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Les tubes ordinairement utilisés dans les échangeurs de chaleur, qu'ils soient lisses, ou ailetés, ont généralement la même constitution de bout en bout, et, par .conséquent, présentent une surface d'é- change de ch@leur à peu près constante par unité de longueur, sur toute leur longueur .
Or, dans les échan- geurs de chaleur entre fluides, où l'un des fluides circule par exemple à l'intérieur des tubes et 1!autre, à 1''extérieur, ou encore dans les absorbeurs de c'haleur où Lui, fluide circulant à l'extérieur des tubes doit enle-
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ver de la chaleur émise à température constante ou variable à l'intérieur du tube, le rapport des tempéra- tures entre les fluides, ou la quantité de chaleur échangée ou absorbée ne sont pas les mêmes à l'entrée . et à la sortie du tube, du simple fait, par exemple, que le fluide extérieur au tube s'échauffe . Dans ces conditions, l'échange de chaleur par unité de longueur se trouve généralement décroître de l'entrée à la sortie du tube .
En vue de maintenir cet échange de chaleur plus constant par unité de longueur ou le faire varier suivant toute autre loi fixée à l'avance, le Demandeur a imaginé de réaliser un tube dont la surface d'échange par unité de longueur soit variable le long du tube ( la surface d'é- change augmentât par exemple de l'entrée à la sortie ) et dont la fabrication puisse être effectuée de façon commode ,, et économique .
A cet effet, le tube à surface d'échange variable par unité'de longueur, objet de l'invention est en principe constitué par un tube ordinaire sur la surface duquel sont soudées, ou fixées par tout autre moyen des ailettes longi-. tudinales, ou transversales, ou hélicoïdales réalisées Dar des fils métallioues enroulés en spires cylindriaues puis aplatis-ou encore ondulés en sinuso,ide plane, la densité des spires, ou la longueur d'onde des ondulation du fil variant tout le long du tube de manière'à modifier la surface d'é- change, conformément au résultat que l'on veut obtenir .
On peut aussi réaliserles ailettes, de préfé- rence longitudinales du tube, par des bandes de feuillard, plissées ou ondulées de façon plus ou moins serrée sur un de leurs bords, l'autre bord, sensiblement rectiligne,
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étant soudé ou fixé par tout moyen sur le tube lisse .
Les ailettes longitudinales planes ou ondulées, utilisées sur le tube peuvent aussi varier de hauteur, soit d'une façon continue, soit au contraire de façon disconti- nue en escalier, pour réaliser une surface d'échange variable le long du tube .
D'aùtre part, ainsi que le Demandeur l'a lui-même déjà proposé pour des tubes à nombre d'ailettes variables, le tube peut être constitué par plusieurs tronçons de tube dont les ailettes ont la même forme et disposition pour chaque tronçon, mais diffèrent d'un tronçon au tronçon sui- vant en ce qui concerne la hauteur, comme en.ce qui concerne leur nombre, et leurs ondulations .
D'autre part, le tube, au lieu d'avoir une sec- tion circulaire constante de bout en bout, peut avoir une .section variable, et présenter par exemple en coupe longi- tudinale, une forme conique au lieu d'une forme cylindrique,
Les ailettes de forme et nombre différents dispo- sées à l'extérieur du tube, peuvent également se prolonger à l'intérieur de ce tube, de manière à se trouver noyéès dans le corps émettant la chaleur, ce qui assure une meil- leure transmission de cette chaleur au tube et éventuelle- ment à ses ailettes extérieures .
Le tube peut présenter une combinaison d'ailettes extérieures et intérieures, ou des ailettes intérieures seulement .
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 figures 1 et 2 représentent deux modes
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de réalisation du fil métallique utilisé pour la fabrieation des ailettes .
La f ig.3 représente en coupe longitudinale un tube pourvu des ailettes objet de l'invention.-.
La fig. 4 est une vue en bout du tube de la fig.3 .
.La figure 5 représente en perspective'-une variante de réalisation d'un tube à ailettes transversales'.
