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La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à tubes, comportant à la fois des tubes à ailettes longitudinales et des tubes lisses .
La particularité de l'échangeur réside en ce que la répartition et la disposition des tubes ailetés par rapport aux tubes lisses est telle que les ailettes dont la surface contribue à assurer la transmission de chaleur canalisent et orientent le flux du fluide exté- rieur aux tubes de manière à l'obliger à. balayer la surface des tubes lisses .
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A cet effet, les tubes étant disposés soit en rangées. régulières, soit en quinconce régulier ou irré- gulier, on alterne les rangées.de tubes ailetés et de tubes lisses, ou bien, dans une même rangée, les tubes ailetés et .les tubes lisses . Enfin, les tubes aile.tés et les tubes lisses peuvent être de diamètres différents,.
,Dans le cas de tubes à ailettes diamétrales .c'est-à-dire dont le plan passe par l'axe du tube, le .tube est disposé de façon que le plan de symétrie de l'ailette soit au maximum approximativement tangent à la surface du tube lisse avec lequel'elle coopère . De plus, dans la même rangée, ou dans une rangée sur deux, le sens de l'inclinaison- de l'ailette peut être modifié pour être dirigé tantôt à droite, tantôt à gauche du tube lisse.Dans le cas d'ailettes tarigentiélles à embase épaisse, c'est- à-dire d'ailettes présentant une face plane tangente à la surface du tube et une face concave se raccordant à la sur- face du tube, la-face plane peut être dirigée vers le tube lisse, ou au contraire, ce.
peut être la face courbe,
S'il s'agit de la face plane, elle doit satisfaire aux mêmes conditions que celles énoncées ci-dessus pour les ailettes diamétrales - Elle peut être également dirigée tantôt à droite, tantôt à gauche du tube lisse . S'il s'a- git de la face courbe, elle peut également être dirigée tantôt à droite, tantôt à gauche .
De la sorte, dans les parois des couloirs ménagés entre les rangées ou colonnes de tubes de l'échan- geur, il subsiste des espaces libres.dans lesquels s'oriente une portion du'flux de fluide extérieur, lequel passe ainsi d'une colonne aux colonnes voisines, en balayant la surface ,
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des tubes lisses qui les séparent .
Le balayage des tubes lisses est alors assuré de façon si complète que le rendement de l'échangeur est pratiquement égal à celui qu'aurait un échangeur dont tous les tubes seraient des tubes ailetés.
Cette disposition présente en outre un avantage au point de vue fabrication car, lorsque les tubes sont parcourus intérieurement en série par le fluide interne, il est possible de réaliser, pans soudure, le tube lisse avec les deux cintres terminaux qui le raccordent aux tubes ailetés avec lesquels il doit être assemble, ce qui diminue le nombre total des soudures de tubes . D'autre part, les tubes lisses étant plus économiques que les tubes ailetés, le prix de revient de l'échangeur est abaisse .
La description qui va suivre, en regard aes dessins annexés donnas à titre d'exemple, fera mieux comprendre la façon dont l'invention peut être réalisée ,
Les figures 1à 3 représentent en coupe transversale, des portions au faisceau tubulaire d'un échangeur compor- tant des tubes à ailettes diamétrales et des tubes lisses
Les figures 4, 5 et 6 représentent, en coupe trans- versale, une combinaison de tubes à ailettes tangentielles avec des tubes lisses, dans le cas d'une disposition en rangées régulières .
Les fibres 7 et 8 représentent le cas d'une dis- position des tubes en quinconce .
Les figures 9 et 10 sont relatives à une disposition de tubes en quinconce avec ailettes tangentielles dont la concavité est tournée vers le tube liage .Enfin, la fig.11 reprécsente en plan l'association
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de trois tubes en série, montrant la jonction du tube lisse avec les deux tubes à ailettes voisins .
Comme on le voit sur la figure 1, le faisceau tu- bulaire de l'échangeur est constitué par ¯un mélange de tubes lisses a et de tubes b à ailettes diamétrales . Les ailettes c des tubes b sont orientées de façon que , ( le ' fluide extérieur circulant dans le sens de la flèche A ) , le plan de l'ailette c soit au maximum approximativement tangent à la surface du tube lisse a avec lequel elle coopè- re, soit en amont, soit en aval de ladite ailette .
On réalise de la sorte, entre les colonnes de tubes B B, C C, des couloirs présentant des changements de direction et des variations de section et, en outre, dans ces colonnes, des passages ouverts parcourus par le fluide dans le'sens' des flèches F, ce qui fait que le fluide passe d'un couloir au couloir voisin en léchant, dans le sens des flèches F, la surface .des tubes lisses a de l'échangeur
Sur la figure 2, on a représenté la même disposition* mais dans le .cas où les rangées de tubes H H , I I sont quin- concées, ce qui permet de donner un profil différent à la section du couloir compris entre les colonnes B, B, C C.
