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La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides et utilisant un fluide intermédiaire pour la transmission de chaleur, l'échangeur comportant un certain nombre de tubes contenant une petite quantité d'un fluide pouvant se vaporiser par exem= ple de l'eau, et ces tubes étant plaçés de façon que le fluide contenu dans les tubes se rassemble à l'extrémité inférieure, laquelle est plongée dans le fluide chaud à refroidir, tandis que l'autre extrémité,la supérieure se trou= ve plongée dans le fluide froid à réchauffer.
Les deux fluides entre lesquels on., veut échanger la chaleur peu= vent n'être séparés que par une simple cloison à travers laquelle passent et peuvent être fixés à demeure, d'une façon étanche, les tubes de l'échangeur, objet de l'invention. Cela étant, Peau contenue dans chaque tube de l'échan- geur, vaporisée à l'extrémité inférieure par le fluide chaud qui baigne cette extrémité, va se condenser à l'autre extrémité plongée dans le fluide à réchauf- fer auquel elle cède sa chaleur de vaporisation.
Les tubes ont, conformément à l'invention, une surface extérieure très développée, par exemple par l'adjonction d'ailettes longitudinales et-ou- transversales, les ailettes-longitudinales-pouvant être diamétrales ou tangen= tielles, ondulées ou non, etc.. pour constituer entre elles des canaux de circulation facilitant l'écoulement des fluides extérieurs et la transmission de chaleuro
Les surfaces extérieures des tubes pourront être différents dans l'un et l'autre fluide entre lesquels on veut échanger la chaleur.
Les par= ties des tubes plongeant dans l'un et l'autre de ces fluides pourront être aussi de longueurs différentes. De la sorte,on,peut tenir compte des carac=- téristiques particulières aux courants de fluides traités, à savoir leur tem- pérature, leur vitesse, leur densité, leur chaleur spécifique, etc..,, La longueur des tubes peut également varier pour satisfaire à certaines contingen=. ces particulières dues à l'emplacement de ces tubes dans les canalisations par- ECHANGEUR DE CHALEUR*
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courues par les fluides, par exemple éviter le point de rosée, ou la surpres- sion excessive à l'intérieur du tube, lorsque ces appareils sont placés dans des chaudières où ils servent, de réchauffeurs d'air ou de gaz de chauffage.
Selon un perfectionnement, au lieu d'être fixés à demeure dans la paroi de séparation des fluides, les tubes peuvent-soit individuellement, soit par groupes, montés à rotule dans ladite paroi de façonà permettre une agitation mécanique de ces tubes et assurer le nettoyage facile de l'échangeur par secousses.
Il est également prévu, conformément à la présente invention, que tout ou partie des tubes ou lieu d'être individuellement chargés en eau, peu- vent être reliés à un,ou plusieurs collecteurs, de façon que la vidange du ou des collecteurs suffise à vidanger complètement tous les tubes.
Le dispositif présente l'avantage de ne nécessiter aucune pompe de circulation, et sa sécurité est telle que le fluide froid auquel on veut donner de la chaleur peut être constitué par des gaz combustibles, par exem- ple des gaz de haut-fourneau avant leur introduction dans une chambre de com- bustion de chaudière,
Le dispositif peut encore être pris en combinaison avec des moyens de ventilation destinés à créer ou entretenir des courants de fluides dans des canalisations.
Les tubes contenant le fluide intermédiaire et qui sont munis d'ai- lettes agissent à la manière d'hélices pour agiter les courants de fluides.
Le ventilateur échangeur de chaleur ainsi réalisé peut être mis en rotation par une source d'énergie quelconque. Il en résulte que l'organe transportant la chaleur se déplace par rapport au fluide dans lequel il est plongé conduisant ainsi non seulement à l'effet de ventilation mais aussi à une amélioration du coefficient de transmission calorifique, du fait que le déplacement de l'organe transportant la chaleur pàr rapport au fluide empêche la formation d'une pellicule adhérente trop épaisse de fluide sur ledit organe.
Toutefois, il est prévu, conformément à l'invention que, si les fluides se déplacent déjà d'eux-mêmes avec une vitesse et une énergie suffi- santes,ils peuvent suffireà provoquer la rotation de l'échangeur de chaleur qui se contente alors d'assurer la transmission de chaleur de l'un des flui- des à l'autreo
Les tubes et leurs ailettes peuvent être tordus en hélice pour as- surer la ventilation, mais il est aussi prévu que les tubes ailetés sont montés sur un tambour porteur avec une orientation d'ailettes telle, que se trouvent ménagés, entre les rangées de tubes, des passages hélicoïdaux, ou de forme si- milaire, qui provoquent la circulation des fluides dans le sens voulu. L'effet de ventilation pourra être aussi, le cas échéant, limité à un seul des fluides entre lesquels on échange de la chaleur, ou encore être complètement supprimé.
L'invention porte encore sur l'application des tubes à fluides in- termédiaire vaporisable à des échangeurs de chaleur, dits par surface ou à la- mes, dans lesquels les deux fluides entre lesquels on veut échanger de la cha- leur se déplacent de part et d'autre de plusieurs surfaces ou lames à travers lesquelles se fait l'échange de chaleur.
Pour augmenter l'efficacité de l'échange de chaleur il est connu d'augmenter les surfaces d'échange en les ondulant le plus possible. Toute- fois la fabrication de ces surfaces ondulées se prête mal à une exécution fa- cile et économique.
Selon la présente invention, on insère dans un échangeur de cha- leur du type à surface, des dispositifs à fluide vaporisable intermédiaire, qui transmettent la chaleur de vaporisation de l'un à l'autre des fluides en- tre lesquels on veut échanger la chaleur. Il est ainsi possible d'obtenir un échangeur de chaleur ayant l'efficacité d'un échangeur de chaleur ayant l'efficacité d'un échangeur par surface, sans que la fabrication de cet é- changeur nécessite l'aménagement d'ondulations plus ou moins complexes sur les parois à travers lesquelles se fait l'échange de chaleur.
D'autre part,
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l'échangeur de chaleur combiné peut recevoir des formes plus faciles à loger, au point de vue de l'encombrement, dans l'espace dont on peut disposer pour l'appareil et offre des facilités de nettoyage supérieures à celles d'un échan- geur de chaleur à lames ordinaires. En outre,les collecteurs amenant les fluides à l'échangeur deviennent plus commodes à réaliser que dans le cas d'un. échangeur à surface présentant une multiplicité de conduits d'amenée et de sor- tie des fluides entre des lames successives et rapprochées. Enfin, du point de vue de la réalisation, la combinaison envisagée facilite la construction et la robustesse de l'échangeur, les surfaces d'échange pouvant être entretoi- sées par les tubes contenant le fluide intermédiaire.
La description.qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple, fera mieux comprendre la façon dont l'invention peut être réaliséeo
La figol est une coupe schématique verticale d'un échangeur, ob- jet de l'inventiono
La figo 2 est une coupe par 2-2 de la figure 1.
La figo 3 est une coupe de détail à plus grande échelle montrant un tube monté à rotule dans la paroi intermédiaire.
La figo 4 est une coupe verticale schématique d'une variante de réalisation.
La figo 5 est également une coupe verticale schématique relative à une autre variante de réalisationo
Les figso 6 à 10 sont relatives à une combinaison d'échangeur et de ventilateur.