La figure 6 est relative à une autre variante du 'tube de 'la figure 5 .
'La figure 7 représente en perspective une bande de feuillard pouvant être utilisée comme ailette-.
La-figure 8 montre en perspective un tube équipé avec deux ailettes telles que celles de la fig.7 .
La .figure 9 est une coupe longitudinale d'un tube à ailettes de hauteurs décroissantes .
Les figures 10 et 11 sont des coupes par II-II .et III-III de la fig.9 .
'' Les figures 12 et 13 sont deux coupes longitu- dianles de deux variantes de réalisation :
La figure 14 représente en perspective une va- riante d'une portion de tube avec ailettes internes .
Pour constituer les ailettes du tube à surface d''échange.variable, objet de 1'invention, on peut partir d''un fil métallique b, enroulé en spires a circulaires et coaxiales, par exemple sur un cylindre et dont on étire ensuite les spires comme on le voit sur la figure 1, de manière à obtenir un écart, progressivement croissant de A, en B, entre les spires successives a :Ces spires a peuvent être ensuite aplaties, de manière que l'ensemble puisse se présenter dans un même plan ,
Cette réalisation rappelle celle qui est
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utilisée par le génie militaire pour constituer, à partir du fil de fer enroule circulairement, des chevaux de frise que l'on obtient par écartement du pa.uet de spires circulaires de fil,de fer .
On peut également adopter un autre mode due réali- sation dans lequel le fil c (, fig.2) est simplement ondulé d'une façon sinusoïdale, avec une augmentation progressive de A en B de l'intervalle entré les branches de la sinu- solde .
Les ailettes ainsi réalisées sont ensuite soudées par points, ou brasées ou fixées par tout autre moyen, par exemple suivant des génératrices du tube d comme on le voit fig.3 et 4 . On a représenté huit de ces ailettes autour du tube d La densité de chaque ailette croît comme on le voit de B en A, et, par conséquent, la surface d'échange thermique du tube d va en croissant de B en A.S'il s'agit d'un absorbeur de chaleur, dans lequel le tube d contient un' corps émettant de la chaleur que doit emporter un fluide circulant extérieurement, dans le sens de la flèche F, ce fluide s'échauffe de B en A, mais la.
surface d'échange du tube et de ses ailettes augmentant, du fait de la densité plus grande des ailettes, il en résultera que l'échange' ou l'absorption de température par le fluide F, bien que ce dernier devienne plus chaud, pourra être maintenu plus constant, de l'entrée à a sortie du tube, ou varier sui- vant toute loi fixée à l'avance .
L'invention n'est pas limitée à la réalisa- tion d'ailettes longitudinales, mais s'étend aussi au cas d'ailettes transversales . Les,spires de fil a,telles que représentées sur la figl., au lieu d'être fixées
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suivant des génératrices du tube, neuvent être enroulées autour dudit tube, en hélice comme on le voit fig.5. Il est alors pos. ible d'adopter pour l'hélice, un pas variable et éventuellement de le coubiner avec une densité plus ou moins gr.mde des spires aplati.. a, pour obtenir .l'effet souhaité .
Dans la variante représentée fig.6, les spires de fil a sont enroulées circulairement autour du tube d pour constituer des ailettes transversales, et une portion de fil rectiligne e permet de passer d'une ailette f à la suivante g . La 'soudure ou la fixation sur le tube d est de préférence exercée à l'aide de la partie rectiligne qui se trouve entre deux ailettes consécutives f et¯6, .
Là encore, le pas, comme on le voit sur la figure, ou plutôt la distance qui sépare deux ailettes consécutives f et , peut aller en croissant ou en décroissant tout le long du tube, de même que la densité des spires a .
Enfin, on peut utiliser, au lieu des ailettes en fil métallique, des bandes de feuillrd h , qui sont plissées ou ondulées corme on le voit sur la fig.7, sur un de leurs bords, le plissement ou l'ondulation étant plus dense à une extrémité de la bande qu'à l'autre .
