FR2512940A1 - Insert for flat heat exchanger tubes - promotes turbulence by transverse ribs ridged alternately in opposite directions - Google Patents

Abstract

A heat exchanger constructed of tubes with a flattened profile employs a light pressed-metal device inserted into the tubes to promote turbulence in the tube side fluid. The device takes the form of a strip comprising three longitudinal members joined at intervals by narrow ribs. The ribs are ridged with the direction of ridging alternating on each rib. The longitudinal members are also ridged between the ribs, alternating in direction at each rib junction. The device fits closely into the tube and is held by friction at the narrow outer extremities of the tube. Used for promoting turbulence and hence improved heat transfer in flat tube heat exchangers.

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à tubes de profil aplati à éléments rapportés générateurs de turbulence, qui se compose d'une bande disposée à peu près au milieu de la section du-tube et orientée dans sa direction longitudinale et d'un grand nombre de bras partant de cette bande et s'étendant late- ralement. The present invention relates to a heat exchanger with flattened profile tubes with added elements generating turbulence, which consists of a strip disposed approximately in the middle of the section of the tube and oriented in its longitudinal direction and a large number of arms extending from this strip and extending laterally.

D'après la demande de brevet allemand
DE AS 27 28 971, on connaît un élément rapporté générateur de turbulence pour un tube d'échangeur de chaleur, qui se compose d'une bande de tle disposée au milieu du tube et portant des bras s'étendant radialement vers l'extérieur. Chaque bras comporte une extrémité recourbée dans la direction longitudinale du tube et par laquelle s'appuie l'élément rapporté générateur de turbulence contre la paroi intérieure du tube. Par torsion de la bande de tôle, on fait en sorte que les bras soient répartis uniformément dansa section droite du tube. Un tel élément rapporté générateur de turbulence convient seulement pour des tubes circulaires. Cet agencement connu ne peut pas être appliqué à un tube de prof il aplati car les bras devraient être réalisés trop longs et seraient par conséquent très instables.En outre, la mise en place de l'élément générateur de turbulence de type connu serait difficile car ùne telle bande de t5le peut facilement s'infléchir autour de son axe transversal.According to the German patent application
DE AS 27 28 971, there is known a turbulence generating insert for a heat exchanger tube, which consists of a strip of sheet placed in the middle of the tube and carrying arms extending radially outwards. Each arm has one end curved in the longitudinal direction of the tube and by which the added element generating turbulence against the inner wall of the tube. By twisting the sheet metal strip, the arms are made to be distributed uniformly in the cross section of the tube. Such a turbulence generating insert is only suitable for circular tubes. This known arrangement cannot be applied to a flattened prof tube because the arms should be made too long and would therefore be very unstable. Furthermore, the positioning of the turbulence generating element of known type would be difficult because such a strip of sheet can easily bend around its transverse axis.

Dans des échangeurs de chaleur à tubes aplatis, il arrive, lors du brasage ou également lors de l'établissement d'une dépression dans l'échangeur de chaleur, que les parois de tubes s'infléchissent vers l'intérieur, ce qui correspond à ce qu'on appelle un affaissement du tube. L'affaissement du tube est indésirable car cela se traduit par une réduction importante de la section de passage ainsi que par la perte du contact entre la nervure et le tube de l'échangeur de chaleur. Une diminution de la section de passage du tube a une influence défavorable sur les conditions d'écoulement dans l'échangeur de chaleur. On ne peut pas s'opposer à un affaissement du tube par les éléments rapportés générateurs de turbulence de type connu. In heat exchangers with flattened tubes, it happens, during brazing or also when establishing a vacuum in the heat exchanger, that the tube walls bend inwards, which corresponds to what's called a sag of the tube. Collapsing of the tube is undesirable as this results in a significant reduction in the cross-section as well as the loss of contact between the rib and the tube of the heat exchanger. A reduction in the cross-section of the tube has an unfavorable influence on the flow conditions in the heat exchanger. One cannot oppose a collapse of the tube by the added elements generating turbulence of known type.

L'invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur à tubes de profil aplati comportant des éléments rapportés générateurs de turbulence dans lequel on empêche en toute sécurité un affaissement des tubes de profil aplati et dans lequel également l'élément rapporté générateur de turbulence puisse être engagé facilement et de façon sûre dans les tubes de profil aplati. The object of the invention is to provide a heat exchanger with flattened profile tubes comprising added elements generating turbulence in which a collapse of the flattened profile tubes is prevented and in which also the added element generating turbulence can be easily and securely engaged in flattened profile tubes.

