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PROCEDE DE CONSTRUCTION D'ECHANGEURS DE CHALEUR ET ECHANGEURS DE CHALEUR
FABRIQUES D'APRES CE PROGEDE.
L'invention est relative à un procédé de construction dappa- reils pour l'échange de chaleur entre des milieux particuliers de diffé- rentes valeurs de [alpha] et munis d'éléments d'échange de chaleur sous forme de tubes ou analogues, aussi bien qu'à des échangeurs de chaleur construits suivant le procédé.
Dans la construction d'échangeurs de chaleur, particulièrement pour l'échange de chaleur entre des milieux de différents indices [alpha], on désire augmenter la surface d'absorption de chaleur et la surface d'évacua- tion de chaleur balayées respectivement par le milieu ayant l'indice [alpha] inférieur sur les différents éléments d'échange de chaleur utilisés, qui peuvent avoir la forme de tubes ou une forme analogue,,
En bref, on peut dire que les indices [alpha] en eux-mêmes ne peu- vent pas être considérés comme des quantités constantes, particulières à chaque milieu utilisée Ainsi, cet indice varie entre de larges limites, même pour un seul et même milieu, car il est fonction de plusieurs facteurs différents,
tels que l'état daggrégation, l'intervalle de température, les conditions découlement (écoulement turbulent ou lamellaire, écoulement li- néaire ou transversal), le débit, la nature de la surface de l'élément d'é- change de chaleur, la viscosité, etco, et peut parfois être la cause dans certaines conditions de milieux, qu'un milieu, ayant normalement une va- leur de table plus élevée quun autre milieu, présente au contraire un in- dice [alpha] considérablement inférieur à celui du milieu mentionné en dernier lieu. Par conséquent, l'indice [alpha] d'un milieu est une grandeur relative, qui ne dépend pas uniquement du milieu en soi.
Pour le reste, on peut di- re que la différence des indices entre deux milieux sécoulant à travers un échangeur de chaleur peut être considérable. Ainsi', on peut dire que de la vapeur qui se condense, a un indice [alpha] d'environ 10.000, tandis que de Peau qui s'écoule lentement a un indice [alpha] d'environ 500, ce qui montre la façon dont 19 indice peut varier pour un seul et même milieu, mais à dif-
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férents états congrégation. Des différences d'importances variables peu- vent ainsi exister aussi bien pour un seul et même milieu sous.différentes conditions que pour deux milieux différents sous les mêmes ou sous diffé- rentes conditions de marche.
Ainsi, dans le but d'obtenir autant que possible un échange de chaleur perfectionné, pour compenser la différence entre les indices [alpha], des éléments additionnels augmentant la surface, tels que des brides, pla- ques, garnitures, etc., peuvent être fixés aux surfaces de transmission de chaleur en relation équilibrée des deux côtés ou d'un seul côté de la pa- roi de l'élément. En opérant de la sorte, des problèmes se posent pour fi- xer ces éléments de la manière la moins coûteuse, dans le but d'obtenir en même temps un bon contact de transmission de chaleur entre les éléments, le plus court trajet de transfert et le moins possible d'obstacles à l'é- coulement d'un milieu qui les balaie.
Un procédé consiste à souder ou fi- xer les éléments les uns aux autres, qui donne évidemment une bonne trans- mission de chaleur, en soi mais qui occasionne des difficultés de réalisa- tion et augmente considérablement le prix de la construction. En outre, les éléments augmentant la surface ou la manière dont ils doivent être fixés à leurs éléments respectifs de transmission de la chaleur, contribuent à restreindre considérablement les passages d'écoulement et souvent à rendre ces passages relativement irréguliers, ce qui, en maintenant la surface efficace désirée de l'échangeur de chaleur, doit être combattu en augmen- tant les dimensions communes-de l'échangeur et en rendant ainsi les tra- jets d'écoulement exempts d'obstacles et réguliers dans la plus large me- sure possible.
On supprime cependant les inconvénients cités plus haut, au moyen de l'invention, qui, parmi d'autres choses, se caractérise en ce que les éléments sont munis d'une augmentation de surface sous forme de fils, bandes ou matières analogues au-moins sur la surface exposée au milieu ayant l'indice [alpha] le plus bas, et que les éléments de transmission de la chaleur sont assemblés en un tout avant ou après leur-insertion dans l'é- changeur de chaleur.
L'invention va être expliquée dans ce qui suit en se référant à un certain nombre de constructions correspondantes représentées schémati- quement sur les dessins en annexe et, en même temps, d'autres traits carac- téristiques de l'invention seront développés.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un échangeur de cha- leur construit conformément à l'invention, et utilisé de préférence comme refroidisseur à huile pour moteurs et analogues.
La figure 2 est une vue en plan de la figure 1.
La figure 3 est une coupe agrandie suivant la ligne III-III de la figure 1.
La figure 4 est une coupe longitudinale d'un autre échangeur de chaleur suivant l'invention, disposé de préférence sous forme d'instal- lation à eau chaude.
La figure 5 est une coupe transversale suivant la ligne V-V de la figure 4.
La figure 6 est une coupe transversale d'un échangeur de cha- leur modifié correspondant à la figure 4.
La figure 7 est une coupe transversale suivant la ligne VII-VII de la figure 6.
