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oba.nge'\n' de ahaleur à :flux turbulent"*
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Dîme un r-andnombre de t.s8 de Illndustrîel, ce% ôbU. de procéder au x.l.mr ut au chauffa- de produita divers, ce qui présente souvent de grandets , du fait que dte ax&3. Ayant un faible )àao%evr de tTanemiseioa thsrniqpe ne peuvent êtye ohauf" ,3 = ywfreiMa qu'aie con4anon% trés taiblt ,4 a 613sayd de rduoudre M problbme à ilaïde d'ohaKge%3'N 1.ia de i2itCi dlyernes et da réaliser les -4changews de chaleur de wanàéri qu'un flux mwbalent Boit engendré dans oeo d mmiers, Dans la majorité des 90as, on utilise des surfaces dlêôhanp de chaleur sous
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forme de faisceaux de tubes =,de î3enentim;
on'essaie en /Î ôUtre'd'a6encer les tubes de maniera à assurer une condui ta à contre-courant des agents de chauffage ou de refroidissement et comme modèle le plus perfectionné de ces éçhange1U'G, on peut citer les appareils à doubla serpentins, avec pas à droite et à gauche.
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Pour le dimenaionnement et la fabrication des dohan- genre de chaleur, on se base généralement sur le onoix d'une sur- face d'échange de chaleur de dimeneionsappropriées en 'VUe d'atteindre la puissance nécessaire; de ce fait, on utilise des échangeurs de chaleur surdimenaionnés. Dans un grand J...t' "iW6 de case cette méthode ne conduit cependant pas au résultat recherchée en particulier lorsque l'un des agents est, par ¯ exemple, de l'huile, car lors du refroidissement, l'huile plus
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froide adhère eux surfaces de refraidîaeement et s'y comporte comme une matière isolante.
Ce problème se présente surtout
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dans les domaines où. le oaloporteur est formé par l'huile et , où l'on veut obténir, outre -une sollicitation élevée, également
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un/'taux de lubiificelon (viscosité) constant, A ce sujet, on peut citer par exe1l1ple' ,les maohinac hydrauliques t actionnées par l'huile, dans lesquelle'3 la variation de la vieecsite de l'huile t produite 9ar.la¯flempérature, entraîne une variation de la pression, ce qui est très indésirable lorsqu'on veut obtenir un travail impeooa.ble, 'Un CaS semblable oe présente peur la lubrification de turbinée à vapeur et de moteurs Diesel importante dans lesqulU.c 1... vîeooaîtd ait de ce fa1 'tI, là , ta1.1X de luwl:t:Loat1on .e '3,fh\cl.le 41fi1inue par fâuïte de 1 .- ohauffeNant du flux d'hu.11e..
Tous les produite de viscosité élevée ont un comporte-
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ment semblable à celui de l'huile lors de l' éohange de chaleur.
Certaine lipides et gaz présentent, indépendamment
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de leur viacoaite, également un facteur de transmission de
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chaleur très faible,ce qui se manifeste de fason nuisible surtout lois du refroidissement.
La présente intention vise à remédier aux inconvénients décrits ci-dessus. L'invention est caractérisée par le fait que tous les organes conduisant ou déviant l'agent de refroidissement et de chauffage sont réalisée ou agencés de manière à conduire un milieu dans l'appareil de telle sorte qu'un flux turbulent soit engendré dans l'appareil et que ces organes dirigent simul- tanément un autre milieu en imprimant à ce dernier un flux tur- butent ou un flux de mélange, de préférence également un flux à contre-courant,
En d'autres termes, l'organe conduisant ou dirigeant l'un des milieux, de préférence une conduite tubulaire, est réalisé et agencé de manière à exercer un effet double,
à savoir de manière à imprimer une turbulence ou un flux de mélange direo- tement au milieu conduit et indirectement à l'autre milieu et ainsi qu'à établir également un contre-courant entre ces deux milieux. Lorsque l'organe précité est ainsi, par exemple ,formé par des conduites tubulaires, ce double effet est produit aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur de ces conduites par le fait que le système tubulaire comporte des spires ou des courbures qui impriment un flux turbulent et, de préférence également *Lui flux à contre-courant à l'un des milieux par leur oonfiguration extérieure et à l'autre milieu par leur configuration Intérieure,
L'invention sera décrite plus en détail en se référant au dessin annexé qui représente schématiquement plusieurs exemples de construction non limitatifs de l'échangeur de chaleur oonforme à l'invention; sur ce dessin; la figure 1 représente un appareil qui eN% monté dans une conduite tubulaire et qui comporte un Berpentin continu; la figure 2 représente également un Appareil à serpen- tint l'un des milieux s'engageant dans l'appareil dans le sens
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transversal; la figure 3 représente un appareil comportant un compartiment à chicanée en forme de serpentin.
