Brevet FR2510246A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour transmettre de la chaleur par convection naturelle L'échangeur de chaleur peut être utilisé, par exemple, pour le chauffage ou le refroidissement de bâtiments et il peut être agencé de-manière à obtenir un certain - nombre d'avantages, tels qu'un encombrement réduit et une fai- ble contenance d'eau, en particulier lorsqu'il est incor- poré à un appareil de chauffage du type monté en plinthe. Les caractéristiques de transmission de chaleur d'un échan- geur de chaleur peuvent être définies en fonction d'une variation de transmission de la chaleur entre des fluides, tels que de l'air et de l'eau, et en fonction des pertes de charge des fluides dans l'échangeur de chaleur en correspon- dance à la vitesse d'écoulement desdits fluides Les surfa- ces extérieures d'échangeurs de chaleur classiques sont augmentées par des ailettes sous forme de plaques ou de rubans qui ont pour fonction d'améliorer la transmission de- la chaleur Cependant, dans le cas d'une convection naturelle, il se produit une interaction complexe entre la transmission de chaleur et la perte de charge, qui rend souhaitable, si on désire obtenir des performances optimales, de disposer d'une plus grande variabilité de conception des surfaces d'échange par comparaison à ce qu'il est possible d'obtenir avec des échangeurs de chaleur classiques comportant des ailettes sous forme de plaques et de rubans. Un autre type d'échangeur de chaleur, comportant des ailettes en fils métalliques, a été décrit dans le brevet du Royaume Uni UK 271122 Cependant, cet échangeur de chaleur n'assure, dans sa forme connue, qu'une faible transmission utile de chaleur lorsqu'il est utilisé dans une application à convection naturelle. Le problème à résoudre par l'invention consiste à améliorer les performances d'échangeurs de chaleur, en particulier du type comprenant un élément tubulaire sur une surface extérieure duquel est enroulée une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous forme d'une pluralité de boucles hélicoï- dales qui sont en contact thermique avec la surface extérieure -2510246 dudit élément tubulaire et qui s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de celui-ci Un échangeur de chaleur de ce dernier type sera désigné dans la suite par l'expres- sion " du type tubulaire à ailettes filamentaires " Ce type d'échangeur de chaleur peut également comporter facul- tativement des surfaces internes augmentées qui sont en bon contact thermique avec un fluide interne, tel que de l'eau, ainsi qu'avec les surfaces externes augmentées appropriées ou bien avec des ailettes filamentaires Les surfaces externes ou les ailettes filamentaires peuvent avoir la même forme générale que celle représentée dans le document " Chemical and Process Engineering ", Août 1967, volume 48, n 8 En ce qui concerne les surfaces internes augmentées, des boucles de fil métallique peuvent être enroulées sur des barres. Conformément à un aspect de l'invention, un échangeur de chaleur du type tubulaire à ailettes filamen- taires a une structure caractérisée par les relations suivantes: F 1 inférieur à sy d 3/1 inférieur à F 2 2 et r 1 inférieur à m l inférieur à r 2 l o: sy.d 3/1 est exprimé en unités de force et sy désigne la contrainte nominale de la matière filamentaire (Newtons/cm 2) F = -2 Newtons (valeur préférée) F 2 = 4 Newtons ( valeur préférée) d désigne le diamètre de ladite matière filamentaire(cm) 1 désigne la dimension radiale de ladite boucle (cm) m l est sans dimension m = ( 4 h)/(k d) h est le coefficient moyen de-transmission de chaleur de film entre une ailette en fil et un fluide exté- -2 -l rieur (KW cm-2 deg C-1) k désigne la conductibilité thermique de ladite matière filamentaire, r 1 = 0,5 ( valeur préférée, sans dimension) ( KW cm deg C 1) r 2 = 2,0 ( valeur préféree, sans dimension). 10246 En ce qui concerne les relations données ci- dessus, une convection naturelle peut être caractérisée par de faibles vitesses du fluide externe ( par exemple infé- rieures à l,Om/s pour l'air) Ces relations établissent une transmission optimale de chaleur, dans une gamme de conditions opératoires, avec des vitesses d'écoulement de l'air résultant d'une structure plus grande et plus ouverte des ailettes filamentaires que ce qui est représenté dans le brevet du Royaume Uni UK 271122 ou bien dans le document précité, pour une dimension donnée de la matière filamentaire, telle qu'un fil métallique De préférence la distance moyenne (u) entre des parties de la matière filamentaire dans chacune desdites boucles, mesurée transversalement à l'axe longitudinal dudit élément tubulaire, est essentiellement égale à l'espacement (v) entre des spires adjacentes de ladite hélice ( cf Fig 8) La boucle pourrait avantageu- sement avoir une forme triangulaire, comme indiqué dans le brevet UK 659114. Conformément à un autre