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Appareil comportant des conduits branchés en parallèle.
Dans un appareil comportant des conduits branchés en parallèle ainsi qu'une chambre d'amenée et d'évacuation commune pour un fluide liquide ou gazeux, chambre commune dans laquelle la direction de circulation principale du fluide forme un angle avec les conduits ou canaux branchés en parallèle, il y a lieu de faire passer par unité de temps dans chacun des canaux pra.- tiquement la même quantité de fluide dans un sens de circulation que dans l'autre.
C'est ainsi que, lorsque l'ensemble des canaux branchés en parallèle constitue l'échangeur de chaleur ou le ré- cupérateur d'une machine à piston à gaz chaud, par exemple un moteur à gaz chaud ou une machine frigorifique fonctionnant suivant le principe inverse du moteur à gaz chaud, il importe que la charge de chacun des éléments dont l'ensemble constitue l'échangeur de chaleur, soit la même dans les deux sens de cir- culation du fluide.
D'une façon générale, dans un tel appareil, à moins de dispositions spéciales, cette condition n'est pas
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satisfaite; comme la direction de circulation principale du fluide dans la chambre d'amenée et d'évacuation commune forme un angle avec les canaux branchés en parallèle, en général, la quantité de fluide qui, par unité de temps, traverse les divers canaux, n'est pas, pour un canal donné, la merle dans un sens que dans l'autre.
La présente invention résout ce problème.
Dans une forme d'exécution de l'invention, on a prévu, dans un ou plusieurs des conduits ou canaux branches en paral- lèle, des résistances de charge telles que la quantité de fluide traversant chacun des canaux soit pratiquement la même dans les deux sens. Cette forme d'exécution de l'invention est basée sur le fait que l'on s'efforce de corriger localement dans les canaux mêmes les différences dans les quantités de fluide qui y passe. A cet effet, on peut prévoir dans un ou plusieurs canaux des pertes de charge à coefficient de résis- tance aérodynamique différent pour les deux sens de circula- tion.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, on va plus loin encore et on prend le mal à sa racine. A cet effet, on monte dans la chambre d'amende et d'évacuation commune, à proximité d'un ou de plusieurs des endroits où les canaux branchés en parallèle débouchent dans les chambres communes, un ou plusieurs organes de guidage du fluide, par exemple des aubes. La, Demanderesse a constaté que cette disposition permet d'atteindre le but poursuivi.
Il s'est en effet avéré que l'inconvénient précité est provoqué par le f?it que, lors de la sortie du fluide des canaux branchés en parallèle dans la chambre d'amenée et d'évacuation commune, les flux les plus rapprochés de l'ouverture d'évacuation de cette chambre consti- tuent, pour ainsi dire, une entrave pour les flux de fluide oui sortent des autres canaux, plus éloignés de l'ouverture d'éva-
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cuation, ce qui en l'absence de dispositions spéciales, fait que, par unité de temps, la quantité de fluide traversant certains des canaux branchés en parallèle est plus grande dans . un sens que dans l'autre.
Il est recommandable de réaliser la chambre d'amenée et d'évacuation commune de manière que le fond de la chambre soit incliné d'un angle égal à l'angle que forment les aubes avec le plan dans lequel débouchent les canaux branchés en parallèle.
La présente invention est particulièrement intéres- ,sante dans le cas où la chambre d'amenée et d'évacuation commune se raccorde, éventuellement par l'intermédiaire des canaux branchés en parallèle, à un récupérateur tel qu'utilisé fré- quemment dans les machines à piston à gaz chauds précitées. En effet pour assurer à un tel récupérateur un rendement maximum, il importe qu'en chaque endroit, la résistance offerte au pas- sage du fluide soit la même dans les deux sens. Si cette ré- sistance est autre dans une partie déterminée du récupérateur, il se produit dans la matière du récupérateur un transport de chaleur perpendiculaire à la direction de passage du fluide et ce transport affecte le rendement de ces récupérateurs.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de la dite invention.
Les figures 1 et 2 montrent, la première en coupe longitudinale et l'autre en plan, une première forme d'exécu- tion de l'appareil conforme à l'invention.
