FR2720150A1 - Echangeur de chaleur. - Google Patents
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Abstract
Il est proposé un échangeur de chaleur pour augmenter le rendement thermique entre deux fluides et rallonger un passage hydraulique, de manière à augmenter les surfaces de contact entre l'échangeur de chaleur et les fluides et à permettre à l'échangeur de chaleur d'être entièrement compact. L'échangeur de chaleur comprend une combinaison de premier et deuxième ensembles d'échangeur de chaleur (4, 4) comprenant respectivement des disques à grand et à faible diamètres (6, 6a; 7, 7a), sur lesquels sont ménagées de petites chambres (5, 5a...) qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant et communiquent entre elles, de manière à permettre aux fluides d'effectuer des opérations d'impact, de dispersion et de serpentement.
Description
Echangeur de chaleur La présente invention concerne un échangeur de
chaleur pour améliorer le rendement d'échangeur de chaleur entre un fluide à température élevée et un fluide à faible
température et augmenter sa compacité.
Différents échangeurs de chaleur de ce type sont bien connus. Par exemple, premièrement, un échangeur de chaleur de type multitube, ayant un faisceau de tubes disposés à l'intérieur d'un récipient cylindrique pour effectuer un échange de chaleur par l'écoulement de deux fluides dans chaque tube, deuxièmement un échangeur de chaleur de type hélicoïdal ayant une bobine constituée d'un tube d'enroulement hélicoïdal ou d'un tube de forme spirale ou d'un grand nombre de tuyaux rectilignes couplés par des tuyaux incurvés, et disposés et plongés dans un récipient pour effectuer un échange thermique entre deux fluides situés dans le tube et le récipient, troisièmement un échangeur de chaleur de type à forme spirale ayant deux plaques planes parallèles qui sont enroulées hélicoïdalement et disposées dans un cylindre étanche à l'air, pour effectuer un échange de chaleur entre deux fluides tout en faisant tourbillonner les deux fluides, quatrièmement un échangeur de chaleur de type à plaques ayant de minces plaques ondulées qui sont posées les unes sur les autres et fixées de manière à permettre à deux fluides de s'écouler alternativement vers des chambres définies entre des espaces des plaques ondulées, et cinquièmement un échangeur de chaleur de type à tube à ailettes, ayant des ailettes sur
une paroi extérieure d'un tuyau circulaire.
Cependant, dans l'un quelconque des échangeurs de chaleur, un échange de chaleur peut être effectué entre le tuyau, les plaques ou les ailettes et la couche de surface du fluide s'écoulant et, ainsi, le fluide ne présente pas d'irrégularités de distribution de température durant son écoulement et la quantité de fluide qui n'entre pas en contact avec la surface de transfert thermique est plus grande, de sorte que le rendement thermique est altéré. En outre, étant donné que la conductivité thermique est déterminée par une zone de transfert thermique de simples tuyaux, de plaques ondulées, d'ailettes, de tels échangeurs de chaleur ont des inconvénients qui sont que le nombre de tuyaux est augmenté et que les plaques ondulées sont agrandies pour augmenter la conductivité thermique en vue
d'améliorer le rendement thermique.
Par conséquent, un but de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur capable d'augmenter la conductivité thermique entre deux fluides par un impact, une dispersion et un serpentement des deux fluides, de façon radiale et centripète, de rallonger un passage hydraulique en permettant à un passage hydraulique continu de présenter une forme en zigzag, de manière à augmenter les surfaces de contact, afin de permettre à l'échangeur de chaleur d'être entièrement compact. Un autre but est de proposer un échangeur de chaleur comprenant un ensemble échangeur de chaleur qui peut être utilise d'un seul tenant ou comme des ensembles de couplage en continu et qui soit capable de réduire la perte d'énergie thermique au moment d'un échange
de chaleur en son sein.
Au vu des problèmes du moyen d'augmentation de la conductivité thermique, dépendant seulement de l'augmentation de la zone de transfert thermique des échangeurs de chaleur de l'art antérieur, un but de la présente invention est de proposer un échangeur de chaleur ayant une combinaison de premier et deuxième ensembles de transfert thermique comprenant respectivement des disques à grand et à faible diamètres sur lesquels sont ménagées de petites chambres, qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant, dans lesquelles des fluides effectuent des opérations d'impact, de dispersion et de serpentement de manière à augmenter la conductivité thermique, et un passage hydraulique est en outre rallongé de manière à permettre à
l'échangeur de chaleur d'être entièrement compact.
