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BELL TELEPRONN 1awàcTwiw C(97.'3,71i''.
4, rue Boudewyns Amers.
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REJ1R OIDISSEME:NT D'UN CCRPS A BAUTE 2'E.'t'tl PAR, L'ACTION D'UN LIQUIDE. Cette invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée aux
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7tats-ühia d'Amérique le 5 octobre 1942 au nom de Isïs. Charles Vincent LITTON. L'invention se rapporte aux procédés de refroidissement d'un corps à
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haute température par l'action d'un liquide et, plus spécii'iquewent , au re- froidissement des anodes des tubes à vide.
L'invention constitue en partie un développement de celle qui fait l'objet du brevet belge N 462.579
Dans l'artde refroidir les corps à haute température par un liquide mis en contact direct ou indirect avec ces corps, le fait que la température du corps en contact avec le liquide ne devrait pas être supérieure à la température d'ébullition du liquide semble avoir été, dans beaucoup de cas, négligé entièrement ,et, lorsque l'on s'en est préoccupé , c'est généralement pour aboutir à d'autres modes de refroidissement, tels que le refroidissement par l'air.
En fait, si la température du corps chaud en contact avec le liquide de refroidissement est au-dessus du point d'ébullition de ce liquide, il n'y apra plus de contact avec le liquide le long de la surface du corps chaud, mais plutôt en
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contact avec de la vapeur ou des bulles chargées de vapeur. Ceci supprime immédiatement l'effet de refroidissement par le liquide et, dans un certain sens, on peut dire qu'il n'y a plus de liquide refroidisseur.
Le but principal de la présente invention est de réaliser un refroidissement efficace de corps à haute température au moyen de liquides, en conservant tous les avantages du refroidissement par les liquides et en éliminant les inconvénients certains qui se produisent lorsque la surface rayonnante du corps chaud est à une température au-dessus de celle du point d'ébullition du liquide, le procédé permettant même dans ce cas, un refroidissement efficace.
Le but signalé , ainsi que d'autres buts et avantages de l'invention et la manière d'y parvenir , apparaîtront plus clairement et seront complètement expliques par la description suivante, accompagnée des dessins ci-après énumé- rés :
La figure 1, qui est la section verticale d'une anode refroidie par un liquide par l'intermédiaire d'ailettes, les dispositions prises pour le refroidissement étant conformes aux principes de base de l'invention - la figure -- qui est fragment de la section transversale selon la droite 2-2 de la figure 1, fragment dessiné à grande échelle et montrant la disposition des ailettes selon les principes de l'invention - la figure 3 qui est la section verticale d'un type modifié de dispositif de refroidissement, conforme à l'invention,
pour l'anode d'un tube à vide - la figure 4 qui est un fragment , à grande échelle, de la section transversale suivant la droite 4-4 de la figure 5- la figure 5 qui est la section verticale d'un troisième type de dispositif de refroidissement , conforme l'Invention, pour l'anode d'un tube à vide - la figure 6 qui est un fragment , à grande échelle, de la section transversale suivant la droite 6-6 de la figure 5 - la figure 7 qui est la section verticale d'un quatrième type de dispositif de refroidissement , conforme à l'invention, pour l'anode d'un tube à vide - la figure 8 qui est un fragment , à grande échelle de la section transversale du dispositif de la figure 7 - la figure 9 qui est, en partie,
la section verticale d'un autre type dé dispositif de refroidissement pour l'anode d'un tube à vide, toujours conforme
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à l'invention , mais avec des ailettes de refroidissement de dispositions combinées longitudinales et annulaires. la figure 10 qui est un fragment , grande échelle de la section transversale du dispositif de la figure 9, suivantla droite 10-10 - la figure 11, qui est la section verticale d'une disposition encore modifiée du refroidissement pour l'anode d'un tube à vide - la figure 12 qui est un fragment à grande échelle de la section transversale du dispositif de la figure 11 selon la droite 12-12.
