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ELEMENT A AILETTES POUR ECHANGEURS DE CHALEUR.
La présente invention concerne un appareil destiné à l'échange de la chaleur entre deux fluides canalisés et, plus particulièrement, à une forme perfectionnée des éléments destinés à agrandir la surface d'échange dans les échangeurs de chalmeur du types plateaux.
Un échangeur de chaleur d'un type usuel pour deux fluides canali- sés comporte des plateaux métalliques espacés pour former des conduits dans certains desquels circule un fluide pour la transmission de la chaleur, à travers les parois formées par les plateaux, à un autre fluide circulant dans des conduits adjacents, les conduits destinés au passage du fluide chauf- fant alternant avec les conduits laissant passer le fluide à chauffer. Les intervalles entre les plateaux consécutifs sont fermés le longde deux côtés opposés en vue de la fermeture des conduits de circulation des fluides.
Pour augmenter l'efficacité de la transmission de la chaleur entre deux fluides à travers les parois des conduits, on les munit fréquemment d'é- léments d'agrandissement de la surface sous la forme d'ailettes.s'étendant dans les courants des fluides. La présente invention envisage des perfec- tionnements aux éléments d'agrandissement de la surface sous la forme d'élé- ments préfaçonnés montés entre des plateaux parallèles et assemblés avec ceux-ci pour agrandie la surface des parois des conduits formés par les pla- teaux. L'invention a plus précisément pour objet une forme perfectionnée d'une ailette échangeuse en forme de bande discontinue insérée dans le con- duit à fluide et orientée dans la direction de l'écoulement du fluide.
Pour la construction d'échangeurs de chaleur en général, et plus particulièrement d'échangeurs pour turbines à gaz, il convient d'agencer l'ensemble pour une circulation à contrecourant. Si on désire obtenir dés rendements relativement élevés, par exemple de 80% et plus, la circulation à contre-courant est la seule qui soit pratiquement applicable.
Le seul
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inconvénient consiste en ce que le constructeur n'est pas libre de choisir' le rapport le plus favorable entre les surfaces frontales pour les deux flui- des, étant donné que ce rapport est établi en contrecourant et que la surfa- ce frontale est commune aux deux fluideso
Dans une installation à turbine à gaz, la chaleur est échangée entre un gaz se présentant à peu près à la pression atmosphérique et une masse d'air-sous une pression de 4 à 5 fois supérieure à celle de l'air extérieur. La surface chauffante supplémentaire sur le côté du gaz doit être une surface très efficace, se présentant par exemple sous la forme d'ai- lettes réduites s'étendant entre les plateaux largement espacés pour former les conduits.
La surface de chauffage supplémentaire sur le côté de l'air est jusqu'ici constituée par un élément profilé en U ou par des plaques can- nelées, généralement carrées, formant des ailettes en bande continue s'éten- dant entre les plateaux peu espacés formant les conduits à air.
Le but de la présente invention est de créer un élément d'agrandis- sement de la surface destiné à remplacer les ailettes en bande continue uti- lisées jusqu'ici sur le côté de l'air. La surface ainsi obtenue assure un coefficient de transmission plus élebé de la chaleur, et ce perfectionnement de la transmission de la chaleur est même plus sensible en présence de fai- bles charges ou de charges partielles, étant donné que le coefficient pelli- culaire diminue en raison de la 0,8ème puissance avec la vitesse de masse pour des conduits continus, et à peu près en raison de la 0,65ème puissance pour des conduits discontinus.
L'invention sera mieux comprise par la description ci-après des modes de réalisation en regard du dessin annexé sur lequel : la fig. 1 est une vue partielle en coupe transversale d'un échan- geur de chaleur dans lequel les parois des conduits sont garnies d'éléments d'agrandissement de la surface suivant l'invention. la fig. 2 est une vue partielle en perspective à plus grande échel- le d'un des éléments à ailettes que montre la fig. 1. la fig. 3 est une vue en plan d'un flan ou d'une bande métallique utilisé pour le façonnage de l'élément à ailettes que montre la fig 2. la figo 4 est une vue en coupe longitudinale, suivant la ligne 4-4 de la fig 1, des conduits de 1'échangeur de chaleur
Les figs. 5 et 6 sont des vues en coupe montrant des variantes de l'élément à ailettes.
Sur la fig ; 1 du dessin, 10 et 11 désignent deux plateaux métalli- ques espacés pour former un conduit 12 destiné au passage de l'air ou d'un autre fluide à chauffer qui doit circuler en contact indirect rechange avec un autre fluide, par exemple un gaz chaud, passant' dans les conduits 13 al- ternant avec les conduits à air 12 et séparés de ceux-ci par les parois cons- tituées par les plateaux 10 et 11. La surface supplémentaire s'étendant des parois 10 et 11 dans le conduit à air 12 est constituée, suivant la présente invention, par un certain nombre d'éléments à ailettes, indiqués d'une maniè- re générale en 14, alignés côte à côte dans le conduit 12, et de préférence assemblés avec les surfaces en regard l'une de l'autre des plateaux 10 et Il délimitant le conduit.
