<Desc/Clms Page number 1>
"Echangeur de chaleur à surface, en particulier réfrigérant"
L' invention se rapporte à un échangeur de chaleur à surface, en particulier à un réfrigérant convenant au refroidissement de liquides visqueux (par exemple des huiles lubrifiantes), et appartient, par son objet, au groupe d'échangeurs de chaleur, dans lesquels la transmission de la chaleur se produit entra deux agents dont lécoulement s'effectue dans deux espaces d'action séparés l'un de l'autre, à travers une cloison séparant les espaces d'action l'un de l'autre.
Dans les échangeurs de chaleur de ce, type, il est désirable, du point de vue de l'efficacité de la transmission de la chaleur, que les agents an écoulement, dans le cas du refroidissement d'un liquide au moins le liquide à refroidir, soient conduits à travers leur propre espace d'action dans des couchas aussi minces que possible, ce qui, particulièrement dans le cas du refroidissement de liquides visqueux, augmentera cependant la résistance à l'écoulement.
L'invention permettra que, tout en diminuant 1*'épaisseur de la couche d'écoulement dans, une très forte mesure, le défaut mentionné soit éliminé grâce au fait qu'avec le dispositif selon l'invention, au moins un des agents en écoulement s'écoule, en plusieurs bandes larges, le long de secteurs d'écoulement de longueur relativement courte.
Dans ce but, il est prévu, à la surface-limite de l'espace d'action de l'agent d'écoulement, lequel espace affecte essentiel- lement,la forme d'un interstice, des canaux pour la conduite de
<Desc/Clms Page number 2>
l'agent, raccordés alternativement aux côtés d'amenée et de sortie de l'interstice, chacun de ces canaux étant fermé à son extrémité opposée à celle du raccord, de sorte que l'écoulement s'effectue, dans l'interstice entre deux canaux d'amenée et de sortie de l'agent, dans la direction transversale à la direction longitudinale des canaux, en empêchant, en même temps, qu'un passage direct se produise le long des canaux.
Abstraction faite des canaux d'extrémité éventuels, l'écoulement de l'agent dans l'interstice s'effectuera donc de chaque canal d'amenée vers le canal ou les canaux de sortie voisins, sur les deux côtés, sur des secteurs raccordes en parallèle l'un à l'autre et en construisant ces canaux d'une manière convenable, ilsera poss ible d'assurer que la longueur du chemin d'écoule- ment n'excède point la valeur, dépendant de la qualité matérielle (par exemple de la viscosité) de l'agent, à laquelle, par suite de l'augmentation de la résistance à l'écoulement, le rendement du di spositif deviendrait sensiblement plus mauvais.
En même temps, c'est la largeur de la bande d'écoulement, déterminée par la longueur uu canal, qui assurera la section transversale nécessaire d'écoulement, de sorte que, malgré la dimension réduite de l'interstice, il ne faudra pas aug menter la vitesse d'écoulement dans une mesure qui pourrait provoquer une augmentation de la résistance à l'écoulement, qui réduirait le rendement. Pour assurer que, dans les canaux d'amenée et de sortie également, la résistance à l'écoulement ne dépasse pas la valeur admissible, ces canaux possèdent une dimension en largeur s'élevant à un multiple de l'épaisseur de l'interstice, puisqu' ils doivent laisser passer la quantité d'agent s'écoulant aux deux côtés à travers la section transversale entière de l'interstice.
Le fait de choisir la dimension de l'interstice de cette manière facilitera en même temps la distribution uniforme de l'agent dans la section transversale de l'intrestice, le long de la longueur du canal.
Il va sans dire que, dans le cas du refroidissement d'un liquide, c'est en premier lieu l'espace d'action dans lequel le liquide à re- froidir s'écoule, et le cas échéant cet espace/d'action seul, qui sera construit de manière conforme à l'invention qui vient d'être décrite.