Un échangeur de chaleur constitué de premier et deuxième ensembles de transfert pour permettre à deux fluides ayant une température élevée et une faible température de s'y écouler respectivement est inséré dans un carter. Le premier ensemble de transfert thermique comprend, de manière concentrique, deux couples de disques à grand et à faible diamètre ayant chacun une pluralité de petites chambres de forme polygonale, qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant, lesdits disques à grand et à faible diamètres étant couplés dans chaque couple de façon à se faire face, dans lequel lesdites petites chambres dudit disque à grand diamètre et celles dudit disque à faible diamètre sont disposées alternativement entre elles de manière à communiquer les unes avec les autres et lesdits disques à grand et à faible diamètres ont des trous traversants respectivement formés en leurs centres, le diamètre desdits trous traversants des disques de faible diamètre étant inférieur à celui des trous
traversants des disques de grand diamètre.
Le deuxième ensemble de transfert thermique comprend, de manière concentrique, deux couples de disques à grand et faible diamètres de façon analogue au premier ensemble de transfert thermique, dans lequel les disques à faible diamètre ayant des trous de fixation de tuyaux en leurs centres sont couplés de manière concentrique entre eux, à l'arrière, une plaque de fermeture prévue entre les périphéries des disques à grand diamètre disposée des deux côtés du deuxième ensemble de transfert thermique, pour former un passage hydraulique i1 entre la plaque de fermeture et les périphéries des disques à faible diamètre, le diamètre des trous de fixation étant inférieur à celui des trous traversants des disques à grand diamètre du
premier ensemble de transfert thermique.
Les deuxièmes ensembles de transfert thermique sont disposés au centre de l'ensemble d'échange de chaleur et les surfaces latérales arrière des disques à faible diamètre du premier ensemble de transfert thermique sont couplées de manière concentrique aux surfaces latérales arrière des disques à grand diamètre du deuxième ensemble de transfert thermique. Lorsque l'ensemble d'échange de chaleur est inséré dans le carter pour amener les périphéries des disques à grand diamètre du premier ensemble de transfert thermique en contact intime avec une périphérie intérieure du carter 9, de manière à former un passage hydraulique entre la plaque de fermeture et la périphérie intérieure du carter, et des deuxièmes tuyaux d'entree et de sortie 15 fixés aux trous de fixation pour permettre à des fluides de s'écouler dans ou de sortir du deuxième ensemble de transfert thermique, de maniereytraverser les trous traversants des disques à faible et à grand diamètre du premier ensemble de transfert
thermique, respectivement.
L'une des surfaces des disques à faible diamètre du deuxième ensemble de transfert thermique, lorsqu'elles sont couplées entre elles, est de forme concave et l'autre est de forme convexe, de manière à venir en contact plus intime entre elles, et certaines des surfaces arrière des disques à grand diamètre du deuxième ensemble de transfert thermique et des disques à faible diamètre du premier ensemble de transfert thermique, dans l'échangeur de chaleur, lorsqu'elles sont couplées entre elles, sont de forme concave et les autres sont de forme convexe, de manière à
venir en contact plus intime entre elles.
Deux disques à faible diamètre du deuxième ensemble de transfert thermique sont remplacés par un seul disque à faible diamètre et chaque couple de disques à faible diamètre du deuxième ensemble de transfert thermique et les disques à faible diamètre du premier ensemble de transfert thermique, qui sont couplés entre eux dans l'échangeur de
chaleur, sont remplacés par un seul disque.
la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un disque à grand diamètre, constituant un premier ensemble de transfert thermique; la figure 3 est une vue en perspective d'un disque à faible diamètre constituant le premier ensemble de transfert thermique; la figure 4 est une vue en perspective d'un disque à grand diamètre constituant un premier ensemble de transfert thermique; la figure 5 est une vue en perspective d'un disque à faible diamètre constituant le premier ensemble de transfert thermique; la figure 6 est une vue en coupe transversale représentant une partie principale de l'échangeur de chaleur; la figure 7 est une vue en coupe transversale représentant une partie principale de l'échangeur de chaleur; la figure 8 est une vue coupe transversale représentant une partie principale d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 9 est une vue en coupe transversale représentant une partie principale d'un échangeur de chaleur selon le deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 10 est une vue en coupe transversale représentant une partie principale d'un échangeur de chaleur selon un troisième mode de réalisation de l'invention; et la figure 11 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur utilisant une pluralité
d'ensembles d'échangeurs de chaleur.
Premier mode de réalisation (figures 1 à 7).
Un premier mode de réalisation de la présente invention
est décrit ci-après en se référant aux figures 1 à 7.
