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PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS ECHANGEURS DE CHALEUR.
La présente invention est relative à des appareils échangeurs de chaleur et son but principal est d'accroître le taux de transfert de chaleur d'un milieu fluide à un- autre ainsi-que d'accroître la vitesse de changement des températures relatives des deux milieuxo Si un tel appareil fonctionne dans une zone de températures basses, on peut obtenir une réfri- gération rapide, mais cet appareil peut être adapté pour fonctionner dans une zone de températures élevées, si on le désire.
Un des buts spécifiques de l'invention consiste à perfectionner le genre connu d'échangeur de chaleur dans lequel l'échange de chaleur a lieu au travers de la paroi d'un élément creux au travers duquel s'écoule ùn mi- lieu fluide refroidi ou chauffé, cet élément étant réalisé 'sous la forme d'u- ne chambre de refroidissement ou de chauffage contenant une substance ou un objet devant être refroidi ou chauffé, ou étant immergé dans un autre milieu fluide devant être refroidi ou chauffée Pour la réfrigération, dans le cas d'un liquide, ce liquide à refroidir constitue ordinairement un des deux mi- lieux fluides s'écoulant sur et au travers des éléments échangeurs de cha- leur, mais dans le cas de solides ou de substances emballées dans des réci- pients,
un milieu fluide s'écoulant au-dessus de l'élément ou des éléments échangeurs de chaleur peut aussi circuler au-dessus des solides ou récipients à refroidir, de telle manière qu'il se produise un échange secondaire de cha- leur entre les solides,ou les récipients-et le milieu fluide refroidi par l'élément échangeur de châleuro En outre, il peut y avoir un échange direct de chaleur entre l'élément échangeur de chaleur lui-même et les solides ou récipients, si ces derniers, pendant qu'ils sont immergés dans le milieu fluide refroidi, sont placés en contact par leur surface avec les éléments échangeurs de chaleur.
Or, on a trouvé que l'efficacité des appareils échangeurs de cha- leur, quand ils sont utilisés, par exemple, pour la réfrigération dans la- quelle on se sert d'un liquide réfrigéré ou froid, tel que de la saumure,
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comme milieu à basse température, et d'un courant d'air comme autre milieu fluide à être refroidi, est fortement augmentée si l'on prévoit des ailettes disposées longitudinalement sur les éléments tubulaires échangeurs de chaleur et parallèles à la direction d'écoulement de courant d'air.
Conformément à la présente invention, le taux d'échange de cha- leur et, par conséquent, la vitesse¯de changement de température qu'il impli- que est augmenté encore davantage en prévoyant des ailettes longitudinales à l'intérieur des éléments creux d'échange de chaleur qui sont disposées pa- rallèlement ou sensiblement parallèlemént à la direction d'écoulement du milieu fluide interne traversant les éléments.
En outre, conformément à l'invention, les ailettes peuvent être disposées de manière à s'étendre en forme de sinusoïde ou d'hélice le long des éléments avec un petit angle de pente assez grand pour réaliser une ré- sistance suffisante de manière à assurer un bon contact entre le milieu flui- de et les ailettes. Cependant, pour éviter des pertes inadmissibles dues au frottement, il est préférable que la pente des ailettes n'excède pas 10 par rapport à la direction générale d'écoulement du milieu.
Sur le dessin annexé, on a représenté, à titre d'exemple non li- mitatifs, quelques formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 est une coupe transversale d'un élément échangeur de chaleur tubulaire selon l'invention.
La figure 2 est une vue analogue d'une variante de réalisation.
La figure 3 est une coupe longitudinale d'une variante de la fi- gure 1.
La figure 4 est une coupe longitudinale d'un meuble réfrigérant ou réducteur de température comprenant les éléments échangeurs de chaleur perfectionnés selon l'invention.