L'autre bord de la bande h , qui reste sensiblement recti- ligne peut être fixé sur la génératrice du tube d , comme on le voit fig. 8, et l'on réalise ainsi un tube dont les ailettes longitudinales h offrent une surface d'échange. plus gr-.nde à une des -extrémités du tube qu'à l'autre, ce qui conduit là encore . l'effet désiré .
La soudure des ailettes en fil métallique sur les tubes peut avoir lieu par points de soudure, ou par
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brasure dans un four à atmosphère neutre, ou encore par dépôt métallique au pistolet aux lignes de jonction du fil et du tubé
Ainsi qu'on le voit sur la fig.9 ,le tube d @eut être équipé d'ailettes longitudinales diamétrales h dont la hauteur A B va en décroissant, de manière continue, depuis une extrémité du tube jusqu'à l'autre .
Les coupes par II-II et III-III montrent la décroissance de la hauteur des ailettes. La surface d'échange de chaleur du tube d peut être ainsi adaptée le long du tube aux variations de températures des corps entre lesquels a lieu l'échange de chaleur . La hauteur des ailettes peut varier selon toute loi voulue d'échange de chaleur .
Le tube d peut être sectionné, comme on le voit fig.12. en tronçons de tubes d1,d2, d3, d4, ... de même diamètre, chaque tronçon de tube étant pourvu d'ailettes de même hauteur, mais la hauteur des ailettes h1,h2 ,h3 ... allant en décroissant en passant d'un tronçon au suivant .
On a ainsi une courbe en escalier pour le profil des ai-' lettes sur la coupe longitudinale . Le nombre des ailettes et éventuellement leurs ondulations peuvent également varier,-d'un tronçon de tube à l'autre, suivant toute loi d'échange de température à laquelle on désire satisfaire .
Le tube lui-même d , au lieu d'être de forme cylindrique peut recevoir une forme conique, comme repré- senté fig.13,en i . Cette forme perment, par exemple, de faire varier la section du corps émettant la chaleur, et situé à l'intérieur de la gaine i, suivant la position de
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la section sur la longueur de la gaine , Les ailettes h , prévues sur la gaîne i peuvent, comme dans le cas précédent, être de hauteur variable sur toute la longueur de la gaine, soit de façon continue, soit de façon discontinue, quand on utilise plusieurs tronçons de tubes pour réaliser le tube! On a représenté fig.13 en traits ponctués la forme discon- tinue.
Il est prévu, que les ailettes externes h peuvent aussi se prolonger à l'intérieur du tube en k , comme repré-, senté en perspective sur la fig,14 . De la sorte, la chaleur- émise à l'intérieur du tube est transmise directement aux ailettes, et le rendement du tube en est amélioré.
Si le corps émetteur de chaleur est un corps solide à l'intérieur du tube d ,les dilatations de ce corps et du métal consti- tuant la gaine ailetée, n'étant pas forcément les mêmes, il 'peut se produire des décollements des ailettes internes à l'intérieur du corps solide, et c'est pourquoi, quand des ondulations sont prévues sur les ailettes h, comme repré- senté fig.14 , ces ondulations peuvent se fetrouver à l'intérieur du tube, de manière que les contacts soient toujours établis entre le corps émettant de la chaleur et le métal des ailettes internes , De même, les hauteurs différentes des ailettes h peuvent également correspondre à. des hauteurs différentes pour les ailettes internes k ,
Il est prévu, que les ailettes peuvent être prévues seulement à l'intérieur du tube .
Quand elles sont prises en'combinaison avec des ailettes externes, elles ne sont pas forcément dans le prolongement des ailettes internes .
Il va de soi que des modifications de détail peu- vent être apportées à la réalisation de cette invention sans pour cela sortir de.son cadre .
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The tubes ordinarily used in heat exchangers, whether smooth or finned, generally have the same end-to-end construction, and, therefore, exhibit a heat exchange surface of approximately constant per unit length, over their entire length.
