Brevet FR2339831A1 — publié le 19770826

L'invention concerne un procédé pour améliorer le transfert:. de chaleur entre fluides dans des échangeurs thermiques ns- surface, afin d'augmenter leur rendement de fonctionnement. On connaît des procédés permettant d'obtenir des turbulences élevées dans le fluide en écoulement de manière à assurer le transfert de chaleur en influençant le coefficient de transfert de chaleur. Par l'incorporation à l'échangeur thermique d'éléments rapportés de différente forme, on influence et on liore le mécanisme d'écoulement et donc le transfert de chaleur. L'inconvénient de ces procédés est que de viandes vitesses d'écoulement, proportionnelles au coefficient de transfert de chaleur, entraînent une augmentation des pertes de charge et nécessite des moyens mécaniques plus importants. Les dispositifs servant à engendrer des tourbillons dans l'écoulement nécesstent des moyens mécaniques supplémentaires ou une puissance supplémentaire. En outre, or connaît des modes d'execation de surfaces de transfert de chaleur, Dar exemple de tubes à ailettes, qui ont pour rôle d'agrandir la surface de transfert de chaleur. Ce mode d'augnentation du transfert de chaleur tiet compte du fait que la capacité Ae transfert de chaleur est roportionnelle à la surface.Toutefois, cet effet positif, malgré le cott plus élevé de la fabrication des surfaces de transfert de chaleur, est oint à un effet natif résultat de l'agrandissement prononcé de la couche limite qui freine le transfert de chaleur et qui se constitue le long des surfaces. Rn outre, il est apparu qu'en agissant sur le mode de guidage de l'écoulement entre leoerps qui transmet de la chaleur et celui qui en absorbe (courant direct, contre-courant, courant croisé), on peut influencer le transfert de chaleur.Le oae de guidage de l'écoulement dépend d'impé- ratifs technologiques et n'est souvent pas suffisant pour un transfert de chaleur efficace. L'inconvenient de ce procédé, par exemple dans le courant croisé et le contre-courant, réside dans l'installation de chicanes, c'est-à-dire qu'il faut une dépense supplémentaire de construction si l'on veut obtenir de meilleures conditions de transfert de chaleur. I1 est également connu que l'on peut influencer efficacement-le transfert de chaleur entre un fluide et une surface solide, et inversement, en modifiant la couche limite qui se constitue le long de la surface de transfert de chaleur. C'est à cela que servent les procédés connus visant à augmenter la turbulence du fluide. On peut y parvenir en dirigeant sur la surface limite un jet libre du fluide. En outre, on peut soumettre le fluide à des ondes sonores ou des ondes de pression qui ont pour rôle de diminuer la constitution des couches limites. L'inconvenient de ces procédés réside dans la dépense représentée par l'incorporation de dispositifs spéciaux et dans la dépense supplémentaire d'énergie nécessaire pour engendrer les turbulences.En outre, par suite des oscillations qui se produisent, les échangeurs thermiques subissent des efforts particuliers de sortE qu'il faut les fabriquer sous une forme plus robuste, avc. une dépense de matériaux accrue en conséquence. Dans certains cas, il se produit des phénomènes supplémentaires de corrosion en certains points de l'échangeur thermique. En outre, pour améliorer le transfert de chaleur dans les échangeurs thermiques à phase vapeur, on pulvérise dans lachambre à vapeur des liquides auxiliaires qui ont pour rôle de transformer en écoulement turbulent l'écoulement laminaire du film de liquide qui se constitue sur les surfaces de chauffage, dans les zones supérieures d'un échangeur thermique vertical. Le liquide auxiliaire est pulvérisé sur les surfaces de chauffage et s'écoule verticalement de haut en bas le long de celle-ci. La vapeur se condense dns ce liquide, ce qui assure la transformation de l'écoulement laminaire en écoulement turbulent. L'ap plication de ce procédé n'est possible que pour des échangeurs thermiques verticaux et n'assure une amélioration du transfert de chaleur qu'en certains endroits, à savoir dans les zones suprieures de l'échangeur thermique.Des problèmes spéciaux resident dans la distribution uniforme du liquide auxiliaire sur les surfaces de l'échangeur thermique. En outre, il est connu d'appliquer des revêtements de matière plastique et d'émail sur les parois de transfert de chaleur, d'une part pour assurer la protection de la surface des matériaux et d'autre part pour empêcher la formation d'un film continu sur les surfaces de transfert de chaleur. Toutefois, ce procédé diminue les propriétés de conductibilité thermique du matériau de transfert de chaleur et entraîne une dépense impor tante. En outre, il est connu que l'on peut améliorer le transfert en éliminant la couche limite qui se constitue. A cet effet, on peut imprimer au fluide un écoulement tournant à l'intérieur d'une paroi cylindrique et évacuer la couche limite, par une entaille longitudinale de la paroi de transfert de chaleur, dans un conduit qui enveloppe l'entaille longitudinale. On con natt également des solutions par lesquelles on améliore le trans- fert de chaleur par formation de mousse. On y parvient en ajoutant au gaz, de façon dosée, un liquide auxiliaire. On tente également d'améliorer le transfert de chaleur en appliquant un champ magnétique. Dans ces procédés aussi, l'inconvénient réside dans lesmoyens supplémentaires qu'ils nécessitent et dans l'amélioration insuffisante du transfert de chaleur.En vertu des inconvénients mentionnés, tous ces procédés connus ont été sans succès dans la pratique. L'invention a pour but d'augmenter notablement 1'é- conomie de fonctionnement des échangeurs thermiques