L'appareil comporte une chambre toroidale 1, dans laquelle débouche tangentiellement la conduite 2. Dans la par- tie supérieure de la chambre 1, sont prévues, disposées en couronne, un certain nombre d'ouvertures 3 dans lesquelles sont
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fixés les tubes 4. A leur autre extraite, ces tubes se raccor- dent à une plaque annulaire 5, aui comporte un nombre d'ouver- tures égal au nombre de tubes. Sur la plaque 5 est monté le récupérateur 6, réalisé en fil métalliques ce récupérateur affecte, lui aussi, la forme toroldale et est fermée tant à sa surface intérieure au'à sa surface extérieure par les parois cylindriques 7 et 8.
Le dispositif dessiné constitue une partie d'un moteur à gaz chaud; l'ensemble des tubes 4 constitue le ré- frigérant de ce moteur tandis que l'organe 6 fait, de manière usuelle, office de récupérateur. Le fluide actif dans le moteur est amené et évacué par la conduite 2; au-dessus du récupérateur se trouve, de la manière usuelle dans les moteurs à gaz chaud, le réchauffeur du moteur; ce réchauffeur, non représenté sur le dessin, se raccorde à son tour à la chambre chaude du moteur.
La conduite 2 se raccorde à la chambre froide du moteur.
En l'absence de dispositions spéciales, lorsque le fluide traversant la conduite 2 est chassé à travers la chambre 1, les tubes 4 et le récupérateur 6, on constate que les divers tubes laissent passer, par unité de temps, une plus grande quan- tité de fluide dans un sens que dans l'autre. La Demanderesse a trouvé que ceci est attribu?.ble au fait que dans la. chambre d'amenée et d'évacuation, commune aux tubes 4 et constituée par la chambre 1, la direction de circulation principale du fluide forme un certain angle avec les tubes 4, branchés en parallèle.
Dans cette forme d'exécution de l'invention, on obvie à cet in- convénient en insérant dans un ou plusieurs des conduits ou canaux 4 branchés en parallèle, des résistances aérodynamiques indiquées ici par 9, 10 et 11. Ces résistances ont des dimen- sioris telles qu'elles fournissent, au moins approximativement, l'effet désiré. Sur la fig.l, ces résistances aérodynamiques sont représentées schématiquement; en général, elles seront consti- tuées par un rétrécissement local de ces tubes. Eventuellement, @
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grâce à une conformation appropriée, elles peuvent fonctionner de manière à constituer pour l'un des sens de circulation, une perte de charge autre que pour l'autre sens.
La forme d'exécu- tion de l'appareil conforme à l'invention est donc basée sur le principe que l'on apporte dans les divers canaux branchés en parallèle des corrections suivant les besoins.
Dans les formes d'exécution montrées sur les figs.3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9, on obvie à l'inconvénient précité par un effet de compensation. Ceci sera expliqué en détail à l'aide des figs. 3 et 4.
La fig.3 est une coupe longitudinale de l'appareil, tahdis que la fig. 4 est une coupe transversale, par le plan IV-IV de l'appareil montré sur la fig.3..
Ce dispositif comporte une chambre d'amenée et d'évacua- tion communel 21, constituée par un creux ménagé dans la chambre 22. Dans la chambre 22 se trouve une pièce de fond 23; à l'ou- verture 24 ménagée dans la chambre 22 se raccorde la conduite 25. La partie supérieure de la chambre 22 est fermée par la .plaque 26. Dans celle-ci débouchent un grand nombre de tubes 27, branchés en parallèle. Dans ce dispositif aussi on s'effor- ce de faire en sorte que chacun des tubes 27 soit traversé, par unité de temps, par la même quantité de fluide (gazeux ou liquide) dans les deux sens.
Dans ce dispositif, ce résultat s'obtient en disposant dans la chambre d'amenée et d'évacuation commune 21, à proximité des endroits où les tubes 27 débouchent dans la chambre 21, les organes de guidage 28, affectant la forme d'aubes, dont chacun est fixé, par une partie repliée 28a, contre la partie inférieure de la plaque 26, par exemple par soudure. De préférence, l'angle a que forme la partie en saillie des aubes 28 avec la partie inférieure de la plaque 26 est choisi égal à l'angle b que forme la pièce de fond 23 avec la partie inférieure de la plaque 26.
Le fonctionnement de ce
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dispositif est bas sur le fait que l'entrée et la sortie du
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fluide dans et hors de la eliaibre à'*u1enÀe et d'év8cuption comune 21 à travers les tubes 27 les plus écartés de la con- duite 25 ne sont pas entravées par l'entrée et la sortie à tra- vers les tubes disposas plus près de la conduite 25. Eventuel- lement, on peut supprimer, suivant les besoins, une ou plusieurs des aubes 28. En général, ces aubes existeront en tout cas à proximité des endroits où les tubes 27 débouchent le plus près de la. conduite 25.