Un système de refroidissement réduit à sa forme la plus simple est représente sur les figures 1 et 2, montrant, selon les principes de l'invention, une disposition pour refroidir une anode 10 constituant une partie de l'enveloppe d'un tube vide 11.
Dans le cas d'un tube de cette espèce , on peut avoir à dissiper une énergie calorifique de 300 watts par@@@centiètre carré de surface d'anode et l'on admettra , pour les besoins de l'expose , que la plus haute température que le tube puisse supporter sans dommage est de 320 degrés. centigrade à la surface de l'anode Si l'on veut refroidir efficacement avec de l'eau, la plus haute température acceptable pour cette eau sera de 100 degrés centigrade, ce qui laisse 220 degrés centigrade de différence avec la température limite acceptable sur l'anode.
Si l'anode 10 est entourée par une pièce tubulaire 12 dont la surface intérieure porte un certain nombre d'ailettes longitudinales 13 espacées régulièrement et s'étendant radialement jusqu'au contact de la surface de l'anode, la température de l'anode tendra à se propager vers l'extérieur par ces ailettes vers la pièce tubulaire la. En choisissant convenablement la largeur de ces ailettes , l'aire circulaire qui est embrassée en s'éloignant de l'anode peut augmen- ter de telle sorte que la chaleur qui devait être prise sur la surface rayonnante effective ( chaleur évaluée à 300 watts par centimètre carré d'anode) soit réduite à 75 watts par centimètre carré, soit à l'équivalent d'une température de 100 degrés centigrade.
Les ailettes qui répondent à une telle condition peuvent alors être refroidies au moyen d'une circulation d'eau convenable, grâce à une enveloppe 14 entourant la pièce tubulaire 12 à une certaine distance de celle-ci, l'entrée de l'eau étant en 15 et sa sortie en 16.
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Avec cette disposition , l'eau servant au refroidissement ne sera jamais en contact avec des parties motalliques au-dessus de 100 degrés centigrade et, ainsi, le refroidissement sera tout fait efficace. Le gradient de température de 320 degrés qui existera entre la surface de l'anode et les parties métalliques en contact avac l'eau est la manifestation permanente de l'écoulement de la chaleur do l'anode vers l'appareil à circulation d'eau .On notera que, si une anode à ailettes était simplement plongée dans l'eau, le gradient de température n'existerait pas et la chaleur ne serait pas dirigée.
Une autre réalisation préférentielle de l'invention est représentée par les figures ;3 et 4. L'anode 30 du tube 31 est enfermée dans un dispositif de refroidissement comportant des ailettes 33 engagées contre la surface de l'anode. Les bords extérieurs de ces ailettes sont encerclées par un (ou plusieurs) serpentins de tubes de refroidissement dans lesquels circulera un fluide refroidissant , Un seul serpentin 34, ayant son entrée en 35 et se sortie en 56 est représenté sur la fleure 5.
Pour aider à l'action de refroidissement , la dispositif de la figure 3 comporte également un collier de tête annulaire 57 adapté pour déverser vers le bes , le long des ailettes, du fluide finement divise par des-ajustages ou ouvertures convenables 38. Grâce à cet arrangement complémentaire la température aux bords extérieurs des ailettes 33 (bords en contact avec les tubes refroidisseurs 34) peut être inférieure à 100 degrés centigrade, de telle sorte qu'un seul serpentin refroidisseur sera suffisant .
L'emploi du collier arroseur sur les ailettes 33 offre l'avantage de pouvoir utiliser la chaleur latente d'évaporation de l'eau tombant sur les ailettes. Le refroidissement principal reste cependant réservé au liquide circulant dans le tube 3,;,et les principes de base de l'invention , notamment l'utilisation du gradient de température dans les ailettes pour limiter la température de celles-ci à 100 degrés environ (ou moins) au contact de la paroi refroidissante, sont entièrement maintenus.