Now, in heat exchangers between fluids, where one of the fluids circulates, for example, inside the tubes and the other, outside, or even in heat absorbers where it, fluid circulating outside the tubes must remove
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In the case of heat emitted at a constant or variable temperature inside the tube, the temperature ratio between the fluids, or the quantity of heat exchanged or absorbed are not the same at the inlet. and at the outlet of the tube, simply because, for example, the fluid outside the tube heats up. Under these conditions, the heat exchange per unit length is generally found to decrease from the inlet to the outlet of the tube.
In order to maintain this heat exchange more constant per unit length or to vary it according to any other law fixed in advance, the Applicant has imagined making a tube whose heat exchange surface per unit length is variable along of the tube (the exchange surface increased, for example, from the inlet to the outlet) and the manufacture of which can be carried out conveniently, and economically.
For this purpose, the tube with variable exchange surface per unit length, object of the invention is in principle constituted by an ordinary tube on the surface of which are welded, or fixed by any other means of the long fins. tudinal, or transverse, or helical made Dar metal wires wound in cylindrical turns then flattened - or even wavy in sinuso, flat ide, the density of the turns, or the wavelength of the corrugation of the wire varying all along the tube of so as to modify the exchange surface, in accordance with the desired result.
The fins, preferably longitudinal of the tube, can also be produced by strips of strip, pleated or corrugated more or less tightly on one of their edges, the other edge being substantially rectilinear,
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being welded or fixed by any means on the smooth tube.
The flat or corrugated longitudinal fins used on the tube can also vary in height, either continuously or, on the contrary, in a stepped discontinuous manner, to provide a variable exchange surface along the tube.
On the other hand, as the Applicant himself has already proposed for tubes with a variable number of fins, the tube can be constituted by several sections of tube whose fins have the same shape and arrangement for each section, but differ from one section to the next section as regards height, as well as their number, and their undulations.
On the other hand, the tube, instead of having a constant circular section from end to end, may have a variable section, and present for example in longitudinal section, a conical shape instead of a shape. cylindrical,
The fins of different shape and number arranged on the outside of the tube can also extend inside this tube, so as to be embedded in the body emitting the heat, which ensures better transmission. of this heat to the tube and possibly to its outer fins.
The tube may have a combination of outer and inner fins, or inner fins only.
The description which follows, with reference to the accompanying drawings given by way of example, will give a better understanding of the way in which the invention can be implemented.
Figures 1 and 2 represent two modes
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production of the metal wire used for the fabrication of the fins.
The f ig.3 shows in longitudinal section a tube provided with the fins object of the invention.
Fig. 4 is an end view of the tube of FIG. 3.
.Figure 5 shows in perspective 'a variant embodiment of a tube with transverse fins'.
Figure 6 relates to another variant of the 'tube of' Figure 5.
Figure 7 shows in perspective a strip of strip which can be used as a fin.
Figure 8 shows in perspective a tube equipped with two fins such as those of fig.7.
Figure 9 is a longitudinal section of a finned tube of decreasing heights.
Figures 10 and 11 are sections through II-II. And III-III of fig.9.
'' Figures 12 and 13 are two longitudinal sections of two variant embodiments:
FIG. 14 shows in perspective a variant of a portion of tube with internal fins.
To form the fins of the tube with a variable exchange surface, object of the invention, it is possible to start from a metal wire b, wound in circular and coaxial turns a, for example on a cylinder and which is then stretched. the turns as seen in Figure 1, so as to obtain a gap, progressively increasing from A, to B, between the successive turns a: These turns a can then be flattened, so that the whole can be presented in the same plan,
This realization recalls the one that is
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used by military engineers to form, from the circularly wound wire, frieze horses that are obtained by spacing the pa.uet circular turns of wire, iron.
We can also adopt another mode of realization in which the wire c (, fig. 2) is simply waved in a sinusoidal fashion, with a progressive increase of A in B of the interval between the branches of the sinusoidal balance .
