sur lestubesou têteslors de la dilatation ou de la contraction de ces derniers.
Bien qu'il soit spécialement destiné à être utilisé pour réchauffer l'air dans les chaudières fournissant de la force motrice ou dans les foyers à gaz ou à pétroles,sous l'action de la chaleur que oontiennent les gaz de combustion provenant de la chaudière,l'appareil peut être employé pour conditionner l'air et d'une manière générale pour transférer la chaleur d'un milieu fluide à un autre.
Dans la forme d'exécution qui vient d'être décrite,la dila- tation et la contraction provoquent non seulement des mouvements longitudinaux entre les unités de radiateur et le bâti,maisaus- si un changement de dimensions de cespièces les uness par rapport aux autres. En conséquence,l'intervalle entre ces pièces peut varier dans des proportions considérables suivant des conditions
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de travail différents et spécialement lorsque l'appareil est des- tiné à être utilisé avec des gaz à une température élevée. Il n'est pas facile de fermer hermétiquement de façon précise une ouverture dans laquelle le mouvement so produit dans des plans perpendiculaires les uns aux autres.
(,,'est ainsi que les joints ondulés ou en forme de soufflets ne'sont pas pratiquas en raison de la difficulté que présente la construction des coins. L'inven- tinn prévoit également des moyens simples et efficaces pour scel- ler hermétiquement l'appareil à son extrémité mobile.
Les figures 9 à 12 montrent une construction modifiée pour- vue d'un dispositif assurant le scellement ou fermeture hermétique.
Dans ces dessins,la figure 9 est une coupe partielle prise de la même façon que celle de la figure 4, c'est-à-dire dans le sens lon- gitudinal de l'appareil. Dans cette forme d'exécution,le bâti ou carcasse se compose de sections dont celles du haut et du bas sont constituées,comme précédemment,de fers en U longitudinaux et trans- versaux 3a et 4 respectivement,comme on le voit à la figure 9, alors que les parties extrêmes sont formées entre des fers en U verticaux et transversaux 25 et 26,respectivement. L'une des par- ties extrêmes, par exemple celle qui est montrée à droite de la fi- gure 9,est reliée d'une manière rigide au bâti principal,par exem- ple au moyen de boulons 27.
L'autre partie extrême est montée dans une tête extérieure dont elle est espacés constituée par les fers latéraux en U 28 et les brides intérieures des parties supérieures et inférieures de manière à pouvoir y coulisser et s'y dilater.
Des unités de radiateurs du type décrit précédemment sont mon- tées à coulisse entre des rails 12a reliés aux brides ou rebords des parties extrêmes. Dans les figures 9 à 12, seule une partie de la construction est représentée pour montrer la construction modi- fiée et le dispositif de scellement,mais la. construction toute en- tière de comprendra d'aprèd.
ce qui a été dit précédemment, attendu, que des détailsqui ne sont pas spécifiée ici,sont analogues à ceux qui ont été décrits précédemment,
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On remarquera que l'extrémité fixe est scellée ou fermée her- métiquement par une garniture convenable 29 et qui ni le gaz ni l'air ne peuvent fuir par les unités ou éléments de radiateur.
Uri espace copieux séparé la partie extrême mobile de son cadré extérieur, espace à travers lequel peut se produire une fuite ve- nant du, ou pénétrant dans,le courant de gaz qui passe par dessus les tubes.
Conformément à l'invention,toute fuite à travers cet inter- valle ou espaee est empêchée par un joint qui,dans la disposition adoptée de préférnce, comporte des bandes verticales et transver- sales de scellement 30 et 31 interposées entre les fers en U, et reliant ceux-ci de façon mobile,fers qui comprennent le bâti mo- bile et les parties extérieures,, comme le montrent les figures 9 à 11. L'extrémité intérieure de chaque bande de scellement Si en... gage à frottement doux dans une fente ménagée dans une tige cy- lindrique 32 tenue dans des rainures ménagées dans le rebord ou bride des fers en U 4 et 28 par des crampons 33.
L'autre extrémité de chaque bande passe entre une paire de plaques 34 présentant des parties semi-cylindriques repoussées 35 logées, de façon à pouvoir tourner,dans des blocs 36 tenus par des supports 37 reliés aux pièces 25 et 26 suivant le cas., Des bandes 30 et 31 sont pour- vues de fentes 38 permettant la liberté de mouvement lorsque l'ex- trémité se meut vers l'extérieur au delà du support ou console 37.
Le scellement ou joint hermétique est complété à l'endroit des coins de la manière qui est représentée schématiquement à la figure 12. Les bandes de scellement s'étendent jusqu'à 25 m/m environ de l'angle au coin du bâti où elles s'adaptent dans une pièce d'angle 39 recourbée à angle droit pour s'adapter dans le coin du bâti . La pièce 39 peut être tenue en position par une goupille introduite dans un trou 40 qui se trouve à l'alignement des tiges 32.
On verra,d'après la description qui précède,que les bandes
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de scellement peuvent coulisser librement entre les crampons à leurs extrémités, aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens transversal et que,de plue, les plaquas 34 peuvent tourner dans des blocs 36. par conséquente le s iaandas de scellement ou as- surant un joint étanche peuvent sa mouvoir dans un sens quelconque comme résultat de la dilatation différentielle des radiateurs et du bâti .
De même ,dans le cas où l'un. des bords de la bande s'échauf- ferait plus quo l'autre. la bande se rapprocherait ou s'éloignerait des tiges 32 en supprimant toute tendance à se gondoler. les bandes peuvent rentrer librement dans los coins ou on sortir sans tendre à rompre le joint et la pièce d'angle 39 peut se mouvoir librement pour s'acommoder à toute position angulaire de l'une quelconque clos bandes de scellement ou des deux, On obtient ainsi un joint hermétique satisfaisant qui supprime'les inconvénients des systèmes de joints antérieurs qui devraient être raccordés aux coins et qui étaient inflexibles ou avaient tendanoe à se rompre sous l'action de mouvements répétés.
Si on le désire,une garniture 41 peut être intercalée entre le bloc 36 et la-bride ou collerette à laquelle celui-ci est relié pour empêcher toute fuite entre ces organes.
De même que dans la disposition qui précède,des conduits d'alimentation sont reliés aux brides des ouvertures, par exemple des conduits pour la chaleur d'échappement sont reliés de préférence aux pièces 3a et 4 et des conduits pour le gaz combustible ou l'air aux fars en U 25 et 26. Lorsqu'il est fait usage d'un réchauf- four à deux voie s, le branchement de retour est relié de préférence à l'extrémité mobile car la dilatation d'un branchement du réchauf- feur tondra à compenser largement la dilatation qui se produit de l'autre côté.
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