La fige 6 représente en coupe transversale un premier mode de réa- lisation de l'échangeur-ventilateur.
La fig. 7 est une coupe par 7-7 de la fig. 60
La figo 8 représente en coupe transversale une variante de réali= sationo . La fig. 9 est une coupe par 9=9 de la figo 8
La figo 10 représente schématiquement un mode d'implantation des tubes et d'orientation des ailettes sur le tambour-porteur du mode de réali- sation représenté figo 80
Les figso 11 à 17 sont relatives à l'application des tubes à flui- des intermédiaire à des échangeurs par surface.
La fige 11 représente, en coupe horizontale, un fragment d9échan= geur de ce type.
La figo 12 représente, en coupe verticale à plus grande échelle, les tubes contenant le fluide intermédiaireo
La figo 13 est une variante de réalisation d'un de ces tubes.
La fig. 14 représente, en coupe horizontale, une variante de réalisation de la fig 11.
La figo 15 représente en coupe horizontale un fragment d'une au- tre variante de réalisation de l'échangeur.
La fig. 16 est une coupe verticale partielle par 16-16 de la figo 15.
La figo 17 représente une variante de la figo 16.
Ainsi qu'on le voit sur la figo1, l'échangeur, objet de l'inven- tion est essentiellement constitué par une série de tubes a fermés aux deux bouts et remplis en partie d'un liquide vaporisable par exemple de l'eau. A- vant la fermeture du tube, l'eau est en partie vapDrisée de façon que le tube ne contienne plus d'air. Ces tubes a sont disposés de façon oblique dans une
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paroi b séparant deux carneaux parcourus suivant le sens des flèches A et B par les deux fluides entre lesquels on veut échanger de la chaleur.
Le flui- de arrivant dans le sens de la flèche A est le fluide le plus chaud, tandis que le fluide que l'on veut réchauffer arrive dans le sens de la flèche Bo
Les tubes a sont de préférence disposés en quinconce comme on le voit sur la figo 2 et munis d'ailettes c qui peuvent être de tout type connuo
Sur la figure, on a représenté des ailettes tangentielles qui mé- nagent comme on le sait entre les rangées de tubes des passages propices à l'écoulement du fluide extérieur tout en favorisant l'échange de chaleur.Au lieu d'être tangentielles, ces ailettes pourraient être diamétrales, ou trans- versales,ou les deux, linéaires ou ondulées.
Il est prévu que le nombre de tubes a, leur longueur ou le choix et la répartition de leur système d'ailet- tes peuvent être différents d'un côté à l'autre de la paroi b de façon à per- mettre d'adapter les échanges de chaleur aux caractéristiques particulières des fluides A et B entre lesquels on veut faire l'échange de chaleur, ainsi qu'à la position des tubes a dans les carneaux, par exemple si l'on veut é- viter le point de rosée ou les sulfatations sur les surfaces extérieures des tubes.
On remarquera qu'avec la disposition adoptée, le nettoyage des surfaces extérieures des tubes peut s'effectuer aisément du fait qu'il suffit de secouer l'extrémité libre des tubes a encastrés dans la paroi b pour en faire tomber les impuretés qui y demeuraient accrochées.
Le fonctionnement de l'échangeur est le suivant : le fluide arri- vant dans le sens de la flèche A vaporise à l'intérieur de' chaque tube le fluide intermédiaire qu'il contient. Ce fluide se condense dans la partie supérieure du tube (c'est-à-dire de l'autre côté de la paroi b) en restituant, comme on le désirait, au fluide froid B la chaleur de vaporisation du fluide intermédiaire.
Conformément à l'invention, et comme on le voit sur la fig. 3, cha- que tube a peut comporter en son centre un bulbe d qui est monté à rotule dans la paroi intermédiaire b. De la sorte, il est possible de donner aux tubes a une inclinaison variable, de les secouer plus aisément pour effectuer le nettoyage de la surface extérieure. En outre, le bulbe d favorise la sépara- tion d'eau et de vapeur, à l'intérieur du tube, le niveau e d'eau, ou autre fluide intermédiaire, s'établissant à peu près à hauteur de ce buble d comme il est représenté sur la figure.
Plusieurs rangées de tubes a peuvent être réunies à un collecteur unique f, fil f2, f3 etc.. pour les rangées successives, de façon que le flui- de intermédiaire soit fourni par le même collecteur à tous les tubes d'une rangée. Il suffira alors de vidanger le collecteur f pour vidanger tous les tubes d'une rangée déterminée, par exemple en cas de non fonctionnement en période de gela
Il est prévu, conformément à l'invention, que le collecteur f, au lieu d'être situé à la partie la plus basse des tubes a comme représenté sur la figure 4 peut se trouver dans la partie médiane de ces tubes, comme représenté en traits mixtes sur la figure 4 en g à l'endroit où les tubes traversent la paroi b, de façon à permettre simultanément le montage pivo- tant de tous les tubes d'une rangée.
Dans une variante représentée sur la figo.5, on a représenté un Échangeur dans lequel un collecteur unique h, disposé par exemple verti- calement, sert à l'alimentation de la totalité des tubes a de l'échangeur en fluide intermédiaires, A cet effet, ce collecteur h est disposé dans la paroi b séparant les deux fluides chaud A et froidB entre lesquels on désire échanger de la chaleur. Le niveau de fluide intermédiaire s'établit en i à l'intérieur du collecteur ho Tous les tubes a situés du côté le plus chaud et qui doivent contenir du liquide sont piqués obliquement dans le collecteur h au-dessous du niveau i, et s'étendent dans le carneau des gaz A.
Inversement, tous les tubes a1- dans lesquels doit s'effectuer la conden- sation du fluide intermédiaire, sont piqués dans le collecteur h au-dessus du
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niveau i, avec inclinaison voulue dans le carneau parcouru par les gaz à réchauffer B .
L'échangeur peut être subdiviser en plusieurs appareils division- naires analogues à celui représenté sur la figo 5 et qui sont montés en série dans les mêmes carneaux de fluides. De la sorte, on ménage entre les diffé- rentes régions de ces carneaux qui sont occupées par des tubes, des régions exemptes de tubes, ce qui facilite le nettoyage des appareilso
Au lieu d'utiliser des tubes droits, on pourrait associer deux tu- bes droits par des cintres à leurs extrémités, de façon à utiliser des tubes en forme d'O aplatio
Si l'on se reporte maintenant aux figures 6 et 7 relatives à-une combinaison d'échangeur et de ventilateur, on voit que les deux fluides que l'on désire déplacer, et entre lesquels on se propose d'échanger de la cha- leur, sont contenus chacun dans une moitié d'une canalisation, par exemple cy- lindrique 1,
séparée par une cloison médiane 2, l'un de ces fluides A étant par exemple les gaz de combustion s'échappant d'une chaudière, tandis que l'au- tre, B, est constitué par de l'air que l'on désire réchauffera
Le ventilateur échangeur est constitué par un tambour 3, d'axe X-X coïncidant avec l'axe de la canalisation 1, et portant sur sa périphérie des rangées de tubes 4, pourvus chacun de deux ailettes longitudinales 5, 6 qui peuvent être diamétrales ou tangentielles, et éventuellement complétées par des ailettes transversales non figurées.