aspect de l'invention, un ou plusieurs échangeurs de chaleur du type tubulaire à ailettes filamentaires peuvent être placés dans-un ou plusieurs conduits à extrémités ouvertes qui sont prévus pour assurer la canalisation d'un ou plusieurs fluides externes, tels que de l'air Plus particulièrement, un échangeur de chaleur du type tubulaire à ailettes filamen- taires est disposé latéralement par rapport à un conduit comportant une entrée d'air inférieure et une sortie d'air supérieure, l'agencement étant tel que de l'air pénétrant par ladite entrée passe autour dudit élément tubulaire et au travers desdites boucles et soit ainsi chauffé avant d'être déchargé par ladite sortie De préférence, une ou plusieurs parois dudit conduit sont formées d'une matière thermiquement isolante puisque de la chaleur transmise par convection naturelle peut être sensiblement réduite s'il s'établit une grande transmission de chaleur au travers d'une ou plusieurs des parois du conduit Cela est en parti- culier le cas dans le mode de réalisation de la fig 7 (décrit ci-dessus) et dans le cas de la paroi de conduit. 2 51 0246 La réduction de la convection naturelle nécessaire peut être imputée à deux phénomènes, dont l'un ou bien les deux peuvent se dérouler dans l'un ou bien les deux écoulements entrant et sortant du ou des conduits Une réduction des effets de flottation peut être produite par une réduction des différences de densité entre les différentes parties de l'écoulement de fluide externe ou bien une recirculation dans un conduit peut être produite de manière à réduire en fait la section droite du conduit Dans l'un ou l'autre cas, la difficulté est atténuée en prévoyant une paroi dé conduit qui est thermiquement isolante Dans certains cas, il peut être préférable d'isoler-plus de parois du conduit. L'invention peut cependant être mise en pratique de différentes manières Dans sa forme la plus simple, l'échangeur de chaleur est utilisé en tant que tel et le fluide interne est chauffé ou refroidi par un fluide externe qui remplit l'environnement Il peut exister deux fluides externes ou plus qui sont en contact thermique avec différentes parties de l'échangeur de chaleur de manière que de la chaleur puisse être transmise, entre les fluides externes, à l'aide d'un fluide interne s'écoulant à l'intérieur de l'élément tubulaire. Pendant le processus de transmission de chaleur, le fluide interne peut échanger de la chaleur par une variation de température, par un changement d'état ou bien par une combinaison des deux moyens, ou bien par d'autres moyens connus Un ou plusieurs des fluides externes peuvent également être contenus dans une ou plusieurs enceintes, dont les températures doivent être commandées Un élément tubulaire'peut se présenter sous la forme d'un tube de chaleur ou d'un tube Perkins. Conformément à un autre aspect de l'invention, un dispositif de chauffage comprend une enceinte qui contient un premier fluide se trouvant à une température relativement plus élevée que la température d'un second fluide situé -à l'extérieur de l'enceinte; un élément tubulaire passe au travers d'une paroi de l'enceinte et comporte une première partie-située à l'intérieur de ladite enceinte et une seconde partie située à l'extérieur de ladite enceinte, les surfaces externes desdites première et seconde parties de l'élément tubulaire comportant des surfaces externes sur chacune desquelles est-enroulée une vis formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous forme de plusieurs boucles hélicoïdales qui sont en contact thermique avec la surface externe respective desdites première et seconde parties de l'élément tubulaire et qui s'étendent radiale- ment vers l'extérieur à partir de celui-ci, ledit élément tubulaire renfermant un troisième fluide qui est soumis à un changement de phase lorsqu'il est chauffé, l'agencement étant tel que le troisième fluide soit chauffé par le premier fluide, au moyen de la première partie de l'élément tubulaire, de sorte que ce troisième fluide est soumis à un changement de phase et est transféré dans ladite seconde partie de l'élément tubulaire, ledit troisième fluide étant ensuite refroidi par le second fluide, au moyen de la seconde partie dudit élément tubulaire, et subissant un changement de phase. De préférence, ladite seconde partie de l'élé- ment tubulaire se trouve à un niveau plus élevé que la première partie, de manière à faire revenir le troisième fluide de la seconde partie dans ladite première partie. En variante, on peut utiliser des agencements à-mèches pour faire revenir le troisième fluide de la seconde partie dans la première partie. Comme mentionné ci-dessus, l'échangeur de chaleur du type tubulaire à ailettes filamentaires peut être placé dans un ou plusieurs conduits ouverts afin d'augmenter l'écoulement du fluide externe, tel que de l'air, en vue d'accroître la transmission de chaleur Dans certains