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oba.nge'\n' de ahaleur à :flux turbulent"*
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Dîme un r-andnombre de t.s8 de Illndustrîel, ce% ôbU. de procéder au x.l.mr ut au chauffa- de produita divers, ce qui présente souvent de grandets , du fait que dte ax&3. Ayant un faible )àao%evr de tTanemiseioa thsrniqpe ne peuvent êtye ohauf" ,3 = ywfreiMa qu'aie con4anon% trés taiblt ,4 a 613sayd de rduoudre M problbme à ilaïde d'ohaKge%3'N 1.ia de i2itCi dlyernes et da réaliser les -4changews de chaleur de wanàéri qu'un flux mwbalent Boit engendré dans oeo d mmiers, Dans la majorité des 90as, on utilise des surfaces dlêôhanp de chaleur sous
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forme de faisceaux de tubes =,de î3enentim;
on'essaie en /Î ôUtre'd'a6encer les tubes de maniera à assurer une condui ta à contre-courant des agents de chauffage ou de refroidissement et comme modèle le plus perfectionné de ces éçhange1U'G, on peut citer les appareils à doubla serpentins, avec pas à droite et à gauche.
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Pour le dimenaionnement et la fabrication des dohan- genre de chaleur, on se base généralement sur le onoix d'une sur- face d'échange de chaleur de dimeneionsappropriées en 'VUe d'atteindre la puissance nécessaire; de ce fait, on utilise des échangeurs de chaleur surdimenaionnés. Dans un grand J...t' "iW6 de case cette méthode ne conduit cependant pas au résultat recherchée en particulier lorsque l'un des agents est, par ¯ exemple, de l'huile, car lors du refroidissement, l'huile plus
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froide adhère eux surfaces de refraidîaeement et s'y comporte comme une matière isolante.
Ce problème se présente surtout
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dans les domaines où. le oaloporteur est formé par l'huile et , où l'on veut obténir, outre -une sollicitation élevée, également
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un/'taux de lubiificelon (viscosité) constant, A ce sujet, on peut citer par exe1l1ple' ,les maohinac hydrauliques t actionnées par l'huile, dans lesquelle'3 la variation de la vieecsite de l'huile t produite 9ar.la¯flempérature, entraîne une variation de la pression, ce qui est très indésirable lorsqu'on veut obtenir un travail impeooa.ble, 'Un CaS semblable oe présente peur la lubrification de turbinée à vapeur et de moteurs Diesel importante dans lesqulU.c 1... vîeooaîtd ait de ce fa1 'tI, là , ta1.1X de luwl:t:Loat1on .e '3,fh\cl.le 41fi1inue par fâuïte de 1 .- ohauffeNant du flux d'hu.11e..
Tous les produite de viscosité élevée ont un comporte-
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ment semblable à celui de l'huile lors de l' éohange de chaleur.
Certaine lipides et gaz présentent, indépendamment
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de leur viacoaite, également un facteur de transmission de
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chaleur très faible,ce qui se manifeste de fason nuisible surtout lois du refroidissement.
La présente intention vise à remédier aux inconvénients décrits ci-dessus. L'invention est caractérisée par le fait que tous les organes conduisant ou déviant l'agent de refroidissement et de chauffage sont réalisée ou agencés de manière à conduire un milieu dans l'appareil de telle sorte qu'un flux turbulent soit engendré dans l'appareil et que ces organes dirigent simul- tanément un autre milieu en imprimant à ce dernier un flux tur- butent ou un flux de mélange, de préférence également un flux à contre-courant,
En d'autres termes, l'organe conduisant ou dirigeant l'un des milieux, de préférence une conduite tubulaire, est réalisé et agencé de manière à exercer un effet double,
à savoir de manière à imprimer une turbulence ou un flux de mélange direo- tement au milieu conduit et indirectement à l'autre milieu et ainsi qu'à établir également un contre-courant entre ces deux milieux. Lorsque l'organe précité est ainsi, par exemple ,formé par des conduites tubulaires, ce double effet est produit aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur de ces conduites par le fait que le système tubulaire comporte des spires ou des courbures qui impriment un flux turbulent et, de préférence également *Lui flux à contre-courant à l'un des milieux par leur oonfiguration extérieure et à l'autre milieu par leur configuration Intérieure,
L'invention sera décrite plus en détail en se référant au dessin annexé qui représente schématiquement plusieurs exemples de construction non limitatifs de l'échangeur de chaleur oonforme à l'invention; sur ce dessin; la figure 1 représente un appareil qui eN% monté dans une conduite tubulaire et qui comporte un Berpentin continu; la figure 2 représente également un Appareil à serpen- tint l'un des milieux s'engageant dans l'appareil dans le sens
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transversal; la figure 3 représente un appareil comportant un compartiment à chicanée en forme de serpentin.
