<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative à un échangeur de chaleur et se rapporte plus particulièrement à un échangeur de chaleur perfectionné du type général représenté dans le brevet américain n 2.649,408 de Wil- liamson et consorts.
Les échangeurs de chaleur du type consi- déré ici affeatent une forme générale cylindrique et pos- sèdent une paroi de transmission de chaleur s'étendant dans le sens vertical et présentant des ondulations pro- fondes. De tels échangeurs de chaleur sont appelés à recevoir intérieurement un agent de chauffage fluide et à transmettre de la chaleur à l'extérieur, ces échangeurs étant utilisés de façon particulièrement avantageuse dans les chambres de vaporisation ou bouilleurs -de vaporisa- teurs d'eau de mer. Ils sont connus sous la dénomination
<Desc/Clms Page number 2>
d'échangeurs de chaleur du type "à panier" pour vaporisa- teurs d'eau, de mer.
La présente invention a de façon générale pour effet d'augmenter le rendement de transmission ther- mique des échangeurs de chaleur du type ci-dessus, un objet particulier de l'invention consistant à intensifier la circulation et à élever la vitesse d'écoulement de l'agent de chauffage fluide dans les gorges intérieures, à extension longitudinale,. des ondulations, afin d'obtenir l'augmentation recherchée du rendement de transmission thermique.
Un autre objet de la présente invention consiste à établir un échangeur de chaleur du type ci-des, sus, échangeur qui soit moins sujet à des pulsations ou vibrations gazeuses causées par l'agent de chauffage, lequel peut être un gaz d'échappement provenant d'un mo, teur, ou bien, de la vapeur, ceci étant des exemples de deux agents de chauffage fluides pour lesquels l'échan- geur de chaleur selon l'invention peut être adopté.
L'échar geur de chaleur classique ondulé, ou du type "à panier", est souvent soumis à des vibrations ou pulsations, celles ci étant,dans la plupart des cas,engendrées dans un cou- rant de gaz d'échappement, par le fonctionnement du moteur qui émet les gaz d'échappement, et étant produites le plus souvent dans la vapeur lorsque l'échangeur de chaleur est utilisé dans un système du type à compression de va- peur, où la vapeur est pompée dans l'échangeur de chaleur,
Les objets et avantages énumérés ci-dessus, ainsi que d'autres, de la présente invention, ressortiront, clairement pour les hommes de métier, en considérant la description qui suit, et qui se reporte aux dessins annexés lesquels représentent, à simple titre d'exemple, deux
<Desc/Clms Page number 3>
modes de réalisation particuliers de l'invention.
Il e.st bien entendu que d'autres modes de réalisation ou des for mes de construction de variante rentrent également dans le cadre de l'invention et, pour cette raison, la description et les dessins ne doivent pas être considérés comme défi- nissant et limitant le cadre de cette invention.
@
Dans les dessins annexés-, la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un bouilleur d'un vaporisateur d'eau de mer et de son échangeur de chaleur, ce vaporisateur étant particulière- ment approprié à utiliser la vapeur comme agent de chauf- fage la figure 2 est une vue en coupe 'transversale prise de la fagon indiquée par la ligne 2-2 de la figure 1;. la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, mais montrant une construction de variante d'un vapori sateur, celle-ci étant particulièrement appropriée à l'emploi de gaz d'échappement comme agent de chauffage; la figure 4 est une vue en coupe transversale à travers la chambre du bouilleur, cette coupe étant prise de la façon indiquée par la ligne 4-4 de la figure 3.
En considérant d'une manière plus détaillée les figures 1 et 2, on voit que la chambre du bouilleur, qui contient une masse d'eau de mer W en ébullition, est délimitée par une chemise, sensiblement verticale 10 et par des parois en bout 12 et 14, respectivement supérieure et inférieure, sensiblement horizontales. La chemise 10 peut présenter une forme voulue quelconque, la forme cylin drique n'étant montrée qu'à titre d'exemple.
