Brevet FR2096611A1 — publié le 19720218

La présente invention concerne des perfectionnements apportés à des éléments de transmission de chaleur, en particulier de forme tubulaire. Il a été récemment proposé de donner à un tube de transmission de chaleur un profil interne spécialement 5 rainuré de manière à améliorer l'échange de chaleur entre la paroi du tube et le fluide s'écoulant dans l'alésage du tube. Ces rainures sont hélicoïdales et de pas constant et ne peuvent pas conférer une turbulence suffisante au liquide passant dans l'alésage pour réaliser une bonne transmission de chaleur avec 10 certains fluides, en particulier des fluides visqueux. Selon la présente invention, un élément de transmission de chaleur comporte un tube ayant un alésage présentant une surface rainurée, les rainures étant orientées hélicoïdalement le long de l'alésage sous forme d'une hélice à plusieurs filets, 15 le pas des rainures hélicoïdales étant inversé par intervalles le long de l'alésage. Il est préférable d'inverser le pas des rainures hélicoïdales à intervalles réguliers l^Long de la paroi de l'alésage, par exemple, à des intervalles d'un quart de longueur d'onde. 20 De cette manière, le profil de la paroi de l'alésage présente au fluide qui s'écoule dans ledit alésage du tube un jeu de gorges hélicoïdales dont la direction change par intermittence et ces gorges, en augmentant la turbulence du fluide, améliorent le coefficient de transmission de chaleur entre ce dernier et 25 la paroi, lorsque la paroi du tube est refroidie extérieurement par une vapeur à condenser, des rainures ou gorges externes formées par le processus de formage des rainures internes permettent de rassembler le condensât par exemple par tension superficielle, ledit processus formant un canal dans lequel passe 30 le condensât. Si la face externe du tube est chauffée ou refroidie par un fluide à une seule phase, les rainures externes forment une surface supplémentaire de transmission de chaleur. Naturellement, lorsque le tube est utilisé dans le premier mode opératoire, il est supporté verticalement, mais lorsqu'il est 35 utilisé dans le second mode opératoire, pour obtenir simplement une amélioration de la transmission de chaleur entre le fluide et la paroi de l'alésage, le tube profilé spécialement peut être 71 23811 2 2096611 utilisé dans n'importe quelle position. On va décrire ci-après un tube selon la présente invention en se référant aux dessins annexés qui représentent une partie d'un tube condenseur convenant pour chauffer 5 l'eau d'alimentation d'une chaudière par condensation d'une vapeur d'eau à basse pression provenant de la turbine basse pression, ladite eau d'alimentation s'écoulant dans l'alésage du tube. Sur ces dessins : 10 la figure 1 est une vue de l'extérieur du tube ; la figure 2 est une coupe transversale de la partie profilée du tube perpendiculairement à son axe ; la figure 3 représente le développement d'une partie de la paroi du tube ; et 15 les figures 4-A et 4B sont des graphiques montrant le comportement du tube représenté sur la figure 1 en comparaison d'un tube à alésage lisse. La figure 1 représente le tube avec une partie terminale lisse 1 qui convient pour être ajustée dans une plaque 20 à tubes classique, et une partie profilée spécialement 2, cette dernière commençant au niveau de la partie lisse avec des rainures 3 formées par une hélice à huit filets qui. sont initialement de pas à droite. Ces rainures se prolongent sur une distance correspondant à un quart de longueur d'onde et 25 changent doucement de pas pour s'étendre sur une distance correspondant à un quart de longueur d'onde avec un pas à gauche, comme indiqué en 4 pour changer ensuite de nouveau, et ainsi de suite, après chaque distance d'un quart de longueur d'onde et pour rejoindre finalement une partie lisse se trou-30 vant à l'extrémité opposée du tube et qui est analogue à la partie 1. La figure 3 montre clairement que le fluide s'écoulant dans l'alésage du tube, au moins près de la paroi de l'alésage, suit un trajet partiellement hélicoïdal très tourmenté, le fluide 35 situé près de la paroi du tube rencontrant continuellement des rainures hélicoïdales qui cliangent de pas, de sorte qu'il en résulte une turbulence importante assurant une bonne caractéris 71 23811 3 2096611 tique de transmission de chaleur. La face externe du tube présente des crêtes longitudinales continues 5 et des creux 6 complémentaires à ceux de l'alésage et les creux forment des canaux pour l'écoulement 5 du condensât (la vapeur à condenser qui chauffe la paroi du tube) qui se rassemble dans les rainures en laissant les crêtes exposées à la vapeur ambiante. La configuration des rainures représentées sur le dessin