<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INVENTION Perfectionnements dans les éléments d'échange de température, leur assemblage et applications
Depuis la réalisation des radiateurs d'automobile à nid d'abeille, des efforts suivis ont été tentés pour l'ap- plication des éléments d'échange de température formés suivant la même conception, dans les autres domaines des appareils thermiques et autres. Les études faites à ce su- jet n'ont pas donné de résultats pratiques permettant de fabriquer industriellement les divers appareils de trans- mission de chaud ou de froid d'après le principe du nid d'abeille.
L'objet de la présente invention consiste en des per- fectionnements dans les éléments d'échange de température formés par des tubes à extrémités polygonales, dans leur assemblage et dans leurs applications.
A titre d'exemple, les dessins ci-joints montrent plusieurs formes de ces tubes et leurs applications,et sur ces dessins :
<Desc/Clms Page number 2>
Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un tube à extré- mité polygonale,
Fig. 2 est la coupe de ce tube suivant A-B,
Fig. 3 à Fig. 8 sont d'autres formes d'éléments d'é- change,
Fig. 9 est la coupe de la fig. 8 suivant A-B,
Fig. 9bis est la coupe d'un dispositif de tube à gran- de surface d'échange.
Fig. 10 est la coupe longitudinale des tubes assemblés
Fig. 11 est la coupe de la fig. 10 suivant C-D.
Fig. 12 est la coupe longitudinale d'une autre forme d'assemblage des éléments formés par des tubes.
Fig. 13 est la coupe de la fig. 12 suivant E-F.
Fig. 14 est la coupe longitudinale d'un dispositif utilisé pour réfrigération.
Fig. 15 est la coupe de la fig. 14 suivant G-H,
Fig. 16 représente l'assemblage des tubes pour former radiateur,
Fig. 17 est la coupe longitudinale d'une chaudière verticale formée par l'assemblage des dits tubes.
Fig. 18 est la coupe de la fig. 17 suivant I-J.
Fig. 19 est la coupe longitudinale d'une chaudière horizontale,
Fig. 20 est la coupe longitudinale d'une chaudière verticale à chargement central.
Fig. 21 est la coupe de la fig. 20 suivant K-L,
Fig. 22 est la coupe longitudinale d'un faisceau tu- bulaire destiné au remplacement des tubes ordinaires emplo- yés sur les plaques tubulaires d'une locomotive ou d'une chaudière semi-tubulaire.
Fig. 23 est la coupe de la fig. 22 suivant M-N.
Les figs. 1 et 2 montrent un élément constitué d'un
<Desc/Clms Page number 3>
2, centrées ou excentrées. La construction de cet élément est limitée par l'amincissement de la paroi de l'évasement du tube 1 pour former les extrémités en polygones. A l'ai- de des coupelles 3 (fig. 3) de formes polygonales et fixées au tube 1 par soudure ou autrement, des polygones de toutes grandeurs et épaisseurs peuvent facilement être réalisés.
Fig. 4 montre un élément comportant des échancrures 4 ju- dicieusement pratiquées sur un ou plusieurs pans du poly- gone. Elles permettent de faire circuler le fluide ou gaz suivant un parcours nettement déterminé. Pour faire absor- ber l'effort de la dilatation - surtout quand les tubes ont une certaine longueur - on peut avantageusement utiliser des tubes plissés 5 (fig. 5).
La surface d'échange des éléments peut être augmentée par une ou plusieurs ailettes hélicoïdales ou autres 6 rap- portées à l'extérieur du tube (fig. 6). La fig. 7 montre une chicane hélicoidale 7 placée à l'intérieur de l'élément, pour créer une action retardatrice au passage du fluide en l'obligeant à un parcours plus grand, d'où.meilleure uti- lisation d'échange. Les figs. 8 et 9 montrent un élément constitué par un tube 8 de section quelconque, dans lequel sont fixés des tubes 9 rendus étroitement solidaires entre eux pour augmenter ainsi la surface d'échange.
Fig. 9bis représente la coupe d'un tube polygonal sur toute sa longueur 54 qui comporte à l'intérieur un tube cylindrique 55.
