Brevet FR2077463A1 — publié le 19711029

L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour les turbines à gaz mobiles, comprenant à l'intérieur d'un carter ou pièce similaire des tubes dans lesquels coule l'un des deux fluides participant à l'échange de chaleur, tandis que l'autre fluide coule à contre-courant à l'extérieur des tubes. Aux échangeurs de chaleur des turbines à gaz mobiles on impose la condition d'être les plus légers possible et d'avoir des diiensions les plus petites possible. L'expérience a montré qu'on peut remplir le mieux cette condition si les échangeurs de chaleur sont équipé. de tubes et les fluides traversent 1' échangeur de chaleur à contre-courant. Les échangeurs de chaleur fonctionnant à contre-courant présentent une plus petite surface d'échange de chaleur et par conséquent un plus petit volume et un poids plus iaible que d'autres types à cause d'une répartition de température plue favorable.Les iodes de réalisation connus pour diverses utilibations dans les turbines à gaz mobiles, en particulier pour les véhicules automobiles ou la construction aéronautique, se sont ré- vêlé. quand mOrne encore trop lourds et trop encombrants. L'invention a pour but de réaliser un échangeur de chaleur de dimensions et d'un poids particulièrement réduits et iacile à fabriquer. On doit en outre réaliser un échangeur de chaleur qui par sa construction peut entre adapté sans autres aux contours des carters etc. pour économiser la place et qui est utilisable sous forte d'un élément de construction.L'invention consiste en ce que les tubes sont placés parallèlement dans plusieurs plans disposés les uns au-dessus des autres ou cate à cbte et que leurs extrémités sont réunies chacune dans un support frontal coxJun pour raccorder le faisceau tubulaire à un orifice d'entrée ou de sortie du fluide qui traverse les tubes. On peut prévoir avantageu- soient que l'entrée ou la sortie du fluide ne traversant pas les tubes se trouve latéralement immédiatement derrière les supports frontaux du faisceau tubulaire et que dans cette zone les extrémités des tubes soient aplaties en rectangle.On obtient ainsi dans la zone des extrémités aplaties des tubes de larges canaux d'entrée ou de sortie garantissant une bonne et rapide répartition du fluide coulant à l'extérieur des tubes depuis 1' entrée jusqu'à la sortie. On peut de plus iaintenir, d'une façon simple, les tubes placés dans divers plans à une certain distance par des tringles s'appliquait contre les rectangles0 On obtient une réalisation particulièrement si les extrémités rectangulaires des tubes de chaque plan se trouve cote à côté sans jeu. Une telle réalisation est tout d'abord constructivement très simple car on n'a besoin que de peu de pièces différentes. On maintient en outre à de faibles valeurs les pertes de charge de la partie d'entrée et de la partie de sortie et on peut simplifier l'opération de soudage. Il est particulièrement avantageux que les supports frontaux des tubes soient conçus directement comme brides frontales du carter de l'échangeur de chaleur. Pour obtenir une transmission de chaleur favorable on peut décaler les tubes les uns par rapport aux autres de deux plans voisins dans la direction de ces plans, de préférence d'une quantité égale au diamètre du tube. Une telle disposition des tubes donne des fentes uniformes entre les tubes et par conséquent un écoulement uniforme sur le côté extérieur des tubes, de sorte qu'on a des conditions particulièrement favorables pour la transmission de chaleur0 Dans ce cas, il est avantageux que l'épaisseur des tringles corresponde à la hauteur des extrémités rectangulaires des tubes et que chaque deuxième tringle soit pliée à son extrémité. Une telle tringle permet d'égaliser la différence des nombres des tubes décalés les uns par rapport aux autres de deux plans voisins. Il est souvent nécessaire, à cause de la résistance, de réaliser courbe le carter extérieur d'un échangeur de chaleur. On peut prévoir à cet effet avantageusement que l'épaisseur des tringles corresponde à la hauteur des extrémités rectangulaires des tubes et que chaque tringle soit pliée à son extrémité. Ces mesures permettent de fabriquer toutes les tringles avec la même longueur, tout en Ps rmettant d'égaliser les différences dans divers plans munis de tubes. Cette conception permet aussi d'adapter l'échangeur de chaleur aux contours dea machines etc. et de réaliser ainsi une économie de place. Pour fixer au carter et pour faciliter le montage on peut enDnprévi̲r avantageusement aux extrémités des tringles des fentes pénètrant dans la bride du carter. L'invention est représentée au dessin par quelque. exem- ples de réalisation et expliquée dans la description ci-aprbg -.la figure 1 est une représentation en perspective d'un échangeur de chalen; suivant l'invention, en coupe partielle - la figure 2 montre un type de fixation particulier des tringles d'écartement des tubes sur la bride du carter; - la figure 3 est une coupe partielle suivant III-III de la figure 2 des canaux d'entrée et de sortie, conçus suivant l'invention, à l'intérieur de l'échangeur de chaleur - la figure 4 montre un autre exemple de disposition de principe des tubes décalés les uns par rapport aux autres - la figure 5 montre la disposition d'un échangeur de chaleur suivant l'invention autour d'une turbine et - la figure 6 montre la fixation des tubes d'un chan- geur de chaleur d'après la figure 3. Â la figure 1 à l'intérieur du carter d'échangeur de chaleur t les