<Desc/Clms Page number 1>
. Dans les appareils échangeurs de chaleur tubulaires où les fluides circulent parallèlement à l'axe des tubes, généralement à contre-courant, il est indiqué, particulièrement dans le cas où la différence de températures entre les deux fluides qui échangent leur chaleur est faible, par exemple de l'ordre de 20 à 50 , d'avoir des surfaces d'échange importantes, par unité de volume .
La présente invention a pour objet'divers modes de réalisation de tubes et d'échangeurs de chaleur présentant en commun cette particularité d'avoir des
<Desc/Clms Page number 2>
surfaces d'échange très importantes, tant à l'extérieur qu'à l'intérieur du tube, par rapport au poids unitaire du métal utilisé pour la fabrication des tubes et-ouau volume de l'appareil. Et, de plus, ces surfaces d'échange, tant pour le fluide interne que pour le fluide externe, sont adaptées aux qualités intrinsèques de chacun des fluides qui viennent en contact avec elles, l'adaptation de la surface externe pouvant être indépendante de l'adaptation de la surface interne .
. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés , donnés à titre d'exemple, fera mieux comprendre la façon dont l'invention peut être réalisée .
Les fig.l à 4 représentent en coupe divers modes de réalisation de tubes d'échangeur de chaleur, objets de l'invention.
La fig.5 représente, en coupe perpendiculaire à l'axe des tubes et des noyaux, un mode de réalisation d'échangeur avec le tube de la fig.l.
La fig. 6 représente en perspective un des noyaux prévus entre les tubes de l'échangeur de la fig.5
La fig.7 représente en coupe une variante de réalisation d'un échangeur dans lequel les tubes présentent des ailettes de hauteurs inégales, tant à l'extérieur qu'à l'intérieur du tube, ces ailettes s'inscrivant dans un carré .
La fig.8 représente en coupe un échangeur avec tubes de section générale circulaire, comportant deux nombres d'ailettes différents .
La fig.9 est une vue en coupe d'une variante de réalisation, dans laquelle les tubes sont de section
<Desc/Clms Page number 3>
générale rectangulaire, en forme d'H, avec des nombres ddailettes différents sur les deux faces ailetées de l'H.
La fig.10 représente en perspective un tube de la figure 8 ondulé suivant son axe longitudinal .
La fig.ll représente schématiquement les ondulations de tubes de la fig.10, juxtaposée pour former un échangeur .
La fig.12 représente, en perspective, un tube avec deux ailettes ondulées longitudinalement .
La fig.13 représente en coupe une portion d'un ' échangeur de chaleur avec lames en tôle ondulées interposées entre les ailettes des tubes .
La fig.14 représente en perspective un des noyaux borgnes utilisés à l'intérieur de la fig.13 des tubes de l'échangeur .
La fig.15 représente en perspective une variante d'une portion de tubes à section en H, et ailettes ondulées sur l'une des faces de l'H .
La fig.16 représente en coupe une portion d'un mode de réalisation de l'échangeur avec noyaux à ailettes ondulées .
La fig.17 reproduit an coupe une partie de l'échangeur de la fig.16 avec noyaux tubulaires .
La fig.18 est une coupe longitudinale du noyau tubulaire de la fig.17 .
La fig.19 est une coupe par III-III d'un détail de la fig.17 .
Conformément à l'invention, les tubes d'échangeur de chaleur qui sont utilisés présentent sur leur surface interne et leur surface externe, ou au moins sur
<Desc/Clms Page number 4>
l'une de ces faces, des ailettes longitudinales, c'est-à- dire dirigées dans le sens parallèle à l'axe des tubes, et dont le profil, par exemple de section triangulaire à angle arrondi, est d'une hauteur variante de l'ordre de quelques millimètres à un ou plusieurs centimètres .
Conformément à l'invention, ces ailettes sont adap- tées à l'importance de l'échange de chaleur que l'on a à réaliser entre deux fluides, et aux qualités intrinsè- ques de chacun des fluides .
Pour préciser, dans le cas où la différence de températures entre les deux fluides qui échangent leur chaleur est faible, la hauteur des ailettes est relative- ment réduite car une hauteur plus grande serait ineffica- ce . En effet, la différence de températures nécessaire à la conduction de la chaleur du haut en bas d'une ailette épuise vite la différence de températures dont on peut disposer, et une ailette, longue ou haute, n'a plus de raison d'être. Au contraire, dans le cas où il y a une grande différence de températures entre les deux fluides, les ailettes peuvent être plus hautes .
