CH553388A - Procede pour la realisation d'un echange thermique entre deux fluides et echangeur thermique statique pour sa mise en oeuvre. - Google Patents
Procede pour la realisation d'un echange thermique entre deux fluides et echangeur thermique statique pour sa mise en oeuvre.Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
- F02C7/10—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/0058—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having different orientations to each other or crossing the conduit for the other heat exchange medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
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Description
La présente invention concerne un procédé pour la réalisation d'un échange thermique entre deux fluides à des températures différentes et un échangeur thermique statique pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un tel procédé peut utiliser deux fluides qui dif fervent, soit par leur pression, soit par leur nature physique (par exemple un fluide compressible et un fluide incompressible).
L'échangeur statique est susceptible d'équiper un moteur thermique ou une turbine à gaz, pour assurer l'échange entre l'air d'admission et les gaz d'échappement.
On connait des échangeurs thermiques qui consistent à utiliser un faisceau de tubes à l'intérieur desquels l'un des fluides circule en continu. alors que l'autre s'écoule également en continu dans les interstices extérieurs aux tubes. Ce type d'échangeur présente divers inconvénients. En particulier, il conduit à maintenir la paroi des tubes à une température intermédiaire entre celle des fluides, et sensiblement constante en régime permanent. Il en résulte un coefficient d'échange thermique médiocre et un rendement faible de l'échangeur pour un encombrement important.
Enfin. cela ne permet pas de faire varier convenablement l'efficacité de l'échangeur lorsque l'un ou l'autre des écoulements fluides est soumis à des régimes transitoires.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un échange thermique à haut rendement.
A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que chacun des fluides est projeté sous la forme d'un jet qui vient balayer un corps statique.
L'échangeur statique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte un corps rigide fixe dont une partie est balayée par un jet mobile d'un premier fluide, alors qu'une autre partie est balayée par un jet mobile d'un second fluide.
Lorsque l'un au moins des deux fluides est un fluide compressible. le jet correspondant peut être obtenu en utilisant l'effet
Coanda pour produire à partir d'une carène mobile, un jet à la fois pénétrant et directif.
La structure de la carène Coanda et les moyens utilisés pour sa mise en mouvement peuvent être conformes à ceux qui sont décrits dans le brevet suisse No 547960.
Le corps accumulateur intermédiaire peut être constitué par une couronne torique de faisceaux tubulaires, le premier jet fluide balayant les parois intérieures des tubes par rotation autour de l'axe du tore, alors que l'autre jet fluide tourne autour du même axe pour balayer les parois extérieures des tubes, les surfaces coniques balayées par les deux jets étant ouvertes en direction l'une de l'autre et les génératrices de l'une situées dans un plan diamétral donné étant sensiblement perpendiculaires aux génératrices de l'autre situées dans le même plan.
Les tubes des faisceaux tubulaires toriques peuvent converger sur un point de l'axe du tore et déboucher dans cette zone à l'intérieur d'une canalisation pour l'arrivée de l'un des fluides, cette canalisation étant terminée à son extrémité par une cloison qui la sépare d'une autre canalisation prolongeant la première et contenant l'arrivée du second fluide circulant autour des tubes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un échangeur thermique statique selon l'invention.
La fig. I est une coupe axiale de l'échangeur statique.
La fig. 2 en est une vue latérale incomplète suivant la direction de la flèche Il de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue également incomplète suivant la direction de la flèche III de la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe axiale illustrant schématiquement le fonctionnement de l'échangeur statique.
L'échangeur illustré sur le dessin comprend un tube extérieur 1 à l'intérieur duquel est disposé concentriquement un tube 2.
Celui-ci se termine par une paroi tronconique 3 qui converge vers un fond transversal 4.
Dans le prolongement du tube 2 se trouve un autre tube 5 logé à l'intérieur du tube 1. L'extrémité du tube 5 est raccordée à la face interne du tube 1 par une paroi tronconique 6, disposée parallèlement à la paroi 3. Entre les parois 3 et 6 se trouve une chambre annulaire conique ou de forme sensiblement torique que traversent des tubes 8. Ceux-ci sont raccordés de façon étanche à des perforations 9 de la paroi 3 et à des perforations 10 de la paroi 6. Ainsi, les tubes 8 du faisceau convergent sensiblement vers un point 1 1 de l'axe géométrique 12 de l'ensemble. Dans la zone de ce point 11, on place une carène 13 fonctionnant par effet
Coanda pour former un jet de fluide 14. La carène 13 décrit un mouvement de rupture autour de l'axe 12, grâce à des moyens non représentés, et décrits dans le brevet suisse précité.
