Brevet FR2244149A1 — publié le 19750411

- invention se rapporte aux échangeurs de chaleur tubulaires et concerne plus précisément les appareils que lton place dans les tubes de ces échangeurs en vue d'améliorer l'échange thermique aux faibles débits du fluide circulant dans les tubes. Ces appareils seront appelés "agitateurs statiques" dans ce qui suit. Lorsque le fluide circule dans des tubes d'échange de chaleur dépourvus d'agitateurs statiques à un débit suffisamment faible pour que 7'écoulement se fasse à régime laminaire, la transmission de chaleur entre le fluide et la paroi du tube est médiocre. Ces circonstances se présentent notamment dans les échangeurs de chaleur des installations de chauffage de véhicules automobiles qui sont appelés à fonctionner, lorsque le moteur du véhicule tourne au ralenti, Zvec des débits de fluide chauffant ne dépassant pas 1/5 du débit obtenu en fonctionnement normal sur route. Le roule des agitateurs statiques est principalement de disposer dans 1'écoulement des obstacles qui le transforment en écoulement turbulent. I1 est connu de réaliser un agitateur statique en enfilant dans un tube un organe allongé muni de plaquettes disposées en chicane, le mode d'exécution le plus classique étant constitué par une bande métallique comportant des portions découpées et rabattues à angle droit. Ces agitateurs à plaquettes en chicane donnent de très bons résultats à faible débit, mais provoquent des pertes de charge importantes aux grands débits. On connaît aussi des agitateurs statiques formés par des ressorts à boudin; ils présentent l'inconvénient d'entre assez difficiles à introduire dans les tubes dans le cas d'une production de série et du fait de leur souplesse. La présente invention a pour objet un agitateur statique exempt de ces inconvénients et d'exécution facile et bon marché. L'agitateur statique selon l'invention comprend une bande de matière tordue en hélice de diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube dans lequel elle est destinée à être enfilée, de manière à laisser un jeu radial de quelques dixièmes de millimètre entre la périphérie de l'hélice et la paroi du tube. Le fluide circulant dans le tube peut ainsi s'écou- ler, d'une part, en suivant les spires de l'hélice et, d'autre part, dans ce jeu. Aux grands débits, 1'écoulement qui suit les spires de l'hélice n'est soumis qu'à une perte de charge modérée. hux faibles débits, l'écoulement qui passe dans le jeu se fait à régime turbulent, ce qui a pour effet d'activer l'échange de chaleur entre le fluide et la paroi du tube. Dans un mode de réalisation, la bande tordue en hélice comprend un noyau central allongé longitudinalement et deux portions symétriques par rapport à l'axe de ce noyau. Il résulte des études de la Demanderesse que, dans le cas d'un tube de diamètre intérieur inférieur ou égal à 10 mm environ, les résultats les plus avantageux sont obtenus lorsque le pas de l'hélice est compris entre 20 mm environ et 50 mm environ et que la différence entre le diamètre intérieur du tube et le diamètre de l'hélice est comprise entre 0,3 mm environ et 1,5 mm environ.Dans le cas d'un tube ayant un diamètre intérieur de 7,3 mm environ, on obtient des résultats très avantageux lorsque le pas de l'hélice est égal à 28 mm environ et que le diamètre de l'hélice est compris entre 6 mm environ et 7 mm environ et de préférence égal à 6,5 mm environ. Dans un autre mode de réalisation, la bande est enroulée en hélice autour d'un de ses bords longitudinaux. Le pas de l'hélice doit alors être réduit à a moitié des valeurs indiquées ci-dessus. Autrement dit, dans cet autre mode de réalisation, pour un tube ayant un diamètre intérieur inférieur à 10 mm environ, le pas de l'hélice sera de préférence compris entre 10 mm environ et 25 mm environ, la différence entre le diamètre intérieur du tube et le diamètre de l'hélice étant toujours comprise entre 0,3 mn environ et 1,5 mm environ. Pour un tube ayant un diamètre intérieur de 7,3 mm environ, le pas de l'hélice sera de préférence égal à 14 mm environ, le diamètre de l'hélice étant toujours compris entre 6 mm environ et 7 mm environ et de préférence égal à 6,5 mm environ. La bande tordue en hélice est de préférence en matière thermoplastique et réalisée par extrusion On obtient ainsi des agitateurs statiques 9 très bon marché et il est facile d'écraser à chaud une au moins de leurs extrémités pour former un arrêtoir qui les maintient en place longitudinalement dans les tubes. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particula rites qni ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un agitateur statique selon l'invention. La figure 2 représente la section droite de l'orifice d'une filière permettant de fabriquer par extrusion l'agitateur statique de la figure 1. La figure 3 est une vue de l'agitateur statique de la figure 1, comportant un seul arrêtoir. La figure 4 est une vue analogue à la figure 3, montrant un agitateur statique comportant deux arrêtoirs. La figure 5 est une vue analogue à la figure 1, montrant une variante. L'agitateur statique de la figure 1 est réalisé par extrusion d'une matière thermoplastique dans une filière de forme hélicoidale dont l'orifice a la section droite représentée sur la figure 2, de manière à former une bande comprenant deux portions 1, 2 symétriques par rapport à l'axe longitudinal XX' d'un noyau allongé 3 et enroulées en hélice autour de ce noyau 3. On fabrique ainsi par extrusion une grande longueur de bande enroulée en hélice, qu'on découpe ensuite en tronçons pour former des agitateurs statiques.Ces agitateurs sont destinés à être insérés dans des tubes d' échange de chaleur ayant un diamètre intérieur D1 de 7,3 mm (voir figures 3 et 4); le diamètre extérieur D2 de l'hélice est égal à 6,5 mm et son pas P est égal à 28 mm. Pour maintenir les agitateurs, on écrase une de leurs extrémités comme cela est représenté en 4 sur la figure 3, de manière à l'élargir. On engage alors ltextrémité non écrasée de chaque agitateur dans un tube 5, et on enfile l'agitateur dans le tube jusqu a ce que son extrémité écrasée et élargie 4 vienne s'emmancher dans l'extrémité dilatée du tube ou s'appuyer contre son bord 6, comme représenté, ce qui suffit par conséquent pour maintenir l'agitateur dans celui-ci. On peut aussi écraser l'autre extrémité de l'agitateur au-delà du tube après l'avoir introduit dans celui-ci, comme cela est représenté en 8 sur la figure 4. La portion 4 des agitateurs statiques peut être avantageusement écrasée pendant l'opération de tronçonnage de la bande extrudée enroulée en hélice. il peut Autre prévu à cet effet, d'un coté de la cisaille qui exécute le tronçonnage, un méplat qui pince l'extrémité tronçonnée de manière à l'écraser. La figure 5 montre un mode de réalisation dans lequel la bande 9 est enroulée en hélice autour d'un de ses bords longitudinaux 10. Cette bande enroulée en hélice est fabriquée par extrusion d'une résine synthétique et est ensuite découpée en tronçons pour former des agitateurs statiques destinés à des tubes de même diamètre intérieur que ceux des figures 3 et 4. Le diamètre D3 de l'hélice est égal à 6,5 mm et son pas Pi est égal à 14 mm. Les extrémités des agitateurs statiques peuvent être écrasées comme dans le mode de réalisation précédemment décrit. REVENDICBTIONS 1 Agitateur statique destiné à être placé dans un tube d'échange de chaleur pour améliorer l'échange thermique aux faibles débits du fluide circulant dans le tube, caractérisé en ce qutil comprend une bande de matière tordue en hélice de diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube, de manière à laisser un jeu radial de quelques dixièmes de millimètre entre la périphérie de l'hélice et la paroi du tube. 2. Agitateur statique selon la revendication 1, pour tube de diamètre intérieur inférieur ou égal à 10 mm environ, dans lequel la bande tordue en hélice comprend un noyau central allongé longitudinalement et deux portions symétriques par rapport à l'axe de ce noyau, caractérisé en ce que le pas de l'hélice est compris entre 20 mm environ et 50 mm environ, et que la différence entre le diamètre intérieur du tube et le diamètre de l'hélice est comprise entre 0,3 mm environ et 1,5 mm environ. 3. Agitateur statique selon la revendication 2, pour tube ayant un diamètre intérieur de 7,3 mm environ, caractérisé en ce que le pas de l'hélice est égal à 28 mm environ et que le diamètre de hélice est compris entre 6 mm environ et 7 mm environ et de préférence égal à 6,5 mm environ. 4. Agitateur statique selon la revendication 1, pour tube de diamètre intérieur inférieur ou égal à 10 mm environ, dans lequel la bande est enroulée en hélice autour d'un de ses bords longitudinaux, caractérisé en ce que le pas de l'hélice est compris entre 10 mm environ et 25 mm environ, et que ; > différence entre le diamètre intérieur du tube et le diamètre de l'hélice est comprise entre 0,3 mm environ et 1,5 mm environ. 5. Agitateur statique selon la revendication 4, pour tube ayant un diamètre intérieur de 7,3 mm environ, caractérisé en ce que le pas de 11 hélice est égal à 14 mm environ et que le diamètre de l'hélice est compris entre 6 mm environ et 7 mm environ et de préférence égal à 6,5 mm environ. 6. Agitateur statique selon l'une quelconque des revendications précédentes, fait en matière thermoplastique, caractérisé en ce qu'unie de ses extrémités est écrasée de manière à former unkélargissement constituant un arrêtoir, 7. Procédé de fabrication d'agitateurs statiques selon la revendication 6, consistant à produire par extrusion tordue u une bande de résine synthétique enroulée en hélice, puis à la tronçonner, caractérisé en ce que 11 écrasement de l'extré- mité de chaque agitateur statique est exécuté en même temps que le tronçonnage. 8. Agitateur statique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'après l'avoir inséré dans un tube on a écrasé l'autre extrémité de manière à former un second élargis sement constituant un second arr8toir.