Brevet FR2046847A1 — publié le 19710312

La présente invention concerne les tubes échangeurs de cha- leur, plus particulièrement ceux qui sont destinés à traiter des gaz et autres fluides ayant de faibles coefficients et vitesses de transmission de la chaleur. Ltun des objectifs de la présente invention consiste à réaliser un tube échangeur de chaleur ayant un faible prix de fabrication, et donnant des résultats améliorés comparativement à d'autres tubes à surface interne importante. Un autre objectif de cette invention consiste à réaliser un tube échangeur de chaleur comportant des subdivisions faciles à assembler, dans lequel les cloisons ont une épaisseur suffisante pour transmettre à peu près toute la chaleur possible d'après les caractéristiques du fluide intérieur au tube, tout en restant assez minces pour éviter une réduction excessive de la section libre de passage, et par suite également une chute de pression excessive. La présente invention prévoit un tube échangeur de chaleur, caractérisé par le fait qu'il comporte intérieurement un dispositif profilée une matière conductrice, en contact avec la surface interne du tube et occupant toute la longueur du tube, ce dispositif ayant an section transversale une forme au moins partiellement et approximativement radiale. D'autres objectifs de la présente invention ressortiront plus complètement de la description suivante et des revendications annexées, l'ensemble se référant aux figures jointes qui font partie de la présente description et dans lesquelles les organes identiques ou équivalents sont indiqués par un meme numéro Dans les figures jointes: la fig. 1 est une coupe longitudinale dun échangeur de chaleur comportant une série de tubes échangeurs de chaleur conformes à la présente invention; la fige 2 montre à plus grande échelle une coupe transversale de lun des tubes du faisceau, suivant la droite II-II de la fig. 1; Les fig. 2a, 2b, 2c et 3, 3a, 3b et 3c sont des coupes transversales correspondant à celle de la fig. 2, mais représentant diverses formes de réalisation. On voit sur la fig. 1 un échangeur de chaleur 10 du type qui sert principalement à refroidir ou a réchauffer, et qui comprend une enveloppe cylindrique 12 avec une admission du fluide 14 et une évacuation du fluide 26. Transversele}uent à l'enveloppe 12, an prévoit une plaque tubulaire 18 dans laquelle les extrémités gauches des tubes échangeurs 20 sont }mandrinées ou soudées.Les autres etrémités de ces tubes sont fixées sur une plaque tubulaire flottante 22 (mais cette plaque peut également titre fixe), grâce à quoi 19air ou tout autre fluide peut passer de la région latérale de droite 24 entre les tubes 20 jusqutà la région latérale de gauche 26, et inversement. En s'écoulant ainsi, ltair ou autre fluide cède ou prend de la chaleur du fluide qui va de l'admission 14 à l'évacuation 16, suivant que l'échangeur est utilisé comme réchauffeur ou réfrigérant. Une garniture d'étanchéité de type habituel peut être prévue pour fermer de façon étanche la chambre 26, relativement à la chambre 27 qui se trouve à droite de la plaque tubulaire 18. Le but poursuivi par l'emploi d'une plaque tubulaire 22 du type flottant et-coulissant; consiste évidemment à permettre une contra-ction ou dilatation longitudinale libre des tubes 20 pendant le fonctionnement de échangeur de chaleur. L'échangeur peut avoir diverees longueurs; en outre, le nombre et les dimensions des tubes échangeurs 20 peuvent va rieur0 Par exemple, leur nombre peut varier depuis un minimum égal à 1 jusqu'à un maximum égal à 1000. Il est préférable que le diamètre extérieur des tubes soit inférieur à 25 mm. Les trois grosseurs préférables et convenables sont de 20 mm, 14 mm et 12 mm. Conformément à l'habi- tude, on peut prévoir entre l'admission 14 et l'évacuation 16 des déflecteurs ou guides appropriés en toue, pour obliger le fluide à suivre un parcours sinueux dans la chambre 27. Toutefois, la présente invention concerne spécialement la construction des tubes échangeurs de chaleur, tandis que la disposition générale décrite ci-dessus est considérée comme normale, et nta pour but que d'illustrer un emploi particulier de 1 t invention. On voit schématiquement sur les fig. 2, 2a, 2b et 2c que chacun des tubes échangeurs de chaleur 20 comporte intérieurement deux ou plusieurs cloisons longitudinales, formant une structure profilée 21 et s'étendant sur toute la longueur du tube, de façon que, si l'on coupe chaque tube transversalement, on obtient une section telle que celles qui sont représentées sur les fig. 2, 2a, 2b et 2c. Ces dispositifs intérieurs (ou exterieurs) ont une forme de section qui rapelle un La forme choisie doit comporter au moins une région courbe 22 dont l'élasticité tend à augmenter le rayon de courbure, si bien que le dispositif tend