Brevet FR2293683A1 — publié le 19760702

L'invention concerne un échangeur de chaleur adapté pour transmettre la chaleur d'un fluide gazeux apportant la chaleur à un liquide. Les calculs, comme aussi la pratique, ont confirmé le fait que la surface de transmission de chaleur doit être, du côté du gaz, le côté sec, au moins 10 fois plus grande que le côté du liquide, le côte mouillé. Si le liquide apportant la chaleur coule dans le tube, la surface de transmission, qui se trouve à l'extérieur de ce tube dans la chambre du gaz, peut être agrandie suivant les besoins au moyen d'ailettes. Si toutefois ce sont les gaz qui apportent la chaleur et qui passent à l'intérieur du tube, par exemple les fiées d'une chambre de chauffe ou du brûleur de conbustibles nobles, il est extremement difficile d'agrandir sensiblement la surface intérieure chauffante de ce tube. Si l'on doit arriver à la transmission de chaleur désirée, on doit prolonger le contact du fluide apportant la chaleur avec la surface de transmission. Ce type d'agrandissement de la surface chaude sèche a toutefois un effet négatif sur les dimensions et le poids de l'échangeur de chaleur lui-même, ainsi que sur l'ensemble de l'installation dans laquelle est incorporé cet échangeur de chaleur. Les types de réalisation connus auJourd'hui d'échangeurs de chaleur, que l'on utilise par exemple dans les chaudières de chauffage central, utilisent des tubes de forme cylindrique ou prismatique. Avec ces tubes, on peut toutefois obtenir seulement une faible transmission de chaleur d'environ 8.000 kcal par 2 de surface chauffante. De nombreux types de réalisation utilisent des tubes à ailettes intérieures que l'on établit en soudant sur la longueur des profilés en forme de C ou de L. On arrive ainsi à une capacité considérablement plus grande, d'environ 50.000 kcal par m2 de la surface chauffante mouillée. Cette solution du problème entraîne toutefois des dépenses de main-d'oeuvre importantes et n'a qu'une faible durée. Il est extrêmement difficile d'arriver à xtintenir étanche pendant une longue durée les cordons de soudure soumis à de fortes contraintes thermiques. Si en outre on doit escher que les ailettes intérieures ne brûlent, du côté de l'entrée des fumées chaudes dans l'échangeur de chaleur, où elles sont soumises à la contrainte la plus forte, on doit utiliser une matière dont la résistance au feu soit importante. Au point où les fumées sortent dè 1' échangeur de chaleur, là ou il règne une température d'environ 200 C seulement, l'utilisation d'une telle matière n'est pas économique. Les inconvénients que l'on vient d'indiquer sont supprimés par l'échangeur de chaleur tubulaire à nervures intérieures suivant l'invention. L'idée de l'invention réside en ce que l'échangeur de chaleur est obtenu par l'assemblage de pièces en tôle estampée séparées qui sont montées concentriquement les unes à côté des autres et qui sont reliées rigidement entre elles. On pose entre les pièces en tôle estampée des pièces d'écartement, par exemple des pièces ayant la forme d'anneaux intermédiaires. On augmente fortement la transmission de chaleur en disposant des ailettes sur la surface chauffante intérieure sèche. De ce fait, on peut diminuer les dimensions et le poids de l'installation, contenant l'échangeur de chaleur, d'au moins un tiers, par exemple dans des chaudières de chauffage central. La technologie de fabrication à la presse de l'échangeur de chaleur permet de donner aux ailettes de la surface chauffante intérieure sèche, une forme optimum, de sorte que la chaleur du fluide gazeux apportant la chaleur est dirigée uniformément sur la surface de chauffage extérieure mouillée de l'échangeur de chaleur. On évite ainsi que les ailettes soient surchauffées et brulent. Les pièces de tôlè estampée à ailettes intérieures qui sont en contact avec les flammes ou qui sont les plus soumises aux contraintes thermiques peuvent être fabriquées avec une matière réfractaire au feu. Les autres pièces pressées peuvent en revanche être fabriquées avec des matières dont la qualité n'est pas aussi grande. De cette façon aussi, on pourra augmenter la durée de l'échangeur de chaleur tout en diminuant les frais de matières premières. La durée de l'appareil sera encore augmentée, si on la comparue avec celle d'un échangeur analogue obtenu par soudage, grâce à la suppression des cordons de soudure longitudinaux. Le mode de construction de l'échangeur de chaleur suivant l'invention permet d'arriver à un rapport entre la surface chauffante sèche et la surface souillée pouvant aller jusqu'à 10 : 1, ce qui n'est pas possible dans un échangeur réalisé par soudage. D'autre part, ce iodle de construction permet d' adapter la grandeur de la surface chauffante sèche à la texpérature du fluide gazeux apportant la chaleur, en posant entre les pièces en tôle estampée à ailettes intérieures, des tôles d'écartement d'ouverture intérieure différente. On pourra agir de cette façon sur la vitesse de passage du fluide apportant la chaleur, et par suite en me temps sur la transnission de chaleur dans le sens de l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur car ces tales d'écartement peuvent être posées seulement entre plusieurs pièces estampées à ailettes intérieures. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - La figure 1 nontre une coupe de ltéchangeur de chaleur en éiévation, avec des ouvertures centrales dans le corps de cet échangeur de chaleur; - La figure 2 représente une projection horizontale de l'échangeur; - La figure 3 représente une pièce de tale estampée ailettes intérieures, qui correspond à la tôle d' écartement de la figure 4. La référence 1 désigne une pièce en tale estampée avec des ailettes intérieures,2, des ouvertures de centrage,3, une tale d'écartement pressée avec une ouverture intérieure différente cose il est illustré dans la figure 4. Le corps de 1 t échangeur de chaleur est constitué de pièces 1 en tôle estampée, colportant des ailettes intérieures, qui sont reliées rigidement entre elles. Le centrage des pièces en tôle estampée, en vue de la solidité de la liaison, est rendu possible par les ouvertures 2 destinées aux boulons de centrage. On peut aussi exécuter une liaison solide des pièces 1 en tôle estampée par un autre mode de réalisation connu. La surface chauffante sèche intérieure peut être obtenue en posant des pièces d'écartement 3 entre les pièces 1 en tôle estampée à nervures intérieures. La forme des ouvertures intérieures de ces tôles d'écartement 3 est variable, et pourra être par exemple un anneau intermédiaire, ou un modèle de réalisation suivant la figure 4. Ces tôles d'écartement 3 à ouverture intérieure variable sont pourvues d'ouvertures 2 pour des boulons de centrage, qui coïncident avec les ouvertures de pièces en tôle estampée 1 à ailettes intérieures, comme le montrent les figures 3 et 4. On peut améliorer 11 étanchéité à l'eau de la surface de chauffage extérieure mouillée par métallisation, par la technique à la pointe mlmsmatiquey ou par un revêtement métallique galvanique. Le mode de réalisation de l'échangeur de chaleur suivant l'invention permet aussi d'agrandir la surface extérieure mouillée, en choisissant d'une façon différente la forme des différentes pièces en tôle estampée 1. On peut aussi disposer les ailettes intérieures suivant une ligne hélicodale, et ce, par un décalage radial progressif des ouvertures 2 destinées aux boulons de centrage sur les différentes pièces estampées. On peut agir, au moyen des tôles d'écartement 3, sur la transaission de chaleur pour l'adapter à l'abaissement de la température du fluide gazeux apportant la chaleur. On l'obtiendra en disposant les tôles d'écartement 3 d'une manière irrégulière dans le sens de l'axe de l'échangeur de chaleur, et de plus les ouvertures intérieures pourront varier. L'effet produit sur la transmission de chaleur en correspondance avec des besoins spéciaux pourra être obtenu en choisissant des matériaux différents pour les pièces 1 en tale estampée à ailettes intérieures et éventuellement pour les tôles d'écartement 3, par exile en choisissant des matériaux de conductivité thermique différente. Il y a lieu d'ajouter que les types cités d'augmentation de la surface chauffante sèche permettent d'augmenter la puissance de l'échangeur de chaleur, ses dimensions extérieures restant inchangées. On peut aussi modifier la section libre qui existe entre les ailettes intérieures, suivant que l'on désirera abaisser la puissance, partiellement ou complètement, en obturant l'ouverture circulaire centrale qui se trouve entre les ailettes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R EVENDI CATI O NS 10) Echangeur de chaleur tubulaire à ailettes intérieures, caractérisé en ce qu'il est constitué de pièces séparées (1) en tôle estampée, présentant des ailettes intérieures, qui sont disposées centralement, possèdent des ouvertures (2) pour des boulons de centrage, et sont reliées rigidement les unes avec les autres. 20) Echangeur de chaleur tubulaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre les pièces en tôle estampée (1), on pose des tôles d'écartement (3), ayant par exemple la forme d'anneaux intermédiaires.