On sait que le nom général d'échangeurs de chaleur
à surface indique les appareils qui servent à obtenir
un échange des calories entre deux fluides à travers
une paroi d'échange au contact de laquelle circulent séparément de part et d'autre, les deux fluides.
<EMI ID=1.1>
de l'échangeur, ces appareils comportent un manteau
extérieur et deux fonds. Suivant la nature des,deux-
fluides ainsi que suivant l'effet de 1* échange
de calories, ces échangeurs stappellent plus particulièrement:
<EMI ID=2.1>
échangeurs, condenseurs, évaporateurs, récupérateurs, etc.
On sait également qu'à conditions égales de la nature dé l'épaisseur et de l'état des parois d'échange, ainsi qu'à conditions égales de nature, de vitesse et de températures respectives des deux fluides de part et d'autre des parois d'échange, la surface de ces mêmes parois qui est nécessaire pour obtenir l'échange d'un même nombre
<EMI ID=3.1>
transmission calorifique de ces parois qui, aux conditions égales citées ci-dessus, ne dépend plus que du mode de circulation des deux fluides.
Il existe plusieurs types d'échangeurs de
chaleur à surface. On peut en distinguer deux catégories suivant que le dit mode de circulation des fluides,
conduit à un coefficient de transmission calorifique faible, comme par exemple dans les anciens serpentins et échangeurs
<EMI ID=4.1>
élevé, comme par exemple dans les échangeurs à spirale ou à cellules, ainsi que dans les échangeurs tubulaires modernes.
<EMI ID=5.1>
est généralement caractérisée par une construction compliquée
et par conséquent coûteuse, ainsi que souvent, par une résistance élevée au passage des fluides, qui se traduit par une élévation des frais de circulation de ces mêmes fluides.
La présente invention est relative à des
<EMI ID=6.1>
calorifique élevé, ainsi qu'une faible résistance au passage des fluides.
<EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1>
surface, constitué par deux fonds et par deux manteaux extérieurs à faces intérieures de préférence cylindriques
et concentriques, entre lesquels on dispose un cylindre additionnel, également concentrique qui constitue la
paroi d'échange, et dans chacun des deux espaces cylindriques, ainsi créés de part et d'autre de la paroi d'échanger on dispose à partir d'une certaine distance des deux fonds une sérjLe d'ailettes hélicoïdales inclinées d'un certain angle par rapport aux génératrices des trois cylindres parallèles
<EMI ID=9.1>
renforçant les parois, assurant leur écartement uniforme
et divisant chacun : des dits deux espaces cylindriques, en une série de canaux également hélicoïdaux à plusieurs entrées et sorties, où circulent les fluides.
L'épaisseur de ces ailettes est celle minimum consentie par les besoins de la résistance des matériaux
et de la construction dans chaque cas particulier. Leur largeur est égale à la largeur des dits espaces cylindriques entre la paroi d'échange et les manteaux, sauf un faible jeu éventuellement nécessaire pour le montage de l'appareil." La longueur des ailettes est égale à la longueur utile des
dits espaces cylindriques, moins une certaine portion, dont la valeur dépend. du débit de chaque fluide, qu'on laisse libre près des deux fonds, pour permettre l'entrée aisée
et la distribution uniforme ainsi que la reprise de ces mêmes fluides dans les canaux hélicoïdaux.
<EMI ID=10.1>
par quatre parois dont deux sont constituées par deux ailettes contigues, et les deux autres, par les portions de l'un des manteaux et de la paroi d'échange, comprises entre les dites deux ailettes contigues.
En admettant l'un des fluides par l'une des extrémités du manteau extérieur, et l'autre fluide par l'extrémité opposée du manteau intérieur, puis en reprenant le premier fluide par l'autre extrémité 'au manteau extérieur, et le second fluide par l'extrémité opposée du manteau intérieur, on réalise la circulation uniforme et à contre-courant
des deux fluides, de part et d'autre de la paroi
d'échange, chacun suivant les canaux hélicoïdaux créés par les ailettes.
On se rend compte des avantages considérables
d'une telle construction.
Le parcours hélicoïdal est un mode de circulation de deux fluides à contre-courant qui permet d'obtenir,
aux conditions égales de nature, d'épaisseur, de vitesse
<EMI ID=11.1>
un coefficient de transmission calorifique élevé à travers une paroi d'échange. Ces parcours hélicoïdaux ont en outre l'avantage de n'entraîner qu'une faible résistance de circulation des deux fluides.
<EMI ID=12.1>
échangeurs suivant la présente invention, n'est constitué
cylindriques
que par des parois/maintenues à un écartement uniforme
par des ailettes qui peuvent être portées par ces mêmes parois, par exemple par emboutissage, ou par soudure ou par tout autre mode d'attache.
<EMI ID=13.1>
La construction des deux fonds est pour sa part largement avantagée par la possibilité de la réaliser en série, puisqu'il est possible d'employer les mêmes fonds pour des échangeurs ayant des caractéristiques très différentes.- On sait en effet que les .caractéristiques
des échangeurs, c'est-à-dire leurs trois dimensions, sont imposées par les débits des fluides qui, pour une vitesse
de circulation donnée, imposent les deux dimensions
des sections de passage de ces mêmes fluides'et par le nombre de calories à transmettre qui, aux autres conditions égales citées ci-dessus, impose la surface de la paroi
<EMI ID=14.1>
les échangeurs suivant la présente invention pour de
mêmes diamètres et donc de mêmes écartements des cylindres concentriques, les sections de passage des fluides dans
les canaux hélicoïdaux délimités chacun par ces
cylindres 'et par deux ailettes, sont proportionnelles
au cosinus de l'angle d'inclinaison des ailettes, ou inversement proportionnelle à ce même angle dtinclinaison.
Pour des cylindres de même diamètre, c'est-à-dire pour des mêmes fonds, on peut donc faire varier l'une des dimensions
des sections de passage des fluides en augmentant ou
en diminuant l'angle d'inclinaison des ailettes, ce qui conduira à une variation de la dite section de passage,proportionnelle au cosinus du dit angle d'inclinaison, c'est-à-dire à
une très large variation. Egalement en outre,
pour des cylindres de même diamètre, c'est-à-dire pour des mêmes fonds, la surface de la paroi d'échange peut
varier dans de-. très larges proportions en faisant varier sa longueur.
Des avantages supplémentaires de la présente invention sont les suivants :
Les surfaces des ailettes, qui font corps avec
les parois, participent à un échange de calories qui leur sont transmises par conductibilités, en diminuant ainsi
la surface nécessaire de la paroi d'échange et par conséquent les dimensions des appareils.
En faisant varier l'angle d'inclinaison des
ailettes le long du parcours des fluides, on peut:
soit maintenir les vitesses des fluides dans les
canaux hélicoïdaux, à des valeurs optimum, malgré
des variations éventuelles des volumes des fluides, qui seraient dues à des condensations ou à des évaporations, soit faire varier ces vitesses de façon à maintenir à leur valeur optimum, les taux unitaires de calories, transmises par la paroi d'échange, taux qui comme on sait varient
avec les variations des différences de température entre
les deux fluides..
On peut faire circuler les deux fluides en contrecourant suivant des parcours croisés ou parallèles, en inclinant les ailettes de part et d'autre de la paroi d'échange, respectivement suivant des angles complémentaires par rapport aux génératrices des cylindres, ou suivant
les mêmes angles.
Les ailettes, non seulement créent les canaux hélicoïdaux, mais constituent également à la fois des entretoises qui raidissent les parois dont l'épaisseur peut ainsi diminuer, et des pièces qui assurent un écartément uniforme des parois, et par conséquent un écoulement uniforme
et
<EMI ID=15.1>
Il est possible d'animer le cylindre qui
constitue la paroi d'échange d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, en remplaçant les joints correspondants des deux fonds par des bourrages.
Au lieu de disposer un seul cylindre qui constitue la paroi d'échange, dans l'espace cylindrique entre les
deux manteaux, on peut disposer plusieurs cylindres,
par exemple deux cylindres concentriques qui constitueront chacun une paroi d'échange, dont la surface sera ainsi doublée à peu de frais. Dans ce cas., on fera circuler l'un des fluides à l'intérieur de l'espace cylindrique constituée par les deux parois d'échange, et l'autre fluide de chaque côté extérieur de ces deux parois d'échange, dans les deux espaces cylindriques limités par les manteaux.
Les canaux hélicoïdaux peuvent être remplis de corps de remplissage tels que les anneaux Rachig bien connus ou tous autres corps de remplissage spongieux ou non.
Sans sortir de l'invention, on pourrait d'autre part apporter à la construction, des modifications ou des variantes relatives par exemple à la forme des parois qui au lieu d'être cylindriques pourraient avoir toute autre forme plane, courbe, etc., ou à la forme des ailettes qui
<EMI ID=16.1>
de circulation des fluides-qui pourrait ne pas être en contre-courant,etc.
<EMI ID=17.1>
1. Echangeur de chaleur à surface, constitué par deux fonds et par deux manteaux extérieurs à faces intérieures de préférence cylindriques et concentriques, entre lesquels
on dispose un cylindre additionnel également concentrique
<EMI ID=18.1>
deux espaces cylindriques, ainsi créés de part .et d'autre
de la paroi d'échange/on dispose à partir d'une certaine distance des deux fonds, une série d'ailettes
hélicoïdales inclinées d'un certain angle par rapport
aux génératrices des trois cyMndres parallèles dont question ci-dessus, ces ailettes hélicoïdales renforçant les parois assurant leur écartement uniforme et divisant
chacun des dits espaces cylindriques, en une série
de canaux également hélicoïdaux à plusieurs entrées
et sorties où circulent les fluides.