cas, des performances élevées pour une section droite donnée d'un conduit peuvent être plus importantes que le coût. La section droite est déterminée par le produit de la hauteur H du conduit par la largeur W, mesurée transversale- ment à l'échangeur de chaleur et essentiellement horizontale- ment ( cf Fig 5, décrite dans la suite) Il peut être avantageux de disposer dans un seul -conduit deux échangeurs de chaleur ou plus, du type tubulaire à ailettes filamen- taires ou bien d'autres types connus, de manière que les éléments tubulaires constituent essentiellement une seule rangée pour l'écoulement de fluide externe ( tel que de l'air) lorsqu'il passe sur les surfaces externes augmentées ou les ailettes filamentaires En d'autres termes, un échangeur de chaleur " suivant " est placé par rapport à d'autres échangeurs de chaleur de manière qu'il ne soit essentiellement pas balayé par, ou placé dans l'écoulement de fluide externe qui a été préchauffé par un autre échangeur de chaleur Cela est assez différent des conceptions connues de dispositifs de chauffage par convection dans lesquels, pour améliorer les performances, un second ou des échangeurs de chaleur suivants sont balayés par un écoulement de fluide externe essentiellement préchauffé qui provient d'autres échangeurs de chaleur situés en " amont ". Conformément à un autre aspect de l'invention, un dispositif de transmission de chaleur par convection naturelle comprend plusieurs échangeurs de chaleur du type tubulaire à ailettes filamentaires, lesdits échangeurs de chaleur étant agencés de manière que leurs éléments tubu- laires respectifs s'étendent latéralement par rapport à un conduit comportant une entrée d'air inférieure et une sortie d'air supérieure, lesdits échangeurs de chaleur étant disposés l'un par rapport à l'autre de manière qu'un écoule- ment d'air qui pénètre par ladite entrée suive un trajet qui joint les axes longitudinaux desdits éléments tubulaires. Ce dernier type d'agencement est difficile à-réaliser effi- cacement avec des structures à ailettes sous forme de plaques comportant des entretoises marginales qui limitent- la direction d'écoulement du fluide externe. Les échangeurs de chaleur peuvent être disposés de toute manière appropriée pour obtenir comme effet qu'aucun des échangeurs de chaleur ne soit pas placé prati- quement dans un écoulement d'air respectif qui est chauffé par un autre échangeur de chaleur En outre les échangeurs de chaleur peuvent ou non comporter-des guides d'écoulement 7 2510246 qui sont disposés entre eux De tels agencements permettent d'augmenter la transmission de chaleur La ligne joignant les centres des éléments tubulaires d'une rangée peut être essentiellement droite, horizontale, en zig zag ou bien avoir toute autre configuration permettant d'obtenir l'effet nécessaire, et également de satisfaire à d'autres conditions, par exemple une facilité de nettoyage, une protection contre des dommages, etc. Le processus de transmission de chaleur peut également être amélioré en contrôlant la force d'écoulement d'un fluide externe provenant d'un autre processus de convection naturelle, tel que le refroidissement de l'air par une fenêtre et le rideau d'air descendant en résultant. Cette dernière caractéristique peut être utilisée dans des agencements o il est possible de faire varier dans une certaine mesure la transmission de chaleur automatiquement en fonction des besoins. Conformément à un autre aspect de l'invention, un dispositif de transmission de chaleur par convection naturelle comprend un évidement qui est partiellement divisé par une cloison thermiquement isolante en une chambre d'entrée d'air et une chambre de sortie d'air, ladite cloison séparatrice s'-éten- dant vers le bas à partir de l'ouverture de l'évidement et en direction du fond de ce dernier, dont elle est cependant espacée, ladite chambre de sortie d'air contenant au-moins un échangeur de chaleur. De préférence l'échangeur de chaleur comprend'un élément tubulaire sur la surface extérieure duquel est enroulée-une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant en contact thermique avec la surface extérieure de l'élément tubulaire et s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de celui-ci De préférence, ledit évidement a une étendue longitudinale lui donnant une forme de canal qui s'étend dans une zone essen- tiellement adjacente à au moins une paroi ou une fenêtre d'une pièce, afin de recevoir, par l'intermédiaire de ladite entrée d'air, un courant d'air relativement froid par comparaison à la température de l'air ambiant dans ladite 10246 pièce,-ledit courant d'air froid s'écoulant vers le bas par rapport à ladite paroi ou fenêtre On peut fixer les moyens de guidage sur ladite ouverture de l'évidement, soit pour canaliser de l'air relativement froid vers la chambre d'entrée, soit pour permettre à une partie de l'air chaud provenant de