Chaque tube 4 est creux et contient le fluide intermédiaire, cons- titué par exemple par de l'eau., On peut joindre à cette eau, un sel, par exem- ple du phosphate trisodique, qui évite la corrosion interne du tube et abaisse en outre le point de congélation de l'eau, en cas de non fonctionnement pendant 'les périodes de gel. Chaque tube est fermé à ses deux extrémités, et vide d'air, du fait qu'avant la fermeture, on a provoqué la vaporisation partielle du flui- de intermédiaire contenu dans les tubes. Les tubes sont implantés en direction radiale comme on le voit sur la fig. 6.
Lors de la rotation de l'appareil, ils traversent'la paroi médiane 2 séparant les fluides par l'intermédiaire d'ou- vertures dont le contour épouse, de façon étroite, le profil de la partie rota- tive
Les ailettes 5, 6, prévues sur chaque tube sont par exemple tordues en forme d'hélices, de façon que, lors de la rotation du tambour 3, autour de son axe, il se produit un effet de ventilation assurant dans le sens voulu, le déplacement des fluides A et B, à l'intérieur de la canalisation 1.
Lorsque les tubes 4 sont plongés dans la moitié de la canalisation 1 qui contient le fluide le plus chaud A, le fluide intermédiaire s'y vapori- se. Lorsque ces tubes baignent dans l'autre moitié de la canalisation conte- nant le fluide B, ils restituent à ce fluide la chaleur prélevée sur A et le fluide intermédiaire se condense à l'intérieur des tubes.
Le cycle se répète à chaque tout du ventilateur échangeuro On voit que, de la sorte, on assure non seulement une ventilation des courants gazeux A et B dans la canalisation 1, mais en même temps on provoque un transfert de la chaleur de A à Bo
Le ventilateur peut être mû par une source d'énergie quelconque, un moteur 7 placé en tout point voulu, par exemple à l'intérieur du tambour 3;
mais il est aussi prévu que les fluides A ou B, ou les deux, se déplacent à une vitesse et une énergie suffisantes pour provoquer par action sur les ailettes 5, 6, la rotation du tambour 3 et de l'appareilo Le ventilateur échangeur assure alors simplement le transfert de chaleur d'un des fluides à l'autre, sans qu'il soit besoin de prévoir une source d'énergie additionnelle pour provoquer la rotation du tambour 30
Au lieu d'être continu, le mouvement de rotation du tambour pour- rait être alternatif n'intéressant qu'un certain angle; les tubes pourraient aussi n'être implantés que sur un ou plusieurs secteurs du tambour 30
Il est également prévu que chaque tube 4 pourrait traverser de part en part le tambour c pour se prolonger sur tout un diamètre de la canali-
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sation a.
Dans ce cas l'échange de chaleur pourrait se produire sans qu'il y ait rotation du ventilateur, la possibilité de rotation de ce dernier permet- tant simplement de donner de temps à autre à l'appareil les secousses voulues pour faire tomber les dépôts qui se produisent sur les tubes et les ailettes,
Dans la variante préférée, qui est représentée sur les figs. 8 et 9, les tubes 8, creux et contenant le fluide intermédiaire, sont montés sur un tambour 9 de rayon tel qu'il corresponde à une cloison cylindrique 10 sé- parant, en deux canalisations concentriques parcourues respectivement par les fluides A et B la canalisation 1;
le fluide le plus chaud, constitué par exem- ple par des gaz chauds de combustion, se déplace dans le sens de flèche A dans l'anneau prévu entre la paroi 1 et la cloison 10, c'est-à-dire extérieurement au tambour 9; au contraire le fluide le plus froid B qui se déplace par exem- ple en sens inverse, dans le sens de la flèche B, circule intérieurement à la cloison 10 et baigne la portion des tubes 8 dirigée vers l'intérieur du tam- bour 9.
Les ailettes 11, 12 prévues longitudinalement sur chacun des tu- bes 8 sont conformées, en manière d'hélices par exemple, de façon à communiquer au fluide A un mouvement dirigé par exemple dans le sens de la flèche indiquée sur la figurée Les ailettes 13, 14, prévues sur la portion du tube 8 dirigée vers l'intérieur du tambour 9 sont alors conformées et orientées en sens inver- se de façon à provoquer un déplacement du fluide B en sens inverse, si l'on désire, comme représenté sur la figure, que la circulation des deux fluides 'A et B se fasse à contre courante
Des joints convenables 15 assurent l'étanchéité des raccords entre le tambour 9 et les bords de la cloison annulaire 10.
La rotation du tambour 9 autour de l'axe X-X de la canalisation, par exemple, sous l'effet du moteur 7 disposé axialement à l'intérieur du ro- tor que constitue le ventilateur échangeur a pour effet : d'une part de pro- voquer le déplacement des deux fluides A et B; d'autre part, d'assurer l'échan- ge de chaleur entre ces fluides. En effet, le fluide intermédiaire contenu dans chacun des tubes se vaporisant dans la portion du tube 8 dirigée- exté- rieurement au tambour 9 et plongée dans les gaz A, transmet sa chaleur à la portion du tube 8 dirigée intérieurement au tambour 9 et restitue sa chaleur de vaporisation au fluide B qui baigne cette-portion interne du tube.
La for- ce centrifuge a pour effet de re-projeter vers 1 extérieur, c'est-à-dire vers le fond du tube f dirigé vers l'extérieur, le fluide intermédiaire condensé qui se vaporise à nouveau sous l'effet de la chaleur du fluide A, et ainsi de suite
On pourrait prévoir que la circulation des fluides A et B serait inversée, c'est à dire que le fluide le plus chaud A circulerait intérieure- ment au fluide le plus froid B qui passerait dans l'espace annulaire entre les cloisons 1 et 10, mais, dans ce cas, on inclinerait les tubes 8 sur l'horizon- tale de façon que l'inclinaison des tubes compense l'effet de force centrifuge et que la pesanteur provoque le rassemblement de la condensation du fluide in- termédiaire à l'extrémité inférieure du tube qui se trouve plongée dans le fluide le plus chaud.
Dans cette disposition évidemment, 1?axe du rotor se- rait vertical, de préférenceo
Ainsi qu'il a déjà été dit ci-dessus, le déplacement des tubes ai- letés dans les fluides A et B et qui provoque l'effet de ventilation, a en ou- tre l'avantage d'empêcher la formation d'une pellicule adhérente épaisse de fluide sur la surface des tubes ailetés, en sorte que le coefficient de trans- mission de chaleur de l'échangeur de chaleur s'en trouve augmenté, par rapport à ee qu'il serait si le fluide était mobile et les surfaces d'échange fixes.
L'effet de ventilation produit par l'appareil et qui vient d'être décrit pour les deux fluides en présence A et B pourrait bien entendu n'être limité qu'à un seul de ces fluides. Il suffirait pour cela de limiter à la région située dans un des fluides la conformation des ailettes agissant comme ventilateurs,,
La force centrifuge a également pour effet utile de chasser vers
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1?extérieur les dépôts qui pourraient tendre à se former sur les tubes et les ailettes,,
Au lieu de produire l'effet de ventilation, en quelque sorte in= dividuellement par une conformation convenable des ailettes prévues sur les tubes, il est possible d'obtenir la ventilation en ménageant, à l'aide d'ai- lettes convenablement orientées, des couloirs hélicoïdaux ou de forme simi- laire, entre les rangées de tubes,
ainsi que cela est représenté fige 10.
