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"Perfectionnements apportés aux éohangeurs de chaleur"
La présente invention est relative à des échan- geurs de chaleur du type tubulaire et à récupération, c'est- à-dire aux appareils dans lesquels se fait un échange de cha- leur entre deux masses fluides qui ont des températures dif- férentes, à travers les parois de tubes dans et sur lesquels ces fluides passent respectivement.
Elle a pour but, en général, de rendre ces appareils tels qu'ils aient un bon rendement thermique, comparativement à ceux des échangeurs de chaleur connus, tout en pouvant être constitués et assemblés, plus spécialement en ce qui concerne les effets de la dilatation et contraction thermiques et de la facilité aveo laquelle cesappareils peuvent être démontés.
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En général, un éohangeur de chaleur à récupération et à équi- ou contre-courants a un rendement thermique beaucoup plus élevé qu'un appareil à oourants croisés mais les types connus des appareils, cités en premier lieu, ne se prêtent pas aussi bien, par eux mêmes, comme ceux à courants croisés, à une simplicité de construction ainsi qu'à une facilité de démon- tage. De plus, pour les types conventionnels de ces appareils, pour lesquels on se sert de tubes reotilignes, de pair avec une entrée et une sortie latérale pour le trajet suivi par le deuxième fluide, des zones de stagnation ou mortes peuvent se produire aux extrémités et dans lesquelles les tubes ne sont pas "lavés" aussi effectivement par le deuxième fluide qu'aux autres endroits, ce qui donne lieu à ce qu'on appelle "l'effet en bout".
Par l'invention on désire également réaliser une construction très compacte ou peu encombrante en se servant de tubes ayant un diamètre réduit.
Conformément à l'invention on loge de manière telle les tubes, qui forment le trajet suivi par un des fluides dans un conduit qui forme le trajet suivi par le deuxième fluide, que l'on satisfasse, d'une façon générale, aux conditions nécessaires pour obtenir un équi- ou contre-courant de ces fluides, les extrémités desdites tubes étant, toutefois, dis- posées transversalement par rapport au trajet suivi par le deuxième fluide aux endroits où se font l'admission et la décharge du fluide circulant dans ces tubes. De cette manière. la dilatation ou contraction thermique des tubes peut se faire d'une façon très simple et effective.
Il est également pas- sible de prévoir un écoulement reotiligne à travers le con- duit entourant les tubes et d'obtenir, malgré tout, que la surface totale des tubes soit lavée par le fluide, ce qui évite la formation des zones de stagnation qui sont susceptib- les de se former, en l'absence de chicanes spéciales, autour
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des extrémités des tubes dans lesdispositions convention- nelles pour lesquelles on se sert de tubes reotilignes de pair avec une entrée et une sorte latérales pour le trajet du deuxième fluide.
Pour écarter la héoessité de devoir nettoyer les tubes à l'intérieur, l'invention prévoit de faire circuler le fluide plus chaud par le trajet réservé au deuxième fluide en admettant que le fluide plus chaud est celui qui est sus- ceptible de former un dépôt sur lestubes de sorte qu'un net- toyage extérieur des tubes devient seulement nécessaire.
Conformément à une autre disposition, faisant le objet de l'invention, on monte les tubessous forme de ran- gées séparables et amovibles, chaque rangée étant constituée par plusieurs tubes et les extrémités des différentes tubes étant fixées respectivement à des supports ou blocs termi- naux qui, lorsqu'ils sont assemblés, coopèrent entre-eux pour former des parois séparant les orifices d'entrée et de sortie pesdits tubes d'avec le trajet suivi par le deuxième fluide.
A cet effet on peut monter les tubes, faisant partie de alla- que rangée, d'une manière appropriée dans les blocs de support un bloc étant établi à chaque extrémité d'une rangée et les blocs individuels comportant des rainures et languettes ou d'autres organes d'assemblage per emboîtement similaires et étant convenablement reliés entre-eux.
