Brevet FR2194927A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne des échangeurs de chaleur pour le post-refroidissement du liquide réfrigérant de transformateurs et bobines de choc, comportant une série d'éléments de refroidissement raccordés à des tubes collecteurs d'agent réfrigérant communs et une entrée et une sortie d'agent réfrigérant disposées sur un côté. Pour des raisons économiques, on utilise sur une échelle de plus en plus grande des transformateurs et bobines de choc de puissances nominales très élevées. En dépit de l'utilisation de toutes les mesures constructives réduisant les pertes, les pertes qui se produisent dans les enroulements et dans les noyaux et qui doivent être dissipées sous forme de quantité de chaleur, deviennent de plus en plus grandes. Par suite, il est de plus en plus difficile de réaliser des échangeurs de chaleur présentant des surfaces de refroidissement suffisamment grandes et d'une bonne efficacité thermique. Pour cette raison, on a déjà fabriqué des transformateurs dont la cuve présente des dimensions plus grandes que ce qui serait nécessaire pour loger les parties actives du transformateur associé, à seule fin de pouvoir ainsi disposer de plus de place pour loger des échangeurs de chaleur de post-refroidissement du liquide réfrigérant. Toutefois, cette solution est extrêmement peu économique, car elle entratne, outre une dépense élevée pour la cuve du transformateur, un poids d'huile plus grand et un besoin d'espace plus considérable pour l'installation du transformateur. Par ailleurs, l'augmentation du nombre des éléments assemblés en un échangeur de chaleur peut également ne pas être économique, car la chaleur cédée spécifique, toutes choses égales par ailleurs, diminue considérablement å mesure que le nombre d'éléments de refroidissement par échangeur de chaleur augmente. Cette réduction de la chaleur cédée spécifique se produit aussi bien s'il s'agit d'un échangeur de chaleur d auto-refroidissement que dans le cas d'un échangeur de chaleur refroidi par des ventilateurs. Sur la figure 1 est représentée graphiquement la relation fondamentale entre la chaleur cédée spécifique d'un échangeur de chaleur et le nombre des éléments utilisés par échangeur de chaleur. On a porté en abscisses le nombre des éléments utilisés et en ordonnées la chaleur cédée spécifique correspondante. D'après l'allure de la courbe ainsi obtenue, on voit nettement que la chaleur cédée spécifique diminue a mesure que le nombre d'éléments par échangeur de chaleur crott, de sorte que l'augmentation du nombre des éléments n'est économique que jusqu'à une limite déterminée, car, au-delà de cette limite, la chaleur cédée totale de l'échangeur de chaleur ne peut plus être augmentée que dans une mesure négligeable. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a pour objet de créer, pour le post-refroidissement du liquide réfrigérant de transformateurs et de bobines de choc, ayant de grandes puissances nominales, un échangeur de chaleur utilisant d'une manière optimale les éléments de refroidissement prévus quel que soit leur nombre et ne présentant ainsi qu'un faible encombrement en dépit du traitement de grandes quantités de chaleur. A cet effet, suivant l'invention, dans un dispositif dans lequel une série d'éléments de refroidissement sont raccordés à des tubes collecteurs d'agent réfrigérant communs, la section droite totale des tubes collecteurs d'agent réfrigérant est subdivisée, par des cloisons s'étendant paral lèlement a la direction d'écoulement, en sections droites partielles a chacune desquelles est associé un groupe d'éléments de refroidissement, et en ce que, par un dimensionnement approprié des sections droites partielles, la perte de charge qui se produit dans les tubes collecteurs d'agent réfrigérant jusqu'a l'entrée du liquide réfrigérant dans les éléments de refroidissement est rendue identique pour tous les groupes d'éléments de refroidissement. Suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, on s'arran ge en outre pour que les résistances à ltécoulement, dans les canaux d'un tube collecteur d'agent réfrigérant formés par les sections droites partielles soient dans le meme rapport que les résistances à l'écoulement des groupes d'éléments de refroidissement correspondants associés aux canaux individuels. D'autres caractéristiques de l'invention résident en ce que les divers groupes sont tous formés de nombres égaux d'éléments de refroidissement et en ce que les sections droites partielles sont d'autant plus grandes que les groupes associés sont plus éloignés de l'entrée ou de la sortie d'agent réfrigérant, ou en ce que les groupes qui sont disposés dans l'espace le plus près de l'entrée d'agent réfrigérant comportent un plus grand nombre d'éléments de refroidissement que ceux qui sont plus éloignés de cette entrée. L'invention est très avantageuse car elle permet de réaliser, grace à la subdivision proposée du nombre total d'éléments de refroidissement en groupes individuels, des échangeurs de chaleur partiels pratiquement indépendants thermiquement les uns des autres avec une chaleur cédée spécifique d'autant plus grande que le nombre d'éléments de refroidissement est plus petit. I1 devient ainsi possible de loger les échangeurs de chaleur nécessaires sur la périphérie d'une cuve de transformateur de dimensions normales, meme pour de très grandes puissances nominales. En outre, le degré d'efficacité amélioré augmente le taux d'utilisation des éléments de refroidissement utilisés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, h titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. Sur ces dessins : indépendamment de la figure 1 déjà décrite, - les figures 2 et 3 représentent deux variantes d'exécution des échangeurs de chaleur suivant l'invention. Les