Une autre réalisation préférée de l'invention est représentée par les figures 5 et 6, dans lesquelles l'anode 50 du tube 52 est toujours refroidie par un dispositif comportant une pluralité d'ailettes 52.
Les ailettes sont assemblées et supportées de façon convenable, qui sera comprise par l'homme de l'art et dont les détails ne sont pas donnés ici.
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Cette remarque s'applique, non seulement aux figures 5 et 6, mais encore à toutes les autres réalisations de l'invention qui sont ici décrites.
Dans la réalisation préférée des figures 5 et 6 , les ailettes longi- tudinales 52 sont plus larges que dans les types illustrés par les figures 1 à
4, de façon telle que la chaleur à dissiper par les bords extérieurs de ces ailettes puisse être prise à une température moyenne de 65 degrés centigrade. Les ailettes sont alors refroidies par un certain nombre de groupes de tubes verti- caux 56, 57, 58. L'eau de refroidissement arrive par les tubes d'amenée 56, les- quels sont, de préférence ,réunis ensemble à leur base par un procédé convenable, tel un collier 59. L'eau monte par les tubes 56, descend par les tubes 57 et remonte ensuite par les tubes 58, l'ensemble de ces dispositions assurant un refroidissement très complet des ailettes.
Les extrémités supérieures des tubes
58 peuvent être reliées ensemble par un collier 60, qui sert de collier général de sortie pour l'eau de refroidissement. Si l'arrangement a été bien calculé, la température des ailettes au voisinage des tubes 56 sera d'environ 65 degrés centi- grade et l'eau qui circule dans les tubes 56 atteindra cette température qu'à la sortie des tubes 56. Cette température se maintiendra dans les tubes 57, mais les tubes 58 seront adjacent, à des parties des ailettes où la température est d'environ 100 degrés centigrade et l'eau y absorbera encore de la chaleur et ne sortira du collier 60 qu'à une température très voisine ( quoiqu'au-dessous) du point d'ébullition.
On voitde nouveau que , sous la forme illustrée par lesfigures bet 6, le principe de réaliser un gradient de température sur des ailettes 52 est toujours observé et que, nulle part la température des ailettes ,aux points de contact avec le liquide refroidisseur, ne dépasse le point d'ébullition de ce liquide.
Les figures 7 et 8 représentent une autre réalisation de l'invention dans le}quelle l'anode 70 du tube 71 est enfermée dans un dispositif de refroidissement où une pluralité d'ailettes longitudinales 72, venant de la surface intérieure d'une enveloppe 71 sont en contact avec l'anode. Une seconde série d'ailettes 75 est disposée à l'extérieur de l'enveloppe 74. Ces dernières ailettes, pour avoir l'efficacité maximum, doivent être de section triangulaire, comme on le voit sur la figure 8. Chacune d'elles est perforée et, dans le cas des figures
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7 et 8, un triple système de tuyaux de refroidissement 75, 77 et 78 passe par ces perforations.
Les tuyaux correspondants de chaque série sont reliés par des colliers de distribution, savoir : les colliers de distribution 8C et 81 pour les tuyaux 78; les colliers 82 et 83 pour les tuyaux 77 et enfin les colliers 84 et85 pour les tuyaux 78.
Au delà des ailettes 75, le collier de distribution inférieur 80 de la rangée de tuyaux la plus extérieure est relié au collier de distribution supérieur 83 de la rangée médiane des tuyaux (tuyaux 77) par une sériede petits tuyaux 86, De même, le collier inférieur 82 de la rangée médiane de tuyaux de refroidissement est relié par des tuyaux 87 ou collier supérieur 85 de la rangée interne des tuyaux de refroidissement (tuyaux 78).
