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La présente invention est relative aux faisceaux tubulaires pour radiateurs et autres échangeurs thermiques utilisés pour un échange thermique entre de l'eau ou autre liquide à refroidir ( ou réchauffer) et un fluide gazeux, en général del'air de refroidissement (ou de réchauffage), et, d'une manière plus particulière, aux faisceaux du type connu comprenant des éléments tubulaires de section apla- tie entre lesquels sont disposées des ailettes pliées en zigzag.
On sait que la rigidité d'un faisceau de ce type connu est très précaire; un tel faisceau résiste mal aux différentes contraintes qu'il peut avoir à supporter; no- tamment les jonctions linéaires par soudure entre ailettes et tubes permettent une déformation analogue à colle que pourrait prendra une échelle dont les barraaux seraient
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articulés sur les montants, c'est-à-dire une défarm@tion ,#.'un rectangle en un parallélogramme. De telles déformations suc- cessives et alternées entraînent rapidement une rupture des
Soudures.
L'invention a pour objet,un faisceau perfectionné du type ci-dessus, à éléments tubulaires et ailettes pliées en zigzag, ce faisceau étant perfectionné de manière à augmenter considérablement sa rigidité mécanique.
Ce résultat est obtenu grâce au fait que les ailettes pliées en zigzag ont une largeur légèrement supérieure à celle des tubes ou des nappes de tubes entre lesquels elles se trouvent disposées; da telle sorte qu'elles 'sont légère- ment débordantes sur les faces avant et arrière du faisceau et les plis de ces ailettes sont conformés de telle sorte que, dans lesdites portions débordantes, chaque pli d'une ailette prend appui contre les plis des deux ailettes ad- jacentes.
Cette imbrication des parties débordantes des ailette, est génératrice de réactions mutuelles qui s'opposent aux déformations du faisceau.
On peut, en outre, fixer les ailettes les unes aux au- tres aux points d'appui (par exemple par soudure), ce qui rend alors l'ensemble du faisceau pratiquement indéformable 'Un autre avantage de l'invention est d'assurer une exellente protection des faces avant des tubes situés à l'a- vant du faisceau et des faces arrière des tubes situés à l'ar- rière du faisceau, lesquels tubas sont très vulnérables étant donné la faible épaisseur de leurs parois.
4 Un autre avantage de l'invention est de crJer, entre les différentes ailettes, des circuits d'échanges thermique externe aux éléments tubulaires, ce qui favorise l'uniformi- sation thermique .antre lus différentes zonus du faisceau où
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l'inégalité de température provient, en partie du @@it @@ l'inégalité de répartition du liquide à refroidir (ou réchauf- fer) entre les diffórents éléments tubulaires.
L'invention a également pour objet l'ensemble d'un ra- diateur pourvu d'un ou plusious faisceaux tubulaires perfec- tionnés comme indique ci-dessus.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre.
Au dessin annexó, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig.l est une vue de face, en élévation, d'une por- tion d'un faisceau tubulaire suivant l'invention; la Fig.2 en est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 . de la Fig.1; les Fig, 3 et 4 sont des vues analogues respectivement aux pige* 1 et 2 d'une première variante; les Pige. 5 et 6 sont des vues analogues respectivement aux Figs, 1 et 2 d'une deuxième variante; les Figs. 7 et 8 représentent, un plan, respectivement des applications des dispositifs suivant les Figs. 1-2 et 3-4 au cas d'un faisceau tubulaire comportant des nappes de tubes.
Selon l'exemple d'exécution représenté aux pige. 1 et 2, le faisceau tubulaire selon l'invention, faisant partie d'un radiateur, comporte une rangée de tubes parallèles tels que 1, la....,réunis par des ailettes 2, 2a, 2
Les tubes 1, la*- ont une section droite très aplatie (Fig.2), de telle sorte qu'ils présentent, chacun, deux grandes faces planes de section droite ab et cd, reliées par deux droites faces transversales de sections bc et da. La face de section be est cylindrique, bombée, tandis que la face de section da est plus ou moins plane et formée par l'agrafage, par exemple en quatre plis superposes 3, des deux
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extrémités de la fouille constituant le tube.