D'autre part, les qualités intrinsèques du fluide, c'est-à-dire sa nature, liquide ou gazeuse,sa vitesse, sa pression, sa chaleur spécifique, sa viscosité qui conditionnent le coefficient de transmission du fluide avec le métal, se trouvent déterminer le nombre des ai- lettes ; c'est-à-dire que, si le coefficient de transmis- sion est élevé, il suffit que les ailettes soient en si petit nombre et/le coefficient de transmission est mau- vais, les ailettes seront en nombre supérieur .
En résumé, la différence de températures entre
<Desc/Clms Page number 5>
fluide et métal conditionne le profil des ailettes, et les propriétés intrinsèques des fluides, leur nombre .
A titre d'exemple, dans le cas d'un échangeur de chaleur entre gaz et eau, tel qu'on est amené à l'utiliser dans les installations atomiques, la différence entre les deux fluides est de l'ordre de 20 à 50 . Tour un tube d'environ 50 mm de diamètre, balayé extérieurement par le gaz sous pression, la hauteur de l'ailette ne dépassera pas 1 cm. et le nombre des ailettes sera d'environ une vingtaine à la surface extérieure du tube.
Au contraire, à l'intérieur, qui est balayé par l'eau, laquelle a un excellent coefficient de transmission avec le métal, il suffira de quelques ailettes de quelques millimètres de haut, ou même aucune ailette ne sera nécessaire .
Sur la figure 1, les tubes a présentent un nombre à peu près égal d'ailettes, de même hauteur, sur la face interne et la face externe .
Sur la fig. 2 , les tubes de l'échangeur b présentent des ailettes plus hautes sur la surface externe que sur la surface interne, et celles de la surface interne sont moins nombreuses .
C'est l'inverse dans le cas de la fig.3, où ce sont les ailettes de la surface interne qui sont hautes et nombreuses .
Enfin, dans le cas de la fig.4, on a prévu, à titre d'exemple, un mode de réalisation dans lequel les ailettes de la surface externe, peu nombreuses et relativement épaisses, sont elles-mêmes rainurées sur leurs faces pour réaliser une espèce d'indentation secondaire que l'on
<Desc/Clms Page number 6>
voit en coupe fig.4 . On multiplie ainsi, comme dans tous les autres cas, la superficie des surfaces d'échange de chaleur du tube .
L'échangeur tel que représenté fig.5, se compose de rangées de tubes a, tel que celui de la fig.l, disposés en quinconce et qui sont parcourus intérieurement par un fluide . Le fluide extérieur circule également paral- lèlement à l'axe des tubes, à contre courant par exemple, dans les intervalles entre tubes . Pour diminuer la section de passage du fluide intérieur, et l'obliger à circuler plus rapidement dans les rainures ménagées entre les ailettes tout en détruisant la pellicule adhérente de fluide, des noyaux borgnes sont prévus à l'intérieur des tubes a et .laissent entre leur surface externe et la surface interne du tube un passage relativement étroit.
De même, entre les tubes.@: sont prévus extérieurement des noyaux borgnes tels que f dont la section est celle d'un carré à côtés curvilignes, qui s'adapte, comme on le voit sur la fig. 5, à la forme extérieure des tubes, pour ménager autour d'eux des couloirs de section relativement réduits parcourus par le fluide extérieur .
En vud de réaliser des variations de section et des variations de direction dans les passages ainsi offerts aux fluides, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur du tube, on peut onduler longitudinalement les noyaux e et f , comme on l'a représenté en perspective pour le noyau f sur.la fig. 6 . Ces noyaux peuvent être constitués par de simples tôles enroulées ou repliées, comme on le voit sur la fig.6 . Sur la fig.5, on a hachuré ces noyaux pour montrer qu'ils ne servaient pas à la circulation,
<Desc/Clms Page number 7>
mais ils ne sont pas forcément pleins pour cela .
De même, les ailettes prévues tant à l'extérieur qu'à l'intérieur du tube, au lieu d'être exactement dirigées suivant des génératrices du tube, peuvent être ondulées, c'est-à-dire que les tubes peuvent être soumis à des torsions autour de leur axe, de manière à obtenir un enroulement hélicoïdal ou pseudo-sinusoïdal des ailettes sur les surfaces du tube .
S'il y a lieu, et pour disposer de la manière la plus rationnelle les tubes de l'échangeur à l'intérieur de l'espace dont on dispose, ces tubes, au lieu d'être de section circulaire comme représenté sur les figures, pourraient être de section carrée, ou polygonale, ou de toute autre forme, en adaptant à cette section une section correspondante des noyaux pour réaliser un ensemble compact .