L'exemple de construction selon la figure 1, qui se composa d'un trés faible nombre de parties constituantes, permet un montage simple dans toute conduite tubulaire rectiligne.
Le raccordement peut être du type à brides, à manchon ou par soudage. Une carcasse 1 de forme cylindrique est rétrécie de façon conique aux deux extrémités et les cônes sont prolongées par une tubulure de raccordement la co-axiale au boîtier cylindri- que. La carcasse renferme en son centre un noyau 2 cylindrique à extrémités coniques ou arrondies, ce noyau étant destiné à refouler entre les serpentins le milieu a qui circule dans le dispositif et qui présente souvent un faible coefficient de transmission thermique.
Entre le noyau et le boîtier sont placés , les serpentine 1 et 1 qui forment les surfaces de transmission thermique proprement dites et qui sont constituées en un matériau approprié, par exemple en cuivre ou même en un matériau résistant 4 la corrosion. Dans ces serpentins circule généralement un agent de refroidissement ayant un coefficient de transmission thermique plus élevé. Les serpentins 3 inté- rieurs sont formés par un tube a pas raide et multiple enroulé autour du noyau 2. Le serpentin 4. extérieur est formé par contre par un tube avantageusement à pas raide et multiple, enroulé en sens opposé sur le serpentin 1 intérieur.
Les deux serpen- tins peuvent être branchés également en série ou en parallèle ou peuvent,au besoin, également quitter l'appareil à la partie conique du bottier, ensemble ou. séparément. le serpentin 1 exté- rieur est réalisé et agencé de manière que ces différente$ spires croisent les spires sous-jacentes du tube 3.
Cet agencement assure que le milieu A entrant dans l'appareil et ayant un facteur de transmission de chaleur,.
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plus faible soit forcé de passer entre les spires du serpen- tin 3, c'est-à-dire les spires intérieures qui dévient le milieu presque perpendiculairement et le conduisent en direc- tion transversale sur les spires! extérieures de manière que les milieux se mélangent et circulent à travers les spires 4 extérieures après qu'il leur ait été imprimé un flux turbulent.
Etant donné que les flux circulant entre les diffé- rents serpentins entrent librement en contact mutuel, cette cir- constance et l'agencement des serpentins assurent que les flux de liquide ou de gaz qui se croisent engendrent une turbulence, même lors d'un flux très faible, cette turbulence étant conservée pendant tout le passage à travers l'échangeur de chaleur.
Les pas et les écarts entre les serpentins intérieurs ou extérieurs ne doivent pas être nécessairement réguliers ou égaux; la carac- téristique essentielle de l'échangeur conforme à l'inventif consiste dans le mélange et dans la turbulence des deux milieux, c'est-à-dire aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur des tubas.
Le noyau g peut être formé lui-même également -par un serpentin et le flux des milieux s'effectue dans ce cas en trois coucha.
Ce mode de construction est utilisé avec des résultats trés face- rables pour des machines hydrauliques, actionnées par l'huile, et les éohangeurs sont insérés dans ce cas dans le circuit d'huile. La même chose est valable pour des turbines à vapeur et des moteurs Diesel importants. L'efficacité des échangeurs son-. formes à l'invention est non seulement due au refroidissement très intense, mais également au fait que le raccordement à la conduits est très simple et que l'encombrement est extrêmement faible. Dans ces échangeurs de chaleur, le volume nécessairre pour une unité de surface de transmission de chaleur est compris entre 1/3 et 1/4 de celui des échangeurs de ohaleur classiques, connus jusqu'ici.
Etant donné son faible encombrement, le dis- positif peut être logé dans un espace réduit à l'intérieur de
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machines et de véhiculée. Son rendement élevé permet en outre une utilisation extrêmement avantageuse dans des régions arides.