Dans le radiateur qui comporte un on plusieurs fais- ceaux, les tubes débouchent, à leurs deux extrémités, dans deux collecteurs, l'un à liquide chaud, 'l'autre à liquide plus froid. Le fond 4 de l'un de ces collecteurs est repré- sente en coupe sur la Fig.1.
Il'est perforé au droit de chaque tube, de manière à former une ouverture allongée 5 à rebord 6, dans laquelle est enfilée et soudde l'extrémité correspondante du tube. '
Chaque ailette 2, 2a, 2b ... est constituée par une bande d'une largeur 11 (Fig.2) légèrement supérieure à celle
12 de la section transversale des tubes, de telle sorte qu'elle déborde par rapport aux tubes sur les deux grandes faces du faisceau. Quant à sa longuour, elle est telle qu'a- près avoir été repliée comme 'va être décrit, elle puisse s'étendre sur toute la longueur de la portion libre des tu- bes, entre les deux collecteurs, son axe longitudinal étant parallèle aux génératrices des tubes.
Chaque ailette est, en effet, repliée en zigzag suivant un contour efghijk... (Fig.1) tel qu'elle comporte des por- tions planes transversales gh, ij perpendiculaires aux tubes, réunis par des zones longitudinales de pliage plus étroites fg, hi, jk ... et cylindriques. Par l'une des géné- ratrices de chacune de ces zones de pliage, l'ailette est accolée et soudée aux grandes faces planes des deux tubes entre lesquels elle est disposa, la logeur des portions transversales planes successives étant égale à la distance entre les grandes faces planes en regard des tubes adjacents.
Dans les portions qui débordent des tubes, chaque ai- lette est.pourvue, à l'endroit de chaque pli, dans le prolon- gement de chaque zone cylindrique longitudinale étroite de Pliage et de contact avec l'un des tubes, d'un congé tel que
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7 ou 8 (voir l'ailette 2), suivi d'un épanouissement 9,@@,
9b ... ou 10, 10a, 10b ... Chaque épanouissement est obtenu par emboutissage ou refoulement et va en s'évasant en plan (Fig.2). Dans l'exemple représenté, la base d'extrémité est circulaire (voir Fig.l), mais le contour de l'embouti peut toutefois avoir toute autre forme possédant un axe de symétrie.
La saillie de chaque épanouissement par rapport aux faces transversales de contact avec les tubes et de section fg, hi, jk est supérieure à la demi-épaisseur de la section droite du tube et, en outre, les ailettes adjacentes sont décalées le long des tubes de la valeur d'un demi-pas du pliage de telle sorte que lorsque les ailettes sont au contact des tubes par l'une des génératrices de chacune desdites faces longitudi- nales, ces épanouissements, qui so trouvent imbriqués les uns entre les autres, d'une ailette à l'ailette adjacente, se trouvent tangents les uns aux autres en deux points, en 11 (Fig.l), et soudés éventuellement les uns aux autres en ces points.
Ainsi donc, les ailettes prennent appui les unes contre les autres en ces points 11, de telle sorte que leurs épanouis- sements 9, 9a... 10, 10a... constituent de véritables entre- toises qui.accroissent la rigidité mécanique du faisceau au point de lui donner un caractère monolithique.
Par ailleurs, du point de vue thermique, l'imbrication de toutes les ailettes du faisceau et leur contact en 11 ainsi réalisé assurent, comme déjà indiqué, une uniformisation ther mique des ailettes à la fois dans les directions parallèles et perpendiculaires aux axes des tubes.
Enfin, ces épanouis- sements provoquent une turbulence des filets du fluide, air ou autre, circulant au contact des ailettes,'cette turbulence étant favorisée encore par les congés tels que 7 et 8 résultant de la formation des épanouissements et Les. petites faces
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frontales des tubes et par les espaces 12 (Fig.2) lei@@@s libres entre les emboutis et les tubes. L'échange thermique est ainsi très nettement amélioré.
