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Echangeur de chaleur du type en tôle enroulée en spirale ou autre type analogue et son procédé de construction.
La présente invention se rapporte aux appareils dite "échangeurs de chaleur" en tôle enroulée en spirale ainsi qu'à des appareils analogues pour la transmission indirecte de la chaleur entre des agents qui s'écoulent, appareils consistant en une construction en tôle comportant des canaux en spirale s'étendant séparément les uns à coté des autres ou d'autres canaux de passage de forme analogue pour les agents rechange de chaleur, ces canaux étant constitués par et entre des pièces en tôle enroulées d'une façon essentiellement parallèle les unes par rapport aux autres, en formant les parois des canaux à travers lesquels se transmet la chaleur, et un certain nombre d'entretoises ou pièces d'écartement, rigides,
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de dimensions relativement faibles étant fixées dans tous les sens,
sur au moins une des-parois des canaux, de manière à déterminer la section de passage.
Comme entretoise', on a déjà employé avec succès dans des dispositifs de ce genre de petits corps massifs et cylindriques dont une des extrémités était usuellement soudée à une des parois en t61e, par exemple par soudure électrique ordinaire, en y appliquant par fusion un supplément de matière qui s'accumule sous,forme d'une protubérance en un endroit voisin de la périphérie de l'entretoise.
L'avantage de ces entretoises et d'autres entretoises analogues est surtout que les parois des canaux sont ainsi, d'une manière satisfaisante, rendues assez facilement accessibles à partir des extrémités frontales de l'appareil, en vue de leur inspection et de leur nettoyage mécanique et, pour réaliser les conditions les meilleures possibles de ce point de vue, on s'est efforcé jusqutà présent d'employer un nombre aussi réduit d'entretoises clairsemées qu'il est admissible, compte tenu des exigences du point de vue de la résistance.
Suivant le procédé usuel et le moins coûteux de construction, on pourvoit d'abord d'entretoises les pièces de tôle planes, puis on les enroule les unes autour des autres, ce qu'on exécute en les reliant, à une de leurs extrémités, à un dispositif approprié à. moyeu, après quoi on fait tourner ce dispositif, et par conséquent les extrémités internes de la tôle, les pièces de t61e étant guidées pendant ce temps entre une paire de sabots de frein ou d'autres organes analogues, une pression étant exercée ainsi sur les deux faces de la tôle de telle sorte qu'elles se trouvent sous tension et sont cintrées conformément à la partie intérieure déjà achevée.
Pour donner dans ces circonstances aux parois des canaux une forme continue et régulière, on
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oonsidérait autrefois, qu'il était nécessaire d'interposer aussi entre les pièces de t61e dans le sens longitudinal, aux extrémités frontales, des fils métalliques, que l'on détache ensuite sauf dans le cas où ils peuvent servir à la fermeture des c6tés des canaux: Il est évident que de tels organes d'appui auxiliaires étaient nécessaires aussi dans les modes de construction antérieurs à entretoises relativement écartées.
Ce procédé de construction est toutefois très défectueux à de nombreux points de vue et il entraîne de tels inconvénients que ces constructions ne présentent en réalité que rarement les qualités qu'on peut en attendre et, malgré cela,' elles sont beaucoup plus coûteuses qu'on le désirerait:
On a notamment constaté que; lors de leur soudure sur une des parois des tôles, les entretoises se placent souvent, en raison de la poussée latérale qu'elles subissent alors, dans une position tellement oblique d'un côté par rapport à la paroi en tôle que leurs extrémités libres se trouvent à une hauteur différente au-dessus de cette paroi et même parfois plus haut que les fils introduits au bord, car la grosseur de ceux-ci ne peut dépasser que d'une quantité extrêmement faible la lon- gueur des entretoises ;
en résulte que les parois des ca- naux présentent des bosses irrégulières aux endroits où les entretoises dépassent le niveau des fils du bord de sorte que, d'une part, la section de passage devient très variable et que., d'autre part, les extrémités libres des entretoises ne s'appliquent pas d'une façon satisfaisante sur la paroi voisine du canal, en particulier lorsque la seotion du canal s'élargit de la façon indésirable précitée.
Ces inconvénients entraînent une diminution considérable du rendement, tant à cause des variations des vitesses résultant des sections va- riables des canaux qu'en raison du contact défectueux des en-
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tretoises qui, sans cela; participeraient beaucoup plus à la transmission de la chaleur alors que, par suite de ces inconvénients, il peut se produire même une nouvelle diminution du fait qu'au cours du travail les parois des canaux peuvent, sous l'influence d'une pression plus élevée qui s"exerce d'un coté ou par suite d'efforts inadmissibles d'une autre nature; se déformer encore davantage parce qu'une construction aussi imparfaite plie trop facilement et est trop élastique.