Dans la variante selon la figdre 2, le noyau peut être supprimé et remplacé par un tube 1 rectiligne qui fait également partie de la surface de transmission de chaleur, Dans ce mode de construction, la surface de transmission de chaleur n'est pas formée par deux mais, par un nombre plus élevé de serpentins. Il est évident qae les rangées de tubes forment iel également des spires à pas raide et opposé et quittent l'appareil séparément à la paxoi 6 conique. La figure 2 représente une moitié de l'appareil symétrique.
Les deax ex- trémités des serpentine 1 sont fixées à la paroi conique 6¯ et délimitent, conjointement aveo les parois terminales obturant l'extrémité de la carcasse 1, chaque foie un compartiment de distribution aux extrémités de l'appareil. Le milieu B qui cir- cule dans le tube 7a aboutissant dans la paroi terminale 7 se répartit dans ce compartiment et traverse les spires des serpen- tins 2. dans lesquelles un flux turbulent lui est imprima .. Le milieu A qui s'engage simultanément dans l'appareil à travers un tube raccordé à l'enveloppe de la caraasse 1 de l'appareil, se répartit entre les spires des serpentins 3,
passe entre ces dernières également avec un flux turbulent et quitte l'appa- reil par la tubulure 1b, tandis que le milieu B ayant un facteur de transmission thermique plus faible s'engage dans l'appareil et le quitte à ses extrémités de la manière déjà décrite. Cette variante permet la construction d'échangeurs de chaleur de dimensions pratiquement illimitées car l'aug- mentation du diamètre et de la longueur ne présente auoune difficulté.
Cette variante peut être utilisée d'une manière avantageuse comme condenseur, pour la production continue d'eau ohaude, en particulier lorsque la consommation en eau
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chaude est élevée et lorsqu'on ne dispose pas d'emplacement approprié pour le montage de réservoirs volumineux.
Dans la variante représentés à titre d'exemple sur la figure 3, une bande éventuellement nervurée est montre à la place de tubes dans l'appareil et l'agent de transmission de chaleur circule dans le noyau et autour de l'enveloppe du tambour. Cette construction assure le refroidissement ou chauf- fage de matières ayant un facteur de transmission thermique et une capacité thermique extrêmement faibles, avec des intensi- tés très élevées.
Tandis que dans les modes de construction précédents$ l'espace intérieur des ensembles de tubes et l'espace se trou- vant à l'extérieur des tubes forment lea compartiments de récep- tion pour les agents A et b, l'espace intérieur de la carcasse lest séparé dans le mode de construction selon la figura 3 d'une manière différente en des compartiments servant à recevoir les deux agents.
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La tube e servant à l'introduction du mtlicu A a'--*-vase pour former un tube .2 de plue grand diamètre, en forzi < +< tambour# entouré par la oaroasse 1. en le,1oaMt nubiat'' un compartiment annulaire. 'Le milieu B est introduit latéralement et il est conduit partiellement. par le tube 10 abouti 'le
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façon oblique dans le tambour .0. et Rf ét,:,ndAl1t ie long' d.-' l'axe longitudinal de ce tanbour pour quittor l'ëûha.nr 1 t extrô'" mité opposée de la carcasse.
Dana le cJmçartiw=nt i?:tenaur -iK tambour 1. des chicanes 11 en forme de scrpentin sont plaoe Sec autour du tube 10 et des chicanes 12 en forme de seipe:>:loei fur la face intérieure du tambour ces chicanes impri?iant psli- suite de leur orientation opposée,, im flux turbulent à 1':.;s;nt qui traverse le tambour 1, et foroeent oimultanément une plus grande surface de transmission de chaleur pour les deux agents,
Cette variante peut être utilisée d'une manière
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avantageuse surtout pour le refroidissement et le chauffage de gaz lorsque la séparation des gaz est effectua par un procédé de condensation ou de congélation.
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oba.nge '\ n' from ahaeat to: turbulent flow "*
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Tithe a r-andnumber of t.s8 of Illndustrîel, this% ôbU. to proceed to the x.l.mr ut heating of various products, which often presents largeets, due to the fact that dte ax & 3. Having a weak) àao% evr of tTanemiseioa thsrniqpe cannot be ohauf ", 3 = ywfreiMa that has con4anon% very weak, 4 to 613sayd to solve M problem at ilaïde ohaKge% 3'N 1.ia of i2itCi dlyernes and to achieve the -4changes of wanari heat that a mwbalent flux Boit generated in oeo d mmiers, In the majority of the 90a, one uses surfaces of heat expansion under
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form of bundles of tubes =, de î3enentim;
one tries in / ÎôUtre 'to arrange the tubes so as to ensure a condui ta against the current of the heating or cooling agents and like the most perfected model of these exchanges, one can quote the devices with double coils, with steps to the right and to the left.