On a représenté , à titre d'exemple, sur la fig.7 une variante de réalisation dans laquelle chaque tube ± présente sur sa face extérieure des ailettes de hauteur inégale s'inscrivant, comme on le voit sur la figure, à l'intérieur d'un carré h . De même, les ailettes de la surface interne sont de hauteur inégale et sont circonscrites autour d'un carré interne 1 , décalé par rapport au premier pour que les ailettes les plus hautes se correspondent sur les faces externe et interne .
Cette forme carrée permet une juxtaposition des tubes , cornue représenté sur la figure, à la manière de dalles d'un parquet .A l'intérieur des tubes g, Les noyaux sont d'une section carrée, approchant celle du carré interne i .
<Desc/Clms Page number 8>
On peut ménager, entre les sections carrées h des tubes g, des intervalles dans lesquels sont disposées des lames k ,lesquelles peuvent être également ondulées dans le sens de l'écoulement du fluide extérieur, de manière à obtenir dans ces intervalles des variations de section et de direction dans l'écoulement du fluide extérieur .
Ces lames peuvent être disposées toutes dans le sens horizontal seulement, ou dans le sens vertical, ou dans les deux comme représenté sur la figure .
On peut aussi utiliser par exemple comme le montre la fig. 8 des tubes de section circulaire disposés en quinconce, mais dans une rangée sur deux, par exemple la rangée A A ,les tubes 1 qui comportent huit ailettes sur leur face extérieure, alternent avec des tubes m présentant six ailettes . De la sorte, les ailettes des tubes 1 et m peuvent s'imbriquer les unes dans les autres, de manière que l'espace laissé au fluide extérieur soit suffisamment restreint et qu'il ne soit plus nécessaire de prévoir entre les tubes, des noyaux borgnes .
Bien entendu, on peut également prévoir à l'intérieur des tubes des noyaux borgnes .
Dans la variante représentée fig.9, la section générale de chaque tube n de l'échangeur est en forme de H, ce qui permet un tassement très compact des tubes, en intercalant les unes dans les autres les ailettes prévues sur les faces opposées des tubes . On remarquera que, pour obtenir un montage régulier tel que celui représenté sur la figure 9, chaque tube n comporte cinq ailettes sur une.de ses faces et quatre ailettes seulement sur l'autre face, les ailettes d'un tube venant
<Desc/Clms Page number 9>
s'imbriquer, comme on le voit sur la figure 9, dans les ailettes ± du tube situé immédiatement au-dessus .
Dans tous les cas , les tubes, comme représenté sur les figures 8 et 9, peuvent présenter des ailettes q sur leur face interne, et ces ailettes sont de préférence, comme on le voit sur les figures , décalées par rapport aux ailettes espacées prévues sur la-surface externe, de manière à homogénéiser l'épaisseur moyenne du tube .
Chauque tube 1 , m , n , peut de plus être ondulé dans le sens de son axe longitudinal, sypétriquement ou asymétriquement, comme on l'a représenté en perspective sur la fig.10. On réalise ainsi entre les tubes de l'échangeur, ondulés comme on l'a indiqué schématiquement fig.ll pour trois tubes, des intervalles entre tubes présentant des variations de direction et de section pour le fluide extérieur, et de direction pour le fluide intérieur, variations qui sont favorables à l'échange de chaleur .
Sur la fig.12 ,le tube ± qui présente six ailettes longitudinales et diamétrales sur sa surface extérieure est tel qu'une ailette sur deux, à savoir l'aiette s par exemple, est ondulée dans le sens longitudinal de l'axe du tube,de manière asymétrique de préférence, c'est-à-dire qu'une longue branche d'ondulation est suivie d'une branhe plus courte et plus inclinée . Les autres ailettes! restent planes et diamétrales .De la sorte, dans les canaux qui se forment entre les ailettes, imbriquées ou non, des tubes associés pour constituer l'échangeur et où circule le fluide extérieur, il se produit des variations de section et de direction qui ont pour effet d'améliorer
<Desc/Clms Page number 10>
l'échange de chaleur .
Au lieu d'onduler les ailettes telles que s, on peut souder, ou fixer par quelques points de soudure, sur le tube lui-même r , entre les ailettes qui restent planes, des bandes de tôles ondulées u. , comme on l'a représenté en traits ponctués sur la fig.12. Ces tôles peuvent être ensuite fixées par quelques points de soudure, par leur autre arête soit sur une ailette d'un autre tube associé au premier pour constituer l'échangeur de chaleur, soit sur la paroi de ce tube lui-même . Cette arête peut encore rester libre .