La surface intérieure du tube 54 et la surface exté- rieure du tube 55 sont en contact à l'aide des cornières 56 ce qui assure une surface d'échange très grande pour un encombrement minimum. Pour former un faisceau tubulaire 10, on assemble les éléments les uns à côté des autres, en joignant les extrémités polygonales suivant leur con- tour par soudure ou autrement. Ce faisceau 10, formant
<Desc/Clms Page number 4>
une unité, est placé dans une virole cylindrique 11 dont les bords 12 sont joints par soudure ou autrement avec le contour 13 des extrémités du faisceau et ce d'une façon é- tanche, soit en rabattant les bords sur le contour, soit par l'interposition d'une plaque entre le cylindre et les pans extérieurs des polygones (figs. 10 et 11). Les dits tubes ainsi réunis assurent une surface maximum dans un Tolu- me très réduit.
De plus, le faible écart entre les tubes augmente avantageusement le coefficient de transmission en- tre le fluide du réservoir et celui circulant dans le faisceau tubulaire.
Le réservoir 11 comporte naturellement une tubulure d'entrée 14 et une de sortie 15. Fig. 12 représente un élé- ment où sur l'un ou plusieurs pans des extrémités polygonales sont pratiquées des échancrures 4 assurant une communication directe entre les éléments dont les extrémités sont obturées par les plaques 16 et 17 (fige. 12 et 13). Ces plaques portent un orifice d'entrée 18 et un de sortie 19. Dans un ensemble ainsi formé le fluide ou gaz passe d'un élément dans l'autre en suivant le circuit indiqué par les flèches, pour parcourir le chemin le plus long. Ceci assure l'utili- sation la plus efficace des calories ou des frigories à ab- sorber ou à transmettre.
Les figs. 14 et 15 représentent à titre d'exemple l'adoption d'un réservoir, comme décrit ci- avant, à un appareil frigorifère. Dans ce cas le fluide réfrigérant entre dans le réservoir par la tubulure d'entrée 14, il refroidit rapidement et efficacement le fluide ou l'air circulant dans l'intérieur des tubes formant faisceau.
Le fluide ou l'air refroidi est conduit et réparti ensuite suivant sa destination. Fig. 16 représente un radiateur 20 constitué par des éléments décrits ci-avant.
La surface d'éohange de ce radiateur est constituée par
<Desc/Clms Page number 5>
Cette très grande surface d'échange sous un volume minime réduit l'encombrement du radiateur dans des proportions im- portantes. Cet ensemble peut être placé dans la pièce à chauffer ou bien à réfrigérer en encoignure sur une colonne 21. Le pied de la colonne 22 est peroé de trous 23 pour pas- ser l'air à réchauffer ou à refroidir. La dépression causée par le radiateur fait monter l'air dans la colonne, il pas- se et se réchauffe dans l'intérieur des tubes du faisceau et se diffuse à la partie supérieure. L'ensemble de la tuyau- terie de départ et de retour peut être dans le plafond ou dans la corniche.
Les figs. 17 et 18 représentent une chaudière vertica- le dont le faisceau tubulaire est constitué, suivant sa lon- gueur, par des éléments décrits ci-avant, auxquels on ajou- te les spires 7. Cette chaudière comporte un socle 24 ayant une ouverture 25 pour le passage du corps du bruleur, par ex. au mazout. La partie supérieure du soole est fermée par une tôle qui porte une ouverture 27 pour le passage du bec du bruleur.
La combustion se fait dans un foyer WATER-JACKET 28 (fig. 17) constitué par une enveloppe 29 à double paroi, dans laquelle circule l'eau à réchauffer ou à vaporiser. Cette enveloppe est protégée dans la partie soumise au plus fort rayonnement par une pièce réfractaire de forme 30. L'ou- verture 31 à la partie inférieure du Water-Jacket est desti- née à l'allumage et au réglage de la flamme. Cette ouvertu- re peut être obturée par un tampon en tôle.
L'enveloppe extérieure du faisceau tubulaire constitue la partie intérieure du Water-Jacket. La communication s'ef- fectue à l'aide des orifices 33 ménagés dans cette enveloppe à la partie basse du faisceau tubulaire- Pour la mise en communication avec les appareils, des orifices sont ménagés, l'un 34 à la partie inférieure du Water-Jacket, l'autre 35 à la partie supérieure du faisceau tubulaire.
