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ECHANGEUR DE CHALEUR A AILETTES.
La présente invention concerne les échangeurs de chaleur constitués par des rangées de tubes parallèles, disposés de préférence en quinconce, et parcourus par un fluide qui échange sa chaleur avec un fluide circulant exté- rieurement aux tubes. Les tubes d'un tel échangeur peuvent être pourvus d'ai- lettes qui ont pour effet d'augmenter la surface des tubes en même temps que de-constituer des couloirs qui canalisent le fluide circulant extérieurement aux tubes.
Dans sa demande de brevet déposée le 30 Janvier 1950 n 493.606 pour "Echangeur de chaleur à écoulement rationnel", le Demandeur a.décrit un échangeur du genre ci-dessus rappelé dans lequel les tubes comportent des ai- lettes tangentielles, c'est-à-dire dont le plan général est tangent à la sur- face du tube, et dans lequel le profil des ailettes tangentielles est tel que les couloirs ménagés par les dites ailettes entre les tubes présentent des al- ternances d'étranglements et de parties élargies, ces variations de section assurant des variations de vitesse et de pression dans la vitesse du fluide extérieur circulant dans ces couloirs.
D'autre part, les couloirs ainsi ména- gés présentent des changements de direction d'écoulement qui se montrent aussi favorables au rendement de l'échangeur.
La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur à ailet- tes jouissant des mêmes avantages en ce qui concerne les parcours du fluide extérieur avec cette particularité que les ailettes au liez;d'être tangentiel- les sont diamétrales, c'est-à-dire que leur plan général est dans un plan diamétral du tube.
Pour obtenir dans ce cas les changements'de direction et de section dans les couloirs ménagés entre les ailettes diamétrales, on prévoit que, conformément à la présente invention, les ailettes peuvent être dissymé- triques, c'est-à-dire que les deux ailettes d'un même tube n'ont pas le même profily l'une étant par¯exemple plus épaisse que l'autre; ou encore que les ailettes sont bien symétriques, mais qu'elles présentent, à leur extrémité,
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une surépaisseur qui a pour objet de produire un étranglement du couloir.
Le même résultat peut encore être obtenu conformément à la pré- sente invention par une dissymétrie dans la disposition quinconcée des tubes de l'échangeur, l'intervalle entre deux rangées de tubes successives étant alternativement plus petit et plus grand que dans le cas du quinconçage régu- lier.
De plus, dans le cas du mode de réali.sation à quincongage dissy- métrique, le courant général du fluide circulant dans les couloirs présente des changements de direction d'écoulement qui peuvent être plus faibles que dans le cas des échangeurs décrits dans le brevet précité et devenir aussi faible qu'on le désire. Cette disposition est importante dans le cas où le fluide extérieur circulant entre les tubes les parcourt à une vitesse assez élevée, par exemple, supérieure à 15m/sec. à la pression atmosphérique. La perte de charge qui résulte du passage du fluide à travers les canalisations est alors plus faible que dans le cas où les changements de direction sont relativement importants.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés don- nés à titre d'exemple, fera mieux comprendre la fagon dont l'invention peut être réalisée.
La fig. 1 représente schématiquement en coupe verticale, une portion d'échangeur conforme à la présente invention avec ailettes dissymé- triques.
La fig. 2 représente une variante de réalisation avec ailettes à pointes élargies.
La fig. 3 représente une autre variante avec quincongage irrégu- lier des tubes.
Ainsi qu'on le voit sur les figures, l'échangeur objetde l'inven- tion est constitué par des rangées de tubes a parallèles, les tubes étant disposés en quinconce, c'est-à-dire qu'un tube est disposé au centre du carré, rectangle ou parallélogramme dont les -sommets sont occupés par les quatre tu- bes environnants. Chaque tube est muni de deux ailettes diamétrales b, c, c'est-à-dire dont le plan général est dans un plan diamétral du tube, et qui sont telles que l'ailette inférieure .± d'un tube arrive au voisinage de l'ai- lette supérieure b du tube situé au-dessous, de fagon à ménager entre les tu- bes des couloirs sinueux A que parcourt le fluide extérieur qui échange sa chaleur avec le fluide circulant à l'intérieur des tubes a.