La figure 8 est une vue en plan d'un échangeur de chaleur con- forme à l'invention, disposé de préférence sous forme de ,refroidisseur, c'est-à-dire dans des- réfrigérateurs.
La figure 9 est une vue en plan d'un certain nombre de ces re- froidisseurs assemblés en groupes et reliés entre eux par des conduites.
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Les figures 10 à 32 représentent différents détails se rempla- çant en partie.
Les figures 33 et 34 représentent linvention appliquée à des appareils de préchauffage d'huile, vue en coupe longitudinale axiale sur la figure 33, et en coupe suivant la ligne XXXIV-XXXIV de la figure 33 sur la figure 34.
Les figures 35 à 52 représentent différentes formes de garnitu- res, placées à la surface extérieure de tubes sur les figures 35, 38, 41,
44, 47 et 50 et représentées en section transversale, et placées sur des - surfaces droites ou planes sur le? figures 36, 39, 42, 45, 48 et 51, par exemple sur des cloisons de tôles métalliques dans des préchauffeurs d'air.
Ces cloisons sont représentées en coupe.
La figure 37 est une vue en plan des garnitures des figures
35 et 36.
La figure 40 est une vue en plan des garnitures des-figures
38 et 39.
La figure 43 est une vue en plan des garnitures des figures
41 et 42.
La figure 46 est une vue en plan des garnitures des figures 44 et 45.'
La figure 49 est une vue en plan des garnitures des figures 47 et 48.
La figure 52 est une vue en plan des garnitures des figures 50 et 51.
Les figures 53 et 54 représentent une autre construction d'un échangeur de chaleur, par exemple un préchauffeur d'huile, la figure 53 re- présentant une coupe longitudinale axiale et la figure 54, sur une échelle plus grande, une coupe LIV-LIV de la figure 53.
Les figures 55 à 60 représentent de la même manière que les fi- gures 35 à 51 la disposition des garnitures dans la dernière construction et sur des parois- planes.
Les figures 1 à 3 représentent un échangeur de chaleur construit suivant l'invention.. 1 désigne un tube central, 2 et 3 un certain nombre de tubes analogues disposés en cercles à différentes distances radiales par rapport à l'axe du tube 1. Ce- faisceau de tubes traverse respectivement les plaques 4 et 5 à leurs extrémités. A une extrémité du faisceau,: se trouve une chambre d'entrée 6, et à 1:1 autre extrémité, une chambre de sortie-7 pour un milieu qui s'écoule à travers ce faisceau.
Le faisceau de tubes est en- fermé dans une enveloppe tubulaire 8 munie- de deux ouvertures de communica- tion 9 et 10 pour l'autre milieu, qui s'écoule à travers l'enveloppe 8 en venant en contact avec les surfaces. extérieures du manteau pour obtenir la transmission de chaleur désirée à travers les parois des tubes, que-ce soit pour un refroidissement ou un chauffage. Sur cet échangeur de chaleur, on peut appliquer à volonté le. principe d'écoulement dans le même sens ou à contre-courant, et les communications 9 et 10 peuvent ainsi servir de sor- tie ou d'entrée, suivant les nécessités. Ces raccordements, conformément à l'invention, peuvent avantageusement être disposés de manière que le prin- cipe de l'écoulement transversal puisse être appliqué dans- la plus large me- sure possible.
Dans le but d'augmenter l'échange de chaleur entre le milieu qui traverse le faisceau de tubes et le milieu passant à travers l'envelop- pe 8 autour du faisceau-.,- conformément à 1-'invention, les différents tubes
1, 2 et 3 sont munis d'éléments augmentant leur surface-, qui consistent de fils, rubans ou analogues 11, qui ont une bonne conductibilité de la chaleur et la propriété d'absorber la chaleur.
Il est certainement connu antérieure- ment d'augmenter respectivement la surface d'évacuation et la surface d'ab- sorption de la chaleur sur des échangeurs de chaleur en disposant sur ces
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surfaces, d'une manière ou de l'autre, des éléments augmentant leurs sur- faces, de différentes dimensions et rendements, et auparavant, on a utilisé particulièrement des brides, qui étaient fixées par soudage, ou bien qui étaient fixées aux éléments d'échage de chaleur d'une autre manière relati- vement compliquée. Evidemment pourtant, ces éléments d'échange de chaleur sont relativement massifs, provoquent des passages d'écoulement relative- ment irréguliers exerçant une certaine- influence sur l'indice [alpha], et ren- dent leur construction plus coûteuse.
De cette manière, les échangeurs de chaleur peuvent prendre des dimensions relativement grandes., ce qui entrai ne des inconvénients. L'invention, cependant, décrit un procédé pour dimi- nuer les dimensions aussi bien que pour réaliser des passages réguliers et aussi exempts que possible d'obstacles à l'écoulement, en premier lieu en utilisant des matériaux en fils ou en bandes, qui, pour un volume total minimum, offrent une surface efficace de transmission de chaleur, et sim- plifient en outre la fixation de telle manière que- les frais de construc- tion sont réduits dans une mesure considérable comparativement aux procédés connus jusqu'à présent.