Sur la fig.13 on a représenté en coupe, une disposition dans laquelle des tubes r , à six ailettes planes sur leur surface extérieure, sont disposés en quinconce, les extrémités des ailettes venant au voisinage les unes des autres et, conformément à l'invention, des tôles v sont soudées d'ailette à ailette, comme on le voit sur la figure, pour compartimenter les espaces offerts à l'écoulement du fluide extérieur, et obtenir, dans ces espaces, les variations de direction et de section souhaitées .
Bien entendu, ces tôles v ne contribuent pas L proprement parler à l'échange de chaleur, mais simplement à-modifier les conditions d'écoulemen-u du fluide extérieur .
Les tôles v pourraient être soudées également, comme dit ci-dessus, de la paroi d'un tube à la paroi d'un autre tube . Le choix de la disposition des tôles v dépend de la disposition adoptée pour l'assemblage des tubes, suivant que les ailettes s'imbriquent plus ou
EMI10.1
moins les unes dans les autres, , e.J.. v - 1 1 on disnose les
<Desc/Clms Page number 11>
tôles v de manière que les canaux subsistant entre ailettes soient convenablement subdivisés .
La disposition d'ondulations longitudinales sur certaines des ailettes de la surface extérieure du tube est applicable à toutes formes de tubes et en particulier à la forme de tubes à section en H . Dans ce
EMI11.1
cas, les ailettes *p1de'ltune des faces du tube sont ondulées et les ailettes o de l'autre face restent planes et les tubes étant imbriqués l'un dans l'autre comme on le voit fig.15, les ailettes p1 ondulées créent des variations de direction et de section dans les intervalles subsistant entre les ailettes planes o du tube situé immédiatement au-dessus .
Sur les figures 12 à 15, le tube ne présente aucune ailette sur sa surface interne, mais le noyau borgne qui est disposé à l'intérieur des tubes, comme on le voit fig.13 et 14 présente au contraire,sur sa surface extérieure, de petites ailettes, ou nervures w .
Ces nervures w peuvent être de préférence ondulées comme on le voit en w1, et provoquent, dans les canaux offerts entre le noyau e et le tube r à l'écoulement du fluide intérieur, des variations de direction, tout en permettant également le centrage du noyau e à l'inté- ri eu r du tube r .
Sur la fig.16, les tubes r ailetés extérieurement sont disposés en rangées régulières . La section de ces tubes s'inscrit comme on le voit dans un carré et les ailettes extérieures prévues sur les tubes sont à cet effet de longueurs différentes.On remarque que les ailettes
<Desc/Clms Page number 12>
aboutissant dans les angles du carré sont un peu raccourcies, de manière que le carré soit à angles émoussés.
.Ce la sorte, entre quatre tubes r contigus dont les axes se trouvent au sommet d'un carré, il est possible de loger un noyau x dont le corps est disposé entre les extrémités des quatre ailettes des quatre tubes contiaus et dont l'axe coïncide avec le centre du carré .
Le noyau x présente quatre ailettes qui viennent s'insérer entre les ailettes des tubes r , de manière à subdiviser l'espace compris entre ces ailettes .
Le corps du noyau x peut être rainure en x 2 comme on le voit sur la droite de la figure, de malière que les pointes des ailettes des tubes R s'enga- gent dans ces rainures, ce qui assure le calage des tubes et leur maintien en place .
Les ailettes x1 sont de préférence ondulées longitudinalement, de manière qu'il se produise, dans les espaces compris entre les ailettes x et les ailettes ace tubes r , des variations de direction et de section qui se uontrent, comme on le sait, favorables à l'échange '.3 chaleur Lors du montage, une rangée horizontale de dbe ailetés r , ayant été mise en place, on peut dis- poser ensuite les noyaux x soit en les introduisant par le haut, soit en les enfilant horizontalement sur les doux ailettes des tubes avec lesquels lesdits noyaux doivent coopérer .
Dans une variante représentée également sur la gauche de la figure 16, le noyu extérieur y ne grésente pas de rainures comble les noyaux x , mais ces vainures sont remplacées par des points de soudure y1,
<Desc/Clms Page number 13>
disposés de distance en distance le long des faces des ailettes horizontales . Ces points de soudure forment butée pour les ailettes des tubes r avec lesquels les noyaux en question coopèrent . Ce mode de réalisation facilite la fabrication des noyaux y qui est rendue plus économique.
