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"E214",n: pour appareils échaneurs de ch&lsur,, p1'oc(';lo;; pour su fabrication,, st a::?J,l'8ils 0chan- due chaleur montes à l'aide d.::; cas Z', '-: .i,,Dr.-'-s.11
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L ' élément pour appareils 6c:e..n;;UI's de chaleur,, for- mant l'objet do la présente invention., est caractérisé par un
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tube Métallique comportant au moins une ailette s'étendant dans
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le sens longitudinal le celui-ei et formant corps avec 1s tube., cette ailette étant perforée, wu uoins sur une partie de sa.
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circonférence, d'ouvertures transversales ou de fentes, l'ai-
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lette ou les ailettes formant un angle quelconque a:t'13c le dia- 11N,'Lrv du tube, et aussi entre elles, clans le cas de plusieurs
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ailet tes.
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La terme "ailette" est utilisé dans losens le plus large et couprend également des nervures ou autres éléments en saillie.
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Lo tube métallique peut être fabriqué,, à '. û.ù dess procédés utilisas habituellement pour la fabrication de tubes, c'est-à-dire de bandes métalliques, par pressage, laminage, étirage, ou la. combinaison de ces procèdes., de préférence en coquille., en une seule opération, ce qui est possible, étant
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donné que les a-iletses ou les nervurest s'étendent dans la di- rection de la génératrice. "Une opération" signifie que le tu- be est fabriqué simultanément avec les ailettes.
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Dans les tubes à plusieurs ailettes, au uoins une aile'Le comporte des découpures ou des fentes.
Dans un mode de réalisation préféré, les ailettes s'étendent dans le sens radial, tandis que, dans un deuxième
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1.10:16 :le réalisation, présentant également de nombreux avanta- [2:sJ les ailettes s'étendent dans le sens tangentiel.
Dans les tubes comportant plus d'une ailette, deux ailettes sont disposées, de préférence, dans un plan .'..iai;i,:'1.'ï.L.. ou JGo.n(;en'i0:'.
Les parties d'ailettes perforées ou fendues forment, de préférence, une surface perforée à la manière d'une person- ne.
Celle-ci est obtenus, de préférence,, en fendant les ailettes en des bandes transversales, tout on laissant de cha- que côté une bande étroite latérale, et en repoussant ces ban- des transversales, de façon à les faire sortir du plan des ai-
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rottes.
L'avantage des ailettes perforées à la Manière d'une :pcrsi::m:13J par rapport ii 2 des allâtes lisses perforées, réside
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dans fait qu'ailes sont plus résistantes aux efforts mé-
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canique, tels que les flexions. D'autre part, étant donne que l'ailette à surface perforée en persienne est fabriquée sans enlevèrent de matière, non seulement la surface de la. totali- té de la matière de l'ailette est disponible pour la transmis - sion de la chaleur, mais la surface est grandie par le fenda- ge.
Des bourrelets formas éventuellement aux extrémités
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des ailettes jouent un rôle important lors de 1'.ssc..û àa des élÚH3n'cs.
Dans la descriptions qui va suivre., l'élément duorit est désigné "tube à ailettes".
Le tube à ailettes permet, suivant les buts envisages,
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avec des moyens très sippiss et en la matière choisie, de fa- briquer, dans chaque d.Olüaine industriel où surgissent des pro- blèmes d'échange de chaleur, des appareils éohangsurs de cha- leur, à savoir:
des apparails de chauffage, de refroidisse- ment, de condensation et de séchage, sans tenir compte de 1'- 'ûC.La3 physique du véhicule de chaleur, de l'ayant transmettait la. chaleur, et de l'agent dégageant la chaleur, ce dernier pouvant aussi être chauffe à l'aide du courant électrique.
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On suait que les tubes métalliques sont des éléments constructifstrès importants des appareils échangeurs de chaleur. Etant donné les conditions de transmission de chaleur des deux milieux échangeant de la chaleur entre eux ne sont pas identiques dans la plupart des cas, on a déjà trouvé nécessaire d'agrandir la surface du côté transmettant le moinsbian la chaleur.