Le numéro 1 désigne un échangeur de chaleur constitué d'un ensemble d'échangeur de chaleur 4 unique ou d'une pluralité d'ensembles d'échangeur de chaleur 4, qui sont reliés entre eux, de manière à effectuer un échange de chaleur entre deux fluides comprenant un fluide à
température élevée et un fluide à faible température.
L'ensemble d'échangeur de chaleur 4 comprend un premier ensemble de transfert thermique 2 pour permettre à l'un de deux fluides de s'y écouler et un deuxième ensemble de transfert thermique 3 pour permettre à l'autre des deux
fluides de s'y écouler.
Il est évident qu'il est préférable que le premier ensemble de transfert thermique 2 et le deuxième ensemble de transfert thermique 3 soient réalisés en métal ayant une conductivité thermique élevée, étant donné qu'il sont
destinés à un échange de chaleur.
D'abord, le premier ensemble de transfert thermique 2 comprend un couple de disques, à savoir un disque à grand diamètre 6 et un disque à faible diamètre 7 qui sont couplés de façon centripète et amenés en contact plus intime entre eux, de manière étanche à l'eau. De petites chambres 5, 5a... de forme polygonale sont prévues sur des surfaces avant du disque à grand diamètre 6 et du disque à faible diamètre 7, qui se font face et elles sont ouvertes au
niveau de leurs parties avant.
Comme représenté sur la figure 1, les petites chambres 5, Sa... du disque à grand diamètre 6 et les petites chambres 5, 5a... du disque à faible diamètre 7 sont disposées alternativement de manière à communiquer entre elles. Dans le premier mode de réalisation, les petites chambres 5, 5a... sont de forme hexagonale en vue en plan et sont agencées en forme d'alvéoles. Cependant, les petites chambres 5, Sa... ne sont pas limitées à une telle forme hexagonale, chacune d'entre elles pouvant être de forme triangulaire, carrée, octogonale, etc., dans lesquelles les
fonctions des petites chambres 5, 5a... ne changent pas.
Des trous traversants 8, chacun de grand diamètre, sont formés aux centres des disques à grand diamètre 6 et des trous traversants 9, chacun de faible diamètre, sont formés
aux centres des disques à faible diamètre 7.
Le deuxième ensemble de transfert thermique 3 comprend, comme représenté sur les figures 1, 4, 5 et 6, un couple de disques à grand diamètre 6a prévu de ses deux côtés et des disques à faible diamètre 7a prévus en son centre, et leurs diamètres sont respectivement plus petits que ceux du disque à grand diamètre 6 et du disque à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2, dans lequel les surfaces arrière des disques à faible diamètre 7a sont disposées de manière concentrique avec et amenées en contact plus intime entre elles de manière étanche à l'eau et des plaques de fermeture 10 sont prévues entre les périphéries des disques à grand diamètre 6a, au niveau de leur partie avant. En outre, un passage hydraulique 11 est défini entre les surfaces périphériques intérieures des plaques de fermeture 10 et les deux périphéries des disques à faible
diamètre 7a.
Dans le premier mode de réalisation, bien que les plaques de fermeture 10 soient prévues séparément des deux disques à grand diamètre 6a, elles peuvent être prévues d'un seul tenant de manière circonférentielle sur un disque à grand diamètre 6a ou les deux disques à grand diamètre 6a, de manière à faire saillie de la périphérie extérieure ou des surfaces au niveau de leur côté avant. Dans ce cas, il est évident que les dimensions saillantes de chaque disque à
grand diamètre 6a sont réduites.
Des trous de fixation de tuyaux 12 sont formés dans les disques à grand diamètre 6a, en leurs centres, dont chaque diamètre est inférieur à celui du trou traversant 8 du
disque à grand diamètre 6.
Il est préférable de former des parties concaves sur la surface arrière d'un disque à faible diamètre 7a et de former des parties convexes sur la surface arrière de l'autre disque à faible diamètre 7a, de manière que les parties convexes et concaves 13 soient amenées alternativement en contact plus intime entre elles de
manière à augmenter le rendement thermique.
Bien que deux disques à faible diamètre 7a soient utilisés dans le premier mode de réalisation, un seul disque à faible diamètre 7a ayant de petites chambres 5, 5a... sur ses surfaces avant et arrière peut être utilisé pour éliminer la perte de rendement thermique au niveau des deux
surfaces du disque à faible diamètre 7a unique.
Le deuxième ensemble de transfert thermique 3 peut être conçu de manière à être démonté par une fixation des deux
disques à grand diamètre 6a à l'aide de vis 14.