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For the sizing and manufacture of heat generators, it is generally based on the choice of a heat exchange surface of suitable dimensions in order to achieve the required power; therefore, oversized heat exchangers are used. In a large J ... t '"iW6 box, however, this method does not lead to the desired result in particular when one of the agents is, for example, oil, because during cooling, the oil more
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cold adheres to the cooling surfaces and behaves there like an insulating material.
This problem occurs mainly
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in the areas where. the oaloporteur is formed by the oil and, where it is desired to obtain, in addition to a high stress, also
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a / 'constant rate of lubrication (viscosity), On this subject, mention may be made, for example, of hydraulic maohinac t actuated by oil, in which the variation in the life of the oil t produced 9ar.la ¯ temperature, causes a variation of the pressure, which is very undesirable when one wants to obtain an impeooa.ble work, 'A CaS similar oe presents fear the lubrication of steam turbines and of diesel engines important in which lU.c 1. .. vîeooaitd has this way, there, ta1.1X of luwl: t: Loat1on .e '3, fh \ cl.le 41finue by fâuïte of 1 .- heating from the flow of oil.11th ..
All products of high viscosity have a behavior.
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similar to that of oil during heat exchange.
Certain lipids and gases present, independently
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of their viacoaite, also a factor of transmission of
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very low heat, which manifests itself in a detrimental way, especially the laws of cooling.
The present intention aims to remedy the drawbacks described above. The invention is characterized by the fact that all the members leading or deflecting the cooling and heating medium are made or arranged so as to lead a medium in the apparatus such that a turbulent flow is generated in the apparatus and that these members simultaneously direct another medium by imparting to the latter a turbulent flow or a mixture flow, preferably also a counter-current flow,
In other words, the organ leading or directing one of the media, preferably a tubular pipe, is made and arranged so as to exert a dual effect,
namely so as to impart a turbulence or a flow of mixture directly to the conducted medium and indirectly to the other medium and as well as also to establish a counter-current between these two mediums. When the aforementioned member is thus, for example, formed by tubular conduits, this double effect is produced both inside and outside these conduits by the fact that the tubular system comprises turns or curvatures. which imprint a turbulent flow and, preferably also * Him flow against the current to one of the mediums by their external configuration and to the other medium by their Internal configuration,
The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawing which schematically shows several non-limiting examples of construction of the heat exchanger oonforme to the invention; on this drawing; FIG. 1 shows an apparatus which is mounted in a tubular pipe and which comprises a continuous Berpentin; FIG. 2 also shows an apparatus for snaking one of the media engaging the apparatus in the direction
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transverse; FIG. 3 represents an apparatus comprising a baffled compartment in the form of a coil.
The example of construction according to FIG. 1, which consisted of a very small number of constituent parts, allows simple assembly in any straight tubular pipe.
The connection can be of the flanged, sleeve or welding type. A cylindrically shaped carcass 1 is conically narrowed at both ends and the cones are extended by a connection pipe coaxially to the cylindrical housing. The carcass contains in its center a cylindrical core 2 with conical or rounded ends, this core being intended to push back the medium a which circulates in the device and which often has a low thermal transmission coefficient between the coils.
Between the core and the housing are placed the serpentines 1 and 1 which form the actual heat transmitting surfaces and which are made of a suitable material, for example copper or even a corrosion resistant material. In these coils generally circulates a cooling medium having a higher thermal transmission coefficient. The internal coils 3 are formed by a stiff and multiple pitch tube wound around the core 2. The external coil 4. is formed on the other hand by a tube advantageously with a stiff and multiple pitch, wound in the opposite direction on the internal coil 1. .
The two coils can also be connected in series or in parallel or can, if necessary, also leave the device at the conical part of the housing, together or. separately. the outer coil 1 is made and arranged so that these different turns cross the underlying turns of the tube 3.
