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"Elément parcouru par un fluide dans le sens de la longueur et destiné à favoriser les échangea thermiques."
La demanderesse tient à signaler que dans les dessina qui ont été déposés avec cette demande, certaines référencée sont erronnées.
Aux fins de rectification de ces dessine et de mise en concordance de ceux-ci avec le texte de la demande de brevet, nous voua joignons en double exemplaire, dont un timbré à 30 Er, deux planches de dessins comportant les figures 7 a-r et 8 sur lesquelles planches apparaissent les références erronnées sur les dessins originaux.
Sur la planche 7 a-r, il s'agit de la référence "37" qui doit se lire "39", Cette correction est justifiée par la description (page 10, ligne 30). Les références "1390" et "2260" doivent se lire "1330" et "2660" respectivement.
Ces corrections sont également justifiées par la description,
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en ce sens qu'il doit y avoir concordance entre les réfé- rences reprises aux figures 7 a-r et celles de la figure 8.
Sur la planche 8, il s'agit du groupe de lettres b à r qui doit reculer d'un rang vers la droite* Cette correction se justifie par la description, en ce sens qu'il doit y avoir concordance entre les références "groupe lettre-chiffre" de la planche 7 a-r et celles de la figure 8. Il y a lieu également sur la planche 8 de remplacer "t" par "s" et "150" par "190", aucune mention n'étant faite de ces deux références.
En ce qui concerne le texte de la description, il y a lieu de remplacer à la page 11, ligne 28, la référence 37 par 39, afin de correspondre à la description donnée page 10 ligne 30.
Noua vous prions de bien vouloir verser ces planches de dessins rectificatives ainsi que la présente au dossier du brevet.
Nous Joignons également un duplicata de la présente timbré à 30 Er aux fins de certification conforme par votre administration.
@ D'autre part, nous autorisons l'administration à délivrer copie de la présente et des dessins rectificatifs à toute de- mande de copie du brevet.
Dans l'attente de votre accusé de réception de la pré- sente et de ses annexes, nous vous prions de croire, Monsieur le Conseiller, à notre considération distinguée.
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bu vr'.-n'" inv.n'1on eut r11'. un ill4itiolit pMt'onut'u par un fluide dans le sens de sa intigueurg qui est destine à être introduit dnna un conduit de circulation de cnst en pnrtio culîer dans un enduit do fumée de chaudière, en vue de favori.-* mer les échanges thermique..
14our iluttmotiter le on.tt'1o;!.ont de translation de lu oh"ltuft il est d'usage courant de perturber la circulation du fluide d'échange dans les conduits qu'il parcourt en y créant une forte
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turbulence. Il peut être pr<f>vu h cet effet deu eerpentine in- troduits dans les tubes et subdivisant le conduit, ou des éle'- ments en forme de ressorts spiraux prenant appui sur les parois
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du oondu:1.t.
Il .x1..t. en outre une OhuUl1ibl'6 qui est pourvue de conduite de fumées cylindriques annulaires, dans lesquels sont fixés des éléments enroules en spirale. Ces éléments servent à augmenter la surface de contact entre les fumées chaudes et la chemise d' eau absorbant la chaleur, dans le but d'accroître l'importance des surfaces d'échange* Cette solution exige évidemment une bonne liaison entre les éléments et la paroi d'échange séparant les fumées de l'eau, pour que la chaleur contenue dans les fu- mées soit effectivement transmise métal sur métal aux cloisons de séparation et qu'il n'existe pas de couche gazeuse intermé- diaire.
On s'est donc efforcé jusqu'à présent, notamment en augmen- tant le coefficient de transmission calorifique du coté gaz, de retirer la chaleur des fumées sur des trajets aussi courts que possible pour la transmettre au fluide devant être réchauffé, Il est connu que le coefficient de transmission calorifique du coté gaz peut être augmenté en élevant la vitesse de circulation des fumées dans leurs conduite. Cette élévation de vitesse en- traîne néanmoins une augmentation notable des pertes de charge, ce qui impose certaines limites pratiques à ce procédé.
Etant
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donné qu'il règne dans les conduite de fumées des chaudières des conditions d'écoulement turbulentes, le gain obtenu par l'installation d'éléments dits "de turbulence", qui impriment un mouvement giratoire à l'ensemble du courant, est relative- ment faible. Ceci veut dire que des éléments intérieurs lis- ses à grandes surfaces d'échange augmentent sensiblement les pertes par frottement sans améliorer notablement les échanges.
Il existe également des tuyaux pour échangeurs de chaleur, dans lesquels il est prévu une ou plusieurs cloisons de sépa- ration dirigées suivant l'axe du tuyau et subdivisant le cou- rant en veines individuelles, cloisons qui sont d'un coté mu- nies de chicanes, dont les arêtes d'intersection avec la cloi- son de séparation sont dirigées obliquement par rapport à l'a- xe, dans le but d'augmenter l'échange thermique entre les élé- ments intérieure et ceux qui sont en contact avec les parois extérieures,
Une autre solution vise à augmenter la turbulence et, par suite, l'échange de chaleur sans nécessiter l'accroissement de perte de charge qui en est la conséquence normale.