L'invention a pour objet principal une construction qui rend possible l'utilisation d'un procédé de fabrication perfectionné grâce auquel les inconvénients précités sont écartés, de sorte que la construction et le rendement de l'appareil sont améliorés bien que les avantages particuliers de ce mode de construction soient du reste conservés et elle se distingue principalement en ce que les entretoises sont disposées sur tout le trajet des canaux, si près l'une de l'autre que leurs extrémit és libres peuvent, pendant l'enrou- lement des pièces de tôle, lorsqu'on applique par cintrage et qu'on fixe une spire extérieure suivante à la distance désirée de la spire de tôle toute façonnée préoédente, servir directement d'organes d'appui et d'organes de formation à la spire extérieure qui doit être formée,
et cela sans l'aide de dispositifs d'appui auxiliaires de façon que les spires de tôles reçoivent par exemple la forme d'une spirale régulière et en ce que ni la distance entre des entretoises voisines, dans n'importe quel sens, ni le trajet le plus court entre l'entretoise extérieure et le bord voisin de la tôle ne peuvent dépasser une certaine dimension maxima qui, dans le sens axial des spires, ne peut jamais dépasser 180 mm: et, dans le sens du pourtour, 90 mm. ou moins, tandis que sa longueur dans d'autre* directions est limitée à une zone dont les pro-
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jections dans les sens précités sont égales ou inférieures aux dimensions maxima indiquées pour ces sens:
Suivant l'invention, les entretoises sont disposées, de préférence en rangées, de façon à former au moins deux séries de rangées qui se croisent en formant chacune un angle aigu convenable avec l'axe des spires de façon que, pratiquement, toutes les surfaces des canaux puissent être rendues accessibles de l'extérieur aux fins du nettoyage', etc., un outil de nettoyage pouvant être introduit dans la majeure partie des surfaces intermédiaires libres, obliquement par rapport aux extrémités frontales de l'appareil,' dans diverses directions, et l'outil étant guidé par les entretoises.
Dans les appareils qui font ltobjet de l'invention, on a constaté que, pour des motifs économiques et autres qui seront expliqués plus loin, il y avait avantage à employer des entretoises d'une construction particulière qu'on peut fixer aux parois en t61e sans employer un supplément de matière, par exemple par soudure électrique par résistance.
La réalisation de la construction en t61e a lieu, conformément à l'invention, de la façon la meilleure et la plus simple, par enroulement de pièces planes de t61e, comme auparavant, mais sans l'emploi de fils de soutien au bord et par application de la pression nécessaire, au moyen de freins, appliquée de préférence aux faces extérieures seulement, aux endroits où les t8les sont amenées par cintrage à leur forme définitive et dirigées vers l'axe des spires de façon que cette pression agisse à peu prés perpendiculairement sur les faces de t61e, et notamment directement sur les entretoises qui se trouvent au-dessous.
L'invention présente, outre les avantages précités, encore beaucoup dtautres qui apparaîtront dans ce qui suit.
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Le dessin annexé représente quelques exemples de réalisation de l'invention et le nouveau procédé de construction, ainsi qu'une partie d'une construction défectueuse en tôle, telle qu'on la produisait auparavant. Sur ce dessin :
La figure 1 représente à petite échelle, en coupe longitudinale, un échangeur de chaleur du type à spirales en t61e suivant l'invention.
La figure 2 est une vue latérale, à échelle un peu plus grande, d'une partie d'un échangeur de chaleur à spirales en tôle d'une construction analogue, antérieure, défectueuse.
La figure 3 est un plan d'une paroi de canal pourvue d'entretoises suivant l'invention.
La figure 4 montre en élévation et en coupe longitudinale et la figure 5 en plan quelques formes d'exécution différentes d'entretoises du type employé pour la soudure par fusion et
La figure 6 est une vue latérale schématique de l'opération d'enroulement exécutée suivant l'invention.
Comme le montre la figure 1, l'échangeur de chaleur peut être constitué par deux tôles formant paroi 1 a et 1 b, enroulées de préférence suivant une spirale et d'une façon essentiellement parallèle l'une autour de l'autre (ce que montre encore mieux la figure 6) ces tôles étant maintenues à la distance déterminée par de petites entretoises rigides 2. Celles-ci consistent par exemple simplement en des corps massifs et cylindriques qui sont soudés au moins à une des parois en t61e et qui sont répartis d'une manière sensiblement uniforme sur les surfaces des parois.