D'autre part, il permet la mise en place, par empilement des couches horizontales successives, des tubes r et des noyaus y
A l'intérieur des tubes r ,il est prévu des noyaux pleins e présentant des nervures w ondulées longitudinalement, ou enroulées en hélices, et qui ont pour effet de faire varier la section et la direction des intervalles prévus entre lesdits noyaux e et la surface interne des tubes r..
L'échangeur de chaleur fig.17 est formé de tubes r ,à ailettes longitudinales,entre lesquels sont disposés des noyaux pleins ailetés ondulés x et ces tubes r , au lieu d'être en partie obturés par un noyau plein sont obturés par un nyau tubulaire a1 Le noyau tubulaire e1 porte extérieurement comme le faisait le noyau plein, des nervures , disposées en hélice comme on le voit fig.18 de manière à provoquer un mouvement de giration et des variations de section dans l'espace offert au fluide circulant à l'intérieur des tubes r et à l'extérieur des noyaux e1 irais la réalisation tubu- laire du noyau e1 permet surtout de faire circuler à l'intérieur de ce noyau un fluide, qui peut être le fluide circulant extérieurement au::
tubes r , lequel passe ainsi de part et d'autre du fluide circulant in térieurement aux tubes et extérieurement aux noyaux e1
<Desc/Clms Page number 14>
On peut disposer à l'intérieur des noyaux tubulaires e1,des noyaux déviateurs 1, comme on le voit fig.18 en eux-mêmes connus, et qui ont pour effet de faire varier la section interne de passage du fluide à l'intérieur du noyau e1, en vue d'obtenir des effets de battements dans la vitesse, la pression et la direction du fluide, ce qui améliore l'échange de chaleur.
Il peut 'être également disposé, à l'entrée
EMI14.1
des noyaux el , une zeste girante 2, en elle-même connue, qui. comporte des nervures hélicoïdales 3, comme on le voit fig.18, lesquelles ont pour effet de communiquer un nouvement de giration au fluide qui pénètre à l'intérieur du noyau ¯e
Lorsque, comme c'est le cas pour le mode de réalisation représenté sur la figure 17, les tubes de l'échangeur sont disposés verticalement, les ailettes r des tubes ailetés viennent par leurs pointes dans le creux des noyaux extérieurs x et il est prévu dans ce creux, au sommet des noyaux x , une petite traverse 4 qui s'engage dans une encoche 5 prévue dans la pointe de l'ailette cornue on le voit sur la fig.19 . De la sorte,
les noyaux extérieurs x servent de points de suspension aux tubes ailetés r ,
EMI14.2
WTIs.IOiTï OI.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
. In tubular heat exchanger devices where the fluids circulate parallel to the axis of the tubes, generally against the current, it is indicated, particularly in the case where the temperature difference between the two fluids which exchange their heat is low, by example of the order of 20 to 50, to have large exchange surfaces, per unit volume.
The present invention relates to various embodiments of tubes and heat exchangers having in common this particularity of having
<Desc / Clms Page number 2>
very large exchange surfaces, both outside and inside the tube, relative to the unit weight of the metal used for the manufacture of the tubes and / or the volume of the device. And, moreover, these exchange surfaces, both for the internal fluid and for the external fluid, are adapted to the intrinsic qualities of each of the fluids which come into contact with them, the adaptation of the external surface being able to be independent of the adaptation of the internal surface.
. The description which will follow, with reference to the accompanying drawings, given by way of example, will make it easier to understand the way in which the invention can be implemented.
The fig.l to 4 show in section various embodiments of heat exchanger tubes, objects of the invention.
Fig.5 shows, in section perpendicular to the axis of the tubes and cores, an embodiment of an exchanger with the tube of fig.l.
Fig. 6 shows in perspective one of the cores provided between the tubes of the exchanger of fig. 5
Fig.7 shows in section an alternative embodiment of an exchanger in which the tubes have fins of unequal heights, both outside and inside the tube, these fins being inscribed in a square.
Fig. 8 shows a sectional view of an exchanger with tubes of general circular section, comprising two different numbers of fins.
Fig. 9 is a sectional view of an alternative embodiment, in which the tubes are of section
<Desc / Clms Page number 3>
generally rectangular, H-shaped, with different numbers of fins on both sides of the H fins.
Fig.10 shows in perspective a tube of Figure 8 corrugated along its longitudinal axis.
