CH153284A - Heat exchanger. - Google Patents

Heat exchanger.

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CH153284A
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CH
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heat exchanger
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French (fr)
Inventor
Desire Beck Emile Franc Arnold
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Beck Emile Francois Arnold Des
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  

      Echangeur    de chaleur.    L'invention a pour objet un échangeur  de chaleur servant à l'échauffement, à l'aide  de gaz     chauds.,    de     fluides    circulant dans son  intérieur sous     haute    pression, constitué par  des éléments juxtaposés dont chacun com  porte au     moins,    un     tube    cylindrique étiré de  haute résistance,

   ce ou ces tubes étant enro  bés dans le métal de corps au moins     partiel-          lément    métalliques dont la conformation a  pour résultat de remplacer la forme     cylindri-          que    extérieure des tubes par des     surfaces     extérieures qui assignent aux     ,gaz        chauds    des  trajectoires rectilignes     -et        ,sans    remous dans  leur passage entre les éléments juxtaposés  lui constituent l'échangeur.  



  Par la juxtaposition d'un     certain.    nombre  l'éléments ainsi constitués, les espaces libres  lui les séparent     forment    eux-mêmes les     ca-          -aux    rectilignes réservés aux gaz, qui y     che-          ninent    sans remous au changements de     di-          ..ection.     



  L'invention repose sur la faculté que     pos-          'èdent    les métaux de transmettre en tous    sens, par conductibilité, des quantités de cha  leur dont     l'importance    est fonction des sec  tions de métal     mises    en jeu; si un tube ren  fermant un liquide est mis en contact in  time avec un corps métallique dont la sec  tion transversale soit importante par rapport  à s'a surface extérieure, la température de ce  corps: s'uniformisera d'autant mieux avec       celle    du tube que sa section métallique sera  plus forte, de telle façon que ce corps repré  sentera un prolongement effectif de la sur  face du tube lui-même.  



       Cette    association -du tube cylindrique  étiré avec le corps. métallique qui l'enveloppe  permet, en même temps que le chauffage  des fluides sous les plus hautes pressions,  d'assigner aux surfaces extérieures de confor  mations rectilignes, qui, en supprimant tous  remous par changements de direction du  flux gazeux écartent la cause     principale    des  dépôts poussiéreux sur les surface, de  chauffe et des     résistances    au passage des gaz  au travers -de ces mêmes. surfaces.      Ces échangeurs de chaleur, entre autres       usages,    s'appliquent particulièrement au  chauffage, à laide des gaz provenant d'un  foyer, de l'eau sous très haute pression ser  vant à l'alimentation des chaudières à va:  peur modernes.  



  Les appareils peuvent être disposés pour  que le flux gazeux circule, soit perpendicu  lairement, soit parallèlement à la direction  des tubes renfermant le fluide à échauffer.  



  L'invention peut être réalisée, suivant les  cas qui se présentent, sous l'une ou l'autre       Tes    formes d'exécution représentées, à titre  d'exemple, respectivement en vue et en coupe,  par les     fig.    2 à 12 annexées à la description.  



  Suivant la     fig.    2, les tubes a en. métal  étiré sont entourés .de corps métalliques c en  fonte de fer (ou autres     métaux)    qui recou  vrent toute la. longueur du tube.  



  La. flèche d indique la direction -du cou  rant gazeux qui, après avoir pénétré par les  surfaces     adductrices    e, passe entre les surfa  ces planes f .  



  Pour assurer l'épanouissement optimum  des gaz à la;     sortie,    l'élément métallique     est     complété par une pièce     h    en matière réfrac  taire dont le profil rappelle celui     d'une    poupe  de navire. D'ailleurs, la     surface    métallique i  est considérée comme inactive et     ,destinée,    si  les     pièces    h ne sont pas appliquées, à être       bientôt    remplie par les poussières, tandis que  les surfaces actives e, f     restent    absolument  libres de tous .dépôts.  



  La section évidée i pourrait évidemment  être remplie de métal, mais le poids total  deviendrait beaucoup plus élevé sa-us aucune       utilité.     



