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La présente invention concerne des échangeurs de chaleur tubulaires présentant des tubes d'échangeurs de chaleur munis de lamelles, de nervures ou d'ailettes.. (indiquées ci-après simplement par "aliettes") sur leurs surfaces ex- ternes. L'invention fournit des perfectionnements de construction qui sont des- tinés principalement à des échangeurs de chaleur pour être utilisés avec des gaz chauffés provenant des piles atomiques, mais qui peuvent être susceptibles d' autres applications à des échangeurs de chaleur qui nécessitent des tubes présen- tant des surfaces étendues enfermées dans un espace limité.
Suivant l'invention, on fournit un tube d'échangeur de chaleur à ailet- tes externes, perfectionné, dans lequel les ailettes sont faites par moitiés dont chacune s'étend sensiblement sur la moitié de la circonférence du tube et est soudée à ce dernier par soudage par résistance. Des tubes construits de cette fa- con présentent l'avantage important de pouvoir être agencés près les uns des autres dans un échangeur de chaleur de façon que les deux moitiés de'chaque ailette fasse saillie dans des espaces situés sur les c8tés opposés des tubes où il exis- te un écoulement actif de fluide entre les tubes,
tandis que les jonctions entre les moitiés d'ailettes occupent les régions relativement stagnantes se trouvant à l'avant et à l'arrière des tubes par rapport au sens d'écoulement du fluide dans les espaces compris entre les tubes. Avantageusement, chaque ailette présente une forme rectangulaire plus longue que large, divisée en deux moitiés le long de son axe plus court.
Cet agencement non seulement évite les espaces vides compris entre les tubes qui peuvent exister lorsqu'on a recours à des tubes présentant des ailet- tes circulaires, mais augmente également l'efficacité des ailettes en augmentant la surface des ailettes en contact avec le courant mobile du fluide entre les tubes en comparaison de la surface de contact avec le fluide dans les régions relative- ment stagnantes se trouvant à l'avant et à a'arrière des tubes par rapport au sens d'écoulement du fluide.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de plusieurs exemples d'échangeurs de chaleur, et de tubes d'échangeurs de chaleur construits suivant l'invention, faite en regard des dessins annexés dans lesquels ; la figure 1 est une vue fragmentaire en perspective d'un tube d'é- changeur de chaleur; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de for- me de tube d'échangeur de chaleur; la figure 3 est une coupe fragmentaire d'une partie d'un échangeur de chaleur, prise perpendiculairement aux axes des tubes d'échangeurs de chaleur; la figure 4 est une vue fragmentaire d'une autre variante de tube d'échangeur de chaleur; la figure 5 est une vue en perspective d'une ailette emboutie destinée à être utilisée dans la réalisation du tube représenté sur la figure 4 ;
la figure 6 est une coupe fragmentaire d'une partie d'un échangeur de chaleur utilisant des tubes à ailettes construits comme représenté sur les fi- gures 4 et 5. la coupe étant prise perpendiculairement aux axes des tubes; les figures 7, 8 et 9 sont des vues correspondant aux figures 4, 5 et 6 respectivement, montrant une autre variante d'un tube d'échangeur de chaleur; la figure 10 est une coupe fragmentaire d'une partie d'un échangeur de chaleur qui peut comporter des tubes d'échangeurs de chaleur ayant une forme représentée sur la figure 1 ou sur les figures 2 et 3, ou sur les figures 4, 5 et 6, ou sur les figures 7, 8 et 9; et la figure 11 est une coupe correspondante du même échangeur de chaleur prise dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 10.
Le tube d'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 des dessins
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comprend un tube cylindrique 1 présentant des ailettes externes constituées en'moitiés 2, chaque moitié 2 d'ailette présentant une forme sensiblement carrée, de sorte que l'ailette complète constituée par les deux moitiés est rectangulaire et plus longue que large, les c8tés plus longs étant sensiblement deux fois plus long que sescôtés plus courts. Chaque moitié d'ailette présente sur un coté un évi- dement semi-circulaire qui s'ajuste autour de la surface externe du tube 1 de façon que chaque moitié d'ailette s'étende sensiblement sur la moitié de la cir- conférence du tube, comme représenté sur la figure 1.
Les extrémités des moitiés d'ailette qui viennent bout à bout sur les côtés opposés du tube lorsque l'ailette complète est en position sur le tube présentent de courts prolongements courbés à angle droit par rapport au plan général de l'ailette de façon à former des re- bords ou pattes 4.