La paroi en bout supérieure 12 est munie d'un orifice central dans lequel est fixé rigidement un conduit de sortie de vapeur
<Desc/Clms Page number 4>
16, par soudage ou de façon analogue, destiné à évacuer la vapeur produite à la suite de l'ébullition. de l'eau de mer W. Dans une construction de vaporisateur d'eau de mer du type représenté dans- le brevet américain n 2,649,408 de Williamson et consorts, la vapeur provenant de l'ébul- l'itio de l'eau est introduite dans une ou plusieurs cham- bres de séparation, pour être débarrassée de l'eau entrai- née par la vapeur, cette dernière étant ensuite condensée., de façon.
à fournir une réserve d'eau fraîche pour les besoins du bord ou.pour tout autre emploi requis.. La paroi en bout inférieure 14¯présente également un orifice cen- tral dans lequel une- chemise 18 de préférence cylindrï- que, est fixée'rigidement, par soudage ou un procédé ana- logue. Il y a lieu de noter que la chemise 18 s'étend vers le haut, jusque dans l'intérieur de la chambre du bouilleur, et que son extrémité inférieure est obturée par par une plaque ou paroi en bout 20.
Ainsi, on dispose, à l'intérieur de la chemise 18, d'un collecteur de conden sation S, qui reçoit l'eau provenant de la condensation de la vapeur introduite à titre d'agent de chauffage dans un échangeur de chaleur 22 du type "à panier", disposé à l'intérieur de la chambre du bouilleur.
L'eau de mer est introduite dans la cham- bre du bouilleur à travers un tuyau d'amenée 24 qui aboutit à la chemise 10 au voisinage de la paroi en bout inférieure 14. Un tuyau de départ 26 débouche de la che- mise 10,' également au voisinage de la paroi en bout infé rieure 14,ce dernier tuyau servant à évacuer la saumure concentrée hors de la chambre du bouilleur.
La vapeur est introduite à l'intérieur de l'échangeur de chaleur à travers un conduit de vapeur 28 qui traverse la paroi latérale ou chemise 18 du collecteur
<Desc/Clms Page number 5>
de condensation, pour se' diriger ensuite vers l'échangeur de chaleur ci-dessus. Le condensat est évacué du collec- teur ci-dessus à travers un tuyau 30 et est de préférence ramené à la chaudière qui produit de la vapeur introduite à titre d'agent de chauffage à travers le conduit d'ame- née 28.
Comme montré dans le brevet américain pré- cité de Williams on et consorts, l'échangeur de'chaleur à panier comprend une enveloppe ou paroi latérale sensible- ment verticale, de forme générale cylindrique, cette paroi étant obturée à son extrémité supérieure, ainsi qu'à son extrémité inférieure,abstraction faite du passage de com., munication avec le collecteur d'eau de condensation S.
Toujours comme montré dans le brevet de Williamson et consorts, la paroi, de forme généralement cylindrique de l'échangeur de chaleur, présente des ondulations profon- des, afin de fournir une surface de transmission de cha- leur maximum dans l'espace disponible à l'intérieur de la] chambre du bouilleur. Plus particulièrement, l'échangeur- de chaleur du type à panier comprend une chemise ou paroi latérale orientée verticalement et de forme généralement cylindrique, à ondulations profondes, ces ondulations étant à orientation longitudinale et étant désignées par le chiffre de référence 32.
Lorsque la paroi de l'échan- geur de chaleur 22, de forme généralement cylindrique, est établie de façon à présenter des,.ondulations profon- des, cette paroi délimite des gorges longitudinales inté rieures 34, 34 à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, tandis qu'elle délimite des go.rges extérieures 36, 36 entre ondulations voisines 32, 32.