Par ces parois et entre ces parois en t61e sont constitués ainsi; de chacun des c6tés opposés de celles-ci, des canaux 3 a et 3 b en spirale
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qui', par conséquent, s'étendent séparément l'un à c6té de l'autre et qui sont destinés aux agents différents parcourant ces canaux à contre-courant ou d'une autre façon, la transmission de chaleur désirée s'effectuant à travers les parois communes,. Dans ce cas, l'un des agents entre dans le canal 3 a, à son extrémité périphérique, par l'entrée 4 et est évacué à son extrémité interne par la sortie 5, tandis que l'au- tre agent entre dans le canal 3 b à son extrémité interne, par l'entrée 6, et en sort, à son extrémité externe, par la sortie 7, d'où résulte un véritable contre-courant.
Dans un appareil de ce genre, les deux extrémités frontales des canaux doivent être fermées pendant le fonctionnement et ceci peut avoir lieu par exemple au moyen de couvercles amovibles, une garniture en caoutchouc ou une autre garniture analogue pouvant être prévue également le long des bords des tôles pour assurer l'étanchéité complète, par exemple une garniture d'étanchéité disposée entre ces bords et les couvercles. De plus,' la construction en tôle présente à la partie médiane un certain nombre d'organes de support 9, à peu près circulaires, affectant la forme de disques ou d'anneaux disposés perpendiculairement par rapport à l'axe des spires de tôle, disques qui sont embrassés par les spires intérieures de fa- çon qu'ils servent à les rendre plus rigides.
De préférence, les organes de support 9 constituent une partie du dispositif, faisant office de moyeu, qu'on emploie pour l'enroulement et ils déterminent alors la forme des spires intérieures; mais un autre dispositif peut évidemment être employé à cet effet.
La figure 2 représente les défectuosités, mentionnées plus haut, d'une construction analogue à spirales en tôle; exécutée à la façon primitive, dans laquelle les entretoises 2 étaient par conséquent prévues en nombre relativement
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restreint et étaient fixées sur les parois en t61e, par soudure ordinaire au moyen de métal d'apport qui forme un joint de soudure extérieur 21 faisant une protubérance en un endroit des entretoises.
Dans ce procédé, les entretoises sont soumises à une pression latérale assez élevée (indiquée par de petites flèches) et, de ce fait, s'inclinent facilement d'un coté par rapport à la surface de la t61e, ce qu'on a indiqué en 2 x, d'où il résulte que leurs extrémités libres s'élèvent à des hauteurs différentes au-dessus de la surface des tôles et même plus haut que les fils qu'on a interposés aux bords, car la grosseur de ceux-ci doit évidemment correspondre aussi exactement que possible à la hauteur des entretoises.
Ce fait a pour conséquence, lors de l'enroulement des pièces de tôle, que les parois en t61e présentent des bosses tout à fait irrégulières, et cela aux endroits où les entretoises s'élèvent trop haut, et il en résulte évidemment qu'un contact complet entre les entretoises et la paroi voisine en t61e n'est pas réalisé en ces endroits, tandis qu'en d'autres endroits encore, où une bosse extérieure de la t61e se présente précisément au-dessus d'une entretoise correctement placée, il n'y a pas de contact du tout, ce qu'on a représenté en 2 x x.
Il s'ensuit en outre que la section de passage du canal varie considérablement en différents endroits et que l'ensemble de la construction plie trop facilement et est trop élastique. En fait, on a constaté que l'ensemble de tous ces inconvénients dans les constructions exécutées jusqu'à présent diminue souvent dans des proportions inadmissibles le rendement prévu et la résistance calculée de l'appareil.
Par contre, suivant l'invention, le nombre des entretoises et leur distance réciproque sont déterminés, sans
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tenir compte des nécessités du point de vue de la résistance, de manière que, lors de l'enroulement des tôles constituant les parois, l'effet de freinage nécessaire ou la force employée pour le cintrage puisse être transmis directement aux entretoises et que, par conséquent, un contact satisfaisant soit réalisé partout entre celles-ci et les parois des canaux.
Ces dernières reçoivent aussi de cette façon la forme régulière désirée pourvu que la distance entre les entretoises voisines, ainsi que le trajet le plus court entre les entretoises les plus écartées et le bord voisin de la tôle ne dépasse en aucun point une longueur ou division d qui, dans le sens de l'axe autour duquel se fait l'enroulement, peut être au maximum de 180 mm. et, dans le sens périphérique, de 90 mm: au plus, ou qui, dans toute autre direction, correspond à une distance dont les projections dans les deux sens précités sont égales ou éventuellement inférieures aux distances maxima indiquées plus haut dans ces deux sens.