La figure 5 est une coupe longitudinale partielle des rayonnages du meuble représenté sur la figure 40
La figure 6 représente, en coupe longitudinale, deux autres va- riantes de réalisation de l'inventiono
En se reportant à la figure 1, on voit que le corps tubulaire 1 au travers duquel passe un fluide échangeur de chaleur est muni extérieure- ment de plusieurs ailettes ou nervures longitudinales 2 espacées sur sa cir- conférence et disposées radialement par rapport à l'axe du tube 1 et selon l'invention, le tube est aussi muni intérieurement d'ailettes ou de nervu- res longitudinales 3 également disposées radialement par rapport à l'axe du tube.
Bien que, dans l'exemple .représenté, il y ait un même nombre d'ai- lettes intérieures et extérieures, alignées radialement les unes par rapport aux autres, elles peuvent être disposées en gradins, c'est-à-dire les ailet- tes intérieures disposées radialement entre les ailettes extérieures ou bien, le nombre des ailettes intérieures être différent de celui des ailettes ex- térieures.
La figure 2 représente une autre construction dans laquelle le tube 4 est muni d'ailettes longitudinales qui sont parallèles entre elles et à l'axe du tube au lieu d'être radiales, avec un nombre d'ailettes inté- rieures 5 inférieur à celui des ailettes extérieures 6, 7. Les ailettes 6 de la série extérieure qui se trouvent le plus en dehors, sont tangentielles à la périphérie du tube 4 c'est-à-dire espacées l'une de l'autre à une dis- tance égale au diamètre du tube, tandis que les ailettes 7 de la série exté- rieure situées entre les ailettes 6 sont de hauteurs différentes de telle manière que leurs sommets soient dans le même plan que les sommets des ailet- tes extérieures 6, 6.
Les ailettes intérieures 5 sont représentées en nombre égal aux ailettes extérieures intermédiaires 7 et sont alignées, avec elles, mais elles peuvent être disposées en gradin par rapport à celles-ci si on
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le désire, ou être en nombre différente Le long de la face supérieure du'tu- be 4 qui peut aussi être démuni d'ailettes extérieures, se trouve une ner- vure longitudinale 8, ce qui permet l'usure de la surface du tubs quand on utilise des récipients coulissants pour contenir les produits dont on doit, retirer de la chaleur ou auxquels on doit en ajoutero
La figure 3 représente une modification d'une construction cor- respondant à la figure 1 dans laquelle cependant,
le tube 1 est muni de ner- vures longitudinales extérieures 9 au lieu d'ailettes profondes 2 et de ner- vures longitudinales intérieures 10 au lieu d'ailettes profondes 3. La prin- cipale modification cependant, consiste à disposer les nervures ou ailettes 10 suivant une hélice sur les surfaces intérieures et extérieures du tube, le pas des hélices étant de grandeur telle que la pente des ailettes par rap- port à la direction générale d'écoulement des milieux ne dépasse pas 10 , ce qui n'augmente pas de fagon inadmissible les pertes d'énergie dues au frottement et la production de chaleur par frottement dans les milieux.
Suivant une autre modification, à titre de variante des ailettes en ligne droite ou en hélice, les ailettes 2, 3, 5 ou 6 peuvent être disposées suivant des sinusoïdes le long des tubes 1 ou 4 suivant le cas.
Les organes tubulaires peuvent consister en tubes séparés ayant une section transversale quelconque désirée, carrée, rectangulaire, circu- laire, triangulaire ou elliptique ou bien ils peuvent être formés en grou- pes ou en séries par des moulages-munis de plusieurs trous parallèles et des ailettes ou nervures intérieures et extérieures nécessaires. Dans une cons- truction de ce genre, les organes multi-tubulaires peuvent consister en une plaque coulée avec plusieurs gorges parallèles avec une plaque de recouvre- ment placée dessus. Avec ces deux constructions, on réalise des moulages d'ex- trémités appropriés qui sont munis des passages de liaison nécessaires pour les extrémités des trous.