<Desc/Clms Page number 6>
L'enveloppe extérieure du faisceau tubulaire est pro- longée et forme boite à fumée 37 munie d'un couvercle 38 qui permet l'accès facile du faisceau pour le nettoyer.
Chaque tube de fumée comporte le dispositifhélicoïdal 7 qui permet le ramonage parfait du tube. Le nombre de spi- res du dispositif est fonotion du résultat que l'on veut ob- tenir par rapport à la dépression à la cheminée. Les gaz de la combustion, après avoir léché la paroi intérieure du Water-Jaoket, traversent le faisceau tubulaire sous l'action de la dépression de la cheminée. Le dispositif hélicoïdal imprime aux gaz un mouvement de giration et augmente le che- min à parcourir, ce qui a pour résultante une diminution remarquable de la température des. fumées évacuées. La chau- dière ainsi constituée peut servir aussi bien pour la pro- duotion de l'eau chaude que de la vapeur. Dans le premier cas, l'ensemble fonctionne en thermo-syphon ou à circulation activée.
La circulation en thermo-syphon dans l'ensemble est la suivante : Entrée de l'eau par l'orifice 34 à la partie in- férieure du Water-Jacket, passage dans le corps de la chau- dière par les ouvertures de communication 33 et départ vers les appareils par la tubulure de sortie 35. Dans le cas d'une circulation activée l'eau à réchauffer circule à con- tre-courant, c'est à dire:elle arrive par la partie supé- rieure de la chaudière, descend dans le Water-Jaoket par les trous de communication 33 et sort vers les appareils utili- sateurs par l'orifice 34 de la partie inférieure de la chau- dière.
Pour la vapeur, la circulation est la même que oelle de thermo-syphon. L'utilisation de cet ensemble comme ap- pareil de vaporisation est très intéressante,la chambre de vapeur étant traversée par les tubes de faisceau et
<Desc/Clms Page number 7>
ve surchauffée. Fig. 19 représente une chaudière horizon- tale qui est une amélioration de celle représentée à la fig. 17 et concourt au même but, mais avec un rendement meilleur, dû au double parcours des gaz qui permet un meil- leur dépouillement de ceux-ci.
Ce dispositif est à recommander dans les endroits où la hauteur disponible est insuffisante. La chambre de com- bustion présente les mêmes caractéristiques que celle de la fig. 17, les éléments décrits ci-avant sont assemblés en faisceau tubulaire placé dans le prolongement de la virole formant foyer. L'assemblage du faisceau se fait, soit par re- treint de la virole sur les pans de ce dernier, soit par une plaque circulaire 39 découpée au gabarit du profil extérieur du faisceau tubulaire.
L'homogénéité et l'étanchéité sont réalisées par soudure ou par tout autre moyen de construction. Ce premier faisceau est réuni à son extrémité à une plaque à profil extérieur cir- -culaire 40 et découpée en son centre au gabarit extérieur du faisceau. L'homogénéité et l'étanchéité sont réalisées comme dit ci-dessus. Cette dernière plaque 40 porte vers sa péri- phérie une série d'ouvertures polygonales concentriques au gabarit de déformation des tubes formant le deuxième parcours.
La fixation et l'étanchéité des tubes du deuxième parcours de la plaque sont réalisées comme décrit ci-avant. Les élé- ments formant le deuxième parcours sont plus longs que ceux du premier de toute la longueur du tube foyer et viennent se fixer dans une troisième plaque tubulaire 41 à profils exté- rieur et intérieur circulaires. Le profil extérieur de cette plaque .est assemblé avec la virole extérieure 42 réunis- sant cette plaque à la deuxième plaque. Le profil intérieur est relié au tube-'foyer, la fixation et l'étanchéité étant les mêmes que celles décrites ci-dessus. La boite à fumée 43 de cet ensemble est placée à la partie antérieure.