Comme le montre la figure 3, les entretoises sont, suivant l'invention, réparties de préférence en rangées disposées d'une façon uniforme et',' à la gauche de cette figure, on a représenté la disposition usuelle jusqu'à présent, ainsi que le procédé, employé avec cette disposition, pour le nettoyage des parois 1, cette disposition correspondant aux entretoises interposées en nombre restreint. Il s'ensuit qu'il suffit de déplacer l'outil de nettoyage par exemple un fer plat relativement étroit, d'un mouvement de va-et-vient, essentiellement dans le sens axial, sur les surfaces libres des parois, entre les entretoises, d'une extrémité frontale à l'autre et de tourner en même temps l'outil un peu dans le sens latéral, pour que les intervalles 0 (entre les lignes en traits mixtes) soient parcourus également.
Mais ce procédé
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est évidemment peu approprié dans le cas d'entretoises disposées, suivant l'invention, à peu de distance les unes des autres parce que, dans ce cas, il n'est guère possible de faire tourner latéralement l'outil de nettoyage et que la plus grande partie des intervalles deviendrait inaccessible de ce fait.
Mais cela peut être évité suivant l'invention grâce au fait que les entretoises sont disposées de la façon indiquée à droite sur la figure 3, à savoir en au moins deux séries de rangées qui se croisent et forment chacune un angle aigu convenable avec l'axe suivant lequel sont enroulées les t61es.
Cela permet d'introduire un outil de nettoyage approprié sur les parties de surface libres indiquées ici par R R, entre les entretoises, dans diverses directions, de façon que, pratiquement, les surfaces des parois soient parcourues toutes entières, car les parties inaccessibles 00 sont réduites ainsi dans les limites du possible et, en outre, le guidage correct de l'outil a lieu par les entretoises mêmes, ce qui facilite beaucoup le travail du nettoyage. A cet effet l'angle aigu précité V doit avoir une valeur comprise entre 30 et 60 , tandis que les distances entre les entretoises voisines d'une même rangée et entre les diverses rangées voisines d'une série (la distance d3) ne doivent en aucun endroit dépasser 200 mm.
Un outil de nettoyage utilisable pour ce procédé peut consister par exemple, en un petit organe de nettoyage rigide S dont les dimensions maxima sont déterminées par les mesures qui viennent d'être données et par les dimensions des canaux, outil qu'on pousse, au moyen d'une longue tige flexible S S à poignée, dans les canaux, la valeur de la division d3 étant de préférence égale à la moitié de la longueur de l'organe de nettoyage S.
Dans ce genre d'échangeurs de chaleur, il est de la
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plus grande importance que les parois des canaux soient rendues aussi aisément accessibles que possible et que, tant en considération de l'accessibilité qu'en raison de motifs écono- miques et pour être sûr de fixer les entretoises exactement dans la position correcte', on les fixe conformément à l'invention, de préférence par fusion, sans emploi de métal d'apport, par exemple par soudure électrique par résistance, les entretoises recevant une forme spéciale telle que celles que représentent les figures 4 et 5.
Une forme d'exécution simple est constituée par un corps massif 2 a, de préférence cylindrique, dont une extrémité présente originellement un ou plusieurs tétons 22 ou des formations analogues, dirigées dans le sens axial, qui se confondent ensuite, par fusion, avec une des t61es constituant une paroi. Les entretoises peuvent aussi être constituées par un corps creux 2 b, qui présente, à une de ses extrémités une ou plusieurs languettes 23 b ou d'autres formations analogues, dirigées latéralement, ces languettes s'appliquant à une des parois du canal et les surfaces qui les terminent pouvant présenter originellement de petites surélévations locales 22 qu'on unit par fusion à la paroi en tôle.
Le dessin montre aussi un corps creux modifié 2 c qui, au lieu de languettes, présente à une de ses extrémités un fond mince 23 c, tandis qu'il est ouvert à son autre extrémité, le fond étant fixé par soudure à la paroi en tôle. Une autre forme d'exécution 2 d est constituée par une bande de métal ou d'un corps analogue qui, avec avantage, est replié par exemple en forme de I, de L, de V, de T ou d'une autre manière analogue de façon que l'organe constituant l'appui proprement dit soit pourvu le long d'une des parois de canal de rebords ou d'ailes lat érales.
Dans la soudure électrique par le procédé de résis-
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tance, un organe contacteur est appliqué aux parties des entretoises qui doivent être fixées par soudure et sont donc pressées perpendiculairement pendant cette opération contre la paroi en tôle, grâce à quoi une fixation très préoise est évidemment possible. Cette opération peut, en partie, être exécutée automatiquement et dans le cas où l'on emploie un grand nombre d'entretoises, elle est plus économique que la façon dont on procédait antérieurement.
