Brevet FR2512940A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à tubes de profil aplati à éléments rapportés générateurs de turbulence, qui se compose d'une bande disposée à peu près au milieu de la section du-tube et orientée dans sa direction longitudinale et d'un grand nombre de bras partant de cette bande et s'étendant late- ralement. D'après la demande de brevet allemand DE AS 27 28 971, on connaît un élément rapporté générateur de turbulence pour un tube d'échangeur de chaleur, qui se compose d'une bande de tle disposée au milieu du tube et portant des bras s'étendant radialement vers l'extérieur. Chaque bras comporte une extrémité recourbée dans la direction longitudinale du tube et par laquelle s'appuie l'élément rapporté générateur de turbulence contre la paroi intérieure du tube. Par torsion de la bande de tôle, on fait en sorte que les bras soient répartis uniformément dansa section droite du tube. Un tel élément rapporté générateur de turbulence convient seulement pour des tubes circulaires. Cet agencement connu ne peut pas être appliqué à un tube de prof il aplati car les bras devraient être réalisés trop longs et seraient par conséquent très instables.En outre, la mise en place de l'élément générateur de turbulence de type connu serait difficile car ùne telle bande de t5le peut facilement s'infléchir autour de son axe transversal. Dans des échangeurs de chaleur à tubes aplatis, il arrive, lors du brasage ou également lors de l'établissement d'une dépression dans l'échangeur de chaleur, que les parois de tubes s'infléchissent vers l'intérieur, ce qui correspond à ce qu'on appelle un affaissement du tube. L'affaissement du tube est indésirable car cela se traduit par une réduction importante de la section de passage ainsi que par la perte du contact entre la nervure et le tube de l'échangeur de chaleur. Une diminution de la section de passage du tube a une influence défavorable sur les conditions d'écoulement dans l'échangeur de chaleur. On ne peut pas s'opposer à un affaissement du tube par les éléments rapportés générateurs de turbulence de type connu. L'invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur à tubes de profil aplati comportant des éléments rapportés générateurs de turbulence dans lequel on empêche en toute sécurité un affaissement des tubes de profil aplati et dans lequel également l'élément rapporté générateur de turbulence puisse être engagé facilement et de façon sûre dans les tubes de profil aplati. Ce problème est résolu, dans le cas d'un échangeur de chaleur a tubes de profil aplati comportant des éléments rapportés générateurs de turbulence en ce qu'il est prévu, en plus de la bande médiane, des bandes extérieures qui sont placées dans les zones latérales de la section du tube et qui ont à peu près la même longueur que la bande médiane, en étant placées latéralement à une certaine distance de cette bande paral lèlement à celle-ci, en ce que les bras sont agencés sous la forme de voiles disposés entre la bande médiane et les bandes extérieures, en ce que la bande médiane comportent au moins une nervure s'étendant sur toute la longueur de l'élément rapporté générateur de turbulence et en ce que cette bande médiane comporte grâce à la nervure une hauteur correspondant approximativement à la hauteur de la section du-tube. Par les moyens conformes à l'invention, on donne à ltélément rapporté générateur de turbulence une grande rigidité en ce qui concerne la torsion autour de son axe longitudinal et la flexion autour de son axe transversal. Du fait que la bande médiane présente, grâce au profilage conforme à l'invention, une hauteur correspondant approximativement a la hauteur de la section du tube, les tubes de profil aplati ne peuvent pas s'affaisser. Par suite de la grande rigidite de l'élément rapporté générateur de turbulence, il est possible de réaliser celui-ci en un matériau plus mince que cela n'était possible avec les agencements connus. On obtient en outre l'avantage que le poids de l'élément rapporté générateur de turbulence est plus faible et que les conditions d'écoulement dans le tube sont plus favorables car l'élément rapporté générateur de turbulence réduit moins la section de passage du tube que les agencements connus. Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu dans la bande médiane des moulures parallèles disposées en sens inverse et qui ont dans l'ensemble une forme de S. On obtient ainsi que les hauteurs des deux moulures s'additionnent et on évite par consequent une déformation extrême de la bande médiane. Par une disposition alternée des voiles des deux côtés, on-crée une bonne turbulence dans l'écoulement de liquide. La turbulence peut en outre être amplifiée en pourvoyant chaque voile d'une moulure. Pour la stabilisation de l'élément rapporté générateur de turbulence dans les tubes aplatis, il est prévu dans les bandes extérieures des moulures longitudinales par l'intermédiaire desquelles les bandes extérieures s'appliquent contre la paroi intérieure du tube. Pouréviter des déformations extrêmes des bandes extérieures lors de la fabrication de l'élément rapporté générateur de turbulence, il est avantageux de prévoir-dans chacune des bandes extérieures un grand nombre de moulures longitudinales, auquel cas a chaque fois deux moulures longitudinales successives d'une bande sont disposées sur des cOtés alternés. Par addition des hauteurs de moulures, on double ainsi la hauteur de la bande.L'agencement des voiles en forme de flèche amélioré d'une part llemboite- ment mécanique de l'élément génerateur de turbulence dans le tube aplati et d'autre part également l'efficacité en ce qui concerne la transmission de chaleur. I1 est en outre avantageux que, lors du brasage de l'echan- geur de chaleur, les moulures des bandes extérieures et/ou de la bande médiane soient brasées sur le tube aplati. Ainsi l'élément générateur de turbulence agit simultanément comme une plaque d'échange de chaleur, ce qui permet d'obtenir une meilleure transmission de chaleur avec le fluide réfrigérant. 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 réference aux dessins annexés dans lesquels La Figure I est une vue en plan d'un élé- ment rapporté générateur de turbulence Les Figures 2a a 2c sont des vues en coupe faites respectivement suivant les lignes A-A, B-B, C-C de la Figure 1 ; et La Figure 3 est une coupe d'un tube d'échangeur de chaleur dans lequel est mis en place un élément générateur de turbulence tel que celui de la Figure 1. Sur la Figure 1, on a représenté un élément rapporté 1 générateur de turbulence qui se compose essentiellement de trois bandes 2, 3, 4 orientées dans la direction longitudinale et de voiles respectifs 5 et 5' assurant la liaison des bandes extérieures 2 et 4 avec la bande médiane 3. Les voiles 5 et 5' sont de préférence orientés d'un angle de 45 par rapport a la direction longitudinale de l'élément générateur de turbulence 1 mais il va de soi que les voiles pourraient cependant être orientés d'un angle différent. L'espacement entre deux voiles successifs 5, 5' peut être choisi librement.Le voile central 3 comporte une moulure longitudinale en forme de S qui s'étend sur toute la longueur de l'élément générateur de turbulence 1 et dont la forme sera décrite de façon détarllée dans la suite en référence aux Figures 2 et 3. Les bandes extérieures 2 et 4 sont pourvues d'un grand nombre de moulures 6 et 6', des moulures successives 6, 6' d'une bande 2, 4 étant disposées respectivement sur des cotés alternés. Les voiles 5 et 5' sont disposés de façon alternée, auquel cas à chaque fois deux voiles successifs 5, 5' situes d'un côté ainsi que deux voiles opposés 5, 5 situés des deux côtés sont placés dans des plans différents. Les voiles 5 et 5' comportent des moulures 7 et 7' qui font saillie respectivement en sens inverses de la direction du voile correspondant 5, 5'. Sur les Figures 2a, 2b et 2c, on a représenté des coupes faites suivant les lignes A-A, B-B et C-c de la Figure 1 à échelle agrandie. Ces vues en coupe montrent que la bande médiane comporte une moulure 8 qui a une section constante en forme de S. En considérant les trois coupes dans leur ensemble, on se rend compte de façon nette de la disposition alterne des voiles 5, 5' ainsi que des moulures 7, 7' desdits voiles 5, 5', et en outre de la disposition alternée des moulures 6 et 6'. Sur la Figure 3, on a représenté en coupe à échelle agrandie un tube aplati 9 d'un échangeur de chaleur dans lequel est mis en place un élément générateur de turbulence 1. La coupe de l'élément