Comme on le voit sur cette figure, qui représente schématiquement le tambour 9, portant les tubes 8, on oriente les ailettes 11 de ces tubes de façon à ménager entre les tubes des passages ou canalisations de forme généra- le hélicoïdale. L'hélice représentée en traits interrompus sera naturellement enroulée en sens inverse pour la portion des tubes qui sont dirigés vers l'in- térieur du tambour 9 comme représenté en 16 sur la figo 100 De la sorte, on obtient un déplacement à contre-courant des deux fluides,, Il est bien enten- du que, d'une manière plus générale, on peut orienter les ailettes de façon à créer des passages répondant à n'importe quelles familles de courbes sus- ceptibles de provoquer dés effets inverses ou non de ventilation sur l'une et l'autre face du tambouro Il est également prévu que les ailettes peuvent être retaillées,
c'est-à-dire être de largeur progressivement variable, de façon à obturer, entièrement ou partiellement, toute la largeur de l'interval- le variable compris entre deux tubes voisins, pour constituer le couloir ou passage hélicoïdal' ou de forme similaire.
Les tubes 8 peuvent être des tubes cylindriques ordinaires sur les- quels on a soudé des ailettes convenables 11, 12. Il est aussi prévu que ces tubes peuvent être monoblocs avec leurs ailettes qui peuvent être plaines ou creuses. On peut aussi remplacer l'ensemble tube-ailettes par une ou des pa- les creuses constituées par tout ensemble voulu de tôles convenablement sou- dées ou assemblées, ou encore par un corps mouléo
Par sa conformation, 1?appareil échangeur se prête facilement au nettoyage,,
Ce nettoyage des poussières qui peuvent se déposer sur les tubes et ailettes peut avoir lieu par soufflage, par chocs ou secousses, donnés à l'appareil dans son mouvement de rotation,
ou encore par lavageo L'eau de lavage qu'on laisse tomber sur les tubes s'écoulera le long de ces tubes par l'effet de la force centrifuge et de la gravité et pourra être recueillie au bas de l'appareilo Il-est prévu que l'axe du rotor de l'appareil peut être légèrement oblique de façon à faciliter le rassemblement de cette eau de la- vage.
On pourrait également monter dans le conduit des gaz chauds ou fu- mées un appareil dépoussiéreur constitué par des barreaux, pleins ou creux, arrosés d'eau et mus par le ventilateur ou encore des tourniquets hydrauliques qui tendraient un rideau d'eau sur le trajet des fumées à la sortie de l'appa- reil.
Sur la figure 11 l'échangeur est constitué par des parois, ou la- mes 17 séparant les deux fluides qui doivent échanger leur chaleur, ces lames présentant des sortes de dents 18. Seules quatre parois sont représentées sur la figure, mais l'échangeur peut en comporter un nombre beaucoup plus considérable. Elles sont contenues dans un boîtier non figuré, auquel sont raccordés les circuits non figurés d'amenée et de sortie des fluides. En- tre les parois, se trouvent ménagés des intervalles A, B, C, D ... lesquels sont alternativement parcourus dans le sens par exemple perpendiculaire à la figure 1, par les fluides. Dans l'intervalle A circule par exemple de l'air, puis dans l'intervalle B, des gaz; puis dans l'intervalle C, de l'air, dans l'intervalle D, des gaz, etc...
Conformément à l'invention,l'échange par surface à travers les parois 17 est complété par un échange de chaleur au moyen d'un fluide inter= médiaire, A cet effet,dans chacune des dents 18 des tôles 17, sont insérés des tubes 19 contenant, comme on le voit sur la figo 12, un fluide vaporisable 20.
Chacun des tubes 19, comme on le voit sur la fig. 11, plonge d'une part
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par sa partie médiane dans les intervalles A ou C ou E, tous parcourus par le même fluide, par exemple le fluide froid, et d'autre part, par ses extré- mités dans les intervalles B et D parcourus par le fluide le plus chaude Dans les portions extrêmes du tube 19 situées dans les intervalles B et D se pro- duit la vaporisation du fluide 20 intérieur, tandis que dans les parties média- nes baignées par le fluide froid se produite suivant le principe de la paroi froide, la condensation, accompagnée de restitution de la chaleur de vaporisa- tion du fluide 20 au fluide froid. Le liquide se rassemble par gravité à la partie inférieure des tubes 19 où il se répand et le cycle recommence.
Dans le cas où deux extrémités du tube 19 travaillent dans les in- tervalles parcourus par le fluide le plus chaud, le tube est de préférence ho- rizontal. On peut lui donner, si on le désire, la forme représentée sur la fig. 13, légèrement incurvée, de façon que le liquide se rassemble aux extré- mités du tube qui sont baignées par les gaz chauds. Le tube aurait la forme inverse si le liquide 20 devait se rassembler dans la partie médiane baignée par le fluide chaude
On pourrait adopter également une disposition dans laquelle les tubes seraient verticaux ou obliques. Dans ce cas, la partie inférieure seu- le serait plongée dans les intervalles parcourus par le fluide chaud.
Au lieu d'être disposés, comme représenté en traits pleins sur la fige 11 les tubes 19 peuvent être disposés, comme représenté en traits inter- rompus sur la dite figure, c'est-à-dire de manière à passer à travers le fond des dentures 18 des tôles 17. Une disposition analogue est d'ailleurs re- présentée à'plus grande échelle sur la fig. 12.
D'autre part, au lieu de limiter la longueur des tubes 19 de façon qu'ils ne traversent qu'une dent 18 on peut leur donner une longueur différen- te, soit par exemple double, comme on le voit fig. 14, chacun des tubes 19 pas- sant alors à travers deux dents 18-18 successives.
Les tubes 19 s'appliquant en bout-les uns contre les autres, peu- vent en outre être utilisés comme entretoises pour renforcer les tôles ondu- lées 17 qui constituent les lames de l'échangeur de chaleur par surface.
En outre les tubes 19 se prêtent aisément à la disposition d'ai- lettes qui ont pour objet d'augmenter la surface d'échange de chaleur et en même temps de pouvoir orienter le flux s'écoulant à travers les intervalles entre lames pour améliorer l'efficacité de l'échangeur. Les ailettes qui peuvent être prévues sur les tubes peuvent être longitudinales ou transversa= les, ou les deux. Dans le cas d'ailettes longitudinales, on peut utiliser soit des ailettes diamètrales, c'est-à-dire dont le plan passe par l'axe du tube, soit des ailettes tangentielles, c'est-à-dire dont le plan est tangent à la surface extérieure du tube.
Dans ce dernier cas, on sait que l'écoule- ment du fluide extérieur sur les ailettes assure un balayage de la totalité de la surface des tubes et des ailettes, en même temps que l'aménagement en- tre les rangées de tubes à ailettes et les parois en tôle, de canaux d'écoule- ment alternativement étranglés et élargis qui ont pour effet d'améliorer encore l'échange de chaleur en diminuant les pertes de charge.