L'arrivée du fluide refroidissant est représentée en 88, dans le collier de distribution 81 ; la sortie de ce fluide s'opère en 89 à partir du collier 84,
Au lieu des tuyaux individuels 86 et 87 disposés en grand nombre pour l'interconnexion des colliers de distribution, on peut se servir d'un tuyau unique de capacité convenable pourvu que la circulation générale du liquide se maintienne partout comme il est indiqué par des flèches sur la figure 7.
La section triangulaire des ailettes 75 doit être calculée , de préférence, de telle sorte que la variation de le section par laquelle la chaleur sera transmise soità peu près proportionnelle à la variation de la chaleur à transmettre; dans ces conditions, la chute de la température sera linéaire le long des ailettes.
Le sens de l'écoulement du fluide est le même dans les tubes 76, 77 et 78, les tubes 76 étant les plus froids et les tubes 78 les plus chauds.
La construction de ce dispositif serait sim@lifiée si les ailettes 75 étaient de section reotangulaire au lieu d'être de section triangulaire. Il en résulterait bien une certaine diminution de rendement , mais ,si les ailettes sont convenablement proportionnées , le refroid@ssement effectif peut être ac- oompli de façon satisfaisante. Dans le cas d'ailettes 75 à section rectangulaire, l'épaisseur de ces ailettes sera choisie , de préférence, d'environ des deux tiers de leur largeur.
Une autre réalisation de l'invention est encore représentée par les figures 9 et 10 où l'on voit l'anode 90 du tube 91 entourée par un dispositif de
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refroidissement comprenant une enveloppe 92 à partir de la surface intérieure de laquelle se projettent des ailettes 93 venant jusqu'au contact de l'anode 90. De l'autre cote de l'enveloppe 92, une pluralité d'ailettes hélicoïdales 94 font corps avec l'enveloppe ou bien lui sont attachées de façon convenable. Les ailettes 94 sont de section rectangulaire comme on le voit sur la figure 9, mais elles peuvent aussi être de section triangulaire comme l'étaient les ailettes 75 de la figure 8.
L'ensemble représenté par la figure 9 comporte douze ou quinze ailettes, bien qu'un nombre arbi traire convenable puisse être adopté, entre lesquelles sont disposées une couche inférieure de tubes de refroidissement 95 et une couche supérieure 96. Les tubes 96 sont reliés individuellement à un collier supérieur de distribution 97 p,ourvu d'un tuyau d'alimentation 98; ils sont régulièrement espacés sur la circonférence de ce collier. Les extrémités inférieures des mêmes tubes sont reliées de façon similaire à un collier inférieur 99 qui sera relié à son tour, par un tuyau 100, au collier de distribution supérieur 101 servant à réunir les extrémités supérieures des tubes 95.Les extrémités inférieures des tubes 95 sont enfin réunies par le collier inférieur 102, lequel est pourvu d'une tuyauterie de sortie 103.
Comme dans les réalisations déjà décrites, les ailettes 93 créant un gradient de température entre l'anode 90 et l'enveloppe 92, cette dernière étant refroidie par le dispositif de circulation d'eau qui produit un gradient de température dans les ailettes extérieures 94.
L'arrangement représenté sur les figures 9 et 10 fournit un moyen d'utiliser de petits tubes pour faire circuler effectivement une grande quantité de liquide, de sorte que le nombre voulu de litres à la minute peut être injecté dans les tubes de refroidissement.
Les réalisations préférentielles qui ont été décrites étaient conques pour utiliser de l'eau comme liquide refroidisseur et de telle sorte que la tempé- rature du corps à refroidir ne puisse pas porter cette eau à l'ébullition, ce qui aurait fait perdre de l'efficacité au système,
Il est cependant visible que les divers modes de refroidissement qui font l'objet de l'invention et, particulièrement , ceux qui sont représentés sur les figures 3 à 10 , peuvent opérer avec succès à des températures considérablement plus élevées que la température d'ébullition de l'eau. Ceci est dû au fait que la résistance à la formation des bulles de vapeur est plus grande dans ;la.