Conformément à la présente invention, les ailettes b, c sont dis- symétriques, c'est-à-dire que les ailettes supérieures b sont d'un profil qui diffère des ailettes c et pour préciser sont renflées. Entre le renflement de chaque ailette b et le tube voisin a se trouve alors dans le couloir A, une section étranglée marquée C D sur la figure et soulignée en traits mixtes, On voit dès lors que la veine fluide circulant dans le couloir A subit une con- traction à chaque passage C D suivie d'une dilatation dans l'intervalle qui sépare deux régions consécutives d'étranglement C Do Les ailettes b c prévues sur les tubes peuvent être des ailettes creuses ou pleines, rapportées ou sou- dées sur le tube par tout moyen convenable, ou encore le tube a peut être mo- nobloc avec les ailettes b c.
Dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 2, les ailettes b c sont symétriques, c'est-à-dire de profils identiques, mais présentant¯à leurs extrémités un renflement d, de manière qu'à hauteur de ce renflement dans'chaque couloir A se produise la zone d'étranglement C D du couloir entre le dit renflement et la partie du tube 1 située en regard. Comme on le voit, avec cette disposition, chaque couloir A présente, comme dans le cas précé- dent, une série d'étranglements C D séparés par des parties de sections élar- gies.
Dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 3, le même ef- fet est obtenu par des ailettes b, c symétriques, et non renflées, mais grâce
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à un quinconçage dissymétrique des tubes. C'est-à-dire que, les tubes étant toujours disposés en rangées horizontales, la première rangée suivant le plan X X, la seconde rangée Y Y est plus rapprochée du plan X X que de la rangée inférieure suivante Z Z. Il en résulte que chaque tube ne se trouve plus au centre du rectangle dont les sommets sont occupés par les quatre tubes adja- cents. La distance x qui sépare les plans'X X et Y Y est plus petite que la distance y qui sépare les plans Y Y et Z Z, et la même disposition se répète sur toute la hauteur de l'échangeur.
Grâce à cette disposition, les couloirs ménagés entre 'les ailettes et les tubes présentent des parties étranglées C D aux endroits indiqués sur la figure, environ à hauteur de la base de chaque ailette supérieur b et du tube adjacente
Le fluide qui circule dans les couloirs A subit en outre des changements de direction générale d'écoulement, c'est-à-dire que, dans le cas de la figo 3,par exemple, entre deux étranglements, le fluide suit la direc- tion générale de la flèche F représentée en traits mixtes, puis, au voisinage de chaque étranglement, il suit la direction générale de la flèche G repré- sentée en traits mixteso L'angle de ces deux flèches [alpha] mesure le changement de direction.
Dans le cas où le quincongage est régulier l'angle entre les deux flèches F G est maximum, mais on voit que, si le quincongage est irrégu- lier comme représenté sur la figo 3, les flèches F G font entre elles un angle 0(, qui tend à diminuer à mesure que x diminue.
Si le fluide circulant à l'extérieur est à grande vitesse, par exemple supérieure à 15m/sec. à la pression atmosphérique, pour éviter que les pertes de charges dues à ces changements de direction ne soient par trop considérables, il y a intérêt à diminuer l'importance du changement de direc- tion.
On pourra, de la sorte, par un choix judicieux de l'irrégularité du quincongage, donner au changement de direction l'importance que l'on dési- re.
Il va de soi que des modifications de détail pourraient être ap- portées à la réalisation de cette invention et qu'en particulier, on pourrait combiner les différents modes de réalisation proposés dissymétrie des ailet- tes et quincongage irrégulier, pour obtenir tous les profils de couloirs et changements de direction qui seraient favorables à l'échange de chaleur.
REVENDICATIONS.
1 ) Echangeur de chaleur à rangées de tubes parallèles présentant chacun deux ailettes diamétrales, et disposées en quinconce de fagon à ménager entre les ailettes et les tubes des couloirs sinueux parcourus par le fluide extérieur, caractérisé en ce que le profil des ailettes ou le quincongage des tubes, ou les deux, présentent des dissymétries qui assurent des variations dans la section des couloirs ménagés entre ailettes et tubes.
2 ) Echangeur de chaleur comme spécifié sous 1 ) caractérisé en ce qu'une des ailettes prévues sur chaque tube est d'un profil plus élargi que la seconde ailette prévue sur le même tube.
3 ) Echangeur de chaleur comme spécifié sous 1 ) caractérisé en ce que les deux ailettes prévues sur chaque tube sont de profil identique, mais présentent à leur extrémité un renflement.
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