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Perfectionnements apportés aux échangeurs de chaleur à surfaces tubulaires.
La présente invention concerne des échangeurs de chaleur à surfaces tubulaires dans lesquels le courant du fluide est parallèle aux tubes dans les deux cas, un fluide, à savoir le plus chaud, passant à travers les tubes, tandis que l'autre traverse les espaces entre les tubes, de préférence en sens opposé au premier, c'est-à-dire en appliquant le principe des contre-courants.
La rapidité de la transmission thermique augmente avec la vitesse d'écoulement du fluide le long des surfaces
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et, lorsque de telles constructions sont employées comme échangeurs thermiques de récupération dans une installation de turbine à gaz, la vitesse d'écoulement du fluide sur les surfaces externes doit être supérieure à la vitesse d'écou- lement dans les tubes si l'on veut réaliser les conditions de fonctionnement requises en vue du meilleur rendement.
Ceci résulte du fait que le fluide passant à l'extérieur des tubes est à une pression plus élevée et qu'une chute de pression de ce fluide amène une perte de débit sensi- blement moindre qu'une chute de pression analogue du liquide à basse pression traversant les tubes. Toutefois, il existe une limite pratique au-dessous de laquelle l'écartement des tubes ne peut pas être réduit, ce qui a pour effet, notam- ment lorsque les tubes ont un faible diamètre par exemple, que la section transversale laissée au courant traversant les espaces entre les tubes est beaucoup plus grande qu'il n'est nécessaire pour correspondre à l'emploi le plus effi- cace de la chute de pression en vue de produire un courant de fluide à travers ces espaces.
L'invention vise à augmenter la rapidité du trans- fert thermique en augmentant la vitesse du courant de fluide le long des surfaces externes des tubes.
L'invention consiste en un échangeur de chaleur à surfaces tubulaires muni d'éléments de remplissage dispo- sés dans les espaces entre les tubes et orientés parallèle- ment à ces derniers, afin de réduire la section de passage à travers ces espaces.
L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon le paragraphe précédent, dans lequel les éléments de remplissage sont constitués par des plaques disposées entre des rangées adjacentes de tubes.
L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon le paragraphe précédent, dans lequel ces plaques règnent sur toute la largeur de l'échangeur.
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L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon le premier des trois paragraphes précédents, dans lequel les éléments de remplissage sont constitués par des systèmes composites consistant en paires de plaques minces séparées par un intervalle présentant des nervures internes et obturé aux extrémités, ou élargi par endroits ou ondulé, de façon à s'adapter entre les tubes.
L'invention consiste en outre en un échangeur de chaleur selon le premier des quatre paragraphes précédents, dans lequel les éléments de remplissage sont constitués par des barres métalliques ou des tubes métalliques obturés à aux une ou/deux extrémités.
L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon un quelconque des cinq paragraphes précédents, dans lequel les éléments de remplissage sont en contact avec les tubes, augmentant ainsi la surface de chauffe externe effective.
L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon un quelconque des six paragraphes précé- dents, muni d'un orifice d'accès séparé pour chaque courant ou pour les deux courants.
L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon le deuxième ou le quatrième des sept para- graphes précédents, dans lequel les éléments de remplissage sont établis en faibles longueurs, ou dans lequel l'envelop- pe est munie d'une large et longue ouverture pourvue d'un couvercle.
L'invention consiste en outre en un échangeur de chaleur selon le quatrième et le cinquième des huit para- graphes précédents, dans lequel on prévoit des barres mé- talliques munies de petites saillies d'extrémité, en con- tact avec les plaques tubulaires.
L'invention consiste également en un échangeur de chaleur selon le deuxième, le troisième, ou le quatrième des neuf paragraphes précédents, dans lequel les plaques de remplissage sont retenues par une saillie solidaire de
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l'enveloppe.
L'invention consiste également en des échangeurs de chaleur en substance comme décrit ici en se référant aux dessins annexés.
Dans les dessins échématiques annexés :
La fig. 1 est une vue en coupe verticale et trans- versale d'une partie d'un échangeur de chaleur comportant un mode d'exécution de la présente invention.
La fig. la est une vue analogue d'une partie d'un échangeur de chaleur comportant une variante de la disposi- tion des éléments de remplissage.
La fig. 2 est une coupe longitudinale d'un échan- geur de chaleur.
Les figs. 3,3a, 4 et 5 sont des coupes transver- sales et verticales de quatre variantes de disposition des éléments de remplissage.
La fig. 6 est une élévation, partie en coupe, d'une variante de construction d'un échangeur de chaleur.
La fig. 7 est une coupe transversale et verticale selon la ligne VII-VII de la fig. 6.
La fig. 8 est une vue en plan et en coupe d'une autre variante de l'échangeur de chaleur.