Comme l'ensemble d'échangeur de chaleur 4, le deuxième ensemble de transfert thermique 3 est disposé en son centre et le premier ensemble de transfert thermique 2 est fixé au deuxième ensemble de transfert thermique 3 de manière que la surface arrière du disque à faible diamètre 7 constituant le premier ensemble de transfert thermique 2 soit amenée en contact plus intime avec celle du disque à grand diamètre 6a
constituant le deuxième ensemble de transfert thermique 3.
Chaque extrémité des deuxièmes tuyaux d'entrée et de sortie 15 est fixée de manière étanche à l'eau à chaque trou de fixation de tuyaux 12 formé dans les disques à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique 3, pour permettre à l'un des fluides à haute et à basse température de s'écouler dans le deuxième tuyau d'entrée 15 et de sortir du deuxième tuyau de sortie 15. Les deuxièmes tuyaux d'entrée et de sortie 15 traversent les trous traversants 8 et 9 formés dans les disques à faible et à grand diamètres 7 et 6 du premier ensemble de transfert thermique 2 et s'étendent vers l'extérieur du premier ensemble de transfert thermique 2. Chaque extrémité d'un premier tuyau d'admission 17 et d'un premier tuyau de sortie 18 est fixée de manière étanche à l'eau à chaque trou traversant 8 du disque à grand diamètre 6 du premier ensemble de transfert thermique 2, pour permettre à l'autre des deux fluides de s'écouler dans le premier tuyau d'entrée 17 et de s'écouler depuis le premier tuyau de sortie 18, et le premier tuyau d'entrée 17 et le premier tuyau de sortie 18 sont insérés dans une entrée de tuyau 23 et une sortie de
tuyau 24 du carter 19.
Les trous traversants 9 que traversent les deuxièmes tuyaux d'entrée et de sortie 15 sont ménagés de manière étanche à l'eau dans les disques à faible diamètre 7, de
façon analogue au trou de fixation de tuyaux 12.
L'ensemble d'échangeur de chaleur 4 ayant un tel agencement est inséré dans un espace creux cylindrique du carter 19 et la périphérie du disque à grand diamètre 6 est amenée de manière étanche à l'eau en contact plus intime avec une périphérie intérieure du carter 19, de manière à former des passages hydrauliques 20 entre les périphéries extérieures des plaques de fermeture 10 du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et les périphéries intérieures du
carter 19.
Un organe d'étanchéité, tel qu'un joint torique (non représenté), peut être utilisé entre la périphérie intérieure du carter 19 et la périphérie du disque à grand
diamètre 6.
Les passages hydrauliques 20 définis en insérant l'ensemble d'échangeur de chaleur 4 dans le carter 19 ne sont pas limités au premier mode de réalisation. Par exemple, ils peuvent être formés par un agrandissement ou un creusement de la périphérie intérieure du carter 19 sur une partie correspondant à la périphérie extérieure de la plaque de fermeture 10, étant donné que la périphérie extérieure de la plaque de fermeture 10 du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et la périphérie intérieure du carter 19 sont amenées en contact plus intime entre elles comme représenté sur la figure 10, si le diamètre du disque à grand diamètre 6 du premier ensemble de transfert thermique 2 est identique à celui du disque à grand diamètre 6a du deuxième ensemble
de transfert thermique 3.
Il est également préférable de former des parties concaves sur la surface arrière d'un élément parmi le disque S à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et le disque à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2, et des parties convexes situées sur la surface arrière de l'autre élément parmi ces derniers, sur une partie o le disque à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et le disque à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2 sont amenés en contact plus intime entre eux, pour
éliminer toute perte de rendement thermique.
Bien que le disque à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 soit formé séparément du disque à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2, ils peuvent être remplacés par un seul ensemble de manière à présenter respectivement de petites chambres , Sa... sur leurs surfaces avant et arrière, de manière à éliminer toute perte de rendement thermique au niveau de ces parties. Le numéro 21 désigne des brides prévues aux deux extrémités du carter 19 et faisant saillie circonférentiellement d'ouvertures ménagées aux deux extrémités du carter 19, et le numéro 22 désigne des couvercles devant être montés de manière amovible sur la bride 21, le tuyau d'entrée 23 et le tuyau de sortie 24
étant respectivement formés sur le couvercle 22.
Deuxième mode de réalisation (figures 8 et 9).