la chambre de sortie de revenir vers l'arrière en direction de la chambre d'entrée Cet air plus froid- augmente notablement la transmission de-chaleur. La cloison séparatrice peut s'étendre vers le haut par rapport à l'ouverture de l'évidement et une plaque de guidage peut être fixée sur le prolongement dirigé vers le haut de manière à s'étendre latéralement au-dessus des chambres d'entrée et de sortie. Il est possible d'assurier un certain degré d'auto-régulation en permettant un recyclage d'une grande ou faible proportion de l'écoulement d'air sortant en -direction de l'écoulement entrant, lorsque l'écoulement- entrant et l'écoulement sortant sont proches l'un de l'autre, et en particulier dans le cas o un rideau d'air froid descend dans une zone adjacente à une paroi ou une fenêtre en direction de l'entrée d'air, comme mentionné ci-dessus Cependant une recirculation est indésirable lorsqu'il est nécessaire d'avoir une transmission maximale de chaleur Il est possible de réduire la recirculation ou reflux de l'écoulement sortant chauffé en divisant cet écoulement sortant soit par inclinaison d'une grille, soit par une séparation physique de l'écoulement entrant et de l'écoulement sortant, soit par une désagrégation de l'écou- lement sortant en créant une petite perturbation dans cet écoulement de façon à produire son brassage vers le haut, soit en faisant appel à une combinaison quelconque des moyens précités. Lorsqu'il est nécessaire de recouvrir un ou plusieurs des écoulements d'air entrant ou sortant par une grille ou une autre forme d'élément extrême, il est souhai- table de réduire au minimum les variations d'angle et/ou de vitesse que subissent les écoulements Un avantage général d'au moins les modes préférés de réalisation de l'invention 10246 consiste en ce que l'utilisation de fils métalliques pour augmenter la ou les surfaces de l'élément tubulaire, c'est à dire les ailettes filamentaires, permet d'obtenir non seulement une structure se prêtant à de grandes variantes géométriques mais qui facilite la fabrication de telles variantes En outre, la nature discontinue de la surface augmentée peut se traduire par un plus grand coefficient de transmission de chaleur que dans le cas d'ailettes du type en forme de plaques ou de rubans L'addition d'un ou plusieurs conduits augmente encore le nombre de variantes et permet d'obtenir une meilleure optimisation L'utilisation de surfaces augmentées en fils métalliques à l'intérieur de l'élément tubulaire améliore en outre le contact thermique entre les fluides interne et externe Cela est notamment le cas lorsque le fluide interne, tel que de l'huile ou de l'air comprimé, possède de mauvaises propriétés de trans- mission de chaleur. Chacun des modes de réalisation qui vont être décrits dans la suite peut être combiné de toute manière connue qui soit compatible ou bien il est possible d'utili- ser lesdits modes de réalisation indépendamment l'-un de l'autre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig 1 est une vue en élévation et en coupe d'un échan- geur de chaleur comprenant un élément tubulaire pourvu d'une surfaceaugmentée par des ailettes filamentaires ou des boucles de fil, la fig 2 est une vue en élévation latérale du mode de réalisation de la fig 1, la fig 3 est une vue en élévation et en coupe d'un moyen de transmission de chaleur comportant deux parties pourvues de surfaces augmentées se présentant sous la forme d'ailet- tes filamentaires ou de boucles de fil, une partie étant placée à l'intérieur d'une enceinte et l'autre partie à l'extérieur de ladite enceinte, 10246 la fig 4 est une vue en plan et en coupe du mode de réalisation de la fig 3, la fig 5 est une vue en élévation et en coupe d'un échan- geur de chaleur placé dans un conduit, la fig 6 est une vue en élévation et en coupe d'un mode de réalisation semblable à celui de la fig 5 mais auquel est ajouté un'couvercle coudé, la fig 7 est une coupe d'un échangeur de chaleur placé dans un conduit ou un canal situé à proximité d'une fenêtre, la fig 8 est une vue en coupe partielle, faite suivant un diamètre d'un tube de transmission de chaleur, de façon à mettre en évidence-les dimensions 1, u et v, la fig 9 est une vue en coupe d'un mode de réâisation d'un dispositif de chauffage dans lequel un seul conduit contient plusieurs échangeurs de chaleur du type tubulaire à ailettes filamentaires, la fig 10 est une vue en coupe d'un mode de réalisation qui constitue un cas particulier du mode de réalisation de la fig 9, la fig Il représente un autre agencement d'échangeurs de chaleur dans lequel les centres des éléments tubulaires ne sont pas situés essentiellement sur une ligne droite, la fig 12 représente un mode de réalisation qui constitue une variante du mode de réalisation de la fig 7, la fig 13 représente un mode de réalisation qui constitue une autre variante du mode de réalisation de la fig 7. Sur