FR2611879A1 - HEAT EXCHANGER WITH TUBE BEAM AND INTERNAL DISTURBATOR - Google Patents

HEAT EXCHANGER WITH TUBE BEAM AND INTERNAL DISTURBATOR Download PDF

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Abstract

ECHANGEUR DE CHALEUR A FAISCEAU TUBULAIRE COMPORTANT DES TUBES 1 DEBOUCHANT DANS AU MOINS UNE PLAQUE COLLECTRICE 2, LESDITS TUBES 1 CONTENANT UN PERTURBATEUR INTERNE 10, CARACTERISE EN CE QUE LA LARGEUR INITIALE DES SPIRES DU PERTURBATEUR EST SUPERIEURE AU DIAMETRE INTERNE DES TUBES 1 DE FACON QUE CHAQUE PERTURBATEUR SOIT DEFORME ELASTIQUEMENT ET EXERCE UNE PRESSION CONTRE LA PAROI INTERNE DU TUBE QUI LE CONTIENT LORSQU'IL EST MIS EN PLACE DANS CELUI-CI.TUBULAR BEAM HEAT EXCHANGER CONTAINING TUBES 1 OPENING INTO AT LEAST ONE COLLECTOR PLATE 2, THE SAID TUBES 1 CONTAINING AN INTERNAL DISRUPTOR 10, CHARACTERIZED IN THAT THE INITIAL WIDTH OF THE SPIRES OF THE DISRUPTOR IS GREATER THAN THE INTERFACE OF THE TUBES 1 INTERIOR THAN THE INSIDE OF THE TUBES 1 EACH DISRUPTOR IS ELASTICALLY DEFORMED AND EXERCISES PRESSURE AGAINST THE INTERNAL WALL OF THE TUBE CONTAINING IT WHEN IT IS PLACED IN IT.

Description

L'invention est relative aux échangeurs de chaleur à faisceau tubulaireThe invention relates to tube bundle heat exchangers

c'est-à-dire aux échangeurs dont les tubes débouchent dans au moins une plaque collectrice. Des échangeurs de cette nature sont utilisés  that is to say to the exchangers, the tubes of which open into at least one collecting plate. Exchangers of this nature are used

dans différents domaines de la technique et en particu-  in different areas of technology and in particular

lier pour le refroidissement du fluide de circulation des moteurs thermiques et pour le chauffage de l'habitacle  bind for cooling the circulation fluid of the internal combustion engines and for heating the passenger compartment

des véhicules automobiles.motor vehicles.

La technique antérieure a enseigné qu'il était avantageux d'insérer des perturbateurs dans les tubes lorsque ceux-ci sont de forme cylindrique. En effet, dans ce cas, il est important que l'écoulement soit perturbé à l'intérieur des tubes étant donné qu'un écoulement laminaire ne peut pas être produit comme cela est réalisé dans des tubes de section rectangulaire ou sensiblement rectangulaire. Les perturbateurs utilisés sont le plus souvent conformés en hélice et il est apparu que l'écoulement du fluide dans les tubes provoque des déplacements des perturbateurs, ce qui engendre une abrasion des tubes et  The prior art has taught that it is advantageous to insert disturbers in the tubes when the latter are cylindrical in shape. Indeed, in this case, it is important that the flow is disturbed inside the tubes since a laminar flow cannot be produced as is achieved in tubes of rectangular or substantially rectangular section. The disturbers used are most often shaped as a helix and it has appeared that the flow of the fluid in the tubes causes displacements of the disturbers, which causes abrasion of the tubes and

quelquefois des perforations de ceux-ci.  sometimes perforations of these.

Le risque de perforation est particulièrement grand lorsque les perturbateurs sont disposés dans des  The risk of perforation is particularly great when the disturbers are placed in

tubes coudés en épingle. En effet, l'extrémité du pertur-  bent hairpin tubes. Indeed, the end of the disturbance

bateur qui se trouve à la naissance du coude forme une arête particulièrement abrasive lorsque le perturbateur  bateur which is at the birth of the elbow forms a particularly abrasive edge when the disruptor

est déplacé par le liquide en circulation.  is displaced by the circulating liquid.