C'est cette disposition qui a été représentée sur la fig. 15, où.les tubes 19 traversent les fonds des dents 18 prévus sur les tôles 17 de l'échangeur, On remarque- ra, par rapport au mode de réalisation représenté sur la fig. 11 que. les épais- seurs des dents 18 sont plus faibles que dans le cas de la fig. 11 et que l'in- tervalle qui sépare deux dents successives 18 sur la même tôle est plus grand, de façon à permettre de loger, dans le cas du mode de réalisation envisagé, deux rangées de tubes 19 et 19 dans chaque intervalle entre deux dentso Les ailettes 21 prévues sur les tubes sont tangentielles et disposées comme on le voit en coupe verticale sur la fig. 16.
De la sorte, le flux gazeux arrivant dans l'intervalle compris entre les deux dents 18 dans le sens de la flèche F, se trouve subdivisé par les deux rangées de tubes 19 à ailettes tangentiel- les 21 en trois courants, avec les avantages d'écoulement rappelés ci-dessus qui diminuent la perte de charge. taae Au lieu de deux rangées de tubes 19, on pourrait en prévoir davan- tage, ou n'en prévoir qu'une, comme il est représenté fig. 17 auquel cas les
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mêmes avantages, quant à l'écoulement du fluide extérieur F se retrouvent dans les couloirs ou canaux ménagés entre chaque paroi de la dent 18 et la rangée centrale de tubes 19p Il devientrpossible, grâce à cette disposition de tubes ailetés, de réaliser un échangeur de chaleur jouissant des.
mêmes pos- sibilités de rendement qu'un échangeur à lames très rapprochées et ondulées mais avec de beaucoup plus grandes.facilités de fabrication et de montage puisque les parois 17 à larges ondulations telles que 18, sont d'une exécution plus facile et économique que les ondulations complexes.et rapprochées d'un échangeur à lames ordinaire qui nécessite de nombreuses soudures.
L'échangeur se prête en outre à une subdivison facile de la sur- face d'échange nécessaire à l'installation pour la loger dans le volume de forme plus ou moins compliquée dont on peut disposer, ce qui n'est pas tou- jours le cas pour un échangeur par surface ordinaire.
'Enfin, l'échangeur offre des possibilités de nettoyage plus grandes qu'un échangeur par surface à lames rapprochéeso Le nettoyage peut avoir lieu soit par vibrations, lavage, ou soufflage dans les intervalles assez larges compris entre les tles, la présence des tubes à ailettes n'é- tant pas un obstacle au passage des moyens de nettoyage.
Il va de soi que des modifications de détail peuvent être appor- tées à la réalisation de cette invention sans pour cela sortir de son cadre.
En particulier, les tôles 17 pourraient être ondulées de façon à combiner leurs ondulations avec celles qui résultent de la disposition d'ailettes, tangentiel- les ou non, sur les tubes. De la sorte, on provoque dans l'écoulement des fluides des variations de vitesse et -ou- de pression, propres à favoriser l'é- change de chaleur.
REVENDICATIONS.
1. - Echangeur de chaleur comportant une série de tubes contenant un fluide vaporisable, dit fluide intermédiaire, et disposés à travers une pa- roi séparant les deux fluides entre lesquels on veut réaliser un échange de chaleur, caractérisé en ce que les tubes sont pourvus d'ailettes longitudina- les ou transversales, diamétrales ou tangentielles, ondulées ou linéaireso
20 - Echangeur comme spécifié sous 1 ) caractérisé en ce que les @ tubes sont montés à rotule dans la paroi et présentent éventuellement un bul- be à l'endroit où ils traversent la parois
30 - Echangeur de chaleur comme spécifié sous 1 ) caractérisé en ce que plusieurs rangées ou séries de tubes sont reliées à un même collec- teur de fluide intermédiaire,
le ou les collecteurs de fluide intermédiaire pouvant être disposés dans la paroi de séparation et pouvant éventuellement tourillonner dans ladite paroio
4. - Echangeur de chaleur comme'spécifié sous 3 ) caractérisé en ce que l'appareil ne comporte qu'un collecteur unique monté dans la paroi, les tubes s'étendant d'un côté de la paroi étant montés sur le collecteur au dessous du niveau du fluide intermédiaire dans ledit collecteur, tandis que, de l'autre côté de la paroi, les tubes sont montés au-dessus de ce niveau dans le collecteuro
50 - Echangeur de chaleur comme spécifié sous 4 ), caractérisé en ce que plusieurs appareils tels que 4 ) sont montés en série dans les car- neaux parcourus par ;
les fluides échangeant leur chaleur, pour ménager à l'in- térieur de ces carneaux des espaces vides alternant avec des espaces remplis de tubes.
60 - Echangeur de chaleur comme spécifié sous 1 ) destiné à pro- duire la ventilation des courants de fluides échangeant leur chaleur carac- térisé en ce que les tubes à fluide intermédiaire à ailettes assurent'-la ven- tilation de l'un ou des deux fluides.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to a heat exchanger intended for the exchange of heat between two fluids and using an intermediate fluid for the transmission of heat, the exchanger comprising a certain number of tubes containing a small quantity of a fluid which can be vaporize for example water, and these tubes being placed so that the fluid contained in the tubes collects at the lower end, which is immersed in the hot fluid to be cooled, while the other end, the upper hole is submerged in the cold fluid to be heated.
The two fluids between which we want to exchange heat can be separated only by a simple partition through which pass and can be permanently fixed, in a sealed manner, the tubes of the exchanger, object of invention. This being the case, the water contained in each tube of the exchanger, vaporized at the lower end by the hot fluid which bathes this end, will condense at the other end immersed in the fluid to be heated to which it yields its heat of vaporization.
The tubes have, in accordance with the invention, a highly developed outer surface, for example by the addition of longitudinal and-or- transverse fins, the-longitudinal fins may be diametral or tangential, wavy or not, etc. .. to form between them circulation channels facilitating the flow of external fluids and the transmission of heat
The outer surfaces of the tubes may be different in one and the other fluid between which we want to exchange heat.
The parts of the tubes immersed in one and the other of these fluids may also be of different lengths. In this way, account can be taken of the characteristics peculiar to the streams of fluids treated, namely their temperature, their speed, their density, their specific heat, etc., The length of the tubes can also vary. to satisfy certain contingen =. these particulars due to the location of these tubes in the pipes by HEAT EXCHANGER *
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run by fluids, eg avoid dew point, or excessive overpressure inside the tube, when these devices are placed in boilers where they serve, air heaters or gas heating.
According to an improvement, instead of being permanently fixed in the fluid separation wall, the tubes can either individually or in groups, mounted with a ball joint in said wall so as to allow mechanical agitation of these tubes and ensure cleaning. easy to shake the exchanger.
It is also provided, in accordance with the present invention, that all or part of the tubes or place to be individually loaded with water, may be connected to one or more collectors, so that the emptying of the collector (s) is sufficient to completely drain all tubes.
The device has the advantage of not requiring any circulation pump, and its safety is such that the cold fluid to which it is desired to give heat can consist of combustible gases, for example blast furnace gases before their introduction into a boiler combustion chamber,
The device can also be taken in combination with ventilation means intended to create or maintain streams of fluids in pipes.
The tubes containing the intermediate fluid and which are provided with fins act like propellers to agitate the streams of fluids.
The heat exchanger fan thus produced can be rotated by any energy source. The result of this is that the heat-transporting member moves relative to the fluid in which it is immersed, thus leading not only to the ventilation effect but also to an improvement in the heat transmission coefficient, due to the fact that the displacement of the member transporting heat relative to the fluid prevents the formation of an excessively thick adherent film of fluid on said member.