Un autre avantage du nouveau procédé consiste en ce que, conformément à l'invention, on évite la formation de protubérances relativement grosses qui se forment suivant l'ancien procédé lorsqu'on emploie du métal d'apport et qui seraient particulièrement gênantes pour l'accès des surfaces des parois si les entretoises étaient disposées les unes près des autres, de sorte qu'à ce point de vue les meilleures conditions possibles sont réalisées.
Le nouveau procédé d'enroulement est représenté par la figure 6 et, suivant ce procédé, les tôles 1 a et 1 b constituant les parois sont enroulées, sans emploi d'un dispositif de support supplémentaire aux bords des tôles, en substance à la façon connue autour d'un dispositif convenable A faisant office de moyeu, en faisant tourner celui-ci dans le sens de la flèche, Mais dans ce cas, la pression de freinage proprement dite B est appliquée exclusivement contre les faces extérieures des pièces de tôle et cela aux endroits où elles sont cintrées d'une façon définitive, la pression étant exercée sur les faces de la tôle, à peu près perpendiculairement à l'axe d'enroulement, et répartie, pratiquement d'une façon uniforme, sur toute la largeur de la tôle,
mais pouvant éventuellement n'agir que sur une série de parties individuelles séparées. A mesure que progresse l'enroulement, une partie de tôle après l'autre est soumise à l'action de la pression
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de freinage et elles sont ainsi courbées contre les spires de tôle immédiatement précédentes, qui ont.reçu par cintrage leur forme définitive, jusqu'à ce que les extrémités libres des entretoises qui se trouvent immédiatement au-dessous de la spire extérieure qu'il s'agit de former, viennent en contact avec la surface de la paroi voisine; grâce à quoi la forme de chaque spire extérieure ajoutée est déterminée par les entretoises, qui lui prêtent appui, de telle façon que cette forme corres- ponde à celle des spires intérieures.
Au moment final de l'opération d'enroulement la pression de freinage exerce toute sa force immédiatement sur toutes les entretoises agissant réellement comme supports et elle est transmise par celles-ci à la spire intérieure qui se trouve immédiatement au-dessous d'elles de façon qu'on contact complet soit assuré partout entre les entretoises et les parois des tôles, un façonnage uniforme des tôles qui constituent les parois étant rendu possible par une répartition suffisante des entretoises. On remarquera en outre que, pendant l'enroulement, à la façon décrite, ces tôles ne sont guère soumises à un effort de traction, contrairement à ce qui est le cas dans le procédé usuel jusqu'à présent et rend très difficile de diriger les pièces de tôle, inconvénient qui est écarté par la présente invention.
Dans tous les oas, la constitution de l'appareil est considérablement améliorée grâce à l'invention et, dans de nombreux cas, on peut exécuter de cette façon les échangeurs de chaleur à moins de frais qu'auparavant.
Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux formes d'exécution décrites plus haut, mats qu'on peut modifier des façons les plus diverses et qu'elle se rapporte à toute construction analogue, indépendamment de la réa- lisation d'autres parties de cette construction.
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Spiral wound sheet metal type heat exchanger or the like and method of construction thereof.
The present invention relates to devices known as "heat exchangers" made of sheet metal wound in a spiral as well as to similar devices for the indirect transmission of heat between flowing agents, devices consisting of a sheet metal construction comprising channels. spiral extending separately next to each other or other similarly shaped passage channels for the spare heat agents, these channels being formed by and between sheet metal parts wound in a substantially parallel manner to each other compared to the others, by forming the walls of the channels through which the heat is transmitted, and a certain number of spacers or spacers, rigid,
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of relatively small dimensions being fixed in all directions,
on at least one of the walls of the channels, so as to determine the passage section.
As a spacer, it has already been used with success in devices of this kind of small, massive and cylindrical bodies, one end of which was usually welded to one of the t61e walls, for example by ordinary electric welding, by applying thereto by fusion an additional. of material which accumulates in the form of a protuberance in a place close to the periphery of the spacer.
The advantage of these and other similar spacers is above all that the walls of the channels are thus satisfactorily made fairly easily accessible from the front ends of the apparatus for inspection and inspection. mechanical cleaning and, in order to achieve the best possible conditions from this point of view, attempts have so far been made to use as few sparse spacers as is permissible, taking into account the requirements from the point of view of resistance.
According to the usual and less expensive construction process, the flat sheet metal pieces are first provided with spacers, then they are wound around each other, which is done by connecting them at one of their ends, to a device suitable for. hub, after which this device, and consequently the internal ends of the sheet are rotated, the parts of the plate being guided during this time between a pair of brake shoes or other similar members, a pressure being thus exerted on the two sides of the sheet in such a way that they are under tension and are bent in accordance with the interior part already completed.
