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SURFACE D'ECHANGE DE CHALEUR.
La présente invention se rapporte aux surfaces rechange de cha- leur,notamment à celles destinées au chauffage d'un fluide froid, circulant d'un cotés par une source de rayonnement ou un courant de fluide chaud situé de l'autre côté de la surface.
Suivant la température du fluide chaud, il convient d'étudier le volume comprenant le fluide chaud et la surface qui l'enveloppe en vue de l'échange par rayonnement ou par convection, les deux cas se présentant suc- cessivement dans les appareils de chauffage d'air, par exemple, où il s'agit de faire prélever avec le meilleur rendement possible la chaleur d'un fluide chaud qui se présente d'abord sous la forme des flammes d'un brûleur ou d'un groupe de brûleurs se déployant dans une chambre de combustion, puis comme un courant -de fumées à température décroissante jusqu'à la cheminée d'évacuation.
On a été conduit à faire appel dans ces conditions à des surfaces d'échange de natures diverses pour réaliser.dans les diverses parties d'un échangeur les meilleurs rendements possibleso
Dans les parties où la transmission de chaleur s'effectue prin- cipalement par rayonnement., on utilise parfois du côté du fluide froid des ailettes soudées sur la surface d'échange. Les soudures présentent l'inconvé- nient d'être en général soit hétérogènes, soit insuffisantes en épaisseur, soit mal disposées, ce qui diminue l'efficacité de la conduction à travers l'ailette, donc la transmission de chaleur escomptée,et risque de donner lieu à des points chauds dans la paroi des chambres de combustion.
Dans les zones où rechange se fait principalement par convection, la forme des vol-cmes traversés par le fluide chaud et par conséquent celles des surfaces d'échange qui les envelopperont changent totalement, car ce que 1-'on recherchera dans ce cas,ce sera l'égalisation des coefficients de con- vection de part et d'autre de la surface d'échange
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La présente invention a pour objet un type de surface susceptible d'envelopper avec une égale facilité des volumes très divers et de s'adapter aussi bien à l'échange par rayonnement qu'à la convection.: la surface suivant l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'elle comporte une succes- sion d'ailettes creuses obtenues par pliage d'une tôle métallique.
La surface d'échange ainsi constituée présente une série d'avanta- ges d'importance fondamentaleo La surface à ailettes creuses ou à plissage en accordéon suivant l'invention est susceptible de s'adapter avantageusement à la transmission de la chaleur aussi bien par rayonnement que par convection.
Dans la transmission de la chaleur d'une source de rayonnement, elle présente sur les ailettes pleines soudées l'avantage d'une parfaite ho- mogénéité, elle permet l'emploi de matériaux appropriés aux températures im- 'posées, (aciers réfractaires, aciers calorisés, aciers inoxydables,etc.).
Dans l'échange par convection, elle permet de réaliser, par le simple choix des dimensions des ailettes et de leur espacement, des vitesses de circulation des fluides conditionnées à la meilleure efficacité vis-à-vis des pertes de charge, c'est-à-dire l'égalité des coefficients de convection3 de part et d'autre de là surface d'échange, avec une puissance de circulation réduite au minimum.
Du point de vue constructif, les surfaces suivant l'invention of- frent une grande rigidité, grâce au moment d'inertie important de la section des ailettes. Une surface plissée de ce type permet d'envelopper sans difficul- té toute surface réglée et donne une infinité de solutions possibles et sim- ples en laissant tout l'espace utile à l'intérieur ou à l'extérieur du volume enveloppé au déploiement d'une flamme ou à la circulation d'un fluide.
Les volumes enveloppés peuvent être très variables :cylindre, tronc de cône,et plus généralement toute surface réglée, l'hyperboloide de révolution par exemple.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'exemples d'application choisis uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un élément de paroi d'échangeur à ailettes creuses selon l'invention ; . la figure 2 représente une disposition particulière d'un tel échan- geur ; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une surface enveloppant un hyperboloide de révolution ;
la figure 4 est une vue en élévation d'un réchauffeur d'air uti- lisant des surfaces suivant l'invention , les figures 5 et 6 sont des vues en coupe respectivement suivant les lignes II-II et III-III de la figure la
Comme représenté figure 1, la surface d'échange est constituée par une tôle a présentant une succession de plis b. Ces plis b constituent une série d'ailettes s'étendant d'un côté de la paroi a et jouant de ce côté leur rôle normal d'augmentation de la surface d'échange de chaleur.
Mais, alors que les ailettes normales sont pleines, les ailettes b, selon l'invention, en rai- son de leur mode de réalisation, sont creuses, ménageant en .2. un passage pour le fluide se trouvant de ce côté, lequel participe davantage aux échanges et trouve un passage supplémentaire.