However, it is provided, in accordance with the invention, that if the fluids are already moving by themselves with sufficient speed and energy, they may be sufficient to cause the rotation of the heat exchanger which is then satisfied. ensure the heat transmission from one of the fluids to the other
The tubes and their fins can be twisted into a helix to ensure ventilation, but it is also provided that the finned tubes are mounted on a carrier drum with a fin orientation such that they are provided between the rows of tubes. , helical passages, or similar in shape, which cause the flow of fluids in the desired direction. The ventilation effect may also be, where appropriate, limited to just one of the fluids between which heat is exchanged, or else be completely eliminated.
The invention also relates to the application of the vaporizable intermediate fluid tubes to heat exchangers, said by surface or to blades, in which the two fluids between which it is desired to exchange heat move from one to the other. on either side of several surfaces or blades through which the heat exchange takes place.
In order to increase the efficiency of the heat exchange, it is known to increase the exchange surfaces by undulating them as much as possible. However, the manufacture of these corrugated surfaces does not lend itself to easy and economical execution.
According to the present invention, there are inserted in a heat exchanger of the surface type, devices with an intermediate vaporizable fluid, which transmit the heat of vaporization from one to the other of the fluids between which it is desired to exchange the vapor. heat. It is thus possible to obtain a heat exchanger having the efficiency of a heat exchanger having the efficiency of an exchanger per surface, without the manufacture of this exchanger requiring the arrangement of more or less corrugations. less complex on the walls through which the heat exchange takes place.
On the other hand,
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the combined heat exchanger can receive shapes that are easier to accommodate, from the point of view of size, in the space available for the appliance and offers greater cleaning facilities than an exchanger. heat generator with ordinary blades. In addition, the collectors bringing the fluids to the exchanger become more convenient to achieve than in the case of one. surface heat exchanger having a multiplicity of conduits for supplying and leaving fluids between successive and closely spaced blades. Finally, from the point of view of implementation, the envisaged combination facilitates the construction and robustness of the exchanger, the exchange surfaces being able to be supported by the tubes containing the intermediate fluid.
The description which will follow, with reference to the accompanying drawings given by way of example, will make it easier to understand the way in which the invention can be carried out.
The figol is a vertical schematic section of an exchanger, ob- ject of the inventiono
Figure 2 is a section through 2-2 of Figure 1.
Figo 3 is a detail section on a larger scale showing a tube mounted with a ball joint in the intermediate wall.
Figure 4 is a schematic vertical section of an alternative embodiment.
Figo 5 is also a schematic vertical section relating to another variant embodiment.
Figures 6 to 10 relate to a combination of exchanger and fan.
Fig. 6 shows in cross section a first embodiment of the exchanger-fan.
Fig. 7 is a section through 7-7 of FIG. 60
Figo 8 shows in cross section a variant of Réali = sationo. Fig. 9 is a cut by 9 = 9 of figo 8
Figo 10 schematically represents a method of implantation of the tubes and orientation of the fins on the carrier drum of the embodiment shown in figo 80
Figures 11 to 17 relate to the application of intermediate fluid tubes to surface heat exchangers.
Fig 11 shows, in horizontal section, a fragment of this type of exchanger.
Figo 12 shows, in vertical section on a larger scale, the tubes containing the intermediate fluid.
Figo 13 is an alternative embodiment of one of these tubes.
Fig. 14 shows, in horizontal section, an alternative embodiment of FIG. 11.
Fig. 15 shows in horizontal section a fragment of another variant embodiment of the exchanger.
Fig. 16 is a partial vertical section through 16-16 of fig 15.
Figo 17 represents a variant of figo 16.
As can be seen in FIG. 1, the exchanger, object of the invention is essentially constituted by a series of tubes a closed at both ends and partly filled with a vaporizable liquid, for example water. Before the tube is closed, the water is partly vaporized so that the tube no longer contains air. These tubes a are arranged obliquely in a
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wall b separating two flues traversed in the direction of arrows A and B by the two fluids between which we want to exchange heat.
The fluid arriving in the direction of arrow A is the hottest fluid, while the fluid to be heated arrives in the direction of arrow Bo
The tubes a are preferably arranged in a staggered manner as can be seen in FIG. 2 and provided with fins c which can be of any known type.
In the figure, tangential fins have been shown which, as is known, form passages between the rows of tubes which are conducive to the flow of the external fluid while promoting the exchange of heat. Instead of being tangential, these fins could be diametral, or transverse, or both, linear or wavy.
It is expected that the number of tubes a, their length or the choice and distribution of their system of fins may be different from one side of the wall b to the other so as to make it possible to adapt heat exchanges with the particular characteristics of fluids A and B between which we want to exchange heat, as well as the position of the tubes a in the flues, for example if we want to avoid the dew point or sulphates on the outer surfaces of the tubes.
It will be noted that with the arrangement adopted, the cleaning of the outer surfaces of the tubes can be carried out easily owing to the fact that it suffices to shake the free end of the tubes a embedded in the wall b to make the impurities which remained there fall. hooked.
The operation of the exchanger is as follows: the fluid arriving in the direction of arrow A vaporizes the intermediate fluid which it contains inside each tube. This fluid condenses in the upper part of the tube (that is to say on the other side of the wall b), restoring, as desired, to the cold fluid B the heat of vaporization of the intermediate fluid.
According to the invention, and as seen in FIG. 3, each tube a may include at its center a bulb d which is mounted with a ball joint in the intermediate wall b. In this way, it is possible to give the tubes a variable inclination, to shake them more easily in order to carry out the cleaning of the outer surface. In addition, the bulb d promotes the separation of water and steam, inside the tube, the level e of water, or other intermediate fluid, being established approximately at the height of this buble d as it is shown in the figure.
Several rows of tubes a can be joined to a single collector f, wire f2, f3 etc. for successive rows, so that the intermediate fluid is supplied by the same collector to all the tubes in a row. It will then be sufficient to empty the collector f to empty all the tubes of a determined row, for example in the event of non-operation during freezing periods.
It is provided, in accordance with the invention, that the collector f, instead of being located at the lowest part of the tubes a as shown in FIG. 4, may be located in the middle part of these tubes, as shown in phantom lines in Figure 4 in g where the tubes pass through the wall b, so as to simultaneously allow the pivoting assembly of all the tubes in a row.
In a variant shown in FIG. 5, there is shown an exchanger in which a single manifold h, arranged vertically for example, serves to supply all of the tubes a of the exchanger with intermediate fluid. Indeed, this collector h is arranged in the wall b separating the two hot A and cold B fluids between which it is desired to exchange heat. The intermediate fluid level is established at i inside the manifold ho All the tubes a located on the hottest side and which must contain liquid are inserted obliquely into the manifold h below level i, and s' extend into the gas flue A.
Conversely, all the tubes a1- in which the condensing of the intermediate fluid must take place are inserted into the manifold h above the
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level i, with the desired inclination in the flue through which the gases to be heated B.
The exchanger can be subdivided into several divisional devices similar to that shown in Fig. 5 and which are mounted in series in the same fluid ducts. In this way, between the different regions of these flues which are occupied by tubes, regions free of tubes are kept, which facilitates cleaning of the apparatus.
Instead of using straight tubes, we could combine two straight tubes by means of hangers at their ends, so as to use flattened O-shaped tubes.