La fig. 9 est une coupe transversale et verticale suivant la ligne IX-IX de la fig. 8.
La fig. 10 est une élévation, partie en coupe, d'une autre construction de l'échangeur de chaleur.
La fig. 11 est une coupe transversale et verti- cale selon la ligne XI-XI de la fig. 10.
La fig. 12 est une élévation d'un détail, et
La fig. 13 est une élévation d'un autre détail.
Lors de la mise en oeuvre de l'invention selon un mode d'exécution approprié, représenté à titre d'exemple dans la fig. 1 et appliqué à un échangeur de chaleur dont les tubes sont disposés en triangles, on prévoit des barrer
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d'acier de section circulaire dans l'espace entre chaque série de trois tubes adjacents, la disposition étant telle que les barres a sont en contact avec les trois tubes c.
Dans ce cas, la dilatation thermique dans le sens radial des éléments les plus chauds aura pour effet de presser les éléments de remplissage a au contact étroit des tubes c, avec légère déformation, non préjudiciable, de ces derniers.
Dans la variante selon la fig. la, les barres b ne sont en contact qu'avec deux tubes c.
Le fluide passant à l'extérieur des tubes c pénè- tre dans l'enveloppe à l'extrémité d en un courant transver- sal, par exemple comme indiqué dans la fig. 2, c'est-à-dire en un courant sensiblement perpendiculaire à celui qui longe les tubes, ce fluide quittant l'enveloppe à l'autre extré- mité e en un courant transversal analogue. Les éléments de remplissage a ou b sont plus courts que les tubes de l'échangeur, de façon à ne pas empiéter, ou en tous cas, ne pas empiéter d'une manière excessive sur les parties des espaces intra-tubulaires dans lesquels passent ces courants t ransversaux.
Les éléments de remplissage sont de préférence étroitement calés entre les tubes, ce qui dispense de la prévision de plaques transversales ou organes analogues destinés à empêcher l'affaissement des tubes.
On peut prévoir des moyens destinés à empêcher le déplacement des éléments de remplissage le long des tubes.
Les barres de section circulaire peuvent être remplacées par des barres d'une autre section ou des tubes de toute section voulue.
Dans la variante selon la fig. 3, à tubes répartis en carrés, les éléments de remplissage a sont disposés, tout comme dans la fig. 1, de façon à être en contact avec tous les tubes adjacents de l'échangeur, tandis que dans la variante selon la fig. 3a, les éléments d ne sont en contact
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qu'avec certains des tubes c.
Dans la variante selon la fig. 4, on prévoit des plaques ondulées f, entre les séries de tubes c, tandis que dans la fig. 5 on prévoit entre ces derniers des plaques planes ou des paires assemblées de plaques g. Lorsqu'il est fait usage de paires de plaques composites, les bords de celles-ci peuvent être obturés.
Lorsqu'on emploie, comme éléments de remplissage, des barres ou des tubes obturés, ces éléments peuvent être insérés à travers les trous à tubes prévus dans la plaque tubulaire. Par exemple après avoir inséré les tubes dans la rangée inférieure, on peut introduire les barres de rem- plissage à travers la rangée suivante de trous, avant que les tubes ne soient insérés dans celle-ci et ainsi de suite; toutefois, pour faciliter la mise en place ou l'enlèvement des éléments de remplissage, on peut prévoir une ouverture d'accès avec couvercle B, comme indiqué dans les figs 6 et 7, lesquelles représentent un réchauffeur à simple courant.
Pour un réchauffeur à double courant ou à courants multiples, on peut prévoir une ouverture d'accès distincte pour chaque courant, ou une seule ouverture donnant accès aux deux courants, comme montré en C dans les figs. 8 et 9.
Lorsque les éléments de remplissage sont constitués par des tôles, bandes ou analogues, comme dans les figs 4 et 5, ils peuvent être établis en courtes longueurs pour la facilité de l'introduction, ou l'enveloppe peut être munie d'une ouverture et d'un couvercle larges et longs, comme indiqué en D dans les figs. 10 et 11.
Pour empêcher les déplacements longitudinaux des éléments de remplissage, on peut munir les éléments en forme de barres de petites extensions d'extrémités E qui viennent en contact avec les plaques tubulaires, comme montré dans la fig. 12, tandis que les mêmes déplacements des éléments en forme de bandes peuvent être empêchés par un taquet fixé
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à l'enveloppe ou solidaire de celle-ci, comme montré dans la fig. 13.
REVENDICATIONS.
1.- Echangeur de chaleur à surfaces tubulaires, muni d'éléments de remplissage disposés dans les espaces entre les tubes et orientés parallèlement à ces derniers, afin de réduire la section de passage à travers ces espaces.