Aux Figs. 3 et 4 on a représenté une première variante dans laquelle on retrouve des tubes 1, la identiques à ceux du premierexemple, Par contre, les ailettes telles que 13,
13a,13b... ont une conformation légèrement différentes de celle du premier exemple. En effet, c'est dans leurs portions faisant saillie sur les deux faces du faisceau, au-delà des tubes, que ces ailettes sont repliées en zigzag avec plis cy- lindiques convexes suivant un contour tel que lmnopqrs(Fig.3), relatif à l'ailette 13 et, dans ces parties en saillie, les ailettes sont en contact mutuel de part et d'autre des tubes par les portions d'extrémité correspondantes desdits plis cylindriques tels que mnqr (Fig.3).
@
Par ailleurs, au droit des grandes faces des tubes, un logement d'encastrement est ménagé dans chaque pli pour le tube correspondant, grâce à la conformation ci-après.
Dans chacun des deux plans XX et YY (Fig.4) parallèles aux facos avant et arrière du faisceau et passant par les petites faces transversales des tubes, chaque pli d'ailette comporte une ligne de coupe 14 ou 15 et la partie du pli com- prise entre ces deux lignes de coupe est repliée vers l'in- térieur en 16 entre les deux portions planes parallèles sous forme d'un repli do section transversale en V ou U telle que celle stu représentée sur la Fig.3.
Les ailettes ainsi constituées sont accolées par leurs bases alternativement à l'un puis à l'autre des deux tubes . entre lesquels est placée l'ailette, comme on peut.le voir pour l'ailette 13a, de telle sorte que chaque tube tal que la se trouve donc encastré dans le logement rectangulaire (Fig.4), constitué par les échancrures en regard des deux
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ailettes adjacentes, '
Cette disposition présente les avantages euivants dans chaque zone de pliage de l'ailette, il est prévu deux lignes de contact et de soudure avec le tube,, suivant les deux lignes de base du repli 16, au lieu de la ligne unique 11 du premier exemple, d'où un meilleur échange thermique entre le tube et l'ailette;
la surface d'échange entre l'ailette et le milieu am- biant est augmentée de toute la surface de ces replis auxi- liaires 14, sans une augmentation du poids de l'ailette compa- rable à ce qu'elle serait dans le cas où l'ailette serait re- pliée en zigzag avec un pas moitié de celui adopté.
Enfin, les replis 16 forint, chacun, en combinaison avec le tube correspondant, un système tubulaire triangulé indéformable, la résistance mécanique du faisceau en est considérablement augmentée.
Aux Pige, 5 et 6 on a représenté une variante de la disposition précédente, dans laquelle les parties repliées 17, 17a des ailettes 18, 18a... ne sont pas de section constante ; les arêtes de repliage qui ne sont pas au contact des tubes sont obliques par rapport aux arêtes de contact, de telle aorte que la section.droite de chaque zone de pliage va en décrois- sant dans le sens de l'écoulement de l'air ou autre fluide qui circule à travers le faisceau., dans le sens des flèches' f1.
Il en résulte que l'air qui s'est engouffré, par exemple en v w ( Fig .6) à l'intérieur du repli 17a, ae trouve mis en vitesse du fait de la diminution progressive de la section de ce repli et cet air sort en xy avec une vitesse plus gran- de que celle qu'il avait à l'entrée en vw. Il s'ensuit une accélération de la circulation de l'air au contact des tubes 1, la beaucoup plus importanteque dans le cas de la disposi- tion suivit les Fige 3 et 4 où l'air peut avoir une certai-
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ne tendance à stagner au contact du tube du cote de la face arrière, comme c'est d'ailleurs le cas dans tous les fais- ceaux connus.
.
Dans les divers exemples sus-décrits, le faisceau ne 'comporte qu'une rangée de tubes,- ce qui permet, pour une sec- tion de passage du liquid donnée, de'réduire la perte de charge de ce liquide et d'utiliser la quantité minimum de métal pour les .tubes et, enfin, de diminuer la profondeur du faisceau mais, bien entendu, cette disposition n'est pas ex- clusive et le faisceau peut, éventuellement, t comporter plu- sieurs rangées de tubes disposée en nappes.
C' est ainsi que la Fig. 7 représente en coupe horizon- tale une disposition analogue à celle du premier exemple,mais dans laquelle il est prévu trois rangées de tubes 1,1a, les tubes des différentes rangées étant disposas en nappes dans das plans parallèles.. entre eux .et perpendiculaires aux faces avant 18 et arrière 19 du faisceau,
La Fig. 8 représente una disposition analo$ue à plu- sieurs rangées de tubes 1-la, disposes en nappes, les ailettes telles que 22, 22a ...
