BE453673A - - Google Patents

Description

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  Appareil d'échange de chaleur. 



   La présente   invention -.concerne   un appareil éohangeur de chaleur du type dans lequel les fluides entre lesquels l'échange de chaleur doit se produire sont mis en mouvement hélicoïdal. Les échangeurs de chaleur de ce type présentent en règle générale une efficacité élevée mais les réalisations connues jusqu'à présent ont certains inconvénients Elles ne conviennent pas pour des fluides qui forment des dépôts sous forme d'incrustations, de noir de fumée, eto., elles sont difficiles à réparer et difficiles à garnir d'un bourrage pour qu'elles soient parfaitement étanches. 



   La présente invention concerne la création d'un échangeur de chaleur du type mentionné plus haut, au moyen duquel ces difficultés sont éliminées ou en tout cas fortement diminuées. La caractéristique de l'invention est qu'à l'intérieur d'un récipient ou d'un tube, il est prévu une pièce rap- 

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 portée qui est pourvue de   spires   creuses analogues à un pas de vis qui forment intérieurement un canal (système de canaux) pour un fluide et extérieurement, en combinaison avec la paroi enveloppante,un canal (système de canaux) pour un second fluide. 



   Un des buts de l'invention est d'améliorer la transmission de chaleur d'un fluide à l'autre. Ce but est atteint entre autres par le fait qu'on évite que la transmission de chaleur ait lieu à travers des parois doubles du système de canaux. 



   Un autre but est de donner en particulier au passage extérieur une grande section transversale totale aux surfaces de passage de façon à donner au fluide, en particulier lorsque   c'est   un gaz, une grande vitesse à travers l'appareil. Ceci peut se faire de telle manière que les passages sont subdivisés en deux ou plusieurs canaux hélicoïdaux et qu'on donne.à l'un des passages une section ou une surface de passage beaucoup plus grande, pour être plus précis,au moins deux fois aussi grande qu'à l'autre passage. 



   Un autre but est d'obtenir un échangeur de chaleur qui est facile à décomposer en vue du nettoyage extérieur de la pièce rapportée et du nettoyage inférieur du récipient ou du tube. Pour ce qui concerne le fluide qui s'écoule vers le tube ou les tubes, il faut par conséquent veiller à ce qu'il soit de nature telle qu'il ne donne pas les dépôts mentionnés. 



   Un autre but encore est de rendre possible une réalisation telle de la pièce rapportée qu'elle peut être composée de plusieurs pièces ou tronçons, ce qui facilite d'une part sa fabrication et d'autre part également son nettoyage intérieur. 

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   D'autres buts et avantages résultant de la présente invention apparaîtront dans ce qui suit, où l'on a expliqué différentes formes de réalisation de l'invention à l'aide des dessins annexés. 



   La fig. 1 montre une coupe longitudinale du .réservoir d'un appareil à trois tubes vissés l'un dans   l'autre.   La   fig.2   montre une coupe dans l'appareil suivant la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 montra une coupe longitudinale dans une partie d'un réservoir d'un appareil comportant un seul tube. La fig.4 montre une coupe analogue dans un appareil comportant un seul tube et une réalisation modifiée du réservoir ou du tube. 



   Les fig.5 à   7   montrent une réalisation modifiée de la pièce   rapportée, la   fig.6 étant une coupe logitudinale dans un appareil à deux tubes et la fig.7 une coupe par la ligne VII-VII de la fig.6. 



   La fig.8 montre une vue de côté d'une pièce rapportée formée de tronçons, le tronçon supérieur étant représenté sur cette figure en coupe par la ligne VIII-VIII de la fig. 10. 



   La fig.9 montre une vue de côté d'un tronçon individuel. 



   La fig. 10 montre une vue en plan d'un tronçon suivant la fig. 9. 



   On a désigné à la fig. 1 par 1 le réservoir cylindrique, vertical dans le cas représenté, qui est   oom -   posé de deux moitiés de cylindre comme cela résulte de la fig.2. Le réservoir est recouvert du haut par un couvercle   amovible   2 età l'extrémité inférieure-, il est fermé par un fond 3 également amovible. Près de l'extrémité supérieure, le réservoir possède un tuyau à bride 4 pour le raccordement 

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 d'une conduite et près de l'extrémité inférieure un tuyau à bride 5 analogue. Le réservoir contient trois vis 6,7,8 vissées l'une dans l'autre et faites de tubes plats. Le tube vissé d'abord est réalisé avec un tube médian axial 
9 qui forme le noyau de la vis tandis que les deux autres tubes sont réalisés sans partie médiane de ce genre pour pouvoir être vissés.