Le quinconçage peut être irrégulier, c'est-à-dire avec des intervalles variables entre les rangées de tubes .
Au lieu d'être crientées comme dans les cas pré- cédents de la même façon par rapport aux tubes lisses a les ailettes .± peuvent être orientées alternativement vers la droite ou vers la gauche du tube lisse il- ,comme on le voit fig.3 . Dans la rangée J J, les ailettes c sont orientées à droite du tube a situé en aval, et, dans la rangée H H , elles sont orientées vers la gauche .
On pour-
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rait également adopter dans ce cas une di upüsi tion CIUÜ1- coincée régulJ.ère,9u irrégulière , Au lieu d'utiliser des tube:.? à ailettes ditl1.H [;1':>.1e.9, c.n peut utiliser des tubes à ailettes tangentieli-es ii IJlb:;h8 81>1..;1 sse comme on le voit fil;,° .Dans ce 0 ;,u, la L.(;0 plane de l'ailette d est orientée de façon à être au maximum approximativenient tangente au tube lisses avec elle coopère . La disposition représentée
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fiû.4 est une disposition dans laquelle dans chaque coionfi B B , C C,etc ... les tubes lisses alternent avec les tubes ailetés.
Dans la disposition à rangées régulières représentée fig.5, les rangées H H, I I des tubes sont telles que une rangée comporte des tubes ailetés et l'autre des tubes lisses. Toutes les ailettes d sont orientées dans le même sur- les fig.4 et 5 , mais on peut adopter une dispo-
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sition dans laquelle les ailettes sont orientées tantôt el lil'oiLe, tantôt à gauche des tubes lisses comme montra par exemple fig.6 où les ailettes sont orientées à droite pour la rangée J J , et à gauche pour la rangée H H .
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Les dispositiorja jusqu'à présent décrites sont à 1'?'Làiées "éé-Ulïètes, mais on peut aussi adopter une di 81)0- sition qainconcée , cornll rv.prëentë .L'i, 7 et 8 . Ainsi qu'on le voit, dans ce ci ILS , les ailettes d peuvent toutes orientées vers la gauche des tubes lisses a
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uc:,nsr. rl:x ésentc fig.7 , ou alternativement vers la unoite, rangée J J , et vers 1 gaucho , rangée H H , fig.8 .
L'avant-a,ge d'une Ó.i spüni tiQl1. i.J. orientation ,..1,.1 Lel'll,'Je. d"J ,Úlett"es réside en ce. que te profil ur3: cùulol1'U ,t.j<v,1>, e:rrt c 1\1.3 :.:ol.onnf::j du I:bfm b Ji , a (j , :l D not -1i rJ.,ii,,;;it
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et que, de plus, les passages F prévus pour le fluide A entre les couloirs voisins sont parcourus par le fluide tnatôt vers la droite, tantôt vers'la gauche, ce qui égalise le débit dans les couloirs .
Enfin, dans la disposition représentée fig.9 et 10 on a tourné vers le tube lisse a la face concave e des ailettes d tangentielles à embase épaisse . Sur la fig.9, est représentée une disposition quinooncée, avec alternance des tubes lisses et des tubes ailetés par rangée H H , I I , etc ... les faces planes des ailettes tangentielles étant toutes dirigées dans le même sens . Au contraire, dans le cas le la fig. 10, est représentée une disposition quincon- cée danslaquelle les faces planes d des ailettes tangen- tielles sont dirigées à droite des tubes a avec lesquelles elles coopèrent en aval, pour la rangée J J , tandis que, .pour la rangée H H , elles sont dirigées à gauche .
Sur les dessins, on a représenté des tubes lisses. et des tubes à ailettes ayant le même diamètre, mais leur diamètre pourrait être différent .
Entre autres avantages que présentent les diffé-. rentes combinaisons qui viennent d'être décrites et qui permettent de réaliser tout profil voulu pour l'écoulement du fluide extérieur en même temps qu'un balayage des sur- faces des Lubes lisses, on voit que, dans le cas où les tubes sont associés en série comme représenté en plan sur la fig.11, un tube lisse a 'étant parcouru par le fluide int@rieur entre deux tubes ailetés b voisins, comme il est passible de réaliser, en une seule passe et sans soudure,
le tubé drotit a avec ses deux cintres de connexion fl f2 on diminue ainsi le nombre des soudures à prévoir pour les
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liaisons des -tubes entre eux . D'autre part, le balayage des tubes lisses assuré par les dispositions, objets de l'invention, fait que le rendement de l'échangeur est compa rable à celui qu'aurait un échangeur dont tous les tubes seraient ailetés, ce qui fait que, en réalisant la moitié des tubes de l'échangeur en tubes lisses, on obtient en - même temps une économie sensible du prix de revient.