  Suivant l'importance des échanges ther  miques à obtenir, le corps c peut être accou  plé     (fig.    3) à un ou plusieurs corps supplé  mentaires     c'        superposés,    dont chacun com  porte un tube     étiré    a.  



  Ces différents     corps    peuvent aussi n'en  former qu'un seul e     (fig.    4). enveloppant  deux ou plusieurs tubes; dans ce cas, les évi  dements j sont ménagés dans ces corps pour  en réduire le poids.    Les appareils peuvent également être     dis-          posés,    pour que le courant gazeux circule pa  rallèlement à la direction des tubes a; les  profils de     surfaces    sont toujours rectilignes  dans le sens du flux gazeux, mais ils peu  vent     affecter    des formes assez diverses dont  les deux principales sont représentées en  f     ig.    5 -et 6.  



  La fi-. 5 représente des corps plats c jux  taposés, dans lesquels     les,    tubes a sont noyés;  le flux gazeux passe en     k    entre les deux sur  faces rectilignes f ; les trous     j    constituent les  évidements.  



  La     fig.    6     représente    un autre profil d'é  léments en étoile qui, par leur juxtaposition,  forment .des passages de gaz circulaires faci  les à     nettoyer    si c'était nécessaire; a sont les  tubes étirés, c les corps métalliques, k les  passages des gaz.  



  Lorsqu'il     s'agit    de refroidir des gaz très  chauds, le corps c peut avoir une section       transversale    uniforme sur toute sa longueur,  sa surface     extérieure    restant lisse     (fig.    2,  3, 4).  



  Il est cependant, dans la plupart des     cas,     pourvu de     nervures    ou de lames telles que l  parallèles entre elles     (fig.    7) placées dans  des. plans perpendiculaires     (fig.    8) ou obli  ques     (fig.    9) par rapport aux axes des tubes  et qui constituent ainsi .des.     ailettes    augmen  tant la surface du corps c.  



  Chacun des corps métalliques représentés  aux figures     ci-dessus    décrites, qu'il soit     mo-          notubulâ.ire    ou multitubulaire, constitue un  élément de     l'échangeur.     



  Les fi-. 2, 3 et 5     représentent    deux élé  ments semblables juxtaposés; le nombre de  ces éléments juxtaposés peut évidemment  être quelconque, de même que la longueur  axiale de chaque élément peut varier suivant       l'impo,rtance    (les échanges thermiques à ob  tenir.  



  Les éléments, établis suivant l'une ou  l'autre des variantes décrites ci-dessus, sont  juxtaposés en nombre quelconque, et chacun  d'eux est relié, par sa partie inférieure, à un  collecteur d'alimentation, .et par sa, partie su  périeure, à un collecteur de     sortie.         Les     fig.    10 et 11 représentent .en deux  vues perpendiculaires l'une à l'autre, l'as  semblage normal d'éléments traversés     verti-          ealement    par les gaz, et reliés à un     collec-          teur          m    ainsi qu'à un collec  teur de sortie n.

   Dans     cette    position, fré  quemment adoptée, les divers tubes a de cha  que élément .sont     superposés    les uns aux au  tres et cette     superposition    suffit, si     même        les     tubes sont horizontaux et parallèles entre  eux, à assurer la circulation des fluides     qu'ils     renferment.  



  Lorsque l'assemblage des éléments doit  être traversé par un flux gazeux horizontal,  il est nécessaire pour obtenir la marche des  deux fluides à contre-courant, de placer ho  rizontalement aussi     les,        élément9    juxtaposés;  mais cette position horizontale présente l'in  convénient de paralyser la circulation     -des     fluides liquides     renfermés    dans les tubes.  



  La     fig.    12 représente la disposition spé  ciale employée     lorsque    le     flux    gazeux suit  un chemin, non pas     vertical,    mais presque ho  rizontal, afin de     conserver    une     certaine    incli  naison ascendante au serpentin     constitué    par  les. tubes dans. lesquels passe     successivement     le fluide à échauffer en contre-courant.  



  Tandis que le flux gazeux     extérieur    suit  un chemin peu incliné, sur l'horizon suivant       W--YIr,    le fluide intérieur     chemine    à contre  courant suivant     X-Y;    chaque élément est       légèrement    incliné .sur     l'horizon,    de façon que  chacun des     tubes    qui le compose se trouve à  un niveau légèrement différent de celui du  tube voisin; cette légère différence de ni  veau suffit à assurer la circulation inté  rieure,     même    si chacun des tubes pris isolé  ment est horizontal.  



