Brevet FR2240421A1 — publié le 19750307

L'invention concerne la construction des appareils de production du froid, et en particulier la conception des dispositifs échangeurs de chaleur, par exemple dans les appa reils-frigorifiques. On connatt bien un modèle d'évaporateur pour appareil frigorifique comportant un système de tubes échangeurs de cha leur dans lesquels sont logés des éléments métalliques comportant chacun un noyau central longitudinal doté de plusieurs ailettes radiales exécutées faisant- corps avec ce dernier. Les ailettes sont- à à section transversale trapézoïdale s'élargissant du cté de la surface interne du tube. Chaque ailette se termine par une semelle évasée à surface extérieure plane.Les centres des bases des semelles mentionnées sont disposés suivant une cir conférence--dont -le-diamètre est égal au diamètre interne du tube, tandis-que les bords extérieurs des faces latérales des semelles décrites sont dispósés-suivant une circonférence dont le diamètre est supér-ieur- au diamètre interne du tube. Lors du montage de l'élément interne dans le tube, la paroi intérieure du- tube se déforme aux points de contact avec les fates latérales extérieures de la semelle et il se forme un arc dont le rayon est supérieur au rayon interne du tube considéré (voir par éxemple le brevet n 2 895 506 des Etats-Unis d'Amérique). Pour obtenir des caractéristiques thermiques plus élevées--il faudra améliorer le mouillage de la surface du tube -(séparation-de- la vapeur) et assurer une répartition plus régulière de l'agent frigorigène suivant les canalisations --du tube. A cet effet, Tans- les modèles-~eonnus,les ailettes sont enroulées en hélice et on y perce des orifices pour le trans vastement de l'agent frigorigène d'-une canalisation à l'autre. -L'échange de-température par contact entre les ailettes et-le tube est--ainélioré par accroissement-de la surface de contact entre entre les ailettes et la-surface du tube, et à cet effet la base de ailettes est exécutée en forme- de-T. Cependant, -les-constructions connues sont sujettes aux inconvénients suivants - L'intensité d'évacuation des calories de la surface à ailettes est déterminée essentiellement par l'intensité avec laquelle les ailettes cèdent leurs calories (étant donné que la surface totale des ailettes est en règle gznérale supérieure à la partie sans ailettes de la surface d'échange de température), tandis que 1-a mIse en rotation du flux suivant une hélice est à l'origine d'une amélioration du mouillage de la surface interne de l'enveloppe du tube (partie sans ailettes). De cette façon, on obtient un accroissement du coefficient de transmission de chaleur par la partie sans ailettes du tube qui n'influenceque très peu l'intensité totale de la transmission de chaleur. - I1 n'est pas suffisamment assuré les conditions de transfert-de la chaleur du tube au noyau (ou inversement). - L'at-ilisation d'une base en T des ailettes du noyau augmente la surface de contact, mais d'un autre c8té réduit la pression de contact entre le tube et les ailettes, ce qui affecte le contact silettes-tube. Le but de la présente invention' est d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans -la présente invention l'on se propose de mettre au point un dis-positif échangeur de température dont la construction permettrait d'améliorer le contact thermique entre les ailettes du noyau et la surface interne du tube, ainsi que 11 efficacité de l'échange de chaleur. Cet obJectif est atteint par la mise au point d'un dispositif échangeur de température comportant au moins un tube échangeur dans lequel sont logés un noyau central longitudinal et au moins trois ailettes radiales dont les extrémités extérieures sont serties à l'intérieur du tube, et dans ce cas, conformément à l'invention, les extrémités extdrieures des ailettes sont exécutées en forme de cales ou coins dont le bout effilé est orienté suivant un rayon issu du centre du noyau, et ces extrémités sont insérées par leur bout effilé dans la paroi du tube sur la hauteur de la cale. Une telle exécution constructive permet d'améliorer notablement la pression de contact entre la base des ailettes et la surface intérieure du tube, ce qui définitivement entrasse l'amélioration de la transmission de chaleur entre les ailettes et le tube . Conformément à l'invention, les surfaces latérales des ailettes du noyau peuvent être exécutées avec un