<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX MOYENS D'ECHANGE THERMIQUE ENTRE FLUIDES EN PARTICULIER AUX TUBES A FUMEES OU A FLAMMES.
L'invention est relative à l'échange thermique entre les fluides, dont l'un d'eux,au moins est en mouvement, en particulier en écoulement dans des conduits baignée extérieurement par un autre fluide, comme par exemple dans les faisceaux tubulaires de chaudières dont les tubes baignés extérieurement par l'eau sont parcourus intérieurement par des produits chauds de combustion se rendant à la cheminée.
On sait qu'en pareil cas, et quel que soit le principe - à contre courant ou non - suivant lequel l'échange s'effectue entre les fluides, et que ceux-ci s'écoulent dans le même sens ou transversalement l'un par rapport à l'autre, le courant gazeux parcourant un tube peut être figuré par un noyau central chaud s'écoulant relativement rapidement et une gaine périphérique plus froide s'écoulant relativement lentement.
Par suite, à l'extrémité de sortie du tube, le courant qui va passer à la cheminée possède en moyenne une température plus élevée et une vitesse moyenne d'écoulement plus faible que celles qu'il aurait eues si l'ensemble du courant avait participé sensiblement dans la même mesure aux échanges thermiques et cinétiques;
en d'autres termes, la température moyenne du courant sortant est plus élevée que celle qui correspond à sa vitesse moyenne d'écoulement indiquant un taux d'échange thermique comparativement réduite
On sait également que c'est, toutes choses égales, la température de départ des gaz à la cheminée qui conditionne le tirage, et si pour l'une ou l'autre raison celui-ci doit être augmenté, on doit accepter une température de départ plus élevée, qui se traduit alors par une exagération des différences ci-dessus et un abaissement du taux d'échange thermique dans le tube précité.
@
Pour remédier à ces inconvénients, le demandeur a proposé
<Desc/Clms Page number 2>
dans son brevet n 512.704 (demande 400.9360 du 8 juillet 1952, de faire passer le noyau central d'un courant gazeux parcourant un tube échangeur, dans un tube ou conduit interne fermé à son extrémité d'aval, axial au tube échangeur, et dont l'espace interne est mis en communication en différents emplacements de la longueur du dit tube interne, avec l'espace annulaire entre les deux tubes de façon à incorporer progressivement tous les gaz du noyau à ceux de la gaine gazeuse périphérique et à maintenir, dans toute l'étendue, un taux d'échange élevé de cette gaine périphérique avec le tube échangeur et le fluide à échauffer.
En outre, il est proposé dans le dit brevet d'ordonner ou régulariser l'écoulement des gaz de la gaine périphérique à l'aide d'un guidenotamment conformé en hélice.
Conformément à la présente invention, pour assurer un taux élevé d'échange thermique entre le courant gazeux parcourant un tube échangeur et celui-ci, on conforme le noyau central en veine creuse progressivement épanouie vers l'extérieur et, de distance en distance du parcours axial de la dite veine, on en fait passer des portions dans la gaine gazeuse périphérique
Pour obtenir la formation en veine creuse, progressivement épanouie, du noyau central, on dispose suivant l'axe de ce noyau un organe de section croissante dans le sens de l'écoulement, notamment de forme générale conique, l'incorporation de portions de cette veine 1 la gaîne périphérique s'obtenant à l'aide de chicanes judicieusement conformées et disposées sur le dit organe.
De préférence, l'écoulement des gaz de la gaine périphérique est ordonné et régularisé, par guidage de ces gaz à l'aide de chicanes appropriées, et, conformément à une autre caractéristique de l'invention, ces chicanes ou des portions de celles-ci. sont utilisées pour concourir à l'épanouissement de la veine creuse formée à l'aide du noyau central et, ou au passage de portions de la dite veine dans la gaine gazeuse périphérique.
Les chicanes dont il est question ci-dessus peuvent concourir à la transmission de chaleur à partir de l'organe axial et, ou au tube échangeur externe.
Et pour.que l'invention puisse être bien comprise, on décrira ci-après, mais à titre d'exemple seulement, un mode de réalisation préféré d'un élément échangeur selon l'invention, illustré par le dessin annexé sur lequel;
Fige 1 est une vue en élévation, partie en coupe d'un élément échangeur;
Fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1, à 90 par rapport à cette figurer
Fig. 3 est une vue en coupe transversale, obtenue sensiblement suivant la ligne 3-3 de la fig 2.
En référence au dessin, 1 désigne un tube, qui peut faire partie d'un faisceau composé d'un certain nombre de tubes semblables tous ces tubes étant parcourus intérieurement par un fluide, par exemple des produits de combustion d'un foyer de chaudière, et mis en contact extérieurement avec un autre fluide, par exemple baignés par l'eau à échauffer de la chaudière.
Le sens d'écoulement du fluide dans les tubes est celui in-
<Desc/Clms Page number 3>
diqué par la flèche f (fig 1) et à la sortie des tubes les produits de combustion sont supposés se rendre à une cheminée, non représentée.
