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.