tubes 2 sont disposés parallèlement dans plusieurs plans. Le fluide à chauffer ou à refroidir traversepar exemple les tubes 2 réunis à chacune des extrémités de l'échangeur de chaleur à un support frontal commun constitué comme une bride du carter. Le fluide chauffant ou refroidissant arrive par une entrée 3 laté raclement illédiatement derrière la bride frontale de l'échangeur de chaleur et coule à contre-courant par rapport au fluide à chauffer ou à refroidir jusqu'à la paroi arrière de l'échangeur de chaleur où il sort latéralement par la sortie 4. À leurs extrémités dans la zone de 1' entrée 3 ou de sortie 4 du fluide chauffant ou refroidie- oyant les tubes 2 sont aplatie en rectangle et sont placés sans jeu cate à côte. Les divers plans des tube sont maintenus par de. tringles 5 k une certaine distance les uns par rapport aux autres. Les tringles 6 d'après la figure 2 comportent des fentes 7 pénétrant dans une bride 8 de l'échangeur de chaleur 1. On obtient ainsi une plus grande résistance et on garantit en outre une simplification du montage et une meilleure stablité lors du transport et du soudage au four. On voit à la figure 3 que dans la zone de l'orifice d'entrée ou de sortie du fluide chauffant ou refroidissant on a entre les divers plans des tubes 2 des espaces intermédiaires 9 rela tivement grands, de sorte que le fluide peut se répartir uniformé- ment dans tout l'échangeur de chaleur. En raison du montage la tringle supérieure 10 présente une surface inclinée 11. Cette trin gle 10 peut ainsi produire un effet de serrage ce qui simplifie le montage. Les tubes 12 de l'échangeur de chaleur d'auprès la figure 4 sont décalée les uns par rapport aux autres dans des plans contigus. Avec une telle disposition décalée on obtient des espaces intermédiaires plus uniformes entre les divers tubes 12, de sorte qu'on a une meilleure transmission de chaleur. Toutes les tringles 13 ont une épaisseur correspondant à la hauteur des tubes 12 aplatis en rectangle. Chaque deuxième tringle 13 est pliée à son extré alité pour pouvoir égaliser la différence des nombres des tubes 12 de deux plans voisins. Les tringles o, 13 sont égaleinent fendues et pénètrent avec leurs fentes dans une bride 8 de l'échangeur de chaleur. La figure 5 montre schématiquement la disposition d'un échangeur de chaleur suivant l'invention autour d 1une turbine 14. A cet effet, l'échangeur de chaleur est courbe. Dans ce cas aussi les divers tubes 15 sont avantageusement décalés les uns par rapport aux autres dans divers plans. Comme on le voit à la figure 6, dans l'exemple de réalisation de la figure 5 les tringles 1 ô peuvent également 4tre pliées, à leurs extrémités, d'une façon constructivement simple. Avant leur montage les tringles 16 présentent toutes la meme longueur. Pour fixer au carter de l'échangeur de chaleur 17 on fraise dans les tringles une fente 18 correspondant à la courbure du carter de l'échangeur de chaleur. On ne fraise cette fente 18 qu'après le montage des tringles 16 en un élément de construction. Si l'on voulait supprimer les tringles, chaque tube devrait avoir sur le contour extérieur une courbure différente. - RVNDICATIONS 1. Un échangeur de chaleur, en particulier pour les turbines à az mobiles, comprenant des tubes placés à l'intérieur d'un carter ou pièce similaire et traversée par l'un des deux fluides participant à l'échange de chaleur, tands que l'autre fluide coule à contre-courant à l'extérieur des tubes, caractérisé en ce que les tubes sont placés parallèlement dans plusieurs plans disposés les uns au-dessus des autres ou côte à côte et que leurs extrémités sont réunies chacune dans un support commun frontal pour raccorder le faisceau tubulaire à un orifice d'entrée ou de sortie du fluide qui traverse les tubes. 2. Un échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée ou la sortie du fluide ne traversant pas les tubes se trouve latéralement immédiatement derrière le support frontal du faisceau tubulaire et que, dans cette zone, les extrémités des tubes sont aplaties en rectangle. 3. Un échangeur de chaleur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes placés dans divers plans sont maintenus à une certaine distance les uns par rapport aux autres par des tringles s'appliquant contre leurs extrémités rectangulaires. 4. Un échangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités rectangulaires des tubes de chaque plan sont placées côte à cote sans jeu. 5. Un échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les supports frontaux des tubes sont constitués comme bride frontale du carter de l'échangeur de chaleur. 6. Un échangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes de deux plans voisins sont décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de ces plans, de préférence, de la quantité égale au diamètre du tube. 7. Un échangeur de chaleur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur des tringles correspond à la hauteur des extrémités rectangulaires des tubes et que chaque deuxième tringle est pliée à son eArémité. 8. Un échangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 4 et 6 avec le carter extérieur courbe, caractérisé en ce que l'épaisseur des tringles correspond à la hauteur des extrémités rectangulaires des tubes et que chaque tringle est pliée à son extrémité. 9. Un échangeur de chaleur suivant l'une des revendications i à 8, caractérisé en ce que les tringles comportant à leurs extrémités des rentes permettant de les introduire dans la bride du carter0