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PERFECTIONNEMENTS A DES JEUX D'ELEMENTS POUR ECHANGEURS DE CHALEUR.
La présente invention est relative à des échangeurs de chaleur pour le préchauffage de l'air ou d'autres milieux gazeux. Plus spécialement, l'in- vention se rapporte au dessin des surfaces qui sont balayées par les gaz .
Dans des échangeurs de chaleur de ce genre, dans lesquels l'échan- ge de chaleur a lieu entre des milieux gazeux qui ne sont pas en contact di- rect les uns avec les autres, lesdits milieux passant par un certain nombre de canaux dont les parois absorbent la chaleur d'un milieu pour la restituer à l'autre milieu, il est de la plus grande importance que la valeur moyenne du coefficient de transmission de chaleur devienne aussi forte que possible et qu'en même temps la perte de charge se produisant dans l'écoulement dans les canaux ne devienne pas trop grande.
Des surfaces de chauffe suivant l'invention convenant plus parti- dulièrement dans des échangeurs de chaleur du type à régénération, l'invention sera décrite dans ce qui suit, dans un but de simplicité, en se rapportant à ce type seulement, bien que certaines formes de réalisation de l'invention soient applicables aussi aux échangeurs de chaleur du type à récupération.
Naturellement,le coefficient de transmission de chaleur dépend de la structure des parois du canal aussi bien que des dimensions du canal, de sa forme, ., etc.. Bien entendu, la perte de charge elle aussi dépend, dans une large mesure des détails constructifs des canaux. Dans des préchauffeurs d'air du type à régénération, dans les préchauffeurs- d'air Ljungström, par exemple, les canaux ont jusqu'à présent été construits en paquets de plaques, c'est-à-dire en plaques placées l'une à côté de l'autre mais à une certaine distance l'une de l'autre, par suite de quoi des canaux sont formés entre les plaques pour t'écoulement des milieux.
Au moins un côté de chaque canal for- mé de cette manière a été ondulé pour donner aux gaz une certaine turbulence, grâce à quoi la couche limite a été réduite et le coefficient de transmission de chaleur a été augmenté sans que la perte de charge atteigne des valeurs trop élevées. Il est de la plus grande importance pour une bonne transmis- sion de la chaleur que la couche limite soit maintenue à une valeur basse.
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Ainsi que c'est connu, ceci a pour conséquence que des surfaces pourvues de piquants, de saillants aigus et analogues, montrent toujours un fort coef- ficient de transmission de chaleur. La difficulté consiste à obtenir un coefficient de transmission de chaleur élevé sans arriver à une trop forte résistance à l'écoulement. Le type d'éléments qui vient d'être décrit dans les préchauffeurs à régénération à cet inconvénient que le coefficient de transmission de chaleur est assez bas. Cependant, il a en même temps l'avan- tage que la perte de charge est faible. La surface nécessaire dans un pré- chauffeur d'air pour un certain échange de chaleur avec un certain rende- ment est, naturellement, inversement proportionnelle au coefficient de trans- mission de chaleur.
Par conséquent, il est très désirable d'étudier des ca- naux pour un coefficient de transmission de chaleur beaucoup plus élevé, sans que la perte de charge devienne grande.
L'invention a pour objet un nouveau type de surface chauffante possédant des propriétés très avantageuses en ce qui concerne le coefficient de transmission de chaleur et la perte de charge, comparativement aux construc- tions de canaux employés jusqu'à présent, et par lesquelles on obtient ce grand avantage que les dimensions de l'échangeur de chaleur peuvent être considérablement réduites, ou que, pour des dimensions déterminées du pré- chauffeur d'air, on puisse traiter des quantités de gaz beaucoup plus gran- des que précédemment sans qu'il en résulte de ce fait une chute du rendement.
Ceci a été réalisé grâce à l'invention en interrompant la couche limite dans le canal d'une manière efficace de telle sorte que le coefficient de transmission de chaleur s'élève à une valeur jamais atteinte dans des échan- geurs de chaleur anciens de ce type, sans que la perte de charge atteigne en même temps des valeurs inadmissibles, ce 'qui autrement, est un résultat habituel des efforts faits pour augmenter le coefficient de transmission de chaleur.
Pour atteindre ces buts, l'invention est essentiellement caracté- risée en ce qu'au moins une plaque sur deux d'un tel -échangeur de chaleur est remplacée par un tressage ou clayonnage de fils.