  Tous les     dispositifs    précédents supposent  les tubes traversés par un liquide; l'invention  prévoit néanmoins qu'ils peuvent aussi bien  être traversés par de la, vapeur.  



  Constitués suivant l'une ou l'autre des  formes décrites     ci-@de@ssus    à titre     d'exemples,     ces échangeurs procurent les     résultats    sui  vants  <B>10</B>     Quoique    leurs     surfaces    extérieures  soient rectilignes. dans. tout leur développe-    ment, elles peuvent     supporter        grâce    à leur  combinaison avec des. tubes étirés cylindri  ques, les pressions intérieures les plus élevées  des chaudières modernes.  



  20     Quoique    leurs parois intérieures soient  faites de tubes cylindriques en métaux éti  rés pouvant .supporter les pressions les plus  élevées,     les    appareils ne     présentent    extérieu  rement que des passages rectilignes sans       changements    de     direction    ni     remous,,et    que le  flux gazeux traverse aux plus grandes vites  ses sous des résistances réduites, tous dépôts  de poussières étant en même     temps    évités.  



  On sait que dans une surface de chauffe       aquatubulaire    suivant     fig.    1, la face posté  rieure a' -des tubes a située     hors,    du trajet ef  fectif des gaz est le sièe     -d'un    échange ther  mique beaucoup moins" actif que leur face  antérieure     a2.     



  On ,sait aussi que les chocs répétés, des gaz  à la     rencontre    des tubes     successifs,    ainsi due  les changements de direction du flux gazeux  ont pour résultat de créer des     remous    et des  résistances au passage des gaz qui doivent  être surmontées par un supplément de tirage.  



  On sait enfin que les gaz chargés de pous  sières abandonnent facilement celles-ci aux  endroits a'     (fig.    1) où la vitesse est très ré  duite -et où elles forment des prismes trian  gulaires b isolant     les    tubes du contact des  gaz.  



  Ces divers     inconvénient,    sont encore ag  gravés lorsque les     tubes    cylindriques sont  garnis de nervures ou     d'ailettes        embrassant    le  corps des tubes; ils sont pour ainsi dire sup  primés dans les dispositifs décrits ci-dessus.



      Heat exchanger. The invention relates to a heat exchanger for heating, using hot gases., Fluids circulating in its interior under high pressure, consisting of juxtaposed elements each of which comprises at least one cylindrical tube high strength stretched,

   this or these tubes being embedded in the metal of at least partially metallic bodies, the conformation of which results in replacing the external cylindrical shape of the tubes by external surfaces which assign to the hot gases rectilinear trajectories - and, without eddies in their passage between the juxtaposed elements constitute the exchanger.



  By the juxtaposition of a certain. The number of elements thus constituted, the free spaces separating them themselves form the rectilinear channels reserved for the gases, which flow there without eddying at changes of direction.



  The invention is based on the ability of metals to transmit in all directions, by conductivity, quantities of heat, the size of which depends on the sections of metal involved; if a tube containing a liquid is brought into contact in time with a metallic body, the cross section of which is large in relation to its exterior surface, the temperature of this body: will become even better uniform with that of the tube that its metallic section will be stronger, so that this body will represent an effective extension of the surface of the tube itself.



       This association - of the stretched cylindrical tube with the body. metal which surrounds it allows, at the same time as the heating of the fluids under the highest pressures, to assign to the external surfaces rectilinear conformations, which, by suppressing all eddies by changes of direction of the gas flow, remove the main cause dusty deposits on the heating surfaces and resistances to the passage of gases through them. surfaces. These heat exchangers, among other uses, are particularly applicable to heating, using gases from a fireplace, water under very high pressure used to supply modern va: scared boilers.



  The devices can be arranged so that the gas flow circulates, either perpendicular to the stretch, or parallel to the direction of the tubes containing the fluid to be heated.



  The invention can be implemented, depending on the cases which arise, in one or the other of the embodiments shown, by way of example, respectively in view and in section, by FIGS. 2 to 12 appended to the description.



