Brevet FR2640034A1 — publié le 19900608

Dispositif échangeur de chaleur L'invention concerne un dispositif échangeur de chaleur servant à l'échange de chaleur entre au moins deux milieux susceptibles de s'écouler, et comprenant un canal d'écoulement qui est destiné à l'un des milieux et dans lequel au moins un tube échangeur de chaleur destine au passage de l'autre milieu est dispose, pour l'essentiel, perpendiculairement a la direction d'écoulement qui est predeterminee par le canal d'écoulement. Des dispositif s d'échange de chaleur du genre décrit ci-tessus sont connus par exemple sous la forme de condenseurs à évaporation et/ou de refrigerateurs à condensation dans lesquels une pluralité de tubes échangeurs raralleles sont disposes dans le canal d'écoulement, perpen ciculairement å la direction de l'écoulement qui est imposée par le canal d'écoulement.Le canal d'écculement est souvent dirige verticalement, ae sorte qu'il peut être traversé de bas en haut par de l'air, et de l'eau est en outre pulverisee depuis le haut pour augmenter la capacité de l'echangeur de chaleur, cette eau ruisselant vers le bas sous la forme d'une pluie, a l'encontre de l'écoulement de l'air et avec formation de turbulences, de sorte qu'en plus des quantites de chaleur retirées par l'air aux tubes echan geurs, un autre enlèvement de chaleur a lieu grace a une evaporation d'au moins une partie de l'eau de ruissellement. Le probleme qui est a la base de l'invention est c'aneliorer la capacité d'echange de chaleur d'un dispositif échangeur de chaleur de ce genre. Selon l'invention, ce problème est résolu grace au fait que le tube échangeur présente une section transversale qui est ovale pour l'essentiel, et grace au fait que le plus grand axe de sa section transversale s'etend dans la direction d'ecoulement predeterminee par le canal d'écoulement. Dans une telle conformation des tubes echangeurs de chaleur, il s'est avere, de maniere surprenante, que l'on obtient une catacite c'rechange de chaleur consicerablement plus importante grâce une amélioration de l'enveloppement ces tubes par l'écoulement Ceci pourrait résulter du fait cue, par rapport aux tubes à section ronde, l'écoulement de l'air est en contact avec la surface des tubes sur une région plus importante de leur périphérie, ce qui veut donc cire que, vu dans la direction de l'écoulement, le courant d'air se décolle beaucoup plus tard, ce qui produit, en liaison avec le film d'eau qui s'ecoule de haut en bas sur la peripherie, un enlèvement plus efficace de la vapeur d'eau qui se forme sur le tube échangeur, et ameliore donc la capacité de vaporisation.Un point important à ce sujet serait aussi que, lorsque la section transversale des tubes est ovale, il se produit une formation plus stable des tourbillons alternes de Karman entre les tubes qui sont balayés l'un après l'autre. Dans une forse de realisation preféree, il est prevu ce le tube échangeur soit disposé dans le canal d'écoulemant selon un arrangement en forme de meandres dont l'axe principal est dirige dans la direction d'écoulement du canal d'écoulement. Avec une telle disposition on obtient un trajet tres long pour l'ecoulement du milieu a refroidir dans le milieu refroidissant.Du fait qu'en particulier dans les condenseurs, on fait passer avantageusement le milieu a refroidir de haut en bas a travers les tubes disposes en forme de meandres. on obtient un refroidissement à contre curant par rapport à l'air, alors que l'on obtient un refroidissement a co-courant par rapport a l'eau que l'on fait ruisseller de haut en bas. L'air de refroidissement qui s'ecoule de bas en haut se rechauffe alors. il recueille la vapeur d'eau qui prend naissance dans ia region supérieure. et il assure alcrs une evacuation ces quantites d'eau vaporisees qui est tres rapide et qui, du fait precisement que l'ecoulement de l'air est beaucoup plus longtemps en contact avec la surface des tubes echangeurs. est tres intense. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu plusieurs tubes échangeurs qui s'étendent parallèlement entre eux et à distance les uns des autres, et il est prévu que les tubes échangeurs adjacents s'étendent S chaque fois en étant décalés l'un par rapport à l'autre dans la direction de l'écoulement Cette disposition présente l'avantage que l'air montant est constamment dévié vers le côté, de sorte que des "nids de chaleur" ne peuvent pas se former dans le canal d'écoulement. Conformément à une variante de réalisation de l'invention, les parties rectilignes des tubes d'échange de chaleur, de section ovale, sont avantageusement reliées entre elles par des coudes formés par des tubes à section circulaire. Ainsi, dans le cas ou les tubes sont montés de nière décalée, un espacement constant entre les parois des tubes ovales est assuré par le contact entre les coudes à section circulaire. La description qui va suivre, et cui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre com- ment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexes, parmi