Les canaux pour le passage des agents pourront aussi être prévus dans les parois de séparation mêmes, par lesquelles les espaces d'action sont séparés l'un de l'autre; mais dans ce cas il faudra, si les parois de séparation sont des plaques, dans lesquelles les canaux sont réalisés par emboutissage, que l'agent qui s'écoule au côté des plaques qui est opposé à celui dans lequel les canaux sont enfoncés, soit, pour éviter les chocs d'écoulement, conduit dans la direction longitudinale des canaux, ce qui n'est pas tou-
<Desc/Clms Page number 3>
jours désirable. au point de vue constructif.
Pour cette raison, il sera, également selon l'invention, avantageux de prévoiras canaux sur des pièces d'insertion spéciales qui sont insérées dans l'espace d'action contenant les canaux, en face des parois de séparation effectuant la transmission de la chaleur, en ménageant l'interstice d'écoulement nécessaire.
De telles pièces d'insertion pourront être prévues aussi bien dans le cas des échangeurs de chaleur à plaques que dans celui des échangeurs de chaleur à tubes, dans le cas du premier dispositif sous la forme de feuilles d'insertion planes prévues entre les plaques planes, et dans le cas du second dispositif sous la forme de baguettes d'insertion placées dans les tubes, et, étant donné que, dans des tubes, des baguettes d'insertion peuvent se monter facilement et avec précision, même dans le cas d'une dimension d'interstice très réduite, le dispositif à tubes convient d'autant mieux pour les buts de refroidissement, que dans le seul cas dont il faut tenir compte dans la pratique, c'est-à-dire dans le cas où c'est l'agent à refroidir (par exemple l'huile)qui s'écoule dans l'interstice entre les tubes et les pièces insérées, il ne faudra,
dans la construction de, l'espace d'action de l'agent réfrigérateur dont la quantité est abondante comparée à. celle de l'agent à refroidir, pas se soucier de la production de conditions d'écoulement spéciales, ni des points de vue de construction que ces conditions détermineraient.
Des formes de réalisation indiquées à titre d'exemple de l'échangeur de chaleur selon l'invention, comportant des pièces d'insertion et servant de réfrigérant, ainsi que des détails essentiels du point de vue de l'invention, de ces formes de réalisation, sont représentés aux Figs. 1-14 des dessins annexés.
Dans ces dessins, les Figs. 1 et 2 montrent un réfrigérant à plaques planes, respec tivement en coupe perpendiculaire aux canaux et en coupe suivant la direction longitudinale des canaux; les figures 3 et 4 montrent des variantes, qui diffèrent du dispositif représenté en Fig. 2, des canaux insérés de ce réfrigérant, tandis que la Fig. 5 montre la vue en perspective d'une pièce insérée de réalisation différente, de ce même réfrigérant. la Fig. 6 est une vue en coupe longitudinale, et la Fig. 7 une vue en coupe transversale d'un réfrigérant à tubes, dont les baguettes insérées, disposées da diverses manières., sont représentées en coupe longitudinale dans les Figs. 8 et 9 et en coupe transversale dans les Figs. lo-12. Enfin, les Figs.
13 et 14 représentent deux variantes du réfrigérant à tubes, dans lesquelles l'espace d'action de l'agent refroidi est divisé en deux étages raccordés en série.
Dans le cas d'un dispositif à plaques planes selon les Figs. 1
<Desc/Clms Page number 4>
et 2, l'agent réfrigérant s'écoule entre les plaques de transmission de chaleur 1 et 2, dans la direction des flèches 3-3', dans les espaces d'action 4, tandis qu'entre les plaques-limites de chaque paire d'espaces d'action de ce genre, est renfermé alternativement l'espace d'action 5, ayant la forme d'un interstice, ,de l'agent refroidi.
L'interstice est forme dans ce dernier espace d'action, avec les pla- ques, par la pièce insérée 6 ayant la forme d'une feuille insérée avec un certain interstice par rapport à ces plaques, la dite feuille étant tenue à une distance donnée des plaques au moyen des tétons emboutis sur les plaques Entre deux plaques planas voisines, il peut être inséré une seule pièce d'insertion ; selon la partie inférieure de la Fig. 1 cependant, la pièce insérée peut aussi être aivisée.