Ceci conduisait à l'utilisation de tubes à nervures ou à lamelles, dont les nervures ou lamelles
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';'l;:J.,i;nt j'\.1.S(lU 'ioi perpendiculaires au sens axial du tube. Les avantages thermiques du tube à ai.3'b";e 3 suivant
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l'invention Sont les suivants : I.- on sait qu'un milieu s'écoulant le long de surfaces est freine par frottement et adhérence., de tellesorte qu'il se forme une couche ayantun effet de calorifugeage; cette co couche liait est dits couche de Prantl.
Suivant l'invention, les ailettes métalliques du tu- be sont agencées de telle façon que le milieu en mouvement soit en contact avec la surface de transmission de chaleur le long du chemin le plus court., ce qui empêche toute for- mation d'une couche limite, de façon à améliorer la transmis- sion de chaleur d'une façon subite.
2.- la surface efficaces de transmission de chaleur des ailettes du tube augmente considérablement grâce aux découpures en persienne. Par exemple, l'augmentation de la surface est de 50 , ., lorsqu'on découpe une ailette d'une épaisseur de I ni.:. en des bandes de 2 mu. et en repoussant les dites bandes de façon à les faire sortir de leur plan.
3.- la transmission de chaleur entre la surface de l'ai lette et l'agent en circulation s'effectue non seulement par convection, mais aussi, dans une très large mesure., par rayonnement. Toutefois, tandis que dans les tubes connus à nervures transversales la chaleur dégagée par rayonnement estnégligeable, à cause de 2'interaction des nervures, la chaleur de rayonnement estpleinement efficace dans le cas des ailettes s'étendant dans le sens de la génératrice.
Etant donne quele rayonnement dépend., entre au- tres, aussi de l'état de la surface rayonnante, et que le pouvoir de rayonnement de chaleur d'une, surface rugueuse dépasse sensiblement celui d'une surface lisse, le pouvoir de rayonnement de chaleur de surfaces en persienne est sen- siblement supérieur à celui de tubes lisses à lamelles,
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étant donné que la surface en persiene est équivalente à une surface très rugueuse.
Toutes choses étant égales d'ailleurs, la somme des avantages cites sous 1 à 3, augmente souvent l'efficacité de la transmission de chaleur obtenus parles ailettes, de dix à vingt fois, ce à quoi s'ajoutent encore d'autres facteurs augmentant la transmission de chaleur.
Toutefois , l'effet commun des facteurs augmentant l'é- ohange de chaleur ne peut se Manifester que si l'agent circulant dans le tube est susceptible de transmettre sa chaleur à travers la paroi du tube, c' est-à-dire de celle-ci aux ailettes.
Une caractéristique importante de l'invention est le fait de rendre aptes les ailettes à une bonne absorption de cha- leur. Le problème d'une liaison parfaite assurant une bonne con- duction de chaleur entre les ailettes et la paroi du tube est résolu, suivant l'invention, en ce que les ailettes forcent corps avec la paroi du tube. Cet-ce mesure réduit en même teups le prix de fabrication des tubes à ailettes, d'autant plus que ceux-ci sont fabriqués en une seule opération.
Il est donc inutile de fabriquer les nervure séparément pour les Monter sur les -cubes lisses et établir, par exemple, par brasure ou soudure avec la paroi du tube, une liaison, susceptible de conduire la chaleur.
Une telle liaison coûteuse et réalisant une conduction de chaleur douteuse est d'une valeur discutable et exclut enco- re l'utilisation de certaines Matières telle que l'aluminium.
En outre., la brasure et la soudure s'avèrent, au delà, de certaines températures, à cause de la dilatation qui se pro- duite comme uneliaison ayant peu de valeur du point de vuo con- duction de chaleur.
L'invention a, en outre., pour but un agenceront des
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tubes à ailettes., améliorant la transmission de chaleur à l'in- térieur du tube, Suivant cet agencement., le tube à ailettes est muni, à 'intérieur, de cloisons et/ou de nervures. Les cloisons ou les nervures formant pièce avec les parois du tube accroissent la, transmission de chaleur à l'intérieur du tube. de façon à augmenter considérablement le pouvoir de transmission de chai eur de celui-ci., tout en permettant aussi aux ailettes de manifester une efficacité accrue.