L'invention sera décrite ci-après plus en détails en se référant aux dessins ci-annexés, qui montrent à titre d'exemples quelques formes de ré- alisation préférées, bien qu'il soit entendu que l'invention n'est pas limi- tée à ces exemples.
- la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un jeu d'éléments avec un clayonnage de fils agencé entre deux plaques planès pour- vues de crans emboutis, - la figure 2 est une vue en coupe du clayonnage avec des fils fins dans l'une, et des fils gros dans l'autre de deux directions perpendi- culaires l'une à l'autre, - la figure 3 est une vue en coupe d'une autre forme de-réalisa- tion d'un clayonnage à gros fils, tissés dans une direction à une certaine distance les uns des autres, - la figure' 4 est une vue en coupe d'un clayonnage pourvu de par- ties embouties semblables à des crêtes distanceuses des constructions à pla- ques anciennes, - la figure 5 est une vue en coupe d'un détail d'un jeu d'éléments composé de simples clayonnages avec des éléments distanceurs qui y sont soudés,
- la figure 6 est une vue en perspective d'un jeu d'éléments com- posé de simples clayonnages disposés perpendiculairement à la direction d'é- coulement des gaz, - figures 7-9.sont quelques formes de réalisation de crans embou- tis dans les plaques, - figures 10-14 sont différentes formes de réalisation d'éléments distanceurs massifs, - figure 15 montre des ouvertures en forme de fentes obtenues
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par poinçonnage et où les parties poinçonnées ont été relevées sur la pla- que pour former des éléments distanceurs, - figures 16-25 montrent divers exemples de plaques avec des éléments distanceurs, en combinaison avec des clayonnages de fils.
- figure 26 montre des crans ondulés formés dans une plaque en guise d'éléments distanceurs, plaque qui doit être utilisée en combi- naison avec des clayonnages de fils, - figures 27 et 28 montrent des crans écartés emboutis dans des plaques destinées à être employées avec des clayonnages de fils.
La figure 1 montre en détails un jeu d'éléments construit sui- vant l'invention. Il consiste en plaques lisses ou ondulées 10 pourvues d'éléments distanceurs., dits "crans", 12. Les éléments distanceurs peuvent aussi être faits d'autre manière. Par exemple, ils peuvent consister en fils attachés par soudure ou dispositifs analogues. Entre deux de ces pla- ques 10 on a, suivant la figure 1, placé un clayonnage 14, de préférence à grosses mailles et fait en gros fils. Lorsque l'écoulement se fait à travers un tel paquet, le gaz, en ce qui concerne sa direction, sera sen- siblement guidé par les crans ou les éléments distanceurs, qui constituent ainsi des moyens de guidage pour l'écoulement de gaz.
Lorsque le gaz s'é- coule autour du clayonnage 14, la couche limite est interrompue de manière efficace, grâce à quoi le coefficient de transmission de chaleur atteint une valeur élevée, calculée pour l'aire totale du paquet d'éléments, la surface de la plaque se trouvant ainsi incluse.
La figure 2 montre une coupe d'un clayonnage 14 dans lequel tous les fils 16 dans une direction sont plus gros que les fils 18 dans une di- rection sensiblement perpendiculaire à la première direction, tandis que
La figure 3 montre une autre forme de réalisation avec de gros fils 16 tissés dans l'une des directions, à une certaine distance les uns des autres.
La figure 4 montre comment, lorsqu'on emploie simplement des clayonnages de fils, donc sans plaques intermédiaires, où un clayonnage sur deux 14 peut être pourvu de crans emboutis ou de crêtes distanceuses 12, la figure 5 montre comment les clayonnages 14 sont écartés l'un de l'autre au moyen de fils 20 s'étendant dans la direction d'écoule- ment des gaz, lesdits fils étant soudés aux deux côtés d'un clayonnage 14 sur deux, ou d'un côté d'un clayonnage. Entre deux de ces éléments distan- ceurs 14 de la figure 4 ou des fils distanceurs 20 de la figure 5 sont formés des canaux pour l'écoulement des gaz, les canaux contribuant à réduire la per- te de charge.