Sur les deux côtés des pièces insérées, en alternant mutuellement sur cnaque côté, sont prévus les canaux d'amenée 8, respectivement 8', et les canaux de sortie 9, respectivement 9', lesquels, dans le dispositif selon les figures, sont taillés dans la pièce avec un fond en pante, de telle Manière que les canaux d'amenée 8, 8' possèdent leur profondeur maximum du côté de l'amence de l'agent à refroidir, tandis que les canaux de sortie 9, 9' possèdent leur profondeur maximum du côté de la sortie de l'agent, alors que sur le coté opposé respectif le fond en pente atteint la surface plane de la pièce d'insertion, encore à l'intérieur de l'interstice, de talle manière que par suite du fait que les canaux s'arrêtent en ces endroits,
il ne se produit point de connexion directe, à travers ces canaux, entre le côté d'amenée et le coté de sortie de l'interstice. Aux extrémités des canaux, l'interstice est, en outre, aussi fermé au moyen des épaulements 10 emboutis dans les plaques sur leur côté tourné vers la pièce insérée, de sorte que l'agent à refroidir pourra entrer dans les canaux d'amenée 8, 8', suivant la direction des flèches 11, tel qu'il ressort de la Fig. 2 représentant la coupe suivant la ligne x x de la Fig.
l, et, étant réparti le long (le la longueur du canal, l'agent à refroidir sera forcé de passer dans ces canaux d'amenée et dans l'interstice, suivant la direction transversale a la direction longitudinale du canal, vers les canaux de sortie 9, 9', et finalement, après avoir été guidé dans ces derniers canaux suivant la direction de la flècne 12, il quittera l'espace d'action refroiui, du côté de sortie de l'interstice, à travers la section transversale de canal la plus grande des canaux de sortie qui se trouvent à cet endroit.
Selon cette disposition, l'agent réfrigérant s'écoulera, dans les parties 4 de l'espace d'action, suivant une direction transversale à la direction longitudinale des canaux, c'est-à=dire par rapport à l'agent refroidi s'écoulant dans l'interstice, sur les deux côtés de chaque canal, alternativement en équicourant et en contre-courant, de sorte qu'on pourra produire un refroidissement très efficace dans
<Desc/Clms Page number 5>
l'interstice mince de grande largeur, avec une vitesse d'écoulement faible, et, par conséquent avec une résistance peu élevée à l'écou- logent.
Pour assurer la constance de la dimension d'interstice entre les plaques et les pièces insérées dans l'espace d'action de l'agent réfrigérant, il sera avantageux de prévoir, entre les plaques 1 et 2, des pièces de support 13, 13' 13" dont la construction pourra être diverse; afin d'éviter une augmentation de la résistance à l'écoulement, ces pièces, qui- pourront par exemple être obtenues à partir de tôles par emboutissage ou pliage, sont disposées avec leurs faces suivant la direction d'écoulement de l'agent réfrigérant, céest-àdire avec leurs arêtes opposées à l'écoulement.
A leurs bords du côté d''amenée et du côté de sortie, les pièces insérées possèdent, selon la Fig. 4, une section transversale émoussée, respectivement -afin de guider l'amenée et la.sortie - selon les Figs. 2 et 3, une section transversale pointus. Les Figs. 3 et 4 montrent à plus grande échelle, la coupe le long des canaux de la pièce insérée 6, dans le cas de deux variantes dans lesquelles les canaux 8 (respectivement 9' etc..} possèdent une profondeur uniforme entre leurs extrémités ouvertes et fermées. Dans le cas d'un dispositif selon la Fig. 4, le canal est originalement évidé sur toute sa longueur entre les bords de la pièce insérée, et est fermé ultérieuremnt, à l'extrémité devant être fermée, par brasure ou soudure, éventuellement en y serrant un coin de fermeture 14.
