BE506635A - - Google Patents

Description

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 EMI1.1 
 



  ' SURFACES 'DEVELOPPEES >POVR. ECHàNGBURS. DE CHALEUR ET PROCEDE 'DE   PREPARATION'DE   CELLES-CI.. 



   La présente invention est relative à des échangeurs de chaleur et se rapporte plus particulièrement à des surfaces développées pour échan- geurs de chaleur. 



   Il a été définitivement montré que la forme la plus efficace de surface développée consiste en une multiplicité d'éléments en forme de tiges ou de fil, de diamètre relativement petite et peu'espacesles uns des autres; ces éléments sont reliés à et s'étendent à partir de la paroi de base qui sépare les deux milieux entre lesquels le transfert de chaleur doit avoir lieu. 



   L'avantage de cette forme de surface développée est longuement discuté dans le brevet américain   204690635,   octroyé à David DALIN et Gustav V.   HAGBY   le 10 mai   1949.   



   Comme on l'explique dans ce texte, les éléments analogues   à   des fils ou à des tiges doivent être construits en métal ayant une haute conductibilité thermique., en mentionnant particulièrement le cuivre et l'a- luminium. Un procédé de jonction de l'élément à la paroi de base réalisa- ble industriellement est.décrit dans la demande de brevet américain de Da- vid DALIN, N    82.572   déposée le 21 mars   1949.   



   Un des inconvénients de la surface développée décrite dans   le .   brevet et la demande susdits consiste en ce que le cuivre exposé à l'air ou à des gaz contenant de l'oxygène s'oxyde rapidement quand sa température dépasse 260 C et bien que, dans des conditions analogues, l'aluminium ait une meilleure résistance à   l'oxydation,   le perfectionnement ne suffit pas à lutter contre la température élevée qui prévaut par exemple dans les foyers de chaudières à vapeur et leurs carneaux à gazet l'aluminium ne donne pas de résultats aussi satisfaisants que le cuivre dans ce but,

   parce que le cuivre a une conductibilité environ double de celle de l'aluminium et un coefficient de dilatation moins élevée 

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Egalement dans des situations comprenant des fluctuations   impor-   tantes et rapides de   température,la   différence des coefficients de dilata- tion entre l'acier ou les aciers spéciaux dont la paroi de base est de pré- férence constituée et le cuivre ou l'aluminium dont sont constitués les élé- ments, exerce un effort tellement important sur les joints soudés au moyen desquels les éléments sont fixés à la paroi de base, que ces joints cristal- lisent et se rompent. 



   Une autre restriction à l'emploi de cuivre pour les éléments à surface développée consiste en son inaptitude à résister aux gaz à   réacti-   vité chimique existant dans certains cas d'emploi mais à moirs que les élé- ments à surface développée ne soient construits en cuivre ou en aluminium, seuls métaux pouvant être préparés industriellement et possédant la conduc- tibilité calorifique exigée, les avantages de cette surface développée idéa- le sont perdus . 



   Le problème auquel la présente invention se rapporte, est ainsi clairement délimité, et consiste à trouver quelque moyen de protéger les éléments à surface développée contre l'oxydation et la corrosion sans nuire de façon appréciable à leur conductibilité calorifique et de créer des moyens pour éviter la cristallisation et la rupture des joints par lesquels les éléments sont fixés à la paroi de base. L'expédient évident consistant à galvaniser les éléments au moyen d'un métal approprié pour conférer la ré- sistance   à   l'oxydation et la corrosion à des températures élevées est hors de question, parce que, en dehors de la question de prix, la galvanisation devrait s'exécuter après avoir soudé la totalité des éléments à la paroi de base. 



   Toutefois,malgré le prix de revient'élevé entrant en jeu, la galvanisation au moyen de différents métaux ayant une meilleure résistance   à   l'oxydation et   à   la corrosion que le cuivre (dans l'air) a été essayée et on a trouvé qu'elle ne donne pas de résultats satisfaisants à cause de la difficulté d'obtention d'un bon dépôt protecteur aux naissances des éléments là où ils sont soudés à la paroi de base et parce que le dépôt galvanique se fend quand on plie les éléments en position. La transformation de cuivre en alliage pour améliorer sa résistance   à   l'oxydation et   à   la corrosion est également hors de question parce que la transformation en alliage réduit dans une forte proportion la conductibilité calorifique du métal. 



   Il est évident, par conséquent, qu'à moins de trouver une solu- tion   à   ces problèmes, la surface développée idéale devrait être ramenée aux conditions de   service   moins rigoureuses d'appareils de service tels que des économiseurs et appareils de préchauffage d'air pour lesquels les températu- res entrant en jeu ne sont pas trop élevées et pour des services ou les gaz ne sont pas trop réactifs au point de vue chimique. 



   L'invention étudie et résout ces problèmes. 



   Dans un sens large, l'invention réalise ce but en construisant des éléments.bimétalliques comprenant un noyau de cuivre ou d'aluminium et une enveloppe de métal possédant une résistance à l'oxydation dans l'air et dans des gaz contenant de l'oxygène à des températures élevées, et une ré- sistance à la corrosion par des gaz réactifs au point de vue chimique meil- leures que celle du cuivre. De l'acier du même type que celui utilisé pour la paroi ou les tubes de base auxquels les éléments à surface développée sont fixés, est entièrement satisfaisant pour la plupart des buts, mais les coef- ficient de dilatation différents de l'acier et du cuivre ou de l'aluminium introduisent un autre problème qui a été découvert quand on a appliqué pour la première fois les éléments bimétalliques à la paroi de base.

