Echangeur -de chaleur à tubes La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur à tubes, destiné à l'échange de chaleur en tre deux fluides dont l'un circule dans les tubes et l'autre circule dans des espaces ménagés entre ceux- ci, perpendiculairement à l'axe des tubes, qui pré sentent au moins un tronçon de section transversale allongée avec des flancs latéraux renflés, ces tubes étant disposés en rangées et décalés en quinconce, les grands axes des sections transversales allongées des tubes de chaque rangée se trouvant alignés de façon qu'entre deux rangées consécutives de tubes soit formé au moins un couloir ondulé.
Cet échan geur de chaleur est caractérisé selon l'invention en ce que le renflement d'un flanc latéral de chaque tube d'une rangée diffère d'ampleur avec le renflement des flancs latéraux situés en regard dudit flanc latéral des tubes de la rangée adjacente afin que le couloir ondulé varie périodiquement de section tout au long de son étendue.
On décrit ci-dessous, à titre d'exemple et en ré férence au dessin annexé, deux formes d'exécution particulières de l'échangeur qui fait l'objet de l'in vention et des variantes.
La fig. 1 représente une coupe transversale par tielle de l'échangeur de la première forme d'exécu tion.
La fig. 2 est une coupe transversale partielle de l'échangeur selon la deuxième forme d'exécution. La fig. 3 représente en perspective, une variante de la première forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en bout du tube de la fig. 3. La fig. 5 est une vue partielle en perspective d'un échangeur muni d'ailettes. La fig. 6 est une vue en perspective d'un tube selon une variante.
La fig. 7 représente en perspective un détail d'un tube muni d'ailettes.
La fig. 8 est une vue en élévation du détail de la fig. 7.
La fig. 9 représente en coupe longitudinale une portion de tube cylindrique en cours de fabrication et la fig. 10 représente en perspective le même tube après conformation.
La fig. 11 représente en coupe longitudinale un tube cylindrique en cours de fabrication, et la fig. 12 représente en perspective le même tube, après con formation.
Sur la fig. 1 on a représenté en traits gras inter rompus, les contours AA, BB, CC, DD des couloirs ménagés à l'intérieur de l'échangeur de chaleur pour le fluide, généralement gazeux, qui circule extérieu rement aux tubes dans le sens des flèches F. Le cou loir délimité par les contours CC, DD comporte un étranglement HH situé dans un changement de direc tion, suivi d'un élargissement jusqu'à la section II, tel que les deux parois H I du couloir s'écartent gra duellement pour constituer un divergent entre la sec tion HH et la section Il.
Après quoi, il se produit en J un changement de direction jusqu'au moment où l'on atteint une nouvelle section plus étroite H'H', le profil se répétant ainsi de bout en bout du couloir.
On constatera que les deux couloirs contigus AA, BB d'une part, et CC, DD d'autre part, sont identi ques, mais légèrement décalés, le couloir de droite étant décalé vers le bas de la figure par rapport au couloir de gauche.
Les tubes a présentent un profil allongé de sorte que la partie inférieure d'un tube se trouve au voi sinage de la partie supérieure du tube adjacent dans chaque rangée verticale XX de l'échangeur. Les flancs des tubes qui vont délimiter le profil des cou loirs sont renflés pour s'inscrire dans le contour BB, CC qui vient d'être décrit. Cela conduit à donner à chaque tube a une forme dissymétrique en ce sens que la face b du tube située sur le contour CC est moins renflée que la face opposée c qui est située sur le contour BB.
On remarquera que les tubes de la rangée verti cale XX sont décalés, par rapport à ceux des ran gées adjacentes, ce qui donne à l'ensemble une dispo sition quinconcée.
Pour réaliser les tubes de l'échangeur, on part en général d'un tube cylindrique de section circu laire que l'on matrice convenablement pour lui don ner le profil voulu. Il est indiqué de laisser aux extré mités du tube leur forme circulaire pour en permettre la fixation aisée sur une plaque à tubes. De même, de place en place sur les tubes, on peut laisser de courts segments de forme circulaire, ce qui facilite éven tuellement la fixation d'entretoises en ces endroits. Sur les fig. 1 et 2, le cercle en traits interrompus e1 représente la section circulaire du tube primitif.
Dans l'échangeur selon la deuxième forme d'exé cution et représenté partiellement à la fig. 2, on fait usage de tubes qui, dans chaque rangée de tubes prise séparément, sont de section transversale égale et symétrique par rapport à leur grand axe, mais dont les flancs latéraux (e, d) présentent des renflements qui diffèrent des renflements des tubes adjacents (x y), Le profil de chaque couloir est analogue à celui de la figure précédente, c'est-à-dire qu'il passe graduelle ment d'un changement de direction et/ou étrangle ment HH à un élargissement de section II, par un di vergent HI, HI, après quoi se produit un change ment de direction et ainsi de suite.