Les appareils échangeurs de chaleur fabriqués à l'aide des tubes à ailettes., suivant l'invention, présentent, par rap- port aux appareils connus, certains avantages importants., à sa- voir : a) les appareils exigent, pour une puissance égale, moins de matières., de façon à pouvoir être fabriqués sous une forme plus légère et moins encombrante ; b) leur fabrication est simple et, à cause de la suppres- sion de sources d'erreurs, aussi plus sûre; c) ils permettent l'utilisation de matières., telles qu'à- luminium., qui ne pouvaient être employées jusqu'ici pour la fa- bricaction d'appareils échangeurs de chaleur.
Grâce à sa bonne conductibilité de chaleur, son faible poids spécifique et son prix de revient comparativement bas, ce métal constitue une ma- tière intéressante, ulais dont l'utilisation pratique est spuvent gênée par le fait qu'il est difficile à souder, et ne peut être brasé que d'une panière compliquée etpeu sûre; d) ils permettent la fabrication de serpentins, éléments en forme d'épingle à cheveux., et autres éléments similaires;
e) ilsassurent un meilleur nettoyage -que dans le cas de tubes à nervures comportant des lamelles soudées., étant donné que, dans ceux-ci, des coins et angles accumulateurs de suie et
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de crasse sont constitues par les endroits 1a brasure ou de
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soudure. Les dépôts dans ceux-ci gênent considérablement le
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dégageaent de chaleur. Lors de l'utilisation de tubes à ai- lettes, il illy a pas 1.3 formation d'angles et de coins. Ils
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permettant au contraire la formation de surfaces lisses trans-
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mettant la. chaleur et pouvant être nettoyées par simple bros-
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sage .
Les 'cubes à nervures intérieures sont particulièrement
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appropries L la fabrication d'appareils S 00:1:'"n:;;0urs de chaleur
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pour le refroidissement de transformateurs , à quel but sont
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imp!t1lDpreS des tubes lisses à l'intérieur, éteint donné que, dans les r0fro:Ldiss;'l).rs pour transformateurs,, circula dans les tu- bas, de l'huile, dont le coefficient de transmission de oba- 10ur est très faible, es oui diminue s8nsibJ.:uent l'effet fa- vorabi obtenu autrement, lors de l'utilisation d.3 tubes à ami-
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lettes,
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Les dessins représentent, à titre ct.' 8XS:.1P: .s) CJ."1..-1,(:.'Ll.es uodes :la réalisation du tube à ailettes., ainsi que d 'appareils échangeurs ds chaleur 1.t011'L:S à l'aide de tels tubes. Toutefois, les exemples ne lj..:.!:L t0nJú nullement tous les 1.101es de réalisati- on possib2 os.
Fi. 1 est la coupe d'un tube à ailettes avec une ai-
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lette et
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Fig. 2 est la coupe d'un tu1)') à ailettes coraportant d3u:t ailettes radiales disposées dans un plan diamétral; fit. 5 contre en coups un tube à deux ailettes dont les ailettes for1.l';nt un anele entre elles;
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Fig. 4 est un: coups d'un tubs à ailettes dont les
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ailettes sont disposées dans un plan i;m;.:;<:mti31;
Fis. 5 est une coupe d'un tube à :Ll s 't 0 dans le-
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quoi des ailettes voisines fondant un angle de 90 entre elles., deux ailettes présentant des surfaces en persienne;
Fig. 6 estune vue frontale du tube à ailettes suivant fis. 5;
Figures 7 à 9 montrent des tubes à ailettes compor- tant des nervures e t/ou des cloisons intérieures;
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Fie. 10 contre un corps creux muni d'ailettes;
Figures II à 20 représentent des appareilséchangeurs de chaleur montés à l'aide du tube à ailettes, suivant l'in- vention;
Figures 21 à 25 montrent des Modes de réalisation pour
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l'utilisation de l'élément, suivant figures 7 à I0, coihme re- froidissour de transformateur.