microrelief à aspérités. Ceia permet d'intensifier la transmission de chaleur par les ailettes. Dans l'expose ci-dessous est donné un exemple d'exécution concret du dispositif avec référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente le dispositif échangeur de chaleur conforme à l'invention en coupe longitudinale la figure 2, la coupe I1-II de la figure 1 la figure 3, illustre la section du tube échangeur avec éléments métalliques conforme à l'invention la figure 4 illustre la partie du tube dans laquelle est serti le bout extérieur de l'ailette conforme à l'invention. Le dispositif-est constitué par le corps métallique cylindrique-l (figures 1, 2) dont une extrémité est complètement obturée par le -fond sphérique soudé 2, et à l'autre extrémité est soudée -une -bride- annulaire 3 à laquelle sont fixés la grille tubulaire--4 et le couvercle 5. A l'intérieur du corps 1 se trouve un système de tubes échangeurs 6 en-forme de V dont les extrémités sont dudgeonnées dans les orifices aorrespondants de -la -plaque -tubulaire 4. Le corps 1 est-dotd de-tutulures d'entrée 7, 8 et de tubulures de s-orti-e 9, 1Q respectivement prévues-pour l'agent porteur de froid -et 1'agent frigorigène. Dans ehaque-tube échangeur 6 est logé un élément en aluminium 11 (figure 3) -constitué par un noyau central longitudinal 12 avec des ailettes radiales 13 equidistantes. Les extrémités extérieures des ailettes 13- de l'élement li sont- exécutées -en forme de cale 14 dont le bout effilé est orienté suivant un rayon issu dù centre de l'élément 11. L'ailes 13 (figure 4) est sertie-par ses extrémités effilées du côté intérieur dans la paroi du tube 6 à la hauteur de la cale 14. Pour améliorer l'échange de chaleur les surfaces latérales des ailettes 13 de l'élément 11 sont exécutées avec un microrelief à aspérités 15. Le microrelief à aspérités 15 peut être obtenu en pulvérisant du métal sur la surface latérale des ailettes 19 ou par décapage électrochimique. Le microrelief 15 peut Entre à structure poreuse avec des pores d'un mme ordre de grandeur que le diamètre de l'amorce de la bulle de vapeur de l'agent frigorigène en ébullition à la surface du tube échangeur 6 mentionné. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. L'agent frigorigène est introduit dans le tube échangeur 6 généralement sous forme d'un mélange vapeur-liquide. I1 est approximativement constitué par 80 % de liquide et 20 ss de vapeur. Pendant le-mouvement à l'intérieur du tube 6 la phase liquide de l'agent frigorigène s'évapore. Après le passage par les tubes échangeurs 6 l'agent frigorigène se transforme entièrement en vapeur. La présence d'un micórelief 15 à aspérités sur les parois latérales -des ailette -13- au-gmente- le nombre de centres engendrant la- formation de la vapeurs et de cette façon le processus d'ébullition de l'agent frigorigène dans les tubes 6 est intensifié, L'amélioration de ltéchange par contact est assuré gracie à l'exécution des-extrémités-extdrieures des ailettes 13 sous forme de coin inséré dans la paroi du tube 6 suivant toute sa hauteur; L'agent frigorigène s'échappant du tube 6 par la tubulure de sortie- 10 est aspiré-dans le compresseur. Le dispositif -échangeur de température proposé bénéficie des avantages -suivants - poids et encombrement plus faibles - prix de revient moins élevé - plus faible consommation d'agent frigorigène ; - facilité de transport, de -montage et d'exploitation. L'utilisation de ces nouveaux dispositifs échangeurs de chaleur permet d'améliorer les caractéristiques thermiques en intensifiant l'échange de chaleur-du noyau à ailettes et en améliorant l'échange de chaleur par contact entre les ailettes et le tube. R E V E N D I W A T I O N S 1. Dispositif échangeur de chaleur comportant au moins un tube échangeur dans lequel sont logés un noyau central longitudinal et au moins trois ailettes radiales dont les extremités extérieures sont inserées à l'intérieur dans la paroi du tube, ce dispositif étant caractérisé par le fait que les extrémités extérieures des ailettes sont en-rorme de coin dont I1 extrémité effilée-est orientée suivant un rayon issu du centre du noyau et ces extrémités effilées sont insérées dans la paroi du tube à la hauteur du coin-. 2. Dispositif échangeur-de chaleur suivant la revendica tion L, caractérisé par le-fait que les surfaces latérales des ailettes sont exécutées avec un microrelief à aspérités.