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@ " Perfectionnements aux échangeurs de tempéra- ture, à leurs plaques à ailettes, et procédé de construction d'échangeurs de température
La présente invention concerne les échangeurs de tem- pérature à ailettes et des procédés de construction de ceux-ci.
L'un des objets de l'invention est de construire un échangeur de température à ailettes à partir d'un tube con- tinu dont les volées parallèles se trouvent sur des centres très voisins.
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Un autre objet de l'invention est de réaliser un échan- geur de température à ailettes dont la tuyauterie est ferme- ment saisie par les ailettes.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un échan- geur de température à ailettes dont la construction n'exige que le minimum de main-d'oeuvre et de machinerie.
Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un échangeur de température possédant un taux élevé d'absorption de la chaleur.
Dans les dessins : la figure 1 est une vue isométrique, en regardant vers le haut, d'un serpentin à ailettes conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en élévation d'une ailette con- forme à l'invention; la figure 3 est une vue en plan d'une conduite à fluide employée dans le dispositif conforme à l'invention; la figure 4 est une coupe verticale pratiquée suivant la ligne A-A de la figure 1; la figure 5 est une coupe pratiquée suivant la ligne B-B de la figure 4; la figure 6 est une coupe d'un coude de retour de la conduite à fluide de la figure 3 ; la figure 7 est une coupe pratiquée suivant la ligne C-C de la figure 6 ; la figure 8 est une coupe pratiquée suivant la ligne D-D de la figure 6 ; la figure 9 est une variante de la conduite à fluide de la figure 3; la figure 10 est une autre variante de la conduite à fluide de la figure 3;
la figure 11 est une coupe pratiquée suivant les lignes E-E et F-F des figures 9 et 10 respectivement;
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la figure 12 est une représentation schématique montrant un procédé d'emboutissage des tubes dans les perforations des ailettes.
Dans la figure 1, un échangeur de température à ailet- tes se compose d'une conduite à fluide 2 à admission 3 et sor- tie 4 entre lesquelles se trouvent plusieurs séries volées parallèles communiquant entre elles par des coudes de retour 5. Sur les volées parallèles de la conduite à fluide 2 et en-
6, tre les coudes de retour opposés 5, plusieurs ailettes/dis- tantes les unes des autres, sont en engagement à friction avec la conduite à fluide 2. Les bords supérieurs des ailet- tes 6 ont des encoches 7 qui entrent en engagement à friction avec des barres d'entretoisement longitudinales 8 chassées dans les encoches.
Dans la figure 2,il est ménagé dans une plaque à ailet- tes métallique 6 des encoehes 7 dans chaque coin de droite et de gauche. La partie inférieure de la plaque à ailettes 6
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9, . r . présente des perforations1distantes l'une de l'autre prati- quées de préférence avec des emporte-pièces ronds, suffisam- ment déportées pour que l'ouverture 10 soit essentiellement plus petite que le diamètre 11 des perforations 9.
Dans la figure 3, la conduite à fluide 2 est en forme " nichée grâce aux coudes de retour 5. On remarquera que la matière de la conduite au niveau des coudes 5, est écrasée pour être amenée à des dimensions plus faibles, en certains points, que les dimensions de la conduite au niveau des volées parallèles. La raison de ceci sera expliquée en détail plus loin.
Dans les figures 4 et 5, la partie inférieure de la con- duite à fluide 2 est aplatie de manière à former des crêtes 12 disposées sous un certain angle par rapport à la.longueur des volées parallèles de la conduite à fluide 2. Les creux à
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fluide 13 se trouvent entre les diverses crêtes voisines 12.
Dans les figures 6, 7 et 8, le coude de retour est for- mé dans un appareil à cintrer convenable de manière que sa section C-C soit de forme sensiblement elliptique, en vue d' un objectif qui sera exposé plus loin tandis que la section D-D conserve sensiblement sa forme antérieure à l'opération du cintrage. La raison du changement de section le long des lignes D-D par rapport à la section de C-C est que,lorsque 1' on cintre ce tube à parois minces, sur un court rayon et sans le secours de dispositifs intérieurs destinés à empêcher le gondolage., vers l'intérieur,des parois du tube pendant le cin- trage, les parois du tube se gondoleraient vers l'intérieur au niveau du rayon intérieur de la courbure,à moins que les efforts accumulés ne soient soulagés en des points déterminés.
On a constaté que les matrices à cintrer, faites pour toutes les bosses représentées en D-D à former pendant l'opération de cintrage, permettent de transformer des tubes en cuivre de (0.0813cm.) 5/8" (1,587cm) de 0,032"/d'épaisseur de parois en coudes de retour commercialement acceptables de 5/8" (1,587cm) de rayon au centre du tube.
Dans les figures 9 et 10, on a représenté des coudes de retour 14 qui ont la même section que celle du tube avant le cintrage. Ces coudes de retour sont généralement, quand il s' agit de coudes à court rayon, formés avec des mandrins inté- rieurs en vue d'éviter le gondolage des parois du tube au ni- veau des coudes, pendant le cintrage.
La figure 11 montre une coupe dans la conduite suivant les lignes E-E de la figure 9 et les lignes F-F de la figure 10.
Dans les figures 7'et 11, les sections représentées doi- vent avoir une largeur moindre que la dimension des ouvertures 10 des perforations 9 de la plaque à ailettes 6 de la figure 2.
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Après avoir décrit les éléments de l'invention, on va à présent exposer la construction d'un serpentin conforme à l'invention.
On cintre,à l'aide de matrices appropriées ;,comme dit plus haut, des tubes en cuivre de 5/8" ( 1,587 cm) de diamè- tre extérieur pour leur donner la forme de la figure 3.
En faisant passer un morceau de matière appropriée dans une matrice convenable, on forme la plaque à ailettes 6 de la figure 2. Pour un tube de 5/8" ( 1,587cm) de diamètre exté- rieur, que l'on préfère employer, on poinçonne les perforati- ons 9 avec un emporte-pièces circulaire d'un diamètre de 0,640" ( 1,625 om ) supérieur de 0,015" ( 0,0401 cm ) au diamètre extérieur du tube de 5/8" ( 1587 cm ) employé. La plaque à ailettes 6 est,par rapport à l'emporte-pièces dans une posi- tion telle que la perforation 9 prenne jour au bord de la plaque à ailettes 6, comme représenté par la figure 2 et for- me une ouverture 10 ayant approximativement une largeur de 0,531" ( 1,349 cm ).
Après avoir posé la conduite formée 2, de la figure 3, sur une surface plane, on met alors les coudes de retour 5 de la partie droite de la figure 3 à la hauteur des lignes C-C de la figure 6 en engagement avec les ouvertures 10 des perforations 9 de la plaque à ailettes6 de la figure 2.
Comme les ouvertures 10 sont plus larges que la lar- geur du tube en C-C, la plaque à ailettes6se met facilement dans la position requise, après quoi on la pousse le long du tube pour l'amener dans sa position définitive.
Pour placer les ailettes le long de la conduite à leur espacement requis, on se sert de pièces espaceuses que l'on préfère fabriquer en bois dur bien que toute matière conve- nable puisse aussi être utilisée pour leur fabrication.
Après l'assemblage du serpentin, on dispose d'une série
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@ (3.'ailettes distantes les unes des autres avec une pièce espa- ceuse entre deux ailettes successives. On soumetalors l'ac- semblage à l'action d'une machine à emboutir représentée sché- matiquement par la figure 12 dans celle-ci, on fait usage d' une table fixe 15 servant de support à l'échangeur de tempéra- ture 1 à tubes à ailettes qui se déplace pas à pas dans la di- rection indiquée par la flèche. Une matrice 16 à saillies 17 sur sa face opératoire monte et descend de temps à autre et emboutit la conduite 2 pour lui donner une forme en D avec des crêtes faisant un certain angle le long de la partie plate de la section en D représentée par les figures 1, 4 et 5.
En soumettant les tubes à la pression pour leur donner la section en D, ils sont poussés sur les côtés des ouvertu- res 9 des plaques à ailettes 6 et les plaques à ailettes 6 sont maintenues fermement par la conduite 2.
Après que le tube 2 est introduit par pression dans toutes les ailettes, on enlève les espaceurs entre les plaques à ailettes voisines 6 et on introduit alors les barres longi- tudinales d'entretoisement dans les encoches 7, ce qui étan- çonne les arêtes supérieures des ailettes 6 et donne un as- semblage relativement solide.
Dans certains cas, on peut donner la préférence à des coudes de retour à section de tube entier et dans ce cas, on donnera aux coudes la forme représentée par la figure 9 dans laquelle la section E-E est légèrement aplatie à une dimen- sion moindre que 0,531" ( 1,349 cm ),ce qui permet aux pla- ques à ailettes 6 de tomber sur la conduite au niveau de ces parties aplaties, d'où elles peuvent être amenées dans leurs positions respectives.
D'autres fois, on peut préférer assembler les ailettes et les espaceurs dans un gabarit séparé et ensuite mettre le tube de conduite 2 dans l'assemblage, en engageant toutes les
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plaques à ailettes simultanément, sans qu'il soit nécessaire d'amener les plaques à ailettes dans leurs positions respec- tives après les avoir placées sur le tube à la hauteur de leurs sections aplaties. Dans ce cas, on aplatit toute la longueur des volées parallèles réunies par les coudes de retour, comme représenté par la figure 2, à une dimension moindre que 0,531" ( 1,349 cm ),qui est celle de la largeur des ouvertures 10 des plaques-ailettes 6, de la figure 2.
REVENDICATIONS.
1.) Echangeur de température à tubes à ailettes, possé- dant une ou plusieurs plaques à ailettes perforées, la perfo- ration ou les perforations de la dite plaque ou de chacune des dites plaques prenant jour sur un bord de la dite plaque ou des dites plaques et une conduite placée dans la dite perfora- tion ou les dites perforations, la conduite étant déformée pour combler la dite perforation ou les dites perforations.
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@ "Improvements to temperature exchangers, their finned plates, and method of construction of temperature exchangers
The present invention relates to finned temperature exchangers and methods of construction thereof.
One of the objects of the invention is to construct a finned temperature exchanger from a continuous tube, the parallel flights of which lie on very close centers.
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Another object of the invention is to provide a finned temperature exchanger, the piping of which is firmly gripped by the fins.
Another object of the invention is to provide a finned temperature exchanger, the construction of which requires only a minimum of labor and machinery.
Another object of the invention is the production of a temperature exchanger having a high rate of heat absorption.
In the drawings: Figure 1 is an isometric view, looking upward, of a finned coil according to the invention; Figure 2 is an elevational view of a fin according to the invention; Figure 3 is a plan view of a fluid line employed in the device according to the invention; Figure 4 is a vertical section taken along the line A-A of Figure 1; Figure 5 is a section taken along line B-B of Figure 4; Figure 6 is a sectional view of a return elbow of the fluid line of Figure 3; Figure 7 is a section taken along the line C-C of Figure 6; Figure 8 is a section taken along line D-D of Figure 6; Figure 9 is a variant of the fluid line of Figure 3; Figure 10 is another variant of the fluid line of Figure 3;
Figure 11 is a section taken along lines E-E and F-F of Figures 9 and 10 respectively;
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FIG. 12 is a schematic representation showing a method of stamping the tubes in the perforations of the fins.
In Figure 1, a finned heat exchanger consists of a fluid line 2 with inlet 3 and outlet 4 between which there are several parallel series of flights communicating with each other by return elbows 5. On the parallel flights of the fluid line 2 and
6, being the opposing return elbows 5, several fins / distant from each other, are in frictional engagement with the fluid line 2. The upper edges of the fins 6 have notches 7 which engage with each other. friction with longitudinal bracing bars 8 driven into the notches.
In FIG. 2, there is provided in a metal finned plate 6 notches 7 in each right and left corner. The lower part of the fin plate 6
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9,. r. has perforations 1 spaced apart from each other preferably made with round cookie cutters, sufficiently offset so that the opening 10 is substantially smaller than the diameter 11 of the perforations 9.
In figure 3, the fluid pipe 2 is in the shape "nested thanks to the return elbows 5. It will be noted that the material of the pipe at the level of the elbows 5, is crushed to be brought to smaller dimensions, at certain points. , than the dimensions of the pipe at the parallel flights The reason for this will be explained in detail later.
In Figures 4 and 5, the lower part of the fluid line 2 is flattened so as to form ridges 12 arranged at an angle to the length of the parallel flights of the fluid line 2. The recesses at
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fluid 13 lie between the various neighboring ridges 12.
In Figures 6, 7 and 8, the return elbow is formed in a suitable bending apparatus so that its section CC is substantially elliptical in shape, for a purpose which will be discussed later while the section CC is formed. DD substantially retains its shape prior to the bending operation. The reason for the change of section along the lines DD with respect to the section of CC is that, when this thin-walled tube is bent, over a short radius and without the aid of interior devices intended to prevent buckling. towards the inside of the walls of the tube during bending, the walls of the tube would buckle inwards at the level of the inside radius of the bend, unless the accumulated forces are relieved at certain points.
It has been found that the bending dies, made for all the bumps shown in DD to be formed during the bending operation, make it possible to transform copper tubes of (0.0813cm.) 5/8 "(1.587cm) by 0.032" / wall thickness in commercially acceptable 5/8 "(1.587cm) radius elbows in the center of the tube.
In FIGS. 9 and 10, return elbows 14 have been shown which have the same section as that of the tube before bending. These return elbows are generally, when it comes to short radius elbows, formed with inner mandrels to avoid warping of the tube walls at the elbows during bending.
Figure 11 shows a section through the pipe taken along lines E-E in figure 9 and lines F-F in figure 10.
In Figures 7 'and 11, the sections shown should have a width less than the dimension of the openings 10 of the perforations 9 of the fin plate 6 of Figure 2.
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After having described the elements of the invention, the construction of a coil in accordance with the invention will now be described.
As stated above, copper tubes of 5/8 "(1.587 cm) outside diameter are bent using suitable dies to give them the shape of figure 3.
By passing a piece of suitable material through a suitable die, the fin plate 6 of Figure 2 is formed. For a 5/8 "(1.587cm) outside diameter tube, which is preferred to be employed, the perforations 9 were punched with a circular punch 0.640 "(1.625 µm) in diameter 0.015" (0.0401 cm) greater than the outside diameter of the 5/8 "(1587 cm) tube employed. The fin plate 6 is, relative to the punch, in a position such that the perforation 9 emerges at the edge of the fin plate 6, as shown in Figure 2, and forms an opening 10 having approximately 0.531 "(1.349 cm) wide.
After having laid the formed pipe 2, of figure 3, on a flat surface, the return elbows 5 of the straight part of figure 3 are then placed at the height of the lines CC of figure 6 in engagement with the openings 10 perforations 9 of the fin plate 6 of FIG. 2.
As the openings 10 are wider than the width of the C-C tube, the fin plate easily moves into the required position, after which it is pushed along the tube to bring it to its final position.
In order to position the fins along the duct at their required spacing, spacers are used which are preferred to be made of hardwood although any suitable material can also be used in their manufacture.
After assembling the coil, we have a series
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@ (3. 'fins distant from each other with a spacer piece between two successive fins. The assembly is then subjected to the action of a stamping machine shown schematically in FIG. 12 in the latter. Here, use is made of a fixed table 15 to support the finned tube heat exchanger 1 which moves step by step in the direction indicated by the arrow. A die 16 with protrusions 17 on it. its operative face rises and falls from time to time and stamps the conduit 2 to give it a D-shape with ridges at an angle along the flat part of the D-section shown in Figures 1, 4 and 5.
By subjecting the tubes to pressure to give them the D-section, they are pushed to the sides of the openings 9 of the fin plates 6, and the fin plates 6 are held firmly by the pipe 2.
After the tube 2 is pressurized into all the fins, the spacers between the neighboring fin plates 6 are removed and the longitudinal bracing bars are then inserted into the notches 7, sealing the upper ridges. fins 6 and gives a relatively solid assembly.
In some cases, preference may be given to full tube section return elbows and in this case the elbows will be given the shape shown in Figure 9 in which the section EE is slightly flattened to a dimension less than 0.531 "(1.349 cm), which allows the fin plates 6 to fall onto the pipe at these flattened parts, where they can be brought into their respective positions.
Other times, one may prefer to assemble the fins and spacers in a separate jig and then put the conduit tube 2 into the assembly, engaging all
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finned plates simultaneously, without it being necessary to bring the finned plates to their respective positions after having placed them on the tube at the height of their flattened sections. In this case, the entire length of the parallel flights joined by the return elbows, as shown in Figure 2, is flattened to a dimension less than 0.531 "(1.349 cm), which is that of the width of the openings 10 of the plates. fins 6, in figure 2.
CLAIMS.
1.) Finned tube heat exchanger, having one or more perforated fin plates, the perforation or perforations of said plate or of each of said plates emerging from one edge of said plate or said plates and a pipe placed in said perforation or said perforations, the pipe being deformed to fill said perforation or said perforations.