Brevet FR2308071A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne des échangeurs de chaleur dans lesquels l'un des fluides circule dans plusieurs tubes spiraux proches les uns des autres, tandis que l'autre fluide circule dans des passages situés entre ces tubes spiraux ou autour de ceux-ci et limités par des parois entourant lesdits tubes. On sait qu'un échangeur du type ci-dessus est particulièrement efficace lorsque les deux fluides circulent intégralement à contre-courant l'un de l'autre. On sait également que, dans un échangeur à tubes de faible diamètre dans lequel les tubes sont, pour réduire l'encombrement, enroulés en spirale, un contre-courant intégral peut etre réalisé grâce à une cloison épousant la spirale formée par le tube, de façon à forcer le fluide extérieur au tube à passer le long de celui-ci sur la totalité de sa longueur. Des échangeurs de ce type ont de nombreux domaines d'application, tels que ceux des radiateurs, des systèmes de ventilation, des réchauffeurs d'eau pour installations de chauffage central ou pour chaudieres, des dispositifs de chauffage du sol,etc. te rapport entre les débits des deux fluides varie suivant les applications, en fonction des différences de température désirées et des pertes de charge admissibles. Avec une dimension donnée des tubes, si la réalisation doit être adaptable aux différents cas, on doit pouvoir faire varier la section libre de passage du fluide extérieur au tube.Dans les formes connues de réalisation de tels échangeurs, on a adopté comme principe constructif un empilement de tubes en spirales plates, avec réglage de l'intervalle entre deux tubes voisins en fonction de l'application prévue.On a fait également varier le pas de la spirale suivant les applications. Dans un cas comme dans l'autre, il en résultait des complications de fabrication rendant coûteux ce type d'échangeur. De plus, ces échangeurs étaient inutilement encombrants, d'où des prix de revient élevés et des problèmes d'installation. La présente invention apporte à ce problème une solution suivant laquelle, dans une seule et même construction, au lieu d' augmenter la surface de passage du fluide circulant à l'extérieur des tubes lorsque le débit de ce fluide est relativement élevé, on conserve l'uniformité des dimensions des tubes et du pas de la spirale, mais on raccourcit le parcours du fluide extérieur aux tubes en créant des "court-circuits" partiels par passage direct d'une partie du liquide entre deux tours voisins de la spirale. Comme ce court-circuit est très localisé, l'efficacité de l'échange par contre-courant n'en est pas notablement affectée. Cette construction spéciale de l'échangeur supprime les inconvénients signalés plus haut dans la description des échangeurs existants. L'amélioration consécutive à cette construction spéciale est obtenue suivant l'invention dans un échangeur de chaleur pour échanges calorifiques entre deux fluides, dans lequel un premier fluide circule dans une série de tubes en spirales plates, voisins les uns des autres, tandis qu'un second fluide circule dans des passages entre les tubes spiraux ou autour de ceux-ci, aménagés entre des parois entourant les tubes spiraux qui sont disposés dans des plans parallèles, et lesdits passages étant formés par une cloison en spirale passant entre les spires des tubes, caractérisé en ce que ladite cloison porte au moins une ouverture mettant en communication deux passages adjacents sur les deux faces de la cloison. On décrira maintenant la réalisation d'un échangeur suivant l'invention, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une coupe verticale de l'échangeur la figure 2 montre l'intérieur de l'échangeur, vu de haut en bas. L'échangeur représenté comporte une enveloppe formée de deux fonds opposés 1 et 2, et d'une paroi cylindrique 3. L'un desdits fonds porte un raccord central 4, et l'autre fond est traversé par deux conduits ramifiés 5 et 6. Un raccord7 part de la paroi cylindrique 3. Entre les conduits ramifiés 5 et 6 sont disposés plusieurs tubes spiraux 8 formant chacun, dans la réalisation représentée, trois spires et demie, centrées sur l'axe de l'enveloppe. tes extrémités internes des tubes sont reliées