Ce problème est résolu, dans le cas d'un échangeur de chaleur a tubes de profil aplati comportant des éléments rapportés générateurs de turbulence en ce qu'il est prévu, en plus de la bande médiane, des bandes extérieures qui sont placées dans les zones latérales de la section du tube et qui ont à peu près la même longueur que la bande médiane, en étant placées latéralement à une certaine distance de cette bande paral lèlement à celle-ci, en ce que les bras sont agencés sous la forme de voiles disposés entre la bande médiane et les bandes extérieures, en ce que la bande médiane comportent au moins une nervure s'étendant sur toute la longueur de l'élément rapporté générateur de turbulence et en ce que cette bande médiane comporte grâce à la nervure une hauteur correspondant approximativement à la hauteur de la section du-tube. This problem is solved, in the case of a heat exchanger with flattened profile tubes comprising added elements generating turbulence in that there is provided, in addition to the central strip, external strips which are placed in the zones lateral to the section of the tube and which are roughly the same length as the median strip, being placed laterally at a certain distance from this strip parallel to the latter, in that the arms are arranged in the form of sails disposed between the median strip and the outer bands, in that the median band comprise at least one rib extending over the entire length of the turbulence-generating insert and in that this median band comprises thanks to the rib a height approximately corresponding to the height of the tube section.

Par les moyens conformes à l'invention, on donne à ltélément rapporté générateur de turbulence une grande rigidité en ce qui concerne la torsion autour de son axe longitudinal et la flexion autour de son axe transversal. Du fait que la bande médiane présente, grâce au profilage conforme à l'invention, une hauteur correspondant approximativement a la hauteur de la section du tube, les tubes de profil aplati ne peuvent pas s'affaisser. By the means in accordance with the invention, the added element turbulence generator is given a high rigidity with regard to the torsion around its longitudinal axis and the bending around its transverse axis. Because the median strip has, thanks to the profiling according to the invention, a height corresponding approximately to the height of the section of the tube, the tubes of flattened profile cannot collapse.

Par suite de la grande rigidite de l'élément rapporté générateur de turbulence, il est possible de réaliser celui-ci en un matériau plus mince que cela n'était possible avec les agencements connus. On obtient en outre l'avantage que le poids de l'élément rapporté générateur de turbulence est plus faible et que les conditions d'écoulement dans le tube sont plus favorables car l'élément rapporté générateur de turbulence réduit moins la section de passage du tube que les agencements connus.Owing to the great rigidity of the turbulence-generating added element, it is possible to produce the latter in a thinner material than was possible with the known arrangements. The advantage is also obtained that the weight of the turbulence generating insert is lower and that the flow conditions in the tube are more favorable since the turbulence generating insert reduces the passage cross section of the tube less than the known arrangements.

Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu dans la bande médiane des moulures parallèles disposées en sens inverse et qui ont dans l'ensemble une forme de S. On obtient ainsi que les hauteurs des deux moulures s'additionnent et on évite par consequent une déformation extrême de la bande médiane. Par une disposition alternée des voiles des deux côtés, on-crée une bonne turbulence dans l'écoulement de liquide. La turbulence peut en outre être amplifiée en pourvoyant chaque voile d'une moulure. In accordance with another advantageous characteristic of the invention, there are provided in the median strip parallel moldings arranged in opposite directions and which generally have an S shape. The heights of the two moldings are thus added and an extreme deformation of the central strip is therefore avoided. By an alternate arrangement of the sails on both sides, a good turbulence in the flow of liquid is created. Turbulence can also be amplified by providing each veil with a molding.

