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ECHANGEUR DE CHALEUR, A SURFACE DE GRANDE¯ ETENDUE.
La présente invention se rapporte à des échangeurs de chaleur et a pour objet un type perfectionne de surface de grande étendue particu- lièrement bien adaptée aux échangeurs de chaleur destinés à être montés dans les carneaux de générateurs de vapeur ou analogues.
L'invention vise, plus particulièrement,une surface de grande étendue du type décrit dans le brevet américain N 2.469.635 déposé le 10 mai 1949 au nom de Mrs. David Dalin & Gustav V. Eagby, et dans lequel des tubes contenant du fluide de chaudière sont munis d'éléments en forme de câbles, tiges ou analogues,,. fixés sur ces tubes et disposés de telle manière qu'ils s'étendent dans deux sens diamétralement opposés par rapport aux tu- bes.
Lorsqu'on s'est efforcé d'améliorer ce type de surface de grande étendue, le problème de la fixation des éléments aux tubes a conduit à adop- ter un procédé unique pour la soudure, sur les tubes, d'éléments individuels en forme de tiges, ou analogues.. Ce procédé et la structure correspondante font l'objet de la demande de brevet française déposée le 21 mars 1950 sous le N PV. 587.329 par Mr. David Dalin. Dans ce procédé, les éléments sont fixés aux tubes en rangées longitudinales équidistantes autour de la circon- férence du tube, les éléments se présentant en saillie radiale par rapport audit tube.
Certains des éléments sont alors raccordés de manière qu'ils se trouvent tous dans des plans parallèles et..; étant donné que, cornue exposé de façon détaillée dans le brevet américain précité, l'obtention d'une effi- cacité maxima exige que tous les éléments de la surface de grande étendue aient une même longueur déterminée par des facteurs inhérents à l'installa- tion, les extrémités extérieures des éléments ont été, jusqu'à présent, né- cessairement éloignés inégalement du centre du tube. Dar suite, si l'on juxtaposait des tubes en alignant axialement les élérents qu'ils portent' les éléments d'un tube donné
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ayant leur extrémité libre dirigée vers ceux d'un tube adjacent, l'espace- ment entre les extrémités des éléments de tubes adjacents ne pourrait pas être uniforme.
Pour obtenir un tel espacement uniforme, on a donc été amenée jusqu'à présent, à décaler les tubes entre eux, mais cette disposi- tion pose un problème constructif difficile à résoudre et augmente, en outre, l'encombrement total d'un ensemble de capacité donnée.
L'invention vise un échangeur de chaleur à surface de grande étendue du type en question, dans lequel les tubes peuvent être disposés dans un plan commun transversal à la direction de circulation des gaz brûlés, les éléments en forme de tiges individuels de la surface de grande étendue d'un tube quelconque étant alignés axialement avec ceux des autres tubes et l'espacement entre les extrémités des éléments adjacents étant néanmoins uniforme.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les éléments individuels de la surface de grande étendue sont formés dans du câble bon conducteur de la chaleur et les longueurs des parcours de conduction offerts par les éléments sont automatiquement rendues égales en service.
Suivant un mode de construction, l'échangeur de chaleur de sur- face de grande étendue, suivant l'invention, est agencé de telle manière qu'une fraction considérable, ou même la totalité de la surface de grande étendue de chaque tube, puisse être préformée dans du câble, de manière à faciliter son montage et sa fixation sur le tube.
L'échangeur de chaleur à surface de grande étendue suivant l'in- vention est particulièrement utilisable dans les économiseurs et zones de convexion analogues de générateurs de vapeur et son prix de revient est bien inférieur à celui des échangeurs de chaleur antérieurs de dimensions compa- rables.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés sur les dessins annexés. Elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention.
Sur les dessins en question :
La fig. 1 est une coupe du carneau d'un générateur de vapeur dans lequel sont montées des nappes d'échangeurs de chaleur comportant une surface de grande étendue suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle, d'une partie de l'un des'tubes de la fig. 1.
La fig. 3 est un plan du tube de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en perspective à la même échelle que la fig. 2, mais représentant une variante de réalisation d'une surface de gran- de étendue suivant l'invention.
La fig. 5 est une coupe radiale de l'un des tubes sur lequel est fixée une surface de grande étendue suivant encore un autre mode de cons- truction.
La fig. 6 est une élébation du tube de la fig. 5 et de sa sur- face de grande étendue.
La fig. 7 est un profil correspondant à la fig. 6.
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Sur les différentes figures, les éléments correspondants ont été désignés par les mêmes chiffres de référence.
La référence 5 désigne un échangeur de chaleur comportant des tubes 6 et une surface de grande étendue 7 et monté à l'intérieur d'un car- neau 8, de manière à assurer un échange de chaleur entre les gaz brûlés chauds traversant ce carneau et du fluide de chaudière circulant à travers les tu- bes.
Toutefois, bien que l'invention soit particulièrement avanta- geuse dans des échangeurs de chaleur du type représenté sur la fig. l, il doit être bien entendu qu'elle n'est nullement limitée à cette application, mais peut être également adoptée dans un grand nombre d'autres types d'ins- tallation.
La caractéristique essentielle de l'invention réside dans le mode de construction de la surface de grande étendue 7 et dans le mode de montage de cette surface sur les tubes.