   Les trois tubes sont raccordés par des pièces d'extrémité radiales appropriées   10,11,12   à une cais- .se supérieure 13 disposée dans le réservoir 1, voir fig.2. 



  Cette caisse est la communication par un goulot 14 avec une ouverture 15 du couvercle 2.A la partie inférieure, les tubes possèdent des pièces d'extrémité radiales analo- gues 16,17,18 qui sont raccordées à une caisse inférieure 19 du réservoir 1. Cette caisse est en communication par un goulot 20 avec une ouverture 21 du fond 3 et avec une chambre supplémentaire 22 située en-dessous et pourvue d'une ouverture 23. 



   L'appareil décrit fonctionne comme suit: L'un est des fluides qui doit participer à l'échange de chaleur/par exemple introduit par l'ouverture 23, traverse la chambre 22 et entre dans la caisse inférieure 19   d'ou   le fluide est réparti par les raccords 16,17,18 dans les trois tubes 6,7, 8. Après avoir parcouru ces tubes, le fluide pénètre par les raccords 10,11,12 dans la caisse   supérieure   13 qui forme donc une caisse collectrice pour les différents courants de fluide, caisse à partir de laquelle le fluide rassemblé sort par l'ouverture 15 et une conduite raccordée à celle-ci et non représentée. 



   Le second fluide est amené par exemple par la tubulure 4 et entre ainsi dans le réservoir 1 dans lequel le fluide circule par les canaux qui sont formés par les intervalles entre les spires des tubes 6,7,8. Ce fluide sort 

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 par la tubulure 5. 



   Les deux fluides sont obligés à parcourir un long trajet dans l'appareil, en couches   minoes,   de sorte ' que le change de chaleur est efficace également dans un appareil de dimensions modérées. 



   En vue du nettoyage de   l'appareil,le   réservoir est décomposé en ses deux parties, éventuellement après l'enlèvement préalable du couvercle et/ou du fond. Le réservoir peut être réalisé de telle manière, le cas échéant,. qu'une ou plusieurs parties de celui-ci doivent seulement être enlevées en vue du nettoyage. Cette partie ou ces parties peuvent de préférence avoir la forme de couvercles de nettoyage. La liaison entre la caisse 13 et le couvercle peut être telle que la caisse et les tubes peuvent être enlevés du réservoir moyennant soulèvement du couvercle. 



  Le couvercle et le fond et d'autres pièces du réservoir sont dimensionnés de telle manière que le réservoir peut être mis sous pression de telle: sorte que le fluide circulant à l'extérieur des tubes peut se trouver sous pression et que le fluide s'écoulant dans les.tubes peut être mis sous une pression plus élevée que ce ne serait possible autrement. 



   Les tubes en hélice peuvent s'étendre ,jusqu'à la paroi du réservoir ou également se terminer à une,oertaine distance de celle-ci en vue de compenser les   inégali-   tésde dilatation, comme on l'a représenté d'une façon exagérée à la fig. 1. Par les intervalles ainsi formés, les saletés qui sont projetées par la force centrifuge, en cas de mouvement en   hélice,   oontre la face intérieure du réservoir peuvent tomber vers le bas pour étre enlevées par la partie inférieure du réservoir.

   Pour faciliter la- séparation et le dépôt des saletés, la paroi du réservoir peut 

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 être pourvue de renflements en forme de rainures qui s'étendent parallèlement au réservoir entre les spires, corme on l'a indiqué en 25 à la   fig.4.   On n'a représenté sur cette figure qu'un seul tube en hélioe 24. Celui-oi est réalisé alors sans noyau spécial. Le nombre des tubes dans le même réservoir est d'ailleurs quelconque. Les rainures ou renflements 25 mentionnés dans lesquels la matière lourde se rassemble peuvent être pourvus de couvercle de nettoyage ou de tubes de soufflage en plusieurs endroits;
Pour permettre la surveillance de l'intérieur de l'appareil, on a disposé des fenêtres d'observation 26 aux endroits nécessaires, comme le montre la fig.3. 



   Il ntest pas nécessaire que le réservoir ait une forme cylindrique circulaire et que le périmètre extérieur de la boucle ou des boucles formées par le ou les tubes se trouve sur une surface cylindrique circulaire. On peut ohoisir à la place de oelle-oi une surface cylindrique ovale ou une autre surface cylindrique non circulaire ou même une surface conique sans que le principe de l'invention en souffre. 