  According to fig. 2, the tubes have in. drawn metal are surrounded by metal bodies c in cast iron (or other metals) which cover the whole. tube length.



  The arrow d indicates the direction of the gas current which, after having penetrated through the adducting surfaces e, passes between the plane surfaces f.



  To ensure the optimum development of the gases at the; output, the metal element is completed by a part h of refractory material whose profile recalls that of a ship's stern. Moreover, the metallic surface i is considered as inactive and, intended, if the parts h are not applied, to be soon filled with dust, while the active surfaces e, f remain absolutely free of all deposits.



  The hollowed-out section i could obviously be filled with metal, but the total weight would become much higher if not of any use.



  Depending on the importance of the thermal exchanges to be obtained, the body c can be coupled (fig. 3) to one or more additional bodies c 'superimposed, each of which comprises a stretched tube a.



  These different bodies can also form a single e (fig. 4). wrapping two or more tubes; in this case, the recesses j are made in these bodies to reduce their weight. The devices can also be arranged so that the gas current flows parallel to the direction of the tubes a; the surface profiles are always rectilinear in the direction of the gas flow, but they can affect fairly diverse shapes, the two main ones of which are shown in fig. 5 -and 6.



  The fi-. 5 shows juxtaposed flat bodies c, in which the tubes a are embedded; the gas flow passes in k between the two on rectilinear faces f; the holes j constitute the recesses.



  Fig. 6 shows another profile of star elements which, by their juxtaposition, form circular gas passages which are easy to clean if necessary; a are the drawn tubes, c the metallic bodies, k the gas passages.



  When it comes to cooling very hot gases, the body c can have a uniform cross section along its entire length, with its outer surface remaining smooth (Figs. 2, 3, 4).



  However, in most cases it is provided with ribs or blades such as parallel to each other (fig. 7) placed in. planes perpendicular (fig. 8) or oblique (fig. 9) with respect to the axes of the tubes and which thus constitute .des. fins increase the surface area of the body c.



  Each of the metal bodies shown in the figures described above, whether monotubular or multitubular, constitutes an element of the exchanger.



  The fi-. 2, 3 and 5 represent two similar elements juxtaposed; the number of these juxtaposed elements can obviously be any, as well as the axial length of each element can vary according to the size (the heat exchanges to be obtained.



  The elements, established according to one or the other of the variants described above, are juxtaposed in any number, and each of them is connected, by its lower part, to a supply manifold, .and by its, upper part, to an outlet manifold. Figs. 10 and 11 show in two views perpendicular to each other, the normal assembly of elements traversed vertically by the gases, and connected to a manifold m as well as to an outlet manifold not.

   In this position, frequently adopted, the various tubes a of each element are superimposed on each other and this superposition is sufficient, if even the tubes are horizontal and parallel to each other, to ensure the circulation of the fluids which they contain. .



  When the assembly of the elements must be crossed by a horizontal gas flow, it is necessary to obtain the operation of the two fluids against the current, to place ho rizontalement also the juxtaposed element9; but this horizontal position presents the inconvenience of paralyzing the circulation of the liquid fluids enclosed in the tubes.



  Fig. 12 represents the special arrangement employed when the gas flow follows a path, not vertical, but almost horizontal, in order to maintain a certain upward inclination to the coil formed by them. tubes in. which successively passes the fluid to be heated in counter-current.



  While the external gas flow follows a slightly inclined path, on the horizon following W - YIr, the internal fluid travels against the current along X-Y; each element is slightly inclined .on the horizon, so that each of the tubes which compose it is at a level slightly different from that of the neighboring tube; this slight difference in level is sufficient to ensure internal circulation, even if each of the tubes taken in isolation is horizontal.



  All the preceding devices assume the tubes crossed by a liquid; the invention nevertheless provides that they may as well be traversed by steam.



  Constituted according to one or the other of the forms described above by way of example, these exchangers provide the following results <B> 10 </B> Although their exterior surfaces are rectilinear. in. all their development, they can support thanks to their combination with. cylindrical drawn tubes, the highest internal pressures of modern boilers.