Cette solu- tion consiste à subdiviser le conduit d'écoulement en deux par- tien égales au moyen d'un élément qui est équipé de chicanes en tôle faisant saillie dans les deux parties du conduit et dans lequel sont pratiquées des ouvertures de gros diamètre planées en amont des chicanes dans la direction du courant, ouvertures par lesquelles le courant gazeux est dirigé alternativement de l'une des parties du conduit dans l'autre par les chicanes.
Le but poursuivi par cette mesure est d'accroître la tur- bulence et l'échange du fluide gazeux pour créer des condi- tions de transmission thermique améliorées,
On connaît également une tôle de choc pour conduites de vapeur et de gaz, en particulier dans les machines à absorption, qui est formée d'une bande sans languette, pliée en zig-zag
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et dont la largeur est sensiblement égale au coté du carre ins- crit dans la circonférence de la conduite. Ces bandes de tôle sont généralement munies de trous de gros diamètre et destinées principalement aux appareils à rectifier, notamment aux petits réfrigérateurs à absorption.
Il a en outre été déjà proposé un échangeur de chaleur tubulaire, destiné au refroidissement des gaz d'échappement ou, des gaz ou vapeurs résiduaires, qui comporte des cloisons in- térieures de séparation pour le brassage du fluide d'échange thermique, lesdites cloisons étant fixées à la paroi tubulai- re et munies alternativement de cuvettes, ou creusures analo- ou**, permettant d'augmenter la surfucs d'échange et de conférer aux cloisons une plus grande résistance aux vibrations.
En dehors de son action de renforcement mécanique, cette mesure vise à accroître la turbulence et à améliorer la transmission de la chaleur, comme les modes de réalisation précédemment rap- pelés, Pour augmenter l'échange thermique par turbulence, il a d'ailleurs été proposé de pratiquer des découpes spéciales dans les cloisons intérieures de séparation de ces échangeurs de chaleur tubulaires.
Dans l'industrie du froid, il existe de plus des échangeurs à tubes qui comportent des éléments introduits dans les tubes pour améliorer l'échange de chaleur. Ces éléments subdivisent le conduit tubulaire en trois compartiments parallèles à l'a- xe et sensiblement égaux ; les cloisons de séparation sont pourvues de grandes ouvertures par lesquelles le fluide ga- seux peut passer d'un compartiment à l'autre,
De l'état de la technique qui vient d'être exposé,
il res- sort qu'on s'est efforcé jusqu'à présent d'améliorer les conditions de la transmission et de l'échange de la chaleur par un accroissement de la turbulence du fluide gazeux et qu'il a été proposé à cet effet des éléments échangeurs munis
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de grande* ouvertures aeeurunt une bonne circulation de ce fluide. Jusqu'à présent il n' manifestement paa été accordé uno grande importance À lu question de l'amélioration de l'é- change de chaleur par rayonnement dans l'élément à oonvootion.
Tout le éléments outmua vif1nnt .. Augmenter l'6ohAnF';' de chatwup comportent dwa troua individuels de (grandes d1n18n- atanm en.\ deM ralig6om de tromme" ouverture, d.tS1iin' confère)? au fluide en circulation une plus grande turbulence et à faci- liter ainsi l'échange entre les diverses enceintes d'écoulement délimitées par ces éléments.
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tînt t"tRttV8 ft litmri t effectua pour rloou(lre oe problè- me au moyeu dl 61dl1l.Htïn '111 forme 414bolle ou 1'\' ot'.'H1" luté- riourg non perforés J'irrlmi.,.17,,(, à 11 lixe de conduits et qui sont destinée à accroître l'échange thermique non seulement par turbulence, mais aussi par rayonnement.
Avec les éléments intérieurs de ce type, il n'a pas été
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possible de réaliser l'abaissement recherché de la tempaature. par exemple dans les 60huJlgeura de chaleur pour gaz de fumées, de Morte que l'on peut dire que ce mode de réalisation ne ré- pond pas aux conditions imposées.
Une augmentation de la turbulence et de l'échange de
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chaleur peut être êtraleiaent obtenue au moyen d'éléments échan- ' geurs présentant la forme de plateaux entre lesquels sont dis. posés des tamis métalliques à grosses mailles. Cette construc- tion dite "en sandwich" peut être utilisée pour l'exécution d'échangeurs de chaleur, mais ost trop compliquée pour des élé- ments amovibles et interchangeables. Des mesures effectuées dans des tubes de fumée munis intérieurement de tamis de type usuel à circulation longitudinale ont d'ailleurs démontré que les conditions de la transmission calorifique ne sont guère meilleures qu'avec les éléments de turbulence ou les garnitu- res intérieures connus rappelés ci-dessus.
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La cimlation d'un fluide à travers de tels tamis ou ré seaux entraîne, en outre, dans le cas où plusieurs do ces été- monte sont montre en série, une porto do charge oxuîx6e qui nuit à la rentabilité de 'xbx..ct.ar Dane un au4x mode (le r4alluitluti connu d'un eclimilesur do 011440ur A pl,Mt)M<4UK) il fft) i>j<mvu uttt) 1111u. vvfov6. in6I.u. re, sur laquelle les troua sont entoures de colleta en saillie donnant naissance à une turbulence.
