CH518515A - Elément perforé utilisé notamment comme échangeur de chaleur - Google Patents

Description

  
 



  Elément perforé utilisé notamment comme échangeur de chaleur
 La présente invention a pour objet un élément perforé utilisé notamment comme échangeur de chaleur, comprenant deux feuilles métalliques superposées l'une à l'autre avec espacement et scellées autour de leurs bords pour former entre elles une galerie, chaque feuille présentant des ouvertures dont chacune correspond à une ouverture de l'autre feuille. Cet élément est caractérisé en ce que la matière métallique entourant chaque ouverture de l'une des feuilles s'étend sous forme d'une saillie tubulaire vers l'autre feuille et engage la saillie tubulaire formant l'ouverture de l'autre feuille.



   Cet échangeur peut être utilisé dans un bouilleur avec un brûleur.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de la structure selon l'invention:
 La fig. 1 est une vue en plan schématique d'un échangeur de chaleur constituant la première forme d'exécution.



   La fig. 2 est une vue en élévation partiellement en coupe correspondant à la fig. 1.



   La fig. 3 est une vue à plus grande échelle d'un détail
 représenté aux fig. 1 et 2.



   La fig. 4 est une vue à plus grande échelle et partiellement en coupe d'un détail représenté aux fig. 1 et 2.



   La fig. 5 est une vue en plan partielle d'un autre échangeur de chaleur constituant une seconde forme d'exécution.



   La fig. 6 est une vue en élévation d'éléments représentés à la fig. 4.



   La fig. 7 est une vue en perspective d'un bouilleur.



   La fig. 8 est une coupe schématique correspondant à la fig. 7, et
 la fig. 9 est une vue en perspective d'un autre bouilleur.



   L'échangeur 1 représenté aux fig. 1 et 2 comprend une première feuille métallique 2 et une seconde feuille métallique 3 superposées à distance l'une de l'autre. Les feuilles 2 et 3 sont scellées autour de leurs bords par un joint 4 dans lequel le bord de la feuille 2 est replié autour du bord de la feuille 3 et soudé à ce dernier. II se forme ainsi une galerie 5 entre les feuilles qui communique, par des zones d'entrée 6 et de sortie 7, avec un tuyau d'entrée de fluide 8 et un tuyau de sortie du fluide 9.



  Les zones d'entrée et de sortie 6, 7 sont formées par des dépressions en forme de cuvettes dans la feuille 2.



   Les feuilles 2 et 3 présentent chacune des ouvertures 10 disposées selon un modèle régulier de rangées 11 à 17 s'étendant transversalement relativement à la direction d'écoulement du fluide à travers la galerie, les ouvertures 10 de chaque rangée étant décalées par rapport aux ouvertures de la rangée suivante (fig. 3). Les ouvertures 10 des feuilles respectives sont superposées par paires, chaque paire comprenant une ouverture dans chaque feuille. La feuille métallique entourant chaque ouverture 10 dans la feuille 2 s'étend sous forme d'une saillie tubulaire 18 vers la feuille opposée 3 en engagement réciproque avec une saillie tubulaire 19 formée du métal entourant l'autre ouverture de la paire, dans la feuille 3, pour former un tube 18, 19.



   Les saillies tubulaires 18 et 19 sont formées dans chaque feuille respective par une opération de presse entre un plateau portant des poinçons circulaires disposés selon le modèle représenté et un plateau de matrice ajouré correspondant. Les saillies sont formées par les poinçons et leurs extrémités sont percées dans cette opération pour former les ouvertures 10. Les saillies 18, 19 présentent des extrémités extérieures cylindriques dont les diamètres sont choisis de manière que les feuilles puissent être jointes l'une à l'autre comme représenté, les saillies 18 et 19 s'engageant mutuellement (fig. 4). Au cours de l'assemblage, les saillies 18, 19 sont scellées ensemble par des techniques de soudure ou de brasage connues pour former les ouvertures 10 passant à travers l'ensemble et isolées de la galerie 5.  



