Brevet FR2457467A1 — publié le 19801219

l'invention concerne les échangeurs de chaleur entre plusieurs fluides circulant dans plusieurs enceintes de folie allongée dont les deux extrémités présentent respectivement un orifice d'entrée et un orifice de sortie de fluide, chaque enceinte étant Xsituée entièrement à I'extérieur de l'autre ou des autres enceintes dont elle est séparée par un petit intervalle garni d'au moins un élément conducteur de la chaleur. On connaît déjà des échangeurs thermiques de ce genre constitués, par exemple, de deux tubes parallèle s reliés entre eux par une ailette métallique; le fluide primaire circule dans l'un des tubes dans un certain sens, tandis que le fluide secondaire circule dans l'autre tube, à contre-courant par rapport au premier, les échanges de chaleur s'effectuant par l'intermédiaire de l'ailet- te métallique. Cette disposition présente l'avantage d'empêcher tout mélange fortuit d'un fluide dans l'autre en cas de perforation accidentelle de l'un des tubes, par exemple par corrosion, puisque la fuite éventuelle s'écoule à l'extérieur des tubes.Cette condition est devenue pratiquement obligatoire, notamment pour des raisons d'hygiène, lorsque, par exemple, on réchauffe de l'eau sanitaire à partir d'eau de chauffage central. De plus, le fait que la fuite soit immédiatement visible constitue un avertissement de la détérioration de l'appareil. le but de l'inventionest de perfectionner les appareils de ce genre en améliorant les conditions de transmission de chaleur entre les deux fluides. A cet effet, suivant l'invention, chaque élément conducteur de la chaleur précité traverse, d'une manière étanche, les parois correspondantes des enceintes et pénètre à l'intérieur desdites enceintes. Grâce à cette conception particulière, Si l'on reprend l'exemple de l'échangeur formé de deux tubes parallèles, on constate que chacun des éléments conducteurs de la chaleur en question présente une partie qui baigne largement dans le fluide primaire et une autre partie qui baigne largement dans le fluide secondaire, c'est-à-dire qu'il présente, avec chaque fluide, une surface d'échange de chaleur beaucoup plus grande que lorsqutil réunissait simplement les deux tubes l'un à l'autre.Cette conception peut être avantageusement mise en oeuvre sous des formes de réalisation très diverses, ainsi qu'on le comprendra mieux à la lecture de la description qui va sui-re et à 11 examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins La figure 1 représente, en coupe verticale, un premier mode de réalisation d'échangeur suivant l'invention, La figure 2 est une coupe horizontale faite suivant la ligne II-II de la figure 1, La figure 3 montre, également en coupe verticale, une variante dérivée du mode de réalisation de la figure 1, La figure 4 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation comportant deux tubes parallèles, La figure 5 est une vue en élévation d'un autre mode de réalisation avec trois tubes et des éléments conducteurs de la chaleur d'une autre conception, La figure 6 est une vue en plan correspondante, La figure 7 représente, en coupe horizontale, un échangeur à trois enceintes groupées de manière à former ensemble un cylindre, la figure 8 est une variante du mode de réalisation de la figure 7, La figure 9 montre, en coupe verticale faite suivant la ligne IX-IX de la Figure 10, un autre mode de réalisation drivé de celui de la figure 1, et La figure 10 est, avec des arrachements, une vue de face correspondante observée dans la direction de la flèche x de la figure 9. L'échangeur thermique représenté sur les figures 1 et 2 est constitué de deux enceintes parallélépipédiques 1, 2 de forme allongée disposées verticalement l'une à côté de l'autre de manière à laisser entre deux de leurs faces verticales 3, 4, un petit intervalle d'épaisseur "et juste suffisante pour permettre un libre écoulement d'une fuite éventuelle de fluide entre ces deux faces. L'assemblage des deux enceintes est assuré, par exemple, au moyen de boulons tels que 5 qui serrent deux oreilles 6, 7 des deux enceintes respectivement