Suivant une autre caractéristique de l'invention on orienté les extrémités de chaque tube non pas transversale- ment par rapport au trajet suivi par le deuxième fluide, mais bien suivant des directions opposées et dans le même plan, chacun de ces tubes ayant ainsi une forme analogue à un Z.
On peut orienter les extrémités de chaque tube transversale- ment et dans des directions opposées dans le même plan que celui de la rangée dont ce tube fait partie. Egalement dans ce cas, les tubes d'une rangée ont une forme rappellant celle
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d'un Z et les branches transversales de chaque tube ont des longueurs différentes malgré que tous les tubes aient une lon- gueur totale qui reste la même de sorte que leurs étendues superficielles, exposées à l'effet du deuxième fluide, sont identiques et sont soumises à des dilatations et contractions thermiques d'un ordre similaire.
L'appareil peut également comporter des séparateurs app@@priés établies entre les tubes pour maintenir leur écar- tement et empêcher leur flexion. Conformément à l'invention, l'appareil comporte des bandes oourbées suivant leurs axes longitudinaux et formant également des ondulations transver- sales, ces bandes étant établies entre les tubes de manière que leurs longueurs soient transversales par rapport à ceux- ci alors que leur épaisseur effective (en tenant oompte de leur forme oourbée)
est telle qu'elles occupent complètement l'intervalle existant entre les tubes adjacents et le degré de courbure de leurs ondulations correspondant à celui des tubes de sorte que la partie médiane d'une ondulation est en contact avec un tube faisant partie d'une paire de tubes écar- tés et que les extrémités d'une ondulation adjacente sont en contact avec l'autre de ces tubes. Avantageusement on oons- titue les séparateurs en une matière élastique et on les cour- be de manière qu'ils subissent une légère tension quand ils sont mis en place.
Le dessin oi-annexé montre, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en perspective schématique. un éohangeur de chaleur pour lequel on a montré la disposition d'une rangée de tubes.
La fig. 2 montre, semblablement, un autre agencement d'une rangée de tubes.
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La fig. 3 montre, semblablemen, un séparateur établi entre les tubes.
La fig. 4 montre, semblablement, un mode de liai- son entre les blocs qui supportent les rangées de tubes.
Sur lafig. 1 on a montré lecorps 1 d'un éohangeur de ohaleur et qui comprend un conduit de section reotangulai- re avec une entrée 2 et une sortie 3 pour le passage d'un des fluides.
L'autre fluide est destiné à passer par des tubes 4 qui sont disposés de manière qu'ils conviennent.d'une façon générale, aux conditions existant dans un échangeur de che- leur du type à équi- ou contre-courants en ce qui concerne la direction d'écoulement du fluide dans les tubes et dans le corps 1 de section rectangulaire.
Les extrémités des tubes 4 sont orientées transver- salement par rapport au trajet suivi par le fluide dans le 4 corps 1 et respeotivement vers les orifices d'entrée 5 et de décharge 6.
Les tubes 4 ont une forme en Z et de cette façon la dilatation et la contraction thermiques de ces tubes sont assurées d'une manière simple et efficace. Il est ainsi pos- sible d'effectuer un écoulement rectiligne à travers le corps 1 de l'échangeur de chaleur et d'obtenir que la surface tota- le des tubes soit lavée par le fluide ce qui éoarte l'existanoe de zones- de stagnation qui sont susceptibles de se former, en l'absence de chicanes spéciales, autour des extrémités des tubes comme dans les éohangeurs denventionneles pour les- quels on se sert de tubes rectilignes de pair avec une entrée et une sortie latérales pour l'autre fluide.
Les tubes 4 sont disposés en rangées 7 qui compren- nent un nombre quelconque de tubes en forme de Z et quisont établies, en substance, dans le même plan.
La fig. 1 montre que les tubes en Z des rangées 7 sont tous ident ique s.