   On a trou- vé que la grande quantité de chaleur qui se dégage dans l'opération de sou- dure à résistance au moyen de laquelle les éléments sont fixés à la paroi de base, provoque le craquement et la rupture à la naissance de l'élément. 



   On a également trouvé que si on soumet les éléments à surface développée à des élévations brusques et importantes de température, parti- culièrement quand elles se répètent fréquemment et plus encore quand on four- nit la chaleur aux éléments   à   surface développée par l'intermédiaire de la 

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 paroi de   base,   l'enveloppe craque et se rompt le long de portions plus ou moins grandes de sa longueur,, 
Après l'analyse du phénomène, on a déterminé que la cause de ce craquement et de cette   tupture   de l'enveloppe consiste dans le fait que le métal formant le noyau se dilate à ce point plus rapidement que l'envelop- pe en acier, qu'il produit le craquement et la rupture de l'enveloppe. 



  Dans la présente inventions on résout ce problème en traitant les éléments bimétalliques par recuit avant de les souder à la paroi de base. Par le recuit des éléments à une température au moins aussi élevée que celle ren- contrée en service normale toute trace de craquement et de rupture de l'en- veloppe disparaît. 



   Ainsi, comme on le constatera mieux dans la suite, la présente invention résout entièrement les problèmes auxquels elle est consacrée d'une manière simple et pratique qui ressort clairement de la description qui suit, en se référant aux dessins en annexe qui forment une partie de ce brevet, et sur lesquels 
La figure 1 représente une vue en coupe transversale   à   travers un échangeur de chaleur construit conformément à la présente invention et particulièrement adapté à l'emploi dans des chaudières à vapeur parce que la surface   développée--:est   montée à l'extérieur d'un tube qui peut être parcouru par le fluide de la chaudière. 



   La figure 2 est une vue détaillée agrandie représentant une par- tie de la paroi de base tubulaire de la figure 1 et un des éléments à surfa- ce développée avant sa fixation à la paroi de baseo 
La figure 3 est une vue détaillée agrandie semblable à la figure 2 mais représentant l'élément à surface développée fixé à la paroi de base tubulaire. 



   La figure 4 est une vue détaillée en coupe à échelle encore ' plus grande représentant particulièrement les joints entre le noyau et l'en- veloppe des éléments   à   surface développée et le joint entre les éléments à surface développée et la paroi de baseo 
La figure 5 est une vue partielle en coupe à travers une partie d'une autre formé d'échangeur de chaleur construit conformément à l'invention, et adapté particulièrement à des installations dans lesquelles le' milieu flui- de d'un côté de   la:-.paroi   de base a substantiellement la même conductance su- perficielle que le milieu fluide de l'autre côté de cette paroi de manière que la surface développée puisse être utilisée sur les deux faces de la paroi de base. 



     @   La figure 6 est une vue en coupe transversale à travers encore une autre forme d'échangeur de chaleur construit conformément à la présente invention et qui se distingue de celles des figures 1 et5 en ce que les éléments à surface développée sont appliqués tangentiellement à une paroi de base tubulaire. 



   La figure 7 est une vue en   plan.,   à échelle réduite de l'éohan- geur de chaleur représenté sur la figure 60 
La figure 8 est une vue en coupe transversale à travers une par- tie de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 mais représentant une construction différente d'éléments à surface développéeo 
La'figure 9 est une vue   en,coupe   transversale à travers un   éhan-   geur de'-chaleur du genre représenté sur la figure 1 mais dans lequel la to- talité des surfaces développées sont en outre protégées contre l'oxydation et la corrosion par un revêtement de matière vitreuse ou d'une'autre matière convenable résistant à   l'oxydation   et à la   corrosion,,

     
La figure la est une vue détaillée en coupe longitudinale prise à travers la partie terminale extérieure d'un des éléments à surface dévelop- pée pour,représenter l'extrémité du noyau recouverte d'un capuchon du même métal que l'enveloppée 

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La figure   13.'est   une vue en coupe transversale à travers une partie de la paroi dénommée paroi d'eau d'un foyer représentant une autre application de la présente invention. 



   La figure 12 est une vue en plan d'une partie de cette paroi. 



   La figure 13 est une vue en coupe transversale à travers la fi- gure 12 suivant le plan 13-13 mais à échelle agrandie, et la figure 14 est une vue détaillée en coupe transversale à tra- vers la figure 12 suivant le plan de la ligne   14-14.   



   En se référant à présent plus particulièrement aux dessins en annexe,sur lesquels les mêmes chiffres représentent les mêmes pièces, le chiffre 5 désigne sur toutes les formes de 1''invention représentées, la paroi de base métallique qui sépare les deux milieux entre lesquels doit se produire l'échange de chaleur, et   à   laquelle sont fixés les éléments   à   surface développée représentés en général par le chiffre 6. Suivant le ser- vice auquel l'échangeur de chaleur est destiné, la paroi de base est tubulai- re comme sur la figure 1 ou plane comme sur la figure 5 .mais dans tous les cas, la paroi de base est construite en un métal ayant une grande résistance à la traction et un coefficient de dilatation relativement faible. 