contre les deux extrémités d'un tube entretoise 8 enfilé sur le boulon et dont la longueur est égale à l'épaisseur "et de l'intervalle en question. les deux extrémités de l'enceinte 1 présentent respectivement un orifice d'entrée 11 et un orifice de sortie de fluide 12. D'une manière analogue, les deux extrémités de l'autre enceinte 2 présentent respectivement un orifice d'entrée 13 et un orifice de sortie de fluide 14. Ces quatre orifices sont disposés de façon telle que le fluide primaire circule dans 1' enceinte 1 de bas en haut et que le fluide secondaire circule dans enceinte 2 de haut en bas, c'est-àdire à contre-courant suivant un principe bien connu. Bes échanges de chaleur entre les deux fluides -sont assurés par des éléments conducteurs de la chaleur eonstitués, dans cet exemple, par des plaques de métal 17, disposées horizontalement les unes au-dessus des autres, avec un certain intervalle entre elles. Pour permettre aux fluides de circuler, chacune de ces plaques occupe la majeure partie seulement de la section de chacune des deux enceintes 1 et 2, c'est-à-dire qutil reste un certain intervalle entre la face interne des parois extérieures de chacune des deux enceintes et le bord correspondant des plaques 17.Chacune de ces plaques traverse les deux parois 3, 4 des dites enceintes d'une manière parfaitement étanche, grâce, par exemple, à une soudure ou une brasure sur ces parois, en passant aussi dans l'intervalle "e" qui sépare les deux enceintes. Ainsi, la chaleur du fluide primaire dans 1' enceinte 1 passe par convection dans les parties des plaques 17 qui se trouvent dans cette enceinte, puis par conduction dans la partie intermédiaire des plaques entre les deux enceintes et dans l'autre partie desdites plaques située dans l'enceinte 2 où elle passe enfin par convection dans le fluide secondaire. On remarquera que les surfaces d'échange sont relativement grandes. Etant donné que chacune des deux enceintes est située entièrement-à l'extérieur de l'autre, toute perforation en un-point quelconque de la paroi de l'une des deux enceintes produit une fuite du fluide correspondant qui est immédiatement visible en s'écoulant à l'extérieur et signale l'avarie, cependant qu'elle ne peut, en aucun cas, risquer de se mélanger au fluide contenu dans l'autre enceinte. Dans l'exemple qu'on vient de décrire, les plaques 17 sont horizontales, c'est-à-dire transversales aux enceintes, mais elles pourraient aussi être disposées longitudinalement, ctest-à- dire en position verticale, c'est ce qu'un a représenté à titre de variante, sur la figure 5. Un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4 est dérivé de celui de la figure 3, mais avec des enceintes 1, 2 cylindriques et une seule plaque de transmission de chaleur 17. On n'a pas représenté les orifices d'entrée et de sortie des fluides, ils seraient disposés comme dans le mode de réalisation de la figure 3. Sur les figures 6 et 7, on a représenté une variante qui diffère du mode de réalisation de la figure 4 par le fait qu'elle comporte trois enceintes tubulaires 1, 2 et 1A au lieu de deux, c'est-à-dire qu'elle permet éventuellement des échanges de chaleur entre trois fluides circulant respectivement dans ces trois enceintes, et par le fait que les plaques de transmission de chaleur 17 sont disposées transversalement et non pas longitudinalement, mais le fonctionnement est toujours le même. Sur la figure 7 on a représenté, en coupe horizontale, une autre forme d'exécution que l'on peut considérer comme dérivée de celle des figures 1 et 2, avec cette différence que les enceintes 1, 2, 1A ne sont plus parallélépipédiques et sont au nombre de trois au lieu d'entre au nombre de deux. On peut considérer que ltéchangeur forme un ensemble ayant la forme générale dtun cylindre géométrique divisé en plusieurs enceintes parallèles dont chacune présente une section droite délimitée par une portion 21, par exemple pour l'enceinte 1, de la circonférence dudit cylindre géométrique et par deux rayons 22, 23 de ce cylindre.En d'autres termes, chaque enceinte se présente sous la forme d'un