Dans la figure 2, on a représenté un échangeur composé d'une enve- loppe extérieure cylindrique d et d'une surface d'échange e composée d'ailet- tes sensiblement radiales dont la largeur augmente du centre vers l'enveloppe d, à la façon des pétales d'une fleur. Ces ailettes e sont obtenues par plia- ge d'une tôle unique raccordée seulement à ses aeux extrémités rapprochées bout à bout en un point quelconque. Ces ailettes sont creuses, de telle sorte qu' elles limitent un passage intérieur f, où circule généralement le fluide chaud.
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Le passage compris entre les ailettes e et l'enveloppe d sert au passage du fluide froid.
L'enveloppe de la surface d'échange à ailettes creuses peut être cylindrique (figo 2), ou formée d'éléments plans (fig. 1), comme il vient d' être décrit. Mais elle peut être de toute autre forme depuis le cylindre jusqu'à sa limite la ligne. Elle peut aussi être en tronc de cône,double tronc de cône,et d'une façon générale fromée de toute surface réglée, même complexe
La figure 3 représente le cas d'une enveloppe formée d'un hyperbo- loide de révolution h, suivant les génératrices duquel les ailettes creuses i sont disposées. Toutes ces surfaces peuvent s'exécuter assez simplement avec des éléments pliés formant les ailettes (i dans la figure 4)'
Les dispositions qui précèdent peuvent être utilisées dans les - échangeurs les plus divers.
Un exemple d'application particulier à un ré- chauffeur d'air est représenté figures 4 à 6,
Le réchauffeur d'air comporte deux brûleurs 1 et 2, alimentant une chambre de combustion de section horizontale rectangulaire et allant en décroissant régulièrement de bas en haut. La chambre de combustion ou de ray- onnement ainsi constituée est enveloppée par une surface d'échange de section rectangulaire dont les quatre faces inclinées sont constituées par des tôles pliées de manière à présenter une série d'ailettes verticales creuses, telles que 3-4 de profondeur allant en croissant de bas en haut.
Ces ailettes sont fermées à la partie inférieurecertaines par des pattes de fixation telles que 5, assurant la suspension de l'enveloppe et fermées également à la partie supérieure où les fumées sont admises dans une boîte 7, d'où elles sont diri- gées sur une boite dite de distribution 8. Dans le fond de cette boîte débou- che un conduit de convection 9,constitué par une surface d'échangeà convec- tion comportant deux rangées d'ailettes pliées 10-11 de part et d'autre d'un conduit central 12.
Le conduit central de section rectangulaire très aplati est obturé à la partie inférieure en 13 et les ailettes 10-11 convergent vers un collecteur de fumées 14 à partir duquel les fumées sont transférées vers une cheminée d'évacuation, éventuellement avec un dispositif de tirage induit non représenté. Un écran 15 est disposé entre la partie gauche d'échange par rayonnement et la partie droite d'échange par convention de l'appareil.
L'air froid est soufflé en 16 à la partie inférieure de l'appareil par un ventilateur (non représenté) et se répartit dans les divers conduits ascendants constitués par les passages formés entre les ailettes creuses. On voit qu'il existe ainsi une première série de conduits divergeant de bas en haut entre les ailettes de la surface enveloppant la chambre de rayonnement.
Ces conduits sont traversés à grande vitesse par l'air froid, ce qui assure un refroidissement efficace de la chambre de combustion, permettant d'éviter l'emploi d'un revêtement réfractaire.
L'air circule, d'autre part, dans les conduits rectangulaires de section constante dans ce cas, ménagés entre les ailettes 10 et 11 de la surface d'échange par convection.
Les parcours de fumées étant indiqués par les flèches en traits pleins et les parcours d'air par les flèches en pointillés,, on voit que l'air circule dans le même sens que les fumées dans la zone de rayonnement tandis qu'il circule à contre-courant dans la partie de chauffage par convection.
L'air réchauffé se trouvant à des températures voisines à la partie supérieu- re de la chambre de combustion d'une part et à la partie supérieure du con- duit de convection d'autre part, l'écran 15 peut être arrêté à une certaine hauteur au-dessous de la partie supérieure de l'appareil. L'air chaud est rassemblé dans une boîte à vent 17 d'où il est dirigé de toute manière appro- priée par une tubulure 18 vers les points d'utilisation.
Dans cet exemple les surfaces à ailettes suivant l'invention en- veloppent un tronc de pyramide d'une part et un parallélépipède aplati d'autre part. Mais il est bien entendu que toute autre forme à surface réglée envelop-
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pant le volume du passage des fluides pourrait être utilisée selon les besoins de la transmission calorifique ou de la circulation des fluides.
REVENDICATIONS.
1 ) - Surface d'échange de chaleur constituée par une tôle métal- lique formant par pliage une série d'ailettes creuses en saillie sur le volu- me enveloppé.
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