Lorsqu'on emploie simplement des clayonnages 14 dans les jeux d'é- léments, les clayonnages peuvent être disposés transversalement à la direc- tion d'écoulement des gaz. Une telle forme de réalisation est montrée à la figure 6, où les divers clayonnages sont maintenus ensemble au moyen de bou- lons transversaux 22, les boulons étant agencés de telle manière que les mailles des divers filets soient alignées les unes avec les autres pour ob- tenir des canaux d'écoulement passant tout droit.
Si les plaques sont pourvues de crans, ceux-ci peuvent être faits suivant l'un quelconque des exemples montrés aux figures 7-9, 13-15, 26-28. Toutefois il n'est pas nécessaire que les éléments distanceurs soient emboutis dans les plaques mais ils peuvent aussi consister en fils, en fers profilés, ou éléments pareils soudés aux plaques et parallèles à la direction principale d'écoulement des gaz. Les formes de réalisation des éléments dis- tanceurs peuvent par exemple être conformées et agencées suivant les figures 10-12, 20, 22 et 23. La structure des surfaces des plaques peut être modifiée suivant les exemples montrés aux figures 17, 19,20, 22, 23-25.
En ce qui concerne les particularités des plaques, des éléments distanceurs et des clay- onnages de fils montrés aux figures, elles seront expliquées par les vues en perspective et en plan sans qu'une description détaillée des différentes for-
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mes de réalisation soit nécessaire.
Dans des préchauffeurs à régénération du type Ljungström il peut souvent être avantageux de diviser le jeu d'éléments en deux ou plusieurs cours. Ceci en raison du fait que de l'humidité peut parfois se déposer sur des plaques d'éléments du côté froid si dans certaines conditions de fonction- nement le préchauffage d'air est trop intense ou si on emploie des combusti- bles avec un haut pourcentage d'humidité. Dans ces cas il est convenable de diviser le jeu d'éléments de telle manière qu'un cours de deux-ci du côté froid soit fait en matériau plus résistant à la corrosion que l'autre partie.
Puisque, comme cela a été décrit antérieurement, on obtient de hauts coeffi- cients de transmission de chaleur avec des surfaces faites en clayonnage ou analogues, il peut être très indiqué de disposer les surfaces clayonnées perpendiculairement à l'écoulement de la manière montrée par exemple à la figure 6, qui illustre schématiquement un préchauffeur d'air Ljungström constitué de clayonnage de trois qualités différentes en trois cours 24, 26 et 28. Dans un tel agencement le coefficient de transmission de chaleur devient très grand. Si de la corrosion doit se produire dans un préchauffeur d'air construit de cette manière et si certaines parties doivent être corro- dées au point qu'il faille les remplacer, un tel agencement est très commode.
Les clayonnages peuvent être découpés à la même dimension que les secteurs ou que des parties de ceux-ci, et, comme déjà dit, ils peuvent être guidés en ce qui concerne leur position au moyen d'un certain nombre de bou- lons traversant les mailles. Dans la dernière forme de réalisation mention- née de l'invention, il s'est aussi révélé avantageux d'employer des clayon- nages de différentes largeurs de mailles de telle sorte que chaque fois un clayonnage sur deux ait des mailles plus fines, par exemple d'l cm, et que chaque autre clayonnage sur deux ait des mailles quelque peu plus grossières, par exemple de 3 cm. Le paquet d'éléments devient ainsi plus aéré et plus facile à nettoyer.
Cependant il exige un peu plus de place en direction ver- ticale, parce que la surface chauffante effective par unité de volume du pré- chauffeur est réduite par l'emploi de clayonnages plus larges, ce qui toute- fois est moins important puisque le coefficient de transmission de chaleur à une valeur telle que la hauteur nécessaire est encore inférieure à la moin- dre hauteur nécessaire du point de vue constructif pour le reste de l'échan- geur de chaleur.
Les éléments montrés aux figures seulement peuvent être modifiés suivant un nombre extrêmement grand de combinaison de clayonnages de fils et de plaques avec des éléments distanceurs grâce à quoi d'autres formes de réalisation encore de telles combinaisons peuvent être comprises dans le cadre de l'invention.
REVENDICATIONS. la Jeu d'éléments pour échangeurs de chaleur, de préférence du ty- pe à régénération, comprenant des éléments formant des canaux disposés dans le trajet des milieux gazeux traversant l'échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'au moins un. élément,= sur deux des éléments formant des canaux consiste en clayonnage de fils.