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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX ECHANGEURS THERMIQUES ET LEURS ELEMENTS
CONSTITUTIFS.
Il est connu d'établir des éléments d'échangeurs thermiques à l'aide de tôles conformées, notamment pourvues d'ondulations ou sem- blables, et assemblées entre elles avec les parties saillantes, telles les crêtes des ondulations , unies ou tout au moins en contact, en formant ainsi une série de canaux parallèles séparés servant de passages d'écoule- ment'pour l'un des fluides en état d'échange l'autre fluide s'écoulant extérieurement à l'élément, ou aux éléments et entre ceux-ci suivant la longueur et, ou transversalement aux dits canaux.
Il est connu également de constituer des panneaux d'échangeurs chacun à l'aide de deux tôles placées parallèlement,à une certaine distance l'une de l'autre, et unies entre elles par leurs bords, les dites tôles pouvant comporter des nervures, qui peuvent être matricées, servant à les raidir mais pouvant également concourir aux échanges thermies.
Pour satisfaire aux exigences d'une fabrication économique, de tels éléments reçoivent une conformation qui est pratiquement identi- que dans toute leur étendue.
Or il est rare que dans un courant de fluide, toutes les parties de celui-ci aient même température et, ou même densité, et, ou même vitesse si bien que dans un échangeur, voire même dans un même élément, les taux d'échange peuvent être très différents d'une partie à l'autre, avec une déficience de rendement,général,qui peut être conséquente si le taux d'é- change optimum n'est atteint que dans une portion plus ou moins restreinte de l'échangeur.
Un objet de l'invention est de remédier, au moins en partie, à cet inconvénient.
Un autre objet est de réaliser un élément échangeur, et des échangeurs se prêtant aisément à des modifications locales du taux d'échan- ge, tout en donnant au dit élément, où à ses parties constituitives, unee confor-
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mation pratiquementidentique dans toute son étendue propre à en permettre la fabrication économique.
Conformément à l'invention, un élément d'échangeur est consti- tué à l'aide de deux tôles ou plaques conformées, comportant des parties saillantes,. du genre d'ondulations et semblables, qui sont assemblées l'une à l'autre avec leurs parties saillantes en regard, mais en principe plus ou moins écartées entre elles,c'est-à-dire espacées d'une distance, qui peut être nulle., propre à permettre que l'élément puisse répondre aux con- ditions d'échange à satisfaire.
On peut ainsi confectionner à 1-*aide, dans chaque cas, de deux tôles identiques et chacune conformée de façon pratiquement identique dans toute son étendue tout une gamme d'éléments, chacun comportant encore une série de canaux longitudinaux parallèles, mais dont les sections sont fonction de la distance maintenue entre les parties saillantes des tôles composantes , avec un effet correspondant d'accroissement ou de réduction sur les échanges que le fluide qui les traverse pourra engendrer.
En raison de l'espacement entre les parties saillantes des tô- les conjuguées, les différents canaux longitudinaux d'un élément communi- quent entre eux. Ces communications peuvent permettre une égalisation des écoulements du fluide entre les canaux longitudinaux et par suite du taux d'échange dans les diverses parties de l'élément.
On peut toutefois , dans une large mesure., contrôler une telle égalisation des écoulements en donnant, conformément à l'invention, une for- me appropriée aux saillies en regard des tôles conjuguées d'un élément.
Suivant cette caractéristique de l'invention, les dites saillies peuvent présenter un développement transversal comparativement important., et elles reçoivent de préférence une forme d'allure plane, l'égalisation des écoulements devenant ainsi fonction de la résistance opposée au passage du fluide par les dites communications, en relation, entre autres, avec leur étendue transversale. On pourrait encore, selon une autre caracté- ristique de l'invention, accroître dans une large mesure cette étendue trans- versale, et le dit contrôle, en faisant comporter aux dites saillies des éléments.de chicanes,par exemple, de petites ondulations transversales, ou bien encore supprimer les dites communications si c'était nécessaire par interposition entre les parties saillantes conjuguées de garnitures de joint appropriées.
Les tôles conjuguées d'un élément.. et les divers éléments con- stituant un dispositif échangeur peuvent être assemblés par tout procédé ou moyen connu; toutefois cet assemblage est, avec avantage, de préférence réalisé par soudure, ce mode de réunion se prêtant directement, sans plus, à l'exécution d'éléments ayant des capacités d'échange différentes et d'échangeurs comprenant des éléments ayant différentes capacités d'é- change .