étant du type à replis auxiliaires du type représente aux Fige. 3 et 4, chaque ailette comportant autant de replis tels que 23, obtenus par deux découpes trana- versales 24 et emboutissage qu'il est prévu de tubes tels que
1 dans une nappe de tubes. Les différentes ailettes sont en contact mutuel, non seulement par les parties convexes d'ex- trémité telles que 25 et 26 de l'ailette 22, mais également Par les portions convexes intermédiaires telles que 27.
Dans les divers temples, les ailettes ont été repré- sent'68 pleines. Cependant, elles peuvent être adaptées de manière à permettre un accroissement additionnel de la tur- bulence du fluide circulant à leur contact.
Ce résultat peut être obtenu en prévoyant, de manière
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connue, dans chaque portion plane, transversale, de chaque ailette un certain nombre de saillies, de prêter once ayant alternativement des directions différentes et/ou do porfo- rations.
Les saillies peuvent être partiellement perforées (crevés) pour éviter lour obstruction par dépôt de poussières et autres et contribuer à conserver au faisceau son rendement initial.
Les saillies, crevés et / ou perforations peuvent occu- per sur Fles ailettes des positions diverses, en ligne, en quin- conoe, etc... comme. bien connu.
Naturellement, l'invention n'ust nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits, qui n'ont été choi- sis qu'à titre d'exemple.
Dans les exemples représentés, on a'supposé que les tubes 1, 1a, 1b ... sont verticaux, lea portions transversales parallèles des ailettes étant horizontales mais, bien entendu, cette disposition n'a absolument rien d'exclusif et on peut tout aussi bien adopter la.disposition inverse à tubes hori- zontaux ou encore toute position intermédiaire désirée.
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The present invention relates to tube bundles for radiators and other heat exchangers used for heat exchange between water or other liquid to be cooled (or reheated) and a gaseous fluid, generally cooling (or reheating) air. , and, in a more particular way, to the bundles of the known type comprising tubular elements of flattened section between which are arranged fins folded in zigzag.
We know that the rigidity of a beam of this known type is very precarious; such a beam has poor resistance to the various stresses that it may have to withstand; in particular the linear junctions by welding between fins and tubes allow a deformation similar to glue that could take a scale whose bars would be
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articulated on the uprights, that is to say a defarm @ tion, #. 'a rectangle in a parallelogram. Such successive and alternating deformations rapidly lead to rupture of the
Welds.
The object of the invention is an improved bundle of the above type, with tubular elements and zigzag folded fins, this bundle being improved so as to considerably increase its mechanical rigidity.
This result is obtained by virtue of the fact that the zigzag folded fins have a width slightly greater than that of the tubes or of the layers of tubes between which they are placed; da such that they 'are slightly protruding on the front and rear faces of the bundle and the folds of these fins are shaped so that, in said protruding portions, each fold of a fin bears against the folds of the fins. two adjacent fins.
This overlapping of the projecting parts of the fins generates mutual reactions which oppose the deformations of the beam.
It is also possible to fix the fins to each other at the support points (for example by welding), which then makes the entire bundle practically undeformable. Another advantage of the invention is to ensure excellent protection of the front faces of the tubes located in front of the bundle and of the rear faces of the tubes located at the rear of the bundle, which snorkels are very vulnerable given the thinness of their walls.
4 Another advantage of the invention is to create, between the different fins, heat exchange circuits external to the tubular elements, which promotes thermal uniformization .antre read different zones of the bundle where
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the temperature inequality arises, in part, from the inequality in the distribution of the liquid to be cooled (or reheated) between the various tubular elements.
Another subject of the invention is the assembly of a radiator provided with one or more tubular bundles perfected as indicated above.
Other characteristics will result from the description which follows.
In the appended drawing, given by way of example only: FIG. 1 is a front view, in elevation, of a portion of a tube bundle according to the invention; Fig.2 is a sectional view along the line 2-2. of Fig.1; FIGS, 3 and 4 are views similar to the rod * 1 and 2 respectively of a first variant; the Pige. 5 and 6 are views similar respectively to Figs, 1 and 2 of a second variant; Figs. 7 and 8 show a plan, respectively, of the applications of the devices according to FIGS. 1-2 and 3-4 in the case of a tube bundle comprising layers of tubes.