L'exemple de construction selon la figure 1, qui se composa d'un trés faible nombre de parties constituantes, permet un montage simple dans toute conduite tubulaire rectiligne.
Le raccordement peut être du type à brides, à manchon ou par soudage. Une carcasse 1 de forme cylindrique est rétrécie de façon conique aux deux extrémités et les cônes sont prolongées par une tubulure de raccordement la co-axiale au boîtier cylindri- que. La carcasse renferme en son centre un noyau 2 cylindrique à extrémités coniques ou arrondies, ce noyau étant destiné à refouler entre les serpentins le milieu a qui circule dans le dispositif et qui présente souvent un faible coefficient de transmission thermique.
Entre le noyau et le boîtier sont placés , les serpentine 1 et 1 qui forment les surfaces de transmission thermique proprement dites et qui sont constituées en un matériau approprié, par exemple en cuivre ou même en un matériau résistant 4 la corrosion. Dans ces serpentins circule généralement un agent de refroidissement ayant un coefficient de transmission thermique plus élevé. Les serpentins 3 inté- rieurs sont formés par un tube a pas raide et multiple enroulé autour du noyau 2. Le serpentin 4. extérieur est formé par contre par un tube avantageusement à pas raide et multiple, enroulé en sens opposé sur le serpentin 1 intérieur.
Les deux serpen- tins peuvent être branchés également en série ou en parallèle ou peuvent,au besoin, également quitter l'appareil à la partie conique du bottier, ensemble ou. séparément. le serpentin 1 exté- rieur est réalisé et agencé de manière que ces différente$ spires croisent les spires sous-jacentes du tube 3.
Cet agencement assure que le milieu A entrant dans l'appareil et ayant un facteur de transmission de chaleur,.
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plus faible soit forcé de passer entre les spires du serpen- tin 3, c'est-à-dire les spires intérieures qui dévient le milieu presque perpendiculairement et le conduisent en direc- tion transversale sur les spires! extérieures de manière que les milieux se mélangent et circulent à travers les spires 4 extérieures après qu'il leur ait été imprimé un flux turbulent.
Etant donné que les flux circulant entre les diffé- rents serpentins entrent librement en contact mutuel, cette cir- constance et l'agencement des serpentins assurent que les flux de liquide ou de gaz qui se croisent engendrent une turbulence, même lors d'un flux très faible, cette turbulence étant conservée pendant tout le passage à travers l'échangeur de chaleur.
Les pas et les écarts entre les serpentins intérieurs ou extérieurs ne doivent pas être nécessairement réguliers ou égaux; la carac- téristique essentielle de l'échangeur conforme à l'inventif consiste dans le mélange et dans la turbulence des deux milieux, c'est-à-dire aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur des tubas.
Le noyau g peut être formé lui-même également -par un serpentin et le flux des milieux s'effectue dans ce cas en trois coucha.
Ce mode de construction est utilisé avec des résultats trés face- rables pour des machines hydrauliques, actionnées par l'huile, et les éohangeurs sont insérés dans ce cas dans le circuit d'huile. La même chose est valable pour des turbines à vapeur et des moteurs Diesel importants. L'efficacité des échangeurs son-. formes à l'invention est non seulement due au refroidissement très intense, mais également au fait que le raccordement à la conduits est très simple et que l'encombrement est extrêmement faible. Dans ces échangeurs de chaleur, le volume nécessairre pour une unité de surface de transmission de chaleur est compris entre 1/3 et 1/4 de celui des échangeurs de ohaleur classiques, connus jusqu'ici.