les dessins, pour faciliter le dessin, on a représenté un échangeur de chaleur du type tubulaire à ailettes filamentaires, comme défini ci-dessus, schématique- ment par des cercles concentriques Le cercle intérieur représente la section droite de l'élément tubulaire, par exemple un tube en cuivre, tandis que le cercle extérieur représente la lisière ou l'enveloppe d'une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous forme d'une pluralité de boucles hélicoï- dales qui sont en contact thermique avec la surface externe de l'élément tubulaire et qui s'étendent radalement vers l'extérieur à partir de celuici La fig 8 représente par 10246 il exemple une coupe longitudinale dans laquelle seules les boucles situées dans le plan de la coupe ont été représentées. En référence aux figures 1 et 2, un élément tubulaire 1 contient un fluide interne 2 s'écoulant comme indiqué et qui peut être de l'eau chaude Des ailettes filamentaires 3, formées d'un fil de cuivre par exemple, sont fixées sur l'élément tubulaire l dans une relation de conduction de chaleur Un fluide externe 4 est chauffé par les ailettes 3 et s'écoule vers le haut sous l'effet d'une convection naturelle afin d'évacuer de la chaleur du fluide interne 2. En référence aux figures 3 et 4, un élément tubulaire 5 canalise un fluide interne 6 qui est soumis-à un changement de phase, comme un dispositif à thermo-siphon à deux phases L'élément 5 traverse la paroi d'une enceinte 7. Des-ailettes filamentaires 8 du type défini dans la présente description sont fixées sur l'élément 5 à l'intérieur de l'enceinte et les ailettes filamentaires semblables 9 sont fixées sur l'élément 5 à l'extérieur de l'enceinte La température ambiante régnant à l'intérieur de l'enceinte est plus élevée que la température ambiante à l'extérieur de l'enceinte De la chaleur est transférée de l'intérieur vers l'extérieur de l'enceinte 7 par la convection naturelle du fluide externe 10 à l'intérieur de l'enceinte 7 et du fluide externe îî à l'extérieur de l'enceinte 7 L'élément 5 et le fluide interne 6 agissent comme un dispositif à thermo- siphon à deux phases Le fluide 6 entre en ébullition lorsqu'il est chauffé indirectement par le fluide 10 et il se condense lorsqu'il est refroidi indirectement par le fluide 1 l L'élément 5 est incliné, comme le montre la fig. 3, de manière que le condensat soit recyclé par gravité. Cependant, on peut utiliser des agencements à mèches, tels que ceux employés dans des tubes chauffants, ou d'autres moyens pour renvoyer le condensat. Le mode de réalisation représenté sur la fig 5 est semblable à celui des fig 1 et 2 et il est prévu additionnellement une paroi 12 ainsi qu'une paroi de conduit 13 pour canaliser le fluide externe 4. 10246 Le mode de réalisation de la fig 6 est semblable à celui de la fig 5 et il est prévu additionnel- lement un couvercle coudé 14 pour réduire la pénétration de corps étrangers Pour une hauteur totale donnée du dispositif et pour obtenir des performances optimales, il faut établir un équilibre entre l'étrafiglement minimal de l'écoulement d'air et la hauteur effective minimale du conduit. Sur la fig 7, on a représenté un mode de réalisation dans lequel un échangeur de chaleur du type tubulaire à ailettes filamentaires ( 1, 2, 3), ou bien d'un autre type ( notamment du type classique comportant des ailettes en forme de plaques ou de rubans) est placé dans un auget 15 dans une zone adjacente à une fenêtre ou une autre surface froide 16 L'auget est agencé sous la forme d'un conduit profilé en U par une cloison séparatrice 17, qui est de préférence conçue de manière à empêcher un passage de chaleur au travers d'elle La cloison sépara- trice porte un couvercle 18, un intervalle étant prévu entre les structures 19 et 20 Un courant d'air froid 21, s'écou- lant vers le bas en 16, passe partiellement ou complètement en dessous de 18 puis il passe dans le conduit situé devant l'échangeur de chaleur ( 1, 2, 3) et il sort par l'intervalle existant entre le couvercle 18 et la structure 20 Dans cet agencement, lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la chaleur sortante dans des conditions plus froides, le conduit d'entrée existant entre la cloison séparatrice 17 et la structure 19 est plus complètement rempli du fait de la plus grande force de l'air 21 Puisquel'air 21 est plus froid que l'air ambiant se trouvant dans l'espace à chauffer, cette plus grande différence de température-entre l'air entrant et le ou les échangeurs de chaleur augmente la chaleur sortante qui serait autrement disponible Cela est particulièrement important dans des cas o l'échangeur de chaleur fonctionne dans des conditions-plus froides Si le courant froid 21 est très faible, c'est à dire dans des conditions o une grande quantité de chaleur n'est pas nécessaire, il se produit une certaine recirculation d'air 10246 chauffé entre l'intervalle de sortie existant