Brevet FR2106461A1 — publié le 19720505

i. 2106461 La présente invention se rapporte à des condenseurs de vapeur et à des perfectionnements pour ces condenseurs de vapeur du type à surface, tels que ceux utilisés avec un équipement de réfrigération. Plus particulièrement, elle concerne des perfection-5 nements dans les condenseurs à tube ou colonne généralement vertical. Les condenseurs comportant des parois de condensation généralement verticales sur un côté desquels est refroidi l'air, comme par exemple en dirigeant un produit réfrigérant tel que de 10 l'air à travers lui et, l'autre côté sert de surface de condensation primaire sur laquelle le produit de condensation est formé et s'écoule par gravité jusqu'à un point inférieur pour l'enlèvement, sont bien connus dans la technique. On sait également utiliser des éléments intérieurs dans 15 les évaporateurs actifs tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 3.273.630, 2.480.706, 837.532 ou dans les échangeurs de chaleur tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 3.068.905, 2.905.447, 2.3IO.37O et 2.068.955. Cependant, les problèmes de construction et de fonction-20 nement des condenseurs sont tout à fait différents de ceux des évapora teurs et des autres échangeurs de chaleur. La présente invention fait apparaître que l'efficacité d'un condenseur à surface vertical peut être matériellement amélioré par l'addition de simples moyens destinés à guider l'écoule-25 ment du produit de condensation au-delà de la surface du condenseur et vers un écoulement ou collecteur par un autre trajet d'écoulement. Des exemples convenables de ces moyens de guidage, comme décrits ci-après en détail, comprennent des moyens pour engager la surface de condensation et retirer un tel produit de condensa-30 tion vers l'intérieur du tube par action de gravité ou action capillaire (par exemple, de tels moyens peuvent comprendre un élément de tige ou de tronc plus ou moins central situé à l'intérieur des tubes du condenseur à surface verticale et ayant des prolongements ou branches s'étendant vers l'extérieur et vers le haut 35 pour contacter la surface). Ces branches de contact guident soit par écoulement incliné, soit par action capillaire, ou les deux, le produit de condensation au-delà de la surface de transfert de chaleur, diminuant l'épaisseur moyenne de celle-ci et augmentant les caractéristiques de transfert de chaleur du condenseur. Ceci 40 permet une diminution de la dimension du condenseur ou une augmen 71 32819 2. 2106461 tation de sa capacité ou les deux. Des moyens de guidage sont de préférence constitués d'un matériau conducteur thermique tels que l'aluminium afin d'ajouter également à l'effet de la surface de refroidissement. Cependant, 5 ceci n'est pas nécessaire et même des moyens de guidage en matière plastique peuvent être employés. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : 10 La figure 1 est une représentation sous forme de diagramme simplifié d'un système de réfrigération comprenant un condenseur à tube vertical refroidi par air, selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie de l'un des tubes condenseurs verticaux du condenseur de la 15 figure 1, dans lequel, conformément à la présente invention des moyens de guidage de produits de condensation sont prévus. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un des tubes de condenseur vertical, tel que ceux employés dans le condenseur de la figure 1, dans lequel un second exemple 20 de réalisation de la présente invention est employé. La figure 4 est une vue en coupe transversale du tube de la figure 3, prise suivant la ligne 4-4 de cette figure. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un des tubes de condenseur vertical, tel que ceux employés 25 pour le condenseur de la figure 1, dans lequel encore un autre exemple de réalisation de la présente invention est incorporé. La figure 6 est une vue en coupe transversale du tube de la figure 5 prise suivant la ligne 6-6 de cette figure ; et La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une par-30 tie d'un des tubes de condenseur conçu conformément à la présente invention. Comme le montre la figure 1, un système de réfrigération est représenté et désigné par la référence générale 8. Le système 8 comprend un compresseur 9, qui décharge des gaz réfrigérants com-35 primés chauds dans un condenseur de vapeur désigné de façon générale en 10. Le condenseur 10 est du type condenseur à surface à tube vertical et comprend plusieurs tubes généralement verticaux 12 qui, dans une construction refroidie par air, comprennent habituellement des ailettes 14 ou autres surfaces d'échange de chaleur. 