   Pour la plupart des installations, l'acier doux convient de fa- çon idéale à ce but, mais dans les cas où des conditions extrêmes d'oxydation ou de corrosion se présentent, un acier spécial comme par exemple un acier au   chrcjme   relativement riche   enchrome   mais pauvre en carbone, doit être uti- lisé, et si on le désire, la paroi de base peut être   feuilletée   de manière que seule la surface exposée aux conditions d'oxydation et de corrosion-soit constituée en alliage qui se dilate le plus et que l'autre surface soit constituée d'acier doux bu même d'un acier meilleur marché ou d'un autre mé- tal. 



   Dans des buts d'illustration, une paroi de base ainsi feuille- tée est représentée sur la figure 6 sur laquelle le tube 5 porte un noyau 7 en acier ou en un autre métal approprié relativement peu dilatable à l'in- térieur d'une gaine 8 de métal tel que de l'acier spécial au chrome ayant une grande résistance, particulièrement à   11-oxydation.   



   Les éléments à surface développée représentés de manière géné- rale par le chiffre 6 sont fixés debout à la paroi de base comme on le re- présente par exemple sur la figure   1,   ou tangentiellement comme on le repré- sente sur la figure 6. Dans chaque cas, les éléments à surfaces développées sont bimétalliques et dans toutes les constructions de l'invention représen- tées excepté celle de la figure 8, les éléments à surface développée consis- tent en une portion de noyau 9 et une portion formant enveloppe   10.   Le noyau consiste en métal à haute conductibilité thermique et coefficient de dilatation relativement élevé. Le cuivre convient de façon idéale à ce bute bien qu'on puisse utiliser de l'aluminium. 



   L'enveloppe 10 est construite en un métal ayant une grande ré- sistance à la traction et un coefficient de dilatation relativement faible, mais, ce qui est le plus important, possédant une bonne résistance à l'oxy- dation et   à   la corrosion   à   des températures élevées. Le métal dont est formé l'enveloppe 10 doit posséder une meilleure résistance que le cuivre à l'oxydation à l'air à des températures élevées, et le métal doit être hau- tement résistant à la corrosion quelle que soit la température. Ceci sig- nifie que le métal de   l'enveloppe   doit résister   à   l'oxydation-et à l'écail- 'lage à des températures de   400 C   au moins, et dans certains cas, à des tem- pératures aussi élevées que   800 C.   



   Une autre condition requise du métal utilisé pour. l'enveloppe consiste en ce qu'il ait substantiellement le même coefficient de dilatation que le métal de la paroi de base et tout au moins que la surface de la paroi de base à laquelle l'élément est fixé. Ainsi, si la paroi de base est en acier doux, le métal   de-l'enveloppe   doit de même être de préférence en acier doux et si la paroi de base est construite en acier spécial, l'enveloppe doit de même être construite de préférence en acier spécial. 

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   Un autre métal qu'on peut utiliser avantageusement pour   l'enve-   loppe est le bronze d'amirauté'qui est hautement résistant à   l'oxydation   et à la corrosion et qui a un coefficient de dilatation voisin de celui de   l'acier..   



     L'épaisseur   de paroi de l'enveloppe'peut varier mais en géné- ral ne doit pas dépasser celle exigée par le procédé de fabrication appli- qué à la production de fils dont l'élément est constitué, et/ou ne pas dé- passer l'épaisseur   nécessaire   à assurer une liaison de bonne qualité et du- rable entre l'enveloppe et la paroi de base, et pour   assûrer   en général la durabilité de l'enveloppe dans les conditions qui règnent en service. 



  Pour des éléments de diamètre moyen pouvant être compris entre 2mm et 8 mm l'épaisseur de paroi de l'enveloppe doit être comprise approximative- ment entre   0,2   mm et 0,7 mm. 



   La manière particulière dont les éléments sont produits.. c'est- à-dire la manière dont le noyau est recouvert par l'enveloppe, ne fait pas partie de la présente invention, et peut s'effectuer de toute façon quel- conque connue dans le métier de   fabrication   de fils bimétalliques.. Ainsi par exemple.. on peut préparer un lingot comprenant un noyau de cuivre ou d'alu- minium, suivant celui de ces métaux devant être utilisé dans le noyau, puis réduire progressivement son diamètre et l'allonger par exemple par laminage et étirage en,fils   jusqu'à   ce qu'on obtienne un fil de diamètre désiré. 



  Une réduction de diamètre et un allongement de ce genre astreignent du res- te l'enveloppe à un serrage intime solide avec le noyau;1 
Le procédé particulier suivant lequel on prépare le lingot ne concerne pas non plus directement la présente invention. 



    Ainsi  on peut produire le lingot par coulée du métal du noyau à l'intérieur d'un tube du métal de   l'enveloppe,   ou bien on peut enrouler le métal de   l'en-   veloppe autour d'un tube du métal du noyau en exécutant le joint longitudinal par soudure. 