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La fige 2 montre une rangée 7 dont les tubes 4 sont disposés d'une manière différente, o'est-à-dire les tubes & ont des longueurs identiques mais leurs extrémités, orientées transversalement, augmentent en longueur depuis un minimum jusqu'à un maximum. Chaque rangée 7 de tubes 4, en forme de Z, comporte des supports terminaux 8 et 9 formant respectivement des bloos collecteurs d'entrée et de sortie. Plusieurs ran- gées 7 sont établies dans le corps 1 de l'échangeur conformé- ment aux exigences imposées p@r à celui-ci. Les bloos 8 et 9 sont montés sur des pièces 10 fixées au corps 1 de l'éohan- geur. Les pièces 10 peuvent être constituées par des oorniè- res dans lesquelles sont percés des trous pour le maintien en place des blocs 8 et 9 par des boulons.
Les blpcs 8 et 9 peuvent comporter des faces latérales planes et lisses afin qu'un contact étanche au gaz soit obtenu entre les blocs ad- jacents avec ou sans interpesition de matières de rembourrage ou d'étanchéité entre ceux-ci. Les blocs 8 et 9 peuvent éga- lement être constitués de manière que certaines de leurs par- ties s'emboîtent les unes dans les autres, par exemple des languettes 11 et des rainures 12 (fig. 4) peuvent être prévues à cet effet. Le montage des tubes dans les blocs 8 et 9, qui leur servent de supports, peut être effectué de toute manière connue ou déjà proposée.
Par exemple, chacun des blocs 8 et 9 peut être constitué en deux parties dans lesquelles on ménage des encoches semi-circulaires complémentaires afin que les tubes soient serrés dans les logements ainsi formés quand les deux parties de ces blocs sont juxtaposées et fixées l'une à l'autre. Les blocs 8 et 9 peuvent être constitués en des piè- ces en métal fritté ou concrétisé bien connu dans la teohni- que de la métallurgie.
Des séparateurs 11 (fig. 3) peuvent être établis entre des rangées 7 de tubes ou entre des tubes adjacents 4 pour assurer leur éoartement convenable et empêcher leur
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flexion. Chacun des séparateurs 11 est constitué par une bande en une matière élastique que l'on courbe selon son axe longi- tudinal et à laquelle on fait comporter des ondulations trans- versales par rapport à cet axe. La courbure est choisie de manière que la bande puisse occuper complètement l'intervalle existant entre les rangées adjacentes 7 ou entre les tubes 4 voisins et le degré de courbure des ondulations correspond à celui des tubes 4 de manière telle que la partie mé diane d'une ondulation soit en contact avec un tube et que les extrémités d'une ondulation adjacente soient appliquées contre un tube adjacent.
La construction de l'éohangeur de chaleur, telle que décrite plus haut, présente des avantages et utilités particuliers dans le cas où l'on veut obtenir un ensemble très compact ou peu encombrant, par exemple pour des engins d'aviation. Elle est particulièrement utile quand on se sert de tubes ayant un très petit diamètre.
REVENDICATIONS.
1. Un échangeur de ohaleur du type tubulaire et à récupération, du genre spécifié, dans lequel on loge de ma- nière telle les tubes, qui forment le trajet suivi par un des fluides.dans un conduit qui forme le trajet suivi par le deu- xième fluide, que l'on satisfasse, d'une façon générale, aux conditions nécessaires pour obtenir un équi-ou contre-courant de ces fluides, les extrémités desdits tubes étant, toutefois, disposées transversalement par rapport au trajet suivi par le deuxième fluide aux endroits où se font l'admission et la décharge du fluide circulant dans ces tubes.
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"Improvements made to heat exchangers"
The present invention relates to heat exchangers of the tubular type and with recovery, that is to say to devices in which an exchange of heat takes place between two fluid masses which have different temperatures, through the walls of tubes in and over which these fluids pass respectively.