Comme représenté sur les figures 8 et 9, des saillies sont respectivement formées dans les petites chambres , Sa... sur les parties centrales de leur surface inférieure, dans lesquelles les hauteurs des saillies 25 sont inférieures à celles des surfaces supérieures des petites chambres 5, 5a..., à l'exception des petites chambres 5, Sa.. . situées dans les zones centrales des disques à grand et à faible diamètres 6 et 7 du premier ensemble de transfert thermique 2 et sur les parties centrales des disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3. Les saillies 25 sont formées de façon à être graduellement plus petites vers le centre des disques à grand et à faible diamètres 6, 6a et 7, 7a des premier et deuxième ensembles de transfert thermique 2 et 3, de manière à produire
positivement une perturbation de l'écoulement du fluide.
L'ensemble d'échangeur de chaleur 4 est utilisé comme un ensemble monobloc selon le premier mode de réalisation, mais il peut être utilisé sous forme de plusieurs ensembles par un couplage de ces derniers entre eux et une disposition en série et de manière continue dans le carter 19 comme
représenté sur la figure 11.
Le fonctionnement de l'échangeur thermique selon la présente invention est décrit à présent ci-après. Lorsque deux fluides comprenant un fluide à température élevée et un fluide à faible température sont respectivement amenés dans le premier ensemble de transfert thermique 2 et le deuxième ensemble de transfert thermique 3, via le premier tuyau d'entrée 17 et le deuxième tuyau d'entrée 15 au moyen d'un moyen d'amenée de pression approprié, un fluide atteint l'intérieur du premier ensemble de transfert thermique 2 via les trous traversants 8 et bute contre les surfaces inférieures des petites chambres 5, 5a... du disque à faible diamètre 7, si bien que sa course d'écoulement soit perturbée et que sa direction d'écoulée est modifiée. En outre, un fluide heurte les parois latérales des petites chambres 5, 5a..., si bien qu'il est empêché de s'écouler de façon rectiligne et que sa direction d'écoulement est modifiée, et il s'écoule ensuite dans les petites chambres , 5a... qui communiquent entre elles, et il s'écoule tout en effectuant un impact, une dispersion et un serpentement, de manière radiale et vers l'extérieur de la partie centrale
du deuxième ensemble de transfert thermique 3.
Le fluide qui est passé par le premier ensemble de transfert thermique 2 s'écoule dans le passage hydraulique défini entre les périphéries intérieures 'du carter 19 et les plaques de fermeture 10 du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et entre ensuite dans les autres petites chambres 5, 5a... du premier ensemble de transfert thermique 2 depuis l'extérieur, si bien que le fluide répète les opérations d'impact, de dispersion et de serpentement et il s'écoule de manière centripète vers le centre du premier ensemble de transfert thermique 2, et il est enfin évacué du
premier tuyau de sortie 18.
De manière analogue, l'autre fluide atteint l'intérieur du deuxième ensemble de transfert thermique 3 via les trous de fixation de tuyaux 12 et s'écoule dans les petites chambres 5, Sa... tout en répétant les opérations précitées d'impact, de dispersion et de serpentement, et s'écoule en outre de manière radiale et vers l'extérieur de la partie
centrale du deuxième ensemble de transfert thermique 3.
D'autre part, le fluide qui est passé par le deuxième ensemble de transfert thermique 3 s'écoule dans les passages hydrauliques 11 définis entre les plaques de fermeture 10 et les périphéries des disques à faible diamètre 7a, et il entre dans les autres petites chambres 5, 5a... du deuxième ensemble de transfert thermique 3 depuis l'extérieur, de manière que le fluide répète les opérations d'impact, de dispersion et de serpentement et il s'écoule de manière centripète vers le centre du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et est enfin évacué vers l'extérieur
du deuxième tuyau de sortie 16.
Comme mentionné ci-dessus, étant donné que les fluides répètent les opérations d'impact, de dispersion et de serpentement lorsqu'ils passent par les disques à grand et à faible diamètres 6, 6a et 7, 7a des premier et deuxième ensembles de transfert thermique 2 et 3, le transfert d'énergie thermique peut être effectué de façon uniforme pour tout le fluide à température élevée, si bien que l'énergie thermique est fortement absorbée par les disques à grand et à faible diamètres 6 et 7. D'autre part, pour le fluide à basse température, la chaleur est transférée depuis les disques à grand et faible diamètres 6 et 7 du premier ensemble de transfert thermique 2 vers les disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3, étant donné que les premiers disques sont amenés en contact plus intime avec, et posés sur, les deuxièmes disques. L'énergie thermique qui est déplacée vers les disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 est fortement absorbée par le fluide à basse température, étant donné que le transfert de chaleur est effectué uniformément depuis les disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a pour tout le fluide à basse température, ce qui effectue le transfert de
chaleur.
