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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUXFAISCEAUX TUBULAIRES ECHANGEURS'DE
CHALEUR.
On sait que pour obtenir une transmission de chaleur optima dans les échangeurs de chaleur, il est indispensable que le fluide extérieur soit guidé aussi rationnellement que possible afin que les effets de turbulence nuisibles à la transmission de chaleur et la résistance au passage fluide soient les plus faibles possible.
Les échangeurs de chaleur actuellement connus n'éliminent, sui- vant leur conception en quinconce ou en files parallèles, que l'un ou l'au- tre des deux inconvénients primordiaux précités,
La présente invention concerne des perfectionnements qui per- mettent de réaliser des échangeurs comportant les avantages des deux sys- tèmes anciens connus, tout en éliminant leurs inconvénients respectifs.
Ces perfectionnements sont essentiellement caractérisés par le fait que tous les tubes ont une section identique affectant une forme obloi gue, comme par exemple un losange, disposée dans le sens d'écoulement du fluide, les tubes étant disposés en quinconce les uns par'rapport aux au- tres de façon telle que les extrémités des sections de deux tubes consécu- tifs de la même colonne soient pratiquement adjacentes et que soient ainsi constitués des couloirs sinueux de section constante sur toute leur lon- gueuro
Un munit les tubes d'ailettes de forme telle que leur périmè- tre soit équidistant de celui du corps des tubes.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven- tion ressortiront de la description qui en sera donnée ci-après en regard des dessins annexés sur lesquels
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Les Figs. 1 ot 2 sont des schémas représentant les deux dis- positions qui sont généralement utilisées pour répartir les tubes d'un faisceau tubulaire échangeur de chaleur.
Les Fige. 3 et 4 représentent des faisceaux tubulaires éehan- geurs de chaleur dont les tubes sont répartis respectivement suivant les schémas des figures 1 et 2.
La Fige 5 représente un faisceau tubulaire échangeur de cha- leur, conforme à la présente invention.
Les tubes 1 des faisceaux des échangeurs de chaleur sont répar- tis habituellement, soit en quinconce, comme représenté sur la figure 1, soit en files parallèles, comme représenté sur la figure 2.
Dans les deux cas, on prenait soin d'adopter des profils de tubes aussi favorables que possible à la circulation du fluide extérieur arrivant sur le faisceau tubulaire suivant les flèches F.
L'expérience prouve en effet que pour obtenir une transmis- sion de chaleur optima entre les tubes et le fluide, il est indispensable' que ce dernier soit guidé aussi rationnellement que possible à l'intérieur du faisceau tubulaire. On démontre aisément que lorsque la section de passa- ge est constante le fluide extérieur ne subit aucun effet de turbulence nuisible à la transmission qui s'effectue alors dans d'excellentes condi- tions tandis que la résistance apportée au passage du fluide est réduite au minimum.
Dans le cas de répartition des tubes en quinconce, on donne gé- néralement aux tubes 1 une section en forme générale de losange, comme cela apparait en la sur la figure 3. Le fluide arrivant suivant les flèches F se trouve alors conduit selon les directions diverses et variables. On peut estimer que des courants sinueux se constituent en partie mais il est im- possible d'avoir la certitude que cette circulation est effective sur tou- te la hauteur du faisceau et que, d'autre part, ces mêmes courants ne se contrarient pas en certains endroits Dans. les échangeurs de chaleur de ce type, la résistance au passage du fluide extérieur est relativement élevée.
Dans le cas de répartition des tubes en files parallèles, on donne généralement aux tubes 1 une section en forme générale de carré, com- me cela apparait en lb sur la figure 4. Le fluide arrivant suivant les flè- ches F se trouve dans ce cas effectivement conduit selon des passages verti- caux et constants, mais il apparait immédiatement qu'une partie seulement de la surface extérieure du faisceau tubulaire est en contact direct avec lui. Ce fait constitue une très mauvaise condition pour la transmission de chaleur et, par ailleurs, les sections inutilisées lc qui se trouvent au- dessus et au-dessous de chaque tube sont susceptibles de recevoir les pous- sières éventuellement véhiculées par le fluide extérieur.