Les canaux de profondeur uniforme selon les Figs. 3 et 4 peuvent, dans les dispositifs selon les Figso 1 et 2, s'employer d'une manière entièrement équivalente aux canaux ayant des fonds en pente, vu que, comme il ressort da la Fig. 1, les canaux se trouvant aux côtés opposés de la pièce insérée sont disposés alternativement les uns entre les autres,et l'emploi des canaux à.fond en pente n'est particulièrement motivé que dans le cas où(de la manière qui correspond aux Figs. 8 et 10 qui seront décrites dans la suite) les canaux se trouvant aux deux côtés de la pièce insérée sont disposés, opposés les uns aux autres par paires, de telle manière qu'audessous d'un canal d'amenée se trouve toujours un canal de sortie.
Dans ces cas (et particulièrement dans le cas du dispositif selon les Figs. 8 et 10), la construction en pente du fond de, canal est une nécessité constructive qui n'entraîne cependant aucun inconvénient du point de vue du fonctionnement correct, puisque ce sont effectivement des quantités d'agent diminuant graduellement qui doivent s'écouler à travers les sections transversales de canal qui, par suite du passage de liquide dans ou hors de, l'interstice,
<Desc/Clms Page number 6>
diminuent vers l'extrémité fondée du canal.
La section transversale de canal nécessaire dans chaque cas est d'ailleurs assurée par la largeur du canal, laquelle s'élève, comme il ressort de la Fig. 1, et conformément à la défintion de l'invention donnée ci-dessus, a un multiple de l'épaisseur'de l'interstice.
Toutefois, quelle que soit la conformation des canaux, ou quelle que soit leur disposition les uns par rapport aux autres des deux cotes de la pièce insérée, ou bien les uns an face clos autres, il sera avantageux, pour assurer l'uniformité de l'écoulement dans l'interstice sur la surface entière de la pièce insérée, de les répartir parallèlement entre eux et avec des intervalles égaux, sur la surface de la pièce insérée, c'estr- à-dire d'une manière uniforme pour ce qui concerne les distances qui les séparent les uns des autres.
Les pièces insérées pianos selon les dispositifs décrits jusqu' ici peuvent être massives'ou bien creuses; par cette seconde alternative, il faut entendre que les deux côtés de la pièce insérée sont constitués par des tôles tournées l'une contre l'autre et réunies l'une à l'autre par exemple par brasure ou soudure, les canaux étant fertiles dans ces tôles par emboutissage.
Dans le cas d'une pièce insérée massive, la réalisation la plus simple au point de vue delà construction paraît être celle selon la Fig. 5, qui comporte des canaux d'amenée 8 et de sortie 9 entièrement coupés dans la direction de l'épaisseur de la pièce insérée. Conformément au but dans lequel ils sont prévus, ces canaux aboutissent avec leurs extrémités ouver- tes alternativement vers les côtés d'extrémité opposés (vers celui d'amenée resp vers celui de sortie) de la pièce insérée, de sorte que chaque section servira, pour les deux surfaces latérales de la pièce insérée, comme canal d'amenée reesp.
de sortie, duquel l'agent refroidi s'écoulera donc dans l'interstice vers le canal voisin, d'une manière identique sur les deux côtés de la 'pièce insérée, suivant la direction des flècnes 15, respectivement 15' et 16, respectivement 16'.
Les Figs. 6 et 7 montrent une forme de réalisation comportant des tubes, du réfrigérant selon l'invention; la Fig. 6 est une coupe du réfrigérant suivant la direction longitudinale des tubes, tandis que la Fig. 7 montre une coupe transversale faite perpendiculairement aux tubes.
Les tubas de refroidissement 17 sont fixés, a leurs ex- trémités, Clans des parois de fixation 18-19 prévues dans l'enveloppe du réfrigérant, par exemple par soudure ou par écrasement; les parois de fixation sont serrées a l'aide de vis contre les couvercles frontaux 20, 21 de l'enveloppe du réfrigérant, de manière à former entre elles et ces derniers, des chambres d'amenée, respec- tivement de sortie 22 et 23, pour les liquides à refroidir, aux-
<Desc/Clms Page number 7>
quelles se raccordent les tubulures d'amenée et de sortie 24', resp. 24" du liquide à refroidir.
