Brevet FR2093925A1 — publié le 19720204

Dans de nombreuses applications, un liquide est amené à ébullition et à vaporisation par échange de chaleur venant de l'intérieur d'un faisceau tubulaire complètement ou partiellement immergé dans ce liquide. On diminue beaucoup la résistance à 5 l'échange de chaleur à travers la surface extérieure de ces tubes en rendant cette dernière poreuse. On obtient cette surface poreuse en déposant sur la surface du tube des poudres métalliques de granulométrie déterminée, puis en les frittant. Ce procédé de dépôt est décrit dans le brevet des 10 Etats-Unis d'Amérique n° 3 384 154 o le tube selon la présente invention est applicable de façon générale à tout appareil dans lequel un faisceau de tubes coopère avec une enveloppe contenant le liquide qui doit être vaporisé et dans lequel l'échange de chaleur a lieu entre un fluide contenu 15 dans les tubes et ce liquide en contact avec leur surface extérieure. Un exemple particulier d'appareil dans lequel les tubes selon l'invention sont particulièrement avantageux est représenté par les refroidisseurs à immersion utilisés couramment pour la réfrigération et le conditionnement de l'air. Ces refroidisseurs sont cons-20 titués par une enveloppe contenant des tubes. On utilise généralement de l'eau ou une saumure dans les tubes, tandis que le faisceau est complètement ou partiellement immergé dans un liquide, par exemr-ple un liquide réfrigérant de fluorotrichlorométhane. la température du liquide des tubes est plus élevée que celle de ce réfrigérant, 25 ce qui fait évaporer ce dernier. Dans le passé, les conditions de l'échange de chaleur étaient telles, que le coefficient d'échange était sensiblement plus faible à l'extérieur des tubes qu'à leur intérieur, ce qui rendait favorable l'utilisation de tubes à grande surface extérieure, les tubes utilisés communément dans ce but 30 étaient des tubes à ailettes. On a récemment mis au point un procédé qui améliore d'environ 10 fois les caractéristiques d'échange de chaleur de la surface extérieure. Ce procédé consiste à déposer une couche poreuse de poudres métalliques sur cette surface, puis à les fritter. On désigne ces tubes par le terme de "tubes à sur-35 face d'évaporation poreuse"a L'apparition de ces tubes a entraîné deux difficultés. La première vient du fait que, en raison de la forte amélioration du coefficient d'échange de chaleur de la surface extérieure, le coefficient de la surface' intérieure devient déterminant. Il devient 71 06827 2 2093925 donc très avantageux d'augmenter ce dernier coefficient. le second problème est constitué par des difficultés matérielles d'utilisation des tubes. Etant donné que le revêtement fritté a une épaisseur appréciable, le diamètre extérieur des ex-5 trémités et des parties intermédiaires éventuellement non revêtues d'un tube est inférieur à celui des parties revêtues. Si,par conséquent,les trous des plaques tubulaires ont les dimensions voulues pour loger ces extrémités, on ne peut y faire passer les parties revêtues des tubes. On pourrait remédier à cette difficulté en di-10 latant les extrémités après avoir fritté la poudre qui forme la surface poreuse. Mais les parties intermédiaires nues créent des difficultés plus graves, parce qu'il est beaucoup plus compliqué et onéreux de les dilater que ce n'est le cas pour les extrémités. Conformément à l'invention, on remédie aux deux difficultés 15 précitées en plissant le tube entre ses extrémités nues et ses parties intermédiaires nues. On exécute ce façonnage de façon à diminuer suffisamment le diamètre extérieur maximum des parties plis-sées pour permettre d'y déposer la matière poreuse sans rendre ce diamètre supérieur à celui des parties nues. 20 D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant, à titre explicatif^ mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin : 25 La figure 1 est une coupe longitudinale d'un tube selon l'in vention ; et La figure 2 est une coupe transversale de détail à plus grande échelle montrant l'application de la surface poreuse sur une partie plissée d'un tube métallique. 30 Le tube 10 représenté comprend des extrémités cylindriques lisses 12 et 14 et une ou plusieurs parties intermédiaires cylindriques lisses, dont une est représentée en 16. Entre ces extrémités et ces parties intermédiaires, le tube comporte/ies plis ou ondulations 18 qui sont formés par un procédé qui ramène le diamètre 35 extérieur maximum des parties ondulées à une dimension sensiblement inférieure à celle du diamètre extérieur des parties 12, 14 et 16. Le diamètre des parties plissées est suffisamment plus faible que celui des parties nues pour permettre de déposer sur ces premières l'épaisseur nécessaire de matière poreuse 20, tout en main 71 06827 3 2093925 tenant encore ce diamètre inférieur à celui des parties lisses. Lorsqu'on assemble les tubes en faisceau, on les relie à des plaques tubulaires dont les trous sont d'environ 0,4 mm (par exemple) plus grands que le diamètre des extrémités ou des parties in-5 termédiaires lisses de ces tubes» Il est