FR2480926A1 - Cooling fin for heat exchanger - fits around fluid carrying tube with bent tongues formed in side - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention s'applique à tous les échangeurs ou radiateurs pour transmettre ou recevoir de la chaleur par convection avec un fluide. Elle est surtout destinée à améliorer ces échanges dans le cas de faible différence de température entre une surface et un gaz, par exemple pour les aéroréfrigérants de moteurs thermiques, les condenseurs de machines frigorifiques, ou les radiateurs de chauffage domestique. The invention applies to all exchangers or radiators for transmitting or receiving heat by convection with a fluid. It is especially intended to improve these exchanges in the case of a small temperature difference between a surface and a gas, for example for air coolers of heat engines, condensers of refrigerating machines, or domestic heating radiators.
Dans de tels cas, en effet, c'est l'échange avec le fluide gazeux, l'air ambiant en particulier, qui limite la capacité d'échange. C'est ce qui conduit à la solution classique des tubes où circule un liquide et qui sont ailettés du côté du gaz. In such cases, in fact, it is the exchange with the gaseous fluid, the ambient air in particular, which limits the exchange capacity. This is what leads to the classic solution of tubes through which a liquid circulates and which are finned on the gas side.
L'invention s'applique de préférence à de tels tubes et elle a pour objet principal une forme d'ailette plus efficace que les formes connues, et qui soit de réalisation facile et économique. The invention preferably applies to such tubes and its main object is a fin shape which is more effective than known forms, and which is easy and economical to produce.
Il est bien connu que lSechange thermique par convection comporte un léchage de la surface par le fluide et s'accompagne d'un épaississement de la couche limite du fluide au contact. Cet épaississement diminue progressivement Lfleffi- cacité de l'échange à partir du bord d'attaque
On trouve de ce fait dans allant antérieur diverses descriptions des ailettes découpées de façon à augmenter le nombre des bords d'attaque.It is well known that lSechange heat by convection involves a licking of the surface by the fluid and is accompanied by a thickening of the boundary layer of the fluid in contact. This thickening gradually decreases the efficiency of the exchange from the leading edge.
There are therefore in the foregoing various descriptions of the fins cut so as to increase the number of leading edges.
On peut citer en ce sens le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 1 932 610 de E.F. TILLEZ avec un ruban héiioeldal de lames radiales en éventail autour du tube, ou bien le brevet français n0 2 088 106 de la S.A. des Usines a4#Uss0N, pour ses figures 3 et 4, avec des ailettes qui présentent des languettes cambrées formées dans leurs côtés latéraux, qui sont fendus à cet effet. We can cite in this sense the patent of the United States of America n ° 1 932 610 of EF TILLEZ with a héiioeldal ribbon of radial blades in fan around the tube, or the French patent n0 2 088 106 of the SA des Usines a4 # Uss0N, for its figures 3 and 4, with fins which have arched tongues formed in their lateral sides, which are split for this purpose.
Une ailette selon l'invention ressort de ce dernier type mais avec des dispositions nouvelles qui lui donnent des avantages spécifiques en particulier pour des échangeurs adaptés à de très faibles différences de température, aérocondenseurs ou radiateurs domestiques en particulier. A fin according to the invention emerges from the latter type but with new provisions which give it specific advantages in particular for exchangers adapted to very small temperature differences, air condensers or domestic radiators in particular.
Dans de tels cas en effet les ailettes doivent être de grandes dimensions et d'autre part rester faciles à nettoyer, car tout corps étranger ou salissure réduit beaucoup la capacité d'échange. In such cases, in fact, the fins must be of large dimensions and, on the other hand, remain easy to clean, since any foreign body or soiling greatly reduces the exchange capacity.
En conséquence, une ailette selon l'invention est rectangulaire, avec son grand côté de part et d'autre du tube qui la porte et transversale à l'écoulement du gaz ou de l'air et elle se caractérise en que ce sont sur les petits côtés du rectangle qu'elle forme que débouchent les fentes qui déterminent les languettes. Consequently, a fin according to the invention is rectangular, with its large side on either side of the tube which carries it and transverse to the flow of gas or air and it is characterized in that they are on the short sides of the rectangle it forms that open the slots that determine the tabs.
De préférence, chacune de ces languettes est cambrée par deux courbures égales et opposées de façon à être paral- lèle mais décalée par rapport à l'ailette. Preferably, each of these tongues is arched by two equal and opposite curvatures so as to be parallel but offset with respect to the fin.
