Brevet FR2068575A1 — publié le 19710827

i 206857S L'invention concerne un écliangeur de chaleur, en particulier pour turbines J. gaz nobiles, composé de tuyaux par lesquels s'ecoule un premier fluide et d'une enveloppe entourant les tuyaux et à travers laquelle s'écoule un deuxième fluide, et en outre d'un compartiment collecteur destiné au premier fluide et subdivisé par une cloison en un compartiment collecteur d'entrée et un compartiment collecteur de sortie reliés par les tuyaux à une ou plusieurs chambres, les échan-geurs de chaleur de ce genre subissent de fortes contraintes thermiques et mécaniques par suite de températures élevées, de grandes différences de température entre l'entrée et la sortie des gaz et surtout de variations rapides et prononcées de température lors d'une variation ae charge. Les tensions ainsi engendrées sont encore renforcées par la fixation rigide du compartiment collecteur, dec chambres et des plaques perforées à l'envébpge. Par suite, les échangeurs de chaleur de turbines à gaz mobiles, qui nécessitent de petites dimensions et-un faible poids et dont les tuyaux n'ont donc qu'une faible épaisseur de paroi, sont exposes à des dangers particuliers. L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients et de fournir un échangeur de chaleur qui puisse suporter toutes les fatigues thermiques et mécaniques. On y parvient grâce au fait qu'en plus des tuyaux l'enveloppe entoure aussi le compartiment collecteur en étant simplement fixée aux côtés frontaux de celui—ci et qu'en outre elle force les chambres, conjointement avec des plaques perforées Routées dans ces glissières. De cette r:&aière, les différents éléments structuraux cle 1! échangeur de analeur peuvent se dilater indépendamment les uns des autres conformément à leurs Cegrés différents d'échauffèrent, ce qui '..vite des tensions dangereuses corme celles qui se produisent particulière: ent aux points de raccordement. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enveloppe entoure le corpartiment collecteur en formant avantageuse-ent un intervalle oui est isolé, par des baguettes d'étan— ciiéite, du eOL-jpartiY.eJt d'envelop.e parcouru par le deuxième fluide» De cette manière, on n'a - lus besoin d'une liaison rigide le long de la chemise ainsi qu'il est usuel par ailleurs COPY 70 41746 2 2068575 pour un compartiment collecteur situé à l'extérieur. On évite les tensions qui en résultent en cas a'échauffement non uniforme sans qu'une partie- du fluide qui s'écoule à travers le compartiment d'enveloppe puisse, contourner celui-ci. Selon un mode d'exécution-de l'invention, on peut encore augmenter la souplesse de l'échangeur de chaleur si entre un côté frontal du compartiment collecteur et l'enveloppe est disposé un élément intermédiaire élastique qui compense les allongements de l'enveloppe. Selo:i 1.'invention, l'enveloppe peut être fermée par un co.uvercle. divisé situé sensiblement dans le plan d'un côté frontal du compartiment collecteur. Cela permet d'assembler facilement 1'échangeur de chaleur ou de le démontez' rapidement, par exemple pour le nettoyage. On expliquera plus en détail l'invention à l'aide des exemples d'exécution représentes par les dessins, en lesquels % — la figure 1 est une coupe longitudinale d'un échan-geur de chaleur ; — la-figure 2 est une coupe transversale de celui—ci ; — la figure 3 est un détail de la figure 2 à plus grande échelle, et ; — la figure 4 est une coupe transversale d'un autre échangeur de chaleur. L!échangeur de chaleur à tubes représenté schématique— ment par les figures 1 et 2 et destiné à une turbine à gaz de véhicule est essentiellement formé d'un faisceau de tubes 11 à travers lequel on fait passer l'air à chauffer et d'une enveloppe 12 entourant le faisceau et à travers laquelle s'écoulent les gaz d'échappement chauds de la turbine. L'enveloppe 12 entoure en outre un compartiment collecteur d'air 13 et forme, avec une plaque perforée 15 montée dans des glissières 14, une chambre 16 dans laquellel'air subit une inversion de sens de parcours. Le collecteur 13 a une forme cylindrique et est subdivisé par une cloison 17 en un compartiment col.ecteur d'entrée 18 muni d'une ouverture d'entrée 19 et un compartiment collecteur de sortie 20 muni d'une ouverture ue sortie 21. Le BAD ORIGINAL 70 41746 3 2068575 faisceau de tubes 11 est cintré en Uet se compose de multiples tubes 22 de- petit diamètre. lies extrémités des tubes 22 de l'une des branches 23 au faisceau- 11 sont reliées au compartiment collecteur d'entrée 18 et celles de l'autre branche 24 au compartiment collecteur de sortie 20» le-s tubes 22 passent avec faible jeu à travers la plaque perforée 15' de sorte qu'ils peuvent glisser dans cellecio la partie cintrée 25 du faisceau de tubes 11 se trouve dans la chambre"16 tandis que les branches 23 et 24 sont exposées aux gaz d'échappement dans le comparti- -ment 26 de l'enveloppe 12. On a désigné par 27 l'ouverture d'entrée et par 28 l'ouverture de sortie de l'enveloppe 12. l'enveloppe 12 entoure le collecteur 13 en formant un intervalle 29 qui est isolé du compartiment 26 de l'enveloppe 12 par des baguettes élastiques d'étanchéité 