Brevet FR2496862A1 — publié le 19820625

Tube nervuré pour dispositifs de transmission de chaleur ou dispositifs similaires La présente invention concerne un tube nervuré pour dispositifs de transmission de chaleur ou dispositifs similaires, comportant des saillies situées sur le côté intérieur du tube, qui sont disposées en rangées dirigées dans le sens longitudinal du tube profilé et qui présentent des surfaces latérales dirigées également dans le sens longitudinal du tube profilé. Un tube nervuré de l'art connu, sensiblement selon la demande de brevet allemand publiée sous le 0 2.032.891, présente, sur son côté intérieur, des saillies sensiblement en forme de tronc de pyramide. Par rapport à un tube lisse, un tel tube offre certainement des avantages thermiques, car par exemple dans son utilisation caome évaporateur les propriétés de transmission de la chaleur peuvent être améliorées par la formation de turbulences pour l'agent de refroidissement sur les saillies, mais la fabrication d'un tel tube s'avère, entre autres, relativement coûteuse, car il doit être produit en deux étapes d'étirage sur un mandrin muni de rainures en forme de spirale ou rectilignes. L'invention a donc pour objectif de procurer un tube nervuré comportant des saillies internes, qui puisse être fabriqué avec de meilleures propriétés de transmission de la chaleur, et en même temps d'une façon nettement plus simple. Cet objectif est atteint, selon l'invention, grâce au fait que les saillies sont disposées, à l'intérieur d'une même rangée, à distance irrégulière. Du fait de la disposition irrégulière des saillies, la formation des turbulences se trouve nettement favorisée. Les avantages techniques de fabrication seront exposés ci-après en même temps que le procédé selon l'invention; en particulier, la discussion des avantages thermiques sera faite au moyen d'un exemple de réalisation décrit plus en détail ci-après. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, la distance entre saillies contiguës - vue en section droite - augmente ou diminue continuellement dans le sens radial vers l'intérieur jusqu'aux extrémités des saillies. Les extrémités des saillies sont arrondies de manière appropriée, les saillies présentant en particulier une section droite de forme triangulaire, ou bien les extrémités des saillies sont aplaties. Il est avantageux que les surfaces latérales des saillies convergent frontalement toutes vers un même bord. Les saillies présentent alors - vues chacune en coupe longitudinale - de préférence approximativement la forme de trapèzes ou la forme de parallélogrammes dirigés tous dans une même direction, c'est-à-dire qu'elles présentent dans une direction du tube des bords inclinés à angle aigu, tandis qu'elles présentent dans la direction opposée des bords inclinés à angle obtus. Pour multiplier le nombre des amorces de soufflures, il est recommandé que les surfaces latérales et les extrémités des saillies, ainsi que les surfaces intérieures du tube situées entre les saillies, soient rugueuses. Pour améliorer la transmission de la chaleur vers l'extérieur, il est bon que les interruptions entre les différentes saillies se prolongent jusqu'au cercle de pied des saillies, et que le côté extérieur du tube nervuré soit légèrement ondulé. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication du tube nervuré selon l'invention. Le procédé se présente d'une manière particulière- ment simple car on renforce uniquement un tube de départ muni de nervures intérieures continues dans le sens longitudinal du tube profilé, et on lui fait subir, à chaque étape d'étirage sous un fort retournement dans une matrice à étirer, un étirage creux, avec une diminution de section droite de 30 % au moins, de préférence de 35 à 50 %. Par "fort retournement", il faut entendre ici que le tube renforcé est d'abord plié avec un petit rayon de courbure dans la matrice à étirer, et est finalement recourbé avec un rayon de courbure également petit dans la direction opposée. La diminution de section droite est définie ici par la grandeur suivante: Aire de section droite du Aire de section droite du tube avant l'étirage creux tube après l'étirage creux Aire de section droite du tube avant l'étirage creux Du fait de ce fort retournement et du fort étirage creux, les nervures longitudinales primitives se déchirent, et il se forme des saillies disposées irrégulièrement. En même temps, les surfaces extérieures rugueuses subsistent sur le côté intérieur du tube. Au lieu de la série habituelle d'environ 4 à 6 étapes d'étirage, dans le procédé selon l'invention on n'utilise de préférence que deux étapes d'étirage, ce qui permet d'aboutir à une réduction sensiblement correspondante du tube sans utilisation d'un mandrin intérieur profilé. De plus, il est possible d'obtenir de plus petites épaisseurs de paroi qu'auparavant. La grosseur de grain du tube de départ joue un rôle décisif dans la formation des fissures: plus le grain est gros, plus les chances de formation de déchirures et la profondeur des déchirures sont grandes. La grosseur de grain DK du tube de départ est égale à 0,100 mm au moins, de préférence de 0,150 à 0,300 mm. Il est en outre recommandable d'utiliser comme tube de départ un tube nop renforcé, de préférence un tube extrudé. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la dureté Vickers HV du tube renforcé s'élève à 200-250 % de la dureté Vickers du tube de départ non renforcé. L'invention concerne encore une matrice d'étirage permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. à Cette matrice d'étirage se caractérise par un angle d'attaque a > 40 et par un bord vif au passage de la partie conique à la partie cylindrique. On préfère un angle d'attaque a de 45 à 50 . L'invention va maintenant être décrite plus en détail au moyen des exemples de réalisation suivants et des dessins annexés, sur lesquels: La Figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un tube selon l'invention; La Figure 2 est une coupe transversale d'un tube nervuré selon l'invention; et La Figure 3 est une coupe longitudinale d'une matrice à étirer selon l'invention. Un tube nervuré 1 selon les Figures 1 et 2 est obtenu par étirage creux d'un tube renforcé à nervures longitudinales internes. Sous l'effet de l'étirage creux, les nervures longitudinales se déchirent: il se forme des saillies 2 disposées irrégulièrement qui sont séparées par les interruptions 3. Dans la coupe transversale selon la Figure 2, les saillies 2 ont conservé la forme primitive des nervures longitudinales, c'est-à-dire que les surfaces latérales 4 des saillies s'étendent également dans le sens longitudinal du tube profilé, et que la distance entre saillies contiguës 2 augmente - vue en coupe transversale - radialement vers l'intérieur jusqu'aux extrémités 5 des saillies. Dans la coupe longitudinale selon la Figure 1, les saillies 2 présentent sensiblement la forme de parallélogram- mes dirigés respectivement dans une même direction. Les- bords frontaux 6 et 8 des saillies 2 forment, avec la direction d'étirage du tube -suivant la flèche 7, un angle aigu. Dans le présent cas, les interruptions 3 se prolongent jusqu'au cercle de pied, désigné par le repère numérique 9, des saillies 2. La structure rugueuse des surfaces latérales 4, des extrémités 5 et des surfaces internes 14 du tube entre les saillies 2, n'est pas représentée. L'apparition des déchin3res est expliquée sur la Figure 3: On plie sur le bord vif 13, sous l'angle d'attaque a, le tube de départ muni de nervures longitudinales, arrivant 1:=e de la gauche (flèche 7) sur la matrice d'étirage 10. Les déchirures(interruptions 3) prennent naissance lors du recourbement de la partie conique 11 dans la partie cylindrique 12. La forte dilatation de la fibre extérieure n'est plus supportée par le matériau. Lors d'une nouvelle traction, les déchirures se trouvent encore élargies par l'allongement du tube. Exemple: on a pris comme tubes de départ des tubes de cuivre extrudés ayant un diamètre extérieur de 28 mm et comportant vingt nervures internes. La grosseur de grain DK était de 0,150 mm. On a renforcé ces tubes extrudés en les étirant en tubes ayant les mesures suivantes: Diamètre extérieur 23 mm Epaisseur de paroi 1,20 mm Hauteur des nervures 1,80 mm Dureté Vickers HV: 103 On a étiré les tubes renforcés en deux temps 1er temps: diamètre de la matrice d'étirage 19,1 mm angle d'attaque a de la matrice d'étirage: 48 diamètre extérieur du tube 17,2 mm épaisseur de paroi du tube 1,00 mm hauteur des nervures: 1,45 mm diminution de section droite: 36 % 2ème temps: diamètre de la matrice d'étirage 13,5 mm angle d'attaque ca de la matrice d'étirage. 48 diamètre extérieur du tube 12,0 mm épaisseur de paroi du tube 0,80 mm hauteur des nervures: 1,10 mm diminution de section droite: 45 % Les nervures internes des tubes ainsi traités étaient déchirées jusqu'au fond. Les avantages thermiques de ces tubes nervurés se manifestent par exemple dans leur installation dans des évaporateurs coaxiaux. Les évaporateurs coaxiaux se composent habituellement d'un ou de plusieurs tubes internes, sur lesquels est disposé un tube-enveloppe. L'eau circule dans l'espace compris entre les tubes internes et le tube- enveloppe, et l'agent de refroidissement s'évapore dans les tubes internes. L'agent de refroidissement circule à contre- courant de l'eau. Dans le tableau suivant sont récapitulées les données relatives à un évaporateur coaxial comportant les tubes nervurés selon l'invention comme tubes intérieurs, et les données relatives à un évaporateur coaxial comportant les tubes profilés en étoile à cinq branches habituels répondant à la référence 5-12-08 (diamètre extérieur de l'étoile à cinq branches: 12,0 mm, épaisseur de paroi: 0,80 mm): Evaporateur coaxial