Brevet FR2633378A1 — publié le 19891229

ECHANGEUR DE CHALEUR A DEUX FLUX La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur qui comprend un corps creux présentant une chambre d'alimen- tation et une chambre d'évacuation reliées par au moins un tube guide dans lequel s'étend au moins un élément chauffant allongé, par exemple renfermant au moins une résistance électrique, de telle sorte qu'un fluide peut passer de la chambre d'alimentation à la chambre d'évacuation en s'écoulant dans l'espace séparant l'élément chauffant et le tube guide. Conformément à la présente invention, ledit corps creux présente en outre deux chambres intermédiaires reliées par au moins un tube de liaison qui est disposé autour dudit tube guide et qui relie ces chambres intermédiaires, de telle sorte qu'un second fluide peut passer d'une chambre intermédiaire dans l'autre en s'écoulant dans l'espace séparant ledit tube guide et ledit tube de liaison. Ainsi, il est notamment possible d'effectuer des trans- ferts de chaleur entre l'élément chauffant allongé et le premier fluide circulant dans l'espace séparant cet élément et le tube guide et des transferts de chaleur, de l'un vers l'autre, entre les deux fluides circulant de part et d'autre du tube guide. Selon la présente invention, lesdites chambres d'alimen- tation et d'évacuation peuvent avantageusement être reliées par plusieurs tubes guides dans chacun desquels s'étend au moins un élément chauffant allongé, lesdites chambres intermédiaires pouvant alors être reliées par plusieurs tubes de liaison disposés respecti- vement autour desdits tubes guides. Conformément à la présente invention, ledit tube guide, ledit tube de liaison et éventuellement ledit élément chauffant allongé sont de préférence cylindriques et coaxiaux de manière à déterminer des espaces annulaires d'écoulement pour les fluides. Dans une variante de réalisation préférée de l'inven- tion, ledit corps creux comprend une première cloison intermédiaire séparant lesdites chambres intermédiaires et portant ledit tube de liaison, une deuxième cloison intermédiaire séparant l'une des chambres intermédiaires et la chambre d'alimentation et une troisième ?633378 cloison intermédiaire séparant l'autre chambre intermédiaire et la chambre d'évacuation, ces deuxième et troisième cloisons portant ledit tube guide. Selon l'invention, ledit corps creux peut avantageu- sement comprendre en outre deux parois d'extrémité ainsi qu'une paroi extérieure s'étendant parallèlement auxdits tubes, lesdites cloisons étant portées par cette paroi extérieure. Selon la présente invention, lesdits espaces sont tels que l'écoulement de fluide dans ces derniers est turbulent. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un échangeur de chaleur décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin dont la figure 1 en représente une coupe longitudinale et dont la figure 2 en représente une coupe transver- sale selon II-II. L'échangeur de chaleur représenté sur les figures et reperé d'une manière générale par la référence 1 comprend un corps creux 2 qui présente une paroi cylindrique longitudinale 3 ainsi que des parois radiales d'extrémité 4 et 5. A partir de la paroi d'extrémité, le volume intérieur du corps creux 2 est, longitudinalement, divisé en quatre chambres successives 6, 7, 8, 9 qui sont respectivement séparées par des cloisons radiales 10, 11 et 12. De manière classique, la paroi cylindrique 3 du corps 2 est longitudinalement divisée en parties munies de brides sur lesquelles sont respectivement fixées ces cloisons radiales. Les chambres intermédiaires 7 et 8 sont reliées, dans l'exemple, par deux tubes longitudinaux cylindriques 13 et 14 qui s'étendent au travers de la cloison radiale intermédiaire 11 et qui sont portés, de préférence de manière étanche, par cette dernière, les extrémités de ces tubes de liaison 13 et 14 étant dans l'exemple relativement proches des cloisons radiales 10 et 12. Les chambres d'extrémité 6 et 9 sont reliées par des tubes guides longitudinaux cylindriques 15 et 16 qui s'étendent au travers des tubes de liaison 13 et 14 en leur étant coaxiaux et qui s'étendent au travers des parois radiales 10 et 12, les tubes guides 15 et 16 étant portés par ces parois radiales 10 et 12 de préférence de manière étanche. Ainsi, les chambres intermédiaires 7 et 8 sont reliées par les espaces annulaires 17 et 18 séparant respectivement les tubes de liaison 13 et 14 et les tubes guides 15 et 16. Dans les tubes guides 15 et 16 et coaxialement à ces derniers, s'étendent des éléments chauffants allongés longitudinaux 19 et 20 qui s'étendent également au travers de la chambre d'extré- mité 6 et de la paroi d'extrémité 4 et qui sont portés par cette dernière. Ces éléments chauffants allongés renferment des résis- tances électriques au moins dans la zone des tubes guides 15 et 16. Ainsi, les chambres d'extrémité 6 et 9 sont reliées par les passages annulaires 21 et 22 séparant les éléments chauffants allongés 19 et 20 et les tubes guides 15 et 16. Enfin, la paroi 3 du corps cylindrique 2 porte d'une part des tubulures radiales 23 et 24 qui