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présenta système present que dans les sytèmes à circulation d'eau ordinaires.
Pour pouvoir se former, les bulles de vapeur doivent déplacer un égal volume d'eau . Dans les enveloppes d'eau ordinaires, ceci se produit aisément, l'eau étant simple- ment poussée tout autour de l'anode. Dans les appareils de la présente invention, pour se former en vapeur, chaque bulle doit imprimer une grande augmentation de vitesse à une longue colonne d'eau circulant dansun tube étroit avec beau- coup de frottement et, par conséquent, il faut une température très supérieure à celle du point d'ébullition de l'eau pour surmonter la pression de l'eau dans les tubes et engendrer de la vapeur.
Dans les figures 11 et 12, on a représenté une autre réalisation de l'invention, en vue de refroidir avec un liquide autre que l'eau, tel que le " Prestone" et permettant une plus haute température au contact du liquide.
L'anode 110 du tube 111 est enfermée dans une chemise relativement épaisse 112 d'un métal conducteur convenable faisant contact avec l'anode par sa surface intérieure et portant à sa surface extérieure, soit faisant corps avec elle, soit convenablement fixée , une aailette hélicoïdale unique 113. Entre les cir- convolutions de cette ailette, sont disposées, par exemple, trois couches de tubes 114,115 et 116 pour la circulation du fluide refroidissant.
Le fluide est amené par le tuyau 117 au bas de la couche la plus extérieure 116, il est ramené par un tuyau 118 du sommet des tubes 116 au bas des tubes 115 constituant la couche moyenne des tubes de refroidissement et enfin par un tuyau 119 du sommet des tubes 115 au bas dos tubes 114 qui constituent la couche interne des tubes de refroidissement . La sortie du liquide refroidisseur s'effectue par le tuyau 120 à la partie supérieure des tubes 114. La chemise métallique 112 assure le gradient de température entre la surface de l'anode et les tubas de refroidisse- mentdisposds en spi@@le,
La construction représentée par les figures 11 etla peut être modifiée pour permettre le débit d'un plus grand volume de fluide en adoptant une dis- position des tubes de refroidissementen parallèle, mais avec un fluide refroi- disseur tel que le " Prestone" il suffit de moins de tubes en parallèle,
D'autres modifications de l'invention seront apparentes pour l'homme de l'art sans sortir de la portée définie par les principes de l'invention.
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REJ1R OIDISSEME: NT D'UN CCRPS A BAUTE 2'E.'t'tl BY, THE ACTION OF A LIQUID. This invention is the subject of a patent application filed in
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7 States-Uhia of America on October 5, 1942 in the name of Isis. Charles Vincent LITTON. The invention relates to methods of cooling a body to
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high temperature by the action of a liquid and, more specifically, by cooling the anodes of vacuum tubes.
The invention is in part a development of that which is the subject of Belgian patent N 462,579
In the art of cooling bodies to high temperatures by a liquid brought into direct or indirect contact with these bodies, the fact that the temperature of the body in contact with the liquid should not be higher than the boiling point of the liquid seems to have been, in many cases, neglected entirely, and, when this has been concerned, it is usually to lead to other modes of cooling, such as air cooling.
In fact, if the temperature of the hot body in contact with the coolant is above the boiling point of this liquid, there will be no contact with the liquid along the surface of the hot body, but rather in
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contact with steam or steam-laden bubbles. This immediately removes the liquid cooling effect and in a sense it can be said that there is no more coolant.
The main object of the present invention is to achieve efficient cooling of high temperature bodies by means of liquids, retaining all the advantages of cooling by liquids and eliminating the certain drawbacks which arise when the radiating surface of the hot body is at a temperature above that of the boiling point of the liquid, the process allowing even then effective cooling.