On réalise,de préférence, la surface de grande étendue, à par- tir de tronçons de câble de grande longueur, en une matière offrant la gran- de conductibilité thermique désirée, telle que, par exemple, du cuivre, ces tronçons de câble étant recourbés de manière à former deux rangées diamétra- lement opposées d'éléments 9 sensiblement en forme de W.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figs. 1 à 3, la rangée d'éléments 9 en forme de W disposée de l'un des côtés du tube est formée séparément de la rangée d'éléments correspondants disposée de l'autre côté dudit tube,tandis que, dans le mode de réalisation représenté dans les figs. de 5 à 7, les rangées disposées des deux côtés du tube sont ob- tenues à partir du même tronçon de câble et tandis que, dans le mode de réa- lisation de la fig. 4, chaque paire d'éléments en forme de W diamétralement opposés est constituée par un unique tronçon de câble distinct de celui qui forme la paire d'éléments en forme de W immédiatement adjacente.
Quel que soit le mode de réalisation adopté, chaque élément en forme de W comporte deux branches extérieures 10 et deux branches inté- rieures 11 reliées entre 11 reliées entre elles par une boucle 12 intérieu- re et raccordée aux branches extérieures par des boucles extérieures 13.
Les quatre branches de chaque élément en forme de W sont sensiblement paral- lèles entre elles, équidistantes et contenues dans un même plan commun nor- mal à l'axe du tube. L'espacement entre les branches extérieures est, de préférence, légèrement plus petit que le diamètre extérieur du tube, de telle manière que lesdites branches puissent enserrer étroitement le tube lorsqu'elles sont fixées sur lui. La longueur des branches extérieures et l'emplacement de la boucle 12 raccordant les branches intérieures sont tels que, lorsque l'élément est appliqué convenablement sur le tube, ladite boucle 12 repose contre la partie de la paroi extérieure du tube qui lui est adjacente.
Lorsque 1'élément.est fixé sur le tube de cette manière les boucles exté - rieures 13 sont équidistantes d'un plan contenant l'axe du tube et perpen- diculaire ou normal à l'axe de symétrie de l'élément en forme de W.
Dans le mode de réalisation représenté surles figs. 1 à 3 dans lequel tous les éléments en forme de W disposés de l'un des côtés du tube sont formés dans un même tronçon de câble, les éléments en forme de W adja- cents sont reliés par des parties de câble qui peuvent avoir la forme de boucles 14. Ces boucles s'étendent le long du tube, alternativement de part et d'autre de celui-ci. La. rangée d'éléments en forme de W raccordés ainsi obtenue, lesdits éléments étant, bien entendu, préfabriqués ou ' ou préformés,peut être aisément montée sur un tube comme un tout.
La ran- gée d'éléments en forme de W disposée de l'autre côté du tube est, bien entendu, également préfabriquée de la manière décrite et il y a lieu de sou- ligner que les deux rangées sont montées de telle manière que les boucles
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des éléments adjacents de l'une des rangées soient imbriquées avec celles de l'autre rangée.
Ceci permet de fixer les éléments, ou rangées d'éléments, au tube au moyen de machines à souder par résistance électrique, dans les- quels les électrodes sont constituées par des jeux de tambours entre lesquels se déplace l'ensemble, l'un des jeux de tambours agissant sur les boucles 14 et soudant celles-ci de part et d'autre du tube, tandis qu'un autre jeu de tambours chavauche le plan médian des rangées d'éléments en forme de W, en vue de fixer les boucles intérieures 12 au tube.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figs. 5 à 7 dans lequel les éléments disposés de l'un des côtés du tube sont formés dans le même tronçon de câble que ceux qui sont disposés de l'autre côté du tube, des paires d'éléments en forme de W adjacentes sont reliées entre elles par des diagonales 15 qui s'étendent obliquement par rapport au tube; par ail- leurs, dans le mode de réalisation de la fig. 4, chaque paire d'éléments en forme de W diamétralement opposés est séparée des autres paires. Dans ce dernier cas, les paires d'éléments en forme de W individuelles sont as- semblées sur le tube avec un espacement relatif convenable.
Dans tous les modes de réalisation, il est évident, pour l'homme de l'art, que la longueur du parcours de conduction offert par chaque bran- che individuelle de chaque élément est automatiquement établie. En d'autres termes, en considérant les branches extérieure et intérieure 10 et 11 adja- centes d'un élément en forme de W quelconque, il est évident que, bien que la longueur effective de la branche extérieure soit supérieure à celle de la branche intérieure, le fait que les branches extérieure et intérieure sont raccordées par la boucle extérieure 13 assure une égalisation automa- tique des parcours de conduction des deux branches et que cette égalisation compense automatiquement les différences de conductibilité thermique des deux branches dues aux états différents de leur surface.
Cet Le égalisation des parcours de conduction permet-de disposer les tubes dans des plans communs et d'aligner axialement les branches individuelles des éléments de tube ad- jacents, par conséquent, de surmonter les difficultés précédemment mention- nées relatives aux surfaces de grande étendue constituées par des éléments en forme de tiges individuels.
L'homme de l'art comprendra, d'autre part, que les constructions décrites permettent de réduire le nombre des joints soudés nécessaires pour fixer la surface de grande étendue aux tubes.