entre le couvercle 18 et la structure 20 et l'intervalle d'entrée existant entre le couvercle 18 et la structure 19 Cela réduit automatiquement la chaleur fournie à la sortie et en conséquence il s'établit un certain degré d'auto-régulation. Sur la fig 9, on a représenté plusieurs échangeurs de chaleur 22, 22 ', 22 ", du type tubulaire à ailettes filamen- taires comme décrit ci-dessus, ou bien d'autres types connus appropriés, ces échangeurs étant disposés dans un conduit comprenant les éléments 12 et 13 déjà décrits La ligne joignant les centres des éléments tubulaires est essentiel- lement droite et elle fait un angle " avec l'horizontale cet angle O L'air 23, qui se déplacerait normalement verticalement dans le conduit, est dévié par la perte de charge créée dans les échangeurs de chaleur d'un angle p par rapport à la verticale, cet angle B étant tel que O 4 p 4 " La largeur effective du conduit o l'air passe entre les éléments tubulaires est augmentée d'un facteur l/cosp, et en conséquence la vitesse de l'air et la perte de charge sont diminuées En outre, en disposant plusieurs échangeurs de chaleur 22, etc, la longueur des ailettes ( filamen- taires) peut être raccourcie et il en résulte, en combinaison avec la diminution de la vitesse de l'air, une augmentation de l'efficacité des ailettes Tous ces effets augmentent les performances La valeur optimale de X est mieux déter- minée expérimentalement. Pour améliorer l'écoulement d'air, les échangeurs de chaleur peuvent être séparés par des guides 24, 24 '. La fonction des guides est d'amener la valeur de,8 aussi près que possible de la valeur de O i Les parois de conduit 12 et 13 peuvent également être incurvées au voisinage des échangeurs de chaleur, comme indiqué en 12 " et 13 ", de la même façon que les guides Cependant des consi- dérations pratiques peuvent imposer qu'on se passe des éléments 24, 24 ', 12 " et 13 " et que les éléments 12 et 13 soient placés à proximité des échangeurs dle chaleur exté- rieurs. Sur la fig 10, on a représenté en coupe partielle une adaptation du mode de réalisation de la fig. 9 dans le cas o O Un rebord inférieur 25 est établi par le conduit de manière qu'un intervalle puisse être maintenu en arrière-de chaque échangeur de chaleur Le rebord 25 peut également être prévu dans des cas o C est inférieur à 90 degrés Cela crée un intervalle en arrière de l'édangeur de chaleur le plus bas, qui peut également recevoir alors un guide approprié. Bien que le mode de réalisation de la fig 10 ait un aspect superficiellement semblable à celui de constructions connues, o plusieurs échangeurs de chaleur peuvent être empilés verticalement l'un au-dessus de l'autre dans un conduit, son action en ce qui concerne l'écoulement d'air est effectivement tout à fait différente Dans les construc- tions connues, le second échangeur de chaleur et les échangeurs suivants sont balayés essentiellement par un fluide externe préchauffé, dans ce cas de l'air, comme décrit-ci-dessus Ces constructions connues utilisent dlune façon tis inefficace des échangeurs de chaleur additionnels du fait qu'on ne peut augmenter les performances que faiblement, par exemple seulement de 5 % Cependant le mode de réalisation de la fig 10 est particulièrement efficace pour produire des performances comparativement élevées à partir d'un conduit étroit Les parois incurvées 12 "' et 13 "' sont destinées à améliorer l'écoulement et des guides peuvent également être prévus entre les échangeurs de chaleur, la référence 23 indiquaût un trajet typique d'écou- lement de l'air. 3 Q Sur la fig 11, on a représenté un mode de réalisation comportant plusieurs échangeurs de chaleur 26, 26 ', etc et qui permet d'obtenir un agencement encore plus comp-act, en particulier pour de faibles valeurs de c Bien que les centres des éléments tubulaires soient situés sur une ligne faisant dans l'ensemble un angle c O avec l'horizontale, comme dans le cas de la fig 9, il est prévu un angle supplémentaire de quinconçage, désigné par Y et qui permet de grouper les échangeurs de chaleur le long d'une ligne encore plus courte On doit choisir l'angle ' de manière que la transmission de chaleur puisse être optimale pour des paramètres donnés de conception, tels que la hauteur de conduit, sa largeur et des conditions opératoires données Si nécessaire,-des guides, non représentés, peuvent être placés entre les échangeurs de chaleur, comme indiqué par la référence 24 sur la fig 9, mais ils sont adaptés à l'agencement particulier des échangeurs-de chaleur. Sur la fig 12, on a représenté une modification du mode de réalisation de la fig 7 et dans ce cas, l'auget est placé à proximité étroite de la surface froide 16. Cela augmente la probabilité de remplissage du conduit d'entrée par de l'air froid 21 sous l'effet de la force du- rideau d'air descendant Jl est prévu une-grille d'entrée 27 comportant des fentes orientées