Chaque ondulation 32 est fermée à son extrémité supérieure en 38 et à son extrémité inférieure en 40. Une paroi en bout 42, de
<Desc/Clms Page number 6>
préférence en forme de dôme, obture l'extrémité supérieure de la paroi de forme généralement cylindrique et à ondula- tions profondes, de l'échangeur de chaleur, tandis qu'un anneau 44 clôture le fond.de la paroi susdite, de forme généralement cylindrique., cet anneau entourant l'extrémité supérieure de la paroi latérale cylindrique 18, qui déli- mite le collecteur de condensation S, et étant fixé à cette extrémités De cette façon, l'échangeur de chaleur du type à panier est étanche aux fluides, la vapeur, ou autre agem de chauffage, étant introduite à l'intérieur de cet échan geur,
de façon à circuler dans les gorges intérieures 34, 34 des ondulations 32, 32, en vue de transmettre la chaleur à l'eau de mer contenue dans les gorges extérieures 36, 36
On a constaté que le rendement de transmis- sion thermique des échangeurs de chaleur de type courant à panier s'élève avec la vitesse de l'écoulement ou du mou- vement de l'agent de chauffage sur la surface d'échange de chaleur. Le déplacement à grande vitesse de l'agent de chauffage a pour effet de réduire ou de diminuer la forma- tion d'une pellicule sur la surface d'échange de chaleur et entraine les constituants non condensables introduits avec l'agent de chauffage.
Lorsque l'agent de chauffage. est constitué par la vapeur, des gouttelettes de condensat se forment sur la surface, ces gouttelettes étant arrachées par le mouvement rapide de la vapeur.
Selon la présente invention, la circulation. de la vapeur à travers les gorges intérieures 34, 34 se trouve intensifiée, et la vitesse de cette circulation ou de ce mouvement est accrue grâce à la prévision d'un vase cylindrique intérieur 46, ouvert au-dessus. Le vase 46 est placé dans une position essentiellement verticale dans
<Desc/Clms Page number 7>
le panier 22, à écartement relativement faible par rapport aux extrémités intérieures des ondulations 32, 32., Le vase cylindrique intérieur 46 peut être considéré comme formant un "tablier" pour les bords intérieurs de ces ondulations à une distance relativement réduite par rap- port à celles-ci, de sorte que le vase en question sera désigné dans la suite par les termes "tablier intérieur" ou "tablier directeur de flux".
Le tablier intérieur 46 est disposé de maniè re à recevoir la vapeur venant du conduit d'arrivée de vapeur 28, ce tablier étant relié au conduit en question par une paroi de fond annulaire 48 qui embrasse ledit conduit au voisinage de son extrémité de décharge et est fixée à celui-ci. L'extrémité supérieure du tablier pènè tre sur une distance appréciable dans l'intérieur de l'échangeur de chaleur 22, mais s'arrête à une certaine distance de la paroi en bout supérieure 42 de cet échan- geur.
On conçoit aisément que l'intervalle relati- vement réduit qui existe entre le tablier 46 et les extré, mités intérieures des ondulations 32, 32 orientées verti- calement, détermine, dans les gorges intérieures 34-, 34 de ces ondulations, un certain nombre de passages de va- peur qui communiquent entre eux.
On conçoit tout aussi aisément que la vapeur introduite dans les passages en question, au voisinage des extrémités supérieures de ceux-ci, comme indiqué par les flèches dans la figure 1, s'écoule à une grande vites- se de haut en bas dans ces passages ou gorges, conférant ainsi à l'échangeur de chaleur 22 un rendement de trans- 'mission thermique plus élevé, en raison de cette vitesse,
<Desc/Clms Page number 8>
Le mode de réalisation de variante du bouil- leur et de l'échangeur de chaleur, représenté dans les' figures 3 et 4, convient particulièrement à l'utilisation, à titre d'agent de chauffage, des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ou analogue.
Tout comme dans le mode de construction décrit en premier lieu, la Chambre de bouilleur de la variante des figures 3 et 4 est délimitée par une paroi latérale 50 dont le dessus est fermé par une paroi en bout 52. Un conduit de sortie, de vapeur 54 s'étend à partir de la paroi en bout supé- rieure 52. L'eau de mer est introduite dans la chambre du bouilleur à travers un tube d'arrivée 56, tandis que la saumure est déchargée de cette chambre par un tuyau 58.