Quand on construit des échangeurs de chaleur, conformément à l'invention, par exemple conformément à la figure 1, on enroule en premier lieu un fil métallique 11 en hélice autour du tube central 1 dans une ma- chine à latte ou autre machine-outil applicable. Dans le but d'économiser de la matière, ce fil hélicoïdal central est monté avec un pas relativement grand. Avant d'enrouler le fil, un de ses bouts 12 est fixé au tube 1, par exemple par soudage, puis le fil est enroulé de préférence sous une tension telle que le fil vienne en contact intime avec la paroi du tube. Après a- voir terminé l'enroulement du fil sur le tube 1, l'autre bout 13 est fixé par soudage de telle manière que le fil conserve tout le long de sa partie enroulée, après l'opération, au moins une-partie de la tension initiale qu'il a ainsi acquise.
Lorsque- la première couche de fils a été fixée, un anneau de tubes additionnels 2 (figure 3) est placé annulairement autour et contre la première couche, et ces-tubes sont pressés vers le centre par de nouveaux fils, de manière que les tubes 2 viennent en contact intime avec le matériel en fils des deux côtés. Après avoir terminé cette opération, un nouvel anneau de tubes 3 est placé .contre ces fils, et ces derniers tu- bes sont enrauléa de fils de la même manière. Le-fil ne sert donc pas seu- lement, dans ce cas, a accroître la surface effective de transmission de chaleur, mais également à retenir ses tubes en place à des distances dé- terminées les unes des autres et en contact intime de chaleur par l'inter- médiaire des fils.
Si on le désire, on peut répéter l'opération, suivant les dimensions du faisceau de tubes désiré à l'intérieur de-l'échangeur de chaleur. Le fait d'utiliser du matériel en fils ou analogue, et enroulé comme on l'indique, contribue pour des raisons naturelles à la réduction des dimensions totales de l'échangeur de chaleur,
en maintenant et peut- être en augmentant la surface d'absorption et la surface d'évacuation ef- fectives de la chaleur comparativement à des constructions analogues mu- nies de plaques bridées ou éléments analogues comme éléments d'augmenta- tion de la sur-face.. Si un bon contact entre la matière en fils et les dif- férents tubes- est désiréla totalité du faisceau de tubes assemblés peut avantageusement être plongée dans un bain.
d'étain fondu etc.,. L'inven- tion comprend également- le procédé d'utilisation de tubes et/ou de matériel en fils après l'avoir recouvert de matière aisément fusibla par exemple de l'étain, et après l'opération, d'enroulement ou de filage on chauffe le ' faisceau assemblé au point de fusion du métal aisément fusible susdite ce métal remplissant de lui-même par effet capillaire ou autre phénomène sem- blable des espaces possibles, et formant pour le reste des moulages qui ré- alisent par eux-mêmes une bonne transmission de chaleur. Un autre-moyen d'a- méliorer le contact consiste également dans l'application de métal par pul- vérisation.
De même, par voie galvanique, on peut réaliser une couche de contact en un métal quelconque, et l'opération peut avoir lieu dans une so- lution par un courant d'ionisation naturel ou forcé.
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Les figures 4 et 5 représentent une construction quelque peu
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mofifiëe de l'échangeur de chaleur représenté sur les figures 1 â 3. Cet- te construction, qui s'adapte particulièrement à l'emploi comme installa- tion d'eau chaude, se construit pour ce qui concerne le faisceau de tubes lui-même ainsi que le matériel de fils augmentant la surface-, de la même manière que l'échangeur de chaleur suivant les figures 1 à 3 La différen- ce est ici uniquement de nature constructive et pour ce motif, certaines pièces sont désignées par le même chiffre de référence que sur la figure- 1, tandis que de nouvelles pièces reçoivent de nouveaux chiffres.
Les commu- nications 9 et 10 servent par conséquent d'entrée ou de sortie de l'eau chaude, qui s'écoule dans l' enveloppe 8 autour de faisceau de tubes et du matériel en fils augmentant la surface. Le faisceau de tubes cependant, en ce qui concerne l'écoulement, est subdivisé en deux moitiés, de sorte que l'eau à chauffer dans le faisceau lui-même entre par exemple par une- entrée 14 dans une chambre d'entrée ayant la forme d'un couvercle semi-circulaire 16 limitée par une plaque 15 disposée diamétralement.
Cette eau s'écoule- du couvercle en premier lieu à travers les tubes placés à la partie supé- rieure du faisceau vers un couvercle 17 placé à l'autre extrémité, d'où
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Peau, modifiant son sens d'éaoulement, retourne à l'extrémité opposée à travers les tubes de la partie inférieure du faisceau. A cette dernière extrémité, l'eau sort finalement par un couvercle semi-circulaire 18 à tra- vers une sortie 19 dans une condition bien chauffée. De cette manière, le
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trajet d'écoulemeut k travers l'échangeur est doublé de façon simple, le retard contribuant à augmenter l'échange de chaleur.
Dans le but de rédui-
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re la radiation de chaleur de l'installation à eau chaude et ainsi des -per-. tes inutiles de chaleur, une- nouvelle enveloppe 20 est insérée dans 7:'en- veloppe 8 et est fixée à ses extrémités pour former un espace fermé. On peut remarquer également que le tube désigné- par le chiffre 1 sur les- figu- res 4 et 5- a une dimension plus grande comparée à celle des- figures 1 et 2 dans le but de produire une meilleure extension du faisceau de tubes et permettre ainsi, si on le désire, d'augmenter le nombre de tubes situés dans les anneaux extérieurs.