En utilisant ce moyen d'assemblage, il est, de plus., aisément possible, de donner aux divers canaux composants d'un même élément des capacités d'échange différentes, en augmentant ou réduisant., aux endroits voulus.. l'espacement entre les parties saillantes des tôles conjuguées de l'élément.
Exemplativement, des modes d'exécution d'éléments échangeurs et d'un échangeur selon l'invention, seront décrits ci-après, en référence au dessin annexé, sur lequel :
Fig. 1 est une élévation fragmentaire, en perspective,d'un élément échangeur selon l'invention, montrant dans sa portion de droite une exécution et une autre exécution dans sa portion de gauche;
Fig. 2 montre, en plan et coupe, une variante d'exécution;
Fig. 3 montre en élévation avec arrachements partiels., un dispositif échangeur réalisé à l'aide d'éléments selon la Fig. 1.
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En référence au dessin, et tout d'abord à la fig.1, 1 et 2 dé- signent deux plaques ou tôles, dans chacune desquelles on a ménagé, par un procédé quelconque connu, tel que pliage, matriçage, étirage, etc... des parties 3 formant des saillies d'un côté de la plaque ou tôle, et des par- ties 4 formant saillie de l'autre côté,, de façon telle qu'en rapprochant les deux plaques ou tôles l'une de l'autre, avec leurs saillies 3 en regard, on obtienne une série de canaux parallèles, 5.
Les parties 3 sont d'allure générale plane, et sensiblement planes, les parties 4 pouvant recevoir toute conformation désirable. Ainsi dans la portion de droite de la figure, les parties 4 sont sensiblement semi-cylindriques, ou d'une conformation analogue, tandis que dans la portion de gauche de la figure leur profil en section est polygonal.
Comme visible sur la figure, entre les parties 3 subsiste un espace 6 de faible largeur, mais dont la largeur pourra varier suivant les conditions à satisfaire, et qui forment entre les canaux 5 des communica- tions, permettant avec plus ou moins de facilité, l'égalisation des écoule- ments dans les divers canaux 5.
Les tôles 1 et 2 sont assemblées suivant deux de leurs bords opposés, comme en 7, commodément par soudure, et avantageusement par des portions 3a des saillies 3. On aura ainsi constitué un élément d'échan- geur pouvant comprendre un nombre quelconque de canaux 5 appropriés aux conditions d'échange à satisfaire.,
Dans la figure 2 on a montré comment on pouvait assurer un contrôle supplémentaire des communications 6, en faisant comporter aux parties 3 des éléments de chicanes, exemplifiées par des ondulations con- juguées 8.
-En fait, les conformations des deux plaques ou tôles 1 et 2 différent entre elles par ces ordulations, l'une d'elles comportant un type d'ondulations et l'autre le type complémentaire. Il rentre dans le cadre de l'invention de donner aux parties 4, ou à une portion de ces parties, une conformation identique à celles des parties 3, et o'est ce que montre également la figure 2, en permettant l'exécution de gammes d'élé- ments propres à constituer des échangeurs du genre "nid d'abeilles" plus ou moins réguliers. Dans l'exemple de la figure 2, le profil choisi est polygonal, mais il doit être entendu que d'autres conformations pourraient être adoptées.
La figure 3 montre en vue fragmentaire, exemplativement et sché- matiquement, un échangeur comprenant une enveloppe 9 munie d'une entrée 10 et d'une sortie 11 pour l'un des fluides, par exemple de l'eau, à échauffer par des fumées ou gaz de combustion traversant une série de canaux 5 d'un certain nombre d'éléments échangeurs - trois dans l'exemple - - exécutés conformément à l'invention.
Ces éléments qui peuvent être établis de l'une ou l'autre des manières décrites plus haut, sont engagés dans et unis à leurs extrémités à des plaques 12, elles mêmes assemblées dans l'enveloppe 9, au voisinage de ses extrémités, en ménageant à chacune de ces extrémités un espace 13 formant chambre collectrice des fumées ou gaz de chauffage, qui y pénètrent ou en sortent de toute façon appropriée,, par exemple par une ouverture 14.
Pour l'assemblage des éléments dans une plaque telle que 12, on forme dans celle-ci des découpures qui correspondent en contour au contour en section de l'élément à y réunir et une liaison étanche est assurée de préférence par soudure, ce mode de réunion permettant de former dans les plaques 12 des découpures propres à recevoir ceux des éléments dont la sec- tion est la plus largement développée, c'est-à-dire dont les communica- tions 6 sont les plus larges, et donc d'utiliser les mêmes découpures pour toute la gamme d'éléments susceptibles d'être utilisés.
