Brevet FR2474154A1 — publié le 19810724

L'invention est relative à un échangeur thermique avec des tubes parallèles en aluminium, avec un carter essentiellement parallélépipèdique, dans lequel les tubes paralleles sont disposés verticalement en traversant les surfaces du fond et du couvercle du carter, et sont en liaison avec l'air environnant, cet échangeur thermique comportant une alimentation et une évacuation pour un liquide d'échange thermique, un cer tain nombre de tubes parallèles étant rassemblés et les ensembles ainsi constitués étant disposés dans des tubes de grandes dimensions, reliés par interpénétration avec les surfaces de fond et de couvercle clu @oîtier, tous ces tubes de grandes dimensions étant raccordés à la partie supérieure à l'alimentation en liquide porteur de calories, tandis qu'au-dessous des tubes de grandes dimensions et prévus pour l'évacuation, un tube relié à tous ces tubes de grandes dimensions0 Dans le ladre des mesures prises pour économiser l'énergie calorifique, les chauffages à basse température prennent une importance crolssante.Les systèmes de chauffage à basse température (systèmes NTH), contrairement aux systèmes de chauffage jusqu'ici classiques, avec des corps chauffants individuels comportant des températures d'entrée et de sortie de 90/70 C, ne nécessitent qu'une température moyenne de chauf fEge inférieure ou égale i 6000. Cela signifie que l'on peut soit, en maintenant le système de chauffage classique réduire l'encombrement des différents corps chauffants, ou bien pour un volume de corps chauffant identiques, passer à des tempé es plus basses pour ces corps chauffants (inférieures ou égales à 600C), ce dont il résulte des économies et des possibilités de mise en oeuvre d'autres systèmes de chauffage avec des pompes à chaleur et avec l'énergie solaire. En l'occurence, la préférence doit être donnée au chauffage des locaux économisant l'énergie. Un échangeur thermique avec des tubes parallèles en aluminium est déjà connu par le document DE-GM 79 03 581. Conformément à ce document, il est prévu de disposer de préférence les tubes parallèles sous forme de réseau dans le carter. La forme de réseau présente certes du point de vue de la technique de réalisation de grands avantages, lors de la liaison des tubes parallèles avec les surfaces de fond et de couvercle, mais pour une telle disposition, un volume d'eau relativement important est nécessaire0 il parait en outre, inéluctable de faire entrer également les tubes parallèles dans les considérations d'ordre énergétique0 C'est ainsi que dans le cas d'une surface interne lisse des tubes parallèles, il s'établit un courant d'air laminaire qui ne conduit -pas à un bilan de puis sance optimal de l'échangeur thermique0 L'invention a en conséquence pour but de créer un échangeur thermique du type initialement décrit, qui en tenant compte de toutes les mesures actuellement prises dans le secteur énergétique, est mis en situation de se satisfaire d'un volume d'eau plus réduit que celui utilisé jusqu'à maintenant et simultanément d'accroitre la quantité de chaleur délivrée par les tubes parallèles. Ce but est atteint, conformément à l'invention en ce que chaque tube de grandes dimensions est subdivisé en au moins deux chemises à eau qui, en maintenant un intervalle déterminé, sont disposées à la partie supérieure et à la partie inférieure des tubes parallèles, ces tubes parallèles étant munis à l'intérieur d'éléments engendrant une turbulence. Les avantages obtenus gracie à l'invention, résident en ce que l'échangeur thermique est amélioré par les surfaces libres des tubes parallèles entre les chemises à eau, car l'air ambiant a désormais accès également par ces parties libres aux tubes parallèles0 En outre, la quantité d'eau nécessaire peut être réduite de façon considérable, sans qu'iL en résulte une altération de l'échange thermique0 Les éléments engendrant une turbulence à l'intérieur des tubes parallèles servent en fin de compte à améliorer la cession de chaleur à l'air s'écoulant le long de ces éléments. Dans leur ensemble, les mesures envisagées, aussi bien la subdivision de la chemise à eau que l'accroissement de surface à l'intérieur des tubes parallèles, aboutissent à une optimisation du bilan de puissance. D'autres caractéristiques de l'invention permettent d'envisager des formes avantageuses de l'échangeur thermique défini ci-dessus. A ce sujet, il est surtout important de disposer les tubes parallèles judicieusement afin que le volume d'eau puisse être réduits Si l'on choisit une section transversale rectangulaire pour la chemise à eau subdivisée, alors on dispose les tubes parallèles avantageusement en rangées qui sont respec tivement décalées les unes par rapport aux autres de la moitié de la distance entre les axes des tubes. On obtient encore des conditions plus favorables lorsqu'on transforme la section trans versable rectangulaire en une section transversale hexagonale, et que lton dispose les tubes parallèles de la même manière. En franchissant encore une étape, on peut donner à la surface interne de la chemise à eau subdivisée, une forme ondulée correspondant à la disposition des tubes parallèles. Il s'avère en outre avantageux de réaliser les éléments créant une turbulence à l'intérieur des tubes parallèles en bandes de t8le qui, selon des dispositions variées, sont courbées en hélice dans le sens longitudinal et dont les bords externes s'appliquent sur les parois des tubes. Ainsi, le courant d'air laminaire est transformé en un courant d'air turbulent. Comme les tubes parallèles placés verticalement ont une longueur relativement réduite, (inférieure à 1 mètre) et que leur température ne se situe que légèrement au-dessus de la température du local, l'air échauffé ne parcourt que lentement l'intérieur des tubes lisses tandis que grâce aux éléments engendrant