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Dispositif échangeur de température
La présente invention est relative aux échangeurs de température composés de conduits permettant la circula- @ tion d'un fluide interne, 'par exemple eau, vapeurs, courant électrique, etc..., et d'ailettes en contact avec le fluide extérieur, par exemple l'air.
Pour l'établissement d'échan- geurs de température de ce genre, il est préférable d'utiliser . @ des tôles minces, s.ervant à établir des surfaces d'échange de température perforées et disposées transversalement à la direction d'écoulement du fluide extérieur, ces surfaces possédant des dimensions très réduites dans le sens de l'écou- lement du fluide extérieur, et étant disposées parallèlement à l'axe des conduits parcourus par le fluide intérieur, les
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surfaces en question étant reliées à ces conduits à la manière d'ailettes ou nervures longitudinales.
Les surfaces d'échange de température de ce genre peuvent consister en des feuilles dans lesquelles on a formé des ouvertures ou perforations, ou peuvent consister encore en des groupes de fins éléments en fils ou en bandes ou rubans métalliques, par exemple de manière à former un réseau.
Les surfaces d'échange de température de ce genre sont intéressantes du fait de leur poids réduit,dû à leurs éléments en réseau de faible épaisseur par rapport à l'importance de leur surface, et présentent encore des avantages importants, du point de vue technique en matière de chauffage.
Un échange de température efficace est aidé en premier lieu par le fait que, comme on l'amentionné ci-dessus, la dimen- sion de la surface d'échange de température dans le sens de sa traversée par le fluide extérieur est très réduite. La raison pour laquelle ceci constitue un avantage consiste dans le fait que plus la différence de température utile moyenne calculée pour l'ensemble de la surface de chauffage, entre l'élément de chauffage et l'air est grande, plus le transmission de chaleur sera favorable. En conséquence, une transmission de chaleur satisfaisante sera obtenue si chaque particule de la quantité totale du fluide extérieur quitte le corps d'échange'de température après un trajet aussi court que possible, et après avoir été chauffée seulement dans une faible mesure.
De plus, on doit tenir compte du fait que, dans le cas des types habituels des dispositifs échangeurs de température,dans lesquels le fluide extérieur est obligé de passer sur les surfaces d'échange de température suivant un trajet plus ou moins long, une couche d'air isolante (couche de Prandtl) se formera
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le long des surfaces d'échange de température et adhérera à celles-ci, cette surface prenant une épaisseur d'autant plus grande que la longueur du trajet d'échange de température sera elle-même grande, en diminuant sensiblement le coefficient de transmission thermique.
Par contre, l'utilisation des surfaces d'échange de température formées d'une feuille mince percée ou perforée, dont il a été question plus haut, et dans lesquelles la longueur du trajet d'écoulement du fluide extérieur est très réduite, évitera la formation de la couche d'air isolante dont il a été question plus haut, et permettra d'obtenir un co'éfficient de transport de chaleur nobablement plus élevé.
L'invention a pour objet un perfectionnement apporté aux dispositifs d'échange de température de ce genre, et vise en particulier aux moyens permettant de construire les surfaces d'échange de température en utilisant seulement une faible quantité de matière, et ceci de manière très simple, tout en assurant un échange de température intensifié, les possibilités de nettoyage facile restant respectées.
Le dispositif échangeur de température suivant l'invention comprend des éléments en jalousie obtenus,en formant des incisions dans les feuilles, puis en emboutissant la matière de ces feuilles, le fluide extérieur, par exemple de l'air,passant dans les ouvertures ainsi formées. Les éléments présentent comme particularité que leurs ailettes sont recour- bées vers l'extérieur autour d'un de leurs bords situé dans un plan commun, parallèle à l'axe des conduits parcourus par le fluide interne, par exemple les canalisations d'eau chaude, de manière à se trouver situées sur un côté de ce plan, les dites ailettes étant encore réunies à la feuille par des
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parties latérales qui sont toutes situées d'un seul côté de ce plan,
les parties latérales des ailettes successives étant de préférence reliées l'une à l'autre directement, c'est-àdire sans aucune bande intermédiaire.
Du fait de cette construction, le dispositif échangeur de température suivant l'invention possède les avantages substantiels suivants, par rapport aux surfaces d' échange de température présentant seulement de simples perforations:
Alors que,dans le cas de surfaces d'échange de température comprenant de simples perforations, une partie substantielle de la feuille est perdue sous forme de chutes pendant les opérations de découpage, la construction des surfaces d'échange de température suivant l'invention, et dans lesquelles les perforations sont formées en repoussant vers l'extérieur certaines parties de la feuille, ne provoque aucune chute, la totalité de la surface des feuilles étant utilisée en vue de l'échange de température.
De plus, les parties repliées, et même leurs portions latérales, augmentent an fait sensiblement la surface originale de la feuille.