annexé est obtenue de préférence en utilisant un outil à es-10 tamper à mouvement planétaire, l'outil comportant un^festampe annulaire du diamètre interne de laquelle font saillie huit billes en acier trempé équidistantes autour de l'élément annulaire . L'estampe annulaire est mise en contact avec la périphérie du tube et est tirée axialement le long de ce dernier ; 15 en même temps, le degré nécessaire d'oscillation rotative est conféré à l'estampe (ou au tube) pouçfrroduire des rainures hélicoïdales comme celles représentées. Les dimensions respectives d'un tube particulier sont les suivantes : 20 pas de l'hélice = 88,9 mm nombre de filets = 8 Naturellement, la forme des rainures peut être modifiée dans le cadre de l'invention conformément aux applications différentes . 25 Les graphiques des figures 4A et 4B donnent le rendement du tube ci-dessus pour transmettre la chaleur- entre l'eau circulant dans l'alésage du tube et la vapeur d'eau se condensant sur la périphérie du tube. Les résultats obtenus avec le tube selon l'invention sont indiqués en trait plein et les résultats 30 équivalents obtenus avec un tube en cuivre à paroi lisse sont indiqués en pointillé. La forte turbulence conférée au fluide dans l'alésage du tube rend ledit tube de l'invention particulièrement approprié pour le transport d'un fluide très visqueux tel qu'une huile brute. Dans ce cas, l'huile contenue dans le 35 tube reçoit la chaleur d'un fluide de chauffage passant sur la surface du tube. Le tube convient également pour des huiles et liqueurs moins visqueuses utilisées dans une installation 7,\ 2381 1 4 industrielle qui doivent être préalablement chauffées avant d'être soumises à un traitement chimique par un gaz ou autre fluide de chauffage passant ou circulant sur la surface du tube. Naturellement, on peut faire varier le pas de l'hélice pour 5 appliquer la turbulence voulue. En général, la profondeur des rainures est d'autant plus grande et/ou le pas de l'hélice est d'autant plus petit que le fluide est plus visqueux. Les surfaces de condensation selon la présente invention peuvent être utilisées dans de nombreuses applications, notamment 10 dans des installations d'évaporation comme celles utilisées pour le dessalement de l'eau de mer et dans les industries de produits alimentaires et chimiques. Dans le cas du dessalement de l'eau de mer, ces surfaces de condensation peuvent être utilisées avantageusement pour constituer les tubes condenseurs d'une 15 installation du type à détente et les tubes de préchauffage d'installations du type à effets multiples. Dans les industries de produits alimentaires et chimiques, ces surfaces de condensation peuvent jouer des rôles analogues pour concentrer des solutions, des résidus et des produits similaires. 20 Un autre domaine d'application est la condensation de la vapeur d'eau et le chauffage de la charge nécessaire pour des centrales d'énergie. Naturellement, l'invention n'est pas limitée a la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de re-25 cevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 71 23BI1 5 2096611 REVEHIlICATIONS 1 . Elément de transmission de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte un tube présentant un alésage ayant une surface rainurée, les rainures s'étendant hélicoïdalement le 5- long de l'alésage sous forme d'une hélice à plusieurs filets, le pas des rainures hélicoïdales changeant le long de l'alésage. 2. Elément de transmission de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pas des rainures hélicoïdales est inversé le long de l'alésage à des intervalles cor- 10 respondant à un quart de longueur d'onde. 3. Elément de transmission de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente une surface externe dont 1 (^profil rainuré est complémentaire à celui de l'alésage. 15 4. Tube de transmission de chaleur selon l'une quel conque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il présente une extrémité lisse ou non rainurée destinée à être ajustée dans un élément de support. 5. Tube de transmission de chaleur selon la revendication 20 1, caractérisé en ce que les intervalles auxquels le pas des rainures hélicoïdales est inversé sont choisis de manière qu'aucune des rainures ne fassent un tour complet. 6. Procédé de production d'un tube selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une 25 estampe annulaire retenant sur sa face interne des billes en saillie autour du tube à paroi lisse de façon que les billes en saillie de l'élément annulaire viennent en contact avec la périphérie du tube, à imposer un mouvement axial relatif à l'estampe annulaire et au tube et à provoquer simultanément 30 une oscillation rotative réglée entre l'estampe annulaire et le tube.