a s'ouvrir ou à se dilater.radiale- ment. De cette façon les extrémités 23 qui sont en contact avec la surface intérieure du tube 20, sont appuyées contre cette surface et permettent une bonne transmission de la chaleur. En outre les extrémités 23 sont repliées relativement au reste de la structure, et sont au contact de la surface intérieure du tube sur une longueur périphérique supérieure à l'épaisseur du profile formant cette structure Le profilé est de préférence rectiligne dans le sens de la longueur, pour faciliter son nettoyage.La structure intérieure peut etre facilement fabriquée comme une pièce détachez, d'une façon analogue aux profilés,- et être facilement introduite dans un tube normal quelconque. Avant son introduction, la structure profilée peut avoir un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tube. Pour l'introduire dans le tube, il suffit de comprimer légèrement son extrémité et de l'enfiler dans le tube. Le reste de la structure profilée se comprime élastiquement et automatiquement pendant son insertion dans le tube, sous- l'action de la surface -intérieure du tube, grâce à quoi le montage est simple. Comme la structure tend à se dilater, elle se trouve appuyée contre la surface intérieure du tube, ce qui améliore les conditions de transmission de la chaleur. Ces formes, dont on revendique ltoriginalité, présentent de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer les suivants à titre d'exemples: a) Elles permettent d'obtenir un excellent contact sur la paroi du tube qui les contient, gracie à l'effet élastique produit par la poussée mutuelle entre les diaphragmes, et par réaction contre la paroi; b) Grâce à l'avantage a), on peut obtenir une bonne transmission de chaleur entre le tube et les diaphragmes, sans effectuer aucune soudure ni aucune brasure forte ou douce; c) Le prix de fabrication du tube est particulièrement faible, grace à la facilité avec laquelle on peut réaliser l'ailette par étampage, tréfilage ou extrusion. d) Comparativement à des tubes analogues, le tube de la présente invention produit une perte de charge particulièrement faible si on la rapporte au coefficient de transmission total que l'on peut obtenir avec le tubes à égalité de longueur de tube; e) Comme on obtient un excellent coefficient de transmission entre la paroi du tube et les diaphragmes ou cloisons intérieurs, mEme sans soudure, on peut utiliser des matières dif férentes pour le tube et les diaphragmes, mimes des matières qui ne sont pas soudables ou ne peuvent pas Etre assemblées entre elles par brasure, ce qui permet d'employer ces tubes dans des échangeurs destinés au traitement des fluides les plus divers. A titre d'exemple non limitatif, on peut employer des tubes en aluminium avec des cloisons en acier inoxydable, ou bien des tubes en aluminium avec des cloisons en laiton, ete.; f) Comme les canaux délimités par la paroi du tube et les cloisons sont rectilignes, les engorgements sont difficiles et les nettoyages sont particulièrement faciles. nEVkNDICATi0NS 1) Tube échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu1il comporte intérieurement une structure profilée 21 en une matière conductrice, en contact avec la surface intérieure du tube 20 et en s'étendant sur la longueur du tube, cette structure ayant en coupe transversale une forme au moins partiellement et approximativement radiale. 2) Tube suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la structure profilée 21 est en une matière au moins partiellement élastique, et a en coupe transversale une forme comportant au moins une courbure 22 qui supporte l'action élastique de sa propre matière tendant à modifier son rayon de courbure et à provoquer une dilatation radiale de la structure. 3) Tube suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ses bords extrFmes 23 qui sont en contact avec la surface intérieure du tube 20, sont repliés de façon à être en contact sur une certaine longueur avec la surface intérieure du tube, cette longueur repliée ayant dans une coupe transversale du tube une extension supérieure à ltépaisseur de la matière du profilé c 4) Tube suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite structure laminaire est constituée par au moins un élément ayant en section transversale une forme analogue à la lettre grecque . 5) Tube suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite structure laminaire est rectiligne dans le sens longitudinal c 6) Echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes suivant la revendication 4, contenus dans une enveloppe tubulaire comportant des plaques-supports du faisceau des tubes dans les régions des extrémités longitudinales, cet échangeur étant caractérisé en ce qu'au'moins ltune de ses plaques-sup- ports peut coulisser longitudinalement dans llenveloppe.