Brevet FR2494829A3 — publié le 19820528

FR 2494829 A3 19820528 FR 8025028 A 19801121 On sait que dans la technique des transferts de chaleur on désigne couramment sous le nom de échangeurs coaxiaux des appareils comprenant une enveloppe tubulaire à l'intérieur de laquelle sont disposés, parallèlement à l'axe de ladite enveloppe, un ou plusieurs tubes qui définissent ainsi deux circuits séparés pour la circulation, le plus souvent à contre-courant, des deux gaz ou liquides à mettre en contact. L'ensemble formé par l'enveloppe et le ou les tubes intérieurs est généralement enroulé en hélice ou en spirale afin de réaliser des serpentins susceptibles de fournir un rendement d'échange calorique élevé sous un encombrement particulièrement réduit. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente invention visent à permettre l'obtention d'échangeurs coaxiaux qui soient spécialement bien adaptés pour constituer des évaporateurs ou des échangeurs destinés aux pompes à chaleur et autres machines frigorifiques à faible puissance. L'échangeur suivant l'invention est essentiellement remarquable en ce que que le ou les tubes disposés à l'intérieur de l'enveloppe présentent des ondulations obtenues par un moletage ou repoussage appliqué hélicoïda- lement sur I'extérieur desdits tubes, de façon à déformer aussi bien la paroi intérieure qu'extérieure de ceux-ci. Les essais auxquels a procédé la Demanderesse ont démontré que le profil ondulé des tubes internes de ltéchangeur déterminait sur les fluides ou liquides qui circulent dans lesdits tubes comme dans l'espace interstitiel de l'enveloppe, des turbulences qui augmentent de manière étonnante le coefficient d'échange thermique et qui remplacent de manière particulièrement avantageuse, aussi bien sur le plan du rendement que sur celui du prix de revient, l'augmentation de surface jusqu'ici recherchée dans la technique, augmentation de surface qui est généralement obtenue en prévoyant des ailettes ou en créant des surfaces secondaires sur les tubes intérieurs. 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 est une vue en perspective d'un échangeur coaxial établi conformément à l'invention. Fig. 2 en est une coupe à plus grande échelle montrant la section de l'une des spires de l'échangeur suivant fig. 1. Fig. 3 est une coupe longitudinale de l'une des extrémités de l'appareil. L'échangeur représenté en fig. 1 se présente extérieurement à la manière des appareils classiques et comprend un serpentin 1 à profil hélicoldal, pourvu de deux têtes de raccordement 2 et fixé à un support inférieur 3. Comme illustré en fig. 2 et 3 le serpentin 1 est constitué par une enveloppe ou virole 4 à section circulaire, dont les parois extérieure et intérieure sont prévues lisses. A l'intérieur de cette enveloppe 4 sont disposés trois tubes 5 qui s'étendent parallèlement à l'axe de ladite enveloppe ; comme plus particulièrement visible en fig. 3, chaque tube 5 a subi, préalablement à son engagement dans l'enveloppe 4 et au cintrage de celle-ci, une opération de moletage opérée sur la paroi extérieure de façon à repousser le métal sans enlèvement de copeaux et à imprimer ainsi une sorte de rainure hélicoidale, laquelle détermine une série d'ondulations régulières sur les faces extérieure et intérieure du tube considéré.Ce moletage est avantageusement arreté à une courte distance de chacune des extrémités de chaque tube 5, afin de déterminer des embouts Sa à paroi lisse. Ce sont ces embouts lisses Sa qui pénètrent à l'intérieur du manchon 6 qui constitue chaque tête 2. Ce manchon 6 comporte une tubulure latérale 7 orientée radialement par rapport à l'axe dudit manchon, ainsi qu'une entretoise transversale 8 disposée au-delà du débouché de la tubulure précitée. L'entretoise 8 est percée de trois ouvertures dans lesquelles sont engagés et brasés les embouts lisses Sa des tubes 5. Au-delà de cette entretoise chaque tête 2 est préférablement munie d'une pièce de réduction 9. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, les essais ont démontré qu'un tel échangeur assurait un transfert thermique optimal, en dépit de la simplicité de la construction, et ce par suite des turbulences engendrées par les ondulations des tubes 5 aussi bien sur le fluide qui parcourt lesdits tubes que sur celui qui circule dans l'espace interstitiel ménagé par lesdits tubes dans l'enveloppe 4. Dans le cas d'une machine frigorifique telle qu'une pompe à chaleur, le liquide caloporteur (eau par exemple) sera introduit par la tubulure latérale 7 de la tête supérieure 2 si l'appareil est utilisé comme évaporateur, de la tête inférieure 2 s'il doit s'agir d'un condenseur ; ce liquide circule dans l'espace interstitiel précité, tandis que le circuit de fluide frigorigène en évaporation ou en condensation sera raccordé aux pièces de réduction 9 de façon à circuler à contre-courant à l'intérieur des tubes 5. Il convient en outre d'observer que l'échangeur suivant l'invention peut être considéré comme réversible, en permettant d'inverseur le cycle de réfrigération et d'assurer périodiquement le dégivrage rapide de l'appareil. Cette caractéristique de réversibilité simplifie les installations qui incorporent un tel échangeur. Les essais ont également démontré que l'échangeur suivant l'invention était apte à fonctionner avec de très faibles écarts de température, ce qui est particulièrement avantageux dans l'industrie des pompes à chaleur. La perte de charge est remarquablement réduite. Il va de soi que l'enveloppe 4 peut renfermer un nombre quelconque de tubes intérieurs ondulés 5, le nombre de trois évoqué ci-dessus n'ayant été choisi que pour illustrer l'application de l'invention à un cas pratique et n'étant donc nullement limitatif. On notera encore qu'afin d'assurer une répartition optimale du fluide dans les différents tubes 5 il s'est révélé avantageux de prévoir dans la tête 2 servant à l'admission dudit fluide à travers la pièce 9 correspondante, un écran ou déflecteur transversal disposé à une très faible distance en amont des extrémités des tubes précités, tel que celui schématisé en 10 en fig. 3. Il 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 de chaleur du type coaxial, susceptible notamment de former indifféremment évaporateur ou condenseur dans une machine frigorifique, du genre comprenant une enveloppe tubulaire à l'intérieur de laquelle est disposé au moins un tube qui définit deux circuits séparés pour la circulation, notamment à contre-conrant, des deux fluides à mettre en contact, caractérisé en ce que le tube interne présente des ondulations obtenues par un moletage ou repoussage appliqué hélicofdalement sur l'extérieur dudit tube, de façon à déformer aussi bien la paroi intérieure qu'extérieure de celui-ci et à engendrer ainsi dans les deux circuits des turbulences qui favorisent l'échange thermique. 2. Echangeur suivant la revendication 1, du genre multi-tubes et dans lequel l'alimentation des deux circuits est effectuée au niveau de têtes de raccordement prévues aux extrémités de l'ensemble, caractérisé en ce que l'une au moins des têtes comporte un déflecteur disposé immédiatement en amont de l'extrémité des tubes intérieurs de façon à améliorer la répartition du fluide dans les différents tubes.