Evaporateur coaxial comportant les tubes comportant des internes selon tubes internes à l'invention profil en étoile Tube-enveloppe (mm) 0 35 x 1 0 35 x 1 Tube interne: diamètre exté- rieur (mm) 12,0 12,0 épaisseur de paroi (mm) 0,8 0,8 Nombre des tubes internes 3 3 Diamètre du bobinage (mm) 0 450 + 5 0 450 + 5 Nombre des spires 3,5 3,5 Les conditions d'utilisation étaient les suivantes Température d'évaporation: to = 00C Température d'arrivée de l'eau: tWl = 120C Agent de refroidissement: R 22 On a constaté que l'évaporateur coaxialcomportant les tubes internes selon l'invention, par rapport à un évaporateur coaxial comportant des tubes internes à profil en étoile ayant la même géométrie extérieure (même volume de construction, même poids) et la même perte de charge du côté eau, présentait une capacité supérieure de 20 %. REVENDICATIONS 1. Tube nervuré pour dispositifs de transmission de chaleur ou dispositifs similaires, comportant des saillies situées sur le côté intérieur du tube, qui sont disposées en rangées dirigées dans le sens longitudinal du tube profilé et qui présentent des surfaces latérales dirigées également dans le sens longitudinal du tube profilé, caractérisé en ce que les saillies (2) sont disposées, à l'intérieur d'une même rangée, à distance irrégulière. 2. Tube nervuré selon la revendication 1, caractérisé en ce que, vue en coupe transversale, la distance entre saillies contiguës (2) augmente continuellement dans le sens radial vers l'intérieur jusqu'aux extrémités (5) des saillies (2). 3. Tube nervuré selon la revendication 1, caractérisé en ce que, vue en coupe transversale, la distance entre saillies contiguës diminue continuellement dans le sens radial vers l'intérieur jusqu'aux extrémités (5) des saillies (2). 4. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités (5) des saillies (2) sont arrondies. 5. Tube nervuré selon la revendication 4, caractérisé en ce que les saillies (2) présentent une section droite de forme sensiblement triangulaire. 6. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités (5) des saillies (2) sont aplaties. 7. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces latérales (4) des saillies (2) convergent frontalement toutes vers un même bord (6, 8). 8. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, vuesen coupe longitudinale, les saillies (2) présentent approximativement la forme de trapèzes. 9. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce t:e, Ires en coupe lonqitudina]e, les saillies (2) pr.sertent....mative.ent la forme de para]]é]ograrrmes diri--s tc;s dans une rme. direction. 10. Tube nervuré selon 'un-. que concQe des revendications 1 a 9, caractérisé en ce que 's surfaces latérales (4) et les extrémités (5) des saillies (2), ainsi que les surfaces internes (14) du tube, sont rugueuses entre les saillies (2). 11. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce cue les interruptions (3) entre les différentes saillies (2) se prolongent jusqu'au cercle de pied (9) des saillies (2). 12. Tube nervuré selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface extérieure du tube nervuré (1) est légèrement ondulée. 13. Procédé de fabrication d'un tube nervure selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on renforce un tube de départ, muni de nervures intérieures continues dans le sens longitudinal du tube profilé, et on lui fait subir, à chaque étape d'étirage sous un fort retournement, dans une matrice à étirer, un étirage creux, avec une diminution de section droite de 30 % au moins. 14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la diminution de section droite résultant de l'étirage creux atteint 35 à 50 %. 15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'on procède à deux etapes d'étirage. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le tube de départ a une grosseur de grain (DK) importante. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la grosseur de grain (DK du tube de départ est égale à 0,100 rmm au moins. 18. Procedé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la grosseur de grain (DK) est de 0,150 à 0,300 mm. 19. Procéde selon l'une quelconoue des 249686'. revendications 12 à 18, caractérisé en ce qu'on utilise comme tube de départ un tube non renforcé. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'on utilise un tube extrudé. 21. Procédé selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que la dureté Vickers (XV) du tube renforcé s'élève à 200-250 % de la dureté Vickers du tube de départ non renforcé. 22. Matrice d'étirage permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 21, caractérisée en ce que la matrice d'étirage (10) présente un angle d'attaque a > à 40 et un bord vif (13) au passage de la partie conique (11) à la partie cylindrique (12). 23. Matrice d'étirage selon la revendication 22, caractérisée en ce que l'angle d'attaque a est de 45 à 50 .