Its aim, in general, is to make these devices such that they have a good thermal efficiency, compared to those of known heat exchangers, while being able to be constructed and assembled, more especially with regard to the effects of expansion. and thermal contraction and the ease with which these devices can be disassembled.
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In general, a recovery heat exchanger with equi- or counter-current has a much higher thermal efficiency than a cross-current device, but the known types of devices, mentioned first, do not lend themselves as well. by themselves, like those with cross currents, to a simplicity of construction as well as an ease of dismantling. In addition, for conventional types of these devices, where reotilinear tubes are used, together with a lateral inlet and outlet for the path followed by the second fluid, stagnation or dead zones may occur at the ends and in which the tubes are not "washed" as effectively by the second fluid as in other places, resulting in the so-called "end effect".
By the invention it is also desired to achieve a very compact or space-saving construction by using tubes having a reduced diameter.
In accordance with the invention, the tubes, which form the path followed by one of the fluids, are housed in a duct which forms the path followed by the second fluid, which is generally satisfied with the necessary conditions. to obtain an equi- or counter-current of these fluids, the ends of said tubes being, however, arranged transversely with respect to the path followed by the second fluid at the places where the admission and discharge of the fluid circulating in these take place. tubes. In this way. the thermal expansion or contraction of the tubes can be done in a very simple and effective manner.
It is also possible to provide a reotilinear flow through the duct surrounding the tubes and to obtain, despite everything, that the total surface of the tubes is washed by the fluid, which avoids the formation of stagnation zones which are likely to form, in the absence of special baffles, around
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of the ends of the tubes in the conventional arrangements for which reotilinear tubes are used together with an inlet and a lateral sort for the path of the second fluid.
To avoid the need to clean the tubes inside, the invention provides for circulating the hotter fluid through the path reserved for the second fluid, assuming that the hotter fluid is that which is liable to form a deposit. on the tubes so that an exterior cleaning of the tubes becomes only necessary.
According to another arrangement, which is the subject of the invention, the tubes are mounted in the form of separable and removable rows, each row consisting of several tubes and the ends of the different tubes being respectively fixed to supports or end blocks. naux which, when assembled, cooperate with one another to form walls separating the inlet and outlet ports of said tubes from the path followed by the second fluid.
For this purpose the tubes, forming part of each row, can be fitted in a suitable manner in the support blocks, one block being established at each end of a row and the individual blocks having tongue and groove or other assembly members per interlocking similar and being suitably interconnected.
According to another characteristic of the invention, the ends of each tube are oriented not transversely with respect to the path followed by the second fluid, but indeed in opposite directions and in the same plane, each of these tubes thus having a shape analogous to a Z.
The ends of each tube can be oriented transversely and in opposite directions in the same plane as that of the row of which this tube is a part. Also in this case, the tubes of a row have a shape reminiscent of that
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of a Z and the transverse branches of each tube have different lengths although all the tubes have a total length which remains the same so that their surface areas, exposed to the effect of the second fluid, are identical and are subjected to thermal expansions and contractions of a similar order.
The apparatus may also have appropriate separators established between the tubes to maintain their spacing and prevent bending. According to the invention, the apparatus comprises bands curved along their longitudinal axes and also forming transverse corrugations, these bands being established between the tubes so that their lengths are transverse to them while their thickness effective (taking into account their curved shape)
is such that they completely occupy the gap existing between adjacent tubes and the degree of curvature of their corrugations corresponding to that of the tubes so that the middle part of a corrugation is in contact with a tube forming part of a pair apart tubes and that the ends of an adjacent corrugation are in contact with the other of these tubes. Advantageously, the separators are made of an elastic material and they are bent so that they undergo a slight tension when they are put in place.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the invention.
Fig. 1 shows, in schematic perspective. a heat exchanger for which the arrangement of a row of tubes has been shown.
Fig. 2 similarly shows another arrangement of a row of tubes.
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Fig. 3 shows, similarly, a separator established between the tubes.