générateur de turbulence 1 correspond à la ligne D-D de la Figure 1. Dans la zone médiane de la section du tube est placée la bande médiane 3 comportant la moulure 8 en forme de S et de laquelle font saillie les voiles 5 placés en alternance jusqu'à la bande extérieure 2 et les voiles 5' placés en alternance jusqu'à la bande extérieure 4. Les voiles 5 et 5' sont agencés de manière à ne pas s'appliquer contre la paroi intérieure du tube et de préference l'espacement entre ces parties est à peu près égal au quart de la hauteur de la section du tube. Par la disposition alternée des moulures 6 dans la bande 2 et des moulures 6' dans la bande 4, on obtient pour les bandes extérieures 2 et 4 une hauteur correspondant à peu près a la hauteur de la section du tube dans la zone du bord. Comme le montre nettement la vue en coupe du tube aplati 9, la paroi du tube est légèrement cintrée avant le brasage de manière que, dans la zone médiane, la hauteur du tube soit un peu plus grande. Lors du brasage de l!échangeur de chaleur, la courbure de la paroi du tube est supprimée et ladite paroi vient s'appliquer contre la moulure 8 en forme de S. On empêche un affaissement supplémentaire du tube lors du brasage ou bien dans le cas d'une dépression établie dans l'échangeur de chaleur à l'aide de la moulure 8 en forme de S car la paroi du tube ne peut plus s'incurver additionnellement vers l'intérieur lors de son application contre la moulure 8. Les moulures ? et 7' servent non seulement du raidissage mais, par leur disposition alternée, elles augmentent également la turbulence de l'écoulement de réfrigérant. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur a tubes de profil aplati a éléments rapportés générateurs de turbulence, qui se compose d'une bande disposée à peu près au milieu de la section du tube et orientée dans sa direction longitudinale et d'un grand nombre de bras partant de cette bande et s'étendant latéralement, caractérisé en ce qu'il est prevu, en plus de la bande médiane (3) des bandes extérieures (2, 4) qui sont palcées dans les zones latérales de la section du tube et qui ont à peu près la même longueur que la bande médiane (3) en étant placées latéralement à une certaine distance de cette bande (3) parallèlement a celle-ci, en ce que les bras sont agencés sous la forme de voiles (5, 5') disposés entre la bande médiane (3) et les bandes extérieures (2, 4), en ce que la bande médiane (3) comporte au moins une nervure (8) s'étendant sur toute la longueur de l'élément rapporté générateur de turbulence (1) et en ce que cette bande mediane (3) comporte grâce à la nervure (8) une hauteur qui correspond approximativement à la hauteur de la section du tube. 2.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu des moulures (8) disposées parallelement et en sens inverses et qui ont dans l'ensemble une forme de S. 3.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les voiles (5 ou 5') situés du même côté sont placés en alternance dans des plans différents. 4.- Echangeur de chaleur a tubes aplatis selon la revendication 3, caractérisé en ce que les voiles respectivement adjacents (5 et 5') et situés sur des cotés différents sont placés en alternance dans des plans différents. 5.- Echangeur de chaleur a tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que chacun des voiles (5, 5') est pourvu d'une moulure (7, 7'). 6.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que chacune des bandes extérieures (2, 4) est pourvue d'au moins une moulure longitudinale (6, 6'). 7.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des bandes (2, 4) comporte un grand nombre de moulures longitudinales (6, 6') auquel-cas à chaque fois deux moulures longitudinales successives (6 ou 6') d'une bande (2 ou 4) sont disposées alternativement. 8.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, carac terisé en ce que les voiles (5, 5') sont disposés en forme de flèche et font de préférence un angle d'environ 45 par rapport a l'axe longitudinal de la bande médiane (3). 9.- Echangeur de chaleur à tubes aplatis selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 6 ou 7, caractérisé en ce que la moulure (8) de la bande médiane (3) et/ou les moulures (6, 6') des bandes extérieures (2, 4) sont brasées sur le tube aplati (9r.