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"ECHANGEUR DE CHALEUR A SERPENTINS-
La présente invention se rapporte d'une façon générale à des dispositifs échangeur- de chaleur et plus particulièrement à un échangeur de chaleur à faisceaux multiples qui utilise des tubes-serpentins pour au :^oins l'un des faisceaux..
Cet échangeur est caractérisé par le fait que les tubes- serpentins se trouvent disposés en entier à l'intérieur de l'échangeur et coopèrent arec des éléments ondulés arec lesquels ils se trouvent en contact intime sur toute leur longueur* Ce contact peut être réalise en pratiquant des creux-ou évidements convenables en surface des éléments ondulés, en logeant les tubes dans ces évidements et, de préférence,, en soudant ou en brasant les tube can les évidements.
Cet échaiigeur peut. supporter, des pressions élevées;
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on peut le construire en aluminium brasé, ce qui lui donne une forte résistance malgré son poids relativement faible.
La combinaison des tubes entièrement logés à l'intérieur de l'échangeur et des éléments ondules:, formant silettes, en contact intime avec les tubes, donne une grande efficacité à cet échangeur. Celui-ci, de plus, est de ; construction facile.
D'autres avantages de 1'invention apparaîtront au cours de la. description, en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels
La figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur, avec une partie éclatée .montrant les caractéristiques générales de l'invention.
La figure 2 est une vue de dessus d'un élément ondulé avec tube-serpentin.
La figure 3 est une vue latérale de la figure 2.
La figure 4 est une vue en bout montrant deux éléments ondulés, disposés l'un au-dessus de l'autre, avec tube-serpentin interposé.
La figure 5 est une vue en perspective,d'une partie , des évideaents pratiqués dans l'élément et destinés à recevoir ,'le tube-serpentin.
Les figures 6 et 7 sont des vues analoguesà la figure
2 montrant la'disposition et la forme des tôlesde séparation, telles qu'elles; sont appliquées à des échangeurs,1 avec* différents types d'entréeet de sortie des tubes-serpentins.
La. figure, 8 est une vuede dessus d'une variante de l'échangeur, représenté dans lesfigures 1 à 7.
La figure 9 est une vue en bout del'échangeur de la
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La figure 10 est une vue latérale de l'échangeur de la figure 8.
La figure 1 représente un échangeur de chaleur selon l'invention. Cet échangeur de chaleur est du type à deux faisceaux. Un échangeur de chaleur à faisceaux multiples et à plusieurs collecteurs pourrait de la même façon être décrit sans sortir du cadre de la présente invention.
Suivant un exemple d'application possible de cet échangeur à deux faisceaux, un fluide réfrigérant pénètre dans le collecteur 12 par le tube d'admission 13 et, passe à travers le tube-serpentin d'échange thermique 14 pour parvenir dans le collecteur 16 et sortir par le tube d'évacuation 17.
Le gaz chaud pénètre dans le collecteur 18 par le tube d'admission
19 et passe à contre-courant du fluide réfrigérant à travers les éléments ondulés 20 pour passer dans le collecteur 22 d'où il est évacué par le tube 23.
Les éléments ondulés 20 et les tubes-serpentins 14 sont de préférence en aluminium, métal qui permet d'obtenir un échangeur de poids réduit, non sujet à la corrosion.
Cependant, ces tubes et éléments pourraient tout aussi bien , âtre réalisés en acier inoxydable, ou encore, pour obtenir une résistance à la traction élevée, en alliages d'aluminium.
D'autres matières et leurs combinaisons pourraient être utilisées.
Sous la forme préférée de l'invention, l'échangeur de chaleur 10 comprend une série,de sections d'échange thermique
24 brasées ou soudées ensemble. Des tôles de.séparation 26 sont disposées entre chaque section 24 pour former,une structure unitaire. Ces tôles de séparation 26 peuvent être brasées ou soudées à la section correspondante.