L'amélioration obtenue par ces éléments n'est acquise que moyennant un accroissement
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correspondant don portes de charge dans l'échangoure 101lt' UUI"IIt('n1,,, .n ulU'fltl,1' (1' Iah'mlf! trmwnIf1i1tlll1t1 In oh/1) 8\U', il ? été <MHt 11,t'('VU ci'1lnax' (tom "\U'r.C1 1nhJ'IIIl\b1r"l8, munies d'ouvurturee, en particulier de forme carrée uinui que d'organes de turbulence en saillie sur la surface d'échange.
Cette dispositionre donne pas un échange thermique meilleur que les formes de réalisation connues, à perte de charge égaler
Ces résultats peu satisfaisants ont conduit à dea recher-
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ches poussées dans le domaine des éléments échlUJeur8 faciles à remplacer et & introduire dans les conduits.
Ces éléments nouveaux doivent être de construction extrêmement simple et bon marché. faciles à nettoyer et assurer avec une perte de charge réduite un abaissement de température plus important que jusqu'à présent, en particulier dans les conduite de fumées des chaudières*
L'élément agencé selon l'invention se distingue des éléments connus par le fait qu'il comprend au moins un organe liane en forme de plateau, exempt de toute saillie et muni de petits orifices groupés ou disposés régulièrement, dont la plus pe- tite dimension est d'au moine 1 mm et le nombre spécifique d'au moins 5000/a .
Le principe sur lequel se fonde l'invention est le suivant
Des expériences ont prouvé que le flux de chaleur sur les
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parois des tubes parcourus par les fumées peut astro considé-
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rablement augmenté par une subdivision de l'intérieur du tube de fumée en un certain nombre de compartiments pratiquement emparée l'un do l'autre et parcourus par les fumées dans le et,ne de leur longueur, à la condition que les divers comparti- mente communiquent entre eux par une multiplicité d'orifices pratiqués dans les cloisons qui les séparent.
Les séries d'essais effectuées ont permis, en outre, de constater au les conditions d'échange thermique qui règnent dans l'élément selon l'invention ne sont pas celles que l'on rencontre couramment dans les échangeurs parcourus par des flui- des à vitesse moyenne constante et à densité locale également constante, et qu'au contraire l'échange thermique varie forte- ment suivant les zones de l'élément dans lesquelles sont dispo- sés les orifices.
La chute de température des fumées sur le parcours d'essai utilisé pour la mesure est très variable suivant le type des perforations et les dimensions des groupes de perforations ; les valeurs de la température finale des fumées pour les di- vers éléments, déterminées ainsi qu'il sera exposé plus loin, sont plus ou moins élevées dans chaque cas suivant le nombre des perforations pratiquées dans l'élément et leur emplacement. ! Ce résultat inattendu a fait l'objet de recherches plus pré- cises et peut âtre expliqué comme suit :
En fonction du déroulement de la combustion, la colonne de fumées est sujette à des oscillations.
II apparaît que @ ces oscillations sont plus ou moins amplifiées ou amorties par les éléments échangeurs selon la disposition des perforations, leur groupage, leur nombre et leur grosseur, ce qui entraîne une chute plus ou moins importante de la température des fumées tout au long des éléments.
Compte tenu de ces oscillations, il est possible d'augmen- ter notablement la chute de température des fumées malgré des vitesses de circulation et des pertes de charge extrêmement
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faibles, étant donné que les oscillations dues à la combustion elle-mSme prélèvent leur énergie cinétique sur la chaleur laten- te des fumées. Ces oscillations longitudinales de la colonne de fumées peuvent donner localement naissance à de très gran- des vitesses et, par conséquent, à des coefficients de trans- mission calorifique exceptionnellement élevés, qui se totali- sent sur toute la longueur du conduit et entraînent cette per- te de température remarquablement élevée.
Il faut naturelle- ment faire entrer en ligne de compte l'énergie des oscillations, qui retire aux fumées leur énergie interne en faisant chuter leur température.
Il n'est pas possible de préciser quantitativement la participation des divers facteurs, à savoir du rayonnement, de la transmission calorifique sous l'effet de la vitesse de cir- culation des fumées, de la turbulence et des oscillations de la colonne de fumées, au phénomène constaté de lhute impor- tante de température pour une perte de charge très faible.
Tous ces résultats d'expériencesont été mis à profit pour réaliser un élément assurant un échange de chaleur très effi- cace et qui présente les qualités ci-après : a) flux de chaleur très élevé entre le fluide d'échange et la paroi du conduit ; b) perte de charge et vitesse très réduites c) grande facilité de démontage.