The fins thus produced are then spot welded, or brazed or fixed by any other means, for example along generatrices of the tube d as seen in fig. 3 and 4. Eight of these fins have been shown around tube d.The density of each fin increases as seen from B to A, and, consequently, the heat exchange surface of tube d increases from B to A.S ' it is a heat absorber, in which the tube d contains a body emitting heat which must be carried by a fluid circulating externally, in the direction of arrow F, this fluid heats up from B to A, but the.
exchange surface of the tube and its fins increasing, due to the greater density of the fins, it will result that the exchange 'or the absorption of temperature by the fluid F, although the latter becomes hotter, may be kept more constant, from the inlet to the outlet of the tube, or vary according to any law fixed in advance.
The invention is not limited to the production of longitudinal fins, but also extends to the case of transverse fins. The turns of wire a, as shown in figl., Instead of being fixed
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following generatrices of the tube, new to be wound around said tube, in a helix as seen in fig.5. It is then pos. ible to adopt for the propeller, a variable pitch and possibly to bend it with a more or less gr.mde density of the flattened turns .. a, to obtain the desired effect.
In the variant shown in fig.6, the turns of wire a are wound circularly around the tube d to form transverse fins, and a portion of rectilinear wire e makes it possible to pass from one fin f to the next g. The welding or the fixing on the tube d is preferably carried out using the rectilinear part which is located between two consecutive fins f and ¯6,.
Here again, the pitch, as can be seen in the figure, or rather the distance which separates two consecutive fins f and, can increase or decrease all along the tube, as can the density of the turns a.
Finally, instead of metal wire fins, bands of h-foil can be used, which are pleated or corrugated as seen in fig. 7, on one of their edges, the creasing or waving being more dense at one end of the strip than at the other.
The other edge of the strip h, which remains substantially straight, can be fixed on the generatrix of the tube d, as seen in FIG. 8, and a tube is thus produced whose longitudinal fins h provide an exchange surface. more gr-.nde at one end of the tube than at the other, which leads there again. the desired effect.
The welding of the metal wire fins on the tubes can take place by spot welding, or by
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brazing in a furnace with neutral atmosphere, or by metal deposition with a gun at the junction lines of the wire and the casing
As seen in fig.9, the tube d @eut be equipped with diametral longitudinal fins h whose height A B decreases continuously from one end of the tube to the other.
The sections through II-II and III-III show the decrease in the height of the fins. The heat exchange surface of the tube d can thus be adapted along the tube to the temperature variations of the bodies between which the heat exchange takes place. The height of the fins can vary according to any desired heat exchange law.
The tube d can be cut, as seen in fig. 12. in sections of tubes d1, d2, d3, d4, ... of the same diameter, each tube section being provided with fins of the same height, but the height of the fins h1, h2, h3 ... decreasing in passing from one section to the next.
There is thus a stepped curve for the profile of the fins in the longitudinal section. The number of fins and possibly their corrugations can also vary, from one section of tube to another, according to any temperature exchange law which it is desired to satisfy.
The tube itself d, instead of being cylindrical in shape, can receive a conical shape, as shown in fig. 13, at i. This shape allows, for example, to vary the section of the body emitting heat, and located inside the sheath i, depending on the position of
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the section over the length of the sheath, The fins h, provided on the sheath i can, as in the previous case, be of variable height over the entire length of the sheath, either continuously or discontinuously, when one uses several sections of tube to make the tube! The discontinuous form is represented in fig. 13 in dotted lines.
It is expected, that the outer fins h can also extend inside the tube in k, as shown in perspective in fig, 14. In this way, the heat emitted inside the tube is transmitted directly to the fins, and the efficiency of the tube is improved.
If the heat-emitting body is a solid body inside the tube d, the expansions of this body and of the metal constituting the finned sheath, not necessarily being the same, it is possible for the fins to detach themselves. internal inside the solid body, and this is why, when corrugations are provided on the fins h, as shown in fig. 14, these corrugations can be found inside the tube, so that the contacts are always established between the body emitting heat and the metal of the internal fins, Likewise, the different heights of the fins h may also correspond to. different heights for the internal fins k,
It is expected, that the fins can be provided only inside the tube.
When they are taken in combination with external fins, they are not necessarily an extension of the internal fins.
It goes without saying that modifications of detail can be made to the embodiment of this invention without thereby departing from its scope.