Appareil d'échange thermique et procédé de fabrication de cet appareil. L'invention comprend un appareil d'é- r#liange thermique, qui est caractérisé en ce < tue ses parois sont formées, au moins en partie, par des tubes parallèles dont les ex trémités aboutissent à des collecteurs.
L'invention comprend aussi un procédé de fabrication de cet appareil, caractérisé en ce que, pour obtenir chaque paroi, on réunit des tubes parallèles en interposant, entre chaque tube et le suivant, une nervure que l'on soude aux tubes placés de part et d'au tre, de façon à obtenir une paroi étanche, et en ce qu'on relie les extrémités des tubes à des collecteurs.
L'appareil d'échange thermique que com prend l'invention peut être, par exemple, une chaudière, un radiateur, un appareil réfrigé rant, .etc. Dans le -cas où l'appareil est sous forme de chaudière, celle-ci peut présenter une grande surface de chauffe pour un vo lume relativement réduit; elle peut être cons truite pour des pressions élevées et être peu sensible aux variations brusques de la tem pérature. Dans cette forme d'exécution pré- férée, la possibilité de pertes est très réduite, la soudure entre les tubes et les collecteurs étant la seule qui soit en contact avec l'eau.
Le procédé que comprend l'invention permet de fabriquer des appareils d'échange thermi que, tels que des chaudières, en utilisant uni quement du métal, à l'exclusion de maçon nerie ou de matières réfractaires. Les parois des tubes et des nervures étant avantageuse ment lisses, le frottement du liquide et des gaz se trouve fortement diminué. Au moyen du procédé que comprend l'invention, on pourra facilement fabriquer des chaudières à parois verticales et ne comportant pas de déviations brusques.
Le dessin annexé représente, schémati quement et à titre d'exemples, deux formes d'exécution de l'appareil d'échange thermi que que comprend l'invention, ces formes d'exécution étant constituées par des chau dières. Le dessin montre, en outre, des vues de détails.
La fig. 1 est une vue antérieure d'une portion d'une paroi d'une chaudière consti- tuant une forme d'exécution de l'appareil d'échange thermique, en partie avec nervures disposées dans le plan axial des tubes et en partie avec nervures disposées dans leur plan tangentiel; La fig. 2 est une vue en plan de la fig. I.; La fig. 3 est une vue en plan d'une paroi démontable, pour une chaudière constituant mie seconde forme d'exécution de l'appareil d'échange thermique.
L'appareil d'échange thermique repré senté en fig. 4 est une chaudière d'un tenant, vue de devant en section, tandis que la fig. 5 représente la même chaudière en section plane.
Les fig. 6 à. 10 se rapportent à une autre forme d'exécution de l'appareil - d'échange thermique, qui est une chaudière démontable; La fig. 6 représente un -élément de cette chaudière, en vue antérieure et en section verticale; .la fig. 7 donne le plan de cet élé ment, moitié en vue, moitié en section; La fig. 8 montre le groupement d'un cer tain nombre des éléments démontables du type représenté par les fig. 6 et 7, et leur assemblage.
La moitié de droite est une vue en plan, celle de gauche est une vue en coupe; La fig. 9 représente un élément -de grille de cette chaudière, en sectiôn partielle longi tudinale suivant i-1 de fig. 10, tandis que la fig. 10 donne la section transversale du même élément, suivant n-n de fig. 9;
Enfin, la fig. 11 montre le profil d'un tube avec nervures trapézoïdales, ce tube étant obtenu par tréfilage, de tels tubes pou vant être employés pour obtenir des formes d'exécution particulières de l'appareil d'é change thermique que comprend l'invention.
Comme il ressort du dessin, dans toutes les formes d'exécution de l'appareil d'échange thermique, constitué ici par une chaudière, les parois sont formées, au moins en partie, par des tubes parallèles. Dans les formes d'exécution obtenues avec des tubes ordinai res, une nervure sépare chaque tube de son voisin. Dans les formes d'exécution obtenues au moyen des tubes spéciaux de la fig. 11. les tubes sont placés l'un à côté de l'autre, en contact par leurs nervures.