Dans une variante représentée à la fig. 3, le tube a est conformé de manière à présenter deux renflements d'inégale importance sur ses deux flancs. Il est muni d'ailettes transversales f, qui comportent des ondula tions perpendiculaires à l'axe du tube.
Le fluide cir culant dans le sens des flèches F, c'est-à-dire perpen diculairement à l'axe XX du tube, est soumis, du fait des ailettes ondulées f, à des changements de direc tion et des pulsations de vitesse et de pression dues aux variations de section de l'espace compris entre deux ailettes consécutives f, analogues à celles que produisent les flancs du tube déformé a. De plus, les ailettes augmentent la rigidité du tube a et maintien- nent son profil, même dans le cas où les fluides qui circulent sont sous pression.
La fixation des ailettes sur les tubes peut se faire par simple pression du métal de l'ailette sur le métal du tube, ou encore par soudure entière le long de la surface de jonction, ou.locale par points. Les ailettes peuvent aussi être brasées sur le métal du tube. Enfin on peut se contenter d'une simple connexion thermi que entre l'ailette et le tube par dépôt de métal, soit par immersion de l'appareil dans un bain, soit par projection de métal au pistolet sur les lignes de jonc tion.
Les ailettes f de la forme d'exécution de la fig. 5 sont conçues de manière à équiper tous les tubes d'une même rangée, soit les trois tubes a. Les ailettes sont constituées par deux bandes g1 g2, assemblées par des points de soudure en<I>h,</I> dans le plan XX des tubes. On réalise ainsi un effet d'entretoises entre les tubes. Dans une variante non représentée, les ailettes sont coudées à 90o sur leurs bords latéraux de ma nière à servir également d'entretoises entre deux ran gées parallèles de tubes.
On peut multiplier les segments de section circu laire, et monter, comme représenté à la fig. 6, des ai lettes transversales f sur lesdits segments, ce qui peut être plus facile que de les adapter à la section con formée du tube.
Les ailettes transversales f peuvent également être ondulées concentriquement aux flancs du tube a sur lequel elles sont montées. Il en est ainsi dans les tu bes représentés aux fig. 7 et 8. Dans une variante non représentée, les ondulations, au lieu d'être concen triques, sont parallèles au grand axe de la section transversale du tube.
Le principe qui consiste à munir les tubes de sur faces d'échange supplémentaires peut être également réalisé, sans l'adjonction d'ailettes, en partant d'un tube cylindrique i dont la surface extérieure présente une série de gorges annulaires j comme on le voit sur la fig. 9 en coupe. Un tel tube, après conforma tion, prendra la forme représentée en perspective sur la fig. 10, dans laquelle on voit une suite de gorges, formant nervures, sur les deux flancs du tube i. Les gorges j peuvent éventuellement empiéter sur la sur face interne du tube comme figuré en pointillés j1 sur la fig. 9.
Selon une variante, on peut partir d'un tube cylindrique k, que l'on soumet à des compressions successives dans le sens de son axe YY, de manière à obtenir par repliement de la paroi du tube, des ner vures 1 tout le long du tube. En soumettant alors un tel tube à la déformation pour obtenir le profil voulu, les nervures creuses l s'aplatissent en même temps que le tube, comme on le voit en perspective fig. 12, pour donner finalement des sortes de nervures trans versales 11, qui raidissent mécaniquement le tube, tout en donnant les avantages ci-dessus indiqués quant à l'échange de chaleur.
Tube heat exchanger The subject of the present invention is a tube heat exchanger intended for the exchange of heat between two fluids, one of which circulates in the tubes and the other circulates in spaces formed between them. ci, perpendicular to the axis of the tubes, which present at least one section of elongated cross section with swollen lateral sides, these tubes being arranged in rows and staggered, the major axes of the elongated cross sections of the tubes in each row being aligned so that between two consecutive rows of tubes is formed at least one corrugated corridor.
This heat exchanger is characterized according to the invention in that the bulge of a lateral flank of each tube of a row differs in magnitude with the bulge of the lateral flanks located opposite said lateral flank of the tubes of the adjacent row. so that the corrugated corridor periodically varies in section throughout its extent.
Two particular embodiments of the exchanger which is the subject of the invention and of the variants are described below by way of example and with reference to the appended drawing.
Fig. 1 shows a partial cross section of the exchanger of the first embodiment.
Fig. 2 is a partial cross section of the exchanger according to the second embodiment. Fig. 3 shows in perspective, a variant of the first embodiment.
Fig. 4 is an end view of the tube of FIG. 3. Fig. 5 is a partial perspective view of an exchanger provided with fins. Fig. 6 is a perspective view of a tube according to a variant.
Fig. 7 shows in perspective a detail of a tube provided with fins.
Fig. 8 is an elevational view of the detail of FIG. 7.
Fig. 9 shows in longitudinal section a portion of a cylindrical tube during manufacture and FIG. 10 shows in perspective the same tube after conformation.