Dans le cas de l'application de l'invention au type de dispositifs échangeurs de température dans lesquels les conduits assurant la circulation du fluide intérieur, par exemple de l'eau chaude, consistent en des tubes de distribution et des tubes collecteurs, une certaine économie est réalisée également dans la quantité de ces tubes, car il est évident que, comme les parties des feuilles appartenant à une certaine longueur de tubes possèdent une surface d'échange de température plus grande, une quantité de tubes moindre sera requise pour obtenir une valeur désirée d'échange de température.
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Dans le cas d'une surface d'échange de température comprenant de simples perforations, les parties supprimées représentent une perte en ce qui concerne la conduction ther- mique, alors que dans le cas des surfaces d'échange de température suivant l'invention, la totalité de la surface originale de la feuille servira à la transmission thermique,même quand certaines parties de la feuille auront été recourbées ou repliées vers l'extérieur. Les parties d'es feuilles qui sont situées entre les conduits parcourus par le fluide interne, et qui sont en contact conducteur de chaleur avec ces conduits,agissent à la manière de nervures longitudinales et accéléreront l'échange de température d'autant plus que leur tempé rature différera moins de la température des conduits.
Si les conduits sont écartés d'une certaine distance l'un de l'autre la température de la feuille sera voisine de la température des conduits et d'autant'plus proche que sera importante la section transversale dans une direction perpendiculaire aux conduits, en vue de l'évacuation de la chaleur depuis ces derniers. La liaison entre les éléments en jalousie suivant l'invention et les bandes non perforées qui réunissent les conduits est assurée au moyen de parties latérales possédant une section égale à celle des parties principales des éléments en jalousie, de sorte que la chaleur continuera à être transmise sans aucune interruption.
En un point quelconque où l'on peut imaginer une section de la surface d'échange de température parallèle aux conduits, on aura la section originale complète, disponible pour poursuivre la conduction de la chaleur.
Il est très important que la surface d'échange de température offre une résistance aussi réduite que possible
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au passage du fluide extérieur qui la traverse, et il faut donc réaliser une section de passage aussi grande que possible pour ce dernier. De même, il est important, en particulier dans le cas de radiateurs de chauffage de locaux, que l'écoulement de l'air soit provoqué par l'effet du poids spécifique de l'air chauffé, différent de celui de l'air froid, et qu'à chaque section transversale appartienne une surface d'échange de température aussi grande que possible. En repoussant vers l'extérieur les éléments en jalousie suivant l'invention, on obtiendra ces deux résultats.
En effet, il est ainsi possible d'utiliser une importante surface d'échange de température,en même temps qu'une importante section ouverte de passage pour l'air, en particulier dans le cas d'une disposition préférée dans laquelle les parties latérales des différents éléments en jalousie sont réunies l'une à l'autre de manière directe,sans laisser place à des sections intermédiaires. Dans le cas de surfaces d'échange de température disposées verticalement ou presque verticalement, l'air qui s'élève sera dérivé d'une manière avantageuse par la surface d'échange de température, sous l'effet de ses saillies en jalousie qui s'étendent obliquement vers le haut, dans le sens du déplacement de l'air.
Les surfaces d'échange de température suivant l'invention possèdent une grande rigidité mécanique, attendu que les portions de la feuille repoussées vers l'extérieur forment un angle avec le plan de la feuille originale; la surface ainsi établie possède un module de résistance élevé contre l'action de forces perpendiculaires au plan de la feuille.
Les surfaces d'échange de température suivant l'invention peuvent être aisément nettoyées, attendu que tous les éléments en jalousie sont repoussés vers l'extérieur du même
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côté de la feuille et que l'autre face de la feuille est lisse ou plane. En conséquence, les mouvements de l'instrument de nettoyage ne sont pas gênés par des saillies.
Enfin, les éléments de jalousie peuvent être aisé- ment formés mécaniquement en ménageant d'abord une fente puis en repoussant le métal vers l'extérieur, autour d'un des bords des bandes formées, ce bord étant situé dans le plan original de la feuille, les bandes étant toutes repoussées du même côté de ce plan, de la manière que l'on décrira plus loin. L'impor- tance et l'intérêt de cette disposition apparaissent immédia- tement si l'on considère que les surfaces d'échange de tempéra- ture établies comme on l'a indiqué ci-dessus sont composées d'une pluralité de fines bandes, dont l'obtention par des moyens mécaniques est la seule que l'on puisse envisager.
Conformément à un autre point de l'invention, et dans une variante, les surfaces d'échange de température ci- dessus décrites ne sont pas disposées dans un plan commun, mais conformées partiellement ou en totalité, de manière à donner naissance à une surface brisée ou courbe, par exemple une surface ondulée ou en zigzag. Ceci permet de réaliser un dispositif d'échange de température possédant une certaine surface d'échange de température, mais occupant un emplacement moins grand. De plus, un cadre ou bâti de dimensions plus réduites et par conséquent moins coûteux pourra être prévu pour recevoir un échangeur de température ainsi établi, et pour une certaine surface d'échange de température on ne devra prévoir qu'un tube collecteur beaucoup plus court, canalisant le fluide interne.