Le tube ¯1 comporte une ailette 2 qui forme pièce avec le tube.
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L'ailette suivant fig. 1 et les ailettes J .2J suivant figures 2 et 5, s'étendent dans le sans radiale tandis qu'elles renferment suivant fige 3, un angora enté elles et s'étendent., suivant fig. 4, dans un plan tangentiel. L'ailette 2J du dans le cas de plusieurs ailettes., au moins une ailette est endus ou perforée. La surface d'ailette est subdivisée en bandes par des fentes parallèles, ces bandes étant repoussées de façon à sor- tir du plan d'ailette, de manière à former une surface en per-
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sdenne (fig.6). Les avantages de c:'it'je disposition sont expo- sés en dotait dans le préambule ¯ . à ? la description.
4 designs lo sens l'écoulement due ] 'agent à travers les fentes de la surface en persienne. Les bourrelets 13
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(fi8:.4)) formés éventuellement aux extrémités des ailettes, sont destines à faciliter l'assemblage des tubes à ailettes.
A cet effet, les extrémités d'ailettes adjacentes s'emboîtent,
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par eX'1:11'):0) la manière d'une rainure et d'uns languette.
Dans un autre mode de réalisation, las tubes à ailet- tos comportant 11n:', cloison JD3 (f ir¯,. 7) , ou des nervures in'1;6-;7
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rieures (fig.9) ou, suivant fig,8, des cloisons et des ner- vures intérieures. Ces organes augmentent non seulement la surface de transmission de chaleur, :nais accroissant, aussi bien dans un écoulement turbulent que dans un écoulement la- miné, le coefficient de transmission de chaleur intérieur , de façon à augmenter la transmission de chaleur elle-même.
Fig. 11 représente un serpentin 7. formé de tubes à ailettes suivant l'invention, et présentant un aptitude éga- le au réchauffement de l'air et au refroidissement et au ré- chauffement de liquides.
Si, par exemple, un liquide chaud circule dans le ser- pentin, présentant une enveloppe fermée, le cylindre 7 fermé en bas fait effet d'une cheminée dans laquelle l'Emir chauffe s'échappe librement à l'extrémité ouverte supérieurs du cylin- dre à cause de la différence de poids spécifique. L'air frais à réchauffer ne peut pénétrer dans l'intérieur du cylindre qu'à travers les fentes de persienne.
L'effet de cheminée aug- lente la vitesse de circulation de l'air chaud. Le dispositif décrit constitue un radiateur très économique, d'un encombre- ment faible.
Le milieu véhicule de chaleur circulant dans leser- pentin peut être de l'eau chaude ou de la vapeur, le milieu à réchauffer pouvant être constitué par l'air du local à chauf- fer.
Des essais ont démontré que, tandis qu'un radiateur en fonte d'une surface de 1 m2 dégageant environ 400 calories, avec une eau de chauffage de 9080 descendant à la température de 70 C pèse 28 à 32 Kgs, le poids d'un radiateur à serpen- tin, suivant fig. 11 estde 1,2 à 2 Kgs., pour un dégagement
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de chaleur identique. D'autre part., un tel radiateur n'exige ni travaux de soudure, ni dispositifs d'étanchéité., c' est pour- quoi son fonctionnement estplus sûr que celui d'un radiateur en fonte.
Etant donné que l'air en circulation n'entre en contact avec le radiateur que le long d'un chemin de 1/2 à 2 mm., le grillage des particules de crasse, flottant dans l'air, sur la surface de chauffage) est évité. Pour cette raison, de tels ap- pareilséchangeurs de chaleur sont également très avantageux du point de vue hygiénique. Leur encombrement est environ la moi- tié de celui d'appareils connus.
L'appareil échangeur de chaleur., suivant fig'. 11, peut aussi servir de réchauffeur d'eau ou de liquide, par exemple comme geyser automatique. A cet effet, le cylindre 7 estrecou- vert et entouré d'une enveloppe cylindrique en tôle, d'une cir- conférence plus grande, communiquant en haut avec la cheminée.