Etant donné qu'un échangeur de chaleur comprend un carter cylindrique 19, un ensemble d'échangeur de chaleur 4 inséré dans le carter 19, dans lequel l'ensemble d'échangeur 4 est constitué d'un premier et d'un deuxième ensembles de transfert thermique 2 et 3 pour permettre à deux fluides ayant respectivement une température élevée et une basse température de s'y écouler, et dans lequel le premier ensemble de transfert thermique 2 comprend de manière concentrique deux couples de disques à grand et à faible diamètres 6 et 7 ayant chacun une pluralité de petites chambres 5, 5a... pratiquement de forme polygonale, qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant, les disques à grand et à faible diamètres 6 et 7 étant couplés dans chaque couple de façon à se faire face, et dans lequel les petites chambres 5, 5a... du disque à grand diamètre 6 et celle du disque à faible diamètre 7 sont disposées alternativement entre elles de manière à communiquer entre elles, et les disques à grand et à faible diamètres 6 et 7 ont des trous traversants 8 et 9 formés respectivement en leur centre, les trous traversants 9 ayant un diamètre inférieur à celui des trous traversants 8, les fluides entrés par les trous traversants 8 butent contre les surfaces inférieures et les parois latérales des petites chambres 5, 5a... du disque à faible diamètre 7 et leur course d'écoulement est perturbée ainsi que leur direction d'écoulement, ils s'écoulent ensuite par les petites chambres 5, 5a... qui communiquent entre elles et s'écoulent encore tout en répétant les opérations d'impact, de dispersion et de serpentement, de manière radiale et centripète, si bien que l'énergie thermique du fluide peut être transférée efficacement depuis tout le fluide aux disques à grand et à faible diamètres 6 et 7 par rapport à l'échange de chaleur qui est effectué lorsque le fluide entre simplement en contact et s'écoule via les surfaces intérieure et extérieure du tube. Il s'ensuit que le fluide ne présente aucune irrégularité de distribution de température durant son écoulement, de manière à permettre au fluide de s'écouler tandis que la distribution de température est maintenue toujours constante, si bien que la quantité de fluide qui n'entre pas en contact avec la surface de transfert thermique peut être réduite, ce qui augmente remarquablement le rendement thermique par rapport à l'échangeur de chaleur classique. En outre, un passage hydraulique continu formé par l'écoulement d'agglomération et de distribution du fluide est en forme de zigzag, il est possible de rallonger le passage hydraulique, ce qui augmente la surface de contact du fluide. En outre encore, le passage continu entrecoupe perpendiculairement la direction axiale du carter 19, la longueur du carter 19 peut être réduite, ce qui permet à l'échangeur de chaleur 1
d'être entièrement compact.
Etant donné que le deuxième ensemble de transfert thermique 3 comprend de manière concentrique deux couples de disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a ayant chacun une pluralité de petites chambres 5, Sa... de formepolygonale, qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant, les disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a étant dans chaque couple couplés de façon à se faire face, dans lequel les petites chambres 5, Sa... du disque à grand diamètre 6 et celles du disque à faible diamètre 7 sont disposés alternativement entre elles de manière à communiquer entre elles et les disques à faible diamètre 7a ayant des trous de fixation de tuyaux 12, en leur centre, sont couplés de manière concentrique entre eux, à l'arrière, les trous de fixation 12 ayant un diamètre inférieur aux trous traversants 8 des disques à grand diamètre 6 du premier ensemble de transfert thermique 2, une plaque de fermeture 10 prévue entre les périphéries des disques à grand diamètre 6a disposés des deux côtés du deuxième ensemble de transfert thermique 3 pour former un passage hydraulique 11 entre la plaque de fermeture 10 et les périphéries des disques à faible diamètre 7a, l'énergie thermique transférée aux disques à grand et à faible diamètres 6a et 7a peut être transférée efficacement au fluide qui s'écoule dans le deuxième ensemble de transfert thermique 3, si bien que le rendement thermique de l'échangeur de chaleur 1 peut être entièrement remarquablement augmenté conjointement avec les effets précités par rapport à l'échangeur de chaleur de l'art antérieur. En outre encore, étant donné que les deuxièmes ensembles de transfert thermique 3 sont placés au centre des ensembles d'échangeur de chaleur 4 et que les surfaces latérales arrière des disques à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2 sont couplées de manière concentrique aux surfaces latérales arrière des disques à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique, formant ainsi les ensembles d'échangeur de chaleur 4, les ensembles d'échangeur de chaleur 4 peuvent être utilisés non seulement d'un seul tenant, mais également sous forme d'une pluralité d'ensembles couplés de manière continue entre eux, de manière à simplement s'adapter à la longueur du passage hydraulique. En outre, étant donné que les ensembles d'échangeur de chaleur 4 sont insérés dans le darter 19 et que les périphéries des disques à grand diamètre 6 du premier ensemble de transfert thermique 2 sont amenées en contact plus intime avec les périphéries intérieures du carter 19, de manière à former les passages hydrauliques 20, les disques à grand diamètre 6, 6a et les disques à faible diamètre 7, 7a sont directement couplés entre eux entre les premier et deuxième ensembles de transfert thermique 3 et 2, ce qui augmente le transfert d'énergie thermique, et la perte de rendement thermique entre le deuxième ensemble de transfert thermique 3 et le premier ensemble de transfert thermique 2 peut être réduite étant donné que l'énergie thermique des fluides qui s'écoulent dans le passage hydraulique 20 entre en contact
avec les plaques de fermeture 10.