Dans le dessin annexé, on a représenté, à titre d'exemple, deux formes de réalisation préférées du dispositif
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échangeur de chaleur suivant l'invention.
La fig, 1 est une vue partielle en élévation d'une première forme de réalisation.
La fig. 2 montre une coupe verticale passant par la ligne II-II de la fig, 1.
La fige 3 montre en perspective un groupe des éléments en jalousie.
La fig. 4 est une coupe verticale de l'objet de la fig. 3.
La fig, 5 représente schématiquement le procédé de fabrication mécanique de la feuille d'échange de température établie suivant l'invention.
La fig. 6 est une coupe schématique horizontale passant par une seconde forme de réalisation de l'invention,comprenant des feuilles d'échange de température assemblées de manière à suivre une surface brisée en en zigzag.
Dans les fig, 1 et 2, 1 désigne les feuilles d'échange de température perforées, établies de la manière que l'on décrira plus loin, de façon à comporter des saillies en jalousie. 3 désigne les tubes de distribution, reliés de manière conductrice de la chaleur aux dites feuilles, et servant à canaliser le fluide interne. 4 désigne le tube collecteur supérieur, et 5 le tube collecteur inférieur alimentant les tubes de distribution 3. La feuille 1 peut être réunie aux tubes 3, 4, 5, par soudure ou soudure autogène, de manière à assurer le contact métallique nécessaire entre ces parties.
Il est toutefois possible également d'établir ces éléments en une seule pièce, les parties pleines de la feuille 1 étant recourbées pour former des tubes, au lieu d'utiliser les tubes 3, 4, 5,représentés. Des bandes ou brides de soudure ou
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de soudure autogène 6 peuvent être prévues aux lignes de . jonction, dans ce dernier cas, c'est-à-dire au point de jonc- tion des parties de la feuille qui constituent les tubes, comme on l'a représenté en particulier dans la fig, 2 en ce qui concerne les tubes collecteurs 4 et 5.
Les éléments 2 en jalousie représentés à plus grande échelle dans les fig. 3 et 4 et appartenant à la feuille d'é- change de température 1 sont formés de la manière suivante.
Dans la feuille 1, on forme de simples entailles ou .incisions le long de lignes 8 parallèles l'une à l'autre, et les bandes formées entre ces entailles sont repoussées au-delà du plan de la feuille 1 de manière à ce que les saillies formées cons- tituent des groupes d'éléments en jalousie dont chacun d'eux est composé d'une surface oblique 2 et de deux surfaces laté- rales 9 qui prolongent la surface 2 à ses deux extrémités, et sont perpendiculaires à la feuille 1, les dites surfaees latérales pouvant par exemple être de forme triangulaire.
Derrière chaque portion 2 de la feuille on forme un passage 10 et le fluide extérieur, par exemple de l'air, passe par ces passages 10 entre chaque paire d'éléments 2 superposés, en subissant ainsi une dérivation de trajet, de façon à s'écouler contre la surface extérieure d'une saillie,2.-, 9, et la surface intérieure de la saillie suivante, En conséquence, ce fluide vient en contact avec des parties d'échange de température présentant une superficie plus grande qu'avec les feuilles perforées lisses ou unies.
Les saillies en jalousie 2 sont, comme on l'a mentionné plus haut, et du fait qu'il s'agit formées d'un grand nombre de petits éléments en bande, par des moyens mécaniques, et il est possible d'assurer cette fabrication en une seule passe, comme on l'a représenté dans la fig. 5, en
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utilisant un unique poinçon et une unique matrice, désignés respectivement en A et B, établis de façon à former en même temps une cisaille.
Sous l'action du bord coupant al du poinçon désigné en A, et du bord coupant a2 coopérant avec le premier, et appartenant à la matrice fixe B, une incision telle que mentionnée ci-dessus est formée dans la feuille 1, et au cours de la même course du poinçon supérieur A, qui se rapproche de la matrice inférieure B, on forme une bande recourbée vers l'extérieur, et représentée en pointillé dans la fig. 5,bande désignée en 2', cette bande 2' étant recourbée autour de son bord longitudinal . On voit à la gauche des bords coupants al, a2 du poinçon et de la matrice la fouille originale 1 et, à la droite de ces derniers, on a représenté la surface d'échange de température dont la fabrication est achevée. Les différents groupes d'éléments en jalousie sont formés en faisant avancer la feuille 1 vers la droite.
En utilisant un outil composé d'un certain nombre de poinçons, on peut former simultanément tout nombre désiré d'éléments de jalousie.
Suivant la forme de réalisation représentée dans la fig. 6, les feuilles. d'échange de température la sont situées entre les tubes distributeurs 3, et sont formées de la manière que l'on a mentionnée plus haut, en leur faisant suivre une surface brisée ou en zigzag, grâce à quoi il devient possible d'établir des surfaces d'échange de température occupant moins de place.