FR1220431A - Perfectionnements aux tubes formant échangeurs de chaleur - Google Patents

Description

<B>Perfectionnements aux tubes formant échangeurs de chaleur.</B> La présente invention est relative à un échan geur de chaleur destiné à permettre l'échange thermique entre deux fluides séparés par une paroi conductrice, plus particulièrement par la paroi d'un tube métallique, en vue de récupérer la chaleur -disponible des vapeurs ou fluides chauds, et elle vise à améliorer le coefficient d'échange thermique entre le fluide contenu dans le tube et celui qui se trouve disposé à l'extérieur de, ce dernier. On conçoit que ce coefficient sera d'autant plus élevé que le pour centage du fluide de l'intérieur du tube qui se trouve en contact intime avec la paroi interne de celui-ci sera lui-même plus important.

Conformément à la présente- invention, on réalise un pourcentage plus important du fluide en contact avec la paroi interne du tube en insé rant dans ce dernier un corps qui oblige le fluide à passer contre ladite paroi.

Suivant l'invention, l'échangeur est remar quable en ce qu'il est constitué par un corps de forme allongée, disposé de manière à ména ger un passage annulaire entre ledit corps et la paroi du tube, tandis qu'autour -de ce corps sont prévus un ou plusieurs éléments qui impri ment au fluide un mouvement tourbillonnaire.

Avec une telle disposition le fluide qui par court le tube est contraint de passer dans l'espace laissé libre par le corps inséré dans le tube et par conséquent en étant en contact intime avec la paroi du tube à travers laquelle s'effectue l'échange de chaleur. En outre, du fait -de la présence du ou des éléments disposés autour du corps précité, le fluide est ainsi animé d'un mouvement tourbillonnaire qui améliore encore le contact entre ledit fluide et la paroi interne du tube.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple., permettra de mieux comprendre l'nvention, les caractéristiques qu'elle présente et les avan tages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur suivant l'invention; Fig. 2 est une vue en bout avec coupe de l'échangeur de chaleur de fig. 1; Fig. 3 est une vue de côté de deux éléments combinés destinés à la réalisation d'un échan geur de chaleur suivant l'invention; Fig. 4 est une vue analogue, avec coupe par tielle, d'une variante de l'échangeur de chaleur montré en fig. 1; Fig. 5 montre en élévation, avec coupe, une autre variante de réalisation dudit échangeur; Fig. 6 montre -de la même manière une troi sième variante de réalisation de l'échangeur de chaleur suivant l'invention.

En se référant tout d'abord à la fig. 1 et 2, on a représenté un échangeur de chaleur cons titué par un tube 1 monté entre les parois Z et 3 d'une chaudière. Coaxialement à l'inté rieur dudit tube est inséré un élément cylin drique creux 4, de forme allongée. L'extrémité de cet élément, disposée en amont par rapport au sens d'écoulement du fluide, tel qu'indiqué par les flèches, est fermée au moyen d'une calotte 5. L'élément 4 prend appui sur des sup ports 6 dont il est solidaire et qui le maintiennent parfaitement centré par rapport à la paroi inté rieure du tube 1. Autour -de l'élément 4 est enroulé en hélice un serpentin 7, préférable- ment fixé par soudure. Bans l'espace annulaire 8 laissé libre entre la paroi intérieure du tube 1 d'une part, et l'élément 4 qui porte les spires du serpentin 7 d'autre part, passent les gaz de combustion qui se dirigent vers la cheminée d'évacuation, lesquels gaz se trouvent en contact intime avec la paroi du tube 1 et sont obligés par le serpentin en hélice 7 à se déplacer avec un mouvement tourbillonnaire hélicoïdal, ce qui assure un échange élevé de chaleur avec la paroi -du tube lui-même.

En fig. 3 le corps inséré à l'intérieur du tube échangeur de chaleur comprend deux éléments 4a et 4b solidaires l'un de l'autre, l'élément 4b comportant une calotte aérodynamique termi nale 5. Sur ces deux éléments est enroulé en hélice un serpentin 7. En outre les éléments sont maintenus solidaires l'un de l'autre par un ou plusieurs crochets 9, convenablement fixés sur l'élément 4a et engagés par leur extrémité repliée à l'intérieur d'une perforation ménagée dans l'élément 4b. Le crochetage des éléments 4a et 4b est particulièrement avantageux, car il facilite le démontage desdits éléments.

