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Elément de chauffage tubulaire à ailettes.
La présente invention se rapporte à un élément de chauffage tubulaire à ailettes, destiné notamment aux réchauffeurs utili- sant les gaz de fumée. Dans les éléments d'échange de températu- re, à ailettes, tels qu'on les emploie d'habitude, et tout par- ticulièrement dans les tubes économiseurs, où les ailettes sont disposées tout autour et où les parois des tubes ont une épais- seur uniforme, l'accroissement de la vitesse des gaz chauds qui lèchent l'extérieur des éléments d'échange de température - ac- croissement désiré par suite de l'amélioration de la transmis - sion thermique, d'où accroissement du rendement - est limité par l'augmentation de la résistance que les gaz rencontrent dans les passages compris entre les différents éléments de l'agrégat d'échange de température,
limite où les pertes de pression ou' de courant ainsi déterminées, atteignent le maximum admissible.
En outre, les conditions de vitesse varient dans une large me-
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sure à l'intérieur d'un tel agrégat, vu que la vitesse des gaz chauds augmente au fur et à mesure que ces courants de gaz se dirigent vers la section la plus faible des passages formés entre deux tubes échangeurs de température. Par suite de la ré- partition inégale de la chaleur, il en résulte aux différents endroits de la surface du tube une température non uniforme, ce qui provoque des tensions indésirables à l'intérieur du tube.
Les ailettes disposées tout autour contribuent également à l'inégalité de la température du tube, vu que, dans ces surfa- ces de chauffe , on n'a pas suffisamment tenu compte de ce que, par suite des écarts assez sensibles de la chaleur, celle-ci agit de manière non uniforme sur les différents endroits de l'élément d'échange de température.
L'objet de la présente invention supprime les inconvénients précités ; conformément à celle-ci, l'élément d'échange de tem- pérature à ailettes est conformé de telle sorte que les ailettes extérieures ne dépassent pas les dimensions externes, considé- rées dans la direction des gaz chauds qui y passent, du tube à l'intérieur duquel circule le fluide à réchauffer, et que, d'autre part, à partir des endroits d'arrivée et de départ des gaz chauds, l'épaisseur de la paroi de ce tube diminue progres- sivement, le long des ailettes latérales, jusqu'à l'endroit le plus étroit du passage à gaz compris entre deux tubes de chauffe voisins, ce décroissement de l'épaisseur de la paroi correspon- dant donc à la vitesse des gaz chauds qui, inversement, augmente au fur et à mesure que le fluide s'approche de la partie médiane,
la plus étroite, du passage à gaz. La disposition latérale des ai- lettes extérieures permet de situer la surface de chauffe le plus possible dans le courant des gaz chauds léchant l'extérieur des tubes réchauffeurs, et d'obtenir de la sorte, dans un espace donné, une surface de cnauffe aussi grande et efficace que possi- ble par rapport à la surface totale de chauffe, et de supprimer dans une large mesure les surfaces de chauffe peu efficaces se
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trouvant dans la zone neutre du flux.
Le décroissement, suivant la présente invention, de l'épaisseur de la paroi des tubes à ailettes, commençant à l'endroit d'arrivée et de départ des gaz chauds et se poursuivant, le long des ailettes latérales, jusqu'à la plus faible section du passage à gaz compris entre deux tubes voisins, a pour but d'obtenir, à tous les endroits de la section du tube, une température de paroi aussi uniforme que possible, malgré l'accroissement du volume thermique détermi- né par l'augmentation de la vitesse des gaz qui s'y produit, de sorte à supprimer, dans le tube, toutes tensions nuisibles.
En vue d'utiliser encore mieux la contenance thermique des gaz chauds, la présente invention propose d'accroître davantage la vitesse des gaz chauds, grâce au principe de Venturi connu dans la technique des fluides, une grande partie (de l'ordre de. 80 %) de l'énergie de vitesse, à l'endroit le plus étroit du passage à gaz compris entre deux tubes à ailettes voisins, étant de nouveau transformée en énergie de pression, de sorte que la perte en énergie proprement dite qui, dans le cas présent, se traduit par une perte de tirage, est excessivement faible. Bien que, par rapport aux tubes à ailettes tels qu'on les connaît actuellement, on utilise une plus'grande vitesse pour les gaz chauds, la perte de tirage est insensible grâce à l'application du système de Venturi.
Pour réaliser ce dernier, les ailettes latérales s'élar- gissent progressivement à partir des bords d'arrivée et de départ des gaz chauds, et sur toute la hauteur ou section des ailettes, vers la partie médiane, donc en sens inverse du décroissement de l'épaisseur de la paroi des tubes à ailettes. Les vitesses ainsi accrues une seconde fois déterminent donc une augmentation de'l'effet thermique ; la chaleur dont la valeur accroît au fur et à mesure que les gaz s'approchent de l'endroit le plus étroit du passage à gaz, y trouve des surfaces d'ailettes s'élargissant de plus en plus qui la transmettent' au fluide à réchauffer.
Il en résulte en même temps., à l'endroit du plus fort moment de
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flexion, un moment maximum de résistance, de sorte qu'on aboutit àd un renforcement mécanique considérable du tube à ailettes.