Etant donné son faible encombrement, le dis- positif peut être logé dans un espace réduit à l'intérieur de
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machines et de véhiculée. Son rendement élevé permet en outre une utilisation extrêmement avantageuse dans des régions arides.
Dans la variante selon la figdre 2, le noyau peut être supprimé et remplacé par un tube 1 rectiligne qui fait également partie de la surface de transmission de chaleur, Dans ce mode de construction, la surface de transmission de chaleur n'est pas formée par deux mais, par un nombre plus élevé de serpentins. Il est évident qae les rangées de tubes forment iel également des spires à pas raide et opposé et quittent l'appareil séparément à la paxoi 6 conique. La figure 2 représente une moitié de l'appareil symétrique.
Les deax ex- trémités des serpentine 1 sont fixées à la paroi conique 6¯ et délimitent, conjointement aveo les parois terminales obturant l'extrémité de la carcasse 1, chaque foie un compartiment de distribution aux extrémités de l'appareil. Le milieu B qui cir- cule dans le tube 7a aboutissant dans la paroi terminale 7 se répartit dans ce compartiment et traverse les spires des serpen- tins 2. dans lesquelles un flux turbulent lui est imprima .. Le milieu A qui s'engage simultanément dans l'appareil à travers un tube raccordé à l'enveloppe de la caraasse 1 de l'appareil, se répartit entre les spires des serpentins 3,
passe entre ces dernières également avec un flux turbulent et quitte l'appa- reil par la tubulure 1b, tandis que le milieu B ayant un facteur de transmission thermique plus faible s'engage dans l'appareil et le quitte à ses extrémités de la manière déjà décrite. Cette variante permet la construction d'échangeurs de chaleur de dimensions pratiquement illimitées car l'aug- mentation du diamètre et de la longueur ne présente auoune difficulté.
Cette variante peut être utilisée d'une manière avantageuse comme condenseur, pour la production continue d'eau ohaude, en particulier lorsque la consommation en eau
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chaude est élevée et lorsqu'on ne dispose pas d'emplacement approprié pour le montage de réservoirs volumineux.
Dans la variante représentés à titre d'exemple sur la figure 3, une bande éventuellement nervurée est montre à la place de tubes dans l'appareil et l'agent de transmission de chaleur circule dans le noyau et autour de l'enveloppe du tambour. Cette construction assure le refroidissement ou chauf- fage de matières ayant un facteur de transmission thermique et une capacité thermique extrêmement faibles, avec des intensi- tés très élevées.
Tandis que dans les modes de construction précédents$ l'espace intérieur des ensembles de tubes et l'espace se trou- vant à l'extérieur des tubes forment lea compartiments de récep- tion pour les agents A et b, l'espace intérieur de la carcasse lest séparé dans le mode de construction selon la figura 3 d'une manière différente en des compartiments servant à recevoir les deux agents.
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La tube e servant à l'introduction du mtlicu A a'--*-vase pour former un tube .2 de plue grand diamètre, en forzi < +< tambour# entouré par la oaroasse 1. en le,1oaMt nubiat'' un compartiment annulaire. 'Le milieu B est introduit latéralement et il est conduit partiellement. par le tube 10 abouti 'le
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façon oblique dans le tambour .0. et Rf ét,:,ndAl1t ie long' d.-' l'axe longitudinal de ce tanbour pour quittor l'ëûha.nr 1 t extrô'" mité opposée de la carcasse.
Dana le cJmçartiw=nt i?:tenaur -iK tambour 1. des chicanes 11 en forme de scrpentin sont plaoe Sec autour du tube 10 et des chicanes 12 en forme de seipe:>:loei fur la face intérieure du tambour ces chicanes impri?iant psli- suite de leur orientation opposée,, im flux turbulent à 1':.;s;nt qui traverse le tambour 1, et foroeent oimultanément une plus grande surface de transmission de chaleur pour les deux agents,
Cette variante peut être utilisée d'une manière
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avantageuse surtout pour le refroidissement et le chauffage de gaz lorsque la séparation des gaz est effectua par un procédé de condensation ou de congélation.