angle dièdre de 1200 fermé par une portion de surface cylindrique 21. les faces de l'angle dièdre de chacune des trois enceintes se trouvent donc en regard des faces correspondantes des angles dièdres des deux autres enceintes et séparées d'elles par l'intervalle "e" dont il a été question plus haut.A titre d'exemple, le "point" et les deux signes "+" portés sur cette figure 7 sont des symboles représentant, respectivement, llextrémité avant et l'extrémité arrière des flèches d'indication des sens de circulation des trois fluides dans les trois enceintes, respectivement. les plaques 17 de transmission de chaleur sont, ici, des plaques circulaires dis poses tranFversalementv la variante représentée sur la figure 8 ne diffère du mode de réalisation de la figure 7 que par le fait que la plaque de transmission de chaleur est constituée par une paroi cylindrique 17 coaxiale à l'ensemble de l'appareil.Cette paroi est, par exemple, un peu plus courte que les enceintes pour que les fluides puissent passer à travers toute l'étendue de la section de chaque enceinte, ou bien, il est prévu, à chaque extrémité de chaque enceinte, un orifice d'entrée ou de sortie de fluide en regard de la partie centrale 27 en forme de secteur de cercle de la section de l'en- ceinte et un autre orifice en regard de la partie périphérique 28 en forme de couronne circulaire. Enfin, sur les figures 9 et 10, on a représenté une autre forme d'exécution qui ne diffère de celle des figures 1 et 2 que par le fait qu'au lieu d'être constituée par des plaque s, les éléments conducteurs de la chaleur 17 sont formés de barreaux cylindriques .Ces éléments sont emmanchés à force dans des trous cylindriques de diamètre correspondant pratiqués dans les faces 3, 4 des deux enceintes 1, 2 et sur les bords desquels ils sont soudés. On réalise ainsi une surface d'échanges calorifiques relativement importante; de plus, la fabrication de tels appareils peut se faire par des procédés courants et, par conséquent, économiques. -REVEPJICATIONS- 1.- Echangeur de chaleur entre plusieurs fluides circulant dans plusieurs enceintes de forme allongée dont les deux extrémités présentent respectivement un orifice d'entrée et un orifice de sortie de fluide, chaque enceinte étant située entièrement à l'extérieur de l'autre ou des autres enceintes dont elle est séparée par un petit intervalle garni d'au moins un élément conducteur de la chaleur, caractérisé en ce que chaque élément conducteur de la chaleur (17) traverse, d'une manière étanche, les parois correspondantes (3, 4 , 21, 22) des enceintes ( 1,2) et pénètre à l'intrieur desdites enceintes. 2.- Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément conducteur de la chaleur (17) est constitué par une plaque plane (Figs. 1 à 6). 3.- Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs plaques planes (17) sont disposées transversalement dans les enceintes ( 1, 2) (Figs; 1-3, 5,6). 4.- Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque plaque (17) est disposée longitudinalement dans les enceintes (1,2). (Figs. 3,4). 5.- Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les enceintes ( 1,2) sont de forme générale parallélépipédique et les plaques (17) sont rectangulaires (figurs 1 à 3). 6.- Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de l'échangeur présente la forme générale d'un cylindre géométrique et il est divisé en plusieurs enceintes parallèles (1, 2, 1A) dont chacune présente une section droite délimitée par une portion de circonférence (21) dudit cylindre et deux rayons (22, 23), les rayons qui délimitent la section de l'une quelconque des enceintes se trouvant séparés, par l'interval- le précité, des rayons qui délimitent la section de l'autre ou des autres enceintes (figs. 7 et 8). 7.- Echangeur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément conducteur de la chaleur précité est constitué par une paroi cylindrique (17) coaxiale au cylindre géométrique précité (fig.8). 8.- Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément conducteur de la chaleur (17) est constitué par un barreau de forme cylindrique.