Pour la stabilisation de l'élément rapporté générateur de turbulence dans les tubes aplatis, il est prévu dans les bandes extérieures des moulures longitudinales par l'intermédiaire desquelles les bandes extérieures s'appliquent contre la paroi intérieure du tube. Pouréviter des déformations extrêmes des bandes extérieures lors de la fabrication de l'élément rapporté générateur de turbulence, il est avantageux de prévoir-dans chacune des bandes extérieures un grand nombre de moulures longitudinales, auquel cas a chaque fois deux moulures longitudinales successives d'une bande sont disposées sur des cOtés alternés. Par addition des hauteurs de moulures, on double ainsi la hauteur de la bande.L'agencement des voiles en forme de flèche amélioré d'une part llemboite- ment mécanique de l'élément génerateur de turbulence dans le tube aplati et d'autre part également l'efficacité en ce qui concerne la transmission de chaleur. I1 est en outre avantageux que, lors du brasage de l'echan- geur de chaleur, les moulures des bandes extérieures et/ou de la bande médiane soient brasées sur le tube aplati. Ainsi l'élément générateur de turbulence agit simultanément comme une plaque d'échange de chaleur, ce qui permet d'obtenir une meilleure transmission de chaleur avec le fluide réfrigérant. To stabilize the turbulence-generating insert in the flattened tubes, longitudinal strips are provided in the outer strips by means of which the outer strips are pressed against the inner wall of the tube. To avoid extreme deformations of the outer bands during the manufacture of the turbulence-generating insert, it is advantageous to provide in each of the outer bands a large number of longitudinal moldings, in which case each time two successive longitudinal moldings of one strip are arranged on alternate sides. By adding molding heights, the height of the strip is thus doubled. The arrangement of the arrow-shaped sails improved on the one hand by mechanical coupling of the element generating turbulence in the flattened tube and on the other hand also efficiency with regard to heat transmission. It is further advantageous that, when brazing the heat exchanger, the moldings of the outer bands and / or of the middle band are brazed on the flattened tube. Thus the turbulence generating element acts simultaneously as a heat exchange plate, which allows better heat transmission with the refrigerant.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en réference aux dessins annexés dans lesquels
La Figure I est une vue en plan d'un élé- ment rapporté générateur de turbulence
Les Figures 2a a 2c sont des vues en coupe faites respectivement suivant les lignes A-A, B-B, C-C de la Figure 1 ; et
La Figure 3 est une coupe d'un tube d'échangeur de chaleur dans lequel est mis en place un élément générateur de turbulence tel que celui de la Figure 1.Other advantages and characteristics of the invention will be highlighted in the following description, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which
Figure I is a plan view of a turbulence generating insert
Figures 2a to 2c are sectional views taken respectively along lines AA, BB, CC of Figure 1; and
FIG. 3 is a section through a heat exchanger tube in which a turbulence generating element such as that of FIG. 1 is put in place.

Sur la Figure 1, on a représenté un élément rapporté 1 générateur de turbulence qui se compose essentiellement de trois bandes 2, 3, 4 orientées dans la direction longitudinale et de voiles respectifs 5 et 5' assurant la liaison des bandes extérieures 2 et 4 avec la bande médiane 3. Les voiles 5 et 5' sont de préférence orientés d'un angle de 45 par rapport a la direction longitudinale de l'élément générateur de turbulence 1 mais il va de soi que les voiles pourraient cependant être orientés d'un angle différent. L'espacement entre deux voiles successifs 5, 5' peut être choisi librement.Le voile central 3 comporte une moulure longitudinale en forme de S qui s'étend sur toute la longueur de l'élément générateur de turbulence 1 et dont la forme sera décrite de façon détarllée dans la suite en référence aux Figures 2 et 3. Les bandes extérieures 2 et 4 sont pourvues d'un grand nombre de moulures 6 et 6', des moulures successives 6, 6' d'une bande 2, 4 étant disposées respectivement sur des cotés alternés. Les voiles 5 et 5' sont disposés de façon alternée, auquel cas à chaque fois deux voiles successifs 5, 5' situes d'un côté ainsi que deux voiles opposés 5, 5 situés des deux côtés sont placés dans des plans différents. Les voiles 5 et 5' comportent des moulures 7 et 7' qui font saillie respectivement en sens inverses de la direction du voile correspondant 5, 5'. In Figure 1, there is shown an insert 1 turbulence generator which consists essentially of three bands 2, 3, 4 oriented in the longitudinal direction and respective sails 5 and 5 'ensuring the connection of the outer bands 2 and 4 with the middle strip 3. The webs 5 and 5 ′ are preferably oriented at an angle of 45 relative to the longitudinal direction of the turbulence-generating element 1, but it goes without saying that the webs could however be oriented different angle. The spacing between two successive webs 5, 5 ′ can be freely chosen. The central web 3 has an S-shaped longitudinal molding which extends over the entire length of the turbulence generating element 1 and the shape of which will be described in detail below with reference to Figures 2 and 3. The outer bands 2 and 4 are provided with a large number of moldings 6 and 6 ', successive moldings 6, 6' of a band 2, 4 being arranged respectively on alternate sides. The sails 5 and 5 ′ are arranged alternately, in which case each time two successive sails 5, 5 ′ situated on one side as well as two opposite sails 5, 5 located on the two sides are placed in different planes. The sails 5 and 5 'have moldings 7 and 7' which project respectively in opposite directions to the direction of the corresponding veil 5, 5 '.