La présente invention crée un nouvel échangeur dans lequel le perturbateur disposé dans les tubes occupe une position fixe par rapport à la paroi du tube qui le contient et il ne peut en aucun cas être déplacé par le liquide en circulation. De cette façon, les risques  The present invention creates a new exchanger in which the disturber arranged in the tubes occupies a fixed position relative to the wall of the tube which contains it and it can in no case be moved by the circulating liquid. In this way, the risks

d'abrasion mécanique à l'intérieur du tube sont suppri-  mechanical abrasion inside the tube are removed

més. Conformément à l'invention, l'échangeur de  my. According to the invention, the heat exchanger

chaleur à faisceau tubulaire comportant des tubes débou-  tube bundle heat with open tubes

chant dans au moins une plaque collectrice, lesdits tubes contenant un perturbateur interne, est caractérisé en ce que la largeur extérieure initiale des spires du pertur- bateur est supérieure au diamètre interne des tubes de façon que chaque perturbateur soit déformé élastiquement et exerce une pression contre la paroi interne du tube  edge in at least one collector plate, said tubes containing an internal disturbance, is characterized in that the initial external width of the turns of the disturbance is greater than the internal diameter of the tubes so that each disturbance is elastically deformed and exerts pressure against the inner wall of the tube

qui le contient lorsqu'il est mis en place dans celui-ci.  which contains it when it is placed in it.

Diverses autres caractéristiques de l'invention  Various other features of the invention

ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui  moreover emerge from the detailed description which

suit. Des formes de réalisation de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au  follows. Embodiments of the invention are shown, by way of non-limiting examples, in

dessin annexé.attached drawing.

La figure 1 est une élévation, en partie arra-  Figure 1 is an elevation, partly rear

chée, d'un échangeur de chaleur mettant en oeuvre l'inv-  heat exchanger implementing the inv-

ention. La figure 2 est une coupe-élévation partielle, à plus grande échelle, d'un tube muni d'un perturbateur  ention. Figure 2 is a partial sectional elevation, on a larger scale, of a tube provided with a disturbance

réalisé selon l'invention.produced according to the invention.

La figure 3 est une coupe prise sensiblement  Figure 3 is a section taken substantially

suivant la ligne III-III de la figure 2.  along line III-III of Figure 2.

La figure 4 est une élévation partielle éclatée d'un tronçon de tube et d'un tronçon de perturbateur  Figure 4 is an exploded partial elevation of a section of tube and a section of disturbance

conformes à l'invention.according to the invention.

La figure 5 est une coupe élévation partielle  Figure 5 is a partial elevation section

illustrant une variante.illustrating a variant.

L'échangeur de chaleur représenté au dessin comporte des tubes 1 qui peuvent présenter la forme d'épingle ou être rectilignes selon que l'échangeur  The heat exchanger shown in the drawing comprises tubes 1 which may have the shape of a pin or be straight depending on whether the exchanger

comporte une ou plusieurs plaques collectrices.  includes one or more collector plates.

Les extrémités des tubes 1 sont engagées dans une plaque collectrice 2, elle-même recouverte par une  The ends of the tubes 1 are engaged in a collecting plate 2, itself covered by a

boite à eau 3.water box 3.

De manière connue, lorsque les tubes 1 sont conformés en épingle, la boîte à eau 3 comporte une cloison médiane 4 délimitant deux chambres 5 et 6 qui communiquent avec des embouts 7 et 8 pour l'amenée respectivement l'évacuation du liquide devant circuler  In known manner, when the tubes 1 are in the form of a pin, the water box 3 comprises a central partition 4 delimiting two chambers 5 and 6 which communicate with end fittings 7 and 8 for respectively supplying the evacuation of the liquid which must circulate

dans les tubes 1.in tubes 1.

Egalement de façon connue, les tubes 1 sont munis de dissipateurs de chaleur 9 constitués, par exemple, par des ailettes. Pour améliorer encore l'échange thermique, des perturbateurs 10 sont disposés dans les tubes 1 ou chacun des deux tronçons rectilignes  Also in a known manner, the tubes 1 are provided with heat sinks 9 constituted, for example, by fins. To further improve the heat exchange, disturbers 10 are arranged in the tubes 1 or each of the two straight sections

des tubes 1 lorsque ceux-ci sont pliés en épingles.  tubes 1 when these are bent into pins.

