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ELEMENT ECHANGEUR DE CHALEUR PERFECTIONNE
La présente invention a pour objet un élément de chaleur perfectionné et un procédé de réalisation de cet élément, caractérisés par le fait que l'élément est constitué au moyen d'un tube cylindrique de type courant dé- formé sur une partie de sa longueur de façon à amener en con- tact des portions longitudinales de sa partie interne, d'au- tres portions longitudinales de cette paroi restant espacées et constituant soit un passage unique, soit plusieurs passa- ges disposés en parallèle pour le fluide qui doit traverser l'élément échangeur,les portions en contact de la paroi in-
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terne étant réunies par soudure continue ou discontinue de manière à former soit des ailettes, soit des cloisons,
tandis que les extrémités du tube initial sont déformées par rétreint ou de toute autre manière connue de façon à pouvoir être rac- cordées à d'autres éléments échangeurs ou à des collecteurs par des passages de fluide dont la section, de préférence cir- culaire, est égale, ou sensiblement égale, ou convenablement proportionnée - à la section du passage unique ou à somme des sections des passages multiples de fluide dans la partie déformée par rapprochement de portions de sa paroi interne.
L'invention a aussi pour objet des échan- geurs de chaleur comportant l'emploi d'éléments ainsi consti- tués .
Les éléments échangeurs de chaleur ainsi exécutés présentent entre autres avantages celui de procurer des surfaces d'échange très grandes pour une section de pas- sage de fluide déterminée; pour obtenir un résultat de ce genre, on a déjà essàyé de recourir à divers artifices , no- tamment l'emploi de tubes aplatis, mais l'expérience a dé- montré que sous l'action de la chaleur et de la pression du fluide intérieur, ces tubes plats ont tendance à se gonfler pour revenir à la forme circulaire; à épaisseur égale pour une même section totale de passage, leséléments conformes à l'invention sont beaucoup moins exposés à ces déformations en service .
Un autre avantage de ces éléments réside en ce qu'ils sont faits d'une seule pièce, sans soudure, contraire- ment aux éléments échangeurs dont on a augmenté la surface d'échange au moyen d'ailettes rapportées sur leur paroi ex- terne . Un autre avantage encore réside dans le fait que ces éléments sont fabriqués en partant :lE- tubes normaux du commer-
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ce, donc d'une matière première relativement bon marché .
D'autres avantages encore ressortiront de la description .
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à tmtre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée .
Les fig. 1 à 5 représentent deux modes de réa- lisation ae l'invention .
Les fig. 6 à 8 sont purement explicatives .
Les fig. 9 à 19, dont certaines sont schéma- tiques, représentent diverses variantes de réalisation de l'invention .
Les fig. 20 à 25 représentent partiellement des chaudières munies d'éléments surchauffeurs conformes à l'in- vention
La fig. 26 est une section d'un échangeur de chaleur constituée par des éléments conformes à l'invention.
L'élément échangeur représenté par les fig.
1 et 2 comporte un seul passage de fluide, 1, et deux ailet- tes longitudinales 2 constituées par rapprochement et sou- dage de portions longitudinales de la paroi interne d'un tube initial de diamètre supérieur à celui du passage 1; ses extrémités 3 sont rétreintes, ont une section circulai- re qui est de préférence approximativement égale à celle du passage 1 et peuvent être raccordées à des collecteurs ou à des tubes de prolongement 4 .
Celui que représentent les fig.3,4 et 5 com- porte deux passages de fluide 5 disposés en parallèle et qui se rejoignent dans les extrémités 5 ; ces passages 5 sont séparés par une cloison 7 formée par rapprochement et soulage de portions longitudinales diamètralement opposées
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de la paroi interne d'un tube initiel de section circulaire;
les portions terminales 4. de l'élément, dont la section in- terne est de préférence circulaire et substantiellement égale à la somme des sections des passages de fluide 5, peuvent être obtenues par raboutage comme dans le cas des fig.l et 2 , ou être formées seulement par le retreint des portions terminales du tube initial.
Pour faire les éléments échangeurs qui vien- nent d'être décrits, on part d'un tube normal cylindrique 8, fig. 6 dont on retreint les extrémités pour former les parties de transition (fig.
3,4,5 et 7) ou 3 (fig.l) en- tre les portions terminales de l'élément et sa portion cen- trale obtenue par rapprochement et soudage de la paroi in- terne, parties de transition 6 qui , si on @e leur a pas donné, par retreint une longueur suffisante, sont prolongées ensuite par raboutage de tubes 4- de diamètre convenable .
