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Dans ses brevets antérieurs, le Demandeur a @ décrit des échangeurs de chaleur dont les tubes présentent chacun deux ailettes longitudinales tangentielles, c'est- à-dire dont les plans sont tangents à la surface du tube suivant deux génératrices situées à 180 l'une de l'autre, Les dites ailettes tangentiell'es sont de préférence à embase épaisse.
D'autre part, le Demandeur a également décrit une disposition de ces tubes dans des éohangeurs de chaleur, telle que les couloirs sinueux offerts au passage du fluide
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circulant entre lesrangées de tubes, présentent des étranglements succédant à des élargissements, accompagnes de changements de direction, de façon à provoquer dans le courant de fluide extérieur des variations de vitesse et de pression, ainsi que des changements de direction favora- . bles à l'échange de chaleur.
Dans les échangeurs ainsi réalisés, en vue d'obtenir la forme sinueuse et de section variable des couloirs offerts au passage du fluide exté- rieur, la disposition générale proposée pour les tubes de l'échangeur était celle d'un quinconçage régulier ou irré- gulier, des rangées de tubes, l'arête de chaque ailette venant au voisinage de l'arête de l'ailette d'un tube situé sur une rangée suivante.
La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur dans lequel les tubes équipés d'ailettes tan- gentielles, de préférence à embase épaisse, au lieu d'être disposés en quinconce, sont disposés en rangées régulières, perpendiculaires ou parallèles au sens d'écoulement du fluide extérieur dans les couloirs entre tubes. Autrement dit, quatre tubes voisins de l'échangeur sont disposés de façon que leurs axes soient au sommet d'un carré, oud 'un rectangle, aux côtés parallèles ou perpendiculaires à l'écou- lement du fluide extérieur. S'il s'agit d'un carré la dis- tance entre deux tubes voisins d'une même rangée est alors égale à, la distance entre deux tubes situés en regard sur deux rangées 'consécutives.
La disposition d'ailettes tan- gentielles à anbase épaisse sur ces tubes, de façon que l'arête de chaque ailette vienne en regard de l'arête de l'ailette du tube situé en amont ou, en aval, et que les arêtes viennent en regard dans le plan. passant par les ,
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axes des deux tubes qui coopèrent, fait que la face plane des ailettes est inclinée sur la direction d'écoulement du . fluide extérieur, et que les conduits entre tubes parcou- rus par le fluide extérieur présentent des alternances de section étroite et de section élargi tandis que la dissymé , trie des parois situées de chaque coté du conduit, engendre des changements de direction de la. veine fluide, toutes circonstances favorables à l'échange de chaleur.
La description qui va suivre, en regard de l'unique figure des dessins qui représente, en coupe, une portion de l'échangeur objet de l'invention, fera bien comprendre la façon dont l'invention peut être réalisée.
Ainsi qu'on le voit sur la. figure, les tubes de l'échangeur de chaleur sont disposés suivant des rangées A A, B B, C C etc ... perpendiculaires à la direction F d'écoulement du fluide extérieur qui circule entre les tubes Dans l'autre sens, les tubes sont disposés suivant des ran- gées K K, L L parallèles à la direction F. Il en résulta que quatre tubes voisins ont leurs axes projetés au sommet d'un carré, ou d'un rectangle, dort, les c8tés soit perpendi- culaires et parallèles au flux F. Dans le cas de, la figure, on a affaire à une disposition sensiblement en carré.
Les ailettes longitudinales, tangentielles et identiques b 1, b 2 prévues sur, chaque tube sont telles que l'arête de l'ailette supérieure b 1 de chaque tube de la rangée B B, par exemple, vient en regard de l'arête de l'ailette inférieure b 2 de chaque tube voisin de la rangée supérieure A A, Les arêtes viennent en regard suivant une ligne située dans le plan K K, L L passant par les axes des tubes a, et à mi-distance de la distance qui
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sépare A A et B B. Avec cette disposition, on voit que la face plane .± de chaque ailette est légèrement inclinée sur le courant de fluide extérieur F.
On réalise ainsi - @ entre les' colonnes de tubes K K, L L, dans le sens parallèle au flux F,. des couloirs qui présentent des changements de directions et des sections rétrécies H H à hauteur de chaque rangée de tubes A A, B B, etc ... suivies de sec- tions élargies I I à mi-distance entre les rangées de tubes.
Il en résulte que, périodiquement, le fluide ex- térieur est soumis à des variations de vitesse et de pression dues à l'effet de convergent-divergent, la vitesse décrois- sant et la. pression augmentant lorsqu'on passe du. niveau H H au niveau I I, ce qui a pour effet d'appliquer le fluide extérieur dans l'incurvation supérieure J prévue dans l'ailette du tube de droite, tandis que, au delà de I I, la vitesse augmente et la pression diminue, le changement de direction 'envoyant le flux F dans l'incurva- tion inférieure M du tube de gauche.
En faisant varier l'intervalle entre les colonnes de tubes K K, L L, il est possible de faire varier le :rapport de la section la plus étranglée H H à la, section la plus élargie I I, et d'adopter la. valeur de ce rapport qui est la plus favorable à l'échange de chaleur, en même temps qu'à la diminution de la perte de charge.