   On peut également effectuer dans le cadre de la présente invention dtautres modifications concernant la conformation du tube ou des tubes. Ceux-ci peuvent par exemple être réalisés de telle manière que les spires (le pas de vis)  reçpivent   une épaisseur variable dans la direction axiale ou un pas variable ou présentent ces deux variations. 



   Les spires du tube peuvent être obtenues de telle manière qutun tube aplati, initialement rond   (éventuile-   ment un tube tout à fait plat) est tordu autour de son propre axe longitudinal en un nombre approprié de spires tandis que l'axe longitudinal reste donc rectiligne. La fig.5 montre un semblable tube. Ce tube ou éventuellement deux ou 

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 plusieurs tubes analogues sont disposés côte à côte ou tordus ensemble dans un tube approprié, de sorte qu'on ob- tient un passage pour le fluide autour du tube ou des tubes. 



  On a représenté schématiquement à la fig. 6 un   appareil   com- portant deux tubes 27 tordus ensemble à l'intérieur d'un tube 28. Les tubes intérieurs et le tube-enveloppe sont pourvus de tubulures de raccordement 29,30 et   31,32,   Les fluides   s'écoulent   dans la direction des flèches dans l'ap- pareil , l'un à l'extérieur des tubes, l'autre à l'intérieur de ceux-ci. Il doit y avoir entre les tubes un intervalle 33 qui forme une partie du passage extérieur. 34 désigne des fonds qui ferment le tube extérieur vers les extrémités. 



   Dans le cas de la transmission de chaleur d'un gaz à un liquide, par exemple de gaz d'échappement ou   de   vapeur d'eau à de l'eau, il convient de faire s'écouler le gaz ou les gaz extérieurement autour des spires et le liqui- de à l'intérieur de celle-ci. Il est en outre approprié de faire diminuer la surface de passage du canal extérieur dans la direotion de l'écoulement du gaz, approximativement en concordance avec la diminution du volume du gaz provoquée par la cession de chaleur (la chute de température). Ceci peu se faire par une adaptation appropriée de l'épaisseur et/ou du pas des boucles ou par variation du diamètre ex- térieur ou intérieur.

   Les conditions sont évidemment inverses      lorsque le fluide absorbant la chaleur, dont le volume aug- mente dans la direction de   l'écoulement,   circule autour des boucles. L'essentiel est que la section de passage du canal diminue ou augmente en correspondance avec la variation de volume du fluide dans la direction de l'écoulement. 



   On a représenté aux fig. 8 à 10 comment la pièce intérieure peut être faite de tronçons dont chacun comprend 

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 une partie dunoyau de la vis et une spire complète. Dans cette réalisation, la pièce intérieure est 'facile à fabriquer et facile à nettoyer intérieurement. 



   Un tronçon de l'élément d'échange de ohaleur hélicoldal représenté ou de la pièce intérieure comprend un noyau cylindrique 41 et une spire plate de pas de vis 42 comportant un angle de 360 . Le noyau est creux et ouvert aux deux extrémités et comporte environ au milieu une cloison 43 qui divise la cavité en deux compartiments 44,45. La cloison comporte un trou 46 qui est destiné à un boulon non représenté traversant tout l'élément et servant à maintenir ensemble les différents tronçons. Ce boulon passe de façon étanche dans le trou 46, de sorte que les compartiments 44 et 45 sont séparés l'un de l'autre avec étanchéité. La spire 42 de pas de vis est également creuse et présente une cavité non divisée.

   Celle-ci est fermée non seulement du côté supérieur et du côté inférieur de la spire et à la périphérie, mais également aux surfaces radiales d'extrémité de la spire, qui sont représentées par la ligne 47 à la fig. 10, et dont une est montrée en 47 aux fig.8 et 9. 



  A   l'un   de ces surfaces d'extrémité, la cavité de la spire est en communication avec la chambre 44 du noyau par une ouverture 48 et à l'autre surface d'extrémité mentionnée la cavité de la spire est en communication avec la chambre 45 du noyau par une ouverture 4 9. Le liquide ou un autre fluide peut par conséquent s'écouler'de la chambre 44 par exemple pa du noyau dans la spire à la partie supérieure de celle-ci par l'ouverture 48, passer dans la spire sur tout le pourtour et sortir à la partie inférieure dans la chambre 45 du noyau par l'ouverture 49, comme le montrent les flèches aux fig. 8 et 10. Dans ce cas, la chambre 44   forme   la chambre d'amenée et la chambre 45 la chambre de départ pour le fluide. 