En ce aui concerne son effet, la forme d'excution montrée sur les figs.5, 6 et 7, est en principe analogue à celle des figs.3 et 4, mais elle en diffère par le fait que la chambre d'amenée et d'évacuation commune est toroïdale au lieu d'être prismatique.
La fig.5 est une coupe longitudinale du dispositif, la fig. 6 est une coupe suivant le plan VI-VI et la fig.7 montre le cercle d'aubes utilisé dans ce dispositif.
La chambre d'amenée et d'évacuation commune 30 se trouve dans le boîtier 31 où débouche la conduite 32. L'écran cylindriaue 33 crée dans le boîtier 31 une chambre toroldale 30. Le fond 34 est constitué par la partie supérieure d'une bague cylindrique 34 à surface supérieure oblique 35. Dans la plaque 36, qui ferme la chambre à sa partie supérieure, débou- chent les tubes 37 qui constituent les canaux branches en pa- rallèle. La figure montre que, dans la chambre 30, la direc- tion de circulation principale forme un certain angle avec les tubes 37.
Dans cette forme d'exécution, pour que, par unité de temps, chacun des tubes 57 soit travers par la même quantité de fluide dans les deux sens, on a prévu, tout comme dans le dispositif montré sur les figs. 3 et 4, dans la chambre 30 à proximité de l'endroit où débouchent les tubes 37, des aubes de guidage. Tout comme le montre la fig.7, ces aubes sont obtenues @
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en découpant sur trois côtés des languettes dans une bague à section transversale en forme de U, en pliant ces languettes dans la position requise par rapport à la surface de fond de cette bague et en fixant ensuite, par' exemple par soudure, les côtés latéraux de ces languettes aux bords relevés de la bague.
Sur la fig.7, les côtés découpés sont indiqués par 38, 39 et 40; les c8tés 38 et 40 sont soudés aux bords relevés 41 et 42 (fig. 7) de la bague ce qui donne une aube telle que re- présentée sur la fig. 5 sous le tube 37a. Cette figure montre en même temps la position des bords relevés 41 et 42 de la bague dont sont constituées les aubes.
Enfin les figs. 8 et 9 montrent une forme d'exécution, du dispositif conforme à l'invention, dans laquelle le récupé- rateur est raccordé directement à la chambre qui contient la chambre d'amenée et d'évacuation commune du fluide. La fig.8 est une coupe de l'appareil tandis que la fig.9 est une vue en plan de cette chambre avec la plaque métallique 'dont sont constituées les aubes de guidage.
La paroi de la chambre 47, dans laquelle se trouve la. chambre d'amenée et d'évacuation commune est indiquée par 45.
Le fluide est amené dans cette chambre et en est évacué à tra- vers le tube 46. Le fond de la chambre 47 est constitué par la surface supérieure 48 d'une pièce prismatique 49. A sa partie supérieure, la chambre 47 est ferméepar la plaque métallique 50, dans laquelle'sont formées, par incision, un certain nom- bre d'aubes 51 qui, comme le montre la fig.8 sont pliées vers le bas hors du plan de la plaque 50. Cette plaque est-coincée entre les parois latérales de la chambre et une cloison 52 dans laquelle se trouve la matière 53 du récupérateur.
Dans ce cas, lescanaux branchés en parallèle qui doivent laisser passer,, autant que possible, la 'même quantité de fluide dans les deux sens, sont formés'par les canaux qui se trouvent dans
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la matière de récupérateur qui est constitué par exemple par du fil métallique enchevêtré,. Les aubes de guidage 51 font en sorte que le but poursuivi soit atteint.
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Device comprising conduits connected in parallel.
In an apparatus comprising conduits connected in parallel as well as a common supply and discharge chamber for a liquid or gaseous fluid, common chamber in which the main direction of flow of the fluid forms an angle with the conduits or channels connected in parallel, it is necessary to pass per unit of time in each of the channels practically the same quantity of fluid in one direction of circulation as in the other.
Thus, when all the channels connected in parallel constitute the heat exchanger or the recuperator of a hot gas piston machine, for example a hot gas engine or a refrigeration machine operating according to the The reverse principle of the hot gas engine, it is important that the load of each of the elements, which together constitute the heat exchanger, be the same in both directions of fluid circulation.