The fig.ll shows schematically the corrugations of the tubes of fig.10, juxtaposed to form an exchanger.
Fig.12 shows, in perspective, a tube with two longitudinally corrugated fins.
Fig.13 shows in section a portion of a 'heat exchanger with corrugated sheet metal blades interposed between the fins of the tubes.
Fig. 14 shows in perspective one of the blind cores used inside fig. 13 of the exchanger tubes.
Fig. 15 shows in perspective a variant of a portion of tubes with an H section, and corrugated fins on one of the faces of the H.
FIG. 16 shows in section a portion of an embodiment of the exchanger with cores with corrugated fins.
Fig. 17 reproduces a section of a part of the exchanger of fig. 16 with tubular cores.
Fig. 18 is a longitudinal section of the tubular core of Fig. 17.
Fig. 19 is a section through III-III of a detail of fig. 17.
According to the invention, the heat exchanger tubes which are used have on their internal surface and their external surface, or at least on
<Desc / Clms Page number 4>
one of these faces, the longitudinal fins, that is to say directed in the direction parallel to the axis of the tubes, and whose profile, for example of triangular section with rounded angle, is of a varying height of the order of a few millimeters to one or more centimeters.
In accordance with the invention, these fins are suited to the extent of the heat exchange which has to be carried out between two fluids, and to the intrinsic qualities of each of the fluids.
To clarify, in the case where the temperature difference between the two fluids which exchange their heat is small, the height of the fins is relatively reduced since a greater height would be inefficient. Indeed, the temperature difference necessary for the conduction of heat from the top to the bottom of a fin quickly exhausts the difference in temperatures available, and a fin, long or high, no longer has any reason to exist. . On the contrary, in the case where there is a large difference in temperature between the two fluids, the fins may be higher.
On the other hand, the intrinsic qualities of the fluid, that is to say its nature, liquid or gas, its speed, its pressure, its specific heat, its viscosity which condition the coefficient of transmission of the fluid with the metal, are find out the number of fins; that is, if the transmission coefficient is high, it suffices that the fins are in such a small number and / the transmission coefficient is bad, the fins will be more in number.
In summary, the temperature difference between
<Desc / Clms Page number 5>
fluid and metal condition the profile of the fins, and the intrinsic properties of fluids, their number.
By way of example, in the case of a heat exchanger between gas and water, such as is required to be used in atomic installations, the difference between the two fluids is of the order of 20 to 50 . Around a tube of about 50 mm in diameter, swept externally by the pressurized gas, the height of the fin will not exceed 1 cm. and the number of fins will be about twenty on the outer surface of the tube.
On the contrary, inside, which is swept by water, which has an excellent transmission coefficient with the metal, a few fins a few millimeters high will suffice, or even no fins will be necessary.
In FIG. 1, the tubes a have an approximately equal number of fins, of the same height, on the internal face and the external face.
In fig. 2, the tubes of the exchanger b have fins that are higher on the external surface than on the internal surface, and those on the internal surface are less numerous.
It is the reverse in the case of FIG. 3, where it is the fins of the internal surface which are high and numerous.
Finally, in the case of FIG. 4, there is provided, by way of example, an embodiment in which the fins of the external surface, few in number and relatively thick, are themselves grooved on their faces to produce a kind of secondary indentation that we
<Desc / Clms Page number 6>
see in section fig. 4. As in all other cases, the surface area of the heat exchange surfaces of the tube is thus multiplied.
The exchanger as shown in fig.5, consists of rows of tubes a, such as that of fig.l, arranged in staggered rows and which are internally traversed by a fluid. The external fluid also circulates parallel to the axis of the tubes, against the current for example, in the intervals between tubes. To reduce the passage section of the internal fluid, and force it to flow more quickly in the grooves formed between the fins while destroying the adherent film of fluid, blind cores are provided inside the tubes a and. their outer surface and the inner surface of the tube a relatively narrow passage.
Likewise, between the tubes. @: Blind cores such as f are provided on the outside, the section of which is that of a square with curvilinear sides, which fits, as seen in FIG. 5, to the outer shape of the tubes, to provide around them relatively small cross-section passages through which the external fluid passes.
In order to achieve variations in section and variations in direction in the passages thus offered to the fluids, both inside and outside the tube, the cores e and f can be corrugated longitudinally, as we have seen. shown in perspective for the core f on fig. 6. These cores can be constituted by simple rolled or folded sheets, as seen in fig.6. In fig. 5, these nuclei have been hatched to show that they were not used for circulation,
<Desc / Clms Page number 7>
but they are not necessarily full for that.
