Brevet FR2134639A1 — publié le 19721208

L'invention concerne un échangeur de chaleur, qui convient notamment à être utilisé comme préchauffeur dans un moteur à gas chaud et qui est muni d'une paroi intérieure s'étendant suivant une face de révolution et d'une paroi extérieure s* 5 étandant également suivant une face de révolution et écartée de la paroi intérieure d'une distance déterminée, alors que dans le canal annulaire ainsi formé entre lesdites parois est logée au moins une bande de matériau en forme de feuille pliée en zigzag de façon à former entre lesdites parois intérieure et extérieure 10 des parois de séparation pour plusieurs canaux de circulation pour les fluides échangeant de la chaleur. Un échangeur de chaleur du genre mentionné ci-dessus est connu du brevet américain No. 2.616.530. Dans cet échangeur de chaleur connu, une bande en matériau en forme de 15 feuille pliée en zigzag est logée entre une paroi extérieure cylindrique et une paroi intérieure cylindrique. La bande n'entre en contact linéaire qu'avec les deux parois, ce qui implique que les faces de séparation ne s'étendent pas radialement. Il en résulte que le rapport entre les largeurs des deux canaux de circulation 20 juxtaposés varient avec le rayon. Cela implique que la transmission thermique entre les fluides échangeant de la chaleur n'est pas très favorable. Afin d'obtenir une transmission thermique optimale, il faut que le rapport entre les largeurs de deux canaux de circulation juxtaposés soit le même pour tous les rayons, ce qui 25 implique que les parois de séparation doivent s'étendre radialement . Un autre inconvénient inhérent à 1*échangeur de chaleur connu réside dans le fait que les parois intérieure et extérieure présentent une forme cylindrique. De ce fait, le mon-30 tage et le démontage sont difficiles et donc coûteux. De plus, le nettoyage de 1'échangeur de chaleur constitue une opération laborieuse. L'invention vise à fournir un échangeur de chaleur qui obvie auxdits inconvénients et qui se prête à une réali-35 sation peu coûteuse. Afin d'atteindre le but visé, 1'échangeur de chaleur conforme à l'invention est caractérisé en ce que les parois intérieure et extérieure s'étendent chacune suivant un plan conique et les bandes en matériau en forme de feuille sont pliées de façon 40 que les parois de séparation s'étendent radialement et qu'elles 72 15201 2 2134639 soient interconnectées, deux par deux, alternativement, par une pièce d'écartement intérieure, qui est en contact avec la paroi intérieure et une pièce d'écartement extérieure qui est en contact avec la paroi extérieure, les parois de séparation présentant des 5 dimensions égales et ayant chacune la forme d'un trapèze isocèle, dont la base se trouve du côté de 1*échangeur de chaleur au. diamètre inférieur et les pièces d'écartement extérieures et intérieures présentent également la forme de trapèzes isocèles, dont la base se trouve du côté de 1'échangeur de chaleur au dia-10 mètre supérieur, les bases des pièces d'écartement extérieures et celles des pièces d'écartement intérieures ayant le même rapport que le diamètre des parois extérieure et intérieure à cet endroit, les angles adjacents à tous lesdits trapèzes étant égaux entre eux. Du fait que dans 1'échangeur de chaleur conforme 15 à l'invention, les parois extérieure et intérieure sont coniques, un montage et démontage faciles et rapides sont assurés, de sorte que le nettoyage de cet échangeur de chaleur constitue une opération facile à effectuer. Grâce à la forme et aux dimensions choisies des 20 parois de séparation et des pièces d'écartement, on a atteint qu'à l'état déployé, les bandes en matériau en forme de feuille présentent une forme rectangulaire, ce qui permet de partir d'une bande droite. XI est évident que la réalisation en est plus coûteuse. On peut partir d'une bande droite, qui est pliée d'une 25 façon déterminée, comme il sera expliqué ci-après en détail pour la description des figures. Dans une autre forme de réalisation avantageuse de 1'échangeur de chaleur conforme à l'invention, la largeur des bandes constituant les faces de séparation et les pièces d'écarte-30 ment est supérieure à la hauteur des parois extérieures et intérieures de façon que les faces de séparation et les pièces d'écartement dépassent des deux côtés lesdites parois, alors que sur la face terminale des bandes pliées en zigzag sont disposées des plaques de recouvrement, et les canaux débouchant d'une part à 35 la face conique extérieure sont raccordés à une cana lisation d'amenée et, d'autre part, à une canalisation d'évacuation pour le fluide transmettant de la chaleur, alors que les canaux débouchant à la face conique intérieure sont raccordés à une canalisation d'amenée et d'évacuation pour l'autre fluide échan-40 géant de la chaleur. ' 72 15201 3 2134639 Ainsi, on a obtenu une décomposition extrêmement simple des canaux de circulation avec les canaux d'admission et d'évacuation pour les fluides échangeur de chaleur, ce qui rend ledit échangeur de chaleur très peu coûteux. 