Chacun de ces éléments à ailettes 14 est façonné en partant d'une bande métallique 15, dans laquelle sont pratiquées des fentes indiquées en 16 de la fig ; 3, partant de chaque bord longitudinal 17 et formant ainsi des languettes qui peuvent être pliées alternativement en partant des deux faces de l'âme ou de la bande centrale 18, de la manière indiquée sur la fig 2.
Les languettes 20 sont pliées vers le haut le long des bords opposés de 1'â- me 18 de la bande, et alternant avec d'autres languettes 21 pliées vers le bas. Les bords extrêmes de toutes les languettes sont coudés pour être parallèles à l'âme 18 et pour former des brides'latérales 22 perpendiculaires aux languettes 20. Ces brides 22 forment en quelque sorte des pieds prenant
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appui sur la surface des plateaux 10 et 11. @
Pour la construction d'une cellule d'échangeur de chaleur, -on- assemble côte à côté plusieurs éléments à ailettes 14 du genre indiqué sur la fig. 2, entre les deux plateaux 10 et 11 formant les parois de la cellu- le échangeuse.
Les éléments 14 sont montés sur le plateau 11 de façon que les bords 23 des brides latérales 22 des éléments 14 consécutifs se touchent de la manière indiquée sur la figo la On pose ensuite le plateau 11 sur les éléments 14 assemblés jointivemento Les éléments aux bords extrêmes des pla- teaux 10 et 11 peuvent être soudés par points à ces plateaux avant la brasure de la totalité des éléments à ailettes avec les plateaux 10 et 11. Avant la brasure, on intercale bien entendu des bandes de métal de brasure ou si- milaires entre les pieds 22 et les plateaux 10, 11 au cours de l'assemblage.
Les proportions relatives de l'âme 18 de l'élément à ailettes 14 et des languettes 20,21 sont choisies telles que le diamètre hydraulique de chacun des couloirs a (fig. 1) entre deux languettes 20 ou 21 d'un élément particulier soit égal au rayon hydraulique du couloir b formé entre deux é- léments 14 consécutifs par l'espacement de ceux=ci à l'aide des brides laté- rales 22.
Sur le côté du gaz des plateaux 10, 11, la surface supplémentai- re peut être constituée dans les conduits 13 par les barettes 30 de tringles ondulées. Dans un échangeur de chaleur composé de plusieurs cellules du genre qui vient d'être décrit, les côtés latéraux des conduits sont obstrués par des platines 31. Si le gaz circule dans les conduits 13 en contrecourant avec l'air dans les conduits 12, les intervalles correspondants entre les cellules consécutives sont obstrués de la manière usuelle'le long des côtés latéraux par d'autres platines 32.
Vans le mode de réalisation que montre la fig. 5, l'Orne 33 de chaque élément à ailettes présente des parties 35 et 36 alternativement surélevées et surbaissées, de sorte que la surface de l'âme est discontinue' ou n'est pas plane dans la direction de la circulation du gaz, ce qui empêche la formation d'une couche-limite le long de la surface longitudinale de l'âme 33.
L'élément à ailettes 34 que montre la figo 6 est similaire à ce- lui de la fig. 1, sauf que les languettes dont pliées en V et non pas en U comme dans le premier exemple.
Les éléments à ailettes 14 tels qu'ils viennent d'être décrits permettent la construction d'un échangeur de chaleur plus équilibré s'ils sont utilisés avec d'autres surfaces supplémentaires et hautement efficaces sur 1-'autre coté de la paroi de séparation, ce qui se traduit par un parcours de longueur plus réduite à l'intérieur de l'échangeur. Les éléments 14 as- surent automatiquement l'espacement. La cellule peut être remplie avec ces élénents, et les éléments extrêmes peuvent être soudés par points aux plateaux avant la brasure. Le pliage de la matière est réduit au minimum.
Une surface usuelle formée par des profilés en U ou par des feuilles canne- lées présente une proportion de pliage de 50%, c'est-à-dire que la moitié de la surface est en contact avec une partie correspondante d'un élément à ailettes, de sorte que l'épaisseur du métal est doublée dans ces zones qui s'étendent au total sur la moitié de la surface des plateaux. La surface créée suivant l'invention ne présente que 16 à 17% de pliage.
Un autre avantage consiste en ce qu'un élément allongé à ailet- tes discontinues peut être fabriqué sans la perte importante de matière ré- sultant du découpage d'ailettes longitudinales continues pour l'obtention d'ailettes discontinues. Dans le présent cas, la seule perte très réduite de matière est celle qui résulte des fentes 16.