Les éléments agencés sur ces bases conformément à l'inven- tion peuvent 8tre établis sous des formes différentes, dont quelques unes sont représentées à titre d'exemples aux dessins annexés, dans lesquels : @ La fig. 1 est une vue partielle en perspective d'un élément échangeur après son introduction dans un tube chauffé par du gaz de fumées ; - la fig. 2 représente un élément analogue, mais en forme d'étoile ;
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e la. tîst 3 est une vue partielle en perspective d'un '11- Ment tn forma de chevron) destiné à $tV$ introduit dans une enceinte annulaire cylindrique léchée par deu fumées - les tige. 4 et 5 montrant deux formes d'exécution de la surface des éléments ou des organes qui les constituent ;
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- la figt 6 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un appareillage d'essai utilisé pour déterminer la chute de température des fumées dans des tubes refroidis à l'eau ;
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- les .tige. z z 71' représentent en section des éléments échangeurs cruciformes, comportant un nombre et une disposition de trous différente mais une répartition et un diamètre de troue
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constants, destinés à être utilisé dans l'appareillage d'eveai suivant la figura 6
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0 la ligo 8 reproduit sous la forme d'un diagramme les températures des fumées à l'extrémité du parcours de mesure avec une vitesse à l'entrée constante,
pour les divers éléments
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représentés aux figures 7a à 7r$ ainsi que les valeurs corres- pondantes des pertes de charge.
La figure 1 montre un élément cruciforme 1, formé de sur- faces planes et logé à l'intérieur d'un tube de fumées 3. Cet élément 1 se compose de deux feuilles planes en croix 4 et 5,
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parallèles à laxe 2 du tube de fumées 3 et qui délimitent qua- tre compartiments 14, séparés l'un de l'autre et parcourus par les gaz. Ces feuilles glanes, de préférence en tôle, sont mu- nies de rangées parallèles de trous 8. Les cavités 14 sont dé- limitées par les parties perforées des feuilles 4 et 5, ainsi que par une portion de la paroi du tube de fumées 3.
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L'élément 10 représenté à 1 fii,,iiro 41 t-kt en forme d'étoi- 14 Ot muni fliVMhift 1'l.(('IttÜIIHl/lf.lnt, j t.tJI,It1 ,1; l''IIJU Il$ Utt1" éleigont bit II h 11..1 ont tht.l'Q,1ult ilitilli un tuba la jmreouru par les fumées.
La figure 3 représente une autre forme d'exécution d'un élément, qui se compose de deux feuilles planes 20 et
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actiombl6es en forme de Routtiere et munies également} de ran- 0400 40 trou. e3o léom doux pMl'ola 4 t *!± dtUimUento un conduit cylindrique de fumées ZQ9 parcouru par les gur, dans la direction de la flèche 27.
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Lon figures 4 et 5 sont des vues partielles d'éléments i présentant des surfaces différentes. Les éléments sont percée
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d'orifices 6, visibles aux figures 1 à 3 ainsi qu'à la tigu- i re 4. Ces orifices peuvent être circulaires, polygonaux, oblongs ou ovales.
Il peut également être prévu des organes tels que 45 pourvus * groupes individuels de trous 46, 47, 48 ; les trous' 46 situas à l'entrée du tube sont avantageusement d'un diamètre
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plu petit que ceux deM roupeu n%xJv,4ntu 47 et 4U, qui sont t!;Ón&rf\lcfUul1t ôu;uux dUfUS chaque &';
1'I.IU1)8. l'es orifioee dom trrou- pen 47 et 48 peuvent dluillouru ttre de grouoeur îduntique, Afin que les quantités de chaleur transmises aux parois des tubes 3 et aux éléments soient égales, il est recommande de munir les surfaces des éléments de moyens convenablement con-
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formés, en particulier a 'ouvertures pratiquées dans les tples des éléments La figure 6 représente achématiquement un appareillage de mesure 27, qui comprend une chambre de combustion 28 entourée d'une chemise d'eau 29.
Dans la paroi antérieure de la chambre est installé un brûleur à huile 30 et à l'extrémité opposée se trouve une prise de mesure de pression 31, située directe- ment en amont de l'ouverture de sortie 32 de la chambre de combustion. A la paroi postérieure de cette dernière fait
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suite un tube 33 enveloppé d'un SernînauCe réfrbctaire 34. La tompdruturù des *#&± k l'entré oat intiot4i'tjo en 35, Dans un OCHH1\1 Il' menu!'* l/ tgi4tuute 4'U!'a UhllllltJl'* a1 ou Itl ont IcKi un élément 39 du tylio t'f.,!,.r6IU'Jlt6 à llu'4èi deM fj.tsy x ?Atto7r et dont il s'agit d'étudier, dans l'installation de mesure 27, ' le comportement au point de vue de la transmission calorifique.
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A l'extrémité du conduit 37 se trouvent une prise de mesure de pression 40 et une prise de mesure de température 41, tan- dis que la température de l'eau est lue aux emplacements dé- signés par 42. Le conduit de mesure 37 est un tube d'un dia- mètre de 3" et d'une longueur de 1 m.
Les estais ont été effectués en introduisant successi- vement dans le conduit de mesure 37 chacun des éléments sui- vant les figures 7a .....7r. La température des fumées à l'en- trée est réglée & une valeur constante de 580 C. Les tempé- ratures de l'eau et les autres paramètres de l'appareillage d'essai étant maintenus également constants, on lit la tempé- rature de sortie des gaz en 41, au moyen d'un thermomètre à mercure gradué en degrés centigrades.