Fig. 4 similarly shows a mode of connection between the blocks which support the rows of tubes.
On fig. 1 has been shown the body 1 of a heat exchanger and which comprises a duct of reotangular section with an inlet 2 and an outlet 3 for the passage of one of the fluids.
The other fluid is intended to pass through tubes 4 which are arranged in such a way that they suit, in general, the conditions existing in a heat exchanger of the equi- or counter-current type as regards relates to the direction of flow of the fluid in the tubes and in the body 1 of rectangular section.
The ends of the tubes 4 are oriented transversely with respect to the path followed by the fluid in the body 4 1 and respectively towards the inlet 5 and discharge 6 orifices.
The tubes 4 have a Z shape and in this way the thermal expansion and contraction of these tubes is ensured in a simple and efficient manner. It is thus possible to carry out a rectilinear flow through the body 1 of the heat exchanger and to obtain that the total surface of the tubes is washed by the fluid, which removes the existence of zones of heat. stagnation which are liable to form, in the absence of special baffles, around the ends of the tubes as in the conventional exchangers for which straight tubes are used together with a lateral inlet and outlet for the other fluid .
The tubes 4 are arranged in rows 7 which include any number of Z-shaped tubes and which are laid out, in substance, in the same plane.
Fig. 1 shows that the Z-tubes of rows 7 are all identical.
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Fig. 2 shows a row 7 in which the tubes 4 are arranged in a different way, that is to say the tubes & have identical lengths but their ends, oriented transversely, increase in length from a minimum to a minimum. maximum. Each row 7 of tubes 4, Z-shaped, comprises end supports 8 and 9 respectively forming inlet and outlet manifold bloos. Several rows 7 are established in the body 1 of the exchanger in accordance with the requirements imposed by the latter. Bloos 8 and 9 are mounted on parts 10 fixed to the body 1 of the exchanger. The parts 10 can be formed by grooves in which holes are drilled to hold the blocks 8 and 9 in place by bolts.
Blpcs 8 and 9 may have flat, smooth side faces so that gas-tight contact is obtained between the adjacent blocks with or without interpesition of padding or sealing materials therebetween. The blocks 8 and 9 can also be constructed in such a way that some of their parts fit into each other, for example tongues 11 and grooves 12 (fig. 4) can be provided for this purpose. The mounting of the tubes in the blocks 8 and 9, which serve as their supports, can be carried out in any manner known or already proposed.
For example, each of the blocks 8 and 9 can be made up of two parts in which complementary semi-circular notches are made so that the tubes are clamped in the housings thus formed when the two parts of these blocks are juxtaposed and fixed one. to the other. The blocks 8 and 9 can be made from pieces of sintered or concreted metal well known in the art of metallurgy.
Separators 11 (Fig. 3) can be established between rows 7 of tubes or between adjacent tubes 4 to ensure their proper spacing and prevent their.
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bending. Each of the separators 11 is formed by a strip of elastic material which is curved along its longitudinal axis and to which corrugations are made transverse to this axis. The curvature is chosen so that the strip can completely occupy the gap existing between the adjacent rows 7 or between the neighboring tubes 4 and the degree of curvature of the corrugations corresponds to that of the tubes 4 in such a way that the middle part of a corrugation is in contact with a tube and the ends of an adjacent corrugation are pressed against an adjacent tube.
The construction of the heat exchanger, as described above, has particular advantages and utilities in the case where it is desired to obtain a very compact or space-saving assembly, for example for aircraft. It is particularly useful when using tubes having a very small diameter.
CLAIMS.
1. A heat exchanger of the tubular and recovery type, of the type specified, in which the tubes, which form the path followed by one of the fluids, are housed in a duct which forms the path followed by the deu - xth fluid, which is generally satisfied with the conditions necessary to obtain an equi-or counter-current of these fluids, the ends of said tubes being, however, arranged transversely to the path followed by the second fluid at the places where the fluid flowing through these tubes is admitted and discharged.
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