au tube ramifié 5, et leurs extrémités externes au tube ramifié 6. Les tubes spiraux et les tubes ramifiés sont parcourus par l'un des fluides, tandis que l'enveloppe elle-même est traversée par l'autre fluide, entrant en 4 et sortant en 7. Une cloison 9 va du fond 1 au fond 2, et est enroulée en spirale entre les spires successives des tubes 8, en formant une série de passages spiraux 10 entre les tubes, et entre ceux-ci et les fonds 1 et 2. Le second fluide circule dans ces passages-, étant ainsi en contact étroit avec les tubes. Comme il a été dit plus haut, l'échange de chaleur est partle1lièrement efficace si les deux fluides circulent à contre-courant l'un de l'autre. Dans le cas présent, l'un des deux circule dans le sens des aiguilles d'une montre, et l'autre dans le sens inverse, par exemple suivant les flèches 11 et 12 de la figure 2. Lorsque de gros débits fluides circulent dans les passages 10, les pertes de charge à travers l'échangeur deviennent anormalement élevées, de sorte qu'un trajet raccourci devient souhaitable pour le fluide correspondant. Suivant l'invention, ce trajet raccourci est obtenu en permettant au fluide un court-circuit partiel, par passage direct entre deux tours 10 voisins de la cloison spirale. Ce court-circuit partiel est obtenu par exemple, comme dans la construction représentée, au moyen de trous 13 dans chaque tour 10 de la cloison spirale. En faisant varier les diamètres de ces trous et/ou l'écart entre des trous voisins, l'échangeur peut être adapté aux différentes conditions par réduction variable ze la résistance à l'écoulement du fluide circulant dans les passages 10, sans qu'il y ait à modifier le diamètre ou le pas de la spirale.La modification de l'écart entre les trous est un artifice très simple sur le plan de la fabrication, de sorte que les graves inconvénients des constructions antérieures sont écartées. On peut aussi rendre les cloisons interchangeables, et choisir pour chaque utilisation une cloison appropriée, avec des trous aux diamètres et intervalles voulus, pour un échange calorique optimal avec un débit donné. Cette interchangeabilité des cloisons permet une souplesse accrue dans l'emploi des échangeurs, tous les éléments pouvant être standardisés, le seul à réaliser en plusieurs variantes étant la cloison. La construction décrite n'est qu'un exemple possible de mise en oeuvre de l'invention. Dans le cadre de celle-ci, diverses modifications peuvent être apportées. te tube, au lieu d'être en roulé en spirale circulaire, peut avoir une configuration ovale quelconque. tes trous individuels dans les cloisons peuvent être remDlacés par des fentes, la cloison étant ainsi divisée en un certain nombre de sections et les fentes formant des liaisons entre deux passages 10 adjacents, la largeur de la fente conditionnant le débit court-circuité. Ces modifications doivent etre considérées comme restant dans l'esprit de l'invention telle que définie au présent mémoire, REVENDICATIONS 1. Changeur de chaleur pour échanges calorifiques entre deux fluides, dans lequel un premier fluide circule dans un s- rie de tubes en spirales plates, voisins les uns des autres, tandis qu'un second fluide circule dans des passages entre les tubes spiraux ou autour de ceux-ci, aménagés entre des parois entourant les tubes spiraux qui sont disposés dans des plans parallèles, et lesdits passages étant formés par une cloison en spirale passant entre les spires des tubes, caractérisé en ce que ladite cloison porte au moins une ouverture mettant en communication deux passages adjacents sur les deux faces de la cloison. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé an ce que ladite ouverture est formée par des trous tercés dans la cloison en spirale. 3. Echangeur suivant la revendication 19 capactérisé en ce que ladite ouverture est formée par une fente dans la cloison en spirale 4. changeur suivant la revendication 2, carva prise en ce oue la cloison est montée entre les spirales d tires de façon à pouvoir notre échange contre une autre cloison 5. échangeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que des cloisons lnterchangeables different entre elles par le nomb-e et les dimensions de leurs trous.