La perte de charge dans le parcours de mesure est déterminée dans chaque cas au moyen de manomètres piqués en 31 et 40,
Les éléments 39 portaient des perforations de 4 mm, tandis que la tôle formant les éléments ou organes possédait une épaisseur de 3 mm. Le nombre effectif de trous pour cha- que élément est indiqué à la figure 7, tandis qu'à la figure 8 *eu nombres de troua sont portés en abscisses et les tem- pératures des fumées à la sortie du parcours de mesure pour une température à l'entrée constante de 580 C en ordonnées.
Au-dessus de ces températures se trouve sur le diagramme de la figure 8 la chute de pression correspondante eu? le par- cours de mesure, en millimètres de colonne d'eau.
De ces mesures, effectuées avec des vitesses de gaz de l'ordre de 2m/6 secte il ressort sans équivoque que les éléments 37 suivant la fleure 7r à perforation continue donnent sur le parcours de mesure la chute de température des gaz la plus grande, égale à 250 C environ. Il faut remarquer que cet- te ohute de température n'augmente pas toujours avec le nom- bre des trous, mais peut diminuer entre certains de ces nom- bres, de même que la perte de charge, qui augmente et diminue
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de façon correspondante,
Ces mesures semblent:
indiquer qu'au mouvement de trans- lation des fumées à travers le tube doit se superposer un mouvement plus ou moins important suivant le nombre des trous* Il y a lieu de supposer qu'il s'agit là de phénomènes d'oscil- lations sur le parcours de mesure, qui sont amortis ou ampli- fiés par l'élément suivant le type de celui-ci, et qui pour- nient avoir leur origine dans la combustion. Les phénomènes dont il a été fait état précédèrent peuvent s'expliquer de cette manière.
Ces oscillation$ donnent localement naissance à de grandes vitesses dans la colonne de gaz qui ce déplace pour le reste suivant un mouvement de translation uniforme, ce qui a pour conséquence une augmentation du coefficient de transmission de la chaleur du gaz à la paroi tubulaire et, par suite, de la chute de température des gaz sur le parcours de mesure, ou des fumées dans les carneaux des chaudières.
Les éléments sont démontables pour permettre leur nettoya- ge. La répartition des orifices sur les tôles peut être diffé- rente, Il s'agit néanmoins dans tous les cas d'une perforation spécifique fine, par exemple de 5000 à 200.000 troue ou orifi- ces par mètre carré. Pour un tube de fumées d'un diamètre ap- proximatif de 2", il faut compter environ par mètre carré 50.000 trous de 2 mm de diamètre.
Des expériences faites sur des chaudières ont prouvé que les éléments de ce type, qui favorisent les échanges calo- rifiques et donnent naissance notamment aux phénomènes préci- tés, permettent de conférer aux conduits de fumées une lon- gueur notablement plus faible, de sorte que, pour une puis- sance donnée, la chaudière peut être beaucoup plus courte que jusqu'à présent. Il en/résulte des surfaces de chauffe plus petites et des pertes de charge réduites et, par conséquent, une diminution du prix de revient et des frais d'exploitation de l'installation.
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"Element traversed by a fluid in the direction of the length and intended to promote heat exchange."
The applicant wishes to point out that in the drawings which were filed with this application, some referenced are erroneous.
For the purpose of rectifying these drawings and bringing them into line with the text of the patent application, we are enclosing in duplicate, including one stamped at 30 Er, two drawing boards comprising figures 7 ar and 8 on which the plates appear erroneous in the original drawings.
On plate 7 a-r, it is the reference "37" which should read "39". This correction is justified by the description (page 10, line 30). The references "1390" and "2260" should read "1330" and "2660" respectively.
These corrections are also justified by the description,
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in the sense that there must be concordance between the references given in figures 7 a-r and those in figure 8.
On plate 8, it is the group of letters b to r which must move back one row to the right * This correction is justified by the description, in the sense that there must be agreement between the references "group letter-number "of plate 7 ar and those of figure 8. It is also necessary on plate 8 to replace" t "by" s "and" 150 "by" 190 ", no mention being made of these two references.
As regards the text of the description, on page 11, line 28, the reference 37 should be replaced by 39, in order to correspond to the description given on page 10, line 30.
We ask you to kindly place these corrected drawing boards as well as this in the patent file.
We are also enclosing a duplicate of this stamped at 30 Er for the purposes of certification by your administration.
@ On the other hand, we authorize the administration to issue a copy of the present document and of the corrective drawings to any request for a copy of the patent.
Pending your acknowledgment of receipt of this present and its appendices, we ask you to believe, Mr. Counselor, in our highest consideration.
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bu vr '.- n' "inv.n'1on had r11 '. an ill4itiolit pMt'onut'u by a fluid in the direction of its intigueurg which is intended to be introduced into a circulation duct from cnst in the main culîer in a plaster of boiler smoke, with a view to favoring the heat exchange.
14our iluttmotiter the on.tt'1o;!. Have translation of lu oh "ltuft it is common practice to disrupt the circulation of the exchange fluid in the conduits that it travels by creating a strong
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turbulence. It may be preferred to see this effect of the erpentine introduced in the tubes and subdividing the duct, or of the elements in the form of spiral springs bearing on the walls.
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of oondu: 1.t.
There .x1..t. in addition a OhuUl1ibl'6 which is provided with annular cylindrical flue pipes, in which spiral wound elements are fixed. These elements serve to increase the contact surface between the hot fumes and the heat-absorbing water jacket, with the aim of increasing the size of the exchange surfaces * This solution obviously requires a good connection between the elements and the exchange wall separating the fumes from the water, so that the heat contained in the fumes is effectively transmitted metal to metal to the partition walls and that there is no intermediate gas layer.
So far, efforts have been made, in particular by increasing the heat transmission coefficient on the gas side, to remove the heat from the fumes over paths as short as possible in order to transmit it to the fluid to be heated. that the heat transmission coefficient on the gas side can be increased by increasing the speed of flow of the fumes in their pipes. This increase in speed nevertheless results in a notable increase in the pressure drops, which imposes certain practical limits on this process.
Being
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Since there are turbulent flow conditions in the flue gas pipes of the boilers, the gain obtained by installing so-called "turbulence" elements, which impart a gyratory movement to the entire stream, is relative- ment weak. This means that smooth interior elements with large exchange surfaces appreciably increase the friction losses without significantly improving the exchanges.
There are also pipes for heat exchangers, in which there are provided one or more partition walls directed along the axis of the pipe and subdividing the current into individual veins, partitions which on one side are enlarged. baffles, the edges of which intersect with the partition wall are directed obliquely with respect to the pin, with the aim of increasing the heat exchange between the internal elements and those which are in contact with the outer walls,
Another solution aims to increase the turbulence and, consequently, the heat exchange without necessitating the increase in pressure drop which is the normal consequence thereof.
This solution consists in subdividing the flow duct into two equal parts by means of an element which is equipped with sheet metal baffles projecting in the two parts of the duct and in which openings of large diameter planed are made. upstream of the baffles in the direction of the current, openings through which the gas stream is directed alternately from one part of the duct to the other by the baffles.
The aim of this measure is to increase the turbulence and exchange of the gaseous fluid to create improved heat transfer conditions,
Also known is an impact plate for steam and gas pipes, in particular in absorption machines, which is formed of a strip without tab, folded in a zig-zag
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and the width of which is substantially equal to the side of the edge inscribed in the circumference of the pipe. These sheet metal strips are generally provided with large diameter holes and are intended mainly for grinding devices, in particular for small absorption refrigerators.
A tubular heat exchanger has also already been proposed, intended for cooling the exhaust gases or the waste gases or vapors, which comprises internal separation partitions for the mixing of the heat exchange fluid, said partitions. being fixed to the tubular wall and provided alternately with cuvettes, or similar recesses, or **, making it possible to increase the exchange surface and to give the partitions greater resistance to vibrations.
Apart from its mechanical reinforcing action, this measure aims to increase turbulence and improve heat transmission, like the previously mentioned embodiments. To increase heat exchange by turbulence, it has moreover been proposed to make special cuts in the interior partitions of these tubular heat exchangers.
In the refrigeration industry, there are also tube exchangers which include elements introduced into the tubes to improve the heat exchange. These elements subdivide the tubular duct into three compartments parallel to the axis and substantially equal; the partition walls are provided with large openings through which the gaseous fluid can pass from one compartment to another,
From the state of the art which has just been explained,
it appears that efforts have hitherto been made to improve the conditions for the transmission and exchange of heat by increasing the turbulence of the gaseous fluid and that it has been proposed for this purpose exchanger elements fitted
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large * openings allow good circulation of this fluid. Hitherto, obviously no great importance has been given to the question of improving the radiant heat exchange in the heating element.
All the elements outmua vive1nnt .. Increase 6ohAnF ';' of chatwup have individual holes of (large d1n18n- atanm en. \ deM ralig6om de tromme "opening, d.tS1iin 'gives) to the circulating fluid greater turbulence and thus to facilitate the exchange between the various enclosures flow bounded by these elements.
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tînt t "tRttV8 ft litmri t performed for rloou (the oe problem at the hub of 61dl1l.Htïn '111 form 414bolle or 1' \ 'ot'. 'H1" lutériourg not perforated J'irrlmi.,. 17, , (, with 11 lixes of conduits and which are intended to increase heat exchange not only by turbulence, but also by radiation.
With interior elements of this type, it was not
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possible to achieve the desired lowering of the temperature. for example in the 60huJlgeza heat for flue gases, de Morte that one can say that this embodiment does not meet the imposed conditions.
An increase in turbulence and the exchange of
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heat can be obtained by means of exchange elements having the form of trays between which are said. laid metal sieves with coarse mesh. This so-called "sandwich" construction can be used for the execution of heat exchangers, but is too complicated for removable and interchangeable elements. Measurements carried out in smoke tubes fitted internally with screens of the usual longitudinal circulation type have moreover shown that the conditions of heat transmission are hardly better than with the known turbulence elements or interior linings mentioned above. -above.
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The cimlation of a fluid through such sieves or networks results, moreover, in the case where several of these summer- mounts are shown in series, a porto do oxuîx6e charge which adversely affects the profitability of 'xbx..ct .ar In an au4x mode (the known r4alluitluti of an eclimileon do 011440ur A pl, Mt) M <4UK) il fft) i> j <mvu uttt) 1111u. vvfov6. in6I.u. re, on which the holes are surrounded by protruding colleta giving rise to turbulence.