Les perturbateurs 10 sont réalisés par un fil, de préférence, enroulé en hélice et selon l'invention, le diamètre " 1 des spires de l'hélice est plus grand que  The disturbers 10 are produced by a wire, preferably wound in a helix and according to the invention, the diameter "1 of the turns of the helix is greater than

le diamètre 9 intérieur des tubes 1.  the inside diameter of the tubes 1.

Une extrémité de chaque perturbateur 10 est  One end of each disruptor 10 is

repliée pour former un doigt 11 s'étendant vers l'in-  folded over to form a finger 11 extending inwardly

térieur de la spire terminale, par exemple dans une  of the terminal turn, for example in a

direction radiale.radial direction.

Pour mettre un perturbateur en place dans un tube 1, on utilise avantageusement une tige 12 formant mandrin qui est engagée à l'intérieur des spires pour  To put a disturber in place in a tube 1, a rod 12 forming a mandrel is advantageously used which is engaged inside the turns to

venir prendre appui contre le doigt 11.  come to rest against finger 11.

La tige 12 est ensuite déplacée suivant la  The rod 12 is then moved along the

flèche F1 ce qui a pour effet d'introduire progressive-  arrow F1 which has the effect of gradually introducing-

ment la première spire dont la génératrice externe prend  the first turn whose external generator takes

appui contre la paroi interne du tube 1.  support against the internal wall of the tube 1.

Etant donné que le diamètre 95 i est supérieur au diamètre 0 du tube, les spires du perturbateur 10 sont déformées élastiquementjc'est-à-dire que le pas des spires croît jusqu'à une mesure suffisante pour que  Since the diameter 95 i is greater than the diameter 0 of the tube, the turns of the disturber 10 are elastically deformed, that is to say that the pitch of the turns increases to a sufficient extent so that

lesdites spires puissent glisser à l'intérieur du tube 1.  said turns can slide inside the tube 1.

Lorsque le perturbateur est engagé complètement dans un tube 1 et libéré, sa longueur est légèrement  When the disturber is fully engaged in a tube 1 and released, its length is slightly

augmentée par rapport à celle qu'il présentait initiale-  increased compared to what it presented initially-

ment au repos et il en résulte que la génératrice exté-  lying idle and the result is that the generator

rieure de chaque spire est serrée élastiquement contre la  of each turn is tightened elastically against the

paroi interne du tube.inner wall of the tube.

La pression qu'exerce le perturbateur à l'in- térieur du tube fait qu'il ne peut pas être déplacé par le liquide en circulation malgré l'écoulement perturbé de  The pressure exerted by the disruptor inside the tube means that it cannot be moved by the circulating liquid despite the disturbed flow of

ce liquide.this liquid.

En outre, l'extrémité du perturbateur présentant le doigt 11 se trouvant au niveau de l'amorce du coude que présente le tube 1 en forme d'épingle, il s'ensuit que la paroi du tube ne peut pas être en contact avec une partie vive du perturbateur et, par conséquent, les  In addition, the end of the disruptor having the finger 11 being at the level of the elbow primer presented by the pin-shaped tube 1, it follows that the wall of the tube cannot be in contact with a live part of the disruptor and therefore

risques d'abrasion du tube sont éliminés.  risks of abrasion of the tube are eliminated.

Le perturbateur 10 décrit dans ce qui précède est de préférence réalisé à partir d'un fil de section circulaire en métal bon conducteur de chaleur, par exemple en aluminiumPn nesortirait pas du cadre de l'invention en réalisant le perturbateur à partir d'un fil présentant une forme polygonale en section par exemple celle d'un triangle dont la base appuirait contre  The disturber 10 described in the foregoing is preferably made from a wire of circular cross-section made of metal which is a good heat conductor, for example made of aluminum. Pn would not depart from the scope of the invention by making the disturber from a wire. having a polygonal shape in section for example that of a triangle whose base would bear against

la paroi interne du tube.the inner wall of the tube.

De même il est possible de réaliser le perturba-  In the same way it is possible to realize the disturbance

teur autrement qu'en métal par exemple en matière plasti-  other than metal, for example plastic material

que ou en élastomère.that or in elastomer.