une turbulence, une accélération intervient. Pour obtenir le même effet qu'une turbulence, il est également possible de rendre rugueux le profil à l'intérieur des tubes parallèles ou bien de donner à la section transversale du tube parallèle, une forme en dents de scie. L'invention va être décrite plus en détail en se référant à des exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 montre en vue latérale un échangeur thermique avec une chemise à eau horizontale subdivisée, - la figure 2 montre le même échangeur thermique en vue de dessus, - la figure 5 montre en vue de dessus une chambre à eau (tube de grandes dimensi.ons) de forme hexagonale, - la figure 4 montre en vue de dessus, la même chemise à eau équipée de tubes parallèles, - la figure 5 montre en vue de dessus, une chemise à eau (tube de grandes dimensions) avec une surface interne ondulée, - la figure 6 montre en perspective avec coupe partielle, un des tubes parallèles avec un élément simple engen durant une turbulence, la la figure 7 montre en vue de dessus un tube parallèle avet un élément en forme d'étoile engendrant une tur bulence, - la figure 8 montre en vue de dessus un tube parallèle avec un élément en croix engendrant une turbulence. - la figure 9 montre en vue de dessus un tube parallèle avec un profil en forme de dents de scie. Selon les figures 1 et 2, un nombre déterminé de tubes parallèles verticaux 1 est disposé dans deux chambres à eau 2a, 2b placées horizontalement et séparées l'une de 11 autre. Une part importante la des tubes parallèles 1 fait saillie hors de la chambre à eau 2a, un tronçon lc de ces tubes entre les chemises à eau 2a et 2b est libre et accessible à l'air environnant, et une petite partie lb des tubes fait saillie au-dessvus de la chemise à eau 2b. Les deux chemises à eau sont raccordées à une alimentation 4 et à une eacua- tion 5. Selon la figure 3, une chambre à eau 2c, d peut présenter une forme hexagonale, grâce à quoi une meilleure adaptation aux tubes parallèles 1 est obtenue, ce qui est visible sur la figure 4. Selon la figure 5, la surface interne d'une chemise à eau hexagonale 2c, d est prévue avec une forme ondulee, grâce à quoi une adaptation encore meilleure aux tubes parallèles 1 est obtenue. De plus, ceci implique également une amélioration de la stabilité de la chemise à eau. les tubes parallèles 1 peuvent être équipés d'éléments varies engendrant une turbulence. Selon la figure 6, il est prévu une simple bande de tôle 6a en aluminium, disposée en héli.ce et dont les bords externes s'appliquent sur les parois des tubes. Selon la figure 7, le tube parallèle 1 contient une disposition de bande 6b en forme d'étoile, et selon la figure 8, une disposition de bande 6c en croix. Selon la figure 9, il est également possible de réaliser la paroi interne axes un profil 7 en dents de scie. R E V E N D I C A T I O N S 1.- échangeur thermique avec des tubes parallèles en aluminium, avec un carter essentiellement parallelépipè- dique, dans lequel les tubes parallèles sont disposés verticalement en traversant les surfaces du fond et du couvercle du carter, et sont en liaison avec l'air environnant, cet échangeur thermique comportant une alimentation et une évacuation pour un liquide d'échange thermique, un certain nombre de tubes parallèles étant rassemblés et les ensembles ainsi constitués étant disposés dans des tubes de grandes dimensions, reliés par interpénétration avec les surfaces de fond et de couvercle du bottier, tous ces tubes de grandes dimensions étant raccordes à la partie supérieur.e d l'alimentation en liquide porteur de calories, tandis qu.'au-dessous des tubes de grandes dimen sions est prévu pour l'évacuation, un tube relié à tous ces tubes de grandes dimensions, échangeur thermique caractérisé en ce roque chaque tube de grandes dimensions (2) est subdivisé en au moins deux chemises à eau (2a, 2b ou bien 2c, 2d) qui, en maintenant un intervalle déterminé, sont disposées à la partie supérieure et à la partie inférieure des tubes parallèles (1) ces tubes parallèles étant rnun's à l'intérieur d'éléments (6) engendrant une turbulence. 2.- Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérise en ce que l'intervalle des chemises à eau (2a, 2b ou bien 2c, 2d) est supérieur ou égal à la hauteur d'une chemise à eau. 3.- Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chemise à eau ainsi subdivisée présente une section transversale (2a, 2b) rectangulaire dans laquelle les tubes parallèles (1) sont disposés en rangées, de telle sorte que chaque rangée est décalée par rapport à la rangée précédente de la demi-distance entre les axes des tubes0 4.- échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chemise à eau ainsi subdivisée présente une section transversale (2c, 2d) hexagonale, dans l'intérieur de laquelle les tubes parallèles (i) sont disposés en rangées de telle sorte que les rangées sont décalées entre elles de la moitié de la distance entre les axes des tubes. 5.- Echangeur thermique selon la revendication 4s caractérisé en ce que la surface interne de la chemise à eau (2c, 2d) présente une forme ondulée (2e) correspondant à la disposition des tubes parallèles (1)o 60- Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments (6) des tubes parallèles, engendrant une turbulence, sont cons titués de bandes de tôle, qui sous forme de bandes simples (6a), en étoile (6b), ou bien en croix (6c) sont courbés en hélice dans le sens longitudinal et dont les bords externes s'appli- quent sur les parois des tubes 7.- Echangeur thermique selon l'une quelconque des revenaications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes parallèles (1) comportent à l'intérieur un profil rugueux. 8.- Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes paral- lèles (1) comportent à l'intérieur un profil (7) en dents de scie en coupe transversale.