Une autre carène Coanda 15 est située en vis-à-vis pour tourner elle aussi autour de l'axe général 12. Cette carène 15 est située à l'intérieur de la canalisation 5. Autrement dit, les deux carènes 13 et 15 sont situées de part et d'autre de la cloison transversale 4.
La carène 15 est alimentée en un fluide compressible pour former un jet cohérent et directif 16 qui balaye la paroi extérieure des tubes 8, le jet 16 étant à chaque instant sensiblement perpendiculaire aux tubes 8 qu'il rencontre.
Le fonctionnement est le suivant:
Si l'on utilise l'échangeur statique décrit équipé d'une turbine à gaz, la carène 13 est alimentée à partir de ce gaz d'échappement de la turbine. Son jet 14 balaye donc le faisceau des ouvertures 9 et des tubes 8. Le jet 14 passe donc de la canalisation 2 à la chambre annulaire 17 formée entre les canalisations 1 et 5. Ainsi qu'on le verra plus loin, les gaz d'échappement se refroidissent dans les tubes 8 et ils parviennent à basse température dans la chambre annulaire d'évacuation 17.
Par contre, la carène 15 est alimentée en air et son jet d'air cohérent et directif 16 balaye en tournant l'extérieur des tubes 8 du faisceau. Ce faisant, I'air se réchauffe puis il s'échappe par la chambre annulaire 18 formée entre les canalisations 1 et 2.
On voit que ce système présente les avantages suivants:
1. Du fait de la rotation permanente des deux jets 14 et 16 (d'ailleurs à des vitesses qui peuvent être différentes), la température de paroi des tubes 8 varie constamment et n'a pas le temps de s'établir par une valeur stable; L'échange thermique entre les deux fluides s'effectue donc constamment en régime transitoire, ce qui fait intervenir de façon prépondérante les caractéristiques d'échange thermique des couches superficielles de la matière formant les tubes 8.
2. Il est possible de faire varier indépendamment la vitesse de rotation de l'une ou l'autre des carènes Coanda 15, ce qui permet de faire varier l'efficacité de l'échangeur en fonction du régime de
la charge de la turbine à gaz.
3. Tout en étant de type statique, c'est-à-dire sans comporter
aucune commande mécanique d'un organe mobile, I'échangeur décrit présente tous les avantages théoriques des échangeurs dynamiques.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour la réalisation d'un échange thermique entre deux fluides à des températures différentes, caractérisé en ce que chacun des fluides est projeté sous la forme d'un jet qui vient
balayer un corps statique.
II. Echangeur thermique statique pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte un corps rigide fixe dont une partie est balayée par un jet mobile d'un premier fluide, alors qu'une autre partie est balayée
par un jet mobile d'un second fluide.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'un au moins des deux jets est constitué par un fluide compressible projeté à partir d'une carène profilée en utilisant l'effet Coanda.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
Claims (1)
- **ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **.La présente invention concerne un procédé pour la réalisation d'un échange thermique entre deux fluides à des températures différentes et un échangeur thermique statique pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un tel procédé peut utiliser deux fluides qui dif fervent, soit par leur pression, soit par leur nature physique (par exemple un fluide compressible et un fluide incompressible).L'échangeur statique est susceptible d'équiper un moteur thermique ou une turbine à gaz, pour assurer l'échange entre l'air d'admission et les gaz d'échappement.On connait des échangeurs thermiques qui consistent à utiliser un faisceau de tubes à l'intérieur desquels l'un des fluides circule en continu. alors que l'autre s'écoule également en continu dans les interstices extérieurs aux tubes. Ce type d'échangeur présente divers inconvénients. En particulier, il conduit à maintenir la paroi des tubes à une température intermédiaire entre celle des fluides, et sensiblement constante en régime permanent. Il en résulte un coefficient d'échange thermique médiocre et un rendement faible de l'échangeur pour un encombrement important.Enfin. cela ne permet pas de faire varier convenablement l'efficacité de l'échangeur lorsque l'un ou l'autre des écoulements fluides est soumis à des