essentiellement verticale- ment et en outre il est prévu une grille de sortie 28 comportant des fentes inclinées de façon appropriée pour réduire le risque de recirculation de l'air sortant. Sur la fig 13, on a représenté un mode de réalisation qui diffère essentiellement de celui de'la fig 7 en ce qu'il est prévu des grilles inclinées 28 et 29 qui fournissent un autre moyen de réduction de la recircula- tion de l'air de la sortie vers l'entrée L'une quelconque des caractéristiques décrites dans cette demande de brevet peut être combinée avec d'autres de toute manière compatible. En outre, une des parois de conduit peut être formée d'un matériau thermiqpement isolant, comme en 17 Le fluide interne est avantageusement constitué par de l'eau. Z 510246 REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur,_ comprenant au moins un élément tubulaire ( 1; 5) sur une surface extérieure duquel est enroulée une hélice formée d'une matière filamen- taire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous forme de plusieurs boucles hélicoïdales ( 3; 9) qui sont en contact thermique avec la surface extérieure dudit élément tubulaire et qui s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de celui-ci, la structure de l'échan- geur de chaleur étant caractérisée par les relations' suivantes: F 1 inférieur à sy d 3/1 inférieur à F 2 > et r inférieur à m l inférieur à r 2 2 o sy d 3/1 est exprimé en unités de force et sy désigne la contraintenominale de la matière filamentaire (Newtons/ cm 2) Fi = 2 Newtons ( valeur préférée) F 2 = 4 Newtons (valeur préférée) d désigne le diamètre de ladite matière filamentaire (cm) 1 désigne la dimension radiale de ladite boucle (cm) m.l est sans dimension m = ( 4 h)/(k d)- h est le coefficient moyen de transmission de chaleur de film entre une ailette en fil et un fluide extérieur (KW cm 2 deg C-1), k désigne la conductibilité thermique de ladite matière filamentaire, (KW cmi l deg C 1) r 1 = 0,5 ( valeur préférée, sans dimension): r 2 = 2,0 ( valeur préférée, sans dimension). 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance moyenne entre des parties de la matière filamentaire dans chacune desdites boucles ( 3; 9) mesurée transversalement à l'axe longitudinal dudit élément tubulaire, est essentiellement égale à l'espacement entre des spires adjacentes de ladite hélice. 3 Echangeur de chaleur comprenant au moins un élément tubulaire ( 1; 5) sur la surface extérieure duquel est enroulée une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous la forme d'une pluralité de boucles hélicoïdales ( 3; 9), lesdites boucles étant en contact thermique avec la surface exté- rieure de l'élément tubulaire et s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de celui-ci, caractérisé en ce- que ledit élément tubulaire s'étend latéralement par rapport à un conduit comportant une entrée inférieure d'air et une entrée supérieure d'air, l'agencement étant tel que l'air pénétrant par ladite entrée passe autour de l'élément tubulaire et au travers desdites boucles et soit ainsi chauffé avant d'être déchargé par ladite sortie. 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs parois ( 12, 13) dudit conduit sont formées d'une matière thermiquement isolante. Dispositif pour transmettre de la chaleur par convection naturelle,caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs échangeurs de chaleur ( 22, 22 ', 22 "), en ce que chacun desdits échangeurs de chaleur comprend un élément tubulaire ( 1; 5) sur la surface extérieure duquel est enroulée une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous la forme dune pluralité de boucles hélicoïdales joint les axes longitudinaux desdits éléments tubulaires. 6 Dispositif pour transmettre de la chaleur par convection naturelle, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs échangeurs de chaleur ( 22, 22 ', 221 v), en ce que chacun desdits échangeurs de chaleur comprend un élément tubulaire sur la surface extérieure duquel est enroulée une 10246- hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant enroulée sous la forme d'une pluralité de boucles hélicoïdales ( 3;9) qui sont en contact thermique avec la surface extérieure dudit élément tubulaire et qui s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de celui-ci, lesdits échangeurs de chaleur étant agencés de manière que leurs éléments tubulaires respectifs s'étendent latéralement par rapport à un conduit comportant une entrée inférieure d'air et une entrée supérieure d'air et lesdits échangeurs de chaleur étant disposés l'un par rapport à l'autre de telle sorte qu'aucun desdits échangeurs de chaleur ne soit placé pratiquement dans le trajet d'un écoulement d'air respectif chauffé par un autre échangeur de chaleur. 