Likewise, the fins provided both outside and inside the tube, instead of being exactly directed along generatrices of the tube, can be corrugated, that is to say that the tubes can be subjected to twists about their axis, so as to obtain a helical or pseudo-sinusoidal winding of the fins on the surfaces of the tube.
If necessary, and to arrange the tubes of the exchanger in the most rational way inside the space available, these tubes, instead of being of circular section as shown in the figures , could be of square section, or polygonal, or of any other shape, by adapting to this section a corresponding section of the cores to achieve a compact assembly.
There is shown, by way of example, in fig. 7 an alternative embodiment in which each tube ± has on its outer face fins of unequal height fitting, as can be seen in the figure, inside of a square h. Likewise, the fins of the internal surface are of unequal height and are circumscribed around an internal square 1, offset with respect to the first so that the highest fins correspond on the external and internal faces.
This square shape allows a juxtaposition of the tubes, retort shown in the figure, in the manner of slabs of a parquet. Inside the tubes g, the cores have a square section, approaching that of the internal square i.
<Desc / Clms Page number 8>
It is possible to arrange, between the square sections h of the tubes g, intervals in which are arranged blades k, which can also be corrugated in the direction of the flow of the external fluid, so as to obtain in these intervals variations of section and direction in the flow of the external fluid.
These blades can all be arranged in the horizontal direction only, or in the vertical direction, or in both as shown in the figure.
It is also possible to use, for example, as shown in FIG. 8 tubes of circular section arranged staggered, but in every other row, for example row A A, the tubes 1 which have eight fins on their outer face, alternate with m tubes having six fins. In this way, the fins of the tubes 1 and m can fit into each other, so that the space left to the external fluid is sufficiently restricted and that it is no longer necessary to provide between the tubes, cores one-eyed.
Of course, blind cores can also be provided inside the tubes.
In the variant shown in fig. 9, the general section of each tube n of the exchanger is H-shaped, which allows very compact packing of the tubes, by interposing the fins provided on the opposite faces of the tubes into each other. tubes. It will be noted that, in order to obtain a regular assembly such as that shown in FIG. 9, each tube n has five fins on one of its faces and only four fins on the other side, the fins of a tube coming from
<Desc / Clms Page number 9>
fit together, as can be seen in figure 9, in the fins ± of the tube located immediately above.
In all cases, the tubes, as shown in Figures 8 and 9, may have fins q on their internal face, and these fins are preferably, as seen in the figures, offset from the spaced fins provided on the outer surface, so as to homogenize the average thickness of the tube.
Each tube 1, m, n can also be corrugated in the direction of its longitudinal axis, sypetrically or asymmetrically, as shown in perspective in fig. 10. Thus, between the tubes of the exchanger, corrugated as indicated schematically in fig.ll for three tubes, intervals between tubes exhibiting variations in direction and section for the external fluid, and in direction for the internal fluid, are produced. , variations which are favorable to heat exchange.
In fig. 12, the tube ± which has six longitudinal and diametral fins on its outer surface is such that every second fin, namely the fin s for example, is corrugated in the longitudinal direction of the axis of the tube , preferably asymmetrically, i.e. a long wavy branch is followed by a shorter, more sloping branch. The other fins! remain flat and diametral. In this way, in the channels which form between the fins, nested or not, of the associated tubes to constitute the exchanger and where the external fluid circulates, there are variations in section and direction which have to improve
<Desc / Clms Page number 10>
heat exchange.
Instead of undulating the fins such as s, it is possible to weld, or to fix by a few welding points, on the tube itself r, between the fins which remain flat, strips of corrugated sheets u. , as shown in dotted lines in fig. 12. These sheets can then be fixed by a few welding points, by their other edge either on a fin of another tube associated with the first to constitute the heat exchanger, or on the wall of this tube itself. This edge can still remain free.
In fig. 13 there is shown in section, an arrangement in which the tubes r, with six flat fins on their outer surface, are staggered, the ends of the fins coming in the vicinity of each other and, in accordance with the invention, v sheets are welded from fin to fin, as seen in the figure, to compartmentalize the spaces offered to the flow of the external fluid, and to obtain, in these spaces, the desired variations in direction and section.
Of course, these sheets v do not contribute L strictly speaking to the heat exchange, but simply to modify the flow conditions of the external fluid.
