Brevet FR2393257A1 — publié le 19781229

La présente invention a trait à un échangeur de chaleur a surface secondaire, c'est-à-dire du genre comportant au moins un tube pour le passage d'un fluide, ainsi que plusieurs ailettes agencées sur ce tube et en contact thermique avec lui, tandis que autre fluide s'écoule entre les ailettes pendant le fonctionnement. On connatt des échangeurs de chaleur à surface secondaire du genre sus-décrit, dans lesquels les ailettes sont pourvues de protubérances telles que des ondulations ou des languettes, afin de créer une turbulence et d'accroitre le transfert de chaleur. Toutefois, si ces protubérances permettent d'augmenter le transfert de chaleur, elles créent également une résistance plus forte au fluide s'écoulant travers l'echangeur. L'invention a donc pour objet de réaliser un échangeur thermique présentant un degré élevé de transfert de chaleur sans une augnen- tation de la résistance a l'écoulement du fluide aussi forte que celle qui est due aux échangeurs avec ailettes pourvues d'ondulations ou de languettes. A cet effet, l'échangeur thermique à surface secondaire suivant l'invention est remarquable en ce que chaque ailette comporte sur au moins l'une de ses faces des nervures régulièrement espacées et propres à amorcer la turbulence, leur hauteur étant prévue entre environ 0,125 mm et 1 inm. Ces 'rainures peuvent être continues ou bien s'arrêter juste avant le ou les tubes. On peut en outre ne les prévoir que sur un seul coté de chaque ailette, ou en variante des deux côtés de celle-ci. Elles peuvent affecter un profil rectangulaire ou. triangulaire avec sommets arrondis. La largeur de chacune des nervures se situe entre environ 0,25 mm et 2 mm, tandis que leur écartement varie de O,25mm à 10 mm approximativement. Suivant un autre mode de réalisation, les nervures spRt. constituées par des dents de scie présentant un flanc incliné etune face perpendiculaire au plan général de l'ailette Lorsque les nervures se présentent ainsi sous la forme de dents de scie, celles-ci peuvent étre adjacentes, chaque flanc incliné se raccordant la face suivante. Toujours dans le cas des dents de scie, l'inclinaison des flancs par rapport au plan de-l'ailette peut varier entre 80 et 140. Les nervures sont agencées transversalement et de préférence perpendiculairement a la direction prévue du courant de fluide à l'extérieur des tubes. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 montre en élévation partielle une ailette constituant un élément d'une forme de réalisation d'un échangeur thermique suivant l'invention. Fig. 2a en représente à plus grande échelle une coupe suivant 2-2 (fig. 1). Fig. 2b est une vue en-coupe partielle similaire, mais avec toute les nervures situées sur un seul côté de l'ailette. Fig. -3a, 3b, 4a, 4b et5a, 5b illustrent de façon similaire à fig. 2a, 2b, des variantes de l'invention. Fig. 6 montre un graphique illustrant le rendement avec les ailettesde fig. 5. Dans l'exemple illustré en fig. 1 et 2a, l'ailette se présente sous la forme d'une bande métallique plate 10 dans laquelle on a ménagé des rangées de perforations 11. Dans l'échangeur monté, une série de tubes traversent ces perforations. Ces dernières et les tubes correspondants présentent un profil rectangulaire à extrémités arrondies, bien que d'autres formes soient également possible, par exemple circulaires. La bande comporte plusieurs nervures parallèles 12 régulièremènt espacées sur chacune de ses faces. Comme représenté en fig. 1, ces nervures 12 sont continues, mais elles pourraient également s'arreter juste avant les perforations 11. Dans l'exemple de fig. 2b, les nervures parallèles 12, s'éten- dent sur une seule et mème face. Suivant les fig. 1, -2a et 2b, les nervures sont espacées les unes des autres d'une distance ou pas P de 1,125 mm, telles présentent une hauteur h de 0,5 mm. Chacune d'elles a un profil rectangulaire avec une largeur W de 0,275 mm. L'épaisseur t de la bande entre les nervures est de 0,25 mm. De telles nervures peuvent être réalisées par divers procédés, par exemple par usinage de bandes initialement plus épaisses que les nervures, pour les amener aux dimensions désirées. Dans l'exemple représenté en fig. 3a, 3b, les nervures 12 sont également rectangulaires mais avec h = 0,315 mm, W = 0,175 mm et P = 0,75 mm. Si l'on utilise un matériau très mince par rapport aux dimen sions requises des nervures, c'est-à-dire lorsque celles-ci sont espacées de 2,5 mm avec pour dimensions 0,25 mm x 0,25 mm en étant faites en un matériau de 0,075 mm d'épaisseur seulement, l'ailette peut etre amenée par déformation à une configuration nervurée simplement par laminage ou emboutissage entre des outils appropries. Dans l'exemple correspondant à fig. -4a, 4b chaque nervure se