According to the example of execution shown freelance. 1 and 2, the tube bundle according to the invention, forming part of a radiator, comprises a row of parallel tubes such as 1, la ...., joined by fins 2, 2a, 2
The tubes 1, la * - have a very flattened cross section (Fig. 2), so that they each have two large flat faces of cross section ab and cd, connected by two straight transverse faces of sections bc and da. The face of section be is cylindrical, curved, while the face of section da is more or less flat and formed by stapling, for example in four superimposed folds 3, of the two
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ends of the excavation constituting the tube.
In the radiator, which has one or more bundles, the tubes open at their two ends into two collectors, one for hot liquid, the other for colder liquid. The bottom 4 of one of these collectors is shown in section in Fig.1.
It is perforated to the right of each tube, so as to form an elongated opening 5 with flange 6, into which is threaded and welded the corresponding end of the tube. '
Each fin 2, 2a, 2b ... is formed by a strip of a width 11 (Fig. 2) slightly greater than that
12 of the cross-section of the tubes, so that it protrudes from the tubes on the two large faces of the bundle. As for its length, it is such that after having been folded as' will be described, it can extend over the entire length of the free portion of the tubes, between the two manifolds, its longitudinal axis being parallel. to the generators of the tubes.
Each fin is, in fact, folded in zigzag following a contour efghijk ... (Fig. 1) such that it comprises transverse plane portions gh, ij perpendicular to the tubes, joined by narrower longitudinal folding zones fg , hi, jk ... and cylindrical. By one of the generators of each of these bending zones, the fin is joined and welded to the large flat faces of the two tubes between which it is arranged, the accommodation of the successive flat transverse portions being equal to the distance between the two tubes. large flat faces facing adjacent tubes.
In the portions which protrude from the tubes, each fin is provided, at the location of each fold, in the extension of each narrow longitudinal cylindrical zone of folding and of contact with one of the tubes, with a leave such as
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7 or 8 (see fin 2), followed by a spread 9, @@,
9b ... or 10, 10a, 10b ... Each expansion is obtained by stamping or upsetting and widens out in plan (Fig. 2). In the example shown, the end base is circular (see Fig.l), but the contour of the stamping can however have any other shape having an axis of symmetry.
The projection of each spread with respect to the transverse faces of contact with the tubes and of section fg, hi, jk is greater than the half-thickness of the straight section of the tube and, in addition, the adjacent fins are offset along the tubes the value of a half-pitch of the bending such that when the fins are in contact with the tubes by one of the generatrices of each of said longitudinal faces, these openings, which are found to be imbricated with one another, from a fin to the adjacent fin, are tangent to each other at two points, at 11 (Fig.l), and possibly welded to each other at these points.
Thus, the fins bear against each other at these points 11, so that their openings 9, 9a ... 10, 10a ... constitute real braces which increase the mechanical rigidity of the beam to the point of giving it a monolithic character.
Furthermore, from a thermal point of view, the interweaving of all the fins of the bundle and their contact at 11 thus produced ensure, as already indicated, thermal uniformization of the fins both in the directions parallel and perpendicular to the axes of the tubes. .
Finally, these blooms cause turbulence in the streams of fluid, air or otherwise, circulating in contact with the fins, this turbulence being further favored by fillets such as 7 and 8 resulting from the formation of the blooms and Les. small faces
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of the tubes and by the spaces 12 (Fig. 2) lei @@@ s free between the stampings and the tubes. The heat exchange is thus very clearly improved.
In Figs. 3 and 4 there is shown a first variant in which there are tubes 1, the identical to those of the first example, On the other hand, the fins such as 13,
13a, 13b ... have a slightly different conformation from that of the first example. Indeed, it is in their portions projecting on the two faces of the beam, beyond the tubes, that these fins are folded in zigzag with convex cylindrical folds following a contour such as lmnopqrs (Fig. 3), relative to the fin 13 and, in these protruding parts, the fins are in mutual contact on either side of the tubes by the corresponding end portions of said cylindrical folds such as mnqr (Fig.3).