En disposant à la partie inférieure un brûleur à gaz., les pro- duits de combustion peuvent pénétrer dans la, cheminée uniquement à travers les fentes en persienne, de façon à réchauffer l'eau circulant dans le tube., en lui codant leur chaleur.
L'appareil suivant fig. 11 peut aussi travailler com- me refroidisseur-condenseur. Dans ce cas, on fait circuler dans le serpentin un liquide de refroidissement provoquant la con- densation du milieu circulant à l'extérieur, ou on faitcircu- ler le milieu liquide ou gazeux à l'extérieur,de façon à pro- voquer la condensation du milieu circulant lans la serpentin, suivant le côté du serpentin présentant les conditions de trans- mission de chaleur les plus défavorables..
Dans le mode de réalisation suivantfig. 12, uns série de tubes à ailettes IL, 2, disposés dans un plan., est réunie avec @
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des collecteurs 8. Uns telleunité permet de construire diffé-
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rents appareils clw"nSdurs de chaleur.
Fig. 15 contre une série d'éléments 1.0, en forme l'é- pingle à cheveux, combinés avec des collecteurs 9,, cet enseia- ble constituante disposé dans un récipient fermé, un réchauf- feur de liquide ayant un encombrement sensiblement moindre et exigeant Moins de matières que les réchauffeurs de liquide fa- briqués à l'aide de tubes lisses.
Le groupe de tubes à ailettes 1, 2, monté par laminage dans des parois tubulaires 11; suivant fig. 14, constitue soit
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les tubes d'une chaudière à tubes d'eau, soit la surfaces d;- geant la chaleur d'un réchauffeur d'eau à contre -courant.
Les figuras 15 et 16 représentent respectivement, en vue frontale et latérale, la surface de chauffage d'un calori- fère à air. Doux groupes de tubes à ailettes, respectivement
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3. R t l' 8', sont disposes l'un en regard de l'autre, de tells façon llue les ailettes inférieures de ?'un des groupes de tubes se trouvent dans le même plan avec les ai:.;;'b '",;6 supé- rieures de l'autre groupe.
L'air à chauffer est chassé par des moyens mécaniques le long de la surface formée par les tubes à ailettes. Le milieu circulant dans les tubes est, par exem- ple, de l'eau chaude ou de la vapeur.
Lorsque ledispositif sert de radiateur pour Moteurs ou autos, l'eau circulant dans les tubes est refroidie par l'air ambiant.
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Fig. 17 Montre un appareil réchauffeur d'eau (600110- mis'6.ur) exploitant la chaleur de gaz de fumée et dans lequel les gaz de fuisse provenant d'une chaudière sont utilises pour le pré chauffage de l'eau d'alimentation. D8 l'eau ::1.' e,J.i; ;,m';¯- tison préchauffée circule dans les tubes 1 comportant les o.i1.3'I;-
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tes perforées 2. Les ailettes de quatre tubes adjacents se rejoignent à un point de jonction.
Les ailettes extérieures 13, sont pleines de façon à constituer uno paroi fermée ref roidie par l'eau.
Un avantage de ce dispositif réside dans lefait qu'on évite la, maçonnerie des économiseurs habituels, ce qui signifie., outre une réduction importante des frais., une réduction sensi- ble de l'encombrement. Le dispositif peut aussi servir de re- froidisseur à circulation d'air, pour les générateurs électri- ques.
Les figures 18 à 20 montrent l'élément tubulaire à ai- lettes d'un surchauffeur de vapeur qui, toutefois, est aussi u- tilisable comme écran de rayonnement pour radiateurs de plafond.
Le tube à ailettes 1 estreplié, dans son plan.., en zig-zag., de telle façon que les ailettes de spires adjacentes forment la continuation les unes des autres. Dans la variante suivant fig.
20 les ailettes .2' des tubes à ailettes forment un angle entre elles.
Les tubes à ailettes permettent de fabriquer des ser- pentins ou des groupes de tubes aussi simplement et facilement sue les tubes lisses.
On dispose les endroits de passage ou de fermeture nécessaires à des endroits détermines des appareils, ce qui as- sure des solutions constructives très avantageuses. Après en- lèvement des extrémités des ailettes, on peut relier les tubes, par laminage., brasure ou soudure., à des chambres collectrices appropriées.