Outre les avantages relatifs à l'économie de la chaleur, l'uti- lisation d'ailettes latérales apporte encore des avantages dans la fabrication, si les éléments d'échange de température sont faits en fonte ou en d'autres métaux coulés, vu que pour retirer le modèle lors du moulage, il y a moins de risques de manquer la pièce que dans le cas d'ailettes disposées tout autour du tube, et ce grâce à la disposition uniquement latérale des ailettes, ainsi qu'au joint s'étendant perpendiculairement ; l'opération s'avère donc plus simple. La section des tubes proprement dits peut être ronde ou elliptique, ou bien ovale. Dans ce dernier cas, on suggère une disposition d'après laquelle le grand axe du tube se trouve dans la direction du flux des gaz chauds, tandis que les parties médianes êlargies des ailettes se trou- vent dans le petit axe du tube.
Un autre avantage peut encore être réalisé par l'applica- tion du principe de Venturi aux surfaces latérales des ailettes ; à l'endroit le plus étroit du canal faisant office de tuyère, compris entre les surfaces latérales de deux ailettes voisines, donc dans la partie médiane des ailettes qui vont en s'épaissis- sant vers cet endroit, la quantité de chaleur qui y subit un accroissement,y rencontre donc une plus grande surface de chauffe, suffisante pour transmettre cette quantité de chaleur au fluide à réchauffer passant à l'intérieur du tube. On obtient de la sorte un nouvel accroissement du pouvoir d'absorption de chaleur des différents tubes à ailettes, sans devoir augmenter la surface de chauffe, autrement dit un meilleur rendement thermique avec la même surface de chauffe.
Les ailettes latérales peuvent avoir toute forme voulue, comme par exemple rectangulaire, carrée, bi-trapézoïdale ou ovale ; en outre, ces ailettes latérales pourraient tout aussi bien être subdivisées.
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Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention, avec applica- tion du principe de Venturi aussi bien aux passages à gaz com- pris entre les différentes ailettes de deux tubes voisins, qu'aux surfaces latérales des ailettes d'un même tube.
Fig.l représente, en coupe transversale, deux éléments d'échange de température à ailettes, l'un à côté de l'autre.
Fig. 2 est une vue de côté et la
Fig. 3 en est une vue de face.
Dans ces figures, a désigne les tubes proprement dits, à section elliptique, tandis que b désigne les ailettes latéra- les ; d'après le principe de la présente invention, ces ailettes ne dépassent pas les dimensions extérieures du tube a , c'est- à-dire suivant le grand axe de la section elliptique du tube, dans la direction (voir la flèche) du courant des gaz chauds.
Ces surfaces de chauffe se trouvent donc ainsi le plus possible dans le courant des gaz chauds. En vue d'aboutir autant que possible à l'uniformité de la température dans la paroi du tube, l'épaisseur de la paroi diminue, à partir de l'endroit c, vers la partie médiane d des ailettes, c'est-à-dire en sens inverse de l'accroissement de la vitesse des gaz chauds. Un nouvel ac- croissement de vitesse des gaz chauds ne déterminant qu'une très faible perte de tirage, peut être réalisé au moyen du principe de Venturi, et ce aussi bien entre les largeurs 1 des ailettes successives b, qu'aux surfaces latérales f des ailettes b dis- posées l'une à côté de l'autre.
Dans ce but, celles-ci s'élar - gissent uniformément, à partir des bords d'arrivée g et de dé- part h des gaz chauds, jusqu'à la partie centrale d, et ce sur toute la section rectangulaire ou sur toute la hauteur 1 des ailettes, soit en sens inverse du décroissement de l'épaisseur de la paroi du tube, de sorte qu'il en résulte des canaux k, à section rectangulaire, affectant la forme de tuyères. De même, entre les surfaces latérales f de deux ailettes voisines, il est
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formé, par rétrécissement progressif de la section libre, à par- tir des bords d'arrivée g et de départ. h des gaz chauds, des passages 1 faisant également office de tuyères.
REVENDICATIONS.
1. Elément d'échange de température, à tube à ailettes, pour fluides gazéiformes ou liquides, caractérisé en ce que, dans la direction du flux des gaz chauds léchant l'extérieur de l'élément, les ailettes extérieures ne dépassent pas les di- mensions du tube à l'intérieur duquel passe directement le .
fluide à réchauffer, tube dont la paroi, à partir des bords d'arrivée et de départ des gaz chauds, s'amincit progressivement, aux ailettes latérales, jusqu'à l'endroit le plus étroit du passage à gaz compris entre deux tubes voisins, suivant l'ac - croissement de la vitesse des gax chauds qui se produit au fur et à mesure que les gaz s'approchent de la partie médiane du passage, tandis que l'épaisseur des ailettes latérales s'accroît uniformément vers leur partie médiane, et ce sur toute la hau- teur des ailettes, en sens inverse de l'amincissement de la paroi du tube.
2. Elément d'échange de température, suivant revendica- tion 1, caractérisé en ce que la section de passage des tubes dont la paroi s'amincit progressivement vers l'endroit le plus étroit du passage à gaz compris entre deux tubes voisins, est par exemple elliptique, de telle sorte que le grand axe se trouve dans la direction du flux de gaz, tandis que les parties médianes, épaissies, des ailettes se trouvent sur le petit axe du tube.
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