Il n'est pas non plus nécessaire que le tube 1 ser- ve de canal, d'écoulement, mais il peut être fermé.Suivant une construction modifiée-, le tube 1 peut être- remplacé par une barre solide, si on le dési- re. En outre-, au lieu de l'élément central, on peut placer des espaceurs,
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par exemple sous forme de plaques annulaires munies de trous pour- .'intro- duction des tubes (voir figure 22).
L'échangeur de chaleur suivant les figures 6 et 7 qui, dans ses parties essentielles, correspond respectivement à deux des figures 1 et 4, et reçoit par conséquent autant que possible les chiffres de, référence cor-
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respondants, comprend la modification supplémentaire qui consiste en ce que le tube, à une de ses extrémités.
reçoit la forme voulue pour former un rac-
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cord â.' entré 21, de manière que, par exemple dans la production d'eau chau- de, l'eau à chauffer, entrant en 21, traverse d'abord.- l'échangeur- par le tu- be 1 et pénètre dans le couvercle 17, d'où elle est conduite en sens opposé
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à travers la totalité des tubes du faisceau-ver la e.(mvercle 22 placé à l'autre bout de 19échangeur, d-,9oÜ-on l'enlève pour l'usage par-la sortie 230 Bien que les constructions de l'échangeur de chaleur suivant l'inven- tion, représentées sur les dessins et expliquées dans le-tesste aieÈt été dé- signées comme convenant. particulièrement à. de buts spéciaux, par exemple' au refroidissement d'huile ou à.
la production d'eau chaude, l'invention com- prend évidemment également des échangeurs de- chaleur du même genre ou de genres semblables appliqués à d'autres usages.
Les figures 8 à 10 représentent un arrangement spécial de l'é- changeur de chaleur conforme à l'invention. L'échangeur de chaleur repré- senté, bien que l'étant pas limité à ce but, est spécialement adapté à la réfrigération, c'est-à-dire comme élément refroidisseur dans un réfrigérant, des caisses de= refroidissement ou d'autres installations de réfrigération.
Comme cela; devient évident diaprés la figure 8,les tubes 1, 2, 3, etc., comparativement aux échangeurs de- chaleur décrite auparavant, sont en nom- bre considérablement réduits et sont placés en forme de croix, les serpen- tins présentant une forme-carrée. Le réfrigérant est ici adapté à passer
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à travers la totalité des tubes et évacue ainsi la chaleur de l'atmosphère qui les entoure. Quand on construit un échangeur de chaleur de ce genre, on peut utiliser des plaques terminales en-forme de croix 24 convenable- ment construites d'avance, qui ont été munies au préalable de trous corres- pondant aux tubes 1, 2, 3, etc.
Ces éléments en forme de croix servent a- lors de plaques de fixation pendant les opérations d'enroulement de fils.
L'enroulement des fils correspond essentiellement à celui décrit plus haut.
Ainsi, au début, le tube 1 est inséré à- chaque- extrémité dans un élément 24 en forme de croix et est enroulé au moyen d'un certain nombre de tours de fils.. Ultérieurement, dans ce cas, on insère quatre tubes 2 dont les ex- trémités se fixent au même élément 24, et on 'les enroule ensuite au moyen de nouveau matériel, et ainsi de suite. En outre, conformément à l'inven- tion, l'élément 24 peut prendre la forme d'un couvercle et aura par consé- quent une double tâche. Bien que la forme en croix seule ait été représen- tée pour les éléments 24, 1-'invention comprend également d'autres éléments de ce genre de configuration ou de forme appropriées.
Des éléments de refroidissement ayant une forme essentiellement suivant la figure 8 peuvent être disposés en groupes, comme on le voit sur les figures 9 et 10. La forme carrée contribue alors également à la réduc- tion des dimension? de l'unité d'ensemble. Comme, on le voit sur les figures 9 et 10, les couvercles en- forma de croix 24 sont raccordés les uns aux au- tres par couples au moyen des tuyauteries recourbées 25 de-manière que le réfrigérant passe à travers l'unité de-refroidissement suivant une trajec- toire d'écoulement ayant essentiellement la. forme de serpentin.
Ce procédé de mise en forme de chaque- élément refroidisseur séparé permet un élargis- sement et une réduction rapide et facile de l'unité en fonction de diffé- rentes conditions de refroidissement à réaliser-
Dans des échangeurs de chaleur du genre représenté sur les fi- gures 11 et 12, dans lesquels un élément d'échange de chaleur sous forme de tube, 26 est mmi d'éléments d'échange de chaleur en saillies-sous forme de garnitures ou de barres 27, dàns le but d'augmenter sa surface en vue de l'échange de chaleur, des problèmes se posent fréquemment provenant du fait que le nombre d'ornements doit être suffisamment grand pour que les passages d'écoulement le long d'eux :
pour des dimensions limitées de l'uni- té en question, soient réduits au détriment du débit et, en même temps, de l'échange de chaleur. L'utilisation de matériaux sous- forme-de fils ou de bandes conformément à 1-'invention, offre dans ce cas une bonne solution, du problème. En disposant les garnitures 27 à des distances relativement gran- des l'une de l'autre, comme on le représente sur la figure 11, la surface des garnitures ainsi supprimée peut être remplacée par du matériel en fils.