Les organes tubulaires peuvent être coulés avec leurs ailettes ou leurs nervures qui en font partie ou dans le cas d'ailettes intérieures, celles-ci peuvent être formées par insertion,,dans les tubes, d'éléments de métal en feuille pliés de fagon appropriée de manière à former des nervu- res longitudinaleso
Dans la forme de réalisation des organes tubulaires selon l'in- vention dans un appareil échangeur de chaleurs ils peuvent être disposés dans un meuble isolé de la chaleur soit en contact l'un avec l'autre, soit espa- cés parallèlemento De préférence, les organes tubulaires sont disposés côte à côte, en contact ou espacés de manière à former des rayonnages pour sup- porter les produits devant être refroidis (ou chauffés).
Des liaisons par tube appropriées sont prévues sur les extrémités des organes tubulaires pour produire la circulation du fluide intérieur de la manière désirée soit en série, soit en parallèles ou en groupe série-parallèle.
On a représenté sur les figures 4 et 5 à titre d'exemple, un ra- fraïchisseur ou un réfrigérateur selon l'invention.
Le réfrigérateur comprend une chambre 11 munie de deux séries d'éléments tubulaires échangeurs de chaleur, selon l'invention disposés en rayonnages l'un au-dessus de l'autre et espacés, comme on l'a représentéo Les organes tubulaires ont ;La forme représentée sur la figure 2 avec des ai- lettes intérieures 5 et des ailettes extérieures pendantes 6 et 7. Les orga- nes tubulaires 4 sont disposés à proximité les uns des autres mais ne sont pas nécessairement en contact, comme on le voit sur la figure 5. Les tubes sont reliés à leurs extrémités par des tubes 14 et un milieu réfrigérant li- quide ou gazeux est introduit par le tuyau d'admission 13 et est évacué par le tuyau d'évacuation 15.
L'air contenu dans; le meuble 11 est mis en circulation par un ventilateur 12 et dirigé par des déflecteurs aux deux extrémités du meuble de manière-à s'écouler le long des tubes 4 en passant en parallèle le long des deux rangées supérieures de tubes vers l'extrémité droite du meuble 11 et en retournant au ventilateur 12 en parallèle le long des deux rangées
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inférieures de tubes. On notera que le milieu liquide passe en direction as- cendante au travers du meuble 11 de l'admission 13 à l'évacuation 15 tandis que la circulation de l'air a lieu dans le sens inverse, c'est-à-dire du som- met vers le bas.
Les produits devant être réfrigérés sont, soit placés directement sur les rayonnages formés par les rangées inférieures de tubes 4 dans les sections supérieure et inférieure du meuble ou ils sont placés dans des auges ou récipients en métal 10, qui sont placés sur les rayonnages. De cette fa- çon la chaleur est extraite des produits partiellement par conduction direc- te au travers des tubes 4 mais principalement par l'air passant sur eux et cet air est en même temps en contact de conduction de chaleur avec les faces inférieures des tubes 4 et leurs ailettes 6 et 7 au-dessus des réeipients 10 et avec les surfaces restantes des tubes 4 sur lesquelles les récipients reposent.
On notera que le taux de transfert de chaleur des produits vers .l'air dépendra de la vitesse du courant d'air tandis que le taux de trans- fert de chaleur de l'air vers le milieu traversant les tuyaux 4 dépendra des grandeurs des surfaces extérieures et inférieures qui seront augmentées ma- tériellement par les ailettes situées intérieurement ou extérieuremento En conséquence, la vitesse du courant d'air peut être augmentée en comparaison de celle existant dans la pratique actuelle et le taux de refroidissement des produits est augmenté de fagon correspondante.
La figure 6 représente deux modifications de la construction d'or- ganes tubulaires représentée sur la figure 1 en ce qui concerne les ailettes extérieures 2. Au lieu de les disposer radialement, elles peuvent être dis- posées de manière à faire un certain angle avec le rayon afin d'être plus ou moins tangentielles comme on l'a représenté sur la partie supérieure de la figure. Par.ce moyen, la grandeur de la surface des ailëttes 2 peut être accrue sans qu'on augmente le diamètre total de l'organe tubulaire et des ailettes. Un effet sensiblement le même peut être obtenu comme on l'a repré- senté sur la partie inférieure de la figure, en recourbant les ailettes de- puis leur base jusqu'à leur sommet.