@
Furthermore, in line with the large faces of the tubes, a recessing housing is provided in each fold for the corresponding tube, thanks to the following conformation.
In each of the two planes XX and YY (Fig. 4) parallel to the front and rear facos of the bundle and passing through the small transverse faces of the tubes, each fin ply has a cut line 14 or 15 and the part of the ply com - taken between these two cutting lines is folded inwardly at 16 between the two parallel flat portions in the form of a fold of V or U cross section such as that shown in FIG.
The fins thus formed are joined by their bases alternately to one and then to the other of the two tubes. between which the fin is placed, as can be seen for the fin 13a, so that each tube tal that the is therefore embedded in the rectangular housing (Fig. 4), formed by the notches facing the of them
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adjacent fins, '
This arrangement has the advantages euivants in each zone of folding of the fin, two lines of contact and welding with the tube are provided, along the two base lines of the fold 16, instead of the single line 11 of the first. example, hence a better heat exchange between the tube and the fin;
the exchange surface between the fin and the ambient medium is increased by the entire surface of these auxiliary folds 14, without an increase in the weight of the fin comparable to what it would be in the case where the fin would be folded in a zigzag with a pitch half of that adopted.
Finally, the 16 forint folds, each in combination with the corresponding tube, a non-deformable triangulated tubular system, the mechanical strength of the bundle is considerably increased.
In Pige, 5 and 6 there is shown a variant of the previous arrangement, in which the folded parts 17, 17a of the fins 18, 18a ... are not of constant section; the folding edges which are not in contact with the tubes are oblique with respect to the contact edges, such that the straight section of each folding zone decreases in the direction of the air flow or other fluid which circulates through the beam., in the direction of the arrows' f1.
The result is that the air which is engulfed, for example in vw (Fig. 6) inside the fold 17a, ae finds speed due to the gradual reduction in the section of this fold and this air exits in xy with a speed greater than that which it had at the entry in vw. This results in an acceleration of the air circulation in contact with the tubes 1, which is much greater than in the case of the arrangement followed by Figs 3 and 4 where the air can have a certain
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does not tend to stagnate in contact with the tube on the side of the rear face, as is moreover the case in all known beams.
.
In the various examples described above, the bundle has only one row of tubes, - which makes it possible, for a given liquid passage section, to reduce the pressure drop of this liquid and to use the minimum quantity of metal for the tubes and, finally, to reduce the depth of the bundle, but, of course, this arrangement is not exclusive and the bundle may, if necessary, include several rows of tubes arranged in tablecloths.
This is how FIG. 7 shows in horizontal section an arrangement similar to that of the first example, but in which three rows of tubes 1, 1a are provided, the tubes of the various rows being arranged in layers in planes parallel to each other and perpendicular to each other. to the front 18 and rear 19 faces of the beam,
Fig. 8 shows an analogous arrangement with several rows of tubes 1-la, arranged in layers, the fins such as 22, 22a ...
being of the type with auxiliary folds of the type represents in Fige. 3 and 4, each fin comprising as many folds such as 23, obtained by two transverse cutouts 24 and stamping as tubes such as
1 in a sheet of tubes. The different fins are in mutual contact, not only by the end convex portions such as 25 and 26 of the fin 22, but also by the intermediate convex portions such as 27.
In the various temples, the fins were represented '68 full. However, they can be adapted so as to allow an additional increase in the turbulence of the fluid circulating in contact with them.
This result can be obtained by providing, in a manner
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It is known that in each flat, transverse portion of each fin a number of projections, alternately having different directions and / or porations.
The projections can be partially perforated (punctured) to avoid heavy clogging by deposition of dust and the like and to help keep the beam its initial performance.
The protrusions, punctures and / or perforations can occupy various positions on the fins, in line, staggered, etc., such as. well known.
Naturally, the invention is in no way limited to the embodiments shown and described, which have been chosen only by way of example.
In the examples shown, we have assumed that the tubes 1, 1a, 1b ... are vertical, the parallel transverse portions of the fins being horizontal but, of course, this arrangement has absolutely nothing exclusive and we can as well adopt the reverse arrangement with horizontal tubes or any desired intermediate position.