   Indépendamment de la manière dont sent constitués les éléments à surface développées on trouve   qu'il   est extrêmement important qu'avant de fixer le fil à la paroi 'de   base..   sous forme d'éléments analogues à des tiges fixés debout sur la paroi ou sous forme d'éléments analogues à des fils fixés tangentiellement à la paroi de   base.,   le fil doit être recuit. L'expérience a montré qu'à moins que le fil ne soit recuit, l'enveloppe craque et se rompt au cours de l'opération de soudage., aux endroits où se concentre la chaleur de l'opération de soudage.

   Ceci résulte sans doute du fait qu'à cau- se de la différence entre les coefficients de dilatation du métal du noyau et du métal de l'enveloppe, l'augmentation rapide de la température soumet le métal de l'enveloppe   à   des efforts tels qu'ils provoquent sa rupture.. 



   L'augmentation et la diminution graduelles de température de l'opération de recuit ne supprime toutefois pas ces efforts mais au contrai- re conditionne le fil de manière à empêcher la rupture ou   l'insuccès   de l'enveloppe au. cours des variations de températures appliquées... 



   Bien que l'explication exacte de la manière dont ce condition- nement est réalisé par le recuit du fil ne soit pas connue, il est très pro- bable qu'au cours de l'opération de recuit, la dilatation plus grande du noyau dilate l'enveloppe au-delà de sa limite   d'élasticité,   et puisque la température appliquée.. au recuit doit être au moins égale à celle qu'on ren- contre dans l'application moyenne pour laquelle   l'échangeur   de chaleur est destiné, le diamètre auquell'enveloppe se dilate au cours de   l'opération   de recuit n'est pas dépassé en service.

   Au cours de l'étage de refroidis-   sement   de l'opération de recuit, le noyau du reste., se contracte plus que l'enveloppe et tend ainsi à se détacher de   l'enveloppe.   Ceci fait naître une zone   dàns   laquelle les molécules du métal du noyau et de l'enveloppe exercent des efforts en sens opposéset cette zone possède apparemment une élasticité suffisante pour s'adapter à une dilatation ou contraction ultérieure quelconque du noyau sans exercer   d' efforts   de rupture sur   l'en-     veloppe.   



   Il est également possible qu'un jeu minime entre le noyau et 

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 l'enveloppe puisse être le résultat de l'opération de recuit. Toutefois, on ne constate aucune réduction notable de transmission de chaleur entre l'enveloppe et le noyau. 



   Par conséquent, on peut considérer cette zone située sur les surfaces contigues du noyau et de l'enveloppe comme une zone formant   tam- .   pon pour amortir les efforts produits lors de la dilatation et de la con- traction ultérieures de   Isolément.   



   L'explication de la raison pour laquelle le recuit conditionne le fil de manière à empêcher la rupture de l'enveloppe en service peut également reposer simplement sur le fait que le recuit rend ductiles à la fois le noyau et l'enveloppe, mais quelle que soit l'explication donnée, comme on l'a noté plus haut, il est important que le fil soit recuit avant d'être fixé à la paroi de base. 



   Dans des cas où les éléments de surface développée sont soumis pendant l'emploi à une température extrêmement élevée ou bien où le manque d'affinité entre les métaux du noyau et de l'enveloppe tend à diminuer la liaison entre le noyau et l'enveloppe, on peut introduire une couche mince d'un   troisème   métal ou d'une autre substance ayant des propriétés de liai- son.. flexibilité ou solidité convenables entre le noyau et l'enveloppe de manière à augmenter ainsi l'efficacité de la zone tampon. 



   Si le fil est fixé debout comme sur la figure 1, il existe d'ailleurs sous forme d'éléments en forme de tiges ayant la longueur appropriée, et on soude alors ces éléments par résistance de la manière dé- crite dans la demande de brevet américain n    82.572.   Conformément au pro- cédé décrit ici, les éléments et la paroi de base sont raccordés en un cir- cuit électrique et les éléments sont pressés contre la paroi de base pendant qu'ils sont raccordés en un circuit de soudure par résistance.

   Si l'échan- geur est du type représenté sur la figure 1, les éléments sont appliqués au tube radialement comme on l'indique par les lignes de construction sur la figure 1, puis sont ensuite repliés de manière à devenir parallèles. -   Gamma   on l'explique en détail dans la demande de brevet citée, la durée de soudure,la conductibilité de l'élément au courant de soudage, la conductibilité de la paroi de base et l'effort ou la pression de soudage sont des facteurs cri tiques. 



   Toutefois, puisque l'enveloppe des éléments est constituée du même métal que la paroi de base.. on possède tout au moins substantiellement le même   coefficient   de dilatation que l'élément de la paroi de base, la fi- xation de l'élément à la paroi de base est considérablement plus aisée que lorsque le joint dépend uniquement de la soudure de métaux différents comme par exemple le cuivre à   l'acier.   11 en résulte que la cristallisation et la rupture des joints qui ont été constatées sur des appareils dans lesquels les éléments consistent entièrement en cuivre soudé à une paroi de base en acier, sont entièrement supprimées par la présente invention, puisque lors du soudage des éléments à la paroi de-base,

   le métal de l'enveloppe se soude de façon parfaite au métal de la paroi de base et qu'aucune force de-rupture n'existe en service pour provoquer la cristallisation et la rupture. 