Aussi bien le tube 1 que les moitiés d'ailettes 2 peuvent être en a- cier doux, les moitiés d'ailette étant soudées par résistance au tube 1 et les re- bords ou pattes 4 formées aux extrémités de chaque moitié d'ailette étant soudés par résistance aux pattes correspondantes de la moitié opposée de l'ailette. On peut effectuer le soudage au moyen d'une machine de soudage automatique d'un type connu dans laquelle les deux moitiés de chaque ailette sont pressées'en position contre le tube 1 et soudées au tube et l'une à l'autre simultanément.
Les rebords ou pattes 4 agissent à titre de pièces d'écartement entre les ailettes, et également à titre de moyen de renforcement du tube de façon à augmenter la longueur maximum du tube qui peut être supportée dans un échangeur de chaleur sans qu'il soit nécessaire de recourir à un support intermédiaire quel- conque pour empêcher un fléchissement ou une vibration excessifs. Les rebords ou pattes 4 sont très rapprochés les uns des autres et viennent bout à bout les uns avec les autres de façon à former des nervures continues qui s'étendent le long du sommet et de la base du tube lorsque ce dernier est supporté, le coté plus long des ailettes étant horizontal.
Bien que la construction représentée sur la figure 1 se soit révélée comme satisfaisante en pratique, on a éprouvé des difficultés à la fabriquer, en partie en raison du fait que les rebords ou pattes 4 occasionnent une difficulté dans la manipulation mécanique des moitiés d'ailettes dans une machine à souder automatique, et en partie en raison du fait que de légères erreurs dans les dimen- sions des pièces peuvent faire en sorte que les baguettes de soudure situées entre les rebords ou pattes 4 soient terminées, en court-circuitant ainsi le courant de soudage avant que la baguette de soudure formée entre les moitiés d'ailette et le tube puisse devenir efficace.
Les figures 2 et 3 montrent une variante de construction qui élimine les difficultés indiquées ci-dessus en prévoyant le tube 1 muni de deux bander mé- talliques 5 soudées au tube de façon à former des nervures de renforcement s' étendant le long du sommet et'de la base du tube. Dans cette construction, les moitiés d'ailettes 10 sont généralement analogues aux moitiés d'ailette 2 repré- sentées sur la figure le mais ne présentent pas les prolongements formant les rebords ou pattes 4.
Dans la construction du tube à ailettes représenté sur la figure 2, les bandes 5 sont d'abord soudées au tube, de préférence par soudage par projec- tion, puis les moitiés d'ailette 6 (qui sont construites de façon à être ajustées autour du tube 1 sur les c8tés opposés de la bande 5) sont soudées par résistance au tube et aux bandes 5.
Ainsi qu'il ressort des figures 2 et 3, les extrémités des moitiés d'ailette 6, à l'endroit où elles touchent les bandes 5, sont découpées comme représenté en 7 de façon que les extrémités qui viennent au contact des bandes 5 soient espacées des surfaces externes du tube 1. Ceci sert à dégager les ba- guettes de soudure réunissant les bandes 5 au tube,
et diminue également la surface de contact entre les extrémités des moitiés d'ailette et les bandes 5 en diminuant ainsi la capacité de transport de courant des joints situés entre les
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moitiés d'ailette 6 et les bandes 5 suffisamment pour assurer que les moitiés d'ailette soient soudées au tube ! même si les extrémités des moitiés d'ailette 6 viennent au contact des bandes 5 avant que les moitiés d'ailette soient en con- tact efficace avec le tube 1.
La machine utilisée pour souder les moitiés d'ailette au tube peut être de tout type connu capable de presser les deux moitiés de chaque ailette en position contre le tube puis de faire passer un courant de soudage d'une ailet- te à l'autre de façon à effectuer un soudage par résistance des ailettes au tube par la circulation du courant d'une moitié d'ailette au tube par l'intermédiaire des surfaces en contact de cette moitié d'ailette et du tube, puis dù tube à 1' autre moitié d'ailette par l'intermédiaire des surfaces en contact de cette moitié d'ailette et du tube. Le courant circule également par l'intermédiaire de trajets en dérivation qui comprennent les surfaces en contact entre les rebords ou pattes 4 des moitiés d'ailette opposées 2, ou entre les extrémités des moitiés d'ailette 6 et les bandes 5.
On doit prendre soin d'assurer que l'effet de court-cirouitare de ces trajets en dérivation n'empêche pas un soudage efficace des moitiés d'ailet- tes au tube 1. Ceci est grandement facilité lorsque les extrémités des moitiés d'ailettes sont découpées comme représenté en 7, étant donné que la diminution ain- si obtenue des surfaces de contact des moitiés d'ailettes les unes avec les autres ou avec les bandes 7 diminue la totalité du courant de soudage nécessaire pour assurer l'achèvement de la baguette de soudure entre les moitiés d'ailettes et le tube 1.