Il va de soi que des modifications de détails peuvent être apportées à la réalisation de cette invention sans pour cela sortir de son cadre
REVENDICATIONS 1 ) Echangeur de chaleur à faisceaux tubulaires comportant à la fois des tubes à ailettes longitudinales et des tubes lisses , caractérisé en ce oue les tubes à ailettes sont disposés par rapport aux tubes lisses/de façon à assurer une orientation du flux de fluide extérieur.qui oblige ce dernier à balayer la surface des tubes lisses .
2 ) Echangeur de chaleur comme spécifié sous 1 ) caractérisé en ce que les tubes lisses et ailetés sont disposés soit en rangées régulières, soit en quinconce régulier ou irré- gulier et que l'on alterne les rangées de tubep' ailetés et de -tubes lisses, ou encore, dans une même rangée, les tubes ailetés et les tubes lisses .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to tube heat exchangers, comprising both longitudinal finned tubes and smooth tubes.
The peculiarity of the exchanger lies in that the distribution and arrangement of the finned tubes with respect to the smooth tubes is such that the fins, the surface of which contributes to ensuring the transmission of heat, channel and direct the flow of the fluid outside the tubes. so as to force him to. sweep the surface of the smooth tubes.
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For this purpose, the tubes being arranged either in rows. regular, either in regular or irregular staggered, the rows of finned tubes and smooth tubes are alternated, or else, in the same row, the finned tubes and .the smooth tubes. Finally, the aile.tés tubes and the smooth tubes can be of different diameters.
, In the case of tubes with diametral fins. That is to say, the plane of which passes through the axis of the tube, the .tube is arranged so that the plane of symmetry of the fin is at most approximately tangent to the surface of the smooth tube with which it cooperates. In addition, in the same row, or in every other row, the direction of the inclination of the fin can be modified to be directed sometimes to the right, sometimes to the left of the smooth tube. with a thick base, that is to say with fins having a flat face tangent to the surface of the tube and a concave face connecting to the surface of the tube, the flat face can be directed towards the smooth tube, or on the contrary, this.
can be the curved face,
If it is the flat face, it must satisfy the same conditions as those stated above for the diametral fins - It can also be directed sometimes to the right, sometimes to the left of the smooth tube. If it is the curved face, it can also be directed sometimes to the right, sometimes to the left.
In this way, in the walls of the corridors formed between the rows or columns of tubes of the exchanger, there remain free spaces in which a portion of the flow of external fluid is oriented, which thus passes from one side to the other. column to neighboring columns, sweeping the surface,
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smooth tubes that separate them.
Scanning of the smooth tubes is then ensured so completely that the efficiency of the exchanger is practically equal to that of an exchanger in which all the tubes are finned tubes.
This arrangement also has an advantage from a manufacturing point of view because, when the tubes are internally traversed in series by the internal fluid, it is possible to produce, welded sides, the smooth tube with the two end bends which connect it to the finned tubes. with which it must be assembled, which reduces the total number of pipe welds. On the other hand, the smooth tubes being more economical than the finned tubes, the cost price of the exchanger is lowered.
The description which follows, with reference to the accompanying drawings given by way of example, will make it easier to understand the way in which the invention can be implemented,
Figures 1 to 3 represent in cross section, portions of the tube bundle of an exchanger comprising diametral finned tubes and smooth tubes.
Figures 4, 5 and 6 show, in cross section, a combination of tangential fin tubes with smooth tubes, in the case of an arrangement in regular rows.
The fibers 7 and 8 represent the case of a staggered arrangement of the tubes.
Figures 9 and 10 relate to an arrangement of staggered tubes with tangential fins, the concavity of which is turned towards the binding tube. Finally, Fig. 11 shows in plan the association
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of three tubes in series, showing the junction of the smooth tube with the two neighboring finned tubes.
As can be seen in FIG. 1, the tube bundle of the exchanger consists of ¯a mixture of smooth tubes a and tubes b with diametral fins. The fins c of the tubes b are oriented so that, (the external fluid flowing in the direction of the arrow A), the plane of the fin c is at most approximately tangential to the surface of the smooth tube a with which it cooperates. - re, either upstream or downstream of said fin.