En disposant les garnitures le long d'une ligne hélicoïdale autour du tube on obtiendra, comme on- 1-'indique, plus bas, une possibilité d'enrouler des spires de fils autour des garnitures à différentes distances radiales du centre du tube. Comme on le voit sur la figure 11, un bout 28 d'un fil est fixé de façon appropriée au tube 26 et le fil 11 est enroulé en plusieurs spires autour des tubes et entre les garnitures.
Dans le but d'assurer un contact nécessaire entre le fil et les garnitures, le- fil suivant les fi- gures 11 et 12 est recourbé alternativement au-dessus et en-dessous de la garniture de manière que le fil, suivant¯la figure 12;, soit amené à suivre une courbe formant des ondulations par rapport à l'hélice des garnitures, analogues à une sinusoïde. Par. suite de la tension existant dans- le maté- riel en. fils et la courbure continue- de ce fil, les différentes parties sont mises. en contact- intime les unes avec les autres. Si on le désire, les garnitures peuvent être munies d'éléments d'écartement appropriés pour les fils, qui les maintiennent à une distance radiale déterminée du centre du tube.
Les éléments d'écartement peuvent prendre la forme de saillies prove- nant des garnitures ou de rainures qui y sont creusées-, et suivant une con- struction modifiée, ils peuvent également être fixés par soudage, etc., de manière à offrir le même effet que les éléments d'écartement.. Le matériel de fils, peut, comme on le voit sur la figure 11, être enroulé en un cer- tain nombre d'enveloppes à des distances radiales appropriées l'une de l'au- tre pour éviter l'obstruction des trajectoires d'écoulement le long des
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garnitures et des matériaux en fils.
Dans le cas où les éléments d'échange de chaleur augmentant la surface, faisant saillie sur le tube suivant la figure 13, sont formes de brides longitudinales 30 fixées au tube par soudure le nombre de ces bri- des peut également être limité en les combinant à du matériel en fil corres- pondant à l'invention. Dans ce but, suivant la figure 14 ou la figure 15, en utilisant 1?axe du tube comme axe de rotation, les brides 30 peuvent ê- tre =mies de fentes dans un tour ou être forées d'autre façon le long d'u- ne ligne hélicoïdale dans le sens longitudinal du tube.
Les fentes 29 dans les brides formées de cette manière prennent avantageusement la forme cor- respondante à la figure 14 avec leurs parois convergeant vers l'axe du tu- be ou ayant la forme d'un certain nombre de gradins placés les uns au-des- sus des autres pour former des marches à des distances radiales différentes du centre du tube. En enroulant du fil de section transversale relativement petite contre le tube puis en enroulant, du côté extérieur, du fil de di- mensions successives croissantes, conformément à la figure 14, le matériel de fils est coincé- dans les fentes et est fixé sans devoir utiliser des é- léments d'écartement spéciaux.
Si en outre, on désire déterminer de façon plus précise les distances radiales des spires de fils., on peut utiliser comme éléments d'écartement les marches formées aux bases des encoches en forme de fenteso
L'invention n'est pas limitée aux constructions représentées et décrites,mais on peut la modifier de différentes manières tout en res- tant dans le domaine de l'idée inventive de base.
Ainsi, ce qui a été dit concernant 15échangeur de chaleur suivant la figure 1 et en particulier l'ap- plication de couches de contact conductrices de la chaleur en étain, etc., s'applique également au restant des dispositifs déchange de chaleur décrits et autres compris dans linventiono Bien que les constructions déorites aient été représentées comme munies de matériel de fils enroulés en hélice autour des éléments d'échange de chaleur, on peut évidemment- utiliser d'au- tres modes de fixation, par exemple un retordage ou opération analogue- ou une combinaison de-retordage et d'enroulement et même d'ondulations, par exemple comme, sur la figure 160
Suivant l'invention,
l'échangeur de chaleur peut en outre avoir une forme ronde, carrée, ou recevoir une autre section appropriée quelcon- que. Les mêmes considérations- s'appliquent également au matériel en fils ou en bandes utilisé.
L'échangeur de chaleur conforme à l'invention peut être con- struit pour être utilisé seul ou en combinaison avec un autre appareil de transmission de chaleur par exemple une chaudière-. On peut également le construire sous forme d'un agrégat pouvant être introduit ou enlevé, par exemple 'sous forme d'un appareil à eau chaude devant être introduit dans une chaudière pour chauffage central ou analogue.
En entrelaçant ensemble les éléments d'échange de chaleur, com- me on le représente sur la figure 16, en utilisant du matériel en fils ou en bandes conformément à l'invention, le tissu formé peut être enroulé sur lui-même ou mis en forme- d'une autre manière, par exemple sous forme de serpentin-
Suivant la figure 17, sur une construction spéciale d'un élé- ment d'échange de chaleur, qui consiste en un tube ou analogue 32 portant des garnitures ou barres 33 soudées ou fixées d'autre façon aux tubes, qui sont recourbées de manière- à devenir parallèles,
on peut placer des rangées longitudinales de spires de fils ou de bander 34 disposés à certaines dis- tances dans le sens transversale Un échangeur de chaleur de ce genre s'em- ploie avantageusement pour des écoulements transversaux.
Dans une construction modifiée, telle que celle de la figure 18, au lieu des garnitures de la figure 7, on peut disposer des plaques rec- tangulaires fendues 35., en plaçant les fils, etc.., de façon analogue à cel- le de la figure 7. On peut également utiliser des tôles fendues rondes 36 conformément à la figure 19 de la-même manière que les tôles ou brides rec- tangulaires 35.
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En outre, conformément, à 1-'invention, on peut donner d'avance une forme au matériel en fils,et le placer ultérieurement sur un élément d'échange de chaleur ou simultanément sur un certain nombre de ces éléments.
La figure 20 représente des corps 37 et 38 formés-d'avance, qu'on a amenés respectivement à se contracter ou à se dilater par torsion en permettant ainsi au matériel de fil dêtre introduit facilement ou glissé sur un élé- ment d'échange de chaleur, puis d'être relâché de façon à former un rac- cord mécanique à la paroi du tube.
Suivant la figure 21, on peut également réunir un certain nom- bre d'éléments en une ou plusieurs enveloppes assemblées au moyen d'un fil hélicoïdal, qui est étiré au début par torsion puis qui est relâché pour porter les éléments en contact intime entre eux et également en bon contact avec le matériel de fils augmentant la surface.,
Sur une construction conforme à la figure 17, on peut utiliser un autre mode de placement des garnitures représenté sur les figures 23 et 24. Comme on le voit en particulier sur la.figure 24, les garnitures 33 en rangées alternantes, sont placées latéralement et servent ainsi à fixer les fils 34 de façon simple entre des garnitures- disposées longitudinale- ment.
Comme variété des figures 13 à 15, on peut disposer le matériel en fils suivant la figure 25. Sur cette figure, 42 désigne un élément d'é- change de chaleur en forme de tube autour et à l'intérieur duquel le maté- riel en fils est disposé en spires hélicoïdales à différentes distances ra- diales de l'axe du tube. Sous ce rapport, évidemment, des dispositifs peu- vent entrer en ligne de compte dans lesquels le matériel en fils est pla- cé seulement à l'intérieur ou seulement à l'extérieur du tube suivant les valeurs de l'indice 0( des milieux passant à l'intérieur et à l'extérieur du tube.
Chaque enveloppe de fil 43 est espacée de la suivante placée en- dessous par un certain nombre de barres d'écartement longitudinales 44, qui, suivant les figures 26 et 27, peuvent être ou bien munies d'encoches dans lesquelles le fil est retenu dans une position. déterminée en même temps que les barres d'écartement sont maintenues en contact intime en vue du transfert de chaleur, ou bien être essentiellement planes de manière que les fils s'appuient contre leurs surfaces conformément à la figure 27. Si on le préfère, conformément à la figure 25, un corps central 45 de section appropriée quelconque favorable à l'écoulement, peut être placé dans le tube.
Gomme on le voit en outre sur la figure 28, on peut remplacer les barres d'écartement par des portions du fil, du fait que ce fil peut être aplati à des distances égales de part et d'autre pour recevoir la for- me représentée sur la figure 28, les pièces 46 servant au même but que les garnitures. En outre, on peut remplacer les garnitures en renfonçant la plaque de maniére à former des rigoles doubles 46 qui remplacent les gar- nitures 43 des figures 25 à 27 tandis que la plaque d'appui remplace les fils. La matière en tôle servant d'appui aux pièces 47 peut être unie ou perforée de manière à produire les conditions d'écoulement désirées.
Sur chacun de ces éléments de tôle d'écartement, on enroule une spire de fil 48, comme on le voit sur la figure 8, et bien que deux seulement de ces éléments de tôle d'écartement aient été indiqués, conformément à l'inven- tion, on peut disposer 'plusieurs anneaux semblables à l'extérieur l'un de l'autre, munis d'une couche intermédiaire de fils à l'extérieur et/ou à l'intérieur.
Suivant la présente invention, on peut imaginer une autre con- struction modifiée dans laquelle on a remplacé le matériel de fils ou de bandes par des tôles cylindriques qui sont perforées de manière à obtenir des sections transversales ayant sensiblement la forme de fils ou de ban- des.
Un autre procédé de fixation des distances entre les spires de fils, est encore représenté sur la figure 29 suivant lequel on dispose tout d'abord autour d'un tube 49 une bande ou spire hélicoïdale de fil 50 ayant un pas relativement grand, sur lequel on enroule ensuite des spires
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de fil 51 ayant un pas quelque peu moindre. On admet que le procédé peut en outre être appliqué de telle manière qu'une spire soit enroulée à.la sui- te de l'autre pour former un filet ou un corps en forme de filet de diamè- tre désiré.
Suivant la même figure, une garniture 52 peut servir à fixer un bout de fil au début et ensui te le fil, après chaque enroulement. complet d'une spire de fil hélicoïdal est replié autour d'une garniture de ce genre à l'une ou à l'autre extrémité du tube 49, et la spire de fil suivante est ensuite enroulée sans qu'il ne soit nécessaire de couper le fil. Cet arran- gement de fil peut s'appliquer à l'extérieur et/ou à l'intérieur- du tube.
Sur les figures 25-29, des feuilles ou des fils de soudures peuvent être enroulés simultanément sur- le fil et dans une opération ultérieure de chauf- fage, on les fait fondre dans les espaces compris entre les différentes par- tiesm Si en outre on désire augmenter la distance entre les spires de fils, par exemple suivant la figure 30, on peut produire des arêtes 53 par compres- sion de façon convenable, qui peuvent s'appuyer contre le tube ou les spires de fils placées à l'extérieur.