This arrangement ensures that the medium A entering the apparatus and having a heat transmission factor ,.
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weaker is forced to pass between the turns of the coil 3, that is to say the inner turns which deflect the medium almost perpendicularly and lead it in a transverse direction on the turns! external so that the media mix and circulate through the outer turns 4 after they have been imparted a turbulent flow.
Since the flows circulating between the different coils freely come into contact with each other, this circumstance and the arrangement of the coils ensure that the intersecting liquid or gas flows generate turbulence, even during a flow. very low, this turbulence being maintained throughout the passage through the heat exchanger.
The pitches and the distances between the indoor or outdoor coils do not necessarily have to be regular or equal; the essential characteristic of the heat exchanger according to the inventive one consists in the mixing and in the turbulence of the two media, that is to say both inside and outside the tubas.
The nucleus g can also be formed by a coil and the flow of media takes place in this case in three layers.
This method of construction is used with very good results for hydraulic machines, driven by oil, and the exchangers are inserted in this case in the oil circuit. The same is true for large steam turbines and diesel engines. The efficiency of sound exchangers. forms of the invention is not only due to the very intense cooling, but also to the fact that the connection to the duct is very simple and that the bulk is extremely small. In these heat exchangers, the volume required for a unit of heat transmission area is between 1/3 and 1/4 of that of conventional heat exchangers known hitherto.
Given its small footprint, the device can be accommodated in a reduced space inside the
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machines and vehicles. Its high efficiency also allows extremely advantageous use in arid regions.
In the variant according to figdre 2, the core can be omitted and replaced by a rectilinear tube 1 which is also part of the heat transmission surface, In this construction mode, the heat transmission surface is not formed by two but by a higher number of coils. It is evident that the rows of tubes also form steep and opposite turns and leave the apparatus separately at the conical paxoi 6. Figure 2 shows one half of the symmetrical apparatus.
The deax ends of the serpentine 1 are fixed to the conical wall 6¯ and define, together with the end walls closing off the end of the carcass 1, each liver a distribution compartment at the ends of the apparatus. The medium B which circulates in the tube 7a ending in the end wall 7 is distributed in this compartment and passes through the turns of the coils 2. in which a turbulent flow is imparted to it. The medium A which simultaneously engages in the device through a tube connected to the casing of the casing 1 of the device, is distributed between the turns of the coils 3,
passes between these also with a turbulent flow and leaves the apparatus through the tubing 1b, while the medium B having a lower thermal transmittance enters the apparatus and leaves it at its ends in the same way. already described. This variant allows the construction of heat exchangers of practically unlimited dimensions since the increase in diameter and length does not present any difficulty.
This variant can be used advantageously as a condenser, for the continuous production of hot water, in particular when the water consumption
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temperature is high and when a suitable location is not available for mounting large tanks.
In the variant shown by way of example in FIG. 3, an optionally ribbed strip is shown in place of tubes in the apparatus and the heat transfer medium circulates in the core and around the casing of the drum. This construction ensures the cooling or heating of materials having an extremely low thermal transmittance and thermal capacity, at very high intensities.
While in the previous construction modes the interior space of the tube assemblies and the space outside the tubes form the receiving compartments for agents A and b, the interior space of the weight carcass is separated in the construction mode according to figure 3 in a different way into compartments for receiving the two agents.
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The tube e used for the introduction of the mtlicu A has' - * - vase to form a tube .2 of larger diameter, in forzi <+ <drum # surrounded by the oaroasse 1. in the, 1oaMt nubiat '' a annular compartment. 'Medium B is introduced laterally and is partially conducted. through tube 10 terminated on
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obliquely in the drum .0. and Rf ét,:, ndAl1t ie long 'd.-' the longitudinal axis of this tanbour to leave the ëûha.nr 1 t opposite end of the carcass.
Dana le cJmçartiw = nt i?: Tenaur -iK drum 1. baffles 11 in the shape of a scrpentin are placed around the tube 10 and baffles 12 in the shape of a seipe:>: loei fur the inner face of the drum these baffles printed? iant psli- as a result of their opposite orientation ,, im turbulent flow to 1 ':.; s; nt which passes through drum 1, and simultaneously foroeent a greater heat transmission surface for the two agents,
This variant can be used in a way
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especially advantageous for the cooling and heating of gases when the separation of the gases is effected by a condensation or freezing process.