lesquel@: - La figure 1 montre une vue en coupe verticale d'un condensateur à ammoniaque - La figure 2 represente une vue en coure verticale selon 1 ligne II-Iz de la figure 1 - La figure 3 montre une vue partielle en élévation frontale d'une variante de réalisation de l'invention; et - La figure 4 montre une vue en coupe partielle prise dans la direction de la fleche F de la figure 3. Dans le ccndensateur a ammoniac representé schématiquement sur la figure 1, un tube distributeur 2 qui s'étend horizontalement est dispose a l'interieur d'un canal d'ecoulement 1 dirige verticalement, et plusieurs tubes échangeurs 3 et 4 en partent en s'etendant parallèlement les uns a coté des autres. Les tunes echangeurs 3 et 4 sont ici disposes en forme de meandres dans le canal d'ecoulement 1, et ils débouchent dans un collecteur de produits de condensation 5 à l'extrémité inférieure de ce canal d'écoulement 1.La vapeur d'ammoniac à condenser est introduite dans le distributeur de vapeur 2 par une conduite d'amenée 6, cependant que l'ammoniaque liquide qui se présente dans le collecteur de produits de condensation 5 est évacué par une conduite de décharge 7. Comme on le voit sur la figure 2, les tubes échangeurs 3 et 4 sont à chaque fois dècalés par groupes dans deux plans et disposes à distance l'un de l'autre, de sorte qu'il se produit un trajet en zigzag pour le milieu qui s'ecoule de bas en haut et qui est de préférence de l'air. Les tubes échangeurs présentent maintenant une section transversale ovale, de sorte que l'air qui s'écoule i bas en haut est en contact avec la surface de chaque tube échangeur sur une region de la périphérie de ce tube qui est beaucoup plus longue que dans le cas de tubes à section transversale ronde, et qu'il baigne donc directement une @uriace beaucoup plus importante Avec des tubes à section transversale ronde, et dans le cas des vitesses et des turbulences que l'on considere ici, l'ecoulement autour de la section se detache sensiblement dans la region du plus grand diametre, de sorte qu'il se forme, sur le côte opposé a l'ecoulement, une zone de "morte-eau" relativement importaste dans laquelle pratiquement aucun rechange de chaleur n'a lieu. A contre-courant par rapport à l'air qui s'ecoule de @as en haut, de l'eau est introduite depuis le haut dans le canal d'ecoule=ent 1 par ruissellement ou pulvérisation, elle rencontre la surface opposee a l'ecoulement de l'air et, grace à elle, de la valeur d'ainooniac chaude est vaporisee à son tour. Comme l'air s'ecoule toutefois autour de la peripherie du tue presque jusqu'a la regicn de l'i=tact de l'eau, la vapeur d'eau qui se forme est ici en@evee immediatement, ce qui augmente l'effet de refroidissement produit par la vaporisation de l'eau.L'ecoulement autour des tubes échangeurs, lequel est favorable et décisif pour la capacité frigorifique, est ici produit gracie au fait que ces tubes présentent une section transversale ovale, le plus grand axe D de la section s'étendant dans la direction de l'écoulement qui est prédéterminée par le canal d' écoulement 1. Les figures 3 et 4 des dessins annexés représentent une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle les parties rectilignes 3, 4 des tubes d'échange de chaleur, de section ovale, qui constituent l'échangeur sont avantageusement reliées entre elles par des coudes 8 présentant la =orme de tubes à section circulaire. Ce mode de réalisation permet d'assurer, par le montage décalé des tubes 3, 4 p-écités, un espacement constant entre les parois de ces tubes ovales 3, 4, par le contact établi entre les coudes 8 section circulaire. Il est ainsi possible, également, @'eviter tout montage d'écarteurs entre les tubes 3 et 4. - REVENDICATIONS 1. Dispositif échangeur de chaleur servant à l'échange de chaleur entre au moins deux milieux susceptibles de s'écouler, et comprenant un canal d'écoulement qui est destiné à l'un des milieux et dans lequel au moins un tube échangeur de chaleur destiné au passage de l'autre milieu est disposé, pour l'essentiel, perpendiculairement a la direction d'écoulement prédéterminée par le canal d'écoulement, caractérise par le fait que le tube échangeur 2. Dispositif échangeur de chaleur selon la revendication 1, caracterise Far le fait que le tube échangeur (3, 4) e=t disposé dans le canal d'écoulement (1) selon un arrangement en forme de meandres dont l'axe principal est dirigé dans la direction d'écoulement du canal d'écoulement (1). 3. Dispositif échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendicaticns 1 et 2. caracterisé par le fait qu'il est prevu plusieurs tubes echangeurs t3, 4) qui s'étendent parallèlement entre eux et a distance les uns des autres, et par le fait que les tubes échangeurs adjacents 4. Dispositif echangeur de chaleur selon l'une quelcon cue des revendications 1 a 3, caracterise par le fait que es parties rectilignes des tubes d'échange de chaleur (3, 4), de section ovale. sont reliees entre elles par des coudes (8) formes Far des tubes a section circulaire.