Les parties de gauche des fig. 1 et 2 mon trent la paroi d'une chaudière formée de tubes parallèles séparés par des nervures 2 disposées dans le plan axial 3, c'est-à-dire sur les génératrices opposées de chaque tube, et soudées en 4, formant ainsi une paroi étanche avec surfaces latérales équivalentes. Les par ties de droite des fig. 1 et 2 montrent la paroi d'une chaudière formée de tubes 1 sé parés par des nervures appliquées tangen tiellement en 5 et soudées en 6, de manière à former une paroi étanche dont une surface latérale est plus grande que l'autre.
Les parois ainsi formées peuvent être complètement étanches ou bien comporter les ouvertures qui seraient nécessitées par le passage des gaz. Ces ouvertures sont obte nues par la suppression des nervures sur un espace voulu, par exemple en 7 dans le voi sinage des collecteurs ou en un autre endroit 8 de la paroi.
La fig. 3 représente une paroi d'une chaudière démontable, cette paroi étant for mée d'éléments démontables. La partie de gauche de la fig. 3 représente une paroi de chaudière à surfaces latérales égales. Chaque élément de cette paroi comprend un tube sur lequel sont soudées, dans le plan de la paroi, deux moitiés de nervures 9, soudées en<B>10.</B> Dans une autre forme d'exécution, les élé.- ments de la paroi démontable pourraient être formés chacun par un tube avec nervures trapézoïdales, tel que représenté en fig. 11,
les deux extrémités de ce tube étant soudées chacune à un élément de collecteur. La par tie de droite de la fig. 3 représente une pa roi à surfaces latérales inégales. Chaque élé ment est formé d'un tube sur un côté duqiwl est appliquée une nervure 11 qui présente un profil dans lequel la partie adhérente au tube est formée par un siège d'appui cylin drique, tandis que les deux parties saillan tes se replient en arrière et se portent sur le plan extérieur.
Cette disposition à angle élargi facilite la soudure en 12 de la nervure au tube. Elle permet en outre d'obtenir avec une petite zone de soudure une grande surface de con tact entre la nervure et le tube et, par con séquent, une bonne réfrigération de la par tie saillante de la nervure.
Chaque tube présente, à ses deux extré- rnités, une section de collecteur. En réunis sant plusieurs éléments semblables, de ma nière que la nervure d'un tube soit continuée par celle du tube voisin, on forme une paroi tubulaire démontable.
La distance axiale des tubes et, par con séquent, la largeur des nervures, doit être calculée, de même que l'épaisseur des ner vures, selon l'intensité des échanges thermi- (rues à envisager.
Les parois peuvent évidemment être cour bées ou profilées; à cet effet, on utilisera des tubes et des nervures convenablement fa çonnés.
lia chaudière en une seule pièce, repré sentée par les fig. 4 et 5, est constituée par quatre parois de forme semi-elliptique, dont deux internes avec les nervures soudées cen- tralement, soit sur les génératrices opposées de chaque tube, et deux externes avec les nervures déplacées vers l'extérieur. Les tubes de ces quatre parois sont raccordés en haut et en bas à deux collecteurs 13 et 14. Sur les tubes des parois extérieures sont soudées des nervures 15, séparant ainsi l'espace qui se trouve entre deux parois en plusieurs ca nalisations 16 pour le passage des gaz de combustion.
Dans les deux parois intérieures sont pré vues une série d'ouvertures 17, obtenues en supprimant les nervures sur une partie de la longueur des tubes. Ces ouvertures sont aménagées auprès du collecteur supérieur. Il y en a de même, 18, dans les deux parois extérieures, près du collecteur inférieur. Les gaz de combustion montent et passent par les ouvertures supérieures 17; ils descendent par les canalisations 16, formées dans l'es pace libre entre les parois intérieures et les parois extérieures, et ils sortent par les ou vertures inférieures 18. Une troisième série d'ouvertures est ré servée en haut, dans les parois extérieures.
Ces ouvertures, normalement fermées au moyen de couvercles 19, donnent accès aux canalisations intérieures en vue du nettoyage. Les parties antérieures et postérieures de la chaudière sont constituées par deux autres parois tubulaires, qui ont les nervures sou dées vers l'extérieur. Ces parois sont com plètement fermées, à part les ouvertures lais sées libres pour la charge du combustible et pour l'admission d'air.
Les fig. 6 à 10 se rapportent à une chau dière identique à celle des fig. 4 et 5 en ce qui concerne la forme des parois, le parcours des gaz et les passages prévus à cet effet, mais avec cette particularité que la chau dière, au lieu d'être d'un tenant, est cons truite avec des éléments démontables.