La construction du bouilleur dans 'cette varian- te diffère de celle de la variante décrite en premier lieu, par le fait que l'on prévoit une paroi en bout ou cloison 60., qui est de préférence réunie amoviblement à l'extrémité inférieure de la paroi latérale 50 du bouil- leur. Plus particulièrement, une bride annulaire 62 est fixée à la paroi latérale 50 du bouilleur, autour de l'extrémité inférieure de celle-ci, par soudure ou un procédé analogue, la paroi en bout ou cloison 60 étant réunie amoviblement à cette bride à joint étanche aux fluides.
La cloison 60 précitée supporte l'échangeur de chaleur 64 du type à panier, dans une position essentiel- lement .verticale, de façon qu'il s'étende dans la chambre du bouilleur ou de vaporisation; de plus, la cloison en question supporte une paroi latérale ou chemise inférieu- re 66, qui descend'verticalement et qui est fermée à son extrémité inférieure par une paroi en bout 68. Ainsi, dans cette variante de construction, il existe deux
<Desc/Clms Page number 9>
chambres, la chambre située au-dessus de la cloison ou paroi en bout étant la chambre de vaporisation qui reçoit l'eau de mer, tandis que la chambre c située au-dessous de la cloison ou paroi en bout 60 est appelée à recevoir l'agent de chauffage fluide, après que celui-ci aura tra versé l'échangeur de chaleur 64.
Dans le mode de réalisation décrit en premie lieu, l'échangeur de chaleur 64 comporte une paroi rien- tée verticalement présentant une forme générale cylindri- que, et munie d'ondulations profondes, ces dernières étant désignées par l'indice 70, 70. Chacune de ces ondulations. @ est fermée à l'extrémité supérieure 72 et à l'extrémité inférieure 74 et délimite une gorge intérieure 76, tandis qu'une série de gorges extérieures 78,78 sont délimitées entre ondulations voisines. L'extrémité supérieure de. la paroi cylindrique ondulée de l'échangeur de chaleur 64 est fermée par une paroi en bout 80 qui est soudée aux extrémités intérieures, orientées radialement, des ondu- lations 70,70.
L'échangeur de chaleur 64 diffère du mode de réalisation décrit en premier lieu, par le fait' qu'il ne comporte pas la paroi en bout annulaire inférieu re. Cette paroi en bout annulaire est remplacée par une chemise 82, de préférence cylindrique, l'extrémité infé- rieure de cette chemise étant fixée dans un orifice cen- tral prévu dans la paroi en bout ou cloison 60, tandis que son extrémité supérieure est fixée, par soudage ou d'une manière analogue, aux extrémités inférieures, orien- tées radialement, des ondulations 70,70 dans l'élément de paroi cylindrique de l'échangeur de chaleur.
L'échangeur de chaleur 64 diffère en outre de la variante décrite en premier lieu, par la construc- tion du tablier intérieur directeur de fluide, générale- ment désigné par le chiffre de référence 84. Plus parti-
<Desc/Clms Page number 10>
lièrement, ledit tablier intérieur comprend une partie supérieure 86, sensiblement cylindrique, disposée à une distance assez réduite des extrémités intérieures des, ondulations 70, 70 et se terminant à une certaine distan ce de la paroi en bout supérieure 80 de l'échangeur de chaleur. Le tronçon cylindrique 86 ci-dessus est fermé à son extrémité supérieure par une paroi en bout 88 munit% d'un orifice central pour le passage de l'agent de chauf- fage fluide.
L'extrémité inférieure du tronçon supérieur cylindrique 86 du tablier 84 est disposée au-dessus des extrémités inférieures 74, 74 des ondulations de l'échan geur de chaleur. Un tronçon tronconique 90 convergeant vers le bas est fixé à joint étanche à l'extrémité infé- rieure du tronçon cylindrique supérieur, tandis qu'un tronçon cylindrique inférieur 92 est fixé de la même manière à l'extrémité inférieure du tronçon tronconique.
Le tronçon cylindrique inférieur 92 s'étend jusqu'à la paroi inférieure 68.
