CH377862A - Echangeur de chaleur - Google Patents

Description

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    Echangeur   de chaleur Cette invention a pour objet un échangeur de chaleur constitué d'éléments formant économiseur, évaporateur, surchauffeur, disposés en série dans une même enveloppe et constitués de serpentins hélicoïdaux de pas différents. 



  Il est connu d'adopter pour ces appareils des tubes enroulés en serpentin. D'autre part, il est également connu d'utiliser dans des échangeurs de chaleur des tubes à petites ailettes transversales, ou gorges, ou rainures, qui ont pour effet d'augmenter la surface d'échange des tubes avec le fluide extérieur. Enfin, on a déjà proposé d'utiliser, pour constituer les serpentins de tubes de ces échangeurs, des pas d'hélices différents, suivant la nature de l'élément qu'ils    réalisent.   C'est ainsi que, pour les économiseurs, on utilise des pas relativement faibles, tandis que, pour les évaporateurs, on utilise des pas beaucoup plus grands de manière que l'axe du tube se rapproche de la verticale. 



  Quand on ménage des petites ailettes transversales ou des rainures, par exemple hélicoïdales, sur ces tubes, il ne faut pas que les gorges subsistant entre les petites ailettes ou les rainures ménagées sur le tube soient trop inclinées par rapport à la direction générale du    fluide   chaud circulant extérieurement aux tubes sans quoi il se produit des tourbillons et des pertes de charge nuisibles au fonctionnement de l'appareil. 



  L'échangeur faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce que les serpentins à pas différents sont pourvus de surfaces de guidage de fluide extérieur disposées transversalement et obliquement par rapport aux serpentins et faisant un angle au plus égal à 10  par rapport à la direction d'écoulement du fluide extérieur. 



  Des dispositifs déviateurs de ce genre pourront également, par exemple, communiquer un mouve- ment de giration au    fluide   chaud et l'envoyer sur les tubes évaporateurs enroulés en hélices dans une direction voisine des rainures ou gorges prévues sur ces tubes. 



  Le dessin annexé représente à titre d'exemple un mode de réalisation de l'échangeur objet de l'invention. 



  La    fig.   1 représente schématiquement l'échangeur. 



  La    fig.   2 représente schématiquement, à plus    grande   échelle, l'évaporateur de l'échangeur de la    fig.   1. 



  La    fig.   3 représente en perspective un dispositif déviateur disposé entre les tambours de l'évaporateur de la    fig.   2. 



  L'échangeur de chaleur, destiné à produire de la vapeur d'eau comporte, à l'intérieur d'une enveloppe a parcourue dans le sens de la    flèche   F par le    fluide   chaud, à la partie    inférieure,   un économiseur b, un évaporateur c dans lequel l'eau est transformée en vapeur, et un surchauffeur d pour la surchauffe de la vapeur produite. Ces éléments de l'échangeur sont constitués par des tubes enroulés en serpentins. Ces tubes peuvent être de section circulaire, ou de section lenticulaire, éventuellement à faces inégalement bombées, ou de toute autre forme. 



  Dans le cas de l'économiseur, le pas d'enroulement des tubes b est relativement faible, comme on l'a représenté schématiquement pour un seul tube sur la    fig.   1. Au contraire, dans le cas de l'évaporateur c où la vapeur se dégage, il est nécessaire que les tubes c se rapprochent de la verticale, et le pas d'enroulement est beaucoup plus grand, comme on l'a représenté schématiquement pour un seul tube c. Enfin, pour le surchauffeur d, le pas d'enroulement des tubes est intermédiaire entre les deux précédents. 

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 Chacun des appareils b, c,    d,   est constitué par plusieurs tubes enroulés en    hélices,   en nappes coaxiales. 



  C'est ainsi que,    comme   on le voit    fig.   2 à plus grande échelle, l'évaporateur c est constitué par trois tambours 1, 11, 111 coaxiaux, ayant pour axe commun l'axe    X-X   de l'enveloppe a et disposés de manière que, sur chaque tambour 1, 11, 111, les tubes c, qui sont de section lenticulaire, soient pratiquement en contact de manière à former une paroi continue tout le long des tambours 1, II, 111. Le fluide chaud F passe dans les    intervalles   entre tambours. 



  Tous les tubes b, c,    d   utilisés sont munis de petites ailettes, transversales ou hélicoïdales, d'une hauteur de l'ordre du millimètre, et laissant entre elles des gorges transversales, ou hélicoïdales, sur la    surface   du tube. Ces petites ailettes peuvent être remplacées par des rainures, transversales ou hélicoïdales, prévues sur la surface extérieure du tube. 



  Dans le cas d'un    économiseur   tel que b, où le pas d'enroulement des tubes est faible, on peut utiliser de    petites   ailettes    transversales,   qui se trouveront dans une direction avoisinant la verticale comme on l'a représenté en petits traits sur le tube b de la    fig.   1. Dans le cas des tubs de l'évaporateur c, les ailettes ou les rainures hélicoïdales sont à pas relativement grand, pouvant aller    jusqu'à   la verticale, et l'on a représenté sur la    fig.   1, la direction générale de ces ailettes, ou rainures, sur le tube c enroulé en spirale. L'inclinaison de ces ailettes ou rainures peut être telle qu'elle soit parallèle à la direction générale de l'axe du tube enroulé en hélice.

