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La présente invention concerne des échangeurs de chaleur, c'est-à-dire des appareils entre lesquels la chaleur, s'échange entre deux fluides à travers une surface de séparation qui peut être la paroi d'un tube ou une lame de tôle .
Selon la présente invention, la surface de séparation comporte sur une de ses faces, et éventuellement sur les deux, des rainures ou stries qui ménageait dans ladite 'surface des creux et des reliefs,de T'ordre de un à quelques millimètres, et qui ont pour effet d'aug-
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Renier la superficie de la surface de contact avec le fluide qui balaye cette face, sans porter atteinte à la résistance mécanique de la paroi, et sans que les reliefs créés soient trop importants pour donner naissance à des tensions internes dangereuses dans le métal, du fait des variations de températures résultant des surépaisseurs de paroi .
Dans le cas par exemple d'un échangeur à tubes, in- térieurement parcourus par un fluide, et extérieurement balayés par un autre fluide gazeux qui circul entre les tubes, les rainures conformes à l'invention sont ménagées sur tout ou partie de la surface extérieure des tubes et dirigées de préférence dans le sens général de circulation du fluide extérieur . Si le fluide extérieur se déplace perpendiculairement aux axes des tubes, les rainures sont disposées en principe suivant des sections droites de ces tubes . Si, au contraire, le fluide circule dans le sens de l'axe des tubes, les rainures sont disposées longitudina- lement, suivant des génératrices des tubes .
Il est prévu, conformément à.l'invention, que les rainures peuvent être infléchies, quant au trajet qu'elles offrent, c'est-à-dire qu'elles s'enroulent sur la paroi du tube, suivant des lignes hélicoïdales à pas progressi- vement variable, qui ont pour effet de diriger vers la face arrière du tube les filets fluides qui attaquent perpendiculairement la face avant, en leur offrent un parcours plus long et de pente plus adoucie pour gagner la face arrière .
L'invention s'applique à des tubes droits aussi bien qu'à des tubes ondulés, à des lames planes aussi
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bien qu'à des lames ondulées . Elle s'applique également au cas où l'on utilise des tubes à ailettes, les rainures étant dans ce cas de-préférence ménagées sur les parties cylindriques du tube, entre les ailettes .
L'aménagement.de rainures objet de l'invention peut être pris en combinaison avec une disposition des tubes, lisses et-ou-ailetés, montés de façon quinconcée et. qui ménage entre les tubes des couloirs de section variable dans lesquels circule le fluiae extérieur . Dans ces cou- loirs, le fluide subit des variations ae vitesse et de pression ayant pour effet de l'appliquer dans le fond des rainures prévues sur la surface extérieure des tubes .
Les rainures ou stries ménagées sur le tube peuvent être de section quelconque, par exemple triangulaire, de manière à donner à la section extérieure du tube une forme en dents de scie triangulaires, équilatérales, ou non, de hauteurs éventuellement variables, le long du tube .
Les rainures peuvent être en outre plus ou moins profondes tout le long de leur propre trajet .
On peut faire alterner des rainures profondes avec des rainures qui le sont moins, les rainures profondes pouvant être remplacées par des ailettes, éventuellement rapportées' .
La description qui va suivre, en regaru des des- sins annexés donnés à titre d'exemple, fera mieux compren- dre la façon dont l'invention peut être réalisée .
La fig.l représente la coupe longitudinale d'un tube rainuré conformément à l'invention .
La fig.2 est une coupe par II-II de la fig.l.-
La fig.3 est relative à une variante de réalisation
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à rainures longitudinales .
La fig.4- est une coupe par IV-IV de la fig.3 .
La fig.5 représente de face un tube à ailettes longitudinales, avec des rainures sur la partie cylindrique du-tube
La fig.6 est une coupe par VI-VI de la fig.5 .
La fig.7 représente en coupe transversale une portion d'échangeur à tubes pourvus d'ailettes tangen- tielles avec rainures sur les parties lisses des tubes, et disposition quinconcée de ces tubes .
La fig.8 représente de face un tube sur lequel les rainures sont infléchies en hélice .
La fig.9 est une vue à 90 du tube de la fig.8 .
Là fig.10 représente de face une. variante de réali- sation du tube de la fig.l; dans laquelle les rainures n'intéressent qu'une partie de la surface du tube .
La fig.ll est une variante de la fig.10 dans laquel- le les rainures sont enroulées en hélice sur la face arrière du tube .
Lorsqu'il s'agit d'un échangeur de chaleur à tubes, de section circulaire ou autre, parcourus intérieurement par un fluide qui échange sa chaleur avec un fluide exté- rieur arrivant perpendiculairement à l'axe des tubes, les rainures b, conformes à l'invention, sont prévues sur la surface extérieure du tube a suivant des sections droite de ce tube . Ces rainures ont une profondeur de l'ordre de 1 à 2 mm. et donnent en coupe, comme on le voit sur la fig.l, une forme en dents de scie à la surface extérieure du tube . Les dents peuvent être en forme de triangle équilatéral, ou isocèle, ou encore scalène, et leurs hauteurs
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qui sont uniformes sur le dessin, pourraient être différentes suivant les régions du tube a et sa disposition dans le flux gazeux extérieur .
Lorsqu'il s'agit d'un échangeur dans lequel le fluide extérieur circule parallèlement à l'axe des tubes, les rainures c ,conformes à l'invention, sont prévues comme on le voit sur la fig.3, dans le sens des génératrices du tube . Elles prennent alors sur la coupe de la fig.4, l'aspect de dents de scie .