5 La description ci-après, en se référant aux des sins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1a, 1b et le représentent schématique-ment un échangeur de chaleur en section et respectivement en plan 10 ou d'en bas. La figure 2 représente une bande droite en matériau en forme de plaque munie de plis. La figure 3 représente sebématiquement la partie supérieure d'un moteur à gaz chaud muni d'un préchauffeur conique 15 situé autour de l'enceinte du brûleur. Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne une paroi intérieure conique et le chiffre de référence 2 une paroi extérieure conique. Dans le canal annulaire compris entre lesdites parois est disposée une bande en matériau en forme de 20 feuille 3 pliée en zigzag. La bande 3 est pliée de façon que les parois de séparation comprises entre les canaux de circulation s'étendent radialement, alors qu'elles sont interconnectées, deux par deux, alternativement par une pièce d'écartement extérieure 5 et une pièce d'écartement intérieure 6, Les pièces d'écartement 25 extérieures 5 sont en contact avec la paroi extérieure 2 et les pièces d'écartement intérieures 6 avec la paroi intérieure 1. Les parois de séparation 4 et les pièces d'écartement extérieures et intérieures 5 et 6 ont la forme de trapèzes isocèles, les bases des trapèzes constituant les faces de séparation 4 étant situées 30 du côté 7 au diamètre inférieur de 1'échangeur de chaleur, alors que les bases des trapèzes constituant les pièces d'écartement extérieures et intérieures sont situées du côté 8 au diamètre supérieur de 1'échangeur de chaleur. La dimension transversale d'une pièce intermé-35 diaire est à chaque endroit égale au rayon de la paroi intérieure à cet endroit, multipliée par 2 TT , divisée par le nombre total de canaux de circulation, alors que la dimension transversale d'une pièce d'écartement extérieure à cet endroit est égale au rayon de la paroi intérieure à cet endroit, multipliée par 2 ff , 40 divisée par le nombre total de canaux de circulation. 72 15201 k 2134639 La dimension transversale des parois de séparation b est pratiquement égale à la différence en diamètre des parois extérieure et intérieure, l'accroissement de ladite dimension transversale du côté 8 vers le côté 7 correspondant tout 5 juste à la diminution de la dimension transversale des pièces d'écartement extérieures et intérieures dans ce sens. Grâce à ces dimensions particulières, on atteint qu'à l'état déployé, la longueur de la bande est partout aussi grande, ce qui permet de réaliser 1'échangeur de chaleur en une 10 bande droite 3 qui, comme le montre la figure 2, peut être pliée suivant des lignes pointillées 10 qui divisent la bande en plusieurs trapèzes isocèles. Les parois de séparation 4 s'étendant radialement, le rapport entre les largeurs de deux canaux de circulation voisins étant à chaque endroit le même, ce qui assure 15 une transmission thermique optimale. La figure 3 représente schématiquement la partie supérieure d'un moteur à gaz chaud. Celui-ci comprend essentiellement un régénérateur auquel est raccordée une couronne de tuyaux de chauffage 6, dont les autres extrémités débouchent dans un 20 canal annulaire 17» qui est raccordé par une couronne de tuyaux 18 disposés alternativement entre les tuyaux 16 à l'enceinte de détente 19 du moteur. Sur le canal annulaire 17 est disposée une enceinte de brûleur 20 à laquelle peut être amené du carburent par l'intermédiaire d'un injecteur 21. Autour de la couronne de 25 tuyaux de chauffage est disposé un échangeur de chaleur 22, dont la construction est représentée sur la figure 1. Dans cet échangeur de chaleur 22, la bande pliée en zigzag 23 dépasse des deux côtés les parois intérieure et extérieure coniques 2k, 25• Du côté inférieur, la bande 23 est fermée par 30 une plaque de recouvrement 26. De plus, sur le canal annulaire 17 est disposée une cloison directrice 27» dont le-dessous s'applique hermétiquement contre la plaque de recouvrement 26. De plus, 1'échangeur de chaleur comporte à ses périphéries intérieure et extérieure une couche de matériau isolant 28 et 29- Entre la 35 couche de matériau isolant 28 et la cloison directrice 27 est prévu un canal annulaire 3°» dont une extrémité est raccordée au brûleur 20 et l'autre extrémité aux canaux de circulation de 1' échangeur de chaleur débouchant à la surface conique intérieure. Les canaux de circulation débouchant au^SBOUB de l'échangeur de 40 chaleur 22 à la surface conique extérieure sont raccordés à un 72 15201 5 2134639 canal annulaire 31 > qui est en communication avec l'enceinte 33 dans laquelle est disposée la couronne de tuyaux de chauffage 16, 18. Au-dessus de 1!