Brevet FR2115242A1 — publié le 19720707

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à circulation forcée, destiné de préférence à 8tre employé comme condenseur dans les installations de climatisation avec équipements frigorifiques à compresseur, suivant le principe de la circulation à contre courant dans une réalisation à double enveloppe. On connait déjà dans le domaine d'application précité des échangeurs de chaleur employés en tant que condenseurs à refroidissement par eau sous la forme d'un échangeur de chaleur à faisceau de tubes. Cffl condenseurs,en raison de la forme de leur construction, sont relativement encombrants et, du fait qu'ils sont en métaux lourds, leur poids rapporté à leur rendement est relativement élevé. En outre, la dépense pour la construction de ces condenseurs est importante. On connait en outre des refroidisseurs à huile suivant le brevet NO 1.983.466 des Etats Unis d'Amérique dans lesquels il est prévu, introduit dans un tube enveloppe, un tube intérieur muni d'ailettes extérieures disposées parallèlement entre elles et de nervures intérieures longitudinales. le fluide à refroidir est amené au tube enveloppe et il parcourt le tube à ailettes en contact avec les ailettes. Toutefois, ce mode de réalisation ne satisfait pas aux exigences de la technique de l'é- coulement qui sont imposées à un échangeur de chaleur et en particulier à un condenseur. On connait en outre des condenseurs avec une disposition des tubes rectiligne, dans lesquels est placé coaxialement un tube à ailettes de forme hélicoidale dont les ailettes se trouvent à une certaine distance de la paroi intérieure du tube enveloppe. Toutefois, ce mode de construction d'échangeur de chaleur ne convient pas pour des conformations telles que des serpentins ou des hélices. La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients des échangeurs de chaleur précités et de trouver une solution qui satisfasse dans une très large mesure aux exigences d'une construction légères qui présente de bonnes possibilités de conformation et qui garantisse une fabrication économique. Conformément à l'invention, ce problème est résolu en ce que, dans un tube enveloppe est introduit un tube à ailettes conduisant la chaleur, muni d'ailettes hélicordales disposées suivant un pas unique ou suivant des pas multiples, ce tube à ailettes étant de préférence laminé et recevant une bande hélicoldale, l'introduction étant faite d'une manière telle que les ailettes soient tangentes à la paroi intérieure du tube enveloppe. Une autre caractéristique de l'invention réside en ce que le système de conduites se composant du tube enveloppe, du tube à ailettes et de la bande hélicordale est, de préférence, conformé d'une manière telle qu'il présente une forme en U ou une forme hélicordale. L'invention présente en outre avantageusement une forme telle qutà l'extrémité du tube tournée vers le côté entrée du fluide à refroidir, les ailettes du tube à ailettes ont des diamètres extérieurs respectifs qui vont en s'étageant. Conformément à l'invention, les ailettes du tube à ailettes sont munies à leurs bords intérieurs, dans la zone du produit de condensation,d'aplatissements, ou bien le tube à ailettes est disposé dans le tube enveloppe excentriquement, avec décalage vers le haut. Une autre caractéristique de l'invention réside en ce qu'une partie, non munie d'ailettes, du tube à ailettes sort d'une partie d'extrémité rectiligne du tube enveloppe ou d'une partie d'extrémité coudée de ce tube, cette partie coudée servant en même temps de collecteur de liquide. Conformément à l'invention, le problème posé est résolu en outre d'une manière telle que dans la zone où la vapeur de l'agent réfrigérant est surchauffée, une couche calori fuge est appliquée sur le tube enveloppe ou bien en ce que dans cette zone, un tube calorifuge est introduit sur le tube enveloppe. Une autre caractéristique de l'invention réside en ce que l'agent réfrigérant est introduit dans l'échangeur de chaleur tangentiellement dans la direction de l'inclinaison des ailettes du tube à ailettes au moyen d'une tubulure d'entrée, le courant d'agent réfrigérant étant assuré par une circulation forcée qui s'effectue dans l'intervalle hélicordal formé entre les ailettes et le tube enveloppe. L'invention garantit, grâce à la construction de l'échangeur de chaleur, que l'on obtiendra, pour un volume relativement petit un trajet relativement long pour l'agent ré réfrigérant. la tirbul enoe obtenue dans l'échangeur de chaleur produit en outre, pour une chute de pression relativement faible, une amélioration des échanges de chaleur. La structure en construction légère économise beaucoup de place et garantit un poids faible (rapporté au rendement). En raison de la constitution simple de l'échangeur de chaleur, il est possible'de fabriquer cet appareil dans des conditions économiquement favorables. La possibilité d'obtenir des rayons de cintrage relativement petits sans mandrin auxiliaire constitue un avantage technologique important. Un avantage particulier est offert à ce sujet par la combinaison favorable du collecteur de liquide avec l'échangeur de chaleur. Enfin, il ne faut-pas omettre de mentionner les possibilités favorables de disposition de l'échangeur de chaleur qui peut être prévu par exemple avec une forme en U, comme condenseur, contre la paroi postérieure d'un appareil de climatisation. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après et aux dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation, avec coupe partielle, d'un échangeur de chaleur en forme de lettre U; - la figure 2 est une coupe longitudinale faite à travers une partie de l'échangeur de chaleur suivant la figure 1, dans la zone de cintrage; - la figure 3 est une vue en élévation, avec coupe partielle, d'un échangeur de chaleur de forme hélicoidale; - la figure 4 représente une coupe transversale A-A d'un échangeur de chaleur suivant les figures 1 et 3, dans la zone d'entrée de l'agent réfrigérant; - la figure 5 représente une coupe transversale B-B d'un échangeur de chaleur suivant les figures 1 et 3, avec isolation thermique; ; - la figure 6 représente une coupe transversale C-C d'un échangeur de chaleur suivant les figures 1 et 3, avec aplatissements des ailettes du tube à ailettes; - la figure 7 représente une coupe transversale d'un échangeur de chaleur suivant les figures 1 et 3, avec disposition excentrique du tube à ailettes. La figure I montre la constitution de base d'un échangeur de chaleur 1, de construction légère, qui se compose du tube enveloppe 1, du tube à ailettes 2 introduit dans le tube 1 et de la bande torsadée 3. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur de chaleur est recourbé en forme de lettre U et les branches de la lettre U, pour une meilleure évacuation du produit de condensatioei, sont inclinées l'une par rapport à l'autre de moins de 1800. la représentation suivant la figure 1 montre en outre les ailettes étagées 4 du tube à ailettes 2 dans la zone d'entrée de l'agent réfrigérant. Dans la zone inférieure de la représentation suivant la figure 1, on a montré la combinaison avantageuse de l'échangeur de chaleur avec le collecteur de liquide 8 constitué par une partie d'extrémité, coudée, du tube enveloppe 1 et par une partie 7 du tube à ailettes 2, qui n'est pas munie d'ailettes et qui passe à travers la partie d'extrémité, coudée, du tube enveloppe 1. En outre, on a représenté à l'intérieur du tube à ailettes 2 la bande hélicoidale prévue pour augmenter la turbulence du fluide à refroidir. les ailettes étagées 4 du tube à ailettes 2, du côté entrée de l'agent réfrigérant sont adaptées à la diminution de volume produite par la condensation. La figure 2 montre une coupe longitudinale d'une partie de l'échangeur de chaleur dans la région de la partie recourbée de ce dernier. La figure 3 représente une autre forme de réalisation de l'échangeur de chaleur ayant une constitution de base analogue à celle qui est représentée sur la figure 1. le système de conduites a une forme hélicoidale et les spires de l'hé- lice sont immédiatement en contact l'une avec l'autre. La coupe A-A représentée sur la figure 4, montre la zone d'entrée de l'agent réfrigérant, entrée qui s'effectue au moyen de la tubulure d'entrée 5, tangentiellement-dans la direction de l'inclinaison des ailettes 4 du tube à ailettes 2. la coupe B-B de la figure 5 montre une partie de l'échangeur de chaleur qui comporte une couche isolante 9 appliquée sur la surface du tube enveloppe 1, ou bien un tube isolant introduit sur le tube enveloppe, pour empêcher un rayonnement de la chaleur du produit de condensation dans la zone à refroidir. La coupe C-C de la figure 6 montre les aplatissements 11 qui peuvent être prévus sur les ailettes 4 du tube à ailettes 2, pour une meilleure évacuation du produit de condensation. La coupe D-D de la figure 7 montre une variante pour l'amélioration de l'évacuation du produit de condensation au moyen d'une disposition décalée du tube à ailettes 2 à l'intérieur du tube enveloppe 1. Dans cette variante, les ailettes 4 présentent un diamètre extérieur plus petit. Toutes les pièces de construction qui ont été citées sont de préférence exécutées en métal léger. 'invention s'applique en particulier à la construction des installations de climatisation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représentE, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Echangeur de chaleur à circulation forcée de construction légère, susceptible d'être utilisé dans des installations de climatisation avec équipements firgorifiques à compresseurs, suivant le principe de la circulation à contre courant, dans une réalisation à double enveloppe, échangeur de chaleur caractérisé en ce que dans un tube enveloppe est introduit un tube à ailettes, conduisant la chaleur, muni d'ailettes hélicoSdales disposées suivant un pas unique ou suivant des pas multiples. 2 - échangeur selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que le tube à ailettes est laminé et reçoit à l'intérieur une bande hélicordale. 3 - Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système de conduites se composant du tube enveloppe, du tube à ailettes et de la bande hélicordale est conformé de manière à présenter une forme en U. 4 - Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système de conduites se composant du tube enveloppe, du tube à ailettes et de la bande hélicoPdale, est conformé de manière à présenter une forme hélicordale. 5)- échangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'extrémité du tube correspondant à l'entrée de l'agent réfrigérant les ailettes du tube à ailettes ont des diamètres extérieurs qui vont en s'étageant. 60- Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ailettes du tube à ailettes sont munies à leurs bords inférieurs et dans la zone du produit de condensation, d'aplatissements. 70- Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube à ailettes est disposé excentriquement dans le tube enveloppe, avec décalage vers le haut. 80- échangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une partie,non munie d'ailette,du tube à ailettes, sort d'une partie d'extrémité du tube enveloppe, cette partie d'extrémité du tube enveloppe étant susceptible d'être coudée pour servir en même temps de collecteur de liquide. 9 - échangeur suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que dans la zone surchauffée du tube enveloppe, une couche calorifuge est appliquée sur ce tube, sous une forme telle qu'un tube calorifuge introduit sur le tube enveloppe. 10 - Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée de l'agent réfrigérant est disposée dans la direction de l'inclinaison des ailettes du tube à ailettes, tangentiellement au tube enveloppe.