Comme on le voit sur la figure 31, un échangeur de chaleur tubu- laire portant des éléments en forme de garnitures qui y sont fixés par sou- dure intérieure, peut être muni de spires de-fil espacées par différents é- léments d'écartement conformément à l'invention. Dans le but d'augmenter la transmission de chaleur vers la paroi du tube- conformément à l'invention, on place une enveloppe de tôle ondulée 54 qui contribue également à assurer un écoulement régulier le long de-la paroi du tube. Cette enveloppe de tô- le peut également être perforée de différentes façons si on le désire. Un corps central peut exister ou non suivant les besoins.
En outre, conformément à l'invention, la surface d'écoulement libre 2 correspondant à la figure 32 pour le milieu dans le sens d'écoule- ment peut comprendre au moins 0,4 à environ 20 fois l'étendue de surface cor- respondante B de l'élément de fil ou de ruban. La grandeur de la surface d'é- coulement dépend évidemment de la grande variation des valeurs de l'indice [alpha] Dans le cas ou .les surfaces sont bien conçues, les limites indiquées sont préférables,, mais l'invention n'est pas limitée à cet intervalle.
Les constructions représentées sur les figures 33-60 se rappor- tent à des échangeurs de chaleur dont la ou les surfaces de transmission de chaleur consistent principalement, en garnitures de métal dont un grand nom- bre sont fixées par une extrémité à une paroide transmission de chaleur qui sépare les milieux entre-lesquels la chaleur doit être échangée. Cette partie de l'invention est principalement caractérisée en ce que ces garni- tures sont plus ou moins recourbées latéralement, de préférence vers-la pa- roi. Par cette disposition, on obtient de grands avantages qui seront dis- cutés brièvement dans la suite, comparativement aux échangeurs de chaleur connus jusqu'à présent.
Des échangeurs de chaleur de ce genre, par exemple dans des préchauffeurs d'huile, des refroidisseurs de graisse, etc. etc sont en général formés de tubes et communément de tubes recourbés en forme d'U, qui sont fixés à une tôle ou autre objet analogue par laminage.La sur- face de transmission de chaleur nécessaire à ces échangeurs de chaleur ayant des dimensions telles que la section découlement totale autour ou à travers les tubes, comparée à la quantité du milieu est suffisamment grande pour que le débit d-9écoulement soit relativement faible, il en résulte que la trans- mission de chaleur est de moins bonne qualité.
Dans certains cas, on introduit une chaîne dans les tubes, et cette chaîne sert alors en partie de corps de remplissage et provoque en partie le mélange des particules du milieu dans une certaine mesure. Les tu- bes sont d'ordinaire à parois minces et la puissance de résistance à de hau- tes pressions est limitée parce que des fuites se produisent facilement aux jointures- Dans des préchauffeurs d'huile, dans lesquels l'huile est chauf- fée, par exemple par de la vapeur d'eau, il existe un certain risque à ce. que l'huile pénètre dans le condensat, et le'rende ainsi impropre à l'emploi.
Dans des appareils de préchauffage ou refroidisseurs ou autres, conformes à l'invention, ces inconvénients sont entièrement supprimés. On
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peut utiliser et fixer par soudure des tubes à parois épaisses, éviter ain- si le risque de fuites et permettre de construire l'appareil pour toute pression ou pression différentielle existante. En accomodant, l'espace entre le tube extérieur et le tube intérieur, c'est-à-dire en adaptant les dia- mètres du tube extérieur et du tube intérieur à la nature et à la quantité du milieu,on réalise toujours un débit d'écoulement optimum, c'est-à-dire un débit offrant l'efficacité la plus élevée pour des chutes de pression appropriées à travers l'appareil.
Dans la description qui suit, le préchauffeur d'huile représen- té sur les figures 33 et 34 est décrit en premier lieu. Dans ce cas, l'ap- pareil est adapté à l'emploi de deux milieux ayant des coefficients de trans- fert de chaleur substantielleanent différents. Dans ce préchauffeur, l'huile forme le milieu à faible coefficient de transfert de chaleur et la vapeur condensée, dont ce coefficient est élevé, est utilisée comme milieu de chauf- fage.
Les principales parties du préchauffeur d'huile consistent en un tube ou des tubes extérieurs et intérieurs, 101, 102, munis tous deux d'un fond 103, 104, à une extrémité, et le tube intérieur porte également un couvercle 105 et le tube extérieur une-bride 106, contre laquelle le cou- vercle est serré au moyen de boulons 117 pour faire en sorte que le tube 102, ayant un diamètre inférieur au tube 101, soit retenu dans une position lais- sant un espace ou une colonne- entre les deux parois de tube autour du tube intérieur. Un guidage additionnel s'obtient par une ou plusieurs butées 116.
La paroi du tube extérieur est munie de deux ouvertures 107 et 108 pour le raccord de tuyaux 109, 110, l'ouverture 107 formant une entrée, et l'ouver- ture 108 une sortie, dans ce cas pour l'huile. Le couvercle 105 est égale- ment muni de deux ouvertures à l'intérieur du périmètre du tube intérieur.