   Pour améliorer la rigidité de l'assemblage et espacer les feuilles d'une distance précise afin d'assurer un espacement donné entre les parois de la galerie, les feuilles 2 et 3 sont formées avec des surfaces d'épaulement s'engageant mutuellement qui peuvent être soudées, brasées ou rivées ensemble. Des moyens de fixation de ce type peuvent être facultativement prévus dans des positions espacées dans la surface de l'échangeur aussi bien que sur ses bords.



   En fonctionnement, I'échangeur de chaleur 1 peut être incorporé dans un bouilleur comprenant un brûleur à partir duquel les gaz chauds sont agencés pour passer à travers les ouvertures 10 comme le montrent les flèches de la fig. 2. De l'eau circule à travers l'échangeur depuis le tuyau d'entrée 8 jusqu'au tuyau de sortie 9, et en passant à travers la galerie, I'eau est obligée de s'écouler de manière turbulente autour des tubes 18, 19 entourant les ouvertures 10   (fig.    3). Cet écoulement turbulent améliore le transfert de chaleur à l'eau, et le grand nombre de passages constitués par les ouvertures 10 assure aussi à l'échangeur de bonnes propriétés de transfert thermique pour des écoulements à fort débit.



   On peut noter que par suite du décalage des ouvertures 10 dans les rangées 11 à 17 successives l'écoulement du liquide à travers l'échangeur est rendu plus turbulent quand il passe à travers l'échangeur de l'entrée à la sortie que si le liquide s'écoulait parallèlement aux rangées il à 17. Dans cet arrangement, chaque tube 18, 19 divise le courant de liquide qui sort de l'intervalle entre les tubes dans la rangée voisine du côté amont.



   Un avantage important de l'échangeur décrit est sa simplicité de construction, les ouvertures 10 pour l'écoulement du gaz étant entièrement formées à partir de la matière des deux feuilles par un simple poinçonnage.



   Deux ou plus de deux échangeurs tels que celui décrit peuvent être disposés en série, par exemple dans une pile d'échangeurs disposés horizontalement pour extraire la chaleur d'une source commune de gaz chauds.



   Les fig. 5 et 6 montrent un échangeur de chaleur 30 destiné à transférer la chaleur entre un fluide et deux autres fluides. L'échangeur 30, du type de celui décrit en regard des fig. 1 à 4, comprend des tubes à ailettes 31 passant à travers les ouvertures 32 formées à travers l'échangeur (correspondant aux ouvertures 10 des fig. 1 à 4). Les tubes 31, qui comprennent chacun quatre ailettes longitudinales 33, peuvent passer à travers plus d'un échangeur 30 comme indiqué en pointillé à la fig. 6.



   En fonctionnement, de l'air peut passer à travers les ouvertures 32, dans les espaces entre les ailettes 33, et/ou transversalement aux tubes dans les espaces entre les échangeurs 30 successifs. Ainsi des fluides séparés circulant dans les tubes 31 et dans la galerie de l'échangeur 30 peuvent être chauffés ou refroidis simultanément.



   Les fig. 7 et 8 montrent une application des échangeurs de chaleur du type représenté aux fig. 1 à 4, à un bouilleur 40 comprenant des brûleurs de forme générale similaire à l'échangeur décrit en regard de ces fig. 1 à 4 mais comprenant des saillies tubulaires d'engagement réciproque non scellées et rainurées pour permettre au gaz envoyé dans la galerie de s'échapper dans une zone de combustion où il brûle avec de l'air de combustion alimenté à travers les ouvertures. Des brûleurs de ce type sont connus.



   Le bouilleur 40 comprend une enceinte 41 comprenant un conduit 42 (non représenté à la fig. 7) et un ventilateur 43 pour favoriser le mouvement vers le haut de l'air de combustion à travers le bouilleur. Quatre brûleurs 44 sont disposés par paires présentant chacune la forme d'un V inversé, et huit échangeurs de chaleur 45 sont disposés en quatre paires d'échangeurs espacés flanquant les brûleurs respectifs et parallèles à ceux-ci, inclinés   l'un    vers l'autre sur les brûleurs en formation de V inversé pour recevoir les gaz chauds produits par les brûleurs. Une tubulure 46 d'alimentation du gaz coopère avec les brûleurs 44 et des connexions d'eau 47 assurent la circulation d'eau à travers les échangeurs de chaleur 45, ces éléments de chaque paire étant en série.