In order to give the walls of the channels a continuous and regular shape in these circumstances, we
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It was previously considered that it was necessary to interpose also between the pieces of t61e in the longitudinal direction, at the front ends, metal wires, which are then detached except in the case where they can be used to close the sides of the channels: It is obvious that such auxiliary support members were also necessary in the previous modes of construction with relatively wide spacers.
This method of construction is, however, very defective in many respects and entails such drawbacks that these constructions in reality seldom exhibit the qualities which one might expect and, despite this, they are much more expensive than. we would like it:
It has in particular been observed that; during their welding on one of the walls of the sheets, the spacers are often placed, because of the lateral thrust that they then undergo, in a position so oblique on one side with respect to the sheet wall that their free ends are are located at a different height above this wall and sometimes even higher than the threads introduced at the edge, because the size of the latter can only exceed the length of the spacers by an extremely small amount;
As a result, the walls of the channels present irregular bumps at the places where the spacers exceed the level of the edge wires so that, on the one hand, the passage section becomes very variable and, on the other hand, the free ends of the spacers do not apply satisfactorily to the neighboring wall of the channel, in particular when the seotion of the channel widens in the above-mentioned undesirable manner.
These drawbacks lead to a considerable reduction in efficiency, both because of the variations in speed resulting from the variable sections of the channels and because of the defective contact of the terminals.
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tretoises which without it; participate much more in the transmission of heat while, as a result of these drawbacks, there may even be a further reduction, because during work the walls of the channels can, under the influence of a higher pressure which is exerted on one side or as a result of inadmissible forces of another nature; to deform even more because such an imperfect construction bends too easily and is too elastic.
The main object of the invention is a construction which makes possible the use of an improved manufacturing process by which the aforementioned drawbacks are eliminated, so that the construction and the efficiency of the apparatus are improved although the particular advantages of this method of construction are, moreover, retained and it is distinguished mainly in that the spacers are arranged along the entire path of the channels, so close to each other that their free ends can, during the winding of the sheet metal pieces, when applying by bending and fixing a next outer coil at the desired distance from the pre-edged fully formed sheet coil, serve directly as support members and forming members for the outer coil who needs to be trained,
and this without the aid of auxiliary support devices so that the turns of sheets receive for example the shape of a regular spiral and in that neither the distance between neighboring spacers, in any direction, nor the The shortest path between the outer spacer and the neighboring edge of the sheet cannot exceed a certain maximum dimension which, in the axial direction of the turns, can never exceed 180 mm: and, in the circumference direction, 90 mm. or less, while its length in other * directions is limited to an area whose pro-
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jections in the aforementioned directions are equal to or less than the maximum dimensions indicated for these directions:
According to the invention, the spacers are arranged, preferably in rows, so as to form at least two series of rows which intersect, each forming a suitable acute angle with the axis of the turns so that, practically all surfaces channels can be made accessible from the outside for cleaning, etc., a cleaning tool being able to be introduced into most of the free intermediate surfaces, obliquely to the front ends of the apparatus, 'in various directions , and the tool being guided by the spacers.
In the apparatuses which are the subject of the invention, it has been found that, for economic reasons and others which will be explained later, it was advantageous to use spacers of a particular construction which can be fixed to the t61e walls. without using additional material, for example by electric resistance welding.
The realization of the t61e construction takes place, in accordance with the invention, in the best and simplest way, by winding flat pieces of t61e, as before, but without the use of supporting wires at the edge and by application of the necessary pressure, by means of brakes, preferably applied to the outer faces only, at the places where the t8les are brought by bending to their final shape and directed towards the axis of the turns so that this pressure acts more or less perpendicularly on the faces of the t61e, and in particular directly on the spacers which are located below.
The invention presents, in addition to the aforementioned advantages, still many others which will appear in what follows.
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The accompanying drawing shows some exemplary embodiments of the invention and the new method of construction, as well as part of a defective sheet metal construction as previously produced. On this drawing :
FIG. 1 shows on a small scale, in longitudinal section, a heat exchanger of the t61e spiral type according to the invention.
Figure 2 is a side view, on a somewhat larger scale, of part of a sheet metal scroll heat exchanger of a similar, prior, defective construction.
FIG. 3 is a plan of a channel wall provided with spacers according to the invention.
Figure 4 shows in elevation and in longitudinal section and Figure 5 in plan some different embodiments of spacers of the type used for fusion welding and
Figure 6 is a schematic side view of the winding operation carried out according to the invention.
As shown in Figure 1, the heat exchanger can be formed by two sheets forming a wall 1 a and 1 b, preferably wound in a spiral and in a substantially parallel manner around each other (which shows even better Figure 6) these sheets being maintained at the distance determined by small rigid spacers 2. These consist for example simply of massive and cylindrical bodies which are welded at least to one of the t61e walls and which are distributed substantially uniformly across the surfaces of the walls.
By these walls and between these t61e walls are thus constituted; on each of the opposite sides of these, the spiral channels 3a and 3b
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which, therefore, extend separately from one another and which are intended for the different agents flowing through these channels countercurrently or otherwise, the desired heat transmission taking place through the common walls ,. In this case, one of the agents enters channel 3a, at its peripheral end, through inlet 4 and is discharged at its internal end through outlet 5, while the other agent enters the channel. 3 b at its inner end, through inlet 6, and leaves it, at its outer end, through outlet 7, from which a real counter-current results.
In such an apparatus, the two front ends of the channels must be closed during operation and this can take place, for example, by means of removable covers, a rubber gasket or the like can be provided also along the edges of the channels. sheets to ensure complete sealing, for example a gasket disposed between these edges and the covers. In addition, 'the sheet metal construction has at the middle part a number of support members 9, approximately circular, in the form of discs or rings arranged perpendicularly to the axis of the sheet turns, discs which are embraced by the interior turns so that they serve to make them more rigid.
Preferably, the support members 9 constitute a part of the device, acting as a hub, which is used for winding and they then determine the shape of the inner turns; but another device can obviously be used for this purpose.
Figure 2 shows the aforementioned defects of a similar sheet metal spiral construction; executed in the primitive way, in which the spacers 2 were therefore provided in relatively
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restricted and were fixed to the t61e walls by ordinary welding with filler metal which forms an outer weld joint 21 protruding at one point of the spacers.
In this process, the spacers are subjected to a fairly high lateral pressure (indicated by small arrows) and, therefore, easily tilt to one side with respect to the surface of the head, which has been indicated. in 2 x, from which it follows that their free ends rise to different heights above the surface of the sheets and even higher than the wires which have been interposed at the edges, because the size of these must of course correspond as exactly as possible to the height of the spacers.
This fact has the consequence, during the winding of the sheet metal pieces, that the sheet walls present quite irregular bumps, and this at the places where the spacers rise too high, and it obviously results that a complete contact between the spacers and the neighboring t61e wall is not achieved in these places, while in still other places, where an outer hump of the t61e is present precisely above a correctly placed spacer, there is no contact at all, which is represented by 2 x x.
It further follows that the passage section of the channel varies considerably in different places and that the whole construction bends too easily and is too elastic. In fact, it has been found that all of these drawbacks in the constructions carried out so far often reduce in unacceptable proportions the expected efficiency and the calculated resistance of the apparatus.
On the other hand, according to the invention, the number of spacers and their reciprocal distance are determined, without
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take into account the requirements from the point of view of resistance, so that, when winding the sheets constituting the walls, the necessary braking effect or the force used for the bending can be transmitted directly to the spacers and that, by Therefore, satisfactory contact is made everywhere between them and the walls of the channels.
The latter also receive in this way the desired regular shape provided that the distance between the neighboring spacers, as well as the shortest path between the most widely spaced spacers and the neighboring edge of the sheet does not at any point exceed a length or division d which, in the direction of the axis around which the winding takes place, may be a maximum of 180 mm. and, in the peripheral direction, 90 mm: at most, or which, in any other direction, corresponds to a distance whose projections in the two aforementioned directions are equal to or possibly less than the maximum distances indicated above in these two directions.
As shown in Figure 3, the spacers are, according to the invention, preferably distributed in rows arranged in a uniform manner and ',' to the left of this figure, there is shown the usual arrangement until now, thus that the process used with this arrangement for cleaning the walls 1, this arrangement corresponding to the spacers interposed in a limited number. It follows that it suffices to move the cleaning tool, for example a relatively narrow flat iron, with a reciprocating movement, essentially in the axial direction, on the free surfaces of the walls, between the spacers. , from one front end to the other and at the same time turn the tool a little sideways, so that the 0 intervals (between the dashed lines) are also covered.
But this process
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is obviously not very suitable in the case of spacers arranged, according to the invention, at a short distance from each other because, in this case, it is hardly possible to rotate the cleaning tool laterally and the a greater part of the intervals would therefore become inaccessible.
But this can be avoided according to the invention thanks to the fact that the spacers are arranged in the manner shown on the right in Figure 3, namely in at least two series of rows which intersect and each form a suitable acute angle with the axis along which the t61es are wound.