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   La direction d'écoulement peut toutefois être la direction opposée. 



   Dans chaque cas, la chambre de départ, par exemple   45,   de chaque tronçon individuel est en communication directe avec la chambre d'amenée, par exemple 44, du tronçon voisin. 



  Les différents tronçons de l'élément sont par conséquent montés en série pour ce qui concerne l'écoulement du fluide. 



   Les différents tran.çons sont fabriqués de   préfé-   rence par coulée et sont pourvus aux extrémités du noyau de parties tournées appropriées pour l'adaptation et le centrage. 



  L'assemblage se fait, comme on l'a mentionné, par un boulon continu placé au milieu ou par deux ou plusieurs boulons au bord extérieur, ce qui n'est pas représenté au dessin, ou d'une autre manière. Dans une extrémité de l'élément, la chambre d'amenée 44 est reliée à une conduite d'amenée ou à une chambre de répartition pour le fluide qui devait être conduit à travers l'élément et à l'autre extrémité de l'élément la chambre de départ 45 est reliée à une conduite de départ ou à une chambre collectrice pour le fluide qui a circulé à travers   1'élément.   Lorsque la vis est disposée dans un réservoir, les surfaces extérieures continues des spires forment une voie hélicoïdale pour le fluide qui doit transmettre de la chaleur au fluide circulant à l'intérieur de la vis ou doit recevoir de la chaleur de-ce fluide. 



   Cette forme de réalisation également peut être modifiée dans le cadre de la présente invention. Entre autres, la pièce, intérieure rapportée peut être modifiée en ce sens qu'elle est employée comme corps de chauffage ou de refroidissement sans réservoir-enveloppe ni tube-enveloppe, en vue du chauffage ou du refroidissement d'un fluide ambiant, par exemple de l'air d'un local.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS.

   @ 1.- Appareil d'échange de chaleur à systèmes de canaux en forme de pas de vis pour les fluides, caraotérisé en ce qu'il comprend un réservoir ou un tube et une pièce intérieure rapportée, laquelle est pourvue de spires creuses en forme de pas de vis qui forment intérieurement un canal (système de canaux) pour un fluide et extérieurement, en combinaison avec la paroi enveloppante, un canal(système de canaux) pour un second fluide.

   2. - Appareil d'éohange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce intérieure rapportée consiste en un, deux ou plusieurs tubes façonnés en forme de pas de vis (enroulés ou tordus) ou en des organes analogues, de pré- férence à section plate, tandis que dans le cas où deux ou plusieurs tubes sont employés, ceux-ci s'engagent l'un dans l'autre de telle manière que le fluide intérieur aussi bien que lefluide extérieur circulent en forme d'hélice à travers l'appareil.

   3.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir ou le tube-enveloppe est réalisé sous une forme divisée, de sorte qu'une partie plus ou moins grande de celui-ci peut être enlevée ou que le réservoir est pourvu d'un ou de plusieurs couver- oies qui permettent le nettoyage de l'intérieur du réservoir et des surfaces extérieures du ou des corps d'écoulement.

   4,- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la @ ou les spires creuses sont faites avec une épaisseur variable (dans la direction axiale) et/ou avec un pas qui varie.

   5.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la surface de passage du canal (système <Desc/Clms Page number 11> de canaux) pour.le fluide cédant de la chaleur diminue dans la direction d'écoulement du fluide, par exemple par varia- tion de l'épaisseur et/ou du pas des spires, approximative- ment en correspondance avec la diminution de volume provoquée par la cession de chaleur (la chute de température).

   6.- Appareil d'échange de onaleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la surface de passage du canal (système de canaux) pour le fluide absorbant de la chaleur augmente dans la direotion d'écoulement du fluide, par exemple par va- riation de l'épaisseur et/ou du pas des spires, approximati- vement en correspondance avec l'accroissement de volume-provoqué par l'absorption de chaleur (accroissement de température).

   7.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 1 et 3, oaraotérisé en ce que le réservoir ou le tube-enveloppe peut être mis sous pression.

   8.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi d'enveloppe du réservoir ou du tube extérieur est pourvue de renflements continusou prévus par endroits et munis d'ouvertures de sortie, précisément ,devant les intervalles des spires, en vue de recevoir les constituants d'un fluide projetés vers l'extérieur dans le réservoir par la force centrifuge.