  20 Although their inner walls are made of cylindrical tubes of stretched metals capable of withstanding the highest pressures, the apparatuses on the outside only have rectilinear passages without changes of direction or eddies, and which the gas flow passes through at the largest Quickly under reduced resistances, all dust deposits being avoided at the same time.



  We know that in an aquatubular heating surface according to fig. 1, the posterior face a '-tube a located outside the actual path of the gases is the seat of a much less active heat exchange than their anterior face a2.



  We also know that the repeated shocks of the gases meeting the successive tubes, thus due to the changes in the direction of the gas flow, have the result of creating eddies and resistance to the passage of the gases which must be overcome by an additional draft. .



  Finally, we know that the gases laden with dust easily abandon the latter at places a '(fig. 1) where the speed is very reduced - and where they form triangular prisms b insulating the tubes from contact with the gases.



  These various drawbacks are still ag etched when the cylindrical tubes are lined with ribs or fins embracing the body of the tubes; they are, so to speak, suppressed in the devices described above.

 

Claims (1)

REVENDICATION Echangeur de chaleur servant à l'échauf fement, à l'aide de gaz chauds, de fluides circulant dans son intérieur sous haute pres sion, caractérisé en ce qu'il est constitué par des éléments juxtaposés dont chacun com porte au moins un tube cylindrique étiré de haute résistance, CLAIM Heat exchanger serving for the heating, using hot gases, of fluids circulating in its interior under high pressure, characterized in that it is constituted by juxtaposed elements each of which comprises at least one tube high strength drawn cylindrical, ce ou ces tubes étant _nro- bés dans le métal -de corps au moins partiel lement métalliques dont la conformation a pour résultat de remplacer la forme cylindri que extérieure des tubes par des surfaces ex térieures qui assignent aux gaz chauds des trajectoires rectilignes et sans remous dans leur passage entre les éléments juxtaposés lui constituent l'échangeur. SOUS-REVENDICATIONS: this or these tubes being embedded in the metal -of at least partially metallic body the conformation of which results in the replacement of the outer cylindrical shape of the tubes by outer surfaces which assign to the hot gases straight paths and without eddies in their passage between the juxtaposed elements constitute the exchanger. SUB-CLAIMS: 1 Echangeur de chaleur suivant la revendi cation, caractérisé en ce que les corps mé talliques renferment plusieurs tubes, et en ce que la génératrice rectiligne de leurs fa ces latérales est parallèle au plan axial des tubes. 1 Heat exchanger according to revendi cation, characterized in that the metallic bodies contain several tubes, and in that the rectilinear generatrix of their lateral fa is parallel to the axial plane of the tubes. 2 Echangeur de chaleur suivant la reven- dication et la sous-revendication 1, carac térisé en ce que les extrémités antérieure et postérieure des corps métalliques sont respectivement conformées pour augmenter et pour réduire progressivement la vitesse des gaz à leur entrée et à leur sortie entre les éléments juxtaposés de l'échangeur. 2 Heat exchanger according to claim and sub-claim 1, charac terized in that the anterior and posterior ends of the metal bodies are respectively shaped to increase and to progressively reduce the speed of the gases at their inlet and at their outlet between the juxtaposed elements of the exchanger. 3 Echangeur -de chaleur selon la revendica- tion et les sous-revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce que les faces latérales des corps métalliques portent des nervures ou ailettes rectilignes dont la direction est pa rallèle à celle,des gaz chauds, extérieurs. 4 Echangeur de chaleur selon la revendica tion et les sous-revendications 1, 2 et 3, caractérisé ,en ce que les divers éléments sont , 3-heat exchanger according to claim and sub-claims 1 and 2, characterized in that the lateral faces of the metal bodies carry rectilinear ribs or fins, the direction of which is parallel to that of the hot gases, outside . 4 heat exchanger according to claim and sub-claims 1, 2 and 3, characterized in that the various elements are, superposés les uns aux autres et lé gèrement inclinés sur l'horizon, chaque élé ment étant relié par sa partie inférieure à un collecteur d'alimentation et par sa partie supérieure à un collecteur de sortie. superimposed on each other and slightly inclined on the horizon, each element being connected by its lower part to a supply manifold and by its upper part to an output manifold.
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