7 Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'entrée inférieure d'air dudit conduit est située dans un plan essentiellement vertical et en ce que les échangeurs de chaleur sont disposés, l'un au-dessus de l'autre, dans des positions adjacentes à ladite entrée d'air. 8 Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits échangeurs de chaleur sont décalés transversalement l'un par rapport à l'autre dans ledit conduit. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les axes longitudinaux desdits éléments tubulaires desdits échangeurs de chaleur sont situés essentiellement sur un plan incliné. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les axes longitudinaux des éléments tubulaires sont situés essentiellement sur une ligne en zig zag. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 10, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs guides ( 24, 24 ') s'étendent à partir d'emplacements respectifs entre les échangeurs de chaleur et vers l'intérieur par rapport audit conduit de manière à canaliser l'air chauffé par les échangeurs de chaleur respectifs ( 22, 22 ', 22 "). 12 Dispositif pour transmettre de la chaleur par convection naturelle, caractérisé en ce qu'il comprend un évidement qui est partiellement divisé par une cloison séparatrice thermiquement isolante ( 17) en une chambre d'entrée d'air et une chambre de sortie d'air, ladite cloison séparatrice s'étendant vers le bas à partir de l'ouverture de l'évidement en direction du fond de ce dernier, mais en étant espacée de celui-ci, ladite chambre- de sortie d'air contenant au moins un échangeur de chaleur. 13 Dispositif selon la revendication 12, caracté- risé en ce que l'échangeur de chaleur est un élément tubulaire ( 1; 5) sur la surface extérieure duquel est. enroulée une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamentaire étant en contact thermique avec la surface extérieure dudit élément tubulaire et s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de celui-ci. 14 Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que ledit évidement est un canal s'étendant dans une zone essentiellement adjacente à au moins une paroi ou fenêtre d'une pièce de manière à recevoir, dans ladite entrée d'air, un courant d'air relativement froid, par comparaison à la température de l'air ambiant se trouvant dans ladite pièce, ledit courant s'écoulant vers le bas de ladite paroi ou fenêtre. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 12 à 14, caractérisé en ce qu'un moyen de guidage ( 24, 24 ') est fixé sur ladite ouverture dudit évidement de manière à guider de l'air relativement froid vers ladite chambre d'entrée d'air. 16 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 12 à 14, caractérisé en ce qu'un moyen de guidage ( 24, 24 ') est fixé sur ladite ouverture dudit évidement de manière à réduire l'écoulement d'air chaud en reflux de ladite chambre de sortie vers ladite chambre d'entrée. 17 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 12 à 14, caractérisé en ce que ladite cloison sépara- trice ( 17) s'étend ég Sement vers le haut de l'ouverture de l'évidement, une plaque de guidage étant fixée sur ledit prolongement orienté vers le haut et s'étendant latéralement au-dessus desdites chambres d'entrée et de sortie d'air. 18 Dispositif pour transmettre de la chaleur par convection naturelle, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte qui contient un premier fluide se trouvant à une température relativement plus élevée que la température d'un- second fluide extérieur à l'enceinte, un élément tubulaire passant au travers d'une paroi de l'enceinte et comportant une première partie située à l'intérieur de l'enceinte et une seconde partie située à l'extérieur de l'enceinte, les surfaces extérieures desdites première et seconde parties dudit élément tubulaire comportant des surfaces extérieures sur chacune desquelles est enroulée une hélice formée d'une matière filamentaire, ladite matière filamen- taire étant enroulée sous la forme d'une pluralité de boucles hélicoïdales qui sont en contact thermique avec les surfaces extérieures respectives desdites première et seconde parties dudit élément tubulaire et qui s'étendent radialement vers l'extérieur par rapport à celui-ci, ledit élément tubulaire renfermant un troisième fluide qui est soumis à un changement de phase lorsqu'il est chauffé-, l'agencement étant tel que le troisième fluide est chauffé par le premier fluide au moyen de ladite première partie de l'élément tubulaire afin que le troisième fluide soit soumis à un changement de phase et soit transféré dans la seconde partie de l'élément tubulaire, ledit troisième fluide étant refroidi par le second fluide au moyen de la seconde partie de l'élément tubulaire et étant soumis à un changement de phase pour revenir dans la phase d'origine. 19 Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite seconde partie de l'élément tubulaire se trouve à un-niveau plus élevé que la première partie pour ramener le troisième fluide de la seconde partie dans la première partie.