Axialement, dans le tube 1, est disposé un organe 2, dont la section va s'élargissant dans la direction de la flèche f, et qui, en pratique; peut avantageusement être établi conique, l'organe 2 laissant subsister entre lui-même et le tube 1, un espace annulaire 3 dont la section va en diminuant dans le sens de la flèche f.
Dès lors, le noyau gazeux central dans lequel l'organe 2 est plongé sera obligé de s'écouler sous forme d'une veine creuse dont le creux interne va s'élargissant, et de pénétrer dans, et se mélanger à la gaine externe s'écoulant au contact de la paroi interne du tube 1.
Pour assurer une pénétration et un mélange intime et complet de la veine centrale et de la gaine périphérique, on prévoit des chicanes, partant de l'organe 2 et s'étendant vers, et le cas échéant jusqu'au tube 1, agencées et disposées de façon que, de distance en distance, des portions de la veine centrale doivent s'en détacher et s'incorporer à la gaine externe.
De telles chicanes sont par exemple constituées par des éléments 4, avantageusement formés par des portions en forme d'hélice ou approchée, dont chacun présente une échancrure comme en 5 dans son bord externe.
On peut voir sur le dessin, en particulier la fig. 2, que la veine creuse centrale ascensionnant à partir du bas du conduit 1 pourra, à gauche de l'organe 2, poursuivre momentanément son ascension, tandis qu'à droite une portion de la veine pourra traverser l'échancrure 5 et une autre portion devra suivre la chicane 4 rencontrée dans son mouvement ascendant, en étant ainsi amenée à l'échancrure 5 de la chicane 4 de gauche qui suit, et vers la gaine externe et la paroi du tube 1. De la partie ascendante de gauche précitée de la veine, cette chicane 4 de gauche distrait au moins une portion, qu'elle conduit vers l'échancrure 5 de la chicane de droite qui suit dans le sens de l'écoulement, et ainsi vers la gaine externe et le tube 1.
Ces actions se répètent aux chicanes successives rencontrées dans le sens de l'écoulement, la veine interne pénétrant donc portion par portion dans, et faisant des apports cinétiques et thermiques successifs à la gaine externe, si bien qu'à l'extrémité de sortie du conduit elle se trouve entièrement et intimement incorporée et mélangée dans la gaine gazeuse externe.
Comme il a été dit, l'écoulement de la gaîne gazeuse externe est de préférence régularisé et ordonné, et les chicanes 4 remplissent convenablement le rôle du guide nécessaire à cet effet, l'écoulement conjoint des veine et gaine le long de ces chicanes favorisant le mélange intime des fluides qui les composent.
On observera en outre que les chicanes 4 peuvent remplir la fonction d'organe de transmission de chaleur à partir de l'organe 2, et de plus assurer la localisation et le centrage de cet organe dans le tube 1.
Avantageusement, les chicanes 4 sont établies d'une pièce, par exemple venues de fonderie, avec l'organe 2, lequel est supporté dans le tube 1 d'une manière quelconque appropriée, et par exemple, ainsi que représenté, par une saillie latérale supérieure 6, propre à venir reposer sur le bord supérieur du tube 1.
Bien que l'on ait représenté-un organe 1 s'élargissant d' une façon uniforme, et des chicanes 4 formées de tronçons d'hélice ou semblable, de pas uniforme, et d'un développement sensiblement égal dans
<Desc/Clms Page number 4>
le sens de l'écoulement, il est bien entendu que ces dispositions sont uniquement exemplatives, et que l'on pourrait y apporter des modifications ou y substituer des variantes ou des équivalents suivant les conditions d'écoulement et d'échange à satisfaire.
Grâce à l'invention, un taux d'échange élevé peut être maintenu dans toute l'étendue du tube, et, en outre, les gaz se rendant à une cheminée formeront à la sortie du tube un seul courant homogène avec une tempértnre basse qui correspond effectivement à leur vitesse en cet endroit.
REVENDICATIONS.
-------------
1- Perfectionnements aux moyens d'échange thermique entre fluides, en particulier aux échangeurs à tubes à fumées ou à flammes, qui consistent à conformer le noyau central d'un courant gazeux parcourant un tube échangeur, en veine creuse progressivement épanouie vers l'extérieur et à faire passer, de distance en distance du parcours axial de la dite veinée des portions de celle-ci dans la gaine gazeuse périphérique, de façon à incorporer progressivement tous les gaz du noyau à ceux de cette gaine et à maintenir un taux d'échange élevé de celle-ci avec le tube échangeur et le fluide à échauffer.
2.- Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on dispose suivant l'axe du noyau central un organe de section croissante dans le sens de l'écoulement , notamment de forme générale conique, l'incorporation de portions de cette veine à la gaine périphérique s'obtenant à l'aide de chicanes conformées, disposées sur le dit organe.
30- Perfectionnements selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que l'écoulement des gaz de la gaine périphérique est ordonné et régularisé à l'aide de chicanes appropriées, en particulier avec le concours de chicanes assurant l'épanouissement de la veine creuse centrale et, ou le passage de portions de la dite veine dans la gaine gazeuse périphérique
4- Un mode de réalisation des perfectionnements selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant un organe disposé axialement dans le noyau gazeux central conformé en cône de conicité uniforme.