Le gaz d'échappement,-ou autre agent de chauffage fluide, est introduit à travers le conduit d'entrée 94 qui s'étend suivant une direction générale radiale à travers la chemise inférieure 66 et qui s'avan- ce d'une distance sensible dans le tronçon cylindrique inférieur 92' du tablier intérieur 84. De préférence l'extrémité intérieure du conduit d'amenée 94 se prolonge légèrement au-delà du centre de ce tronçon cylindrique inférieur. du tablier intérieur. Conformément à la pra- tique adoptée pour des raisons acoustiques, le conduit d'entrée 94 est muni d'un trou d'évent 96 et d'une fente 98, au voisinage de son extrémité intérieure.
Ainsi, la chambre délimitée à l'intérieur du tablier-intérieur 84 constitue une chambre d'expansion pour les gaz d'échappe-
<Desc/Clms Page number 11>
ment chauds, ces gaz étant déchargés du tablier intérieur à travers un conduit sensiblement vertical 100 dont l'ex- trémité supérieure est fixée dans l'ouverture centrale de la paroi en bout 88 du tablier. Des'trous anti-réso- nance 102,102 sont répartis le long du conduit 100, le- quel pénètre d'une distance appréciable dans la chambre d'expansion délimitée par le tablier intérieur.
Les gaz chauds déchargés à partir du tablier 84 à travers le conduit 10 s'écoulent rapidement vers le bas dans les gorges intérieures 76,76, délimitée-s dans les ondulations de l'échangeur de chaleur du type à panier et se dirigent à partir de ces gorges, le long des surfa- ces extérieures du tronçon tronconique 90 du tablier, vers le passage annulaire délimité autour du tronçon cylindri- que inférieur 92 du tablier, passage qui communique avec la chambre d'évacuation C. Les gaz en question sont ensuite évacués du bouilleur à travers un conduit 104 dont l'extrémité intérieure, munie d'une fente, pénètre assez profondément dans la chambre 0 à travers la chemise infé- rieure 66 du bouilleur.
La prévision des fentes dans les extrémité;, respectives des conduits d'entrée et de sortie de gaz 94 et 104 a pour effet d'atténuer le bruit qui accompagne le passage du gaz ; a en outre pour effet d'atténuer et de réduire les pulsations du courant gazeux. Le trou d'évent 52 et les trous anti-résonance 102, 102 agissent également dans le sens de l'atténuation du bruit et des pulsations. Toute personne familiarisée avec le domaine de l'acoustique constatera aisément que l'on a prévu ici deux chambres closes du point de vue acoustique, reliées par un ou plusieurs passages dans lesquels a lieu l'échan- ge de chaleur.
Les deux chambres acoustique. s dont il est
<Desc/Clms Page number 12>
question sont la chambre comprise entre l'extrémité supé- rieure du tablier 84 et la paroi en bout supérieure 80 de l'échangeur de chaleur, d'une part, et la chambre C, voisi ne du conduit d'évacuation 104, d'autre part. Toute person ne au courant du domaine de l'échange de chaleur constatera que les pertes de chaleur ont été réduites grâce à la pré- vision d'un certain nombre de passages communiquant entre eux (confinés dans les gorges intérieures 76, 76), entre les chambres acoustiques en question, cette série de pas- sages étant ceux dans lesquels sont prévues les surfaces d'échange de chaleur.
Bien que la dernière variante de construc- tion soit particulièrement appropriée en vue de l'applica- tion de gaz d'échappement en tant qu'agent de chauffage, il est bien¯entendu qu'une construction sensiblement iden- tique peut être utilisée avantageusement là où l'agent de chauffage est constitué par de la vapeur et où le courant de vapeur est sujet à des pulsations, comme celà pourrait être le cas dans les systèmes de distillation à compression de vapeur. Pour adapter le mode d'exécution des figures 3 et 4 en vue de son utilisation avec la vapeur en particu lier, il suffit de remplacer le conduit d'évacuation de gaz, prévu dans la chambre 0, par un conduit d'évacuation de condensat.
D'autres variantes et formes de construction pourront venir à l'esprit des hommes de métier, sans pour celà sortir du cadre de la présente invention.