   Que le noyau de l'élément se soude ou non également à la paroi de base ou qu'il y soit soudé de façon certaine, n'a par conséquent plus d' importance puisque la jonction de l'enveloppe à la paroi est entièrement ap- te à maintenir l'élément en position, et il y a lieu de noter que, aussi bien dans le cas   où   le noyau est soudé à la paroi de   base,.que   dans le cas ou il ne l'est pas, son contact avec elle est suffisamment intime pour as- surer une bonne conduction de la chaleur entre eux. 



   Un comparaison des figures 3 et 4 montre les conditions de l'é- lément et de la paroi de base avant et après le soudage, et on attire parti-   culièrement   l'attention sur la figure 4 qui représente la manière dont le mé- tal de l'enveloppe est soudé au métal de la paroi de base.

   Cette vue indique également plus ou moins schématiquement la zone tampon entre l'enveloppe et le noyau qui rend possible la dilatation et la contraction du noyau sans exer- 

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 cer d'efforts de rupture sur l'envelopper 
Dans la forme d'échangeur de chaleur représentée sur les figures 6 et 7 dans lesquelles la surface étendue est mieux définie comme étant constituée d'une série de fils fixés tangentiellement à la paroi de base tu-   bulaire,   la présente invention rend cette forme d'échangeur de chaleur pos- sible industriellement parce qu'elle évite les difficultés rencontrées dans le passé, provenant de la proximité étroite des joints soudéso Bien que dans le passé il était nécessaire de souder individuellement chaque joint, il est actuellement possible de souder simultanément un grand:

   nombre de joints de sorte qu'un tissu complet d'éléments de fils puissent être fixés à un certain nombre de tubes en une seule opération de soudage. 



   Gomme on l'a vu;,un des problèmes résolus par la présente inven- tion consiste en celui causé par la cristallisation et la rupture des joints au moyen desquels les éléments sont fixés à la paroi de base. Comme on le voit sur la figure 8, cet avantage peut être atteint même si on n'utilise pas d'enveloppe en acier,, On peut ainsi faire face à des situations dans lesquelles il est désirable que les surfaces exposées des éléments soient constituées de cuivre. Dans ce   cas.,   les éléments-sont pourvus d'un noyau d'acier ou d'un autre métal de petit diamètre ayant une résistance élevée à la traction et substantiellement le même coefficient de dilatation que la paroi de base, à l'intérieur d'un corps en cuivre.

   Quand un élément de ce genre est soudé en position, le noyau d'acier se soude au métal de la paroi de base pour réaliser la résistance désirée au joint même si le corps de   l'élément   est constitué presque entièrement de cuivre:, 
Bien qu'on ait reconnu en général dans le métier les avantages du recouvrement des surfaces métalliques d'une couche de matière vitreuse ou autre, possédant une bonne résistance   à   l'oxydation et à la corrosion pour, les protéger contre l'oxydation à hautes températures, avant l'apparition des échangeurs de chaleur   à   surface développée des brevets de DALIN et Cts com- prenant une grande réduction du nombre de tubes et par conséquent-dés conne- xions beaucoup moins nombreuses entre des tubes et des   supports,,

     l'emploi des enduits .protecteurs de ce genre n'était pratiquement pas possible. 



   La difficulté évidemment plus grande de connexion entre un tube recouvert d'émail vitreux ou de verre et un support et le prix de revient qui s'y rattache a écarté cette pratique., mais bien que la surface développée perfectionnée du brevet cité supprime la raison de ne pas utiliser d'enduit protecteur de matière vitreuse ou autre protectrice, elle substitue un obsta- cle encore plus grand à son adoption, On peut produire des substances .pro- tectrices de ce genre qui ont un   coefficient,de   dilatation correspondant   à   celui du métal auquel elles doivent être   appliquées y mais   elles ne peuvent être rendues compatibles à ce point de vue   à   plus d'un métal.

   par conséquente puisque la surface développée du nouvel-échan- geur de chaleur est en cuivreet la paroi de base en acierun revêtement vitreux au. analogue était   impossible.   Toutefois., la présente invention rend faisable et possible pour la première fois l'application sur la surface entière de   l'échangeur   de chaleur d'un revêtement protecteur vitreux ou autre convenable puisque la totalité des surfaces exposées devant être recouvertes ont le même coefficient de dilatation.

   Ainsi dans le cas où on désire une protection supplémentaire d'un revêtement de ce genre., il est possible de   l'appliquer,   et la figure 9 représente un revêtement de ce genre 12 qui s'étend de façon continue à la totalité de la surface   exposée,   en y comprenant les extrémités des éléments à surface développéeo 
Une surface de chauffe ainsi protégée offre l'avantage remarqua- ble d'être pratiquement universelle dans son emploi,, Grâce à elle, il n'est pas nécessaire d'effectuer de contrôles de températures particuliers pour empêcher la condensation de gaz à   réactivité   chimique sur les surfaces de chauffe, ce qui signifie du reste, que le.problème du point de rosée dis- paraît,,

   Un revêtement de ce genre rend la construction apte à l'emploi dans des liquides acides ou fortement alcalins. 



   Dans le cas où la surface n'est pas recouverte d'une matière 

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 vitreuse ou d'une autre matière protectrice, les extrémités des éléments, si on le désire, peuvent être pressés pour replier la matière de l'enveloppe au dessus de l'extrémité du noyau, ou bien un capuchon séparé 13 peut être appliqué comme on le représente sur la figure 10, mais comme l'aire de la section transversale du noyau est très petite, cette précaution n'est ha-   bituellement   pas nécessaire, 
Une autre application de la présente'invention, représentée sur les figures 11 à   14,   est relative à une paroi dite paroi d'eau pour les foyers de chaudières à vapeur et analogues.