présente sous la forme d'une dent de scie avec une face 13 perpendiculaire au plan général de l'ailette et un flanc incliné 14. En fig. 4a, les nervures sont adjacentes les unes des autres. La hauteur h de ces nervures se situe entre environ 0,125 mm et 0,50 mm, l'angle d'inclinaison des flancs 14 étant compris entre 8 et 140. Suivant l'exemple montré en fig. 5a, 5b, les nervures ont un profil triangulaire arrondi obtenu par des méthodes d'emboutissage classiques. La largeur W de chaque nervure 15 est de 1 mm et sa hauteur h de 0,315 mm. Ces nervures dépassent alternativement de part et d'autre du plan de l'ailette avec, sur chaque côté, un pas de 3,75 mm. Dans tous les cas, les ailettes sont agencées dans l'échangeur thermique de telle sorte que les nervures s'étendent transversalement et de préférence perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide à l'extérieur des tubes. Les nervures permettent de réduire localement sur l'ailette l'épaisseur de la couche limite à écoulement lent en augmentant ainsi par leur présence le degré de transfert de chaleur sur les ailettes, sans accroitre de façon exagérée la résistance à l'ecoule- ment du fluide. A titre d'exemple, fig. 6 illustre l'amélioration qu'on peut obtenir en utilisant les ailettes suivant fig. 5 à la place de celles perforées classiques. Ce graphique montre quelle profondeur Md (en ordonnées) est nécessaire à la matrice pour obtenir un transfert de chaleur donné, pour une chute de pression Mp sur celle-ci. Le graphique représente deux courbes, l'une A montrant les résultats avec une matrice usuelle, l'autre B coraspondant à ceux donnés par une matrice pourvue d'ailettes du type de fig. 5. Les exemples décrits ci-dessus sont particulièrement appropriés au cas ol le fluide passant entre les ailettes est constitué par de l'air. Toutefois la présente invention peut également s'appliquer à des échangeur thermiques dans lesquels on utilise tout autre fluide liquide ou gazeux. Pour correspondre au domaine des propriétés physiques relevées dans les fluides mis en oeuvre il est alors nécessaire de prévoir une gamme d'échangeurs dans lesquels la hauteur des nervures varie de Q,125 mm à 1 mm, tandis que dans le cas de profils tels que représentés en fig. 2a, 2b, 3a, 3b et Sa, 5b, leur largeur se situe entre 0,25 mm et 2 mm et leur pas entre 0,25 mm et 10 mm. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique à surface secondaire comprenant au moins un tube pour le passage d'un fluide ainsi que plusieurs ailettes prévues sur ce tube et qui se trouve en contact thermique avec celui-ci, le fluide passant en service entre les ailettes, caractérisé en ce que chacune des ailettes (10) comporte sur au moins l'un de ses côtés des nervures (12 ; 13, 14 ; 15) régulièrement espacées en vue de l'amorçage de la turbulence et de hauteur allant de 0,125 mm à 0,1 mm. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures (12 ; 13, 14 ; 15) sont continues. 3. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures (12 ; 13, 14 ; 15) s'arretent juste avant le ou les tubes. 4. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les nervures (12 t 13, 14 ; 15) sont réalisées sur un seul côté de chaque ailette. 5. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les nervures (12 ; 13, 14 ; 15) sont réalisées de part et d'autre de chaque ailette. 6. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les nervures (12) sont rectangulaires. 7. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque nervure (15) presente un profil triangulaire à sommets arrondis. 8. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la largeur de chaque nervure (12 15) varie entre environ 0,25 mm et 2 mm. 9. Echangeur suivant l'une quelconques des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que l'écartement ou pas des nervures (12 ; 15) se situe entre environ 0,25 mm et 10 mm. 10. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les nervures (13, 14) sont constituées par des dents de scie avec flancs inclinés (14) et faces (13) perpendiculaires au plan général de l'ailette (10). 11. Echangeur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les nervures (13, 14) sont constituées par des dents de scie adjacentes les unes aux autres, les flancs inclinés (14) se raccordant aux faces (13). 12. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'inclinaison des flancs (14) par rapport au plan général de l'ailette (10) varie de 80 à 140. 13. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les nervures (12 ; 13, 14 ; 15) s'étendent transversalement à la direction prévue du courant de fluide sur l'extérieur des tubes. 14. Echangeur suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les nervures (12 ; 13, 14 ; 15) s'étendent perpendiculairement à ladite direction.