In general, in such an apparatus, unless special provisions are made, this condition is not
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satisfied; as the main flow direction of the fluid in the common supply and discharge chamber forms an angle with the channels connected in parallel, in general, the quantity of fluid which, per unit of time, passes through the various channels, n ' is not, for a given channel, the blackbird in one direction than in the other.
The present invention solves this problem.
In one embodiment of the invention, there are provided, in one or more of the conduits or channels branched in parallel, load resistances such that the quantity of fluid passing through each of the channels is practically the same in both. meaning. This embodiment of the invention is based on the fact that an effort is made to correct locally in the channels themselves the differences in the quantities of fluid passing through them. To this end, it is possible to provide in one or more channels pressure drops with a different aerodynamic coefficient of resistance for the two directions of movement.
In another embodiment of the invention, we go even further and take the evil at its root. To this end, one or more fluid guiding members are mounted in the common fine and discharge chamber, near one or more of the places where the channels connected in parallel open into the common chambers, by example of the vanes. The Applicant has observed that this arrangement makes it possible to achieve the aim pursued.
It has in fact turned out that the aforementioned drawback is caused by the fact that, when the fluid leaves the channels connected in parallel in the common supply and discharge chamber, the flows closest to the discharge opening of this chamber constitutes, so to speak, a hindrance to the flow of fluid which leaves the other channels, more distant from the discharge opening.
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cuation, which in the absence of special provisions, that, per unit of time, the amount of fluid passing through some of the channels connected in parallel is greater in. one way than the other.
It is advisable to make the common supply and discharge chamber so that the bottom of the chamber is inclined at an angle equal to the angle formed by the vanes with the plane into which the channels connected in parallel open out.
The present invention is particularly advantageous in the case where the common supply and discharge chamber is connected, optionally by means of channels connected in parallel, to a recuperator such as is frequently used in machines. hot gas piston mentioned above. In fact, in order to ensure maximum efficiency for such a recuperator, it is important that in each location the resistance offered to the passage of the fluid is the same in both directions. If this resistance is different in a given part of the recuperator, there occurs in the material of the recuperator a transport of heat perpendicular to the direction of flow of the fluid and this transport affects the efficiency of these recuperators.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of said invention.
Figures 1 and 2 show, the first in longitudinal section and the other in plan, a first embodiment of the apparatus according to the invention.
The apparatus comprises a toroidal chamber 1, into which the pipe 2 emerges tangentially. In the upper part of the chamber 1, there are provided, arranged in a ring, a certain number of openings 3 in which are provided.
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fixed the tubes 4. To their other extracted, these tubes are connected to an annular plate 5, which has a number of openings equal to the number of tubes. On the plate 5 is mounted the recuperator 6, made of metal wire, this recuperator also has the toroidal shape and is closed both on its inner surface and on its outer surface by the cylindrical walls 7 and 8.
The device drawn constitutes a part of a hot gas engine; the set of tubes 4 constitutes the coolant of this engine while the member 6 usually acts as a recuperator. The fluid active in the engine is brought and discharged through line 2; above the recuperator is located, in the usual manner in hot gas engines, the engine heater; this heater, not shown in the drawing, is in turn connected to the hot chamber of the engine.
Line 2 connects to the engine cold room.
In the absence of special arrangements, when the fluid passing through the pipe 2 is expelled through the chamber 1, the tubes 4 and the recuperator 6, it is found that the various tubes allow a greater quantity to pass per unit of time. tity of fluid in one direction than in the other. The Applicant has found that this is attributable to the fact that in the. supply and discharge chamber, common to the tubes 4 and formed by the chamber 1, the main direction of flow of the fluid forms a certain angle with the tubes 4, connected in parallel.
In this embodiment of the invention, this drawback is overcome by inserting in one or more of the conduits or channels 4 connected in parallel, aerodynamic resistors indicated here by 9, 10 and 11. These resistors have dimensions. - sioris such that they provide, at least approximately, the desired effect. In fig.l, these aerodynamic resistors are shown schematically; in general, they will be constituted by a local narrowing of these tubes. Eventually, @
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thanks to an appropriate conformation, they can operate in such a way as to constitute for one direction of circulation, a pressure drop other than for the other direction.
The embodiment of the apparatus according to the invention is therefore based on the principle that corrections are made in the various channels connected in parallel as required.
In the embodiments shown in FIGS. 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9, the aforementioned drawback is overcome by a compensation effect. This will be explained in detail with the aid of figs. 3 and 4.
Fig. 3 is a longitudinal section of the apparatus, as shown in fig. 4 is a transverse section, by the plane IV-IV of the apparatus shown in fig.3 ..
This device comprises a common supply and evacuation chamber 21, constituted by a hollow formed in the chamber 22. In the chamber 22 is a bottom part 23; To the opening 24 made in the chamber 22 is connected the pipe 25. The upper part of the chamber 22 is closed by the plate 26. In the latter open a large number of tubes 27, connected in parallel. In this device, too, an effort is made to ensure that each of the tubes 27 is traversed, per unit of time, by the same quantity of fluid (gaseous or liquid) in both directions.
In this device, this result is obtained by placing in the common supply and discharge chamber 21, near the places where the tubes 27 open into the chamber 21, the guide members 28, affecting the shape of blades , each of which is fixed, by a folded part 28a, against the lower part of the plate 26, for example by welding. Preferably, the angle a formed by the projecting part of the vanes 28 with the lower part of the plate 26 is chosen equal to the angle b formed by the bottom part 23 with the lower part of the plate 26.
The operation of this
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device is based on the fact that the entry and exit of the
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fluid in and out of the line to a common outlet and outlet 21 through the tubes 27 furthest apart from the line 25 are not impeded by the entry and exit through the tubes arranged more close to the pipe 25. Optionally, one or more of the vanes 28 can be omitted, as required. In general, these vanes will in any case exist near the places where the tubes 27 open closest to the. driving 25.
As far as its effect is concerned, the form of execution shown in figs. 5, 6 and 7, is in principle similar to that of figs. 3 and 4, but it differs from it in that the supply chamber and common discharge is toroidal instead of prismatic.
FIG. 5 is a longitudinal section of the device, FIG. 6 is a section taken along plane VI-VI and FIG. 7 shows the circle of blades used in this device.
The common supply and discharge chamber 30 is located in the housing 31 where the pipe 32 opens. The cylindrical screen 33 creates in the housing 31 a toroidal chamber 30. The bottom 34 is formed by the upper part of a cylindrical ring 34 with oblique upper surface 35. In the plate 36, which closes the chamber at its upper part, open the tubes 37 which constitute the channels branches in parallel. The figure shows that in chamber 30 the main flow direction forms an angle with tubes 37.
In this embodiment, so that, per unit of time, each of the tubes 57 is traversed by the same quantity of fluid in both directions, provision has been made, as in the device shown in FIGS. 3 and 4, in the chamber 30 near the place where the tubes 37 open out, guide vanes. As shown in fig. 7, these vanes are obtained @
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by cutting tabs on three sides from a U-shaped cross-sectional ring, bending these tabs into the required position with respect to the bottom surface of this ring and then securing, for example by welding, the lateral sides of these tabs to the raised edges of the ring.
In fig.7, the cut sides are indicated by 38, 39 and 40; the sides 38 and 40 are welded to the raised edges 41 and 42 (fig. 7) of the ring which gives a blade as shown in fig. 5 under tube 37a. This figure shows at the same time the position of the raised edges 41 and 42 of the ring of which the blades are made.
Finally, figs. 8 and 9 show an embodiment of the device according to the invention, in which the recuperator is connected directly to the chamber which contains the chamber for the common supply and discharge of the fluid. Fig.8 is a sectional view of the device while Fig.9 is a plan view of this chamber with the metal plate 'of which the guide vanes are made.
The wall of the chamber 47, in which the. common inlet and outlet chamber is indicated by 45.
The fluid is brought into this chamber and is discharged therefrom through the tube 46. The bottom of the chamber 47 is formed by the upper surface 48 of a prismatic part 49. At its upper part, the chamber 47 is closed by the metal plate 50, in which are formed, by incision, a number of vanes 51 which, as shown in fig. 8 are bent downwards out of the plane of the plate 50. This plate is wedged between the side walls of the chamber and a partition 52 in which the material 53 of the recuperator is located.
In this case, the channels connected in parallel which must pass, as far as possible, the 'same quantity of fluid in both directions, are formed' by the channels which are in
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the recuperator material which is constituted for example by entangled metal wire ,. The guide vanes 51 ensure that the desired goal is achieved.