30. les baguettes d'étanchéité 30 ont un profil en U dont l'une des ailes 31 est fixée à l'enveloppe 12 et l'autre aile 32 prend appui sur la chemise 33 du collecteur 13. les baguettes similaires 34» qui sont ap.liquées contre les cubes 22, sont disposées sur la paroi intérieure 35 de la chambre 16, Dans la région de l'ouverture d'entrée 19 du collecteur 13 est disposé sur l'enveloppe 12 un élément intermédiaire élastique cylindrique 36 qui entoure cette ouverture, l'enveloppe 12 est fermée par un couvercle divisé 37 disposé à peu près dans le plan de l'ouverture de sortie 21 du collecteur 13» l'enveloppe 12 et le couvercle 37 sont fixés par des vis 40 à des brides 38 et 39 de l'ouverture d'entrée 19 et de 1*ouverture de sortie 21. Aux brides 38 et 39 peuvent encore être fixées par les mêmes vis 40, des canalisations de raccordement. Comre.l'indiquent les flèches, l'air à chauffer afflue par l'ouverture d'entrée 19 au compartiment collecteur d'entrée 18 puis passe par la branche 23 du faisceau de tubes 11. l'air absorbe ainsi de la chaleur cédée par les gaz d'échappement chauds qui s'écoulent à travers le compartiment 26 de l'enveloppe 12. Après renversement du sens d'écoulement dans la chambre 16, l'air absorbe encore de la chaleur dans la branche 24 du faisceau 11 et quitte enfin le compartiment collecteur de sortie 20 à l'état chauffé. BAD ORIGlNAs 70 41746 4 2068575 Les températures di:r.±eren.tes qui régnent aux différents points de 1'échangeur de chaleur entraînent une dilatation différente de l'enveloppe 12, du collecteur 13 et du faisceau de tubes 11, Lu fa.it que l'enveloppe 12 n'est pas fixée par soudage à la chemise 33 au collecteur" 13 mis simplement vissée aux brides 38 et 39 de celui-ci à l'aide d'un élément intermédiaire élastique 36, des forces engendrées par la dilatation thermique île peuvent pas être transmises de l'enveloppe 12 au collecteur 13 ni aux tubes 22 du faisceau 11 qui sont reliés au colleeteur. Le même, aucune force ne peut être transmise de l'enveloppe 12 aux tubes 22 grâce au montage des plaques perforées 15 dans les glissières 14. On évite ainsi qu'il ne se produise dans l'écahn-geur de chaleur des tensions qui entraîneraient des dégâts étant donné les faibles épaisseurs de paroi résultant de sa légèreté de c oustructioiic Bans l'échangeur de chaleur représenté par la figure 4, deux faisceaux opposés de tubes 41 et 42 sont reliés à un compartiment collecteur 44 disposé au centre de l'enveloppe 43. On a désigné par 45 et 46 des chambres formées chacune dans l'enveloppe 43 Par des plaques perforées respectives 49, 50 montées dans des glissières 47 et 48. Ici encore, l'enveloppe 43 est simplement fixée aux deux côtés frontaux du collecteur 44. Le fonctionnèrent correspond à celui de 1'échangeur de chaleur représenté par les figures 1 à 3. L'invention peut aussi s'appliquer à des échangeurs de chaleur de structure différente, par exemple à ceux où l'entrée d'air et la sertie u'air sent situées du même côté. Le même, l'invention peut aussi s'appliquer à des échangeurs de chaleur à courants croisés multiples et à des combinaisons de ceux—ci. Le collecteur d'air peut présenter une section quelconque, par exemple ovale, Les tubes reliés au compartiment collecteur d'entrée et au compartiment collecteur de sortie peuvent déboucher directement, sans utilisation de coudes, dans la chambre formée par l'enveloppe et la flaque perforée. Au lieu de tubes, 1 « é— changeur de chaleur peut aussi présenter des canaux formés de tôles convenablement cintrées et assemblées. Au lieu d'être fixées à l'enveloppe, les baguettes d'étanchéité peuvent l'être au collecteur. Elles peuvent aussi être forcées de joints à labyrinthe fixés à l'enveloppe et au collecteur. BAD ORIGINAL 70 41746 5 2068575 EEVEisjXECLEIQtlB 1. Echan^-eur de chaleur, en particulier pour turbines à gaz mobiles, compose de tuyaux par lesquels c' écoule un premier fluide et d'une enveloppe entourant les tuyaux et à travers laquelle s'écoule un deuxième fluide, et en outre d'un compartiment collecteur destin--; au premier fluide et subdivisé par une cloison en un compartiment collecteur d'entrée et un compartiment collecteur de sortie reliés par les tuyaux à une ou plusi urs chambres, échangeur caractérisé par le fait que l'enveloppe entouré non seulement les tuyaux nais aussi-le compartiment, collecteur en étant simplement fixée aux côtés frontaux de celui—ci et qu'elle forme en outre les chambre s, ocn j o int e ..:ent avec des plaques perforées montées dans des glissières. 2. 5changeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe entoure le compartiment collecteur en formant un intervalle qui est isolé, par des baguettes d ' étanchéité, du compartiment d'enveloppe parcoux^u par le deuxième fluide. 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'entre un côté' frontal du compartiment collecteur et l1enveloppe est disposé un élément intermédiaire élastique. 4. Echan&eur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par 1- fait que l'enveloppe est fermée par un couvercle divisé situé senàibleuenfc âa-s le plan d'un côté frontal du corn— parti...e—t collecteur. BAD ORIGINAL