régimes transitoires.La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un échange thermique à haut rendement.A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que chacun des fluides est projeté sous la forme d'un jet qui vient balayer un corps statique.L'échangeur statique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte un corps rigide fixe dont une partie est balayée par un jet mobile d'un premier fluide, alors qu'une autre partie est balayée par un jet mobile d'un second fluide.Lorsque l'un au moins des deux fluides est un fluide compressible. le jet correspondant peut être obtenu en utilisant l'effet Coanda pour produire à partir d'une carène mobile, un jet à la fois pénétrant et directif.La structure de la carène Coanda et les moyens utilisés pour sa mise en mouvement peuvent être conformes à ceux qui sont décrits dans le brevet suisse No 547960.Le corps accumulateur intermédiaire peut être constitué par une couronne torique de faisceaux tubulaires, le premier jet fluide balayant les parois intérieures des tubes par rotation autour de l'axe du tore, alors que l'autre jet fluide tourne autour du même axe pour balayer les parois extérieures des tubes, les surfaces coniques balayées par les deux jets étant ouvertes en direction l'une de l'autre et les génératrices de l'une situées dans un plan diamétral donné étant sensiblement perpendiculaires aux génératrices de l'autre situées dans le même plan.Les tubes des faisceaux tubulaires toriques peuvent converger sur un point de l'axe du tore et déboucher dans cette zone à l'intérieur d'une canalisation pour l'arrivée de l'un des fluides, cette canalisation étant terminée à son extrémité par une cloison qui la sépare d'une autre canalisation prolongeant la première et contenant l'arrivée du second fluide circulant autour des tubes.Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un échangeur thermique statique selon l'invention.La fig. I est une coupe axiale de l'échangeur statique.La fig. 2 en est une vue latérale incomplète suivant la direction de la flèche Il de la fig. 1.La fig. 3 est une vue également incomplète suivant la direction de la flèche III de la fig. 1.La fig. 4 est une coupe axiale illustrant schématiquement le fonctionnement de l'échangeur statique.L'échangeur illustré sur le dessin comprend un tube extérieur 1 à l'intérieur duquel est disposé concentriquement un tube 2.Celui-ci se termine par une paroi tronconique 3 qui converge vers un fond transversal 4.Dans le prolongement du tube 2 se trouve un autre tube 5 logé à l'intérieur du tube 1. L'extrémité du tube 5 est raccordée à la face interne du tube 1 par une paroi tronconique 6, disposée parallèlement à la paroi 3. Entre les parois 3 et 6 se trouve une chambre annulaire conique ou de forme sensiblement torique que traversent des tubes 8. Ceux-ci sont raccordés de façon étanche à des perforations 9 de la paroi 3 et à des perforations 10 de la paroi 6. Ainsi, les tubes 8 du faisceau convergent sensiblement vers un point 1 1 de l'axe géométrique 12 de l'ensemble. Dans la zone de ce point 11, on place une carène 13 fonctionnant par effet Coanda pour former un jet de fluide 14. La carène 13 décrit un mouvement de rupture autour de l'axe 12, grâce à des moyens non représentés, et décrits dans le brevet suisse précité.Une autre carène Coanda 15 est située en vis-à-vis pour tourner elle aussi autour de l'axe général 12. Cette carène 15 est située à l'intérieur de la canalisation 5. Autrement dit, les deux carènes 13 et 15 sont situées de part et d'autre de la cloison transversale 4.La carène 15 est alimentée en un fluide compressible pour former un jet cohérent et directif 16 qui balaye la paroi extérieure des tubes 8, le jet 16 étant à chaque instant sensiblement perpendiculaire aux tubes 8 qu'il rencontre.Le fonctionnement est le suivant: Si l'on utilise l'échangeur statique décrit équipé d'une turbine à gaz, la carène 13 est alimentée à partir de ce gaz d'échappement de la turbine. Son jet 14 balaye donc le faisceau des ouvertures 9 et des tubes 8. Le jet 14 passe donc de la canalisation 2 à la chambre annulaire 17 formée entre les canalisations 1 et 5. Ainsi qu'on le verra plus loin, les gaz d'échappement se refroidissent dans les tubes 8 et ils parviennent à basse température dans la chambre annulaire d'évacuation 17.Par contre, la carène 