Le faisceau tubulaire échangeur de chaleur conforme à l'inven- tion résoud le problème en ce qu'il permet, tout à la fois, de présenter l'ensemble des avantages des deux systèmes actuellement connus sans en com- porter aucun des inconvénients.
L'échangeur suivant l'invention, dont on a représenté une forme de réalisation possible sur la figure 5, est essentiellement caractérisé par le fait que les tubes 1 qui le composent ont tous une section identi- que la -affectant une forme oblongue, comme par exemple en losange, disposée dans le sens de l'écoulement du fluide. Les tubes sont par ailleurs dispo- sés en quinconce de façon telle que les extrémités des sections de deux tubes consécutifs de la même colonne soient pratiquement adjacentes et que soient ainsi constitués des sortes de couloirs verticaux 1 sinueux et paral- lèles et surtout de section constante sur toute leur longueur.
Il en résul- te que le fluide extérieur, qui est introduit suivant les flèches F dans chacun desdits couloirs, est obligé de suivre un parcours de section absolu- ment constante sur toute la hauteur du faisceau tubulaire, ce qui a pour conséquence d'éliminer tout mouvement turbulent à l'intérieur du faisceau
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et de rendre optima les conditions de transmission de -chaleur
Par ailleurs, le tracé sinueux des parcours oblige le fluide extérieur à lécher intégralement la totalité du périmètre extérieur des tubes, d'où résultent des conditions de transmission idéales et une ré- sistance au passage du fluide extérieur réduite au maximum.
On peut donc dire que la disposition conforme à l'invention permet de conserver à la fois tous les avantages résultant des systèmes anciens représentés sur les figures 3 et 4, tout en en.éliminant leurs in- convénientso
Ce résultat particulièrement important peut d'ailleurs encore être renforcé par le choix d'ailettes 4 de forme telle que leur périmètre soit équidistant de celui du corps des tubes. L'expérience prouve en effet que cette forme est celle qui, d'une part, assure la meilleure circulation du fluide et qui, d'autre part, est la plus avantageuse en ce qui concerne la transmission de chaleur par les ailettes.
En effet, la distance à par- courir par la chaleur pour atteindre le corps du tube est toujours constan- te et l'apport de calories est donc absolument régulier, ce qui favorise la transmission dans une large mesure.
Il est bien évident que la forme des ailettes représentées sur la figure 5 n'est nullement limitative et qu'on pourrait y apporter toutes modifications géométriques utiles.
Il va d'ailleurs de soi que l'invention n'a été décrite et re- présentée qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et qu'on pourra y apporter des modifications de détail sans sortir du cadre de l'in- vention.
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IMPROVEMENTS TO THE TUBULAR EXCHANGERS
HEAT.
It is known that in order to obtain optimum heat transmission in heat exchangers, it is essential that the external fluid be guided as rationally as possible so that the effects of turbulence detrimental to the heat transmission and the resistance to the fluid passage are the greatest. weak possible.
Currently known heat exchangers only eliminate one or the other of the two aforementioned primary drawbacks, depending on their staggered or parallel row design,
The present invention relates to improvements which make it possible to produce exchangers comprising the advantages of the two known old systems, while eliminating their respective drawbacks.
These improvements are essentially characterized by the fact that all the tubes have an identical section affecting an oblique shape, such as for example a rhombus, arranged in the direction of flow of the fluid, the tubes being arranged in staggered rows with respect to each other. others in such a way that the ends of the sections of two consecutive tubes of the same column are practically adjacent and so that sinuous corridors of constant section are formed over their entire length.
One provides the tubes with fins of a shape such that their perimeter is equidistant from that of the body of the tubes.
Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description which will be given hereinafter with reference to the appended drawings in which
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Figs. 1 ot 2 are diagrams showing the two arrangements which are generally used to distribute the tubes of a heat exchanger tube bundle.