Sur les Figures 2a, 2b et 2c, on a représenté des coupes faites suivant les lignes A-A, B-B et C-c de la Figure 1 à échelle agrandie. Ces vues en coupe montrent que la bande médiane comporte une moulure 8 qui a une section constante en forme de S. En considérant les trois coupes dans leur ensemble, on se rend compte de façon nette de la disposition alterne des voiles 5, 5' ainsi que des moulures 7, 7' desdits voiles 5, 5', et en outre de la disposition alternée des moulures 6 et 6'. In Figures 2a, 2b and 2c, there are shown sections made along lines A-A, B-B and C-c of Figure 1 on an enlarged scale. These sectional views show that the middle strip has a molding 8 which has a constant section in the form of an S. Considering the three sections as a whole, one realizes clearly the alternate arrangement of the sails 5, 5 ′ as well as moldings 7, 7 'of said webs 5, 5', and in addition to the alternate arrangement of moldings 6 and 6 '.

Sur la Figure 3, on a représenté en coupe à échelle agrandie un tube aplati 9 d'un échangeur de chaleur dans lequel est mis en place un élément générateur de turbulence 1. La coupe de l'élément générateur de turbulence 1 correspond à la ligne D-D de la Figure 1. In Figure 3, there is shown in section on an enlarged scale a flattened tube 9 of a heat exchanger in which is placed a turbulence generating element 1. The section of the turbulence generating element 1 corresponds to the line DD of Figure 1.

Dans la zone médiane de la section du tube est placée la bande médiane 3 comportant la moulure 8 en forme de S et de laquelle font saillie les voiles 5 placés en alternance jusqu'à la bande extérieure 2 et les voiles 5' placés en alternance jusqu'à la bande extérieure 4. Les voiles 5 et 5' sont agencés de manière à ne pas s'appliquer contre la paroi intérieure du tube et de préference l'espacement entre ces parties est à peu près égal au quart de la hauteur de la section du tube. Par la disposition alternée des moulures 6 dans la bande 2 et des moulures 6' dans la bande 4, on obtient pour les bandes extérieures 2 et 4 une hauteur correspondant à peu près a la hauteur de la section du tube dans la zone du bord.In the median zone of the section of the tube is placed the median band 3 comprising the molding 8 in the shape of an S and from which project the sails 5 placed alternately up to the outer band 2 and the sails 5 'placed alternately up to 'to the outer strip 4. The webs 5 and 5' are arranged so as not to apply against the inner wall of the tube and preferably the spacing between these parts is approximately equal to a quarter of the height of the tube section. By the alternate arrangement of the moldings 6 in the band 2 and the moldings 6 'in the band 4, the height for the outer bands 2 and 4 is obtained which corresponds roughly to the height of the section of the tube in the edge area.