In this way, between the tube columns BB, CC, corridors having changes of direction and variations of section are produced and, in addition, in these columns, open passages through which the fluid passes in the direction of the arrows. F, which causes the fluid to pass from a corridor to the neighboring corridor while licking, in the direction of the arrows F, the surface of the smooth tubes a of the exchanger
In FIG. 2, the same arrangement is shown * but in the case where the rows of tubes HH, II are staggered, which makes it possible to give a different profile to the section of the passage between the columns B, B , CC.
The staggering can be irregular, that is to say with variable intervals between the rows of tubes.
Instead of being referred to as in the previous cases in the same way with respect to the smooth tubes the fins. ± can be oriented alternately to the right or to the left of the smooth tube il-, as seen in fig. 3. In row J J, the fins c are oriented to the right of the tube a located downstream, and, in row H H, they are oriented to the left.
We for-
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Would also adopt in this case a CIUÜ1- wedged di upüsi tion regularJ.ère, 9u, Instead of using tubes:.? finned ditl1.H [; 1 ':>. 1e.9, cn can use tangential finned tubes ii IJlb:; h8 81> 1 ..; 1 sse as seen thread;, °. In this 0;, u, the L. (; 0 plane of the fin d is oriented so as to be at most approximativenient tangent to the smooth tube with it cooperates. The arrangement shown
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fiû.4 is an arrangement in which in each coionfi B B, C C, etc ... the smooth tubes alternate with the finned tubes.
In the arrangement with regular rows shown in fig.5, the rows H H, I I of the tubes are such that one row comprises finned tubes and the other smooth tubes. All the fins d are oriented in the same way on figs. 4 and 5, but it is possible to adopt an arrangement
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sition in which the fins are oriented sometimes el lil'oiLe, sometimes to the left of the smooth tubes as shown for example in fig.6 where the fins are oriented to the right for row J J, and to the left for row H H.
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The arrangements so far described are at the Ulites, but one can also adopt a concealed 81) 0- sition, commonly described. L'i, 7 and 8. see it, in this ILS, the fins d can all be oriented to the left of the smooth tubes a
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uc:, nsr. rl: x entc fig. 7, or alternately towards the unoite, row J J, and towards 1 gaucho, row H H, fig.8.
The before-a, age of a Ó.i spüni tiQl1. i.J. orientation, .. 1, .1 Lel'll, 'I. d "J, Úlett" es resides in this. that the profile ur3: cùulol1'U, tj <v, 1>, e: rrt c 1 \ 1.3:.: ol.onnf :: j du I: bfm b Ji, a (j,: l D not -1i rJ ., ii ,, ;; it
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and that, moreover, the passages F provided for the fluid A between the neighboring corridors are traversed by the fluid tnatôt to the right, sometimes to the left, which equalizes the flow in the corridors.
Finally, in the arrangement shown in fig.9 and 10, we have turned towards the smooth tube at the concave face e of the tangential fins with a thick base. In fig.9, a quinooncé arrangement is shown, with alternating smooth tubes and finned tubes per row H H, I I, etc ... the plane faces of the tangential fins being all directed in the same direction. On the contrary, in the case of FIG. 10, there is shown a staggered arrangement in which the plane faces d of the tangential fins are directed to the right of the tubes a with which they cooperate downstream, for row JJ, while, for row HH, they are directed. to the left .
In the drawings, smooth tubes have been shown. and finned tubes having the same diameter, but their diameter could be different.
Among other advantages of the various. rents combinations which have just been described and which make it possible to achieve any desired profile for the flow of the external fluid at the same time as a sweeping of the surfaces of the smooth Lubes, it can be seen that, in the case where the tubes are associated in series as shown in plan in Fig. 11, a smooth tube a 'being traversed by the internal fluid between two neighboring finned tubes b, as it is possible to achieve, in a single pass and without welding,
the right pipe has with its two connection arches fl f2 this reduces the number of welds to be provided for the
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connections of the tubes between them. On the other hand, the sweeping of the smooth tubes ensured by the arrangements, which are the subject of the invention, means that the efficiency of the exchanger is comparable to that of an exchanger in which all the tubes are finned, which means that , by making half of the tubes of the exchanger in smooth tubes, at the same time a significant saving in cost is obtained.
It goes without saying that modifications of details can be made to the realization of this invention without going beyond its scope.
CLAIMS 1) Tube bundle heat exchanger comprising both longitudinal finned tubes and smooth tubes, characterized in that the finned tubes are arranged relative to the smooth tubes / so as to ensure an orientation of the external fluid flow . which obliges the latter to sweep the surface of the smooth tubes.
2) Heat exchanger as specified under 1) characterized in that the smooth and finned tubes are arranged either in regular rows, or in regular or irregular staggered rows and that the rows of finned tubing and -tubes are alternated smooth, or, in the same row, finned tubes and smooth tubes.
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