The improvement obtained by these elements is only acquired through an increase
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corresponding don charge gates in the interchange 101lt 'UUI "IIt (' n1 ,,, .n ulU'fltl, 1 '(1' Iah'mlf! trmwnIf1i1tlll1t1 In oh / 1) 8 \ U ', it? been < MHt 11, t '(' VU ci'1lnax '(tom "\ U'r.C1 1nhJ'IIIl \ b1r" l8, provided with openings, in particular of square shape uinui that members of turbulence projecting on the exchange surface.
This arrangement does not give a better heat exchange than the known embodiments, with pressure drop equal to
These unsatisfactory results have led to research
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They are pushed into the field of easy-to-replace and easy-to-replace expander elements into the ducts.
These new elements must be of extremely simple and inexpensive construction. easy to clean and with a reduced pressure drop ensure a greater temperature drop than hitherto, in particular in the flue gas pipes of the boilers *
The element arranged according to the invention differs from the known elements by the fact that it comprises at least one liana member in the form of a plate, free of any protrusion and provided with small orifices grouped or arranged regularly, the smallest of which dimension is at least 1 mm and the specific number at least 5000 / a.
The principle on which the invention is based is as follows
Experiments have shown that the heat flux on
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walls of the tubes traversed by the fumes can astro-
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rably increased by a subdivision of the interior of the smoke tube into a number of compartments practically seized from one another and traversed by the fumes in the and, not of their length, on condition that the various compartments They communicate with each other by a multiplicity of orifices made in the partitions which separate them.
The series of tests carried out have also made it possible to observe that the heat exchange conditions which prevail in the element according to the invention are not those commonly encountered in exchangers through which fluids flow. at a constant average speed and at a local density that is also constant, and that on the contrary the heat exchange varies greatly depending on the zones of the element in which the orifices are placed.
The drop in temperature of the fumes over the test path used for the measurement is very variable depending on the type of perforations and the dimensions of the groups of perforations; the values of the final flue gas temperature for the various elements, determined as will be explained later, are more or less high in each case depending on the number of perforations made in the element and their location. ! This unexpected result has been further investigated and can be explained as follows:
Depending on the progress of the combustion, the flue gas column is subject to oscillations.
It appears that @ these oscillations are more or less amplified or damped by the exchanger elements depending on the arrangement of the perforations, their grouping, their number and their size, which leads to a more or less significant drop in the temperature of the fumes throughout the elements.
Taking these oscillations into account, it is possible to significantly increase the drop in temperature of the flue gases despite extremely high circulation speeds and pressure drops.
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low, since the oscillations due to the combustion itself draw their kinetic energy from the latent heat of the flue gases. These longitudinal oscillations of the smoke column can locally give rise to very high velocities and, consequently, to exceptionally high heat transmission coefficients, which are totaled over the entire length of the duct and lead to this loss. - remarkably high temperature.
Of course, the energy of the oscillations must be taken into account, which removes the internal energy from the fumes by causing their temperature to drop.
It is not possible to quantitatively specify the participation of the various factors, namely radiation, heat transfer under the effect of the flow rate of the fumes, the turbulence and oscillations of the fume column, to the observed phenomenon of a large drop in temperature for a very low pressure drop.
All these experimental results were used to produce an element ensuring a very efficient heat exchange and which has the following qualities: a) very high heat flow between the exchange fluid and the wall of the duct ; b) very low pressure drop and speed c) great ease of dismantling.
The elements arranged on these bases according to the invention can be established in different forms, some of which are shown by way of example in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a partial perspective view of an exchanger element after its introduction into a tube heated by flue gas; - fig. 2 represents a similar element, but in the shape of a star;
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e the. tîst 3 is a partial perspective view of a '11 - Ment tn forma de chevron) intended for $ tV $ introduced into a cylindrical annular enclosure licked by deu fumes - the rods. 4 and 5 showing two embodiments of the surface of the elements or organs which constitute them;
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- Figt 6 is a schematic longitudinal sectional view of a test apparatus used to determine the temperature drop of the fumes in water-cooled tubes;
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- the .stem. z z 71 'represent cross-sectional cross-shaped exchanger elements, comprising a different number and arrangement of holes but a distribution and a hole diameter
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constant, intended to be used in the eveai apparatus according to figure 6
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0 Ligo 8 reproduces in the form of a diagram the temperatures of the fumes at the end of the measurement path with a constant inlet speed,
for the various elements
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represented in FIGS. 7a to 7r $ as well as the corresponding values of the pressure drops.
Figure 1 shows a cruciform element 1, formed of flat surfaces and housed inside a smoke tube 3. This element 1 consists of two flat cross-shaped sheets 4 and 5,
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parallel to the axis 2 of the flue gas tube 3 and which delimit four compartments 14, separated from each other and traversed by the gases. These gleaned sheets, preferably of sheet metal, are provided with parallel rows of holes 8. The cavities 14 are delimited by the perforated parts of the sheets 4 and 5, as well as by a portion of the wall of the smoke tube 3. .