Comme le montre nettement la vue en coupe du tube aplati 9, la paroi du tube est légèrement cintrée avant le brasage de manière que, dans la zone médiane, la hauteur du tube soit un peu plus grande. Lors du brasage de l!échangeur de chaleur, la courbure de la paroi du tube est supprimée et ladite paroi vient s'appliquer contre la moulure 8 en forme de S. On empêche un affaissement supplémentaire du tube lors du brasage ou bien dans le cas d'une dépression établie dans l'échangeur de chaleur à l'aide de la moulure 8 en forme de S car la paroi du tube ne peut plus s'incurver additionnellement vers l'intérieur lors de son application contre la moulure 8. Les moulures ? et 7' servent non seulement du raidissage mais, par leur disposition alternée, elles augmentent également la turbulence de l'écoulement de réfrigérant. As clearly shown in the sectional view of the flattened tube 9, the wall of the tube is slightly bent before brazing so that, in the middle zone, the height of the tube is a little greater. When brazing the heat exchanger, the curvature of the wall of the tube is eliminated and said wall is applied against the molding 8 in the form of S. It prevents further collapse of the tube during brazing or else in the case of a depression established in the heat exchanger using the S-shaped molding 8 because the wall of the tube can no longer curl additionally inward when it is applied against the molding 8. The moldings ? and 7 'not only serve as stiffening but, by their alternate arrangement, they also increase the turbulence of the refrigerant flow.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur a tubes de profil aplati a éléments rapportés générateurs de turbulence, qui se compose d'une bande disposée à peu près au milieu de la section du tube et orientée dans sa direction longitudinale et d'un grand nombre de bras partant de cette bande et s'étendant latéralement, caractérisé en ce qu'il est prevu, en plus de la bande médiane (3) des bandes extérieures (2, 4) qui sont palcées dans les zones latérales de la section du tube et qui ont à peu près la même longueur que la bande médiane (3) en étant placées latéralement à une certaine distance de cette bande (3) parallèlement a celle-ci, en ce que les bras sont agencés sous la forme de voiles (5, 5') disposés entre la bande médiane (3) et les bandes extérieures (2, 4), en ce que la bande médiane (3) comporte au moins une nervure (8) s'étendant sur toute la longueur de l'élément rapporté générateur de turbulence (1) et en ce que cette bande mediane (3) comporte grâce à la nervure (8) une hauteur qui correspond approximativement à la hauteur de la section du tube. 1.- Heat exchanger with flattened profile tubes with added elements generating turbulence, which consists of a band disposed approximately in the middle of the section of the tube and oriented in its longitudinal direction and a large number of arms starting from this strip and extending laterally, characterized in that it is provided, in addition to the central strip (3), external strips (2, 4) which are palcated in the lateral zones of the section of the tube and which have approximately the same length as the central strip (3) being placed laterally at a certain distance from this strip (3) parallel to the latter, in that the arms are arranged in the form of sails (5, 5 ') arranged between the central strip (3) and the outer strips (2, 4), in that the central strip (3) comprises at least one rib (8) extending over the entire length of the generating insert turbulence (1) and in that this median strip (3) has, thanks to the rib (8), a height which corresponds it is approximately at the height of the section of the tube. 2.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu des moulures (8) disposées parallelement et en sens inverses et qui ont dans l'ensemble une forme de S. 2.- Heat exchanger with flattened tubes according to claim 1, characterized in that there are provided moldings (8) arranged parallel and in opposite directions and which generally have an S shape. 3.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les voiles (5 ou 5') situés du même côté sont placés en alternance dans des plans différents. 3.- Heat exchanger with flattened tubes according to one of claims 1 or 2, characterized in that the webs (5 or 5 ') located on the same side are placed alternately in different planes. 4.- Echangeur de chaleur a tubes aplatis selon la revendication 3, caractérisé en ce que les voiles respectivement adjacents (5 et 5') et situés sur des cotés différents sont placés en alternance dans des plans différents.  4.- Heat exchanger with flattened tubes according to claim 3, characterized in that the respectively adjacent webs (5 and 5 ') and located on different sides are placed alternately in different planes. 5.- Echangeur de chaleur a tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que chacun des voiles (5, 5') est pourvu d'une moulure (7, 7'). 5.- Heat exchanger with flattened tubes according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each of the sails (5, 5 ') is provided with a molding (7, 7'). 6.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que chacune des bandes extérieures (2, 4) est pourvue d'au moins une moulure longitudinale (6, 6'). 6.- Heat exchanger with flattened tubes according to any one of claims 1 to 5, characterized in that each of the outer bands (2, 4) is provided with at least one longitudinal molding (6, 6 '). 7.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des bandes (2, 4) comporte un grand nombre de moulures longitudinales (6, 6') auquel-cas à chaque fois deux moulures longitudinales successives (6 ou 6') d'une bande (2 ou 4) sont disposées alternativement. 7.- Heat exchanger with flattened tubes according to claim 6, characterized in that each of the strips (2, 4) comprises a large number of longitudinal moldings (6, 6 ') in which case each time two successive longitudinal moldings ( 6 or 6 ') of a strip (2 or 4) are arranged alternately. 8.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, carac terisé en ce que les voiles (5, 5') sont disposés en forme de flèche et font de préférence un angle d'environ 45 par rapport a l'axe longitudinal de la bande médiane (3). 8.- Heat exchanger with flattened tubes according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the webs (5, 5 ') are arranged in the shape of an arrow and preferably make an angle of about 45 per relative to the longitudinal axis of the median strip (3). 9.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 6 ou 7, caractérisé en ce que la moulure (8) de la bande médiane (3) et/ou les moulures (6, 6') des bandes extérieures (2, 4) sont brasées sur le tube aplati (9r.  9.- Heat exchanger with flattened tubes according to any one of claims 1, 2, 6 or 7, characterized in that the molding (8) of the median strip (3) and / or the moldings (6, 6 ' ) outer bands (2, 4) are brazed to the flattened tube (9r.