Comme dit ci-dessus, ces rainures ont pour effet d'augmenter la surface de contact du tube avec le fluide extérieur et, d'autre part, elles sont suffisamment petites pour ne pas diminuer notablement la résistance du tube qui peut au.besoin être choisi un peu plus épais et, d'au- tre part, elles ne donnent pas lieu à des reliefs suffisam- ment hauts pour engendrer dans la hauteur de la dent des variations de tensions internes résultant de variations' de température . -
Les rainures peuvent être réalisées par tout moyen convenable, par exemple par usinage ; ou encore par estampage du tube. ' à froid ou à chaud, éventuellement, avec disposition, à l'intérieur du tube, d'un mandrin ou d'un remplissage de sable par exemple .
L'invention est applicable au cas où il s'agit de .tubes à ailettes . Sur les fig.5 et 6, on a représenté un tube 1, avec deux ailettes d1,d2 longitudinales et diamétrales à embase épaisse . Les rainures f , conformes à l'invention sont, comme on le voit sur les figures de préférence prévues sur les parties du tube- proprement dit g entre les ailettes d1,d2, et viennent mourir sur la base
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.5;;i3t:f;8 i.. 'L'ailette .
L'aménagement de rainures, objet de l'invention, peut être pris en combinaison avec une disposition quin- concée des tubes telle que celle qui est représentée, sur la par exemple . Avec cette disposition on ménage entre les tubes h présentant chacun deux ailettes tangentielles, longitudinales, des couloirs parcourus par le fluide extérieur dans le sens des flèches A, couloirs qui, à la manière connue, présentent des variations de section et des variations de direction, lesquelles comme on le sait, provoquent dans le fluide extérieur des varia- tions de vitesse et de pression favorables à l'échange de chaleur .
On remarquera que les rainures i, prévues sur les tubes h entre les ailettes, se trouvent précisément à hauteur des étranglements et changements de directionK. K. des couloirs ménagés entre les tubes . De la sorte les rainures i accroissent, en ces endroits particulièrement favorables, la surface d'échange . De plus, la vitesse du fluide à cet endroit fait que les particules solides éven- tuellement contenues dans le fluide gazeux ne peuvent se dé- poser en sorte que les faces des tubes relent très nettes et très propres à cet endroit, ce qui assure la pleine efficacité des rainures .
Dans le cas où il s'agit de tubes lisses attaqués par le fluide extérieur transversalement à leur axe, au lieu de ménager des rainures suivant la section droite du tube, comme représenté fig.l et 2, il- est prévu, confor mènent à l'invention, que ces rainures peuvent être gra- duellement infléchies de manière à s'enrouler ( fig.
8 et 9)
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sur la surface arrière du tube, suivant un trajet à pas hélicoïdal progr essif . De la sorte, on offre au fluide arrivant dans le sens \le la flèche B ( fig.8) sur la génératrice antérieure D D un trajet plus long, et de pente adoucie, pour gagner la face arrière du tube et la arrière génératrice/C C .
Comme on le voit sur la fig.9 Qui représente le tube de la fig. 8 à 90 , chaque rainure présente un contour tel que E F G I , la face antérieure du tube recevant le contour E FG , et la face arrière du tube, le contour G I On remarquera que le contour E F G I , projeté en plan sur la fig. 9, a à peu près laforme suivie par les filets fluides, contournant un tube de section circulaire attaqué transversalement par un fluide, ces filets fluides s'écar- tant comme on le s ait de la face arrière du tube pour se rejoindre à une certaine distance en arrière du tube . Le contour ? I F, offert par les rainures hélicoïdales, objet de la présente invention, revient en quelque sorte à coucher sur la face arrière du tube le'.,trajet normalement suivi par les filets fluides dans le cas d'un tube lisse .
Sur les figures 8 à 9, les rainures so.it infléchies vers la gauche de la figure . Cette inflexion pourrait égale- ment se produire vers la droite. Il est prévu, que, dans un échangeur de chaleur à tubes, à une première rangée de tu- bes à rainures infléchies vers la gauche pourra faire suite une seconae rangée de tubes où les rainures seront inflé- chies dans l'autre sens, de manière à ramener le courant général de fluide extérieur dans l'axe de 1 ' échangeur .
Au lieu d'intéresser toute la périphérie du tube lisse, il est; prévu (fig.10 et 11) que la face antérieure
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du tube, attaquée perpendiculairement à son axe par le fluide extérieur, reste lisse,-les rainures ne commençant qu'au voisinage de la face arrière . De la sorte, on aug- mente la surface d'échange àpartir du moment où le contact est moins assuré avec le flux de fluide et l'on égalise les températures sur les deux faces du tube, ce qui supprime les distorsions de tubes . Au lieu d'être tracées suivant des sections droites, comme représenté fig.10, ces rainures qui n'intéressent que partiellement la surface du tube peuvent être inclinées en hélice à la manière des fig.$ et 9, comme on l'a représenté fig.ll.
Les rainures objet de l'invention peuvent être ménagées sur la ou les faces des tôles de séparation dans un échangeur à lames, planes ou ondulées . De même les rainures peuvent être prévues sur des tubes ondulés, et orientées en conséquence . Elles peuvent n'intéresser que certaines portions de la longueur des tubes . Au lieu d'être de section triangulaire, elles pourraient ':être rectangulaires, trapézoïdales, curviligne s .
La profondeur des rainures peut varier sur leur trajet, les rainures devenant par -exemple plus profondes . sur la face arrière des tubes .
On peut, sur un même tube, faire alterner des rainures profondes avec des rainures qui le sont moins .
Ou encore, on peut rapporter sur un tube rainuré, des ailet- tes transversales qui correspondent dans une certaine mesure à des rainures profondes, en augmentant la surface d'échange pour une certaine longueur de tube . Ces ailettes transver- sales au lieu d'être d'égale hauteur peuvent être plus hautes sur la face arrière des tubes qui tend à recevoir moins ae chaleur .