Chaque élément est constitué par quatre tubes, dont deux extérieurs, 20 et 21, avec nervures profilées et appuyées extérieure ment au tube comme en 11 (fig. 3), et deux intérieurs, 22 et 23, avec deux moitiés de nervures disposées centralement comme en y (fig. 3).
Les quatre tubes sont raccordés en haut et en bas sur l'axe vertical moyen par deux appendices 24 et 25 de deux éléments de boîtes collectrices, par exemple en fer ou en acier fondu. Ces éléments de boîtes présen tent sur les côtés deux trous munis de brides de raccordement, dont les bords sont prévus pour n'importe quel dispositif d'étanchéité, et ils ont latéralement deux oreilles 26 et 27 pour les boulons de raccordement des élé ments, oreilles qui se trouvent sur le dia mètre du trou de la bride, de manière à assurer l'étanchéité sans que les tubes puis sent empêcher l'application des boulons et leur serrage, même pendant le fonctionne ment de la chaudière.
En rapprochant plu sieurs éléments comme l'indique la fig. 8 et, par conséquent, en reliant les éléments de boîtes collectrices avec les brides, on forme le collecteur principal de la chaudière en une seule pièce et, de plus, en disposant consécu tivement les nervures, on forme les canalisa- tions 16 pour les gaz, identiques à celles de la chaudière représentée par les fig. 4 et 5.
Chaque élément porte, à la hauteur vou lue, sa propre section de grille 28 pour le charbon. Cette section de grille est en fonte ou en une autre matière venue de fonte et elle porte, incorporé pendant la fusion, un tube de fer 29 formant saillie à l'extrémité. Ces extrémités en fer sont raccordées par soudure en 30, ou au moyen d'autres disposi tions appropriées, aux tubes intérieurs des éléments de la chaudière, de manière que l'eau de la chaudière même puisse circuler dans l'intérieur de la grille, en la refroidis sant.
Les fig. 9 et 10 représentent, en vue ex térieure partielle et en section, une partie de grille qui peut servir pour un élément db- montable de la chaudière. Il est évident qu'avec ce système on peut obtenir des gril les de formes et de surfaces différentes puis qu'il suffit de réunir en groupe, moyennant des collecteurs, des pièces diverses de grille d'une forme quelconque et de profiler le tube selon la forme voulue pour être incor poré pendant la fusion, en laissant naturelle ment libres les extrémités du tube pour la soudure ou le raccordement à la chaudière.
Cette chaudière pourrait aussi être chauf fée à l'huile lourde; dans ce cas, on laissera tout simplement la grille de côté ou bien ou la recouvrira d'un revêtement en terre ré fractaire suivant la construction du brûleur adopté.
Au lieu d'employer des tubes munis de nervures soudées pour la construction des parois intérieures de la chaudière, on ponr- rait, dans une autre forme d'exécution, em ployer des tubes tels que celui représenté en fig. 11, qui présente des nervures trapézoï dales faisant corps avec lui. La forme de ces nervures facilite la transmission de la cha leur. Les passages pour les gaz de combus tion peuvent être formés en découpant unt: partie de ces nervures.
Les deux chaudières représentées comme formes d'exécution de l'appareil d'échange thermique s'adaptent très bien à la produc- tion de vapeur. Elles seront, à cet effet, mu nies à leur partie supérieure d'un réservoir cylindrique de vapeur, raccordé aux collec teurs de la chaudière par deux tubes de con- nection.
Dans la chaudière démontable, les bou lons prévus pour chaque élément' de chan dière peuvent être remplacés par deux bou lons ou tirants dont la longueur correspond à la longueur totale de tous les éléments formant la chaudière ou encore par un bou lon ou tirant unique passant par l'axe du collecteur.
Il est évident que les éléments dé la chau dière démontable pourraient être soudés en tre eux pour former un bloc homogène où l'absence de joints garantit une étanchéité parfaite.
Heat exchange apparatus and method of manufacturing this apparatus. The invention comprises a thermal draining apparatus, which is characterized in that its walls are formed, at least in part, by parallel tubes, the ends of which terminate in collectors.
The invention also comprises a method of manufacturing this apparatus, characterized in that, to obtain each wall, parallel tubes are joined by interposing, between each tube and the next, a rib which is welded to the tubes placed on either side. and others, so as to obtain a sealed wall, and in that the ends of the tubes are connected to collectors.