The sheets v could also be welded, as said above, from the wall of one tube to the wall of another tube. The choice of the arrangement of the sheets v depends on the arrangement adopted for the assembly of the tubes, depending on whether the fins overlap more or
EMI10.1
minus each other,, e.J .. v - 1 1 we disnose the
<Desc / Clms Page number 11>
sheets v so that the channels remaining between the fins are suitably subdivided.
The arrangement of longitudinal corrugations on some of the fins of the outer surface of the tube is applicable to all shapes of tubes and in particular to the shape of H-section tubes. In this
EMI11.1
case, the fins * p1 of one side of the tube are corrugated and the fins o of the other face remain flat and the tubes being nested one inside the other as seen in fig. 15, the corrugated fins p1 create variations in direction and section in the intervals remaining between the flat fins of the tube immediately above it.
In Figures 12 to 15, the tube has no fins on its internal surface, but the blind core which is arranged inside the tubes, as seen in Figs. 13 and 14, on the contrary, has on its outer surface, small fins, or ribs w.
These ribs w can be preferably corrugated as seen in w1, and cause, in the channels offered between the core e and the tube r to the flow of the internal fluid, variations in direction, while also allowing the centering of the nucleus e inside the tube r.
In fig. 16, the externally finned tubes are arranged in regular rows. The section of these tubes is inscribed as seen in a square and the outer fins provided on the tubes are for this purpose of different lengths.
<Desc / Clms Page number 12>
ending in the corners of the square are shortened a little, so that the square is at blunt angles.
This way, between four contiguous tubes r whose axes are at the top of a square, it is possible to accommodate a core x whose body is disposed between the ends of the four fins of the four contiaus tubes and whose axis coincides with the center of the square.
The core x has four fins which are inserted between the fins of the tubes r, so as to subdivide the space between these fins.
The body of the core x can be grooved in x 2 as seen on the right of the figure, so that the tips of the fins of the tubes R engage in these grooves, which ensures the wedging of the tubes and their hold in place.
The fins x1 are preferably corrugated longitudinally, so that in the spaces between the fins x and the fins ace tubes r, variations in direction and section occur, which, as is known, are favorable to heat exchange During assembly, a horizontal row of dbe fins r, having been put in place, we can then arrange the cores x either by inserting them from the top or by threading them horizontally on the soft ones. fins of the tubes with which said cores must cooperate.
In a variant also shown on the left of FIG. 16, the outer core y does not have any grooves fills the cores x, but these holes are replaced by solder points y1,
<Desc / Clms Page number 13>
arranged distance to distance along the faces of the horizontal fins. These welding points form a stop for the fins of the tubes r with which the cores in question cooperate. This embodiment facilitates the manufacture of the cores which is made more economical.
On the other hand, it allows the establishment, by stacking successive horizontal layers, of tubes r and cores y
Inside the tubes r, there are provided solid cores e having ribs w corrugated longitudinally, or wound in helices, and which have the effect of varying the section and the direction of the intervals provided between said cores e and the surface internal tubes r ..
The heat exchanger fig. 17 is formed of tubes r, with longitudinal fins, between which are arranged full cores corrugated fins x and these tubes r, instead of being partially closed by a solid core are closed by a core tubular a1 The tubular core e1 carries on the outside as did the solid core, ribs, arranged in a helix as seen in fig. 18 so as to cause a gyration movement and variations in section in the space offered to the fluid circulating at inside the tubes r and outside the cores e1 would be the tubular realization of the core e1 above all enables a fluid to circulate inside this core, which may be the fluid circulating outside the ::
tubes r, which thus passes on either side of the fluid circulating inside the tubes and outside the cores e1
<Desc / Clms Page number 14>
It is possible to have inside the tubular cores e1, deflector cores 1, as seen in fig. 18 known in themselves, and which have the effect of varying the internal section of passage of the fluid inside the core e1, in order to obtain beating effects in the speed, pressure and direction of the fluid, which improves the heat exchange.
It can 'be also arranged, at the entrance
EMI14.1
kernels el, a zest gyrating 2, in itself known, which. has helical ribs 3, as seen in fig. 18, which have the effect of imparting a new gyration to the fluid which penetrates inside the nucleus ¯e
When, as is the case for the embodiment shown in FIG. 17, the tubes of the exchanger are arranged vertically, the fins r of the finned tubes come through their tips into the hollow of the outer cores x and it is provided in this hollow, at the top of the cores x, a small cross member 4 which engages in a notch 5 provided in the tip of the horned fin, as seen in fig.19. In this way,
the outer cores x serve as suspension points for the finned tubes r,
EMI14.2
WTIs.IOiTï OI.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.