   Comme on le décrit par exemple dans le brevet américain de T.E.Murray n  2.220.579, publié le 5 novembre   1940,   il était usuel dans le métier antérieur de revêtir les parois des foyers de tubes d'eau, et pour réduire le nombre de tubes nécessaires, on y soudait des ailettes dépassant latéralement. Cette invention est par conséquent admirablement appropriée   à   ce but car elle permet un espacement beaucoup plus grand entre les tubes d'eau que ce qui était possible   jusqu'à   présent. 



   Dans ce but, les tubes 5' dans lesquels circule le fluide de la chaudièrey portent des ailettes 6' qui y sont soudées de la même maniè- re que les éléments   à   surface développée sont fixés   à   la paroi de base dans les réalisations décrites de 1'invention. Les ailettes 6' comprennent un noyau 9' en cuivre ou autre métal de conductibilité thermique élevée et une enveloppe 10' en acier ou autre métal approprié ayant le même coef- ficient de dilatation que les tubes. Il est du reste important dans le cas d'éléments analogues à des fils que les ailettes soient recuites avant de les fixer aux tubes. 



   L'avantage de cette construction sur les ailettes en acier est représenté en comparant la longueur des ailettes bimétalliques   à   la longueur approximative des ailettes d'acier (indiquée en traits interrom- pus L sur la fig.   12),  telle   qu'utilisée   dans ce but dans le métier anté- rieur. Evidemment, on obtient, au moyen de cette construction,. la même protection des parois du foyer avec un nombre de tubes de beaucoup infé- rieur à ce qui était nécessaire auparavant.

   Il faut du reste s'attendre à ce que l'enroulement des-éléments de la manière décrite leur enlève quelque peu de leir aptitude à transmettre la chaleùr vers ou en provenance d'un milieu qui s'écoule sur elles, mais cette légère réduction de conductibili- té de surface est négligeable en comparaison de   l'avantage   extraordinaire que procure l'invention. Dans un essai effectif, on a trouvé qu'entre des éléments constitués entièrement en cuivre et ceux construits conformément   à   la présente invention., la diminution de la transmission de chaleur n'est que de six   pouroents.  

Claims (1)

1. De la description qui précède faite en relation avec les des- sins en annexe, il ressort aisément à ceux versés dans le métier que la pré- sente invention a une importance extraordinaire dans l'art de l'échange de chaleur en général et particulièrement dans cette branche du métier qui traite des chaudières à vapeur et des appareils de service parce qu'elle four- nit le moyen à l'aide duquel tous les avantages du brevet de DALIN et Gts et de la demande déposée cités plus haut peuvent être réalisés d'une maniè- re industriellement économique et entièrement pratiquée R E V E N D I C A T I O N S .

   1.- Surface développée pour échangeurs de chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi de base de métal ayant une résistance éle- vée à la traction et un coefficient de dilatation relativement bas,èt des éléments bimétalliques analogues à des tiges soldés et faisant saillie sur la paroi de base, ces éléments possédant chacun un noyau de métal de bonne conductibilité calorifique et une enveloppe de métal ayant substantiellement le même coefficent de dilatation que le métal de la paroi de base et une résistance à l'oxydation et à la corrosion dans 1-'air meilleure que celle du cuivre, l'élément complet ayant la ductilité caractéristique d'un métal qui a été recuit, et l'enveloppe étant soudée à la paroi de base à la jonc- tion entre l'élément et la paroi de base. <Desc/Clms Page number 9>

   2.- Surface développée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces exposées de la paroi de base et des éléments qui font saillie sur elle portent un enduit protecteur de matière vitreuse., 3.- Surface développée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe embrasse le noyau de façon intime en produisant une bonne conduction de la chaleur qui, toutefois, n'empêche pas une dilatation et une contraction thermiques du noyau sans exercer d'efforts de rupture sur l'envelppe.

   4.- Surface développée suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il existe, entre 1'enveloppe et le noyau, une zône tampon qui pos- sède une élasticité suffisante pour permettre la dilatation et la contrac- tion thermiques du noyau sans exercer d'efforts de rupture sur l'enveloppe et sans nuire en même temps de façon appréciable à la bonne conduction de la chaleur de 1-'enveloppe au noyau et vice-versa.

   5.- Surface développée pour échangeurs de chaleur., caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi de base en métal de 'grande résistance à la traction, et une multiplicité d'éléments analogues à des tiges métalliques joints à et faisant saillie sur la paroi de base, chacun des éléments con- sistant en une portion de noyau et une portion d'enveloppe, une de ces por- tions étant constituée de métal ayant eu'substance le même coefficient de di- latation que le métal de la paroi de base et étant soudée directement à cette paroi.

   6.- Surface développée suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments ont la ductilité d'un métal qui a été recuit.

   7.- Surface développée suivant la revendication 5, :caractérisée en ce que la paroi de base est en acier et que la partie de chaque élément possédant-une conductibilité élevée est en cuivre.