The stated object, together with other objects and advantages of the invention and the manner of achieving it, will appear more clearly and will be fully explained by the following description, together with the drawings which are listed below:
Figure 1, which is the vertical section of an anode cooled by a liquid via fins, the cooling arrangements being in accordance with the basic principles of the invention - the figure - which is fragment of the cross section along line 2-2 of figure 1, fragment drawn on a large scale and showing the arrangement of the fins according to the principles of the invention - figure 3 which is the vertical section of a modified type of cooling device , in accordance with the invention,
for the anode of a vacuum tube - figure 4 which is a fragment, on a large scale, of the cross section along the line 4-4 of figure 5 - figure 5 which is the vertical section of a third type of cooling device, according to the invention, for the anode of a vacuum tube - figure 6 which is a fragment, on a large scale, of the cross section along the line 6-6 of figure 5 - the figure 7 which is the vertical section of a fourth type of cooling device, according to the invention, for the anode of a vacuum tube - figure 8 which is a fragment, on a large scale of the cross section of the device of figure 7 - figure 9 which is, in part,
the vertical section of another type of cooling device for the anode of a vacuum tube, still conforming
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to the invention, but with cooling fins of combined longitudinal and annular arrangements. Figure 10 which is a fragment, large scale of the cross section of the device of Figure 9, taken along line 10-10 - Figure 11, which is the vertical section of a further modified arrangement of cooling for the anode of a vacuum tube - figure 12 which is a large-scale fragment of the cross section of the device of figure 11 taken on line 12-12.
A cooling system reduced to its simplest form is shown in Figures 1 and 2, showing, according to the principles of the invention, an arrangement for cooling an anode 10 constituting a part of the casing of an empty tube 11 .
In the case of a tube of this kind, it may be necessary to dissipate a heat energy of 300 watts per square centiètre of anode area and it will be assumed, for the purposes of the discussion, that the most high temperature that the tube can withstand without damage is 320 degree. centigrade on the surface of the anode If one wants to cool efficiently with water, the highest acceptable temperature for this water will be 100 degrees centigrade, which leaves a difference of 220 degrees centigrade with the acceptable limit temperature on l 'anode.
If the anode 10 is surrounded by a tubular part 12, the inner surface of which carries a number of regularly spaced longitudinal fins 13 extending radially until contact with the surface of the anode, the temperature of the anode will tend to propagate outwardly through these fins towards the tubular part 1a. By suitably choosing the width of these fins, the circular area which is embraced away from the anode can increase so that the heat which was to be taken from the effective radiating surface (heat rated at 300 watts per square centimeter of anode) either reduced to 75 watts per square centimeter, or the equivalent of a temperature of 100 degrees centigrade.
The fins which meet such a condition can then be cooled by means of a suitable circulation of water, thanks to a casing 14 surrounding the tubular part 12 at a certain distance therefrom, the water inlet being in 15 and its output in 16.
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With this arrangement, the water used for cooling will never come in contact with motallic parts above 100 degrees centigrade and, thus, the cooling will be quite effective. The temperature gradient of 320 degrees which will exist between the surface of the anode and the metal parts in contact with the water is the permanent manifestation of the flow of heat from the anode to the water circulation apparatus. Note that if a finned anode were simply immersed in water, the temperature gradient would not exist and the heat would not be directed.
Another preferred embodiment of the invention is represented by Figures 3 and 4. The anode 30 of the tube 31 is enclosed in a cooling device comprising fins 33 engaged against the surface of the anode. The outer edges of these fins are encircled by one (or more) coils of cooling tubes in which a cooling fluid will circulate, A single coil 34, having its inlet at 35 and exiting at 56 is shown in flower 5.
To aid in the cooling action, the device of Figure 3 also includes an annular head collar 57 adapted to discharge downwardly, along the fins, finely divided fluid through suitable fits or openings 38. this complementary arrangement the temperature at the outer edges of the fins 33 (edges in contact with the cooling tubes 34) can be less than 100 degrees centigrade, so that a single cooling coil will be sufficient.