If we now refer to Figures 6 and 7 relating to a combination of exchanger and fan, we see that the two fluids that we want to move, and between which we propose to exchange heat. their, are each contained in one half of a pipe, for example cylinder 1,
separated by a central partition 2, one of these fluids A being, for example, the combustion gases escaping from a boiler, while the other, B, consists of air which is desire will warm
The exchanger fan is constituted by a drum 3, of axis XX coinciding with the axis of the pipe 1, and bearing on its periphery rows of tubes 4, each provided with two longitudinal fins 5, 6 which may be diametral or tangential. , and possibly supplemented by transverse fins not shown.
Each tube 4 is hollow and contains the intermediate fluid, constituted for example by water., We can add to this water, a salt, for example trisodium phosphate, which prevents internal corrosion of the tube and lowers in addition the freezing point of the water, in the event of non-operation during periods of frost. Each tube is closed at its two ends, and empty of air, because before the closing, the partial vaporization of the intermediate fluid contained in the tubes has been caused. The tubes are implanted in the radial direction as seen in fig. 6.
When the apparatus rotates, they pass through the middle wall 2 separating the fluids by means of openings the contour of which closely follows the profile of the rotating part.
The fins 5, 6 provided on each tube are for example twisted in the form of helices, so that, during the rotation of the drum 3, around its axis, a ventilation effect is produced ensuring in the desired direction, the movement of fluids A and B, inside pipe 1.
When the tubes 4 are immersed in the half of the pipe 1 which contains the hottest fluid A, the intermediate fluid vaporizes there. When these tubes are immersed in the other half of the pipe containing the fluid B, they return to this fluid the heat taken from A and the intermediate fluid condenses inside the tubes.
The cycle is repeated each time the exchanger fan is switched.We see that, in this way, not only ventilation of the gas streams A and B in pipe 1 is ensured, but at the same time a transfer of heat from A to Bo
The fan can be driven by any energy source, a motor 7 placed at any desired point, for example inside the drum 3;
but provision is also made for the fluids A or B, or both, to move at a speed and energy sufficient to cause, by acting on the fins 5, 6, the rotation of the drum 3 and of the apparatus o The exchanger fan ensures then simply the transfer of heat from one of the fluids to the other, without the need to provide an additional source of energy to cause the rotation of the drum 30
Instead of being continuous, the rotational movement of the drum could be reciprocating, only involving a certain angle; the tubes could also be implanted only on one or more sectors of the drum 30
It is also provided that each tube 4 could pass right through the drum c to extend over an entire diameter of the channel.
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sation a.
In this case the heat exchange could take place without the fan rotating, the possibility of rotating the latter simply allowing the device to occasionally give the desired jolts to make the deposits fall. which occur on the tubes and the fins,
In the preferred variant, which is shown in figs. 8 and 9, the tubes 8, hollow and containing the intermediate fluid, are mounted on a drum 9 with a radius such that it corresponds to a cylindrical partition 10 separating, in two concentric pipes traversed respectively by the fluids A and B the line 1;
the hottest fluid, formed for example by hot combustion gases, moves in the direction of arrow A in the ring provided between the wall 1 and the partition 10, that is to say outside the drum 9; on the contrary, the coldest fluid B which moves for example in the opposite direction, in the direction of arrow B, circulates inside the partition 10 and bathes the portion of the tubes 8 directed towards the inside of the drum 9 .
The fins 11, 12 provided longitudinally on each of the tubes 8 are shaped, in the manner of propellers for example, so as to impart to the fluid A a movement directed for example in the direction of the arrow indicated in the figure The fins 13 , 14, provided on the portion of the tube 8 directed towards the interior of the drum 9 are then shaped and oriented in the opposite direction so as to cause a displacement of the fluid B in the opposite direction, if desired, as shown in the figure, that the circulation of the two fluids' A and B is done against the current
Suitable gaskets 15 seal the connections between the drum 9 and the edges of the annular partition 10.
The rotation of the drum 9 around the axis XX of the pipe, for example, under the effect of the motor 7 arranged axially inside the rotor formed by the exchanger fan has the effect: on the one hand of pro - refer to the displacement of the two fluids A and B; on the other hand, to ensure the heat exchange between these fluids. Indeed, the intermediate fluid contained in each of the tubes vaporizing in the portion of the tube 8 directed outside the drum 9 and immersed in the gases A, transmits its heat to the portion of the tube 8 directed internally to the drum 9 and restores its heat of vaporization to the fluid B which bathes this internal portion of the tube.
The centrifugal force has the effect of re-projecting towards the outside, that is to say towards the bottom of the tube f directed towards the outside, the condensed intermediate fluid which vaporizes again under the effect of the heat of fluid A, and so on
It could be foreseen that the circulation of fluids A and B would be reversed, that is to say that the hottest fluid A would circulate internally to the coldest fluid B which would pass through the annular space between partitions 1 and 10, but, in this case, the tubes 8 would be inclined horizontally so that the inclination of the tubes compensates for the effect of centrifugal force and gravity causes the collection of the condensation of the intermediate fluid at the end. lower end of the tube which is immersed in the hottest fluid.
In this arrangement, of course, the axis of the rotor would be vertical, preferably.
As already stated above, the displacement of the finned tubes in the fluids A and B and which causes the ventilation effect, has the further advantage of preventing the formation of a thick adherent film of fluid on the surface of the finned tubes, so that the heat transfer coefficient of the heat exchanger is increased, compared to what it would be if the fluid were mobile and fixed exchange surfaces.
The ventilation effect produced by the device and which has just been described for the two fluids in the presence A and B could of course be limited to only one of these fluids. It would suffice for this to limit to the region situated in one of the fluids the conformation of the fins acting as fans,
Centrifugal force also has the useful effect of driving towards
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1? Outside the deposits which could tend to form on the tubes and the fins ,,
Instead of producing the ventilation effect, in a way individually by a suitable conformation of the fins provided on the tubes, it is possible to obtain ventilation by providing, using suitably oriented fins, helical or similar shaped corridors between the rows of tubes,
as shown in fig 10.
As can be seen in this figure, which schematically represents the drum 9, carrying the tubes 8, the fins 11 of these tubes are oriented so as to leave between the tubes passages or conduits of generally helical shape. The propeller shown in broken lines will naturally be wound in the opposite direction for the portion of the tubes which are directed towards the interior of the drum 9 as shown at 16 in fig. 100 In this way, a movement against the current is obtained. of the two fluids, It is of course understood that, in a more general way, the fins can be oriented in such a way as to create passages corresponding to any families of curves which may or may not cause opposite effects. ventilation on both sides of the tambouro It is also provided that the fins can be re-cut,
that is to say to be of progressively variable width, so as to close, entirely or partially, the entire width of the variable interval between two neighboring tubes, to constitute the corridor or helical passage 'or of similar shape .
The tubes 8 may be ordinary cylindrical tubes to which have been welded suitable fins 11, 12. It is also intended that these tubes may be in one piece with their fins which may be plain or hollow. The tube-fin assembly can also be replaced by one or more hollow plates formed by any desired assembly of suitably welded or assembled sheets, or alternatively by a molded body.