   9.- Appareil d'éohange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section du tube ou des tubes s'étend de la paroi périphérique ou approximativement à partir de celle-ci jusqu'au milieu du réservoir.

   10.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube ou les tubes sont enroulés dans le réservoir autour d'un corps médian.

   11.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'un intervalle est prévu entre la <Desc/Clms Page number 12> périphérie de la pièce intérieure rapportée et la paroi-en- veloppe du réservoir et/ou .en cas d'emploi d'un corps central dans le réservoir, entre ce corps et la périphérie intérieure des spires de tubes, en vue de l'utilisation de la surface de refroidissement tournée vers l'intervalle ou les interval- les et en vue de permettre la dilatation.

   12. - Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la périphérie extérieure de la ou des spires creuses se trouve sur une surface cylindrique circu- laire.

   13. - Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la périphérie extérieure de la ou des spires creuses se trouve sur une surface cylindrique ovale ou une autre surface cylindrique non-circulaire ou sur une surfa- ce conique.

   14. - Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir ou le tube extérieur est pourvu de fenêtres d'observation.

   15.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les différents tubes sont pourvus d'ori- fices d'amenée et de départ séparés, de préférence aux extré- mités du réservoir .

   16. - Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les différents tubes sont pourvus d'un orifice d'amenée commun à une extrémité du réservojr et d'un orifice de départ commun à l'autre extrémité du réservoir.

   17.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes débouchent aux extrémités du réservoir ou du tube-enveloppe dans des caisses ou des organes analogues dont l'un forme une chambre de répartition commune et l'autre une chambre collectrice commune, respectivement pour le fluide qui doit circuler dans les tubes et le fluide ayant passé dans les tubes, la première caisse étant pourvue d'un A <Desc/Clms Page number 13> orifice d'admission et l'autre caisse un orifice de départ pour le fluide.

   18.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 17, caractérisé en ce .que l'une des caisses est reliée à un couvercle amovible du réservoir ou du tube-enveloppe, de sorte qu'après avoir défait des liaisons éventuelles au réservoir, on peut enlever les caisses et les tubes à la suite du cou- vercle lorsque celui-ci est retiré.

   19.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication l, dans lequel la pièce intérieure rapportée consiste en'une vis à spires creuses, de préférence plates, caractérisé en ce que la vis est composée de tronçons de préférence coulés dont cha- cun comprend une partie du noyau de la vis et une spire du pas de vis, et en ce que la cavité de chacune de ces spires est en communication d'une part avec une chambre d'amenée et d'au- tre part avec une chambre de départ, séparée de la précédente, dans le noyau.

   20.- 'appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 17, caractérisé en ce que la pièce intérieure rapportée est inodi- fiée de façon à avoir la forme d'un corps de chauffage ou dé refroidissement sans réservoir ni tube l'enveloppant, en vue du chauffage ou du refroidissement d'un fluide ambiant, par exemple de l'air dans un local.

   21.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 19 et 20, caractérisé en ce que les différents tronçons sont assemblés de telle manière que la chambre de départ de chaque partie du noyau est en communication avec la chambre d'amenée de la partie voisine du. noyau, de sorte que les tronçons sont montés en série pour ce qui concerne l'écoulement du fluide.

   22.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 19 à 21, oaractérisé en ce que chaque partie creuse du noyau est ouverte aux deux extrémités et est'pourvue d'une cloison <Desc/Clms Page number 14> qui divise la cavité de la partie de noyau en deux chambres séparées l'une de l'autre.

   23. - Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 19 à 21, caractérisé en ce que les différents tronçons d'un élément sont maintenus assemblés au moyen d'un boulon traversant centralement les parties du noyau et qui passe de façon étanche à travers les ouvertures des cloisons.

   24.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 1 à 19, caractérisé en ce que l'intervalle entre les spires de pas de vis, mesuré dans la direction de l'axe de la vis, est au moins deux fois aussi grand que la cavité à ?intérieur du pas de vis, mesurée dans la même direction..

   25.- Appareil d'échange de chaleur suivant les revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la cavité à l'intérieur du pas de vis, mesurée dans la direction de l'axe de la vis, est deux fois aussi grande que l'intervalle entre les spires de pas de vis, mesuré dans la même direction .

   26.- Appareil d'échange de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les parois du système de canaux sont pourvues, d'un coté ou des deux côtés,de saillies ou d'autres moyens analogues, en vue d'augmenter de cette manière la sur- face de l'échangeur de chaleur.