L'agent réfrigérant - qui, dans le dispositif indiqué à titre d'exemple, est de l'air - s'écoule entre les parois de fixation des tubes 18,19, de bas en haut, en direction perpendiculaire aux tubes, de l'orifice ouvert inférieur 24 de l'enveloppe du réfrigérant vers son orifice de sortie supérieur 25, entre les plaques de refroidissement 26, frettées sur les tubes pour augmenter l'action réfrigérante.Dans les tubes de refroidissent individuels, on insère avec l'interstice d'écoulement nécessaire, des baguettes d'insertion 27 qui s'étendent, avec leurs extrémités pointues, dans les chambres d'amenée et de sortie de l'agent à refroidir;
ces extrémités pointues des baguettes d'insertion, tout en guidant le flux d'agent à refroidir vers les tubes, facilite aussi le démontage, en vue du nettayage ou de le réparation, des pièces d'insertion des tubes. .
Les baguettes d'insertion 27 sont représentées, en plusieurs variantes de construction, en coupe longitudinale, respectivement transversale, dans les Figs. 8-12. Les Figs. 8 et 10 montrent une baguette d'insertion sur laquelle sont prévus, en opposition diamétraie, un canal d'amenée 8 et un canal de sortie 9, tous les deux avec fond en pente, de façon à ménager entre eux une paroi de fond 28, montant en pente. Dans le dispositif selon les Fige. 9 et 11, la pièce insérée à extrémitê émoussée possède également, agencés l'un en face de l'autre, un canal d'amenée et un canal de sortie, lesquels ont cependant une profondeur uniforme.
Par opposition à ces réalisations, la Fig. 12 montre la coupe transversale d'une ba- 'suette d'insertion d'un tel genre, sur laquelle sont prévus, alternant régulièrement à 90 dans la direction périphérique, deux canaux d'amenée 8, 8' et deux canaux de sortie 9, 9'. Les baguettes d'insertion sont tenues en position centrale dans les tubes au moyen des tétons 29 de fixation d'intersice; ces tétons sont formés par endroits sur les baguettes, par picotage ou par refoulement, éventuellement en les appliquant par soudure, et sont ensuite affûtés à la faible dimension d'interstice requise.
Entre la surface intérieure du tube et la bavette d'insertion, on obtient ainsi, selon la Fig. 11 un interstice d'écoulement 5, dans lequel l'agent à refroidir s'écoule le long de la surface périphérique de la baguette, suivant la direction transversale, de l'un des canaux à l'autre canal, situé en face de ce premier, et dont l'épaisseur est très réduite et peut même, le cas échéant, être ajustée à un ordre de grandeur de 0,1 à 0,2 mm.
Conformément à ce qui a été dit plus haut, cet insterstice doit évidemment être fermé aux xtrémités des tubes, afin d'assurer que e n'est toujours qu'à travers l'extrémité ouverte du canal que l'écoulement dans l'interstice et
<Desc/Clms Page number 8>
la sortie de l'interstice, aux côtés d'amenée resp, de sortie,
EMI8.1
peuvent s'effectuer; cette forueture peut être réalisée de la ma- nière la plus simple par l'emboutissage circulaire des extrémités des tuyaux sur les pièces insérées.
'jetant donné que l'interstice étroit entre la surface intérieure du tuba et la baguette d'insertion peut se boucher sous l'effet
EMI8.2
des Í1D,Jure tés éventuelles de l'agent à refroidir, il importe, particuliè'cel:;elJt dans le cas du refroidissement d'huile de lubréfaction, qu'il soit possiole, dans ce cas également, de maintenir la conti- nuité de l'écoulement de l' agent à refroidir. Dans ce but, la construction représentée titre d'exemple aux fibres 6 et 7 est munie
EMI8.3
d'une SOU1JCL}8 de sûreté qui s' ouvre lorsque la preixioii L1ci.illtelJélllt l'écoulement s'accroît par suite de l'augmentation de la réHistrince à 11coulpjieiit.
Cette soupape JO, do préférence cnargée par un ressort, est montée dans un tuyau 31 qui est également fixé dans les parois de fixation 18,19 des tubes réfrigérants et qui, dans le cas de son ouverture, ouvre à l'agent réfrigérant une voie de
EMI8.4
r.lsto1J.r raccordée en parallèle aux tubes de refroidissement.