40 L'air ou autre fluide de refroidissement est dirigé entre les ai 71 32819 2106461 lettes 14 et dans le tube 12. Le gaz ou la vapeur entre dans le tube de condenseur à une entrée supérieure ou distributeur 20 et le produit de condensation liquide est enlevé d'une sortie inférieure 22 ou écoulement. A partir de cette sortie 22, le produit 5 réfrigérant maintenant liquide se déplace vers une soupape de détente 23 ou détendeur et de là vers un évaporateur 25 où le produit réfrigérant s'évapore, absorbant de la chaleur. La vapeur est retirée de l'évaporateur 25 vers le compresseur 9 à partir duquel, après compression, elle est admise de manière continue dans le con-10 denseur 10. Conformément à la présente invention les tubes 12 du condenseur 10 comportent, comme on le voit mieux dans la figure 2, des moyens (désignés de façon générale par la référence 30) pour guider le produit de condensation depuis la surface de condensa-15 tion primaire intérieure 12S. Dans le sens où on l'utilise ici, le terme "surface de condensation primaire" signifie une partie de surface de condensation de vapeur telle que la surface de tube intérieure 12S d'une structure ou paroi, telle que la paroi courbée du tube 12, qui a son côté ou surface opposée en contact sensible 20 avec le filtre de refroidissement, soit directement, soit à l'aide des ailettes externes, telles que les ailettes 14, et n'enveloppent pas de surface accidentelle qui, comme les ailettes internes, par exemple, pourrait favoriser la condensation. Le moyen de guidage 30, dans cet exemple de réalisation 25 comprend un élément en forme d'arbre ayant une tige centrale ou tronc 32 et plusieurs spires ou branches 34 s'étendant vers le haut et vers l'extérieur, qui s'étendent sur les côtés du tronc 32 en une rangée plus ou moins au hasard. Les spires 34 sont de préférence des segments de fils minces qui sont tordus ensemble dans 30 le fil de tronc principal. Pendant le fonctionnement, les spires 34 servent à guider ou à enlever de leurs points contactant la surface 12S, le produit de condensation qui descend le long d'elles dans le tronc 32. Ce produit de condensation ensuite est guidé vers le bas du tronc 32 35 en direction du voisinage de la sortie 22 sans s'écouler à nouveau vers les surfaces de condensation 12S. Les moyens de guidage en forme d'arbre 30 sont de préférence constitués de spires ou branches 34 d'une longueur supérieure au rayon du tube 12 dans lequel elles doivent être employées. 40 Les branches 34 sont de préférence initialement construites de fa 71 32819 4. 210646 I çon à être entièrement perpendiculaires au tronc 32 et prennent leur orientation représentée durant l'assemblage du tube quand les moyens 30 sont insérés à partir de l'extrémité supérieure. Ce procédé de fabrication présente l'avantage de fournir un montage 5 fixe des moyens 30 à l'intérieur du tube aussi bien qu'un contact sûr entre l'extrémité extérieure des branches 34 et la surface 12S. On se référera maintenant aux figures 3 et 4 qui représentent un autre exemple de réalisation préféré de la présente invention. Dans cet exemple de réalisation des moyens de guidage 30' 10 sont utilisés, chacun comprenant un élément de tronc ou tige 32', situé généralement au centre, auquel sont fixées des unités de branche 34' de forme généralement en U en des intervalles espacés. Les unités 34' dans la forme d'un U sont formées de longueurs 35 dirigées vers le haut qui s'étendent sur une distance 15 verticale considérable le long de la surface de condensation primaire 12S pour recueillir, par action capillaire, le fluide de condensation entre les côtés des longueurs 35 et les parties adjacentes de la surface 12S. Ce fluide est déplacé vers le bas par gravité jusqu'à ce qu'il se déplace le long de la partie inférieu-20 re des parties courbées 26 recourbées en direction de la tige 32'. Avant que la partie 36 atteigne la tige 32', elle est jointe avec des prolongements suspendus 38 qui s'étendent au point le plus inférieur sur les unités 34' de branche en forme de U. Ces prolongements 38 servent de point de départ pour le fluide qui s1égoutte 25 vers la partie inférieure du tube 12. Les unités de branche 34' sont de préférence situées sur des plans affectés au hasard autour de la tige 32'. La position légèrement excentrée des unités de branche 34* en forme de U et leur orientation au hasard fournissent des chemins d'égouttement qui 30 intercepteront de manière inhérente plusieurs, sinon aucune, des imités de branche 34' inférieures en forme de U. Les unités 34' sont également de préférence constituées d'un matériau élastique et formées de façon à porter contre la surface 12S pour assurer un bon contact avec elles aussi bien que pour fixer les moyens 30' à 35 l'intérieur du tube 12. Comme le montrent maintenant les figures 5 et 6, un troisième moyen de guidage 30" pour l'insertion dans les tubes verticaux de condenseur 12 est représenté, ce moyen 30" comprend également un tronc ou tige 32" généralement central. Cependant, à la 40 place des éléments de branche mince 34 ou 34' des exemples de réa 71 32819 5. 2106461 lisation précédents, une unité 34" de cheminée de ramifications extérieures est prévue pour guider le fluide à partir de la surface 12S en direction de la zone centrale du tube 12. Ces cheminées 34" sont de préférence constituées d'un mé-5 tal mince mais peuvent également être constituées de matière plastique relativement flexible qui peut supporter cet environnement d'utilisation. Le diamètre normal des unités 34" est légèrement plus grand que le diamètre intérieur du tube 12. Une fente radiale 40 est prévue pour permettre à l'unité de se comprimer lors-10 qu'elle est insérée dans le tube 12. Cette élasticité maintient le moyen de guidage 30" en place et pousse le bord extérieur 42 de chaque cheminée de manière étanche contre la surface 12S. Chaque cheminée 34" est dirigée en pente vers le bas à partir du rebord 42 avec une inclinaison accentuée dans sa section 15 de bord. La région de contact entre la surface 12S et la section de bord est de préférence gardée tout à fait petite, et le bord supérieur de cette section étant biseauté vers le bas constitue un bord en forme de couteau. A partir de la partie inférieure de la section de bord, l'unité de cheminée 34" s'étend avec une incli-20 naison plus faible 46 vers une ouverture circulaire avec rebord pendant 48 auquel la tige 32" est fixée (par exemple par soudage par points). Les cheminées 34" sont de préférence fixées à la tige 32" afin que leurs fentes 40 ne se recouvrent pas entre elles. 