par surface sans que cela nécessite, de façon classique, une énergie supplémentaire et/ou des moyens de fabrication supplémentaires. L'invention vise à fournir un procédé d'amélioration du transfert de chaleur dans les échangeurs thermiques par surface qui empêche dans une très large mesure le transfert de chaleur par pellicule et qui assure un transfert de chaleur par gouttes. Selon l'invention, le problème est résolu par le fait que dans le fluide qui cède de la chaleur et/ou dans le fluide qui adsorbe de la chaleur, on introduit des substances hydrophobes tensio-actives en quantité telle et en un laps de temps tel qu'il se forme une minc iellicule hydrophobe sur les surfaces de transfert de chaleur.De telles substances hydrophobes sont avantageusement, par exemple, des agents alcalins filmogènes et/ou volatils, en particulier l'octadécylamine et/ou la mor choline L'addition dosée des substances hydrophobes tensioactives s'effectue à l'entrée de l'échangeur thermique et/ou en un point quelconque du circuit qui contient l'échangeur thermique, de façon périodique ou continue, en fonction de la con centration et des propriétés des additifs, dans le fluide cède de la chaleur et/ou dans le fluide qui absorbe de la chaleur. Par le procédé selon l'invention, au lieu du transfert de chaleur par pellicule, on assure un transfert de chaleur par gouttes, par exemple une condensation de la vapeur en gouttes Comme on le sait, les coefficients de transfert de chaleur par gouttes. sont plus élevés que par pellicule. Du fait que par le procédé selon l'invention on introduit, dans le fluide qui cea. de la chaleur et/ou dans celui qui en absorbe, des substances hydrophobes tensio-actives, en particulier des saines filmogènes et/ou des agents alcalins volatils, par exemple l'octadécylamine etfou la morpholine, il se constitue sur les surfaces de transfert de chaleur de très minces pellicules protectrices hydr.- phobes qui évitent que les parois ne soient mouillées par le fl'd- de qui s'écoule dans lséchangeur thermique. Ainsi, sur les sur faces de transfert de chaleur, il ne peut pas se constituer de pellicule de liquide gênant le transfert de chaleur. Le fluide ne peut séjourner que brièvement sur ces parois rendues hydrophobes, sous forme de petites gouttes.Il ne se produit pratiquement pas de diminution des propriétés de conductibilité des surfaces de transfert de chaleur car l'épaisseur de la pellicule est d'ordre monomoléculaire. Ce transfert de chaleur par gouttes entrain. une amélioration d'environ 1046 du coefficient de transfert de chaleur. Cette pellicule protectrice hydrophobe *rmesnutadnet une protec-. tion de la surface contre la corrosion, l'érosion et les dépôts de sels. Un autre avantage de ce procédé réside dans le fait que ces additifs stinsinuent par dessous les dépôts existants et les détachent des surfaces, ce qui assure en meme temps le nettoyage des surfaces de transfert de chaleur et diminue encore la résistance au transfert de chaleur. Le procédé peut s'appliquer à tous les types d'échangeur thermique par surface. Il ne faut à cet effet ni transformation particulière ni agencements intérieurs dans les échangeurs thermiques. L'application du procédé selon l'invention ne cause pas de pertes de charge supplémentaires ni de phénomènes d'érosion. On expliquera ci-après l'invention à propos d'un exem ple d'exécution. Le dessin annexé est un schéma de principe d'un circuit. temple d'exécution On expliquera le principe du procédé à propos d'un condenseur. L'introduction dosée de la substance tensio-active dans la vapeur en amont du condenseur s1 effectue de façon ré- iodique ou continue, à une concentration qui, selon les propriétés de la substance ajoutée, conduit à la constitution d'une très minoe pellicule hydrophobe. On prépare la solution d'additif dans un récipient de préparation 1 d'un volume d'environ 1 m3. Au moyen de la pompe doseuse 2, la solution est introduite par un tuyau 3 dans le tuyau à vapeur 4 menant au condenseur 5. Cependant, Il n'est pas nécessaire d'installer une sonde de dosage dans le tuyau à vapeur. Dans le condenseur 5, il se constitue, à la surface de transfert de chaleur, une mince pellicule hydro- phobe aui empoche l'attaque de la matière par le condensat et la constitution d'un film d'eau formant couche limite sur la surface de transfert de chaleur. tant donné que les surfaces ainsi rendues hydrophobe ne peuvert pas tre mouillées, la vareur ne peut se condenser aue sous forme de gouttes, ce qui enWraRne une amélioration importante du transfert de chaleur REV=rNDItATICNS l - Procédé d'amélioration du transfert de chaleur dans les échangeurs thermiques par surface, caractérisé par le fait que dans le fluide qui cède de la chaleur et/ou dans le fluide qui absorbe de la chaleur, on introduit des substances hydrophobes tensio-actives en quantité telle et en un laps de temps tel qu'il se forme une mince pellicule hydrophobe sur les surfaces de transfert de chaleur. 2 - Procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait que comme substances hydrophobes tensio-actives, on introduit par exemple des amines filmogènes et/ou des agents alcalins volatils, en particulier l'octadécylamine et/ou la morpholine, dans le fluide qui cède de la chaleur et/ou dans celui qui en absorbe. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'addition dosée des substances hydrophobes tensio-actives s'effectue à l'entrée de l'échangeur thermique et/ou en un point quelconque du circuit qui contient ltéchangeur thermique, de façon périodique ou continue, en fonction de la concentration et des propriétés des additifs, dans le fluide qui cède de la chaleur et/ou dans le fluide qui absorbe de la chaleur