   A la limite, quand le tube n'est pas enroulé en hélice, il s'agit simplement d'un tube avec des ailettes    longitudinales.   



  Pour le surchauffeur    d.   le pas choisi pour les ailettes ou rainures est    intermédiaire,   comme on l'a représenté schématiquement par de petits traits transversaux sur la fia. 1. 



  Les    ailettes   ou rainures qui sont ménagées sur les éléments b, c, d sont ainsi montées sur les tubes de façon que le fluide chaud circulant dans le sens de la flèche F fasse un angle relativement petit, au plus égal à    10'),   avec la direction des ailettes ou rainures prévues sur les tubes. Pour l'économiseur b, puisque le pas d'enroulement des tubes b est très faible, les ailettes    hélicoïdales   à pas serré se trouveront convenablement    inclinées   de façon voulue sur la direction du fluide F, ou même on pourra utiliser des ailettes simplement    perpendiculaires   à l'axe du tube. 



  Dans le cas de l'évaporateur, le problème est plus compliqué puisque l'orientation des ailettes, ou rainures, hélicoïdales peut n'être pas la même sur la moitié du tube opposée à l'axe    X-X   et sur la moitié du tube tournée vers l'axe    X-X.   De toute façon, pour que l'angle fait par cette orientation des rainures avec la direction du fluide F soit de l'ordre de 100,    indiqué   ci-dessus, on utilise des dispositifs    déviateurs,   montés sur le trajet du fluide F, de façon qu'à la    sortie   de ces dispositifs déviateurs, le flux soit convenablement orienté par rapport aux surfaces des tubes qu'il doit balayer.

   A cet effet, entre les tambours de tubes I, II, III, de l'évaporateur représenté    fig.   2 on dispose, comme on l'a montré schématiquement sur la    fig.   3, des surfaces de guidage, éventuellement gauches, telles que e, à l'aide desquelles le courant de fluide F, primitivement dirigé de haut en bas, s'infléchira pour    sortir   suivant les flèches G, et se trouvera alors dirigé de manière à faire avec les rainures f du tube extérieur g, et les rainures    /t   du tube intérieur    i,   l'angle d'environ 10  désiré. 



  Ces surfaces de guidage, ou déviatrices e, peuvent être réparties sur toute la hauteur de l'évaporateur, et l'on peut utiliser pour les réaliser ou les supporter, les entretoises qui servent à maintenir l'écart entre les tubes des tambours 1, II, 111. Lesdites surfaces e peuvent être orientées de manière à obtenir un effet de giration du flux de fluide F, autour de l'axe    X-X,   dans l'appareil, de manière, là encore, à orienter ce fluide dans le sens voulu suivant celui des rainures prévues sur les tubes. 



  Le déviateur e schématiquement représenté sur la    fig.   3, est constitué par deux surfaces gauches el,    e2   entre lesquelles se trouve ménagé un divergent qui assure la formation derrière lui d'un volume de fluide extérieur où la pression statique est augmentée au détriment de la vitesse du fluide, de sorte qu'on réalise ainsi une manière de chicane fluide sur laquelle dévie le fluide F arrivant sur la chicane en question. 



  II est prévu que des déviateurs pourront même être utilisés dans certains cas pour freiner la giration si elle tendait à devenir excessive et suivait trop fidèlement les ailettes ou gorges prévues sur les tubes. 



  On remarquera que, sur la    fig.   3, les rainures f sont enroulées dans le sens    dextrorsum   pour les tubes g du tambour I. Au contraire, sur les tubes i du tambour II, les rainures h sont orientées dans le sens    sinistrorsum.   De la sorte, sur toute la surface interne (dirigée vers l'axe    X-X)   du tambour I, de même que sur toute la face externe (à l'opposé de l'axe    X-X)   du tambour 11, la direction générale du fluide extérieur G sortant du déviateur e reste à peu près la même. Il est prévu cependant que l'on pourrait utiliser. pour constituer tous les tambours I, II, III, des tubes où les rainures seraient toutes dans le même sens.

   Dans ce cas, les dispositifs déviateurs tels que e qui sont disposés dans les intervalles entre les tambours 1, 11, 111 seraient bifurqués, pour envoyer une part du fluide F dans un sens, vers une des faces du tambour extérieur, et dans un sens assez différent sur la face qui lui fait vis-à-vis du tambour intérieur.

Claims (1)

1. REVENDICATION Echangeur de chaleur constitué d'éléments formant économiseur, évaporateur, surchauffeur, dispo- <Desc/Clms Page number 3> sés en série dans une même enveloppe et constitués de serpentins hélicoïdaux de pas différents, caractérisé en ce qu'il présente, sur lesdits serpentins à pas différents, des surfaces de guidage de fluide extérieur disposées transversalement et obliquement par rapport aux serpentins et faisant un angle au plus égal à 10o par rapport à la direction d'écoulement dudit fluide extérieur.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur suivant la revendication, caractérisé en ce que les surfaces de guidage sont des ailettes transversales disposées obliquement sur les serpentins. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication, caractérisé en ce que les surfaces de guidage sont des éléments disposés entre tubes voisins de l'échangeur. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces de guidage sont incurvées, conférant au fluide extérieur un mouvement circulaire.