La figure montre que l'ensemble des canaux 5 est constitué à l'aide de trois éléments, deux de cinq canaux et un de quatre canaux, mais il est bien entendu qu'il ne s'agit que d'un exemple d'illustration. Comme
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il a été indiqué plus haut, les canaux 5 et les communications 6 des divers éléments pourront être les mêmes ou être différents, et les dites communica- tions 6 pourront même varier en largeur dans un même élément, suivant les besoins, observant que les sections des lames d'eau entre les canaux d'élé- ments voisins varieront en sens inverse des sections des dits canaux., en permettant ainsi, dans chaque cas, de se rapprocher d'un taux d'échange optimum.
REVENDICATIONS
1.- Un élément d'échangeur thermique constitué à l' aide de deux tôles conformées, comportant des parties saillantes, du genre d'ondula- tions et semblables,et qui sont assemblées l'une à l'autre arec leurs par- ties saillantes en regard, mais en principe plus ou moins écartées entre elles, comme défini, les tôles étant assemblées, en particulier par soudure, suivant deux de leurs bords opposés, en ménageant ainsi une série de canaux parallèles séparés entre eux par des communications de faible largeur.
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IMPROVEMENTS FOR HEAT EXCHANGERS AND THEIR ELEMENTS
CONSTITUTIVES.
It is known practice to establish heat exchanger elements using shaped sheets, in particular provided with corrugations or the like, and assembled together with the projecting parts, such as the crests of the corrugations, plain or at least. in contact, thus forming a series of separate parallel channels serving as flow passages for one of the fluids in exchange state the other fluid flowing externally to the element or elements and between these along the length and, or transversely to said channels.
It is also known to form heat exchanger panels each using two sheets placed in parallel, at a certain distance from each other, and joined to each other by their edges, said sheets possibly having ribs, which can be stamped, serving to stiffen them but also being able to contribute to thermal exchanges.
To meet the requirements of economical manufacture, such elements are given a conformation which is substantially identical throughout their extent.
Now it is rare that in a fluid stream, all the parts of it have the same temperature and, or the same density, and, or the same speed, so that in an exchanger, or even in the same element, the levels of exchange can be very different from one party to another, with a general yield deficiency which can be consequent if the optimum exchange rate is reached only in a more or less restricted portion of the exchanger.
An object of the invention is to remedy, at least in part, this drawback.
Another object is to produce an exchanger element, and exchangers which easily lend themselves to local modifications of the exchange rate, while giving said element, or its constituent parts, a conformance.
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practically identical in all its extent suitable to allow its economical manufacture.
In accordance with the invention, an exchanger element is formed using two shaped sheets or plates, comprising projecting parts. of the kind of undulations and the like, which are assembled to each other with their projecting parts facing each other, but in principle more or less spaced apart from each other, that is to say spaced at a distance, which can be zero., suitable for allowing the element to meet the exchange conditions to be satisfied.
It is thus possible to make with 1- * using, in each case, two identical sheets and each shaped in a practically identical manner throughout its entire extent a whole range of elements, each still comprising a series of parallel longitudinal channels, but whose sections are a function of the distance maintained between the protruding parts of the component sheets, with a corresponding effect of increase or reduction on the exchanges that the fluid passing through them may generate.
Due to the spacing between the projecting parts of the mating sheets, the various longitudinal channels of an element communicate with each other. These communications can allow equalization of the fluid flows between the longitudinal channels and consequently of the exchange rate in the various parts of the element.
To a large extent, however, such equalization of the flows can be controlled by giving, in accordance with the invention, a suitable shape to the projections facing the mating sheets of an element.
According to this characteristic of the invention, said projections may have a comparatively large transverse development., And they preferably receive a flat shape, the equalization of the flows thus becoming a function of the resistance opposed to the passage of the fluid through the said communications, in relation, among other things, to their transverse extent. It is still possible, according to another characteristic of the invention, to increase to a large extent this transverse extent, and the said control, by making the said projections comprise baffle elements, for example, small transverse undulations. , or else remove the said communications if it was necessary by interposing between the conjugate projecting parts of suitable gasket linings.