désirable, et dans certains cas essentiel, de faire passer le tube dans ces trous et on peut bien entendu le faire si le diamètre extérieur de la partie plissée revêtue de matière poreuse est plus faible que celui des parties lisses. On obtient ce résultat en plissant les parties qui 10 doivent être revêtues, de façon à réduire leur diamètre d'une quantité supérieure à l'augmentation de diamètre entraînée par le revêtement . Si la disposition et les dimensions des ondulations conviennent pour le fluide utilisé dans l'appareil, la résistance thermi-15 que de la surface intérieure de la partie ondulée diminue sensiblement . Par conséquent, un tube façonné comme on l'a décrit résout non seulement le problème du diamètre des trous des plaques tubulaires, ce qui évite d'avoir à dilater les tubes, mais aussi amé-20 liore positivement les caractéristiques d'échange de chaleur de l'intérieur de ces tubes à un point qui s'est révélé augmenter la caractéristique générale d'échange de chaleur desdits tubes dans une proportion égale à 2,5. En général, on peut plisser un tube entre- ses parties nues en 25 formant une ondulation hélicoïdale dont le pas est égal ou inférieur au diamètre de ce tube. On choisit la profondeur de cette ondulation de façon que le support du pas à cette hauteur soit compris entre 5/1 et 25/1. Dans un exemple particulier, on a plissé un tube en alliage 30 de cuivre d'un diamètre de 25,4 mnjét dont la paroi était épaisse d'environ 0,9 mm en donnant à l'ondulation un pas de 6,35 mm et une profondeur d'environ 0,8 mm. On a représenté sur la figure 1 une coupe de ce tube, mais non à l'échelle. Le repli est une seule ondulation hélicoïdale dont, dans ce cas,le pas est égal au quart du dia-35 mètre du tube. La profondeur de cette ondulation correspond à un rapport du pas à la profondeur égal approximativement à 8. Le revêtement poreux déposé sur la partie plissée-a une épaisseur d'environ 0,4 mm et un diamètre extérieur de 24,9 mm environ. Puisque le diamètre extérieur des parties nues 12, 14-et 16 est de 25,4 mm, le 71 06827 - 4 2093925 tube est apte à être monté dans le refroidisseur. Des essais de rendement de tubes types,dont les parties revêtues n'étaient pas plissées et sur lesquels la matière poreuse était déposée sur une partie lisse ayant le même diamètre que les 5 extrémités et parties intermédiaires nues, essais faits dans un certain nombre de conditions, établissent que la résistance thermi p que est égale à 0,0134 cal/sec/°C/m . Si l'on utilise le procédé de plissage pour diminuer le diamètre de la partie revêtue d'un tu be selon l'invention, des essais faits dans les mêmes conditions p 10 donnent une résistance thermique de 0,0054 cal/sec/°C/m . On peut donc voir que, non seulement le tube décrit résout le problème des dimensions des trous, mais encore il diminue la résistance totale d'un tube droit recouvert dans la proportion très importante de 2,5/1. 15 II va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-de sus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra y apporter toutes modifications sans sortir de son cadre. 71 06827 5 2093925 REVENDICATIONS 1. Tube pour échangeur de chaleur destiné à faire évaporer un liquide en contact avec sa surface extérieure par cession de la chaleur d'un fluide qui y circule, et pouvant être monté dans 5 un faisceau, dont les extrémités des tubes sont fixées dans les trous de plaques tubulaires, caractérisé par le fait qu'il comporte des extrémités lisses et une partie plissée qui est disposée entre ses extrémités et est revêtue à l'extérieur d'une couche de matière poreuse, et dont le diamètre extérieur, lorsqu'elle est 10 revêtue, est inférieur à celui de ses extrémités lisses. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte entre ses extrémités une partie qui a le même diamètre que lesdites extrémités et qui en est séparée par des parties plissées. 15 3. Tube selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la partie plissée est formée par une seule ondulation hélicoïdale. 4. Tube selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le pas de l'ondulation est égal ou inférieur au diamètre des 20 parties lisses. 5. Tube selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que le rapport du pas de l'ondulation à sa profondeur est compris entre 5/1 et 25/1. 6. Procédé de fabrication d'un tube pour échangeur de cha- 25 leur en partant d'un tube lisse, caractérisé par le fait que l'on plisse une ou plusieurs parties intermédiaires de ce tube en laissant ses extrémités lisses, de manière à rendre le diamètre extérieur des parties plissées sensiblement inférieur à celui de ses extrémités, et en déposant seulement sur la ou les parties plissées 30 un revêtement en une matière poreuse d'évaporation, sous une épaisseur telle que le diamètre extérieur total de cette ou ces parties soit inférieur à celui des parties lisses. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on façonne plusieurs parties intermédiaires plissées, sépa- 35 rées par des parties lisses ayant le même diamètre que les extrémités.