By its conformation, 1? Exchanger apparatus lends itself easily to cleaning ,,
This cleaning of the dust which may be deposited on the tubes and fins can take place by blowing, by shocks or jolts, given to the device in its rotational movement,
or by washing o The washing water that is dropped on the tubes will flow along these tubes by the effect of centrifugal force and gravity and can be collected at the bottom of the device o It is provided that the axis of the rotor of the apparatus may be slightly oblique so as to facilitate the collection of this washing water.
We could also fit in the hot gas or smoke duct a dust collector consisting of bars, solid or hollow, sprayed with water and driven by the fan or hydraulic turnstiles which would stretch a curtain of water on the path. fumes at the outlet of the appliance.
In FIG. 11, the exchanger is formed by walls, or blades 17 separating the two fluids which must exchange their heat, these blades having kinds of teeth 18. Only four walls are shown in the figure, but the exchanger may include a much larger number. They are contained in a box, not shown, to which are connected the circuits, not shown, for supplying and leaving the fluids. Between the walls, there are intervals A, B, C, D ... which are alternately traversed in the direction, for example perpendicular to FIG. 1, by the fluids. In the interval A circulates for example air, then in the interval B, gases; then in the interval C, air, in the interval D, gases, etc ...
According to the invention, the exchange by surface through the walls 17 is completed by a heat exchange by means of an intermediate fluid, For this purpose, in each of the teeth 18 of the sheets 17, tubes are inserted 19 containing, as seen in figo 12, a vaporizable fluid 20.
Each of the tubes 19, as seen in FIG. 11, dives on the one hand
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by its middle part in the intervals A or C or E, all traversed by the same fluid, for example the cold fluid, and on the other hand, by its ends in the intervals B and D traversed by the hottest fluid In the end portions of the tube 19 located in the intervals B and D the vaporization of the interior fluid 20 occurs, while in the middle portions bathed by the cold fluid, the cold wall principle takes place. , accompanied by restitution of the heat of vaporization of the fluid 20 to the cold fluid. The liquid collects by gravity at the lower part of the tubes 19 where it spreads and the cycle begins again.
In the case where two ends of the tube 19 work in the intervals traversed by the hottest fluid, the tube is preferably horizontal. It can be given, if desired, the shape shown in FIG. 13, slightly curved, so that the liquid collects at the ends of the tube which are bathed by the hot gases. The tube would have the reverse shape if the liquid 20 were to collect in the middle part bathed by the hot fluid
One could also adopt an arrangement in which the tubes are vertical or oblique. In this case, only the lower part would be immersed in the intervals traversed by the hot fluid.
Instead of being arranged, as shown in solid lines on fig 11, the tubes 19 can be arranged, as shown in broken lines in said figure, that is to say so as to pass through the bottom. teeth 18 of the plates 17. A similar arrangement is moreover shown on a larger scale in FIG. 12.
On the other hand, instead of limiting the length of the tubes 19 so that they only pass through one tooth 18, they can be given a different length, ie double, for example, as seen in FIG. 14, each of the tubes 19 then passing through two successive teeth 18-18.
The tubes 19 pressing end against each other, can also be used as spacers to reinforce the corrugated sheets 17 which constitute the heat exchanger plates by surface.
In addition, the tubes 19 easily lend themselves to the arrangement of fins which have the object of increasing the heat exchange surface and at the same time of being able to direct the flow flowing through the gaps between blades to improve the efficiency of the exchanger. The fins which may be provided on the tubes may be longitudinal or transversal, or both. In the case of longitudinal fins, one can use either diametral fins, that is to say the plane of which passes through the axis of the tube, or tangential fins, that is to say of which the plane is tangent to the outer surface of the tube.
In the latter case, it is known that the flow of the external fluid over the fins ensures a sweeping of the entire surface of the tubes and of the fins, at the same time as the arrangement between the rows of finned tubes. and the sheet metal walls, alternately constricted and widened flow channels which have the effect of further improving the heat exchange by reducing the pressure drops.
It is this arrangement which has been shown in FIG. 15, where the tubes 19 pass through the bottoms of the teeth 18 provided on the plates 17 of the exchanger, It will be noted, with respect to the embodiment shown in FIG. 11 that. the thicknesses of the teeth 18 are smaller than in the case of FIG. 11 and that the interval which separates two successive teeth 18 on the same sheet is greater, so as to make it possible to accommodate, in the case of the embodiment envisaged, two rows of tubes 19 and 19 in each interval between two dentso The fins 21 provided on the tubes are tangential and arranged as seen in vertical section in FIG. 16.
In this way, the gas flow arriving in the interval between the two teeth 18 in the direction of arrow F, is subdivided by the two rows of tubes 19 with tangential fins - the 21 into three streams, with the advantages of 'flow recalled above which reduce the pressure drop. taae Instead of two rows of tubes 19, more could be provided, or only one could be provided, as shown in fig. 17 in which case the
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same advantages, as for the flow of the external fluid F are found in the corridors or channels formed between each wall of the tooth 18 and the central row of tubes 19p It becomes possible, thanks to this arrangement of finned tubes, to produce a heat exchanger. heat enjoying.
same efficiency possibilities as a heat exchanger with very close together and corrugated blades but with much greater ease of manufacture and assembly since the walls 17 with large corrugations such as 18, are of an easier and more economical execution than the complex undulations. and close together of an ordinary blade heat exchanger which requires many welds.
The exchanger also lends itself to easy subdivision of the exchange surface necessary for the installation in order to accommodate it in the volume of more or less complicated form available, which is not always the case for an ordinary surface heat exchanger.
'' Finally, the exchanger offers greater cleaning possibilities than an exchanger by surface with closely spaced blades o Cleaning can take place either by vibrations, washing, or blowing in the fairly wide intervals between the sheets, the presence of tubes at fins not being an obstacle to the passage of the cleaning means.
It goes without saying that modifications of detail can be made to the realization of this invention without departing from its scope.
In particular, the sheets 17 could be corrugated so as to combine their undulations with those which result from the arrangement of fins, tangential or not, on the tubes. In this way, variations in speed and -or- pressure are caused in the flow of fluids, suitable for promoting heat exchange.
CLAIMS.
1. - Heat exchanger comprising a series of tubes containing a vaporizable fluid, called intermediate fluid, and arranged through a wall separating the two fluids between which it is desired to effect a heat exchange, characterized in that the tubes are provided longitudinal or transverse, diametral or tangential, wavy or linear fins
20 - Exchanger as specified under 1) characterized in that the @ tubes are mounted with a ball joint in the wall and optionally have a bulb where they pass through the wall
30 - Heat exchanger as specified under 1) characterized in that several rows or series of tubes are connected to the same intermediate fluid collector,
the intermediate fluid manifold (s) which may be arranged in the partition wall and which may optionally be journaled in said paroio
4. - Heat exchanger as specified in 3) characterized in that the device has only a single manifold mounted in the wall, the tubes extending from one side of the wall being mounted on the manifold below the level of the intermediate fluid in said collector, while, on the other side of the wall, the tubes are mounted above this level in the collector
50 - Heat exchanger as specified under 4), characterized in that several devices such as 4) are mounted in series in the chutes traversed by;
the fluids exchanging their heat, so as to leave empty spaces inside these flues alternating with spaces filled with tubes.
60 - Heat exchanger as specified under 1) intended to produce the ventilation of the streams of fluids exchanging their heat, characterized in that the finned intermediate fluid tubes ensure the ventilation of one or more two fluids.
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