The conjugate sheets of an element and the various elements constituting an exchanger device can be assembled by any known method or means; however this assembly is, with advantage, preferably carried out by welding, this method of assembly lending itself directly, without more, to the execution of elements having different exchange capacities and of exchangers comprising elements having different capacities of 'exchange.
By using this assembly means, it is, moreover, easily possible, to give the various component channels of the same element different exchange capacities, by increasing or reducing., At the desired places. between the protruding parts of the mating sheets of the element.
By way of example, embodiments of exchanger elements and of an exchanger according to the invention will be described below, with reference to the appended drawing, in which:
Fig. 1 is a fragmentary view, in perspective, of an exchanger element according to the invention, showing in its right portion one execution and another execution in its left portion;
Fig. 2 shows, in plan and section, an alternative embodiment;
Fig. 3 shows in elevation with partial cut-away., An exchanger device produced using elements according to FIG. 1.
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With reference to the drawing, and first of all to FIG. 1, 1 and 2 denote two plates or sheets, in each of which has been formed, by any known process, such as bending, stamping, drawing, etc. .. parts 3 forming protrusions on one side of the plate or sheet, and parts 4 forming protrusions on the other side, so that by bringing the two plates or sheets closer together. 'other, with their projections 3 opposite, one obtains a series of parallel channels, 5.
The parts 3 are generally flat in appearance, and substantially flat, the parts 4 being able to receive any desirable conformation. Thus in the right portion of the figure, the parts 4 are substantially semi-cylindrical, or of a similar conformation, while in the left portion of the figure their sectional profile is polygonal.
As can be seen in the figure, between the parts 3 there remains a space 6 of small width, but the width of which may vary according to the conditions to be satisfied, and which form communications between the channels 5, allowing with more or less ease, equalization of the flows in the various channels 5.
The sheets 1 and 2 are assembled along two of their opposite edges, as at 7, conveniently by welding, and advantageously by portions 3a of the projections 3. An exchanger element will thus have been formed which can comprise any number of channels. 5 appropriate to the exchange conditions to be satisfied.,
In FIG. 2 it has been shown how one could ensure an additional control of communications 6, by making the parts 3 comprise elements of baffles, exemplified by conjugate corrugations 8.
-In fact, the conformations of the two plates or sheets 1 and 2 differ from each other by these orders, one of them comprising a type of corrugation and the other the complementary type. It comes within the scope of the invention to give the parts 4, or a portion of these parts, a conformation identical to those of the parts 3, and this is also shown in FIG. 2, allowing the execution of ranges of elements suitable for constituting more or less regular "honeycomb" type exchangers. In the example of figure 2, the chosen profile is polygonal, but it should be understood that other conformations could be adopted.
FIG. 3 shows a fragmentary view, illustratively and schematically, an exchanger comprising a casing 9 provided with an inlet 10 and an outlet 11 for one of the fluids, for example water, to be heated by means of flue gases or combustion gases passing through a series of channels 5 of a certain number of exchanger elements - three in the example - - executed in accordance with the invention.
These elements which can be established in one or the other of the ways described above, are engaged in and united at their ends to plates 12, themselves assembled in the casing 9, in the vicinity of its ends, by leaving at each of these ends a space 13 forming a collecting chamber for the fumes or heating gases, which enter or exit therein in any suitable way, for example through an opening 14.
For the assembly of the elements in a plate such as 12, cutouts are formed in the latter which correspond in contour to the contour in section of the element to be joined therein and a tight connection is preferably provided by welding, this method of assembly making it possible to form in the plates 12 suitable cutouts to receive those of the elements whose section is the most widely developed, that is to say whose communications 6 are the largest, and therefore to use the same cutouts for the whole range of elements that can be used.
The figure shows that the set of channels 5 is formed using three elements, two of five channels and one of four channels, but it is understood that this is only an illustrative example. . As
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it was indicated above, the channels 5 and the communications 6 of the various elements may be the same or be different, and the said communications 6 may even vary in width in the same element, according to the needs, observing that the sections water layers between the channels of neighboring elements will vary in the opposite direction to the sections of said channels, thus allowing, in each case, to approach an optimum exchange rate.
CLAIMS
1.- A heat exchanger element consisting of two shaped sheets, having protruding parts of the type of corrugations and the like, and which are joined to each other by their parts. protruding opposite, but in principle more or less spaced apart from each other, as defined, the sheets being assembled, in particular by welding, along two of their opposite edges, thus providing a series of parallel channels separated from each other by low communications width.