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Chaque section 24 consiste essentiellement en deux '- "",,:..,t..\ ,), :F": ' ,,:::.>.
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éléments ondulés 20, un tube-serpentin 14, logé entre les éléments 20, et une t8le de séparation 28, disposée entre les éléments 20 et brasée ou soudée au tube 14 et aux éléments 20.
Des tôles 30 pliées en U et des barreaux de fermeture 31 sont . prévus pour empêcher les fuites du gaz vers l'extérieur et donner de la solidité à l'échangeur thermique.
Chaque élément ou ailette 20 comporte au moins trois parties ou portions, à savoir 32,34 et 36. Des parties supplémentaires 34 peuvent être employées selon la largeur ou la longueur désirées pour l'échangeur thermique. La longueur et la largeur particulières des parties 32 et 36 ne sont pas considérées comme faisant partie de l'invention.
Chaque port-ion d'élément 34 comporte un certain nombre d'évidekments 37 destinés à loger les parties droites 38 du tube-serpentin 14, sur la moitié do son diamètre. Ces évidements sont faits ainsi qu'il est montré et décrit dans le brevet Etats-Unis X 2.820.617, cédé à The Trane Company, déposé le 7 Novembre 1955 et accordé le 21 Janvier 1958.
Les portions d'élément 32 et 36 comportent des évidements 40 destinés à loger les parties coudées 42 du tube--, serpentin 14. La partie des portions 32 et 36 où les tubes- serpentins 14 vont vers les collecteurs comporte des évidemments 44 analogues à. ceux de la portion 34 de l'élément.
Pour la construction, on commence, par poser une tôle ' de séparation 26. Un élément ondulé comportant les portions .4;
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32, 34 et 36 est ensuite place sur la tôle de séparation, avec 5 . -J r ,w.. les évidements on haut. Un tube-serpentin 14 .est placé sur..S,', '.- l'élément 20 avec les parties droites 3-b' dû ;--}P1't\:.{r\I',, "' ,"/t ';, t. ':" ',- l'élément 20 avec les partios droites 38 du tube-serpentin-.;;--! ..A'''. ^ ;;',,....'... ,'C..'sr,,r.ws;'w'u :E,''$'xr':"c. ;t1 dans les évidements 36 et 44 et les'ç¯oudès'42 dsns les''r=ß.^ iev* ±;#-#. *# #######! ' #/#-- -A- # -", "1r"" ,.....-:-,,':.'t...," .,.\",",1 H ... ). -'t ;, évidements .40.
Les tôles de séparatiÓn 46 et, 48',:20\F . 2,'f .f,. \ J ##;.;:-:#-.. ' Â ^'v;... ,., ' i ::"!1^My'r4.',' >.,,'... iror"3.; r:Ai'.'.',j.ir"5'''
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sont ensuite disposées sur les éléments 20 avec leurs parties saillantes 54 s'intercalant entre les parties rectilignes du tube-serpentin. On place alors un second élément 20 sur le tube 14 et sur le.premier élément 20, de façon que les ondulations des deux éléments entourent le tube 14 et s'engagent entre ses spires. Une seconde tôle do séparation 26 est placée sur le second élément 20 et des tôles en U 30 sont disposées tout contre l'extrémité de l'ailette ondulée 20. L'ensemble est ensuite maintenu temporairement assemble par tout moyen approprié tel que des pinces et est brasé ou soude par tout procédé convenable.
Dans la pratique, l'échangeur de chaleur 10 sera , construit aux longueur, largeur et profondeur appropriées et brasé on une seule unité, au lieu d'effectuer le brasage individuel des sections 24 ; brase ensuite sur cet ensemble les collecteurs appropriés tels que 12, 16, 18 et 22.
11 faut remarquer tout particulièrement les figuras 6 et 7 qui représentent deux formes de réalisation des tôles de séparation qui sont utilisées entre les éléments 20 de
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l'échangeur de chaleur, selon que les tubes-serp,entins 14 entrent et sortent du même côté de l'échangeur ou surdos côtes opposes.