25 Pendant le fonctionnement, le produit de condensation se formant sur la surface 12S entre les cheminées 34" s'écoule par gravité vers l'arête 40 du bord. De là, il descend en cascade depuis le rebord 42, la section 46 puis se dirige vers soit le rebord de moyeu pendant 48 ou, soit la tige 32". La partie qui s'é-30 coule jusque la tige 32", s'écoule depuis celle-ci jusqu'à ce qu'elle atteigne le bas de celle-ci. La partie qui s'écoule au-dessus du rebord 48 tombe vers la cheminée suivante et éventuellement atteint la partie inférieure du moyen de guidage 30". Alors qu'il peut être possible dans les exemples de réali-35 sation des figures 5 et 6 d'éliminer la tige 32", cette tige est préférée de façon à fixer l'espacement entre les cheminées 34" pour fournir une structure rigide, afin d'aider le sens d'écoulement et d'aider l'assemblage du moyen de guidage dans le tube 12. L'espacement de cheminée est tel qu'il fournit des chambres de 40 condensation chacune de hauteur verticale telle qu'aucune épaisseur 71 32819 6. 2 IUÔ4Ô I de pellicule appréciable ne se forme pour empêcher le transfert de chaleur. Dans la figure 7, on a représenté un autre tube de condenseur construit conformément à. la présente invention dans lequel la 5 zone de vitesse de vapeur relativement élevée, ou section supérieure du tube 12, est équipée d'un moyen de guidage 30 du type décrit précédemment en se rapportant à la figure 2, tandis que la zone de vitesse de gaz, plus faible, ou sèction inférieure du tube 12, est équipée du moyen 30" du type décrit en se référant aux figures 5 et 10 6. Avec cette construction, la vapeur entrant initialement dans le tube rencontre plus de résistance pour s'écouler du fait du moyen de guidage 30. Une partie de cette vapeur est enlevée sous forme de produit de condensation dans la partie supérieure du tube 12 se traduisant par une vitesse inférieure de l'écoulement de vapeur 15 dans la partie inférieure du tube 12 où le moyen de guidage 30" résiste à l'écoulement plus élevé. Comme cela apparaîtra, un perfectionnement dans les condensateurs de vapeur à surface verticale a été décrit et il fournit une capacité accrue de condensation par unité de surface de 20 condensation primaire. Cette condensation plus efficace permet un fonctionnement plus efficient et/ou diminue la dimension du matériel utilisé et produit d'autres résultats avantageux. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire 25 susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 32819 7- 2106461 REVENDICATIONS 1 - Condenseur de vapeur à surface généralement verticale, comprenant une surface de condensation primaire et une région d'évacuation de produit de condensation, caractérisé en ce qu'il com- 5 prend des moyens de guidage de produit de condensation pour guider ce dernier hors de sa surface de condensation primaire et en direction de sa région d'évacuation, pour empêcher ainsi la formation d'une épaisseur appréciable de ce produit de condensation sur au moins voie partie de la surface de condensation primaire et pour 10 augmenter ainsi la caractéristique de transfert de chaleur du condenseur. 2 - Condenseur selon la revendication 1, dans lequel la surface intérieure de tube est la surface primaire, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent des moyens de branches à 15 l'intérieur du tube pour engager et s'étendre depuis la surface du tube en direction et vers l'intérieur pour guider le produit de condensation en direction de la partie centrale à l'intérieur du tube et au-delà de cette surface intérieure de condensation primaire de tube, ces moyens de branches s'étendant depuis une partie 20 de tronc. 3 - Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de branches sont constitués de plusieurs segments de fil, ces moyens de guidage comprenant en outre vin élément de tronc généralement vertical situé généralement au centre du tube 25 auquel sont attachées les extrémités allant vers le bas et intérieures des éléments de fil pour permettre au produit de condensation de s'écouler vers elles } et en ce que les segments de fil s'étendent avec des rayons différents à partir de l'élément de tronc. 30 4 - Condenseur selon la revendication 3* caractérisé en ce que les segments de fil portent de manière élastique contre la surface à la fois' pour fournir un engagement étroit avec elle et pour fixer la position verticale des moyens de guidage à l'intérieur du tube. 35 5 - Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de branches ont la forme d'un U ayant ses ailes en contact avec la surface du tube et comportant des parties d'é-gouttement à sa base. 6 - Condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce 40 que les éléments en forme de U sont fixés en rangées espacées le 71 32819 8. 2106461 long de la longueur du tronc. 7 - Condenseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de branches ont la forme d'unités de cheminée flexible.