échangeur de chaleur 22, la 5 bande 23 est recouverte par une plaque de recouvrement 33. Les canaux de circulation débouchant à la surface conique intérieure sont raccordés à un canal annulaire 3^, qui est muni d'un canal d'admission 35 pour l'air comburant, alors que les canaux de circulation débouchant à la surface conique extérieure sont rac-10 cordés à un canal annulaire 36, qui est muni d'une canalisation d'évacuation 37 pour les gaz d'échappement. Dans cette structure, l'air comburant suit le trajet indiqué par les flèches à partir de la canalisation d'admission 35» par le canal annulaire 3^, les canaux de circulation 15 débouchant à la surface conique intérieure dans lféchangeur de chaleur 22 et le canal annulaire 30 vers le brûleur. Les gaz d'échappement se formant dans le brûleur 20 circulent, comme 1* indiquent les flèches pointillées, à travers l'enceinte 33 vers le canal annulaire 31 et ensuite par les canaux débouchant à la 20 surface conique extérieure dans 1'échangeur de chaleur 22 vers le canal annulaire 36 et ensuite par l'intermédiaire de la canalisation d'évacuation 37 vers l'ambiance. Ainsi, on a obtenu un échangeur de chaleur qui est facile à. monter, à démonter et à nettoyer et qui se prête en 25 outre h une réalisation peu coûteuse. Comme il ressort du dessin, pour un volume minimal, l'isolation est convenablement adaptée au besoin, c'est-à-dire qu'à la face inférieure chaude, elle est épaisse du côté extérieur et mince du côté" intérieur et inversement, à la face 30 supérieure relativement froide. Dans cette conception, les dimensions externes de 1«échangeur de chaleur sont réduites au minimum. 72 15201 6 2134639 REVENDICATIONS: 1. Echangeur de chaleur, qui convient notamment à être utilisé comme préchauffeur dans un moteur à gaz chaud, muni d'une paroi intérieure s'étendant suivant une faoe de révolution et d'une paroi extérieure attendant également suivant .une face de révolution et écartée de la paroi in- ^ térieure d'une distance déterminée, alors que dans le canal annulaire ainsi formé entre lesdites parois est logée au moins une bande de matériau en forme de feuille pliée en zigzag de façon à former entre lesdites parois intérieure et .extérieure des parois de séparation pour plusieurs canaux de circulation pour les fluides échangeant de chaleur, caractérisé en ce que 10 les parois intérieure et extérieure s'étendent chacune suivant un plan conique et les bandes en matériau en forme de feuille sont pliées de façon que les parois de séparation s'étendent radialement et qu'elles soient interconnectées, deux par deux, alternativement, par une pièce d'écartement intérieure, qui est en contact avec la paroi intérieure et une pièce d'écar- ^ tement extérieure qui est en contact avec la paroi extérieure, les parois de séparation présentant des dimensions égales et ayant chacune la forme d'un trapèze isocèle, dont la base se trouve du o8té de 1*échangeur de chaleur au diamètre inférieur et les pièces d'écartement extérieures et intérieures présenteat également la forme de trapèzes isocèles, dont la base se 20 trouve du cSté de 1'échangeur de chaleur au diamètre supérieur, les bases des pièces d'écartement extérieures et celles des pièces d'écartement intérieures ayant le même rapport que le diamètre des parois extérieures et intérieures à cet endroit,, les angles adjacents à tous lesdits trapèzes étant égaux entre eux. 2. Echangeur de chaleur seloni la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur des bandes constituant les faces de séparation et les pièces d'écartement est supérieure à la hauteur des parois extérieures et intérieures de façon que les faces de séparation et les pièces d'écartement dépassent des deux cStés lesdites parois, alors que sur la face terminale ^ des bandes pliées en zigzag sont disposées des plaques de recouvrement, et les canaux débouchant à la face conique extérieure sont raccordés d'une part à une canalisation d'amenée et, d'autre part, à une canalisation d'évacuation pour le fluide transmettant de la chaleur, alors que les canaux débouchant à la face conique intérieure sont raccordés à une canalisation 35 J d'amenée et d'évacuation pour l'autre fluide échangeant de la chaleur.