Etant donné que les deuxièmes tuyaux d'entrée et de sortie 15 fixés aux trous de fixation 12, pour permettre à l'un des fluides ayant des températures élevée et faible de s'y écouler ou de sortir du deuxième ensemble de transfert thermique 3, de manière à traverser les trous traversants 8 et 9 des disques à faible et à grand diamètres 7 et 6 du premier ensemble de transfert thermique 2, respectivement, il est possible de permettre aux fluides à haute et basse température d'entrer dans le premier ensemble de transfert thermique 2 et le deuxième ensemble de transfert thermique 3, pour permettre aux directions d'écoulement des deux fluides d'être identiques ou opposées l'une à l'autre. En outre encore, lors d'un couplage continu des ensembles d'échangeur de chaleur 4 entre eux, les deuxièmes tuyaux d'entrée et de sortie 15 peuvent être utilisés comme organes de couplage pour coupler les deux deuxièmes ensembles de transfert thermique 3, et la connexion entre les premiers ensembles de transfert thermique 2 peut être réalisée par les trous traversants 8, de manière à coupler facilement en
continu les ensembles d'échangeur de chaleur 4.
En outre encore, étant donné que l'une des surfaces des disques à faible diamètre 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3, lorsqu'elles sont couplées entre elles, est de forme concave et que l'autre est de forme convexe de manière à venir en contact plus intime entre elles et que certaines des surfaces arrière des disques à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et des disques à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2, dans l'échangeur de chaleur, lorsqu'elles sont couplées entre elles, sont de forme concave et que les autres sont de forme convexe de manière à venir en contact plus intime entre elles, les zones de transfert thermique entre les disques à grand diamètre 6, 6a et les disques à faible diamètre 7 et 7a peuvent être augmentées, si bien que le rendement thermique peut être augmenté entre les disques à faible diamètre 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et entre le disque à grand diamètre 6 et le disque à faible diamètre 7 des ensembles d'échangeur de chaleur 4, ce qui donne lieu à une autre augmentation du rendement thermique de tout
l'échangeur de chaleur 1.
Etant donné que les deux disques à faible diamètre 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 sont remplacés par un seul disque à faible diamètre et que chaque couple de disques à grand diamètre 6a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et les disques à faible diamètre 7 du premier ensemble de transfert thermique 2 qui sont couplés entre eux dans l'échangeur de chaleur sont remplacés par un seul disque, la perte de rendement thermique entre les disques à faible diamètre 7a du deuxième ensemble de transfert thermique 3 et entre le disque à grand diamètre 6a et le disque à faible diamètre 7 dans l'ensemble d'échangeur de chaleur 4 peut être supprimée, ce qui permet d'obtenir un effet pratique et remarquable, telle qu'une augmentation du
rendement thermique de tout l'échangeur de chaleur 1.
