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" ECHANGEURS DE CHALEUR "
La présente invention est relative aux échangeurs de chaleur et convient particulièrement pour le chauffage des appartements et locaux analogues, ces appareils de chauffage comportant une enveloppe dans laquelle se trouve l'élément de chauffage, tandis que l'air est amené à circuler dans l'enveloppe, se chauffe au contact de l'élément de chauf- fage , puis sort de l'enveloppe dans l'appartement. L'échan- geur de chaleur peut toutefois servir comme réfrigérant, il est en effet uh appareil de chauffage ou de réfrigération suivant que le fluide qui y passe est un fluide chauffant ou
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réfrigérant.
Dans le premier cas, l'échange de chaleur se fait par transmission de la chaleur du fluide de l'échan- geur de chaleur au milieu environnant, tandis que dans le second cas, l'échange de chaleur se fait par écoulement de la chaleur au milieu environnant vers le fluide qui se trouve dans l'échangeur.
Le but principal de la présente invention est d'augmenter l'efficacité et la longévité de ces échangeurs de chaleur.
Ltélément d'échangeur de chaleur peut comprendre deux têtes sur lesquelles sont respectivement branchés des tuyaux d'arrivée et de retour du fluide échangeur de cha- leur, tel que de la vapeur, lorsque 1'échangeur de chaleur sert au chauffage. Ces têtes peuvent être reliées par des tuyaux de façon que le fluide de chauffage puisse passer d'une tête dans l'autre. Lorsque l'appareil de chauffage est dans une enveloppe, comme on l'a indiqué plus haut, l'air passant dans l'enveloppe vient au contact des tubes ou tuyaux contenant la vapeur, par exemple, et se chauffe en conséquence. La liaison des tubes avec les têtes doit être constamment étanche. Tout défaut à ce point de vue provoque- rait une fuite de fluide et il en résulterait d'autres inconvénients, évidemment désavantageux.
La liaison la plus sûre et la plus durable ( sauf dans le cas de craquements, dans certains cas, comme on va en parler) est obtenue par soudure ( ou son équivalent, tels que brasure ou analogues) des tubes sur les têtes. Les tubes, dans la partie comprise entre les têtes, sont susceptibles de se déformer par suite des grands changements qui se produisent dans la température et de la répartition inégale de la chaleur. Ainsi l'air froid venant sur les tubes d'un côté provoque un abaissement de la température du tube du côté où frappe l'air froid par rapport
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à l'autre côté.
La température élevée de la vapeur lors- qu'elle arrive dans l'extrémité d'admission de l'élément de chauffage est beaucoup plus grande que celle de l'extré- mité froide ou de retour de cet élément et, en conséquence, la température de l'élément varie d'un bout à l'autre depuis la température maxima lorsque la vapeur est admise, à la température de l'atmosphère lorsque l'on coupe l'arrivée de la vapeur et il se produit des variations d'amplitude moindre avec un réglage de l'arrivée d'air et de la vapeur.
L'expansion et la contraction inégales de l'élément de chauffage résultant de la répartition inégale et de la variation de la chaleur dues aux raisons indiquées ci-dessus ainsi qu'à d'autres, provoquent une déformation des tubes de l'élément de chauffage et, dans le cas de tubes droits, les liaisons par soudure ou brasage avec les têtes sont susceptibles de craquer en provoquant des fuites et autres inconvénients. Ceci est évité conformément à la présente invention en rendant les tubes de l'élément de chauffage facilement flexibles de façon à leur permettre de céder aux efforts de déformation mentionnés ci-dessus sans faire craquer les liaisons par soudure ou brasage et cette flexi- bilité est obtenue en ondulant les tubes des éléments de chauffage de ces appareils.
Non seulement ceci donne la flexibilité voulue mais encore les ondulations procurent une plus grande surface de radiation et constituent des passages pour l'air servant à retarder son passage dans l'élément de chauffage et à le disperser dans tout cet élément ; on transfère ainsi plus efficacement la chaleur de l'échangeur de chaleur à l'air et cet effet d'augmenta- tion du transfert de chaleur et du fonctionnement plus effi- cace de l'appareil est augmenté par le fait que les passages de l'air dans l'échangeur de chaleur sont allongés, en par-
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ticulier, lorsque les ondulations des tubes sont hélicoïdales.
On voit ainsi qu'en utilisant des tubes ondulés dans les éléments de chauffage des appareils de chauffage mentionnés ci-dessus, dans lesquels on utilise de la vapeur comme fluide de chauffage, non seulement on obtient une liaison plus sûre, plus efficace et meilleur marché du tube avec les têtes dans le cas des conditions extrêmes de tem- pérature, d'un chauffage inégal et des effets particuliers de l'appareil de chauffage sur l'air à chauffer qui passe dans cet appareil, mais encore on obtient un chauffage plus efficace de l'air.
L'agent de chauffage le plus efficace dans les appareils du genre mentionné ci-dessus est un fluide chaud tel que de la vapeur, de l'eau, etc... Lorsque l'appareil de chauffage est fixe, le chauffage est limité à certaines parties de la pièce et est inégalement réparti dans la pièce.
La présente invention porte encore sur un appareil du genre indiqué ci-dessus dans lequel l'échangeur de chaleur est mobile, de sorte que la chaleur est dirigée sur les différentes parties de la pièce et est plus uniformé- ment répartie dans celles-ci.
Lorsque l'on utilise un ventilateur pour refouler l'air dans l'élément de chauffage, la propulsion de l'air dans la partie de l'élément de chauffage, qui est en regard du centre de ventilateur, est nulle en comparaison de la propulsion de l'air aux points de l'élément de chauffage qui sont en regard des extrémités des pales des ventilateurs.
De ce fait, il résulte que l'on a des conditions de chauffage inégales en différents points de l'appareil de chauffage, ce qui est un inconvénient puisque cela provoque une dila- tation inégale et d'autres effets qui ne sont pas à souhai-
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ter. Il en résulte également un transfert inefficace de la chaleur de l'élément de chauffage.
L'invention a encore pour but un dispositif permettant à l'air refoulé par le ventilateur d'être plus uniformément réparti à travers l'échangeur de chaleur.
D'autres particularités et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre avec ré- férences au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est une vue en élévation de face d'un appareil suivant l'invention qui est un appareil de chauffa- ge indirect c'est-à-dire un élément de chauffage enfermé dans une enveloppe dans laquelle on fait circuler l'air qui vient en contact avec l'élément de chauffage, se trouve chauffé par lui et ensuite sort de l'enveloppe dans la pièce à chauffer ;toutefois dans cette vue certaines des parties sont représentées en arrachement et d'autres en coupe.
La figure 2 est une vue, partie en élévation de côté et partie en coupe verticale centrale longitudinale de l'appareil représenté sur la figure 1.
La figure 3 est une vue de détail du mécanisme permettant de faire tourner l'appareil de chauffage.
La figure 4 est une vue en élévation de côté, partie en coupe, d'une partie de l'appareil des figures 1, 2 et 3 suffisante pour montrer l'application à cet appa- reil d'un dispositif perfectionné servant à égaliser la répartition , dans l'élément de chauffage, de .l'air qui y est envoyé par le ventilateur, et
La figure 5 est une vue de détail, partie en coupe et partie en élévation de côté, montrant la construc- tion d'une forme particulière de tuyau ondulé flexible qui peut être utilisé avec l'élément d'échange de chaleur
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et la façon suivant laquelle ce tuyau est fixé dans une tête.
L'appareil représenté en particulier sur les figures 1, 2, 3 et 5 comporte un bâti métallique 1 qui est supporté de façon fixe de toute manière appropriée, par exemple par des tiges de suspension 2 et 3 fixées dans des oreilles 4 et 5 faisant corps avec le bâti 1
Dans le bâti 1 est monté l'échangeur de chaleur qui comporte la tête supérieure 6 et la tête inférieure 7 qui sont maintenues la distance voulue du fait qu'elles sont fixées sur les plaques latérales 8 et 9 . Dans la plaque tubulaire supérieure 10 (qui est la plaque de fond de la tête supérieure 6) sont soudées de façon étanche les extrémités supérieures des tubes flexibles ondulés 11 dont l'extrémité inférieure est soudée de façon étanche dans la plaque tubulaire inférieure 12 ( qui est la plaque supérieure de la tête inférieure 7).
Les tubes 11 passent dans des ouvertures ménagées dans les plaques 13 qui sont réparties entre les têtes 6 et 7 et sont fixées aux plaques latérales 8 et 9 . Ces plaques 13 servent à maintenir les tubes 11 en place et à l'écartement voulu en des points intermédiaires entre leursextrémités. Les tubes flexibles ondulés 11 peuvent être du type en une seule pièce ou peuvent être constitués par une bande rainurée enroulée en hélice et dont les bords des spires adjacentes sont réunis de façon étanche, la flexibilité étant obtenue en incurvant dans l'ondulation formée par la rainure les bords des ondulations qui se rapprochent ou s'écartent les uns des autres lorsque le tube s'infléchit.
On a représenté sur la figure 5 la façon dont un tube de ce genre est construit et la façon dont il est fixé dans la tête, ce tube ainsi que le procédé et l'ap- pareil servant à le fabriquer sont décrits dans le brevet
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américain N 1.198.392 du 12 Septembre 1916 au nom de Louis H BRINKEMAN
Dans la tête 6 se trouve une plaque perforée 14 formant chicane.
La tête 7 communique avec une source de vapeur ou autre fluide chaud au moyen d'un tuyau 15 monté sur le bâti 1 de façon à pouvoir y tourner au moyen d'un palier à billes 16 , l'extrémité supérieure du tube 15 étant fixée à un coude 17 lequel, à son tour, est fixé de façon étanche à un tube flexible 18 qui communique avec une source de vapeur ou autre fluide chaud. La tête inférieure 7 communi- qué avec un tuyau 19 monté de façon à pouvoir tourner au moyen d'un palier à billes 20 dans le bâti 1 ;ce tuyau communique avec un coude 21 sur lequel , à son tour, est branché le tuyau flexible 22 de retour de la vapeur ou autre fluide.
On voit que la vapeur vive arrive par le tube flexible 18, le coude 17 et le tube 15 dans la tête 6 de l'appareil de chauffage d'où elle passe dans les tubes on- dulés flexibles 11 où elle perd une grande partie de sa chaleur par radiation ; le condensat et la vapeur restante passent dans la tête inférieure 7 et par le tuyau 19 dans le tuyau de retour flexible d'écoulement 22 . On remarquera qu'une ouverture 23 est pratiquée dans le coude 21 , ouver- ture qui est fermée par un bouchon à vis. Cette ouverture permet, en enlevant le bouchon, d'évacuer l'eau condensée dans l'appareil de chauffage.
On remarquera aussi que cet appareil ,y compris les têtes et les tuyaux de communica0 tion est porté par les tuyaux 15 et 19 qui peuvent tourner dans le bâti 1 de sorte que l'appareil de chauffage peut tourner dans le bâti, les tubes 2 et 18 ayart suffisamment de jeu et de flexibilité pour permettre ce mouvement de
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rotation à l'amplitude voulue.
L'air est refoulé dansl'appareil de chauffage entre les tubes 11 au moyen d'un ventilateur 24 fixé sur l'arbre 25 d'un moteur électrique 26 d'un type approprié quelconque et commandé de toute façon appropriée et bien connue. Le ventilateur est monté dans un tambour ou passage circulaire 27 fixé aux têtes 6 et 7 au moyen d'une tôle 28 qui, avec le passage, recouvre, du côté du ventilateur l'espace limité par les têtes 6 et 7 et les plaques laté- rales 8 et 9 . En tournant, le ventilateur refoule l'air entre les tubes 11 et le fait sortir de l'autre côté de l'appareil de chauffage dans la pièce à chauffer. La quan- tité et la direction de l'air chaud sortant ainsi de l'appa- reil peuvent être réglées par des volets 29 pivotant sur les plaques latérales 8 et 9 , du côté de la sortie de l'air de l'appareil de chauffage.
Une console 30 est fixée sur le côté de la tête inférieure 7, et fait saillie sur le côté de celle-ci. Sur cette console est boulonné le moteur 26 Ainsi qu'on le voit, le moteur, le ventilateur et l'appareil de chauffage forment un tout qui peut pivoter dans le bâti 1 au moyen des paliers 16 et..¯20 . Pour faire tourner cet ensemble sur ces paliers, une poulie 31 fixée sur l'arbre du moteur 26 commande, par l'intermédiaire d'une courroie 32, une deu- xième poulie 33 qui est fixée sur l'arbre 34 lequel tourne sur une console 35 fixée sur le côté de la console 30 . Une roue à vis sans fin 36 tourne sur la console 30, mais autour d'un axe perpendiculaire à celui de l'arbre 34 ; cette roue 36 est montée sur un arbre 37 et est en prise avec une vis sans fin 38 portée par l'arbre 34 .
De même sur l'arbre 37 , est fixée une manivelle 38' sur la- quelle pivote , à son extrémité extérieure, une bielle
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39 qui pivote également en 40 sur le support fixe 41 monté sur le bâti fixe 1 . On voit que, lorsque le moteur 26 tourne et actionne le ventilateur 24 ,il fait tourner également l'arbre 34 et la vis sans fin 38 portée par ce dernier, laquelle à son tour entraîne la roue à vis sans fin 36 , fait tourner l'arbre 37 et la manivelle 38' Ceci évidemment provoque alternativement l'allongement et le raccourcissement de la distance qui sépare le pivot 40 de l'arbre 37, de sorte que l'ensemble , comprenant l'appa- reil de chauffage, le ventilateur et le moteur, oscille dans les paliers 16 et 20 .
Du fait de cette oscillation, l'air chaud sortant de l'appareil de chauffage est projeté dans les différentes parties de la chambre de sorte que la pièce est plus uniformément et complètement chauffée. L'ap- pareil ainsi décrit permet d'utiliser, de façon que la pièce soit chauffée efficacement et uniformément, la chaleur prise à la vapeur ou autre fluide chaud, ce qui est la façon la plus efficace de chauffer mais qui est utilisée généralement en faisant rayonner la chaleur par des radia- teurs fixes de sorte que le chauffage de la pièce est inef- ficace et n'est pas uniforme.
L'air n'est pas refoulé de façon uniforme sur toute la surface du ventilateur. Généralement, les pales du ventilateur sont plus étroites au voisinage du centre de rotation, ce qui diminue la force de refoulement à la même vitesse. De même, la propulsion de l'air décroit au voisinage du centre de rotation du ventilateur car la vi- tesse linéaire du ventilateur diminue lorsqu'on se rapproche du centre. Sur le centre ou axe géométrique du ventilateur, la vitesse est nulle de sorte qu'il n'y a pas de force de refoulement de l'air en ce point.
La propulsion de l'air, à la fois du fait de l'augmentation habituelle de la dimen-
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sion des pales du ventilateur et de l'augmentation de la vitesse linéaire, augmente à mesure que l'on s'éloigne du centre du ventilateur, cette propulsion étant, comme on l'a indiqué ci-dessus, huile au centre et maxima à la cir- conférence de la périphérie du ventilateur. Ainsi, dans l'appareil représenté sur les figures 1, 2 et 3, on a l'entrée d'air minima aux points qui se trouvent dans l'alignement du centre du ventilateur et elle va en augmen- tant jusqu'à un maximum aux points qui sont sensiblement dans l'alignement du pourtour du ventilateur. Il en résulte que la chaleur est prise par l'air sur les tubes de l'appa- reil de chauffage de façon inégale et inefficace.
On évite cela en déviant l'air des directions où se fait la plus grande propulsion vers ceux où normalement la propulsion est plus faible. De cette façon, l'air envoyé est plus uniformément distribué, les endroits où normalement il ne passe que peu ou pas d'air étant utilisés pour faire passer une plus grande quantité d'air, ce¯qui supprime l'excès à certains points et la raréfaction en d'autres, de sorte que la propulsion de l'air à travers l'appareil d.e chauffage est rendue plus efficace. En outre, du fait de la meilleure répartition de l'air dans l'appareil de chauffage, l'air enlève de façon plus efficace la chaleur de l'appareil de chauffage (et par suite cette chaleur est rendue disponible pour chauffer l'appartement).
On a constaté par des essais que la quantité de chaleur prise à une quantité déterminée de vapeur passant dans l'appareil de chauffage est plus grande avec un ventilateur équipé de la façon qui vient d'être indiquée que dans le cas d'un ventilateur ordinaire.
On a représenté sur la figure 4 un dispositif de réalisation d'un appareil établi d'après ce qui précède ; sur cette figure l'appareil représenté est une élévation de
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côté d'un appareil analogue à celui qui est représenté sur les figures 1 et 2 , mais avec en outre une pièce creuse 42 de forme tronconique placée entre le ventilateur 24' et l'appareil de chauffage et portée par cet appareil de toute façon appropriée afin qu'elle se déplace en bloc avec celui-ci et reste en position fixe par rapport au ventilateur et à l'appareil de chauffage.
Cette pièce 42 , ainsi qu'on le voit, a son ouverture la plus grande du côté du ventilateur 24' et la plus petite du côté de l'ap- pareil de chauffage monté dans le bâti 1' On voit que l'air envoyé par le ventilateur dans la partie extérieure du tube 42 est dévié des endroits où se fait la plus grande pro- pulsion vers l'axe du ventilateur où la propulsion est moindre et décroit vers zéro sur l'axe, ce qui répartit plus uniformément l'air envoyé à mesure qu'il passe dans le réchauffeur et en utilisant un parcours qui n'est pas utilisé normalement (au voisinage du centre ou près de celui-ci) pour envoyer l'air à travers le ventilateur. On a déjà parlé de l'augmentation qui en résulte dans l'efficacité de l'appareil de chauffage.
Le degré d'inclinaison du déflecteur 42, ainsi que sa longueur et son diamètre , sont déterminés suivant les circonstances de chaque cas parti- culier telue le degré voulu de concentration de l'air au centre, la construction de l'appareil de chauffage, la répartition que l'on désire avoir pour l'air dans l'appareil de chauffage, etc... Il est évident que plus le diamètre de l'ouverture de la pièce 42 suivant sa grande base est grand, plus d'air sera dévié avec une plus grande vitesse vers le centre et plus l'angle de conicité est grand, c'est-à-dire plus la différence entre la surface des deux extrémités est grande, plus grandes seront la dûviatior et la concen- tration de l'air vers le centre.
En tenant compte de ces faits, l'angle d'inclinaison du cône 42 , la longueur et le
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diamètre de celui-ci peuvent être modifiés facilement de façon à obtenir les résultats voulus dans les conditions de chaque cas particulier.
Bien que ]'invention ait été représentée suivant l'application que l'on considère comme étant la meilleure, il est évident que l'on peut lui donner la forme de réali- sation que l'on désire sans s'écarter de l'esprit de l'in- vention et que, par suite, elle n'est pas limitée aux détails de construction représentés sur les dessins.