The heat exchange apparatus which the invention comprises may be, for example, a boiler, a radiator, a refrigerating apparatus, .etc. In the case where the device is in the form of a boiler, the latter may have a large heating surface for a relatively small volume; it can be built for high pressures and not very sensitive to sudden changes in temperature. In this preferred embodiment, the possibility of losses is very low, the weld between the tubes and the manifolds being the only one which is in contact with water.
The process which the invention comprises makes it possible to manufacture heat exchange devices, such as boilers, using only metal, to the exclusion of masonry or refractory materials. The walls of the tubes and the ribs being advantageously smooth, the friction of the liquid and the gases is greatly reduced. By means of the process that comprises the invention, it is easily possible to manufacture boilers with vertical walls and not comprising sudden deviations.
The appended drawing represents, schematically and by way of examples, two embodiments of the heat exchange apparatus that the invention comprises, these embodiments being constituted by boilers. The drawing also shows detail views.
Fig. 1 is a front view of a portion of a wall of a boiler constituting an embodiment of the heat exchange apparatus, partly with ribs arranged in the axial plane of the tubes and partly with ribs arranged in their tangential plane; Fig. 2 is a plan view of FIG. I .; Fig. 3 is a plan view of a removable wall, for a boiler constituting a second embodiment of the heat exchange apparatus.
The heat exchange device shown in fig. 4 is a one-piece boiler, viewed from the front in section, while FIG. 5 shows the same boiler in a flat section.
Figs. 6 to. 10 relate to another embodiment of the apparatus - heat exchange, which is a removable boiler; Fig. 6 shows a -element of this boiler, in front view and in vertical section; Fig. 7 gives the plan of this element, half in view, half in section; Fig. 8 shows the grouping of a certain number of removable elements of the type shown in FIGS. 6 and 7, and their assembly.
The right half is a plan view, the left half is a sectional view; Fig. 9 shows a grid element of this boiler, in partial longitudinal section following i-1 of FIG. 10, while fig. 10 gives the cross section of the same element, according to n-n of fig. 9;
Finally, fig. 11 shows the profile of a tube with trapezoidal ribs, this tube being obtained by wire drawing, such tubes being able to be used to obtain particular embodiments of the thermal exchange apparatus which the invention comprises.
As emerges from the drawing, in all embodiments of the heat exchange device, here constituted by a boiler, the walls are formed, at least in part, by parallel tubes. In the embodiments obtained with ordinary tubes, a rib separates each tube from its neighbor. In the embodiments obtained by means of the special tubes of FIG. 11. the tubes are placed one next to the other, in contact by their ribs.
The left parts of fig. 1 and 2 show the wall of a boiler formed by parallel tubes separated by ribs 2 arranged in the axial plane 3, that is to say on the opposite generatrices of each tube, and welded at 4, thus forming a waterproof wall with equivalent side surfaces. The right parts of fig. 1 and 2 show the wall of a boiler formed by tubes 1 separated by ribs applied tangentially at 5 and welded at 6, so as to form a sealed wall, one side surface of which is larger than the other.
The walls thus formed can be completely sealed or else include the openings which would be required by the passage of gases. These openings are obtained by removing the ribs in a desired space, for example at 7 in the vicinity of the collectors or at another location 8 on the wall.
Fig. 3 shows a wall of a removable boiler, this wall being formed from removable elements. The left part of fig. 3 shows a boiler wall with equal side surfaces. Each element of this wall comprises a tube on which are welded, in the plane of the wall, two halves of ribs 9, welded in <B> 10. </B> In another embodiment, the elements of the removable wall could each be formed by a tube with trapezoidal ribs, as shown in FIG. 11,
the two ends of this tube each being welded to a collector element. The right part of fig. 3 represents a pa king with unequal side surfaces. Each element is formed of a tube on one side of which there is applied a rib 11 which has a profile in which the part adhering to the tube is formed by a cylindrical support seat, while the two protruding parts fold back. rear and are worn externally.
This widened angle arrangement facilitates the 12-way weld of the rib to the tube. It also makes it possible to obtain, with a small weld zone, a large contact surface between the rib and the tube and, consequently, good cooling of the protruding part of the rib.
Each tube has, at its two ends, a collector section. By bringing together several similar elements, so that the rib of a tube is continued by that of the neighboring tube, a removable tubular wall is formed.