La figure 6 montre les tôles de séparation 46 et 48
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qui sont utilisées entre les éléments 20 quand le tube-serpontin 14 entre et sort du même côté de l'échangeur.*-' La figure 7 montre les tôles de- réparation 50 et, 52 #;/ qui sont utilisées quand les tubos--serpent4in<14zéntreritdrtun:''P'"e ##'#-#..:. ##:#,.-: .->,T#tàîïvV-|; , côté de l'echangour de chaleur- et sortent du côté . oppose #*?&# -:-r*-; '.-"-';-'.- ' .... ,wM-',- aw'ir:.'?'j.t",f.:ßsv';k'.ksâ' '.,A ##,:## . .:.Si=lrôn''se réfère â'lâ¯variante,'rèprésentéeX::aurles'' figures ;8 a 10,-on voit que l' 6chaingeur est 'cômpo sé.,'d! unë. sdrie' 't,d'éldmntsondûléâ 20 empilés les uns sur.-le"s'',-au res, ,ave6'71es,
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tubes-serpentins 14 disposés entre ces éléments ondulés.
Chaque élément, comme dans le cas des figures 1 à 7,présente au moins trois portions 32, 34 et 36 avec des évidements 37,
40 et 44 pratiqués dans ces portions d'élément de façon à loger les tubes-serpentins 14. Les évidements sont faits de façon que les ondulations entourent le tube 14 et pénètrent entre ses branches. Des tales de séparation 28, analogues à celles des figures 6 et 7, sont disposées entre les éléments 20 et des tôles de séparation 26 sont placées aux parties supérieure et inférieure do la section.
Sur la figure 8, la portion 32 d'un élément 20 a été enlevée pour montrer la disposition décalée des tubes-serpentins.
Comme on peut le voir sur les figures 8 et 9, les tubes placés entre des éléments voisins 20 sont décalés l'un par rapport à l'autre. Ceci est nécessaire pour des raisons de fabrication.
En effet, la formation d'évidements des deux c8tés des éléments d'échange thermique avec les évidements l'un au-dessus de l'autre affaiblirait l'ailette et serait très difficile à réaliser.
Afin de mieux faire comprendre l'invention, trois éléments 20 seulement sont représentés ; nombre d'éléments et de tubes intercalés ne dépend évidemment quo de l'importance de l'échange thermique que l'on a en vue.
Il est évident que l'invention décrite ci-dessus présente de nombreux avantages qui n'existaient pas dans les échangeurs thermiques antérieurs. Avant la présente invention, les échangeurs thermiques qui utilisaient des tubes d'échange en serpentins avaient leurs coudes en U disposés à l'extérieur de l'échangeur, emplacement où, de toute évidence,'* - cette partie .de +ube n'avait aucune utilité pour le but recherché.
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En outre, quand on brasait un échangeur thermique, cette surface était perdue comme surfac de brasage, ce qui abaissait d'autant la pression à laquelle pouvait fonctionner l'échangeur de chaleur. Non seulement la présente invention augmente le rendement de l'échangeur thermique en plaçant tout le tube- serpentin à l'intérieur de l'échangeur, mais encore elle donne une construction d'élément qui permet l'utilisation complote et efficace de tout le tube-serpentin.
Elle a également pour résultat une construction d'échangeur tharmiquo qui, après brasage, supportera sans se rompre des pressions allant au moins jusqu'à 125 kg/cm . De plus, comme il est exposé ici, cet échangeur thermique est facile à monter et il peut être fabriqué pour remplit un grand nombre de rôles en changeant simplement la construction des collecteurs ou le nombre de passes ou les deux à la fois.
Alors que l'appareil présenté et décrit ici constitue les formes préférées de l'invention, il est cependant évident que l'appareil peut être soumis à des modifications sans sortir de l'esprit de l'invention.