   8.- Article de fabrication, caractérisé en ce-qu'il consiste en un élément bimétallique à surface développée à utiliser dans des échan- geurs de chaleur comprenant un fil ayant une partie noyau et une partie en- veloppe, une de ces parties étant en un métal ayant un coefficient de condue- tibilité élevél'autre partie étant en un métal ayant une résistance élevée à la tractionla jonction entre ces parties 'comprenant une zône tampon qui consiste.uniquement en le métal'du noyau et de l'enveloppe mais qui possède une élasticité suffisante pour s'adapter à la dilatation ,et à la contraction inégales des deux métaux lorsque l'élément est en service.

   9.- Surface développée pour échangeurs de chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi de base de. métal, ayant une résistance éle- -vée à la tractionet une multiplicité d'éléments bimétalliques analogues à .des tiges peu espacés les uns des autres et faisant saillie de champ sur la paroi de base., chacun'de ces éléments consistant en un noyau de métal ayant un coefficient de dilatation élevé et une bonne conductibilité calorifique, et une enveloppa de métal ayant une résistance élevée à la traction, une résisitance à l'oxydation et à la corrosion à 1-'air meilleures que celle du cuivre à températures élevées 'et un coefficient de dilatation substantiel- lement égal à celui de la paroi de base.,

   les éléments ayant les caractéris- tiques de ductilité du métal qui a été recuit, le joint entre le noyau et l'enveloppe comprenant une zone-tampon consistant principalement en le métal du noyau et le métal de l'enveloppe, mais possédant une élasticité suffi- sante pour permettre au-noyau de se dilater en service sans exercer d'ef- forts de-rupture sur l'enveloppe, et l'extrémité intérieure de l'enveloppe 'de chaque élément étant soudée directement à la paroi de base,, de manière que l'extrémité voisine du noyau vienne en 'contact direct avec la paroi de base.

   10.- Surface développée suivant la revendication 9, caractérisée 'en ce que les surfaces exposées de la paroi de base'et des éléments formant, saillie sur elle portent un revêtement protecteur de matière vitreuse.

   11.- Echangeur de chaleur à surface développée, caractérisé en ce qu'il comprend un tube bimétallique possédant une portion de paroi in- <Desc/Clms Page number 10> térieure en métal non dilatable et une portion de paroi extérieure en métal possédant une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion à températu- res élevées,et des éléments bimétalliques à surface développée montés à l'extérieur du tube, chacun de ces éléments possédant un noyau de métal de bonne conductibilité calorifique et de coefficient de dilatation élevé à l'intérieur d'une enveloppe de métal ayant un coefficient de dilatation sub- stantiellement égal à celui du métal de la portion de la paroi extérieure du tube et une bonne,résistance à l'oxydation et à la corrosion à l'air aux températures élevées,

   ces éléments étant joints au tube en position de- bout et l'enveloppe de ehaque élément étant soudée à la paroi extérieure du tube pour fixer ainsi de façon rigide l'élément en position de manière que le noyau forme un bon contact de conduction de la chaleur, ces éléments ayant la caractéristique de, ductilité du métal qui a été recuit.

   12.- Echangeur de chaleur comprenant une paroi de base métalli- que, et des éléments à surface développée analogues à des tiges qui y sont jointes et qui font saillie sur la paroi de base, caractérisé en ce que les éléments à surface développée sont constitués essentiellement de métal ayant une conduetibilité calorifique élevée et un coefficient de dilatation différent de celui de la paroi de base, mais dans lequel la surface exposée des éléments consiste en un métal ayant une bonne résistance à l'oxydation à des températures élevées et un coefficient de dilatation substantielle- ment égal à celui de la paroi de base,

   de manière que la totalité des sur- faces exposées de l'éohangeur de chaleur aient substantiellement le même coefficient de dilatation en permettant ainsi Inapplication sur ces surfaces d'une matière vitreuse ou autre matière de protection.

   13.-' Surface développée caractérisée en ce qu'elle comprend un tube métallique ayant, une résistance élevée à la traction et un coefficient de dilatation relativement faible, à. travers lequel du fluide de chaudière peut s'écouler, et des éléments bimétalliques soudés à l'extérieur du tube et comportant chacun un noyau de métal de conductibilité thermique élevée enfermé à l'intérieur d'une enveloppe métallique ayant, substantiellement le même coefficient de dilatation que la paroi du tube et ayant une résistance plus élevée que le cuivre à l'oxydation à l'air à des températures élevées,

   cet élément ayant la caractéristique de ductilité d'un métal qui a été re- ouit et-le métal de l'enveloppe étant soudé directement au métal de la pa- roi du tube.' ' 14.- Surface développée suivant la revendication 13, caractéri- sée en ce que chacun des éléments consiste en une ailette plate faisant sail- lie radialement sur le tube.