The axial distance of the tubes and, consequently, the width of the ribs, must be calculated, as well as the thickness of the ribs, according to the intensity of the heat exchange (streets to be considered.
The walls can obviously be curved or profiled; for this purpose, suitably shaped tubes and ribs will be used.
The boiler in one piece, shown in figs. 4 and 5, is formed by four walls of semi-elliptical shape, two of which are internal with the ribs welded centrally, ie on the opposite generatrices of each tube, and two external with the ribs displaced outwards. The tubes of these four walls are connected at the top and at the bottom to two manifolds 13 and 14. On the tubes of the outer walls are welded ribs 15, thus separating the space which is between two walls into several ducts 16 for the passage of combustion gases.
In the two interior walls are provided a series of openings 17, obtained by removing the ribs over part of the length of the tubes. These openings are arranged near the upper collector. There are the same, 18, in the two outer walls, near the lower collector. The combustion gases rise and pass through the upper openings 17; they descend through the pipes 16, formed in the free space between the interior walls and the exterior walls, and they exit through the lower or lower openings 18. A third series of openings is reserved at the top, in the exterior walls.
These openings, normally closed by means of covers 19, provide access to the internal pipes for cleaning. The anterior and posterior parts of the boiler consist of two other tubular walls, which have the ribs welded outwards. These walls are completely closed, apart from the openings left free for the fuel load and for the air intake.
Figs. 6 to 10 relate to a boiler identical to that of figs. 4 and 5 with regard to the shape of the walls, the path of the gases and the passages provided for this purpose, but with the particularity that the boiler, instead of being in one piece, is built with removable elements .
Each element is made up of four tubes, two of which are exterior, 20 and 21, with profiled ribs supported outside the tube as in 11 (fig. 3), and two interior, 22 and 23, with two halves of ribs arranged centrally as in y (fig. 3).
The four tubes are connected at the top and at the bottom on the mean vertical axis by two appendages 24 and 25 of two collector box elements, for example made of iron or molten steel. These box elements present on the sides two holes provided with connecting flanges, the edges of which are provided for any sealing device, and they have laterally two ears 26 and 27 for the connecting bolts of the elements, ears which are on the diameter of the flange hole, so as to ensure the tightness without the tubes then feeling preventing the application of the bolts and their tightening, even during the operation of the boiler.
By bringing together several elements as shown in fig. 8 and, consequently, by connecting the collector box elements with the flanges, the main manifold of the boiler is formed in one piece and, moreover, by successively arranging the ribs, the pipes 16 are formed for the gas, identical to those of the boiler shown in fig. 4 and 5.
Each element carries, at the desired height, its own section of grid 28 for the coal. This grid section is made of cast iron or other material from cast iron and it carries, incorporated during melting, an iron tube 29 protruding at the end. These iron ends are connected by welding at 30, or by means of other suitable arrangements, to the inner tubes of the elements of the boiler, so that the water from the boiler itself can circulate in the interior of the grate, by cooling it.
Figs. 9 and 10 show, in partial exterior view and in section, a grate part which can be used for a removable element of the boiler. It is obvious that with this system it is possible to obtain grills of different shapes and surfaces then it suffices to bring together in groups, by means of collectors, various grid parts of any shape and to profile the tube according to the desired shape to be incorporated during melting, leaving the ends of the tube naturally free for welding or connection to the boiler.
This boiler could also be heated with heavy oil; in this case, we will simply leave the grate aside or else cover it with a refractory earth coating depending on the construction of the burner adopted.
Instead of using tubes provided with welded ribs for the construction of the interior walls of the boiler, it would be possible, in another embodiment, to employ tubes such as that shown in FIG. 11, which has trapezoidal ribs integral with it. The shape of these ribs facilitates the transmission of heat. The passages for the combustion gases can be formed by cutting a part of these ribs.
Both boilers shown as embodiments of the heat exchange apparatus adapt very well to the production of steam. For this purpose, they will be fitted at their upper part with a cylindrical steam tank, connected to the boiler manifolds by two connection tubes.
In the removable boiler, the bolts provided for each element of the chan dière can be replaced by two bolts or tie rods the length of which corresponds to the total length of all the elements forming the boiler or by a single bolt or tie passing by the axis of the collector.
It is obvious that the elements of the removable boiler could be welded together to form a homogeneous block where the absence of joints guarantees perfect sealing.