La sou- pape de sûreté 30 peut aussi être combinée avec n'importe quel dispositif de signalisation connu en soi, lequel annonce, par ses signaux, l'obturation des tubes du réfrigérant et la nécessité d'un nettoyage
Par l'augmentation du nombre d'éléments réfrigérants (par exem-
EMI8.5
pile tubes de refroidissement et pièces insérées), l'action réfrigéraute peut être ai) à discrétion, la réfrigérant jjeut aussi étre rendu apte à laisser passer la quantité qu'on voudra d'agent a refroidir, r our augmenter l'action réfrigérante, il e,3t, en outre,
aussi possible de raccorder les éléments du réfrigérant en deux ou plusieurs étages agencés en série, de sorte que le re-
EMI8.6
froidissement s'effectue dans deux ou plusieurs secteurs successifs.
:1 titra d'exemple, deux variantes ci¯'une telle construction de réfrigérant sont représentées d'une manière schématique, dans le cas
EMI8.7
d'un réfrigérant à tubes, aux FigSo 13 et 14..Selon la li'i. 16, les tubes de refroidi sse.,iient 17 sont cintrés en fon.-ie de U clt clallS chaque branche de tube est placée une baguette d'insertion, de sorte que l'agent déjà. préalablement refroidi quittant l'une des branches de tube, passedans l'autre branche de tube.
Suivant le
EMI8.8
dispositif employé, les cl1aJ1J1Jres d'amenée resp. de sortie 22 et 23 du réfrigérant à deux étages, sont disposées, l'une séparée de l'autre au moyen d'une paroi de séparation, du même côté du réfri- gérant. C'est, en principe, le même dispositif qui est employé dans le cas de la variante comportant également des étages, représentée en Fig. 14, avec la différence que, dans ce cas, il est prévu, pour
<Desc/Clms Page number 9>
chaque étage, des faisceaux de tubes réfrigérants indépendants qui débouchent dans une chambre collectrice 32, au côté du réfrigérant qui est opposé aux chambres 22, 23.
,
Dans les variantes d'exécution du réfrigérant, respectivement de l'échangeur de chaleur, décrites ci-dessus, on pourra, en plus de ce qui a été indique, aussi construire les pièces insérées d'une manière très variée selon différents points de vue. Etant donné que les pièces insérées ne servent en réalité que pour ajuster la dimension de l'interstice, mais ne prennent aucune part à la transmission de la chaleur entre les agents en écoulement, les pièces d'insertion peuvent également être établies en des matières nonmétalliques, du moment que, ces matières sont telles que l'agent à refroidir, par exemple l'huile, ne les attaque pas.
Pour faciliter la sortie vers l'interstice, respectivement le retour de l'inters tice, les canaux peuvent aussi être émoussés le long de leurs arêtes longitudinales (selon la Fig. 11 au moyen de l'arrondi 33 ou selon la Fig. 12) au moyen du chanfrein 34). Dans le cas d'un échangeur de chaleur, ou d'un réfrigérant à tubes, il est, enfin, aussi possible d'établir les canaux des baguettes insérées en forme hélicoïdale, tout en maintenant leur espacement mutuel uniforme.
REVENDICATIONS.
1 - Echangeur de chaleur à. surface, pour la transmission de la chaleur entre des agents s'écoulant dans des espaces d'action séparés l'un de l'autre par des parois de séparation, partculiè- rement pour le refroidissement de liquides visqueux, caractérisé par le fait que sur la surface-limite de.
l'espace d'action, ayant la forme d'un interstice, de l'un des agents, sont prévus des canaux pour la conduite des agents, qui ont une largeur s'élevant à un multiple de l'épaisseur de l'interstice et sont raccordés alternativement au côté d'amenée et au côté de sortie de l'inters- tice, chacun de ces canaux étant fermé à son extrémité opposée à celle du raccord, de sorte que, tout en empêchant le passage direct le long des canaux, l'écoulements'effectue, dans l'inters- tice entre chaque, paire de, canaux d'amenée et de sortie voisins, dans la direction transversale à la direction longitudinale des canaux.