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The element 10 shown at 1 fii ,, iiro 41 star-shaped t-kt 14 Ot muni fliVMhift 1'l. (('IttÜIIHl / lf.lnt, j t.tJI, It1, 1; l' ' IIJU Il $ Utt1 "raised bit II h 11..1 have tht.l'Q, 1ult ilitilli a snorkel the day passed by the smoke.
Figure 3 shows another embodiment of an element, which consists of two flat sheets 20 and
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actiombl6es in the shape of Routtiere and also provided} with ran-0400 40 hole. e3o soft leom pMl'ola 4 t *! ± dtUimUento a cylindrical flue ZQ9 traversed by the gur, in the direction of arrow 27.
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Lon Figures 4 and 5 are partial views of elements i having different surfaces. The elements are breakthrough
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orifices 6, visible in FIGS. 1 to 3 as well as in figure 4. These orifices can be circular, polygonal, oblong or oval.
Organs such as 45 provided * individual groups of holes 46, 47, 48 can also be provided; the holes' 46 located at the inlet of the tube are advantageously of a diameter
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smaller than those ofM roupeu n% xJv, 4ntu 47 and 4U, which are t!; Ón & rf \ lcfUul1t ou; uux dUfUS each &';
1'IU1) 8. the dom trrou- pen orifioee 47 and 48 can be increased by an appropriate amount, so that the quantities of heat transmitted to the walls of the tubes 3 and to the elements are equal, it is recommended to provide the surfaces of the elements with suitable means.
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formed, in particular has' openings in the tples of the elements. Figure 6 shows a diagram of a measuring apparatus 27, which comprises a combustion chamber 28 surrounded by a water jacket 29.
In the front wall of the chamber is installed an oil burner 30 and at the opposite end there is a pressure measuring point 31, located directly upstream of the outlet opening 32 of the combustion chamber. At the posterior wall of the latter fact
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following a tube 33 wrapped in a refractory SernînauCe 34. The tompdruturù of * # & ± k the entry oat intiot4i'tjo in 35, In an OCHH1 \ 1 Il 'menu!' * l / tgi4tuute 4'U! 'a UhllllltJl '* a1 or Itl have IcKi an element 39 of tylio t'f.,!,. R6IU'Jlt6 at llu'4èi deM fj.tsy x? Atto7r and which it is a question of studying, in the installation of measure 27, 'behavior from the point of view of heat transfer.
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At the end of the pipe 37 are a pressure measurement tap 40 and a temperature measurement tap 41, while the water temperature is read at the locations designated by 42. The measuring duct 37 is a tube with a diameter of 3 "and a length of 1 m.
The stays were carried out by successively introducing into the measuring duct 37 each of the elements according to FIGS. 7a ..... 7r. The flue gas temperature at the inlet is set to a constant value of 580 C. The water temperatures and the other parameters of the test apparatus being also kept constant, the temperature is read. gas outlet at 41, by means of a mercury thermometer graduated in degrees centigrade.
The pressure drop in the measurement path is determined in each case by means of manometers stitched at 31 and 40,
The elements 39 bore perforations of 4 mm, while the sheet forming the elements or members had a thickness of 3 mm. The actual number of holes for each element is indicated in figure 7, while in figure 8 * the numbers of holes are shown on the abscissa and the temperatures of the fumes at the outlet of the measurement path for a temperature at the constant input of 580 C on the ordinate.
Above these temperatures can be found on the diagram of figure 8 the corresponding pressure drop had? the measurement path, in millimeters of water column.
From these measurements, carried out with gas velocities of the order of 2m / 6 sect it emerges unequivocally that the elements 37 following the flow 7r with continuous perforation give on the measurement path the greatest drop in temperature of the gases, equal to approximately 250 C. Note that this temperature drop does not always increase with the number of holes, but can decrease between some of these numbers, as well as the pressure drop, which increases and decreases.
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correspondingly,
These measures appear:
indicate that the movement of transfer of the fumes through the tube must be superimposed on a more or less important movement according to the number of holes * It is necessary to suppose that these are phenomena of oscillation on the measurement path, which are damped or amplified by the element depending on its type, and which may have their origin in combustion. The phenomena which have been mentioned above can be explained in this way.
These oscillation $ locally give rise to high speeds in the gas column which for the rest moves following a uniform translational movement, which results in an increase in the heat transmission coefficient of the gas to the tubular wall and, as a result, the drop in temperature of the gases on the measurement path, or of the fumes in the boiler flues.
The elements can be dismantled to allow cleaning. The distribution of the orifices on the sheets may be different. In all cases, however, this is a specific fine perforation, for example from 5,000 to 200,000 holes or orifices per square meter. For a flue pipe with an approximate diameter of 2 ", approximately 50,000 holes of 2 mm diameter are required per square meter.
Experiments carried out on boilers have shown that elements of this type, which promote heat exchange and give rise in particular to the aforementioned phenomena, make it possible to give the flue pipes a notably shorter length, so that , for a given power, the boiler can be much shorter than before. This results in smaller heating surfaces and reduced pressure drops and, consequently, a reduction in the cost price and operating costs of the installation.