Ce parallélisme évite au mieux la rétension de corps étrangers, et permet un meilleur nettoyage soit par jet d'air soit par des brosses ou peignes à fils parallèles aux ailettes. This parallelism at best prevents the retention of foreign bodies, and allows better cleaning either by air jet or by brushes or combs with wires parallel to the fins.
Un procédé de fabrication d'une telle ailette consiste à utiliser une plaquette métallique rectangulaire, percée en son centre de symétrie par un orifice de forme et de dimension adaptée à celle du tube d'échange, et se caractérise par la création d'une fente au moins allant en direction sensiblement pa parallèle au grand côté depuis le voisinage de cet orifice jusqu'a' un des petits côtés du rectangle, et par le cambrage, à proximité de l'orifice, d'une des languettes déterminées par cette fente. A method of manufacturing such a fin consists in using a rectangular metal plate, pierced in its center of symmetry by an orifice of shape and dimension adapted to that of the exchange tube, and is characterized by the creation of a slot at least going in a direction substantially pa parallel to the long side from the vicinity of this orifice to one of the short sides of the rectangle, and by the bending, near the orifice, of one of the tongues determined by this slot.
UN échangeur utilisant une telle ailette et utilisant au moins deux tubes ailettes parallèles en succession dans le lit du courant de gaz se caractérise selon un mode préféré d'utilisation, en ce que toute languette sur le tube aval est décalée par rapport à toute languette sur le tube amont, de sorte que son bord d'attaque ne soit pas précédé par celle-ci. A heat exchanger using such a fin and using at least two parallel fin tubes in succession in the gas stream bed is characterized according to a preferred mode of use, in that any tongue on the downstream tube is offset from any tongue on the upstream tube, so that its leading edge is not preceded by it.
Ceci est précisé dans les figures ci-après et leurs descriptions, qui indiquent à titre d'exemple une réalisation d'ailettes selon l'invention et une de leurs applications. This is specified in the figures below and their descriptions, which indicate by way of example an embodiment of fins according to the invention and one of their applications.
Les figures 1 et 2 sont des vues respectivement en élévation et en plan d'ailettes selon l'invention, serties sur un tube horizontal et avec coupes partielles. Figures 1 and 2 are views respectively in elevation and in plan of fins according to the invention, crimped on a horizontal tube and with partial sections.
La figure 3 indique la disposition de deux tubes ailettes en élévation avec coupe des languettes. Figure 3 shows the arrangement of two fin tubes in elevation with cut tabs.
Les figures 4 et 5 représentent un radiateur respectivement en coupe élévation et vu de dessus avec coupe. Figures 4 and 5 show a radiator respectively in elevation section and seen from above with section.
Le tube d'échange 1 des figures 1 et 2 peut comporter à son intérieur un turbulateur 2 de tout type connu, par exemple formé d'une bande métallique de largeur à peu près égaleeau diamètre intérieur et torsadée. L'ailette selon l'invention est formée d'une plaquette 3 rectangulaire, qui comporte un orifice traversé par le tube 1. Ici cet orifice est découpé avec un bord tombé 4 qui permet un emmanchement avec serrage sur le tube, procurant sans soudure un bon échange thermique. Le tube 1 peut être en tout matériau conducteur de la chaleur et résistant à la corrosion éventuelle du liquide d'échange qu'il conduit. La plaquette 3 est de préférence en aluminium pur ou allié pour bien conduire la chaleur et ne pas s'oxyder à l'air, sauf en surface. The exchange tube 1 of FIGS. 1 and 2 can have inside a turbulator 2 of any known type, for example formed of a metal strip of width approximately equal to the inside diameter and twisted. The fin according to the invention is formed of a rectangular plate 3, which has an orifice traversed by the tube 1. Here this orifice is cut with a fallen edge 4 which allows a fitting with tightening on the tube, providing a seamless good heat exchange. The tube 1 can be made of any material that conducts heat and is resistant to possible corrosion of the exchange liquid that it conducts. The plate 3 is preferably made of pure aluminum or alloyed to conduct heat well and not oxidize in air, except on the surface.
Selon l'invention elle est fendue parallèlement au grand côté depuis le petit côté jusqu'au voisinage de l'orifice où passe le tube 1. Il y a ici 4 fentes 5, 6 et 5X, 6', découpant la plaquette en trois languettes de chaque côté du tube, soit 7,8, 9 et 7', 8', 90. According to the invention it is split parallel to the long side from the short side to the vicinity of the orifice through which the tube 1 passes. There are here 4 slots 5, 6 and 5X, 6 ', cutting the plate into three tabs on each side of the tube, i.e. 7.8, 9 and 7 ', 8', 90.