On place dans ce tube un autre tube 112 qui s'étend jusqu'en un point situé à proximité du fond et qui sert à l'introduction de vapeuro Une conduite de sortie du condensat est raccordée à l'autre ouverture.
Suivant la présente invention, le tube intérieur est muni ex- térieurement des garnitures 114 mentionnées plus haut, par exemple en cui- vre ou aluminium. Ces garnitures sont placées aussi près que possible les unes des autres, de préférence en rangées, et sont recourbées vers la paroi du tube. comme on l'indique sur les figures 33 et 34. On obtient ainsi une grande surface totale de transmission de chaleur à l'intérieur d9une aire de section transversale spatiale relativement étroite. Cet espace peut,en d'autres termes, être réduit par rapport à la surface de transmission de chaleur représentée par les garnitures. De cette manière, l'huile acquiert une vitesse d9écoulement relativement élevée.
En recourbant les garnitu- res, on gagne en outre Davantage que l'huile (ou le milieu, considéré de façon générale qui balaie les garnitures), suit une trajectoire dont les directions varient continuellement, et assure ainsi un bon contact avec les éléments de surface formés par les garnitures,
L'invention n'est cependant pas limitée à des échangeurs de cha- leur ayant des surfaces recourbées, mais on-peut également l'appliquer à des échangeurs de chaleur à surfaces droites ou planes telles qu'indiquées sur les figures 38, 39, 42, 45, 48 et 51, et les garnitures peuvent être recour- bées de différentes manières. -
Les figures 35-52 représentent différentes courbures de ce gen- re.
La différence entre les courbures des garnitures se conçoit le mieux en comparant les vues en plan et les coupes correspondantes. Les fi- gures 35 et 36 correspondent à la vue en ¯plan de la figure 37, les figures 38 et 39 correspondent à la vue en plan de la figure 40, et ainsi de suite.
Les garnitures sont fixées par soudage et leurs- extrémités fixées sont désig- nées par 115. Cette désignation peut être notée particulièrement dans le but de rendre les vues en plan concevables. On verra- d'après les figures la ma- nière dont les garnitures sont placées en rangées, toutes recourbées dans le même sens sur les figures 35-43, 47-52, ou en sens opposés comme sur les
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figures 44-46.
En outre, on voit que les garnitures peuvent être recour- bées transversalement par rapport à la direction du courant du milieu qui balaie les garnitures ou obliquement par rapport à lui, ce dernier cas é-
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tant représente sur les figures 35-48c Sur toutes les figures 5 49 la direction de l'écoulement du milieu qui balaie les garnitures est supposée être perpendiculaire au plan des dessins. On observe la manière dont les garnitures sont fixées en rangées, que les courbures des garnitures sont placées en rangées et que les bases et/ou sommet dune rangée précédente ou suivante des garnitures sont placées dans la rangée formée par ces cour- bes, figures 35, 36 et 37.
On peut appliquer l'invention ci-dessus à tous genres d'appa- reils d'échange de chaleur, et ainsi, à l'aide de ces garnitures, la trans- mission de chaleur de chaque côté de la paroi peut être équilibrée de maniè- re à être approximativement la même.
Un équilibre de ce genre peut, dans certains cas, nécessiter des garnitures sur les deux faces de la paroi de.transmission de chaleur.
Les figures 53 et 54 représentent approximativement- la même construction que les figures 33 et 34, mais en diffèrent du fait que la paroi en ques-
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tion c9est-à-dire le tube 102, est également muni intérieurement de garnitu- res métalliques 114a. Ces garnitures sont représentées comme étant droites, mais peuvent évidemment âtre recourbées* Pour le reste, dans cette construc- tion, on trouve le tube extérieur 33, les fonds 35, 36, l'entrée et la sor- tie 7, 8 pour le milien à chauffer, l'entrée et la sortie 12, 13 pour le
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milieu diiémission. de chaleur et les garniturea l4, et les pièces 38, 41, 42 et 49.
Les garnitures respectives 46 et 46a peuvent dans certains cas être fixées aux deux extrémités. Elles peuvent également servir d'éléments
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d>'écartement., par exemple entre- les- tôles, dans des échangeurs de chaleur.
Les avantages de la présente invention peuvent être résumés com-
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me suit 1 l'appareil permet dfobtenir des vitesses d'écoulement optima à indices [alpha] élevés, on peut utiliser des tubes à parois épaisses convenant à la fixation par soudage- et l'appareil se prête à la construction pour toutes pressions appliquées sur une ou les deux faces de la ou des parois de transmission de chaleur. En outre, l'appareil a un faible poids et la totalité de la surface- de transmission de chaleur est accessible de façon simple, puisque les tubes ou. tôles portant la-garniture peuvent être faci- lement enlevés de leurs enveloppes.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de construction d'appareils pour l'échange de cha-
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leur entre des milieux particuliers d9indies 0;( différents et munis d9élé- ments d'échange de chaleur sous forme de tubes ou analogues, caractérisé en
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ce que les éléments sont munis d9eensions de surface sous forme de fils, bandes ou matériaux analogues au'moins sur la surface exposée au milieu ayant l'indice [alpha] le plus bas, et que les éléments d'échange de chaleur
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sont assemblés en un tout avant ou après leur introduction dans l'éehangeur de chaleur.