15 est alimentée en air et son jet d'air cohérent et directif 16 balaye en tournant l'extérieur des tubes 8 du faisceau. Ce faisant, I'air se réchauffe puis il s'échappe par la chambre annulaire 18 formée entre les canalisations 1 et 2.On voit que ce système présente les avantages suivants: 1. Du fait de la rotation permanente des deux jets 14 et 16 (d'ailleurs à des vitesses qui peuvent être différentes), la température de paroi des tubes 8 varie constamment et n'a pas le temps de s'établir par une valeur stable; L'échange thermique entre les deux fluides s'effectue donc constamment en régime transitoire, ce qui fait intervenir de façon prépondérante les caractéristiques d'échange thermique des couches superficielles de la matière formant les tubes 8.2. Il est possible de faire varier indépendamment la vitesse de rotation de l'une ou l'autre des carènes Coanda 15, ce qui permet de faire varier l'efficacité de l'échangeur en fonction du régime de la charge de la turbine à gaz.3. Tout en étant de type statique, c'est-à-dire sans comporter aucune commande mécanique d'un organe mobile, I'échangeur décrit présente tous les avantages théoriques des échangeurs dynamiques.REVENDICATIONSI. Procédé pour la réalisation d'un échange thermique entre deux fluides à des températures différentes, caractérisé en ce que chacun des fluides est projeté sous la forme d'un jet qui vient balayer un corps statique.II. Echangeur thermique statique pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte un corps rigide fixe dont une partie est balayée par un jet mobile d'un premier fluide, alors qu'une autre partie est balayée par un jet mobile d'un second fluide.SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'un au moins des deux jets est constitué par un fluide compressible projeté à partir d'une carène profilée en utilisant l'effet Coanda.2. Echangeur statique suivant la revendication II, caractérisé en ce que l'un au moins des deux fluides qu'il reçoit est compressible, le jet correspondant étant obtenu en utilisant l'effet Coanda.3. Echangeur statique suivant la revendication II, caractérisé en ce que la structure de la carène Coanda incorpore des moyens permettant automatiquement sa mise en mouvement sous le. seul effet moteur de l'écoulement du fluide.4. Echangeur statique suivant la revendication II, caractérisé en ce que le corps est constitué par une couronne torique de fais ceaux tubulaires, le premier jet fluide balayant les parois intérieures des tubes par rotation autour de l'axe du tore, alors que l'autre jet fluide tourne autour du même axe pour balayer les parois extérieures des tubes, les surfaces coniques balayées par les deux jets étant ouvertes en direction l'une de l'autre et les généra triodes de l'une situées dans un plan diamétral donné étant sensiblement perpendiculaires aux génératrices de l'autre situées dans le même plan.5. Echangeur statique suivant la sous-revendication 4, caractérisé en ce que les tubes des faisceaux tubulaires toriques convergent sur un point de l'axe du tore et débouchent dans cette zone à l'intérieur d'une canalisation pour l'arrivée de l'un des fluides, cette canalisation étant terminée à son extrémité par une cloison qui la sépare d'une autre canalisation prolongeant la première et contenant l'arrivée du second fluide circulant autour des tubes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH66072A CH553388A (fr) | 1972-01-17 | 1972-01-17 | Procede pour la realisation d'un echange thermique entre deux fluides et echangeur thermique statique pour sa mise en oeuvre. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH66072A CH553388A (fr) | 1972-01-17 | 1972-01-17 | Procede pour la realisation d'un echange thermique entre deux fluides et echangeur thermique statique pour sa mise en oeuvre. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH553388A true CH553388A (fr) | 1974-08-30 |
Family
ID=4192169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH66072A CH553388A (fr) | 1972-01-17 | 1972-01-17 | Procede pour la realisation d'un echange thermique entre deux fluides et echangeur thermique statique pour sa mise en oeuvre. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH553388A (fr) |
-
1972
- 1972-01-17 CH CH66072A patent/CH553388A/fr not_active IP Right Cessation
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |