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AILETTES POUR EL1ITlENT S D' ECHAl'Tr:.EUR D1 CHALEUR
Cette invention apour objet la. disposition 'et la conformation d'ailettes sur les tubes, ou éléments, d'un échangeur de chaleur avec faibles pertes de charge, et d'assurer un écoulement rationnel du fluide dans lequel sont baignés les tubes ou éléments de chaleur.
En particulier l'invention porte sur un mode de réalisation particulièrement simple et efficace des ailet- tes suivant lequel on soude, ou dispose de toute autre fa-
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çon,sur chaque tube,àlBO,ou environ,l'une'de l'autre deux
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ailettes de préférence rectilignes et de direction tangen- tielle, ou approximativement tangentielle, à la section du tube. Le tube est ensuite disposé dans l t échangeur de façon que les ailettes soient dans la direction du courant fluide extérieur, ou de préférence légèrement inclinées sur cette direction.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple, fera bien comprendre la façon dont l'invention peut être réalisée.
La figure 1 représente un tube muni de deux ailettes diamétralement opposées.
-la figure 2 représente un tube présentant deux ailet- tes sur la partie du tube située à l'opposé du courant flui- de extérieur.
Les figures 3 à 5 sont relatives à des variantes de réalisation et de disposition des ailettes.
La fignre 6 est une vue en plan de la figure 5.
La figure 7 est une variante de réalisation de la figure 6.
Les figures 8 et 9 représentent en coupe deux antres variantes de réalisation de la disposition des ailettes.
La figure 10 représente en coupe transversale une variante de réalisation des ailettes.
Les figures 11 et 12 sont deux coupes longitudinales représentant deux variantes de réalisation du.dispositif de la figure 10 . '
Enfin la figure 13 représente plusieurs tubes d'un échangeur de chaleur munis d'ailettes conformes au mode de réalisation préféré 1 de la présente invention.
Dans un échangeur ,de chaleur constitué par un
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faisceau de tubes parcourus par un fluide qui échange de la chaleur avec un autre courant de fluide circulant extérieu rement autour du faisceau de tubes, il est déjà connu de disposer sur les tubes de l'échangeur de chaleur des ailettes en vue d'améliorer le rendement de l'échangeur.
Selon la présente invention, les ailettes spnt confor- , @ mées et disposées de façon à améliorer encore le rendement en particulier en orientant convenablement les filets de fluide qui baignent extérieurement les tubes de l' échangeur , de chaleur.
Sur la figure 1, on a représenté un tube a de l'échan- geur de chaleur comportant deux ailettes b, c, diamétralement opposéés, situées dans l'axe du tube, parallèlement au cou- rant de fluide extérieur qui suit la flèche A.
Selon une première réalisation de l'invention, l'ailet- te c est dédoublée, comme on lé voit sur la figure 2 en deux ailettes c1 c2 décalées latéralement. Les ailettes c1 c2 peuvent être, comme on le voit pour l'ailette c2,percées de trous à leur base pour permettre aux filets fluides @ s'écoulant dans le sens de la flèche A de pénétrer dans l'intervalle situé entre les ailettes c1 c2 derrière le tube les trous d peuvent 'être disposés en quinconce tout le 'long des deux ailettes.
Sur la figure 3, les deux ailettes c1 c2 sont res- . - serrées en c'1 c'2,en vue de' constituer à l'arrière du tube a une sorte d'espace convergent..
Sur la figure 4, on a subdivisé de même l'ailette antérieure b en deux ailettes bl b2 de préférence resser- rées à l'avant, en sorte que le profil de l'ensemble consul- tué par les ailettes b1 b2,c'1 c'2 forme un fuseau, qui
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s'insère 'aérodynamiquement dans le filet fluide s'écoulant dans le sens de la flèche A. Les ailettes peuvent présen- ter des trous, ou évidements, d, à leur base qui peuvent 'être quinconces à l'avant et à l'arrière.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, les ailettes sont constituées par une feuille de tôle soudée latéralement sur le tube a,et de place en place sciée transversalement de façon à être subdivisée en sec- tions qui sont ensuite tordues sur elles-mêmes de façon à constituer comme on le voit sur les figures 5 et 6, des sor- tes d'aubages el e2 qui rabattent les filets fluides s'é- coulant dans le sens de la flèche A, dans la région B ( fi- gure 5), située axialement derrière,le tube a
Les aubages e1 e2 peuvent rester rectilignes dans chaque section, et être décalés d'une section à 'la suivante comme on le voit fig.7.
Il, va de soi que ces portions d'ailettes pourraient recevoir toute autre disposition et forme jugées .favorables à l'écoulement du fluide extérieur assurant le meilleur contact de toutes les surfaces des ailettes et tubes avec le fluide.
Une autre variante de réalisation est encore repré- sentée sur la figure 8. Les ailettes arrière f1 f2 sont cons- tituées par des fragments de tubes, sectionnés en biseaux suivant CD et soudés, de place en place, sur le demi-cylindre arrière du tube a.
, de façon à constituer} comme on le voit mieux en coupe, figure 9, une sorte de convergent-divergent entre, d'une part, la paroi interne de l'ailette fl et, d'autre part, la paroi externe du tube a . Les filets fluides qui attaquent le tube dans le sens de la flèche A s'écou-
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lent alors dans le sens des flèches E, à l'intérieur des ailettes f1 f2 et sont ramenés dans la région axiale B située derrière le tube a .
Le passage des filets fluides à travers ces convergents divergents contribue à former, comme on le sait, , ' dans l'écoulement de la veine fluide des zones situées à des pressions variées qui améliorent l'échange de chaleur entre le fluide extérieur et celui qui parcourt l'intérieur du tube.! .
Comme on le voit sur la figure 9, les ailettes avant, subdivisées, b1 b2,sont rapprochées et présentent aussi des évidements d ,comme dans le cas de la figure 4.
Ces évidements d sont décalés par rapport aux régions du tube où sont soudées les ailettes arrière fl f2,de façon que les filets fluides qui ont déj été captésentre b1 b2 s'échappent librement, tandis qu.e des filets fluides frais sont captés par les tubes convergents divergents des ailettes arrière fl f2
Dans la variante représentée figure 10, les ailet- tes arrière sont constituées par deux bandes de tôle, inour- vées, conformément à la figure, et qui réalisent sur le demi- cylindre arrière du tube un double convergent divergent assu- rant les effets qui viennent d'être dits.
Le col du conver- gent divergent se trouve à environ 45 par rapport à l'axe' général d'écoulement. Ces tôles g1 g2 peuvent être des tôles ondulées, comme on le voit figure Il$ dont la portion FG est soudée sur le tube a de façon à assurer la transmission de chaleur de l'ailette au tube a,tout en ménageant autour dudit tube les espaces convergents divergents H.
Dans la variante représentée figu.re 12, l'ailette
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est constituée par une tôle non ondulée que des entretoises i maintiennent de place en place sur le tube a en assurant la transmission de chaleur.
Comme on le voit sur la figure 13 qui représente le mode de réalisation préféré, chaque tube a est équipé de deux ailettes rectilignes, l'une antérieure c, 'l'autre postérieure b,soldées à 1800 l'une de l'autre sur la péri- phérie du tube et de direction approximativement tangentiel- le à la section du tube. Ainsi qu'on l'a représenté sur le dessin, le tube a est disposé de façon que les ailettes soient légèrement inclinées sur la direction générale du cou- rant fluide extérieur qui suit le sens de la flèche A; cette inclinaison pourrait 'être nulle, et les ailettes b c se trouver par conséquent parallèles à la flèche A.
Avec la disposition ci-dessus décrite, la veine fluide A séparée par l'ailette antérieure c vient lécher le tube, comme il est indiqué par la flèche B, sur 120 environ de sa surface et, au moment où., conformément aux théories aérodynamiques, elle devrait commencer à décoller du tube a,elle se trouve à peu près à hauteur de 1'ailet- te b qu'elle balaye dans le mens de la flèche C.
Sur l'autre face de l'ailette.± , la veine fluide qui suit la flèche D balaye encore sur 1200 la surface du tube a , en suivant la flèche E, et est enfin recueillie par l'antre face de l'ailette b suivant la flèche F.
On voit qu'avec la disposition adoptée, la totalité de la surface du tube a et des ailettes c et b se trouve balayée par le courant du fluide extérieur, et par suite l'échange de chaleur est assuré de la manière optimum.
D'une rangée à l'autre des tubes a dans l'échangea
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de chaleur, les ailettes sont disposées parallèlement de façon similaire, ou encore pourraient être alternées.
Lorsque les tubes sont eux-mêmes quinconces, on a la dispo- si%ion représentée sur la figure 13 et l'ailette postérieure d'un tube vient presque en regard de l'ailette c antérieu- re du tube postérieur. On réalise ainsi dans tout le volume de l'échangeur de chaleur des sortes de couloirs sinueux dans lesquels va circuler le fluide extérieur A, en assurant la plus efficace des transmissions de chaleur entre fluide extérieur et fluide intérieur parcourant les tubes a.
On voit qu'il n'y a ainsi pratiquement aucune ombre aérodynamique ou zone de remous ou des cendres ou escar billes puissent s'accumuler. Tour la marne raison, tout ramo- nage devient efficace, ce qui contribue à. maintenir l'effica- cité de l'appareil toujours près du maximum.
Il va de soi que des modifications peuvent être ap- portées à la réalisation de l'invention sans que pour. cela on sorte nécessairement du cadre de l'invention.
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FINS FOR ECHAl'Tr EL1ITlENT S: .EUR D1 HEAT
This invention apour object. arrangement 'and the conformation of fins on the tubes, or elements, of a heat exchanger with low pressure drops, and to ensure a rational flow of the fluid in which the tubes or heat elements are bathed.
In particular, the invention relates to a particularly simple and effective embodiment of the fins according to which the welding is carried out, or has any other means available.
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lesson, on each tube, at or around, one of the other two
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fins preferably rectilinear and of direction tangential, or approximately tangential, to the section of the tube. The tube is then placed in the exchanger so that the fins are in the direction of the external fluid stream, or preferably slightly inclined in this direction.
The description which will follow, with reference to the accompanying drawings given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
FIG. 1 represents a tube provided with two diametrically opposed fins.
FIG. 2 represents a tube having two fins on the part of the tube located opposite to the external fluid stream.
Figures 3 to 5 relate to alternative embodiments and arrangement of the fins.
Figure 6 is a plan view of Figure 5.
Figure 7 is an alternative embodiment of Figure 6.
Figures 8 and 9 show in section two other alternative embodiments of the arrangement of the fins.
FIG. 10 shows in cross section an alternative embodiment of the fins.
Figures 11 and 12 are two longitudinal sections showing two alternative embodiments of the device of Figure 10. '
Finally, FIG. 13 represents several tubes of a heat exchanger provided with fins in accordance with preferred embodiment 1 of the present invention.
In a heat exchanger, consisting of a
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tube bundle traversed by a fluid which exchanges heat with another fluid stream flowing externally around the tube bundle, it is already known to place fins on the heat exchanger tubes in order to improve the heat exchanger efficiency.
According to the present invention, the fins spnt conform-, @ mées and arranged so as to further improve the efficiency in particular by properly orienting the fluid streams which bathe the heat exchanger tubes on the outside.
In Figure 1, there is shown a tube a of the heat exchanger comprising two fins b, c, diametrically opposed, located in the axis of the tube, parallel to the flow of external fluid which follows the arrow A .
According to a first embodiment of the invention, the fin c is split, as can be seen in FIG. 2, into two fins c1 c2 offset laterally. The fins c1 c2 can be, as can be seen for the fin c2, drilled with holes at their base to allow the fluid threads @ flowing in the direction of the arrow A to enter the gap located between the fins c1 c2 behind the tube the holes d can be staggered all along the two fins.
In Figure 3, the two fins c1 c2 are res-. - tight in c'1 c'2, in order to 'constitute at the rear of the tube has a kind of converging space.
In FIG. 4, the anterior fin b has been subdivided in the same way into two fins bl b2 preferably tightened at the front, so that the profile of the assembly seen by the fins b1 b2, c ' 1 c'2 forms a spindle, which
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aerodynamically fits into the fluid thread flowing in the direction of arrow A. The fins may have holes, or recesses, d, at their base which may be staggered at the front and back. back.
In the embodiment shown in FIG. 5, the fins are formed by a sheet of sheet metal welded laterally to the tube a, and from place to place sawn transversely so as to be subdivided into sections which are then twisted on them. same so as to constitute, as can be seen in FIGS. 5 and 6, kinds of blades el e2 which fold back the fluid threads flowing in the direction of arrow A, in region B (fig. gure 5), located axially behind, the tube has
The blades e1 e2 can remain rectilinear in each section, and be offset from one section to the next as seen in fig.7.
It goes without saying that these portions of fins could receive any other arrangement and shape deemed favorable to the flow of the external fluid ensuring the best contact of all the surfaces of the fins and tubes with the fluid.
Another variant embodiment is also represented in FIG. 8. The rear fins f1 f2 are formed by fragments of tubes, cut into bevels along CD and welded, from place to place, on the rear half-cylinder of the. tube a.
, so as to constitute} as best seen in section, Figure 9, a kind of convergent-divergent between, on the one hand, the internal wall of the fin fl and, on the other hand, the external wall of the tube at . The fluid threads which attack the tube in the direction of arrow A will flow
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slow then in the direction of the arrows E, inside the fins f1 f2 and are brought back into the axial region B located behind the tube a.
The passage of the fluid streams through these divergent convergers contributes to forming, as is known, 'in the flow of the fluid stream areas located at various pressures which improve the heat exchange between the external fluid and that which runs inside the tube.! .
As seen in Figure 9, the front fins, subdivided, b1 b2, are brought together and also have recesses d, as in the case of Figure 4.
These recesses d are offset with respect to the regions of the tube where the rear fins fl f2 are welded, so that the fluid threads which have already been captured between b1 b2 escape freely, while fresh fluid threads are picked up by the converging tubes diverging from the rear fins fl f2
In the variant shown in FIG. 10, the rear fins are formed by two strips of sheet metal, unfinished, in accordance with the figure, and which produce on the rear half-cylinder of the tube a convergent divergent double ensuring the effects which have just been said.
The neck of the divergent convergent is about 45 from the general axis of flow. These sheets g1 g2 can be corrugated sheets, as can be seen in FIG. 11 $, the portion FG of which is welded to the tube a so as to ensure the transmission of heat from the fin to the tube a, while keeping around said tube the convergent divergent spaces H.
In the variant shown in figu.re 12, the fin
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is formed by a non-corrugated sheet which spacers i keep in place on the tube a while ensuring heat transmission.
As seen in Figure 13 which shows the preferred embodiment, each tube a is equipped with two rectilinear fins, one anterior c, 'the other posterior b, weighted at 1800 from each other on the periphery of the tube and steering approximately tangential to the section of the tube. As shown in the drawing, the tube a is arranged so that the fins are slightly inclined in the general direction of the external fluid current which follows the direction of the arrow A; this inclination could be zero, and the fins b c are therefore parallel to the arrow A.
With the arrangement described above, the fluid vein A separated by the anterior fin c licks the tube, as indicated by the arrow B, over about 120 of its surface and, at the time when., In accordance with aerodynamic theories , it should start to take off from the tube a, it is about the height of the fin b which it sweeps into the mens of the arrow C.
On the other face of the fin. ±, the fluid vein which follows arrow D sweeps over 1200 the surface of tube a, following arrow E, and is finally collected by the antrum face of fin b following arrow F.
It can be seen that with the arrangement adopted, the entire surface of the tube a and of the fins c and b is swept by the current of the external fluid, and consequently the heat exchange is ensured in the optimum manner.
From one row to another of the tubes a in the interchange
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heat, the fins are arranged parallel in a similar way, or could be alternated.
When the tubes are themselves staggered, there is the arrangement shown in Figure 13 and the posterior fin of a tube comes almost opposite the anterior fin of the posterior tube. In this way, in the entire volume of the heat exchanger, kinds of sinuous corridors are produced in which the external fluid A will circulate, while ensuring the most efficient transmission of heat between the external fluid and the internal fluid passing through the tubes a.
It can be seen that there is thus practically no aerodynamic shadow or area of eddies where ashes or escar balls can accumulate. Round the marl reason, any sweeping becomes effective, which contributes to. always keep the efficiency of the device close to the maximum.
It goes without saying that modifications can be made to the implementation of the invention without any consequences. this is necessarily outside the scope of the invention.
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