Fig. 4 montre un élément 4 muni d'un extrac teur 10 qui en l'occurrence sert à retirer l'élé ment 4 hors du tube 1. Cette forme d'exécution peut se révéler avantageuse dans les cas où, pour diverses raisons, comme par exemple en vue de réduire les pertes par frottement et pour favoriser le passage du fluide, on désire que la longueur de l'élément 4 soit inférieure à celle du tube échangeur de chaleur.

Fig. 5 illustre une forme d'exécution de l'invention dans laquelle le corps inséré à l'intérieur du tube 1 comprend trois tronçons de volume décroissant 4x, 4y et 4z, reliés les uns aux autres par des crochets de fixation<B>9,</B> et 9., analogues au crochet 9 de la fig. 3. Cette forme d'exécution peut être avantageusement mise en oeuvre dans les cas où l'on désire obte nir une augmentation de la vitesse de passage du fluide, depuis l'entrée jusqu'à la sortie du tube échangeur de chaleur.

On comprend qu'outre leurs diamètres diffé rents, les trois tronçons peuvent également être prévus de longueurs ou de formes différentes, et même de matériaux différents, de manière à mieux s'adapter à des exigences particulières.

Fig. 6 illustre une forme d'exécution dans laquelle on obtient substantiellement le même effet qu'en fig. 5 en réalisant l'élément 4 sous forme conique.

La section transversale du tréfilé enroulé en hélice est préférablement comprise entre 1/20 et 1/100 de la section transversale du corps de forme allongée. Si ce tréfilé est enroulé en hélice le pas de celle-ci doit être compris entre 2 et 20 fois la hauteur du tréfilé lui-même. Le pas de l'hélice peut d'ailleurs varier sur la lon gueur d'un même élément, soit pour mieux l'adapter aux conditions successives de l'état du fluide, soit pour des raisons particulières économiques ou techniques.

Les dimensions géométriques .de l'élément et leurs rapports sont établis soit pour obtenir une valeur donnée -du coefficient d'échange thermique, soit pour s'adapter aux conditions des caractéristiques du fluide en mouvement, de sa vitesse et de la température en jeu.

Il doit d'ailleurs être entendu que la descrip tion qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.

Claims (1)

1. RÉSUMÉ Tube formant échangeur de chaleur, remar quable en ce qu'il renferme un corps de forme allongée, disposé de manière à ménager titi passage annulaire entre ledit corps et la paroi interne du tube, tandis qu'autour de ce corps sont prévus un ou plusieurs éléments propre à imprimer au fluide un mouvement tourbillon naire, ledit tube pouvant en outre présenter le: autres caractéristiques ci-après, séparément ou en combinaison 1 L'élément propre à imprimer au fluide un mouvement tourbillonnaire est constitué par un tréfilé ou analogue enroulé en hélice autour du corps; 2' Le corps de forme allongée est constitué par un ou plusieurs éléments, que des moyens de fixation appropriés rendent solidaires leç uns des autres; 3 Les éléments sont de forme substantiel lement cylindrique et présentent un diamètre croissant successivement depuis l'entrée du fluide dans le tube jusqu'à la sortie du fluide, de manière à ce que le passage annulaire laissé libre entre le corps et la paroi interne dudit tube aille en décroissant dans le même sens; 4' Le corps de forme allongée est à profil tronconique et va en se rétrécissant de la sortie à l'entrée du fluide dans le tube; 5' Le corps de forme allongée est fermé à l'une de ses extrémités par une calotte aérody namique; 6' Le corps de forme allongée est solidaire de supports propres, en prenant appui sur la paroi du tube, à le supporter en position coaxialement centrée par rapport audit tube; 7' Le corps de forme allongée s'étend seule ment sur une partie de la longueur du tube; 8 Le corps de forme allongée est muni à l'une de ses extrémités d'un dispositif extrac teur dont il est directement solidaire; 9' Le tréfilé ou analogue visé sous l est fixé au corps de forme allongée, préférablement par soudure; 10' Le tréfilé ou analogue est constitué par un serpentin; 11 Le tréfilé ou analogue est prévu à section aplatie; 12 Les moyens de fixation des éléments entre eux sont constitués par des crochets fixés à l'un desdits éléments et engagés par leur extrémité libre repliée à l'intérieur d'une perforation ménagée dans l'élément adjacent; 13 Le rapport entre la section transversale du tréfilé ou analogue et celle du corps de forme allongée est compris entre 1/20 et 1/100; 14 Le pas de l'hélice du tréfilé ou analogue est compris entre 2 et 20 fois la hauteur du tréfilé lui-même.