La figure 5 illustre une variante selon laquelle le perturbateur n'est pas enroulé en hélice mais est conformé en zigzag. Dans ce cas, la largeur initiale des spires successives est, comme dans l'exemple précédent, supérieure au diamètre interne du tube 1 de sorte que le  FIG. 5 illustrates a variant according to which the disturber is not wound in a helix but is shaped in a zigzag. In this case, the initial width of the successive turns is, as in the previous example, greater than the internal diameter of the tube 1 so that the

perturbateur est légèrement déformé lors de son engage-  is slightly distorted when engaged

ment pour que les coudes 13 soient serrés élastiquement contre la paroi interne du tube. Comme précédemmant, une extrémité du perforateur forme un doigt 11 s'écartant de la paroi interne du tube. La mise en place du perturbateur est effectuée comme précédemment au moyen d'une tige mais celle-ci est fendue sur toute sa longueur paour le chevaucher et ne prendre appui que sur le doigt 11. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.  ment so that the elbows 13 are tightened elastically against the inner wall of the tube. As before, one end of the perforator forms a finger 11 deviating from the internal wall of the tube. The disruptor is put in place as previously by means of a rod, but the latter is split over its entire length to overlap it and to bear only on the finger 11. The invention is not limited to the examples of embodiment shown and described in detail because various modifications can be made without departing from its scope.

261187>261187>

Claims (7)

REVENDICATIONS l - Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire comportant des tubes (1) débouchant dans au moins une plaque collectrice (2), lesdits tubes (1) contenant un perturbateur interne (10), caractérisé en ce que la largeur initiale des spires du perturbateur est supé- rieure au diamètre interne des tubes (1) de façon que chaque perturbateur soit déformé élastiquement et exerce une pression contre la paroi interne du tube qui le o10 contient lorsqu'il est mis en place dans celui-ci.CLAIMS l - Tube bundle heat exchanger comprising tubes (1) opening into at least one collector plate (2), said tubes (1) containing an internal disturbance (10), characterized in that the initial width of the turns of the disturbance is greater than the internal diameter of the tubes (1) so that each disruptor is elastically deformed and exerts pressure against the internal wall of the tube which contains it when it is placed in it. 2 - Echangeur de chaleur suivant la revendica-  2 - Heat exchanger according to the claim tion 1, caractérisé en ce que l'une des extrémités de chaque perturbateur (10) est repliée vers l'intérieur de la dernière spire pour former un doigt (11) s'écartant de  tion 1, characterized in that one end of each disruptor (10) is folded inwardly of the last turn to form a finger (11) deviating from la paroi du tube.the wall of the tube. 3 - Echangeur de chaleur suivant l'une des  3 - Heat exchanger according to one of the revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le doigt  claims 1 and 2, characterized in that the finger (11) s'étend dans une direction sensiblement radiale.  (11) extends in a substantially radial direction. 4 - Echangeur de chaleur suivant l'une des  4 - Heat exchanger according to one of the revendications 1 à 3, caractériséen ce vue perturbateur  claims 1 to 3, characterized in this disruptive view est réalisé à partir d'un fil enroulé en hélice.  is made from a helically wound wire. - Echangeur de chaleur suivant l'une des  - Heat exchanger according to one of the revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le perturba-  claims 1 to 4, characterized in that the disturbance teur est réalisé en métal.tor is made of metal. 6 - Echangeur de chaleur suivant l'une des  6 - Heat exchanger according to one of the revendications I à 4, caractérisé en ce que le perturba-  claims I to 4, characterized in that the disturbance teur est réalisé en matière plastique ou en élastomère.  tor is made of plastic or elastomer. 7 - Echangeur de chaleur suivant l'une des  7 - Heat exchanger according to one of the revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fil  Claims 1 to 6, characterized in that the wire constituant le perturbateur présente indifféremment une  constituting the disruptor indifferently presents a section ronde ou polygonale.round or polygonal section. 8- Echangeur de chaleur suivant l'une des  8- Heat exchanger according to one of the revendications i à 7, caractérisé en ce qu'il comporte  Claims i to 7, characterized in that it comprises des tubes pliés en épingle, la partie du perturbateur  tubes bent into pins, the part of the disruptor 261187?261187? (10) formant le doigt (11) étant disposée au niveau de  (10) forming the finger (11) being disposed at l'amorce du coude que forment lesdits tubes (1).  the start of the elbow formed by said tubes (1). 9- Echangeur de chaleur suivant l'une des  9- Heat exchanger according to one of the revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le perturba-  claims 1 to 8, characterized in that the disturbance teur est conformé en zigzag.tor is zigzag shaped.
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