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Cet appareil est destiné au réchauffement ou au refroidissement de produits liquides ou gazeux, au moyen d'autres produits pouvant également être li- quides ou gazeux. La transmission des calories s'effectue au travers d'une surfa- ce de chauffe de faible épaisseur. Cette surface d'échange est constituée d'un tube plissé en forme de gorges hélicoïdales. En coupe ce tube plissé se présente donc comme deux sinusoïdales dont les axes sont situés de part et d'autre et à distance égale d'un axe central, qui est l'axe même du tube plissé lui-même. Par rapport à un même axe vertical, ces deux sinusoïdes sont décalées d'une distance égale à la moitié du pas de l'hélice.
Le tube plissé ainsi défini est lui même inséré étroitement dans un autre tube cylindrique formant le corps extérieur de l'échangeur. Le tube plissé est fixé d'une manière étanche à chaque extrémité de ce tube cylindrique extérieur.
La partie intérieure du tube plissé est également munie d'un tube cylindrique fixé par glissement dur à ce tube plissé. Cette disposition du'tube plissé par rapport à deux autres corps cylindriques, formés géométriquement par la révolution de deux génératrices parallèles à l'axe du tube plissé, et passant par les sommets des sinusoïdes, est une illustration d'un élément de ce type d'échangeur. En effet ce tube plissé détermine entre lui-même et les tubes concentriques, des espaces dans lesquels peuvent circuler sans se mélanger, les fluides dont on désire échanger les calories.
Cette circulation des fluides qui peut se faire à contre-courant ou à courant parallèle, s'effectue dans des conditions particulièrement propices, en ce qui concerne la transmission de la chaleur. On sait en effet que la transmission de la chaleur à travers une paroi, est reliée 31 un facteur vitesse du fluide cir- culant le long de cette paroi. Plus la vitesse de circulation d'un fluide dans un tube est élevée, plus ce fluide est susceptible de transmettre au max. ses calo- ries, à la paroi qui l'entoure. Cette conception de vitesse de circulation est dépendante pourtant d'un facteur "viscostié', et dans ces conditions la relation qui relie le coefficient de transmission de chaleur à la vitesse, est le nombre de Raynolds.
Rationnellement il y a toujours intérêt à construire des échangeurs de chaleur, permettant de réaliser les plus grandes vitesses de circulation possi- bles pour les fluides en présence. Ceci revient à dire que l'on doit offrir à la circulation des fluides, les plus faibles sections de passage possibles. En pra- tique dans les échangeurs classiques,(faisceau de tubes de faible diamètre, man- drinés dans un plateau tubulaire, et placé dans des enveloppes chicannées, permet- tant la circulation méthodique des fluides) cette condition ne peut être réalisée.
On est obligé pour faire circuler le fluide à grande vitesse, de disposer un nom- bre plus ou moins grand de chicannes,ce qui malgré tout ne crée qu'une faible augmentation du coéfficient de transmission, vu les pertes thermiques causées par les chicannes même.
Dans l'échangeur faisant partie du présent brevet, les sections de passage offertes à la circulation des fluides, représentent les surfaces comprises entre le tube plissé et les corps cylindriques intérieur et extérieur. Cette sec- tion de passage est unique si le tube plissé a été réalisé avec un seul pas d'hé- lice. Cette section de passage peut être aussi faible que désirée, et dépendra que la construction du tube plissé. La circulation des.fluides se faisant entre les tubes concentriques au tube plissé et le tube plissé lui-même, les fluides sont annimés d'un mouvement de rotation, qui améliore grandement le coefficient de transmission calorifique.
Un grand avantage de ce système d'échangeur, c'est qu'il peut être construit en imposant à priori les vitesses de circulations à communiquer aux fluides en présence, ainsi que les pertes de charge, et cela tout en respectant la puissance ou les régimes imposés. Ceci est réalisé pratiquement par des collec- tevxs semi circulaires placés sur les cotés du tube plissé. Ces collecteurs inter- nes ou externes permettent de diviser la surface de chauffe en plusieurs parties, et permettent ainsi de provoquer pour les fluides en présence, soit une circula- tion en série soit une circulation en parallèle, entre les différentes parties de
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la surface d'échange.
Pour certain cas de transmission de chaleur, il est inutile de commu- niquer aux deux fluides circulant de part et d'autre du tube plissé,les mêmes vitesses de circulation. On peut donc dans ces cas particuliers supprimer soit l'enveloppe cylindrique extérieure soit l'enveloppe cylindrique intérieure. La figure II est une illustration de ce type de surface d'échange. Il s'agit d'un réservoir dans lequel circule de l'eau chaude et ou se trouve plongé un tube plis- sé parcouru intérieurement et à grande vitesse par de l'eau froide que l'on dési- re réchauffer.. La circulation du fluide chauffant autour du tube plissé s'effec- tue suivant les lois de la convection.
Il est à remarquer que ces corps cylindriques placés intérieurement et extérieurement au tube plissé, peuvent parfaitement être démontables et que par le fait même la surface de chauffe est entièrement nettoyable dans toutes ses parties.
La figure I illustre ce démontage possible de la surface d'échange.
Dans le cas de cette figure I seul la partie intérieure de la surface du tube pli sé est entièrement nettoyable.
CONSTRUCTION.
La description suivante se rapporte à une application d'échangeur de chaleur dont la surface de chauffe est constituée d'un "tube plissé" en forme d'hélice. Cette application est figurée en position 1 de notre plan. L'appareil sert au réchauffement du fuel lourd au moyen d'eau chaude. Ce fuel circule à l'in térieur du tube plissé, tandis que l'eau chaude circule à l'extérieur de ce même tube plissé. La perte de charge du circuit eau passant dans l'éohangeur doit être très faible, ce qui justifie, l'emploi de collecteurs sur ce circuit d'eau chaude La surface d'échange coté fuel est parfaitement nettoyable après enlèvement du couvercle et du corps cylindrique intérieur. Le tube plissé est fixé d'une maniè- re étanche au corps extérieur de l'échangeur.
Ce corps cylindrique extérieur est muni de deux collecteurs dont un sert à l'admission du fluide chauffant et l'au- tre à la sortie du fluide chauffant. Sous ces collecteurs le corps cylindrique de l'échangeur présente des ouvertures permettant au fluide chauffantde pénétrer à l'extérieur du tube plissé et de parcourir un certain nombre de spires succes- sives du tube plissé, avant d'être recueilli dans le collecteur de sortie. La li- mite de circulation de ce fluide dans les spires du tube plissé, est déterminée par de petites chicannes ayant la forme de la figure III, et qui sont soudées ju- dicieusement de place en place sur le tube plissé même. On réalise en quelque soi te ainsi, une division en plusieurs parties du volume d'eau destiné au réchauffe- ment de fuel.
Cette division du débit entre plusieurs parties de la même surface de chauffe permet de respecter une perte de charge imposée, ainsi qu'une vitesse de circulation, sous une certaine puissance ou régime prédéfini.
Dans le cas de réchauffement par vapeur, les petites chicannes III nE sont plus nécessaires, de même que les collecteurs. Il n'est pas non plus néces- saire que le corps extérieur de l'échangeur colle parfaitement à la partie exté- rieure du tube plissé. Néanmoins comme le volume de l'échangeur présenté à la con densation de la vapeur est relativement faible par rapport au volume interne de l'échangeur même ce type d'appareil convient parfaitement pour un système de ré- gulation fonctionnant sur la sortie de l'eau de condensation.
Le fluide circulant au secondaire c'est-à-dire de l'autre coté de la paroi du tube plissé, a un sens de circulation opposé au sens de circulation du primaire (fluide chauffant). On réalise ainsi le contre courant intégral. Ce flu: de circule également entre les spires du tube plissé, et la paroi du corps cylin. drique intérieur. Le fluide à réchauffer entre à la partie gauche de la surface d'échange et en sort à l'extrème droite après avoir parcouru la totalité des spi' res. (On aurait également pu établir un sys.tème de collecteurs internes pour le cas ou l'on désirait limiter la perte de charge). Afin d'ôbliger le fluide en ré
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chauffement parcourir en totalité la surface d'échange, le corps cylindrique intérieur est muni d'un disque D.
Suivant que ce disque est placé à gauche ou à droite du corps cylindrique interne, on constate, qu'il. est possible d'accumuler du fluide réchauffer après ou avant réchauffement (c'est à dire passage du flui- de dans la surface de chauffe après ou avant accumulation). Cette possibilité d'ac- cumuler du fluide dans l'échangeur, permet d'établir dans l'échangeur un volent thermique. Ce volent thermique est nécessaire dans le cas où l'on désire une tem- pérature constante pour le fluide à réchauffer lorsque le primaire est contrôlé par une régulation automatique. Eventuellement ce volent thermique peut servir au placement d'une seconde surface de chauffe ou de refroidissement, ou au placement d'un système de séparateur de gaz liquide.
FONCTIONNEMENT.
Le fonctionnement de l'échangeur se conçoit aisément lorsqu'on se rap- porte a la figure I. Le fluide primaire pénètre dans l'échangeur par l'ouverture I, et de la se réparti uniformément dans le collecteur 2. Le fluide chauffant pro- venant du collecteur est également réparti uniformément dans les spires de la sur- face de chauffe par les ouvertures 3. Le fluide chauffant parcourt alors un nombre plus ou moins grand de spires de la surface d chauffe avant d'être réuni dans le collecteur de sortie 4. Le fluide chauffant quitte l'échangeur par l'ouverture 5.
Au secondaire le fluide pénètre dans 1'échaugeur par 6, le disque D obligé la quantité totale du fluide à réchauffer à passer à travers la surface de chauffe.
Le fluide à réchauffer parcourt la surface de chauffe dans le sens inverse du pri- maire (contre courant) et est ensuite accumulé dans la partie E de 1'échangeur Le fluide réchauffé sort finalement de l'échangeur par l'ouverture 7.
REVENDICATIONS.
1.- Echangeur dont la. surface de chauffe est constituée d'un tube plissé en forme de gorges spiralées. La circulation des fluides au primaire et au secondaire s'effectue de part et d'autre du tube plissé, entre le tube plissé lui- même et les tubes cylindriques qui l'enveloppe.
2.- Echangeur dont la surface de chauffe est constituée d'un tube "plissé en spirale". L'enlèvement des corps cylindriques intérieurs ou extérieurs permet l'examen et le nettoyage complet de la surface de chauffe.
3.- Echangeur dont la surface de chauffe est constituée d'un tube plissé en spirale et permettant au moyen de collecteurs, d'alimenter cette même surface de chauffe soit au primaire soit au secondaire ou simultanément, en paral- lèle ou en Ceci permet de construire un échangeur en imposant simultané- ment, la puissance calorifique, les régimes, les pertes de charge, et les vitesses de circulation des fluides dans les spires du tube plissé.
4.- Echangeur à contre courant, dont la surface de chauffe est cons- tituée d'un tube plissé en spirale, et renfermant un certain volume de fluide for- mant "volent thermique' et pouvant accumuler du fluide soit avant soit après pas- sage à travers la surface de chauffe.
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