Par soudure ou brasure des ailettes de tubes à ailet- tes, on peut obtenir des récipients férues.
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A partir de tubes à -Ailettes., on peut constituer, de
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façon avantageuse et avec une utilisation 6conotdCJ.u1 des u6..ti- ères des surfaces rayonnantes , qui sont particulièrement ap-
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proprices au chauffage des locaux, la fondation d 'angles coi- lecteurs de poussière étant évitée.
Les tubes à ailettes comportant des nervures intérieu -
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res ou cloisons, suivant figurés 11 ëù 14, sont particulisreue-tt appropriés à la fabrication de r..-.'fr0'.û.iSSC;',a.rS de transformateurs.
Dans ce cas, uno (fiS.21) ou deux séries (fis.22) de tubes à ûl.^ lettes sont suffisantes pour obtenir l'effet de refroidissement désire, à la. pince des nombreux faisceaux tubulaires nécessaires
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jusclulici dans ce but.
Dans le cri de réalisation suivant fi. 21, les extré- mités des tubes à ailettes 1 plies en U débouchant dans la cuve à huile 15 du transformateur. Les tubes sont espacés et dispo- sés parallèlement entre eux, de telle façon que (fies. 24) les ailettes ,3 juxtaposéesforment ensemble avecles tubas etles
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plaques V7¯} un caisson jeu3 dans laquai le courant d'air .4 ne peut pénétrer qu'à travers les perforations des ailettes.
Par le 1;;,:;)r:,1G "caisson", il faut comprendra, dans le sens de la pl' S<;3l1"t,..:J description, un espace délimité par çbs tubes à ;;:,ilot-'.i0s comprenant des ailettes perforées st psr des parois., assemblées évantuelisluent avec des cloisons il1:t0Jl.'l,:as.ir,;s ou latérales, espace 9.ui n'est pas n80Ssa:i.re:ent feras.
L'une des parois longitudinales du caisson est constituée par les tubes à 'ailettes 1 et l'autre par la cuve à huile 12J l'espace ainsi obtenu étant délimité latéralement, sur chaque coté., par une plaque 17 (fig. 24). Le caisson 16, favorisant le tirage, est
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agencé, suivant fig. 25, de telle façon que les ,,,ibtt8S .â des tubes à ailettes 1 se raccordent les unes aux autres, suivant un V et/ou en zi2;-Zi;J"SJ par l 'intermédiaire de raccords ou de fentes intermédiaires. Ceci permet de disposer dans l'espace disponible
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plus de tubes à ailettes que dans le 1.10:
1e de réalisation t/
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suivant figure 34.
Dans le mode de réalisation, suivant figure 22, deux séries de tubes à ailettes 1¯ sont disposées les unes derrière les autres, lecaisson 16 favorisant le tirage, étant formé entre les deux rangées de tubes.
Fig. 23 représente l'invention sous forme derefroidis- seurs constituant des corps de refroidissenent. Le côté gauche de la fige 23 montre un corps de refroidissement à une rangée, tandis que le côté droit contre un corps de refrodissement à deux rangées. Dans ce mode de réalisation, les tubes de refroi- droits 1 se raccordent à leurs deux extrémités à une chambre 18 communiquant avec la cuve à huile15 du transforma- teur.
Un tel corps de refroidissement forme, surle coté gauche de la fig. 23, en coopération avec la paroi extérieure de la cuve à huilo15, un caisson :16 dans lequel pénètre le courant d'air ¯ à travers les perforations des ailettes. Le côté droit de la fig.23 représente un corps échangeur de chaleur, dans lequel les chambres 18 sont disposées en deux rangées, entre lesquelles estforme le caisson 16. Dans d'autres modes de ré- alisation, non représentés sur les dessins, las chambres en- tourent le transformateur ou forment un anneau fermé., disposé sur un côté du transformateur.
Les détails constructifs de l'invention peuvent être modifias de multiples façons. Le domaine d'application de'l'in vention n'est nullement limité aux exemples indiqués.