Get-
<Desc/Clms Page number 8>
te boite à fumée est constituée par deux viroles concentri- ques 44 et 45 fermées d'une part par la troisième plaque où les tubes de deuxième parcours amènent les gaz de la oombus- tion, et d'autre part par un fond plein 46 de forme annulai- re. La partie centrale de la virole intérieure est libre et sert de logement au bec du brûleur. Cette disposition est une nouvelle amélioration de l'ensemble indiqué à la fig. 17 pour la raison suivante : pour arriver à son point d'utilisation au nez du brûleur, l'air se réchauffe au con- tact de la virole Intérieure de la boîte à fumée d'où une amélioration sensible du rendement de l'ensemble. L'utili- sation et la circulation sont les mêmes que celles énumérées pour l'ensemble 17.
L'ensemble représenté aux figs. 20 et 21, constitué par les dits éléments est destiné au chauffage à feu continu.
Cet ensemble se différencie de ceux indiqués aux figs.
17, 18 et 19 par le mode de combustion employé. Pour les appareils montrés aux figs. 17, 18, et 19, le combustible est l'huile lourde, pour celui représenté aux figs. 20 et 21, le combustible employé est le charbon.
Cet ensemble est du type vertical. Sa construction est la même que celle de l'ensemble de la fig. 19, à la diffé- rence près que le tube foyer 47 et le faisceau tubulaire du premier parcours 48 sont excentrés et que les tubes du deu- xième parcours sont placés concentriquement à l'excentration du foyer.
Les avantages de cet ensemble sur les errements actuels pour ce genre d'appareils sont les suivants : encombrement moindre pour une surface d'échange plus grande, rendement nettement supérieur grâce au coefficient de transmission élevé, solidité et par conséquent durée plus grande que les appareils en fonte destinés au même usage.
<Desc/Clms Page number 9>
avant.
Le nombre d'éléments varie suivant la forme polygonale adoptée.
Cet ensemble diffère de ceux décrits précédemment par les points suivants : Les éléments ne sont pas contenus dans une virole formant réservoir, mais constituent par leur as- semblage un élément unique. Les deux extrémités 50 de cet assemblage sont prolongées par les fourreaux de forme circu- laire qui englobent la forme polygonale de l'assemblage par un retraint convenable, la liaison intime et l'étanchéité étant assurées par soudure ou autrement. La longueur de ces fourreaux est variable suivant le genre de réunion choisi pour plusieurs assemblages formant un tout.
Parmi les genres de réunion qui peuvent être choisis pour la fixation d'un assemblage formant un tout, on peut également envisager le mandrinage des foureaux 51 dans des plaques tubulaires 53 (figs' 22 et 25). Bans ce cas, la longueur des fourreaux sera fonotion de la longueur de broche de l'appareil à mandriner. On peut naturellement choisir également un autre mode de construction consistant par exem- ple en l'apport d'une bague tronconique sur chacun des four- reaux, la fixation dans la plaque tubulaire se fera alors par emboîtage conique, métal sur métal, genre Bérendorff.
La longueur des fourreaux sera fonction, d'une part, de la largeur de la bague tronconique, et, d'autre part, de la longueur réservée au retreint sur la forme polygonale.
L'emploi de cet ensemble a son application, dans tous les appareils munis de plaques tubulaires, chaudières semi- tubulaires, chaudières locomotives, etc... où. les principaux avantages que l'on recherche sont d'obtenir un coefficient de transmission très élevé par rapport à ce qui se fait ao- tuellement et d'obtenir une surface de chauffe maximum dans un encombrement minimum.
<Desc/Clms Page number 10>
Si l'on examine le faisceau tubulaire, comme décrit ci- avant, relativement à sa tenue sous l'effet de la pression, on constate que le travail de cette pression s'exerce sur les parties coniques 53 formant solution de continuité entre la partie cylindrique et la partie polygonale de chacun des tu- bes du faisceau. L'ensemble du faisoeau étant constitué par juxtaposition et soudure des parties méplates de chacun des tubes, supprime l'usage de la plaque tubulaire et le travail de la pression est entièrement absorbé par le tube lui-même.
Les tubes étant joints par leurs extrémités soudées, ajustées à un dixième près, on peut considérer que le travail de la soudure est nul. A surface d'échange égale, les chaudières construites comme décrit ci-avant, pèsent beaucoup moins, et sont d'un prix plus abordable pour un rendement supérieur comparé à un appareil à plaques tubulaires.