Brevet FR2549214A1 — publié le 19850118

Récipient d'échangeur de chaleur avec au moins une portion de paroi garnie d'un tube La présente invention concerne un récipient d'échangeur de chaleur avec au moins une portion de paroi munie d'un tube, notamment un réservoir accumulateur pour pompes de chaleur à eau industrielle ou dispositifs analogues, comportant un tube échangeur de chaleur en appui en bon contact de conduction thermique contre sa surface par un flanc aplati. Dans des récipients d'échangeur de chaleur de ce genre, on cherche à obtenir une transmission de chaleur aussi bonne que possible entre les fluides se trouvant d'une part dans le récipient, d'autre part dans le tube échangeur. Aussi est-il nécessaire de rendre la surface de contact entre le tube et la paroi du récipient aussi grande que possible. il est usuel de rendre à cet effet le tube ovale et de l'appliquer en contact étroit contre la paroi du récipient d'échangeur de chaleur par un flanc aplati. La transmission de chaleur entre les deux fluides est d'autant plus grande que la section ovale du tube s 'écarte davantage de la forme circulaire, c'est-à-dire que le rapport entre le grand axe "a" et le petit axe "b" est plus grand. Outre l'agrandissement obtenu de la sorte pour la surface de contact entre le tube et la paroi du récipient, on ressent comme particulièrement favorable le fait que plus le tube s'aplatit, plus sa section diminue également et, en meme temps, plus la densité massique de courant, c'est-à-dire le courant massique du fluide s'écoulant dans le tube par rapport à la section de ce dernier, augmente, et avec elle, la transmission de chaleur du fluide s'écoulant dans le tube à la paroi intérieure de ce dernier. A l'augmentation du rapport entre le grand axe a et le petit axe "b" s'oppose cependant l'inconvénient que la sollicitation du tube par surpression intérieure augmente. Plus le rapport "a/b" est grand, plus le tube tend fortement à s'évaser en forme circulaire sous accroissement de la pression intérieure. Pour l'empêcheur et éviter aune, d'un tel fait, la surface de contact avec le récipient et la densité massique de courant diminuent l'une et l'autre, il serait nécessaire d'utiliser des tubes à épaisseur de paroi d'autant plus forte. Non seulement la transmission de chaleur s'en trouverait rendue plus mauvaise, mais aussi la fabrication du récipient d'échangeur de chaleur serait rendue plus coûteuse et son poids augmenté. Le risque d'une déformation ultérieure du tube par accroissement de pression intérieure est particulièrement grand lorsqu'il s'agit, pour le fluide s'écoulant dans le tube, d'un réfrigérant se liquéfiant ou se condensant. Les tubes condenseurs sont encore plus fortement éprouvés à cet égard que les tubes évaporateurs, car les premiers sont soumis à des pressions de l'ordre de 10 à 20 bars avec les réfrigérants usuels. L'invention a en conséquence pour objet un récipient d'échangeur de chaleur qui surmonte de façon simple les inconvénients résultant du rapport élevé entre le grand axe et le petit axe de tubes à section ovale et puisse de ce fait profiter des avantages assurés pour la transmission de chaleur. Ce récipient d'échangeur de chaleur est caractérisé par le fait que le tube échangeur de chaleur comporte sur son flanc situé à l'opposé de la paroi du récipient au moins une dépression en saillie vers l'intérieur, laquelle suit essentiellement la direction axiale du tube. De par la dépression en saillie intérieure de direction axiale existant selon l'invention sur le flanc situé à l'opposé de la paroi du récipient, non seulement la section d'écoulement du tube est diminuée, et par conséquent la densité massique de courant augmentée, mais d'autre part aussi la déformation exerce un effet de soutien qui améliore essentiellement le comportement de rigidité du tube et diminue ainsi la tendance de ce dernier à s 'évaser en forme circulaire lorsque la pression intérieure s'accroit. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, par lequel on-tire largement profit de ces avantages, la dépression s'étend au moins approximativement à toute la longueur du tube placée en échange thermique avec la paroi du récipient. Il est particulièrement simple de former la dépres sion par repoussage ultérieur d'un tube dont la section d'origine est circulaire. On obtient des conditions particulièrement favora bles si, selon une autre forme préférée de l'invention, le tube présente une section dont le pourtour, abstraction faite de la dépression et le cas échéant aussi de la surfa ce d'appui, coïncide largement avec une ellipse dont les axes sont dans un rapport compris entre deux et environ trois. L'invention sera miteux comprise à l'aide de la des cription détaillée d'un mode de réalisation pris comme exem ple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel - la figure l est une vue latérale d'un récipient d'échangeur de chaleur formant un réservoir pour une pom pe de chaleur à eau industrielle, lequel comporte un tube échangeur de chaleur enroulé sur son enveloppe sous forme hélicoidale et en contact de conduction thermique - la figure 2 représente, à une échelle agrandie, une coupe opérée à travers la paroi du récipient et le tube échangeur thermique appliqué contre cette paroi avec une section ovale de réalisation classique - Za figure 3 est une vue en coupe correspondant à celle de la figure 2 dans laquelle le tube présente, sur son flanc situé à l'opposé de la paroi du récipient, une dépression en saillie vers l'intérieur selon l'invention. Dans la partie inférieure de l'enveloppe cylindri que d'un récipient d'échangeur de chaleur 10 formant un ré servoir pour une pompe de chaleur à eau industrielle, un tu be échangeur de chaleur 12 est enroulé extérieurement sous forme hélicoldale avec bon contact de conduction thermique en appui serré sur la paroi 11 dudit récipient 10. Comme on le voit plus particulièrement dans les figures 2 et 3, le tube 12 présente une section ovale de grand axe "a" et de petit axe "b". Ce tube 12 est en appui extérieur contre la paroi 11 du récipient 10 par un flanc aplati.Au lieu que le tube 12 représenté en section transversale sur la figure 2 comporte une section ovale de forme classique, le tube selon la figure 3 présente,sur son flanc situé à l'opposé de la paroi du récipient, une dépression 13 en saillie vers l'intérieur qui, par sa crête, atteint presque le centre de l'enveloppe ovale de ce tube. La forme de section obtenue de la sorte diffère de la section ovale représentée sur la figure 2 par le fait que sa surface est notablement inférieure à celle dudit ovale pour un rapport approximativement égal des deux axes. A la différence de la forme de réalisation précitée, la dépression peut aussi prendre une autre forme quelconque pourvu qu'en même temps la tâche que s'est fixée l'invention, à savoir celle de diminuer la section pour un rapport aussi grand que possible entre le grand et le petit axe et d'augmenter du même fait la densité massique de courant et simultanément aussi la résistance du tube, soit accomplie. Dans l'exemple de réalisation représenté, la dépression 13 en saillie intérieure depuis le flanc extérieur du tube 12 exerce un renforcement supplémentaire en cas d'enroulement sur un récipient cylindrique 10selon la figure 1. Par suite de la déformation concomitante, et sous la tendanse du tube à s'évaser en forme circulaire sous une pression intérieure croissante, il devrait se produire dans la zone de la dépression un étirage en direction longitudinale de la paroi. Le tube fixé de la sorte oppose ainsi une résistance notablement accrue à sa déformation. REVENDICATIONS r 1.- Récipient d'échangeur de chaleur avec au moins une portion de paroi munie d'un tube, notamment réservoir accumulateur pour pompes de chaleur à eau industrielle ou dispositifs analogues, comportant un tube échangeur de chaleur en appui en bon contact de conduction thermique contre sa surface par un flanc aplati, récipient d'échangeur de chaleur caractérisé par le fait que le tube échangeur de chaleur (12) comporte sur son flanc situé à l'opposé de la paroi (11) du récipient (10) au moins une dépression (13) en saillie vers l'intérieur, laquelle suit essentiellement la direction axiale du tube (12). 2.- Récipient d'échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dépression (13) s'étend au moins approximativement sur toute la longueur du tube (12) placéeen échange thermique avec la paroi (11) du récipient. 3.- Récipient d'échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la dépression (13) est formée par repoussage ultérieur d'un tube (12) à section circulaire. 4.- Récipient d'échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le tube présente une section dont le pourtour, abstraction faite de la dépression, coïncide largement avec une ellipse dont le rapport des axes a/b est compris entre des valeurs 2 et 3.