Les languettes centrales 8 et 8' sont deux fois pliées ou courbées en leur pied à proximité du tube 1, en 90 et Il pour la languette 8 par exemple. Ces languettes se trouvent donc décalées transversalement et un peu plus courtes que les languettes 7, 9 et 7 t, 9' qui restent droites
L'ensemble des opérations de découpe et de formage appliquées à chaque plaquette 3, pour obtenir l'ailette complète avec ses languettes et son orifice, peut etre effectué par un même outil et en une seule passe, ce qui le rend très peu coûteux. En particulier les fentes sont de préférence obtenue par cisaillage.The central tongues 8 and 8 ′ are twice folded or curved at their feet near the tube 1, at 90 and 11 for the tongue 8 for example. These tongues are therefore offset transversely and a little shorter than the tongues 7, 9 and 7 t, 9 'which remain straight
All of the cutting and forming operations applied to each wafer 3, in order to obtain the complete fin with its tongues and its orifice, can be carried out by the same tool and in a single pass, which makes it very inexpensive. In particular, the slots are preferably obtained by shearing.
La figure 3 montre la manière de disposer les tubes portant les mêmes ailettes. Les grands côtés de celles-ci sont transversalement disposés relativement à l'écoulement du gaz dans le sens de la flèche F. Figure 3 shows how to arrange the tubes with the same fins. The long sides of these are transversely arranged relative to the gas flow in the direction of arrow F.
De cette façon chaque languette détermine un bord d'attaque séparé pour cet écoulement. Dans la disposition de deux tubes ailettés 1 et 1' en succession dans le sens F de l'écoulement de gaz, les plans des plaquettes, c'est-à-dire des languettes telles que 7, 9 et 7', 9', doivent être décalés d'un demi pas de façon que les bords d'attaque de ces languettes restent libres. Le tube de liaison 12 transmet le liquide du
pour tube 1' vers le tube laque l'échange soit à contre courant.In this way each tab determines a separate leading edge for this flow. In the arrangement of two finned tubes 1 and 1 'in succession in the direction F of the gas flow, the planes of the plates, that is to say tongues such as 7, 9 and 7', 9 ', must be offset by half a step so that the leading edges of these tabs remain free. The connecting tube 12 transmits the liquid from the
for tube 1 'to the lacquer tube the exchange is against the current.
Cette liaison peut se trouver alors inclinée comme l'indique la figure 3, si les tubes ailettes sont identiques entre eux. This connection can then be inclined as shown in Figure 3, if the fin tubes are identical to each other.
L'utilisation d'ailettes selon l'invention permet de diminuer leur nombre tout en conservant sous forme de languettes un nombre de nappes suffisant. Le montage des ailettes sur le tube revient donc moins cher, et la perte de charge du côté gaz, autour des ailettes, est diminuée, ce qui est important pour avoir de bonnes performances en convection naturelle, selon par exemple l'application décrite plus loin. The use of fins according to the invention makes it possible to reduce their number while retaining a sufficient number of plies in the form of tongues. The mounting of the fins on the tube therefore costs less, and the pressure drop on the gas side, around the fins, is reduced, which is important for good performance in natural convection, for example according to the application described below. .
On peut utiliser ainsi des ailettes issues d'une plaquette de hauteur 30 mm et longueur 150 mm, espacées d'environ 10 mm sur un tube de diamètre 20 mm. En moyenne le pas ou espacement des ailettes selon l'invention est à choisir entre la moitié et le tiers de leur hauteur. Le décalage des languettes par rapport à la plaquette est environ la moitié de cet espacement. L'épaisseur des plaquettes en aluminium peut être de 1,2 mm. It is thus possible to use fins from a plate 30 mm high and 150 mm long, spaced about 10 mm apart on a tube with a diameter of 20 mm. On average, the pitch or spacing of the fins according to the invention is to be chosen between half and a third of their height. The offset of the tabs with respect to the plate is approximately half of this spacing. The thickness of the aluminum plates can be 1.2 mm.
Le choix d'une longueur de plaquette de longueur entre 5 et 10 fois le diamètre du tube et de hauteur peu supérieure à celui-ci permet de constituer des faisceaux d'échange compacts avec des tubes dont le pas est analogue à cette hauteur, et efficaces dans une veine de gaz aussi épaisse que la longueur des ailettes. The choice of a plate length of length between 5 and 10 times the diameter of the tube and of height slightly greater than this makes it possible to constitute compact exchange bundles with tubes whose pitch is analogous to this height, and effective in a gas stream as thick as the length of the fins.