  L'écoulement des gaz de combustion à travers les échangeurs 45 est représenté par des flèches à la fig. 8.



   Les échangeurs 45 présentent des ouvertures 48 formées par des projections tubulaires mutuellement engagées comme dans la forme d'exécution des fig. 1 à 4, mais les zones d'entrée et de sortie du fluide, qui sont représentées schématiquement seulement à la fig. 7, peuvent avoir toute forme appropriée.



   Le bouilleur 60 représenté à la fig. 9 comprend une alimentation d'air à partir d'un conduit 61. Une enceinte 62 du bouilleur renferme un passage de sortie extérieur 63 et de l'air de combustion est aspiré à travers un passage d'entrée 64 par un ventilateur 65 qui fait passer l'air vers le bas dans un ensemble de brûleurs et d'échangeurs de chaleur comprenant trois brûleurs 66 montés verticalement et bord à bord de manière à former un triangle vu en plan sur une base fermée. Deux échangeurs de chaleur 67 sont disposés à proximité de chaque brûleur 66 pour recevoir les gaz de combustion chauds de la façon indiquée par les flèches, et ces brûleurs et échangeurs sont du type décrit en référence aux fig. 7 et 8. Les échangeurs 67 de chaque paire sont disposés en série et alimentés avec de l'eau à travers des tuyaux d'entrée 68, l'eau sortant par des tuyaux de sortie 69.



   Les exemples décrits plus haut se rapportent à des échangeurs de chaleur, mais les éléments perforés décrits peuvent être appliqués aussi à des installations de distribution de gaz ou à des évaporations dans lesquels le gaz ou le liquide à distribuer est amené dans la galerie et peut s'échapper, par exemple à travers des rainures ou autres ouvertures ne scellant pas ensemble les saillies tubulaires. Le gaz ou le liquide peut être porté à distance de l'élément perforé par un tirage d'air forcé à travers les saillies.

 

   Un évaporateur et un distributeur de ce type combiné peuvent être utilisés pour disperser de l'azote liquide afin de fournir un courant de gaz froid utilisé dans la congélation rapide des aliments. Un autre emploi d'un dispositif de ce genre concerne l'évaporation de l'eau, le dispositif agissant comme éléments de réduction de température et d'humidification dans une installation de conditionnement d'air. 

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Elément perforé, utilisé notamment comme échangeur de chaleur, comprenant deux feuilles métalliques superposées l'une à l'autre avec espacement et scellées autour de leurs bords pour former entre elles une galerie, chaque feuille présentant des ouvertures dont chacune correspond à une ouverture de l'autre feuille, caractérisé en ce que la matière métallique entourant chaque ouverture (10) de l'une des feuilles s'étend sous forme d'une saillie tubulaire (18) vers l'autre feuille et engage la saillie tubulaire (19) formant l'ouverture de l'autre feuille.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Elément selon la revendication, caractérisé en ce que les tubes (10) constitués par les paires de saillies tubulaires (18, 19) mutuellement engagées sont disposés de façon à produire une turbulence dans le courant de fluide à travers la galerie depuis une zone d'entrée (8) à une zone de sortie (9).

   2. Elément selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les tubes sont disposés en rangées (11 à 17) s'étendant transversalement relativement à la direction normale d'écoulement du fluide à travers la galerie de la zone d'entrée à la zone de sortie, les tubes de chaque rangée étant décalés par rapport aux tubes des rangées adjacentes voisines.

   3. Elément selon la revendication, caractérisé en ce que l'une au moins des zones d'entrée et de sortie constitue une dépression sous forme de cuvette (6, 7) dans l'une des feuilles.

   4. Elément selon la revendication, caractérisé en ce que l'une des feuilles au moins (2) comporte une surface d'épaulement (20, 21) qui engage l'autre feuille afin de déterminer un espacement donné entre les parois de la galerie.

   5. Elément selon la sous-revendication 4, caractérisé en ce que les feuilles sont fixées ensemble dans la surface d'épaulement (20, 21).

   6. Elément selon la revendication, caractérisé en ce que des tubes (32) passent à travers les ouvertures (10).

   7. Elément selon la sous-revendication 6, caractérisé en ce que les tubes (32) comportent des ailettes (33).