échangeurs de chaleur sont raccordés par l'intermédiaire de brides 1 à des cuves non représentées de transformateurs ou bobines de choc. Aux brides 1 se raccordent des tubes collecteurs d'agent réfrigérant 2, l'agent de refroidissement chaud pénétrant d travers le tube 2 suivant la direction des flèches 4 et ressortant de l'échangeur de chaleur à travers le tube 2 inférieur, suivant la direction des flèches 5. Sur son trajet, entre l'un des tubes collecteurs d'agent réfrigérant 2 et l'autre, le liquide réfrigérant s'écoule vers le bas plus ou moins rapidement, selon la chute de température prévue. Pour assurer une utilisation uniforme de tous les éléments de refroidissement 3, la section droite des tubes collecteurs d'agent réfrigérant 2 est subdivisée, par l'insertion de cloisons 6, en sections droites partielles, de telle maniere que la perte de charge qui se produit è la traversée des tubes collecteurs d'agent réfrigérant 2 entre les brides 1 et les éléments de refroidissement 3 individuels soit la même. Pour ne pas rendre trop petites les sections droites partielles intérieures dont dispose l'écoulement du liquide réfrigrant dans les tubes collecteurs d'agent refrigérant 2, il est avantageux de répartir les éléments de refroidissement 3 en groupes contenant chacun un certain nombre de ces éléments alimentés en commun.Chacun de ces groupes d'éléments de refroidissement 3 se comporte alors comme un échangeur de chaleur thermiquement autonome, avec une chaleur cédée spécifique élevée correspondant au petit nombre d'éléments de refroidissement. Dans la disposition adoptée sur la figure 2, les éléments de refroidissement prévus sont répartis en deux groupes de meme importance, grace au fait qu'une cloison 6 est prévue dans chacun des tubes collecteurs d'agent réfrigérant 2. En outre, les cloisons 6 sont disposées d'un seul cOté, de telle manière que, pour des trajets plus courts entre la bride 1 et certains des éléments de refroidissement 3, des sections droites plus petites ne soient prévues que pour les trajets plus longs jusqu'aux éléments de refroidissement plus éloignés. Dans l'échangeur de la figure 3, les 18 éléments de refroidissement 3 qui sont prévus dans cette variante, sont répartis en trois groupes inégaux comprenant respectivement 7, 6 et 5 éléments de refroidissement 3. En conséquence, suivant l'invention, deux cloisons 6 sont nécessaires dans chacun des tubes collecteurs d'agent réfrigérant 2. Etant donné que, dans cette disposition, le groupe le plus éloigné des brides 1 est celui qui comprend le plus petit nombre d'éléments de refroidissement 3, tandis que le groupe le plus voisin des brides 1 est celui qui comprend le plus grand nombre d'éléments de refroidissement 3, les sections droites partielles déterminées par les cloisons 6 peuvent dans ce cas étre sensiblement égales entre elles.Etant donné que, conformément à la condition å remplir, la perte de charge jusqu'à chacun des groupes d'éléments de refroidissement 3 est la même, une méme quantité de liquide réfrigérant circule à travers chacun des éléments de refroidissement 3. Pour des sections droites partielles sensiblement de méme grandeur, la résistance h l'écoulement est la plus forte dans le canal le plus long, et la plus faible dans le canal le plus court, de sorte que, d'une manière correspondante, une plus petite quantité de liquide réfrigérant circule dans le canal le plus long et une plus grande quantité de liquide réfrigérant, dans le canal le plus court, de sorte encore que chacun des éléments de refroidissement 5 individuels, en dépit du fait que les groupes sont différents, reçoit la meme quantité d'agent réfrigérant. Bien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'entre décrit uniquement à titre d'exemple sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeurs de chaleur pour le post-refroidissement du liquide réfrigérant de transformateurs et bobines de chocs, comportant une série d'éléments de refroidissement raccordés å des tubes collecteurs d'agent réfrigérant communs et une entrée et une sortie d'agent réfrigérant disposées sur un cOté, lesdits échangeurs de chaleur étant caractérisés en ce que la section droite totale des tubes collecteurs d'agent réfrigérant est subdivisée par des cloisons s'étendant parallèlement a la direction d'ecoulement en sections droites partielles, chacune desquelles est associé un groupe d'éléments de refroidissement et en ce que, par un dimensionnement approprié des sections droites partielles, la perte de charge qui se produit dans les tubes collecteurs d'agent réfrigérant jusqu'd l'entrée du liquide réfrigérant dans les éléments de refroidissement est rendue identique pour tous les groupes d'éléments de refroidissement. 2. Echangeurs de chaleur selon la revendication 1, caractérisés en ce que les résistances à l'écoulement dans les canaux d'un tube collecteur d'agent réfrigérant formés par les sections partielles sont dans le même rapport que les résistances l'écoulement des groupes d'éléments de refroidissement correspondants associés aux canaux individuels. 3. Echangeurs de chaleur selon revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que les divers groupes sont tous formés de nombres égaux d'éléments de refroidissement, et en ce que les sections droites partielles sont d'autant plus grandes que les groupes associés sont plus éloignés de l'entrée ou de la sortie d'agent réfrigérant. 4. Echangeurs de chaleur selon revendication 1 ou 2, carattéris6s en ce que les groupes qui sont disposés dans l'espace le plus près de l'entrée d'agent réfrigérant comportent un plus grand nombre d'éléments de refroidissement que ceux qui sont plus éloignés de cette entrée et en ce que toutes les sections droites partielles des tubes collecteurs d'agent réfrigérant sont sensiblement égales.