Une disposition dans laquelle, comme représenté sur la figure,, l'espace entre les rangées A A, B B...de tubes est à peu près égal à l'espace qui sépare deux tubes sur une même rangée, s'est montrée très favorable à l'écoulement du fluide extérieur avec une perte de charge minimum, tandis que le léchage, continu des sur.faces des
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tubes à ailettes par le fluide extérieur évitait leo dépôts et l'encrassaege tout en assurant un coefficient de transmission des plus satisfaisants..
Il va de soi que des modifications pourraient âtre apportées à la réalisation de cette invention sans pour cela sortir de son cadre.
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In his previous patents, the Applicant has described heat exchangers the tubes of which each have two tangential longitudinal fins, that is to say the planes of which are tangent to the surface of the tube along two generatrices located at 180 degrees. on the other hand, said tangential fins are preferably with a thick base.
On the other hand, the Applicant has also described an arrangement of these tubes in heat exchangers, such as the sinuous corridors offered to the passage of the fluid.
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circulating between the rows of tubes, have constrictions succeeding widening, accompanied by changes of direction, so as to cause in the flow of external fluid speed and pressure variations, as well as changes of direction favora-. damage to heat exchange.
In the exchangers thus produced, in order to obtain the sinuous shape and of variable cross-section of the corridors offered to the passage of the external fluid, the general arrangement proposed for the tubes of the exchanger was that of regular or irregular staggering. gulier, rows of tubes, the edge of each fin coming in the vicinity of the edge of the fin of a tube located on a following row.
The present invention relates to a heat exchanger in which the tubes equipped with tangential fins, preferably with a thick base, instead of being arranged in staggered rows, are arranged in regular rows, perpendicular or parallel to the direction of flow of the external fluid in the corridors between tubes. In other words, four tubes adjacent to the exchanger are arranged so that their axes are at the top of a square, or of a rectangle, with sides parallel or perpendicular to the flow of the external fluid. If it is a square, the distance between two neighboring tubes in the same row is then equal to the distance between two tubes located opposite each other in two consecutive rows.
The arrangement of tangential fins with a thick base on these tubes, so that the edge of each fin faces the edge of the fin of the tube located upstream or, downstream, and that the edges come opposite in the plan. passing through,
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axes of the two cooperating tubes, so that the planar face of the fins is inclined on the direction of flow of. external fluid, and that the conduits between tubes traversed by the external fluid present alternations of narrow section and of widened section while the dissymmetry, sorts the walls located on each side of the conduit, causes changes in direction of the. fluid vein, all circumstances favorable to the exchange of heat.
The description which will follow, with regard to the single figure of the drawings which represents, in section, a portion of the heat exchanger which is the subject of the invention, will make it clear how the invention can be implemented.
As seen in the. figure, the tubes of the heat exchanger are arranged in rows AA, BB, CC etc ... perpendicular to the direction F of flow of the external fluid which circulates between the tubes In the other direction, the tubes are arranged following rows KK, LL parallel to direction F. It resulted that four neighboring tubes have their axes projected at the top of a square, or of a rectangle, sleeping, the sides being perpendicular and parallel to the flow F. In the case of, the figure, we are dealing with a substantially square arrangement.
The longitudinal, tangential and identical fins b 1, b 2 provided on each tube are such that the edge of the upper fin b 1 of each tube in row BB, for example, comes opposite the edge of l 'lower fin b 2 of each neighboring tube of the upper row AA, The ridges come opposite following a line situated in the plane KK, LL passing through the axes of the tubes a, and at mid-distance of the distance which
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separates A A and B B. With this arrangement, it can be seen that the flat face ± of each fin is slightly inclined to the external fluid stream F.
One thus carries out - @ between the 'columns of tubes K K, L L, in the direction parallel to the flow F ,. corridors which present changes of direction and narrowed sections H H at the height of each row of tubes A A, B B, etc ... followed by widened sections I I halfway between the rows of tubes.
As a result, periodically the outer fluid is subjected to variations in speed and pressure due to the convergent-divergent effect, the speed decreasing and the. pressure increasing when passing from. level HH to level II, which has the effect of applying the external fluid in the upper curvature J provided in the fin of the right tube, while, beyond II, the speed increases and the pressure decreases, the change of direction sending flow F into the lower curvature M of the left tube.
By varying the interval between the columns of tubes K K, L L, it is possible to vary the ratio of the most constricted section H H to the widest section I I, and to adopt the. value of this ratio which is the most favorable to the heat exchange, at the same time as to the reduction of the pressure drop.
An arrangement in which, as shown in the figure, the space between the rows AA, B B ... of tubes is approximately equal to the space between two tubes in the same row, has been shown to be very favorable to the flow of the external fluid with a minimum pressure drop, while the continuous licking of the surfaces of the
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finned tubes by the external fluid avoided leo deposits and fouling while ensuring a very satisfactory transmission coefficient.
It goes without saying that modifications could be made to the embodiment of this invention without departing from its scope.