The Fige. 3 and 4 show heat-exchanging tube bundles, the tubes of which are distributed respectively according to the diagrams in Figures 1 and 2.
Fig. 5 shows a heat exchanger tubular bundle, in accordance with the present invention.
The tubes 1 of the heat exchanger bundles are usually distributed either in staggered rows, as shown in Figure 1, or in parallel rows, as shown in Figure 2.
In both cases, care was taken to adopt tube profiles as favorable as possible to the circulation of the external fluid arriving on the tube bundle according to the arrows F.
Experience has indeed shown that in order to obtain optimum heat transmission between the tubes and the fluid, it is essential that the latter be guided as rationally as possible inside the tube bundle. It is easily demonstrated that when the flow section is constant, the external fluid does not undergo any turbulence effect detrimental to the transmission, which then takes place under excellent conditions while the resistance provided to the passage of the fluid is reduced to the transmission. minimum.
In the case of staggered distribution of the tubes, the tubes 1 are generally given a section in the general shape of a rhombus, as appears at 1a in FIG. 3. The fluid arriving along the arrows F is then conducted in the directions various and variable. We can estimate that sinuous currents are partly formed but it is impossible to be certain that this circulation is effective over the whole height of the beam and that, on the other hand, these same currents do not contradict each other. in some places In. heat exchangers of this type, the resistance to the passage of the external fluid is relatively high.
In the case of distribution of the tubes in parallel rows, the tubes 1 are generally given a cross-section in the general shape of a square, as appears in lb in FIG. 4. The fluid arriving along the arrows F is found in this section. This case is actually conducted in vertical and constant passages, but it immediately appears that only part of the outer surface of the tube bundle is in direct contact with it. This fact constitutes a very poor condition for the transmission of heat and, moreover, the unused sections 1c which are located above and below each tube are liable to receive the dust possibly carried by the external fluid.
The heat exchanger tube bundle in accordance with the invention solves the problem in that it makes it possible, at the same time, to present all the advantages of the two currently known systems without having any of the drawbacks thereof.
The exchanger according to the invention, a possible embodiment of which has been shown in FIG. 5, is essentially characterized by the fact that the tubes 1 which compose it all have an identical section - affecting an oblong shape, such as for example in a diamond shape, arranged in the direction of the flow of the fluid. The tubes are moreover arranged in a staggered manner such that the ends of the sections of two consecutive tubes of the same column are practically adjacent and that are thus constituted of kinds of vertical corridors 1 sinuous and parallel and above all of constant section. over their entire length.
The result is that the external fluid, which is introduced along the arrows F in each of said corridors, is obliged to follow a path of absolutely constant section over the entire height of the tube bundle, which has the consequence of eliminating any turbulent movement within the beam
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and to optimize the heat transmission conditions
Furthermore, the sinuous course of the paths forces the external fluid to completely lick the entire external perimeter of the tubes, resulting in ideal transmission conditions and resistance to the passage of the external fluid reduced to the maximum.
It can therefore be said that the arrangement in accordance with the invention enables all the advantages resulting from the old systems shown in FIGS. 3 and 4 to be retained at the same time, while eliminating their drawbacks.
This particularly important result can moreover be further reinforced by the choice of fins 4 of shape such that their perimeter is equidistant from that of the body of the tubes. Experience proves in fact that this form is the one which, on the one hand, ensures the best circulation of the fluid and which, on the other hand, is the most advantageous as regards the transmission of heat by the fins.
In fact, the distance to be covered by the heat to reach the body of the tube is always constant and the supply of calories is therefore absolutely regular, which favors transmission to a large extent.
It is obvious that the shape of the fins shown in FIG. 5 is in no way limiting and that any useful geometric modifications could be made thereto.
It goes without saying that the invention has been described and shown for purely explanatory and in no way limiting and that modifications of detail can be made to it without departing from the scope of the invention. .