The use of the sprinkler collar on the fins 33 offers the advantage of being able to use the latent heat of evaporation of the water falling on the fins. The main cooling however remains reserved for the liquid circulating in the tube 3,;, and the basic principles of the invention, in particular the use of the temperature gradient in the fins to limit the temperature thereof to about 100 degrees ( or less) in contact with the cooling wall, are fully maintained.
Another preferred embodiment of the invention is represented by Figures 5 and 6, in which the anode 50 of the tube 52 is always cooled by a device comprising a plurality of fins 52.
The fins are suitably assembled and supported, which will be understood by those skilled in the art and the details of which are not given here.
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This remark applies not only to FIGS. 5 and 6, but also to all the other embodiments of the invention which are described here.
In the preferred embodiment of Figures 5 and 6, the longitudinal fins 52 are wider than in the types shown in Figures 1 through.
4, so that the heat to be dissipated by the outer edges of these fins can be taken at an average temperature of 65 degrees centigrade. The fins are then cooled by a number of groups of vertical tubes 56, 57, 58. The cooling water arrives through the supply tubes 56, which are preferably joined together at their base by a suitable process, such as a collar 59. The water rises through the tubes 56, descends through the tubes 57 and then rises through the tubes 58, all of these arrangements ensuring very complete cooling of the fins.
The upper ends of the tubes
58 can be connected together by a collar 60, which serves as a general outlet collar for the cooling water. If the arrangement has been correctly calculated, the temperature of the fins in the vicinity of the tubes 56 will be about 65 degrees centigrade and the water which circulates in the tubes 56 will reach this temperature only at the outlet of the tubes 56. This The temperature will be maintained in the tubes 57, but the tubes 58 will be adjacent, to parts of the fins where the temperature is about 100 degrees centigrade and the water will still absorb heat there and only exit the collar 60 at a temperature very close to (although below) the boiling point.
It can be seen again that, in the form illustrated by the figures bet 6, the principle of producing a temperature gradient on fins 52 is always observed and that nowhere does the temperature of the fins, at the points of contact with the coolant liquid, exceed the boiling point of this liquid.
Figures 7 and 8 show another embodiment of the invention in which the anode 70 of the tube 71 is enclosed in a cooling device where a plurality of longitudinal fins 72, coming from the inner surface of a casing 71 are in contact with the anode. A second series of fins 75 is arranged outside the casing 74. These latter fins, to have maximum efficiency, must be of triangular section, as can be seen in FIG. 8. Each of them is perforated and, in the case of the figures
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7 and 8, a triple system of cooling pipes 75, 77 and 78 passes through these perforations.
The corresponding pipes of each series are connected by distribution collars, namely: the distribution collars 8C and 81 for the pipes 78; the clamps 82 and 83 for the pipes 77 and finally the clamps 84 and 85 for the pipes 78.
Beyond the fins 75, the lower distribution collar 80 of the outermost row of pipes is connected to the upper distribution collar 83 of the middle row of pipes (pipes 77) by a series of small pipes 86. lower 82 of the middle row of cooling pipes is connected by pipes 87 or upper collar 85 of the inner row of cooling pipes (pipes 78).
The arrival of the cooling fluid is shown at 88, in the distribution collar 81; the exit of this fluid takes place in 89 from the collar 84,
Instead of the individual pipes 86 and 87 arranged in large numbers for the interconnection of the distribution collars, a single pipe of suitable capacity can be used provided that the general circulation of the liquid is maintained everywhere as indicated by arrows. in figure 7.
The triangular section of the fins 75 should preferably be calculated such that the variation in the section through which the heat will be transmitted is roughly proportional to the variation in the heat to be transmitted; under these conditions, the drop in temperature will be linear along the fins.
The direction of fluid flow is the same in tubes 76, 77 and 78, with tubes 76 being the coldest and tubes 78 being the hottest.