Fig. 11 shows a longitudinal section of a cylindrical tube during manufacture, and FIG. 12 shows in perspective the same tube, after con formation.
In fig. 1 is shown in broken bold lines, the contours AA, BB, CC, DD of the corridors formed inside the heat exchanger for the fluid, generally gaseous, which circulates outside the tubes in the direction of the arrows F. The corridor delimited by the contours CC, DD has a constriction HH located in a change of direction, followed by a widening up to section II, such that the two walls HI of the corridor deviate gradually to constitute a divergent between section HH and section II.
After this, there is a change of direction in J until a new narrower section H'H 'is reached, the profile thus repeating itself from end to end of the corridor.
It will be noted that the two contiguous lanes AA, BB on the one hand, and CC, DD on the other hand, are identical, but slightly offset, the right lane being offset downwards in the figure with respect to the left lane .
The tubes a have an elongated profile such that the lower part of a tube is located in the vicinity of the upper part of the adjacent tube in each vertical row XX of the exchanger. The sides of the tubes which will delimit the profile of the necklaces are swollen to fit into the contour BB, CC which has just been described. This results in each tube having an asymmetrical shape in the sense that the face b of the tube located on the contour CC is less swollen than the opposite face c which is located on the contour BB.
It will be noted that the tubes of the vertical row XX are staggered with respect to those of the adjacent rows, which gives the assembly a staggered arrangement.
To produce the tubes of the exchanger, the starting point is generally a cylindrical tube of circular section which is suitably die-cast to give it the desired profile. It is advisable to leave the ends of the tube in their circular shape to allow easy attachment to a tube plate. Likewise, from place to place on the tubes, short segments of circular shape can be left, which possibly facilitates the fixing of spacers in these places. In fig. 1 and 2, the dotted circle e1 represents the circular section of the pitch tube.
In the exchanger according to the second embodiment and partially shown in FIG. 2, use is made of tubes which, in each row of tubes taken separately, are of equal cross-section and symmetrical with respect to their major axis, but the lateral sides (e, d) of which have bulges which differ from the bulges of the tubes adjacent (xy), The profile of each corridor is similar to that of the previous figure, i.e. it gradually passes from a change of direction and / or throttling HH to a widening of section II , by a di vergent HI, HI, after which there is a change of direction and so on.
In a variant shown in FIG. 3, the tube a is shaped so as to have two bulges of unequal size on its two sides. It is provided with transverse fins f, which comprise corrugations perpendicular to the axis of the tube.
The fluid circulating in the direction of the arrows F, that is to say perpendicular to the axis XX of the tube, is subjected, because of the corrugated fins f, to changes of direction and of speed pulsations and of pressure due to the variations in section of the space between two consecutive fins f, similar to those produced by the sides of the deformed tube a. In addition, the fins increase the rigidity of the tube a and maintain its profile, even in the case where the circulating fluids are under pressure.
Fixing the fins to the tubes can be done by simply pressing the metal of the fin on the metal of the tube, or by entire welding along the junction surface, or local spot. The fins can also be brazed to the metal of the tube. Finally, it is possible to be satisfied with a simple thermal connection between the fin and the tube by depositing metal, either by immersing the apparatus in a bath, or by spraying metal with a gun on the junction lines.
The fins f of the embodiment of FIG. 5 are designed so as to equip all the tubes in the same row, ie the three tubes a. The fins are formed by two strips g1 g2, assembled by welding points at <I> h, </I> in the plane XX of the tubes. This produces a spacing effect between the tubes. In a variant not shown, the fins are bent at 90 ° on their lateral edges so as to also serve as spacers between two parallel rows of tubes.
We can multiply the segments of circular section, and go up, as shown in fig. 6, transverse wings f on said segments, which may be easier than adapting them to the con-formed section of the tube.
The transverse fins f can also be corrugated concentrically to the sides of the tube a on which they are mounted. This is the case in the you bes represented in fig. 7 and 8. In a variant not shown, the corrugations, instead of being concentrated, are parallel to the major axis of the cross section of the tube.
The principle which consists in providing the tubes with additional exchange surfaces can also be achieved, without the addition of fins, starting from a cylindrical tube i whose outer surface has a series of annular grooves j as shown. see in fig. 9 in section. Such a tube, after conforma tion, will take the form shown in perspective in FIG. 10, in which we see a series of grooves, forming ribs, on the two sides of the tube i. The grooves j may possibly encroach on the internal surface of the tube as shown in dotted lines j1 in FIG. 9.
According to a variant, it is possible to start from a cylindrical tube k, which is subjected to successive compressions in the direction of its axis YY, so as to obtain, by folding the wall of the tube, ribs 1 all along of the tube. By then subjecting such a tube to deformation to obtain the desired profile, the hollow ribs 1 flatten out at the same time as the tube, as seen in perspective in fig. 12, to finally give kinds of transverse ribs 11, which mechanically stiffen the tube, while giving the advantages indicated above as regards the heat exchange.