Claims (5)
1. Echangeur de chaleur comprenant un carter cylindrique (19), un ensemble d'échangeur de chaleur (4) inséré dans ledit carter (19), ledit ensemble d'échangeur (4) étant constitué de premier et deuxième ensembles de transfert de chaleur (2, 3) pour permettre à deux fluides ayant respectivement une température élevée et une faible température de s'y écouler; ledit premier ensemble de transfert thermique (2) comprenantj de manière concentrique, deux couples de disques à grand et à faible diamètres (6, 7) ayant chacun une pluralité de petites chambres (5, 5a...) de forme polygonale, qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant, lesdits disques à grand et à faible diamètres (6, 7) étant couplés dans chaque couple de façon à se faire face, dans lequel lesdites petites chambres (5, 5...) dudit disque à grand diamètre (6) et celles dudit disque à faible diamètre (7) sont disposées alternativement entre elles de manière à communiquer les unes avec les autres et lesdits disques à grand et à faible diamètres (6, 7) ont des trous traversants (8, 9) respectivement formés en leurs centres, le diamètre desdits trous traversants (9) des disques de faible diamètre étant inférieur à celui des trous travesants (8) des disques de grand diamètre; ledit deuxième ensemble de transfert thermique (3) comprenant de manière concentrique deux couples de disques à grand et à faible diamètres (6a, 7a) ayant chacun une pluralité de petites chambres (5, 5a...) de forme polygonale, qui sont ouvertes au niveau de leurs parties avant, lesdits disques à grand et à faible diamètres (6a, 7a) étant couplés dans chaque couple de façon à se faire face, dans lequel lesdites petites chambres (5, Sa...) dudit disque à grand diamètre (6a) et celles dudit disque à faible diamètre (7a) sont disposées alternativement entre elles de manière à communiquer les unes avec les autres et lesdits disques à faible diamètre (7a) ayant des trous de fixation de tuyaux (12) en leurs centres sont couplés de manière concentrique entre eux, à l'arrière, le diamètre desdits trous de fixation (12) étant inférieur à celui desdits trous de fixation (8) desdits disques à grand diamètre (6) dudit premier ensemble de transfert thermique (2); une plaque de fermeture (10) prévue entre les périphéries desdits disques à grand diamètre (6a) disposée des deux côtés dudit ensemble de transfert thermique (3), pour former un passage hydraulique (11) entre ladite plaque de fermeture (10) et les périphéries desdits disques à faible diamètre (7a); dans lequel ledit deuxième ensemble de transfert thermique (3) est disposé sur une partie centrale dudit ensemble d'échange de chaleur (4), les surfaces latérales arrière desdits disques à faible diamètre (7) dudit premier ensemble de transfert thermique (2) sont couplées de manière concentrique aux surfaces latérales arrière desdits disques à grand diamètre (6a) dudit deuxième ensemble de transfert thermique (3), pour former ledit ensemble d'échange de chaleur (4), ledit ensemble d'échange de chaleur (4) est inséré dans ledit carter (9) pour amener lesdites périphéries desdits disques à grand diamètre (6) dudit ensemble de transfert thermique (2) en contact intime avec une périphérie intérieure dudit carter (9), de manière à former un passage hydraulique entre ladite plaque de fermeture (10) et ladite périphérie intérieure dudit carter (9); et des deuxièmes tuyaux d'entrée et de sortie (15) fixés auxdits trous de fixation (12) pour permettre à l'un desdits fluides ayant des températures élevées et faibles de s'écouler dans ou de sortir dudit deuxième ensemble de transfert thermique (3), de manière à traverser lesdits trous traversants (9, 8) desdits disques à faible et à grand diamètres (7, 6) dudit premier ensemble de transfert
thermique (2), respectivement.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'une desdites surfaces desdits disques à faible diamètre (7a, 7a) dudit deuxième ensemble de transfert thermique (3), à l'endroit o elles sont couplées entre elles, est de forme concave et l'autre est de forme convexe,
de manière à venir en contact plus intime entres elles.
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel lesdits deux disques à faible diamètre (7a, 7a) dudit deuxième ensemble de transfert thermique (3) sont remplacés par un unique disque à faible diamètre et une pluralité de petites chambres (5, 5a...) de formes polygonales sont formées à la fois sur leurs côtés avant et
arrière.
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel certaines des surfaces arrière desdits disques à grand diamètre (6a, 6a) du deuxième ensemble de transfert thermique (3) et desdits disques à faible diamètre (7, 7) dudit premier ensemble de transfert thermique (2), dans ledit échangeur de chaleur, à l'endroit o elles sont couplées entres elles, sont de forme concave et les autres sont de forme convexe de manière à venir en contact plus
intime entres elles.
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel chaque couple desdits disques à grand diamètre (6a, 6a) du deuxième ensemble de transfert thermique (3) et desdits disques à faible diamètre (7, 7) dudit premier ensemble de transfert thermique (2), qui sont couplés entre eux dans ledit échangeur de chaleur, est remplacé par un seul disque ayant une pluralité de petites chambres (5, Sa...) de forme polygonale, formées à la fois sur leurs
qçôtés avant et arrière.
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