The construction of this device would be simplified if the fins 75 were of reotangular section instead of being of triangular section. Some reduction in efficiency would result, but if the fins are suitably proportioned, the actual cooling can be satisfactorily accomplished. In the case of fins 75 of rectangular section, the thickness of these fins will preferably be chosen from about two-thirds of their width.
Another embodiment of the invention is further represented by FIGS. 9 and 10 where one sees the anode 90 of the tube 91 surrounded by a device for
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cooling comprising a casing 92 from the inner surface of which project fins 93 coming into contact with the anode 90. On the other side of casing 92, a plurality of helical fins 94 are integral with the envelope or are properly attached to it. The fins 94 are of rectangular section as seen in Figure 9, but they can also be of triangular section as were the fins 75 of Figure 8.
The assembly shown in Fig. 9 has twelve or fifteen fins, although a suitable arbitrary number can be adopted, between which are disposed a lower layer of cooling tubes 95 and an upper layer 96. The tubes 96 are individually connected. to an upper distribution collar 97 p, provided with a supply pipe 98; they are evenly spaced around the circumference of this collar. The lower ends of the same tubes are connected in a similar fashion to a lower collar 99 which will be connected in turn, by a pipe 100, to the upper distribution collar 101 serving to join the upper ends of the tubes 95. The lower ends of the tubes 95 are finally joined by the lower collar 102, which is provided with an outlet pipe 103.
As in the embodiments already described, the fins 93 creating a temperature gradient between the anode 90 and the casing 92, the latter being cooled by the water circulation device which produces a temperature gradient in the outer fins 94.
The arrangement shown in Figures 9 and 10 provides a means of using small tubes to effectively circulate a large quantity of liquid, so that the desired number of liters per minute can be injected into the cooling tubes.
The preferred embodiments which have been described were designed to use water as a cooling liquid and so that the temperature of the body to be cooled could not bring this water to the boil, which would have caused loss of water. system efficiency,
It is however visible that the various cooling modes which are the object of the invention and, in particular, those which are represented in Figures 3 to 10, can operate successfully at temperatures considerably higher than the boiling point. some water. This is due to the fact that the resistance to the formation of vapor bubbles is greater in;
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presented system present only in ordinary water circulation systems.
In order to form, vapor bubbles must displace an equal volume of water. In ordinary water jackets this happens easily, with the water simply being pushed around the anode. In the apparatus of the present invention, in order to form vapor, each bubble must impart a great increase in speed to a long column of water circulating in a narrow tube with a great deal of friction and, therefore, a very high temperature is required. higher than the boiling point of water to overcome the pressure of the water in the tubes and generate steam.
In Figures 11 and 12, there is shown another embodiment of the invention, for cooling with a liquid other than water, such as "Prestone" and allowing a higher temperature in contact with the liquid.
The anode 110 of the tube 111 is enclosed in a relatively thick jacket 112 of a suitable conductive metal contacting the anode through its interior surface and carrying on its exterior surface, either integral with it or suitably fixed, a fin. single helical 113. Between the convolutions of this fin are arranged, for example, three layers of tubes 114, 115 and 116 for the circulation of the cooling fluid.
The fluid is brought by the pipe 117 to the bottom of the outermost layer 116, it is brought by a pipe 118 from the top of the tubes 116 to the bottom of the tubes 115 constituting the middle layer of the cooling tubes and finally by a pipe 119 of the top of the tubes 115 at the bottom back tubes 114 which constitute the inner layer of the cooling tubes. The coolant exits through the pipe 120 at the top of the tubes 114. The metal jacket 112 ensures the temperature gradient between the surface of the anode and the cooling tubes arranged in a coil.
The construction shown in Figures 11 and 1a can be modified to allow the flow of a larger volume of fluid by adopting a parallel cooling tube arrangement, but with a coolant such as "Prestone" it suffices. fewer tubes in parallel,
Other modifications of the invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope defined by the principles of the invention.