Il est bien entendu que ce façonnage des parties terminales de l'élément peut indifféremment précéder ou suivre las autres opérations de façonnage de l'élément .
Les soudures qui, dans les éléments repré- sentés fig.l et 2 ou à 5, assurent la. permanence des ai- lettes 2 ou de la cloison 7 , sont aisées réaliser élec- triquement par le procédé dit: par résistance ; elles peu- vent être soit continues, soit discontinues et constituées par des points de soudure convenablement espacés .
La fig.9 représente schématiquement -un élé- ment surchauffeur de vapeur pour chaudière à tubes le;:, fu- mée, comportant deux boucles et destiné être logé dans deux de ces tubes , une boucle dans chaque tube. Chaque boucle comprend deux parties tubulaires 10 conformes à l'in-
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vention, à double passage de fluide, d'une part réunies en série par leurs prolongements 4 et un coude 11, d'autre part reliées par des prolongements 14, l'un à une branche tubulaire d'entrée de vapeur 12,
l'autre à une branche tubulaire de sortie de vapeur 13 .
La fig.10 est une section d'une boucle par XX de la fig. 9 ; y a indiqué en traits mixtes la sectior du tube à fumée dans lequel la boucle est logée ; lieu d'avoir deux axes de symétrie comme dans le cas de la fig.5 les parties tubulaires 10, ici, n'en ont qu'un et sont planf d'un côté,concaves de l'autre, les deux parties 10 d'une même boucle étant symétriques l'une de l'autre . On peut aussi, comme on l'a indiqué à la fig.ll, faire les parties tubulaires 10 avec un côté concave et un côté convexe, en bref, leur donner toute forme jugée la plus convenable se- lon les cas .
Dans un autre exemple de réalisation d'é- lément surchauffeur de vapeur pour chaudière à tubes de fu- mée, représenté fig.12, l'élément est à simple boucle; il comporte deux perties tubulaires 15 à double passage de vapeur conformes à l'invention, disposées en parallèle et reliées , d'une part, par deux prolongements 14 à ;une che d'entrée de vapeur 12, d'autre part, par deux prolonge- ments 4 et un coude 17, à une branche de sortie de vapeur 16 .
Ce même élément surchauffeur, tel qu'il est réalisé et logé dans un tube à fumée (représenté en coupe en traits mixtes ) est représenté en élévation à la fig.13, en plan à la fig.14, en coupe par XV-XV et XV1-XV1 aux fig.15 et 16 ; par les coupes, fig.15 et 16, on voit que les parties tubulaires 15 sont disposées de part et d'autre du tube de
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retour 16 de manière à protéger le plus possible ce tube de retour et le fluide qu'il contient contre le refroidis- sement par rayonnement de chaleur vers la paroi, moins chau- de, du tube à fumée , tout en ménageant entre eux et ce tube de retour un passage pour une fraction des fumées chauffan- tes, fraction qui est ainsi protégée elle aussi contre la transmission de leur chaleur à la paroi du tube à fumée .
Les parties tubulaires 15 sont maintenues dans leurs posi- tions respectives, dans le haut, par des agrafes 18 qu'ils embrassent partiellement et qui sont soudées entre elles et, dans le bas, par des bandes 19 et 20 soudées entre elles et conformées de manière à maintenir également en place le tu- be de retour 16 ; lesbandes 19 sont pourvues de talons 20 re- posant dans le tube à fumée pour assurer la bonne position, dans celui-ci, de l'ensemble de l'élément .
Les formes de ces agrafes et bandes représen- tées au dessin ont été trouvées convenables pour l'élément surchauffeur qui vient d'être décrit, mais elles peuvent aussi avoir toutes autres formes désirées ou être rempla- cées par des organes équivalents .
Un autre exemple de réalisation d'élément surchauffeur logé dans un tube à fumée, représenté schéma- tiquement par la fig.17, comporte quatre parties tubulaires 15 conformes à l'invention, à double passage de vapeur, dis- posées en parallèle et reliées d'une part à une branche d'entrée de vapeur 12, part à un tube de retour 16.
Une section par XVIII-XVIII de l'élément tel. qu'il est réel- lement exécuté, est reproduite fig.18; les parties tubulaires 15 sont disposées de façon à former entre elles un espace presque enclos dans lequel les gaz chauffants qui y circu-
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lent et le tube de retour 16 sont protégés contre le re- froidissement qui résulterait du voisinage de la paroi, moins chaude, du tube à fumée représenté en traits mixtes .