Le faible espacement des ailettes qui peut être commodément obtenu avec les constructions représentées sur les figures 1 à 3 est limité par le fait qu'un intervalle suffisant doit être laissé entre les ailettes adjacentes pour permettre à des dispositifs de préhension mécaniques de saisir chaque moitié d' ailette pendant le procédé de soudage sans courir le risque de venir en contact avec la moitié d'ailette précédemment soudée.
Par conséquent, lorsqu'on désire un très faible espacement des ailettes, il est commode d'avoir recours à la varian- te de construction représentée sur les figures 4 à 6, dans laquelle les moitiés d'ailettes sont formées par paires, chacune étant découpée à partir d'une seule feuille courbée de façon à la doubler de sorte que chaque feuille forme deux moitiés d'ailette 8 réunies ensemble par des pièces de liaison 9 qui, dans la construction représentée, sont situées aux extrémités des paires des moitiés d' ailettes qui s'étendent autour du tube 1.
Chaque paire d'ailette construite comme représenté sur la figure 5 peut être maintenue par des dispositifs de préhension introduits dans l'espace compris entre les éléments de la paire. Chaque paire d'ailettes peut alors être soudée au tube sans courir le risque que les dispositifs de préhension viennent en contact avec les moitiés d'ailettes précédemment soudées.
Dans la construction représentée sur les figures 4,5 et 6, les paires de moitiés d'ailettes 8 sont construites de façon à être ajustées autour du tube
1, et pour venir au contact les unes des autres par leurs extrémités de façon que chaque moitié d'ailette soit soudée à la fois au tube 1 et aux extrémités de l'autre moitié d'ailette, Les figures 7, 8 et 9 représentent une variante de construction dans laquelle le tube 1 présente des bandes 5 soudées au tube comme décrit en se référant aux figures 2 et 3, les paires de moitiés d'ailettes 8 étant soudées au tube 1 et aux bandes 5. Les figures 7, 8 et 9 montrent également une variante de procédé de formation des paires de moitiés d'ailettes, dans la- quelle les éléments de chaque paire sont réunis parleurs bords externes au moyen d'une pièce de liaison 10.
Cette construction a l'avantage par rapport à celle re- présentée sur les figures 4 et 5 que les bords externes des éléments de chaque paire des moitiés d'ailettes sont directement réunis l'un à l'autre, et par con- séquent peuvent être sasis fortement par les dispositifs de préhension en cours de déploiement sans courir le risque d'être déformés.
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Les paires des moitiés d'ailettes représentées sur les figures 4 à 6 et sur les figures 7 à 9 présentent des parties découpées 7 qui servent aux mêmes fins que celles décrites en se référant aux figures 2 et 3.
Les figures 10 et 11 des dessins représentent un échangeur de chaleur suivant l'invention, dans lequel des tubes à ailettes 1 construits comme représenté sur la figure 1, ou sur les figures 2 et 3, ou sur les figures 4 à 6, ou sur les figures 7 à 9, sont montés par rangées parallèles dans une enveloppe 10 pour effectuer un échange de chaleur entre un liquide qui s'écoule horizontalement à travers les tubes et un gaz qui s'écoule dans le sens vertical dansai'espace compris entre les tubes. Les tubes sont disposés avec les côtés plus longs des ailettes se trouvant dans un plan horizontal de façon que leurs côtés plus courts soient parallèles au sens d'écoulement du fluide! dans les espaces compris entre les tubes.
L'écartement des rangées et des tubes dans les rangées est choisi par rapport aux dimensions des ailettes de façon que ces dernières remplissent presque complètement l'espace compris entre les tubes lorsqu'on observe dans un sens parallèle aux enveloppes des tubes comme représenté sur la figure 11. Cet agencement non seulement élimine les espaces vides entre les tubes mais augmente également l'efficacité des ailettes en augmentant la surfaces des ailettes en contact avec le courant mobile du fluide entre les tubes, en comparaison de la surface en contact avec le fluide dans les régions relativement stagnantes se trouvar immédiatement au-dessus et immédiatement au-dessous des tubes.
L'invention est particulièrement pour des échangeurs de chaleur tubulaires dans lesquels un liquide s'écoulant dans les tubes d'échangeurs de chaleur est chauffé par un gaz chaud circulant sous pression dans un récipient sous pression dans lequel les tubes sont disposés aussi rapprochés les uns des autres que le permettent les ailettes.