This makes it possible to introduce a suitable cleaning tool on the free surface parts indicated here by RR, between the spacers, in various directions, so that, practically, the surfaces of the walls are completely traversed, since the inaccessible parts 00 are thus reduced within the limits of the possible and, moreover, the correct guidance of the tool takes place by the spacers themselves, which greatly facilitates the cleaning work. For this purpose the aforementioned acute angle V must have a value between 30 and 60, while the distances between the neighboring spacers of the same row and between the various neighboring rows of a series (the distance d3) must not no place exceed 200 mm.
A cleaning tool that can be used for this process can consist, for example, of a small rigid cleaning member S, the maximum dimensions of which are determined by the measurements which have just been given and by the dimensions of the channels, a tool which is pushed in. means of a long flexible rod SS with handle, in the channels, the value of the division d3 being preferably equal to half the length of the cleaning member S.
In this kind of heat exchanger, it is
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greater importance that the walls of the channels are made as easily accessible as possible and that, both in consideration of accessibility and for reasons of economy and to be sure to fix the spacers exactly in the correct position, fixes them in accordance with the invention, preferably by fusion, without the use of filler metal, for example by electric resistance welding, the spacers receiving a special shape such as those shown in Figures 4 and 5.
A simple embodiment consists of a solid body 2 a, preferably cylindrical, one end of which originally has one or more studs 22 or similar formations, directed in the axial direction, which then merge, by fusion, with a t61es constituting a wall. The spacers can also be constituted by a hollow body 2 b, which has, at one of its ends one or more tongues 23 b or other similar formations, directed laterally, these tongues applying to one of the walls of the channel and the surfaces which end them possibly having small local elevations 22 which are united by fusion to the sheet metal wall.
The drawing also shows a modified hollow body 2 c which, instead of tongues, has a thin bottom 23 c at one of its ends, while it is open at its other end, the bottom being fixed by welding to the wall in sheet metal. Another embodiment 2d consists of a strip of metal or the like which, with advantage, is folded up, for example, in the shape of an I, L, V, T or in the like manner. so that the member constituting the support itself is provided along one of the channel walls with flanges or side wings.
In electric welding by the resistance process
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tance, a contactor member is applied to the parts of the spacers which are to be fixed by welding and are therefore pressed perpendicularly during this operation against the sheet metal wall, whereby a very preoise fixing is obviously possible. This operation can, in part, be carried out automatically and in the case where a large number of spacers are used, it is more economical than the way which was previously done.
Another advantage of the new process is that, according to the invention, the formation of relatively large protuberances which are formed according to the old process when using filler metal and which would be particularly inconvenient for the welding process is avoided. access to the surfaces of the walls if the spacers were arranged close to each other, so that from this point of view the best possible conditions are achieved.
The new winding process is represented by FIG. 6 and, according to this process, the sheets 1 a and 1 b constituting the walls are wound up, without the use of an additional support device at the edges of the sheets, in substance in the manner known around a suitable device A acting as a hub, by rotating it in the direction of the arrow, But in this case, the actual braking pressure B is applied exclusively against the outer faces of the sheet metal parts and this at the places where they are bent in a definitive way, the pressure being exerted on the faces of the sheet, approximately perpendicular to the winding axis, and distributed, practically in a uniform way, over the entire width sheet metal,
but possibly only acting on a series of separate individual parts. As the winding progresses, one part of the sheet after another is subjected to the action of pressure
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braking and they are thus bent against the immediately preceding turns of sheet metal, which have received by bending their final shape, until the free ends of the spacers which are located immediately below the outer coil that they are 'acts to form, come into contact with the surface of the neighboring wall; whereby the shape of each added outer turn is determined by the spacers, which support it, so that this shape matches that of the inner turns.
At the final moment of the winding operation the braking pressure exerts all its force immediately on all the spacers actually acting as supports and it is transmitted by them to the inner coil which is immediately below them. so that complete contact is ensured everywhere between the spacers and the walls of the sheets, uniform shaping of the sheets which constitute the walls being made possible by a sufficient distribution of the spacers. It will also be noted that, during winding, in the manner described, these sheets are hardly subjected to a tensile force, unlike what is the case in the usual process until now and makes it very difficult to direct the sheet metal parts, a drawback which is avoided by the present invention.
In all cases, the constitution of the apparatus is considerably improved by the invention and in many cases the heat exchangers can be performed in this way at less expense than before.
It is obvious that the invention is in no way limited to the embodiments described above, which can be modified in the most diverse ways and that it relates to any similar construction, independently of the implementation of the invention. other parts of this construction.