La fig.19 représente une section transver- sale d'un autre exemple de réalisation d'élément surchauf- feur logé dans un tube à fumée ; la partie tubulaire faite, conformément à l'invention, par déformation et soudage d'un tube de diamètre relativement grand, comporte trois passa- ges de vapeur 5 en parallèle séparés par des cloisons 7 constituées par rapprochement et soudage de portions longi- tudinales de la paroi interne ; ces trois passages de va- peur sont reliés d'une part à une branche d'entrée de va- peur non représentée et, d'autre part, à un tube de retoux'
16; ici encore , on voit un espace presque enclos entre le tube de retour et l'autre branche de l'élément qui compor-' te les passages-de vapeur 5.
Dans tous les exemples qui viennent d'ê- tre décrits et qui sont représentés par les fig.12 à 19, la section interne du tube de retour de vapeur 16 est sen- siblement égale à la somme@ des sections des passages de vapeur 5 correspondants ménagés dans la ou les branches d'aller constituées par déformation d'un tube et soudage # des parties de sa paroi interne . On ne sortirait toutefois pas du cadre de l'invention en proportionnant ces sections de toute autre façon, de manière à imposer au fluide qui circule dans l'élément, aux divers points de celui-ci, les vitesses jugées les plus avantageuses pour l'obtention du résultat visé .
A la fig.20, dont la fig.21 est une sec- tion par XXI-XXI, on a représenté en coupe verticale par-
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tielle une chaudière verti@@e 22 pourvue d'une cheminée 23 dans laquelle est logé un surchauffeur conforme à l'inven- tion composé d'un tube d'entrée de vapeur 24, un tube de sortie 25, une boucle 26 dont les deux branches ont des portions terminales de section circulaire reliées par des portions à passages multiples de vapeur conformes à l'in- vention, toutes ces parties de l'élément étant reliées en- tre elles par des coudes à 180 , 27 et 28.
Aux fig. 22, 23 et 24, on a représenté un sur- chauffeur de vapeur logé dans la chambre de combustion d'une chaudière marine du type écossais .Chaque élément du surchauffeur comporte des branches d'entrée et de sortie de vapeur 29 connectées par des raccords 30des tubes d'amenée et d'évacuation '!le vapeur 31 Qui traversent des tubes à fumée 32 de la chaudière :les branches 29 de cha- que élément sont reliées l'une à l'autrepar une partieen zig-zag 29 constituée par des tubes déformés à passages multiples de vapeur conformes à l'invention.'54 et 35, réu- nis en série par deux coudes à 1800 33.La partie tubu- laire à passages multiples 35 est repliéesur elle-même par un cintrage en 36.
Les éléments surchauffeurs sont sup- portés et maintenus en place par tous moyens connus .
La fig. 25 représente en coupe une varian- te d'un surchauffeur du même genre que celui que représen- tent les fig. 22 à 24; il en diffère en ce que les éléments surchauffeurs sont reliés aux collecteurs de vapeur, non représentés, par les raccords 30 et des tubes 37 à travers des passages tubulaires 38 qui traversent la lame d'eau 39 de la. chaudière .
Dans les éléments surchauffeurs représentés
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aux fig. 22 à 25, les parties tubulaires à passages multi- ples sont orientées de manière à offrir à l'impact des gaz chauffants la moindre surface possible et à permettre en- tre eux une circulation facile de ces gaz avec le minimum de perte de charge .
La fig. 26 représente une section à tra- vers plusieurs éléments d'un échangeur de chaleur, par exem- ple, un réchauffeur d'eau ; chaque élément comporte une partie constituée conformément à l'invention par rapproche- ment et soudage de portions longitudinales de la paroi in- terne d'un tube normal ; dans l'exemple représenté, chacune de ces portions d'éléments comporte trois passages d'eau 5 séparés par des cloisons 7 comme dans le cas des fig. 3 à 5 et une ailette longitudinale 2 constituée comme dans le cas des fig.l et 2. Les éléments sont disposés en quin- conces en ce sens que les passages de fluide 5 de chacun sont au droit des cloisons 7 de ses voisins ; on a ainsi constitué entre eux, des passages en zig-zag pour le fluide chauffant qu'on a supposé circuler en direction transversa- le de celle des éléments .
Les éléments échangeurs de chaleur réalisés conformément à l'invention conviennent particulièrement bien pour la construction de surchauffeurs et autres appa- reils fonctionnant sous des pressions élevées et soumis à de hautes températures, par exemple, certains échangeurs utilisés dans le traitement des huiles ; leur emploi n'est toutefois pas limité à ces cas, pas plus qu'aux disposi- tions décrites à titre d'exemple .
Des modifications de détail peuvent être apportées aux modes de réalisation de l'invention sans que
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pour cela on sorte nécessairement du cadre de l'invention.