   15.- Surface développée suivant la revendication 13, caractéri- sée en ce que le tube porte une série d'éléments identiques soudés sur ses 'parois opposées et faisant saillie radialement en sens opposés, chacun de ces éléments ayant la forme d'une ailette plate et des éléments voisins de chaque côté du tube étant étroitement juxtaposés bord à borda 16.- Surface développée pour échangeurs de chaleur, caractérisée en ce qu'elle oomprend une paroi de base en métal ayant une résistance élevée à la traction et un faible coefficient de dilatations et des éléments bimétalliques analogues à des tiges fixés debout et faisant saillie sur la paroi de base,

   chacun de ces éléments possédant un noyau d'un métal ayant une résistance élevée à la traction et substantiellement le même coefficient de dilatation que le métal de la paroi de base à l'intérieur d'un corps mé- tallique ayant une bonne conductibilité calorifique et un coefficient de dilatation supérieur à celai du noyau, et une connexion soudée-entre le noyau et la paroi de base fixant l'élément à la paroi de base d'une manière qui n'est pas influencée par la dilatation ni par la contraction de l'élément en service., 17.- Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de tubes métalliques espacés les uns des autres pouvant être parcourus par le fluide de la chaudière,

   et une multiplicité de fils bimétal- liques substantiellement parallèles faisant saillie transversalement à travers <Desc/Clms Page number 11> les tubes et joints aux tubes de manière à leur donner une surface déve- loppée;, chacun de ces fils possédant un noyau de métal ayant une conduc- tibilité calorifique élevée à l'intérieur d'une enveloppe de métal ayant substantiellement le même coefficient de dilatation que le métal des tubes et une résistance à l'oxydation à l'air à températures élevées meilleure que le cuivre, ces fils étant soudés aux tubes à l'endroit où ils les tra- versent.

   18.- Procédé de préparation de surfaces développées pour éohan- geurs de chaleur comprenant une paroi de base en métal à résistance élevée à la traction et des éléments étroitement espacés de bonne conductibilité calorifique fixés à la paroi de base et faisant saillie sur cette parole ca- ractérisé en ce qu'on produit un élément bimétallique comprenant un noyau de métal de conductibilité thermique élevée et ayant un coefficient de dila- tation élevé à l'intérieur d'une enveloppe de métal ayant un coefficient de dilatation plus faible mais une résistance à la traction plus élevée et une résistance à l'oxydation et à la corrosion à l'air à des températures élevées meilleures que celles du métal du noyau-.,

   en ce qu'on applique un recuit à l'élément bimétallique et en ce qu'on soude l'élément bimétallique à une paroi de base en métal ayant substantiellement le même coefficient de dila- tation que l'enveloppe,cette dernière étant soudée directement à la paroi de base.

   19.- Procédé de préparation de surfaces développées pour échan- geurs de chaleur possédant une paroi de base d'un métal ayant une résistan- ce élevée à la traction et des éléments analogues à des fils étroitement espacés, ayant une bonne conductibilité calorifique, fixés à la paroi de base et en faisant saillie, caractérisé en ce qu'on produit un fil bimétal- lique possédant un noyau de métal à conductibilité calorifique élevée et ayant un coefficient de dilatation élevé à l'intérieur 'd'une enveloppe de métal ayant un coefficient de dilatation plus faible mais une résistance à la traction plus élevée et une résistance à l'oxydation et à la corrosion à l'air à températures élevées meilleure que celle du métal du noyau,,

   en ce qu'on applique un recuit au fil pour utiliser ainsi le coefficient de dila- tation plus élevé du métal du noyau à la dilatation de l'enveloppe au-delà de sa limite d'élasticité et à la production d'une zone-tampon des efforts entre le noyau et l'enveloppe, cette zône tamponnant les efforts dus aux coefficient de dilatation différents des deux métaux et résultant de la di- latation plus élevée du noyau quand on soumet le fil à 1,'action de la chaleur et en ce qu'on soude le fil bimétallique à une'paroi de base de métal ayant substantiellement le même coefficient de dilatation que l'enveloppe, cette dernière étant soudée directement à la paroi de baseo 20.- Procédé suivant la revendication 19,

   caractérisé en ce qu' on découpe le fil en éléments analogues à des tiges et en ce qu'on soude les éléments debout sur la paroi de base, de manière que le noyau forme un bon contact de conduction de la chaleur avec la paroi de base et que l'enveloppe soit ,soudés directement à cette paroio 21.- Procédé suivant la-revendication 19,caractérisé en ce qu'on applique une couche de matière vitreuse sur les surfaces exposées de la paroi de base et des éléments analogues à des fils.

   22.-.Précédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce qu'on applique une couche de matière vitreuse sur les surfaces exposées de la paroi de base et des éléments analogues à des tiges.

   23.- Procédé de préparation d'un échangeur de chaleur possé- dant un certaih nombre de tubes d'un métal ayant une résistance élevée à la traction et un coefficient de dilatation relativement faible, raccordés par un certain nombre de fils ayant une bonne conductibilité de la chaleur et disposés transversalement par rapport aux tubes,

   caractérisé en ce qu' on produit un fil bimétallique possédant un noyau de métal de conductibili- té calorifique élevée et ayant un coefficient de dilatation élevé à l'in- térieur d'une enveloppe de métal ayant un coefficient de dilatation sub- stantiellement égal à celui des tubes mais une résistance plus élevée à la <Desc/Clms Page number 12> traction et une résistance à l'oxydation à l'air à températures élevées meil- leure que celle du métal du noyau, en ce qu'on recuit le ìl,

   en ce qu'on dispose le fil comme il est nécessaire sur les tubes et en ce qu'on les fixe simultanément 1-'un à l'autre par soudage à résistance d'un certain nombre de joints entre le fil et les tubes