permettent de relier les chambres d'extrémité 6 et 9 à un premier circuit extérieur et d'autre part des tubulures radiales 25 et 26 qui permettent de relier les chambres intermédiaires 7 et 8 à un second circuit extérieur. L'échangeur de chaleur 1 décrit ci-dessus et représenté sur les figures fonctionne et peut être utilisé de la manière suivante. Un premier fluide tel qu'un liquide circulant dans le premier circuit précité entre dans la chambre d'alimentation 6 par la tubulure radiale 23, s'écoule dans les espaces annulaires 21 et 22 séparant respectivement les éléments chauffants 19 et 20 et les tubes guides 15 et 16 vers la chambre d'évacuation 9, de laquelle il ressort par la tubulure radiale 24. Ainsi, lorsque les résistances électriques que renfer- ment les éléments chauffants allongés 19 et 20 sont alimentées en énergie électrique, le premier fluide est chauffé lors de son passage dans les espaces annulaires 21 et 22. Un second fluide tel qu'un liquide circulant dans le second circuit précité pénètre dans la première chambre intermé- diaire 7 par la tubulure radiale 25, s'écoule au travers des espaces annulaires 17 et 18 séparant respectivement les tubes de liaison 13 et 14 et les tubes guides 15 et 16 vers la deuxième chambre intermédiaire 8 pour en ressortir par la tubulure radiale 26. Ainsi, lorsque le second fluide s'écoule dans les espaces annulaires 17 et 18 et que le premier fluide s'écoule dans les espaces annulaires 21 et 22, un échange de chaleur peut se produire de l'un vers l'autre au travers de la paroi des tubes guides 15 et 16. Dans un exemple d'application, on peut avoir besoin dans un premier temps de chauffer un fluide puis dans un second temps de le refroidir. Pour celà, on fait passer ce fluide, qui circule dans le premier circuit précité, au travers des espaces annulaires 21 et 22 dans lesquelles il est réchauffé par la résis- tance électrique des éléments chauffants allongés 19 et 20 et, pour le refroidir, on le fait passer dans ces espaces annulaires 21 et 22 et en même temps on fait passer un second fluide de refroidissement, qui circule dans le second circuit précité, dans les espaces annulaires 17 et 18. Bien entendu, la longueur des tubes de liaison 13 et 14, qui détermine la longueur des passages annulaires 17 et 18, constitue l'un des paramètres pour déterminer le flux thermique entre les deux fluides. Afin d'obtenir des flux thermiques importants aussi bien entre les éléments chauffants allongés 19 et 20 et le fluide circulant dans les espaces annulaires 21 et 22 qu'entre le fluide circulant dans les espaces annulaires 17 et 18 et le fluide circulant dans les espaces annulaires 21 et 22, il est particulièrement avan- tageux que ces espaces annulaires soient formés et dimensionnés de telle sorte que l'écoulement de fluide dans ces derniers soit turbulent. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur (1) comprenant un corps creux (2) présentant une chambre d'alimentation (6) et une chambre d'évacu- ation (9) reliées par au moins un tube guide (15) dans lequel s'étend au moins un élément chauffant allongé (19) de telle sorte qu'un fluide peut passer de la chambre d'alimentation à la chambre d'évacu- ation en s'écoulant dans l'espace (21) séparant l'élément chauffant et le tube guide, caractérisé par le fait que ledit corps creux (1) présente en outre deux chambres intermédiaires (7, 8) reliées par au moins un tube de liaison (13) qui est disposé autour dudit tube guide (15) et qui relie ces chambres intermédiaires de telle sorte qu'un second fluide peut passer d'une chambre intermédiaire dans l'autre en s'écoulant dans l'espace (17) séparant le tube guide et le tube de liaison. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les chambres d'alimentation (6) et d'évacuation (9) sont reliées par plusieurs tubes guides dans chacun desquels -s'étend au moins un élément chauffant allongé et que les chambres intermédiaires (7, 8) sont reliées par plusieurs tubes de liaison disposés respectivement autour desdits tubes guides. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit tube guide (15), ledit tube de liaison (13) et éventuellement ledit élément allongé (19) sont cylindriques et co-axiaux. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit corps creux (2) comprend une première cloison intermédiaire (11) séparant lesdites chambres intermédiaires (7, 8) et portant ledit tube de liaison (13>, une deuxième cloison intermédiaire (10) séparant l'une des chambres intermédiaires (7) et la chambre d'alimentation (6) et une troisième cloison intermédiaire (12) séparant l'autre chambre intermédiaire (8) et la chambre d'évacuation (9), ces deuxième et troisième cloisons portant ledit tube guide (15). 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit corps creux (2) comprend en outre deux parois d'extrémité (4, 5) et une paroi extérieure (3) s'étendant parallèlement auxdits tubes, lesdites cloisons (10, 11, 12) étant portées par cette paroi extérieure. 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits espaces (17, 21) sont tels que l'écoulement de fluide de ces derniers est turbulent.