Les figures 4 et 5 montrent l'application de l'invention à un radiateur-convecteur pour le chauffage de locaux et adapté en particulier à l'utilisation optimale d'eaux tièdes de récupération d'énergie à basse température, ou venant de forages géothermiques. Figures 4 and 5 show the application of the invention to a radiator-convector for space heating and adapted in particular to the optimal use of warm water for energy recovery at low temperature, or from geothermal drilling .
Ce radiateur constitue une cheminée plate ouverte au voisinage du sol 13 et du plafond 14 et qui enferme à sa base 5 tubes ailettes disposés comme décrit à la figure 3. Le fond 15 de la cheminée peut être calorifuge. Il est généralement appuyé contre un mur et il porte des parois latérales 16, 16' avec des bords formés en profils pour retenir des plaques frontales ou portes de visite telles que 17. This radiator constitutes a flat chimney open in the vicinity of the floor 13 and the ceiling 14 and which encloses at its base 5 fin tubes arranged as described in FIG. 3. The bottom 15 of the chimney can be insulated. It is generally pressed against a wall and it carries side walls 16, 16 ′ with edges formed in profiles to retain front plates or inspection doors such as 17.
Un avantage important en pratique d'occuper plus de 2mde hauteur du local à chauffer est que les orifices bas et surtout haut ne risquent pas d'être obstrués par négligence ou inattention. An important advantage in practice of occupying more than 2m in height of the room to be heated is that the low and especially high orifices are not likely to be obstructed by negligence or inattention.
Il convient de remarquer que la combinaison d'un ou plusieurs radiateurs, chacun formant une telle cheminée de hauteur maximale, avec l'échangeur à ailettes perfectionnées selon l'invention et avec la disposition à contre courant de l'écoulement de fluide dans les tubes avec leurs turbulateurs, reporte le besoin d'énergie de convection à une pompe de circulation générale sur ce fluide, laquelle est un organe simple et unique, économique en achat, énergie et entretien. It should be noted that the combination of one or more radiators, each forming such a chimney of maximum height, with the finned heat exchanger according to the invention and with the counter current arrangement of the flow of fluid in the tubes with their turbulators, transfers the need for convection energy to a general circulation pump on this fluid, which is a simple and unique organ, economical in purchase, energy and maintenance.
On obtient ainsi, un système de chauffage de locaux qui est efficace même avec des eaux tièdes chauffées par 1'é- nergie solaire, géothermique ou de récupération d'autres chaleurs généralement inutilisables. This produces a space heating system which is effective even with lukewarm water heated by solar, geothermal or other heat recovery, which is generally unusable.
En variante on peut supprimer la cheminée et la convection naturelle qu'elle perme en créant sur les ailettes, une convection artificielle par un ventilateur rotatif ou alternatif qui peut de façon avantageuse être mu par l'énergie mécanique empruntée au fluide, donc en définitive à la pompe de circulation de celui-ci. L'énergie ainsi transférée peut être inférieure a 10 watts. As a variant, the chimney and the natural convection which it allows can be eliminated by creating on the fins, an artificial convection by a rotary or alternating fan which can advantageously be moved by the mechanical energy borrowed from the fluid, therefore ultimately to the circulation pump of it. The energy thus transferred can be less than 10 watts.
En tirage naturel ou artificiel , la perte de charge de l'air à travers un Maxsceau de 6 tubes ailettés selon liinvention est d'environ 1 pascal pour une vitesse d'air d enviX ron 0,7 m/s et une puissance de chauffe d'environ 2 kw par mètre de largeur de radiateur. Pour lGobtenix en tirage naturel un radiateur-cheminée de hauteur 2 m à 2,5 m suffit quelle que soit la hauteur de plafond du local chauffé. Il n'est en outre pas souhaitable qu'elle dépasse 3 m, sinon l'air réchauffé serait émis trop haut au dessus des occupants local. In natural or artificial draft, the air pressure drop through a Maxsceau of 6 finned tubes according to the invention is approximately 1 pascal for an air speed of around 0.7 m / s and a heating power about 2 kw per meter of radiator width. For lGobtenix in natural draft, a radiator-chimney of height 2 m to 2.5 m is sufficient whatever the height of the ceiling of the heated room. It is also not desirable that it exceeds 3 m, otherwise the heated air would be emitted too high above the local occupants.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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