Brevet FR2730548A1 — publié le 19960814

L'invention concerne un tube métallique, déformable, adapté pour être utilisé pour l'acheminement de fluides, en particulier de gaz, et simultanément à titre d'échangeur de chaleur. En particulier, ce tube métallique est utilisé pour acheminer un flux de gaz de combustion provenant d'un brûleur à gaz, ce tube étant introduit dans une chambre de cuisson d'un four pour la cuisson d'aliments, en particulier pour des collectivités. Le flux chaud de gaz de combustion qui traverse le tube provoque un réchauffement des parois, transférant à leur tour la chaleur reçue à l'atmosphère présente dans la chambre de cuisson dans laquelle est logé ce tube. On connaît des tubes métalliques déformables dont la surface externe est ondulée ou striée de manière à présenter des formes diverses; en particulier, on connaît des tubes pourvus d'un profil extérieur sensiblement ondulé ou pourvus d'un profil extérieur qui présente une série de saillies orientées vers l'extérieur, les côtés opposés de ces saillies étant sensiblement parallèles. Cependant, il s'est avéré que, si la profondeur de l'ondulation était modérée par rapport au diamètre du tube, l'échange thermique était alors limité; ceci peut facilement s'expliquer par le fait que, dans ce cas, l'augmentation de la surface externe utile pour l'échange de chaleur est modérée par rapport à la surface externe d'un tube cylindrique ayant le même diamètre. Malheureusement, il s'est avéré que, à l'inverse, si l'on utilise des tubes pourvus d'une ondulation prononcée pour augmenter l'échange thermique, les tubes sont alors désavantageusement bruyants puisse qu'ils émettent un type de son analogue à un choeur de sifflets. Ce phénomène peut également s'expliquer facilement: en effet, les parois de chaque saillie disposées dans le sens du flux de gaz, recevant la pression turbulente de ce flux, sont mises en vibration et émettent des ondes sonores correspondantes qui se propagent à l'intérieur de la saillie et heurtent, par la plus grande partie de leur énergie, la paroi opposée disposée à l'avant de cette même saillie. Ceci détermine une sollicitation également de ces parois, qui réfléchit à son tour l'énergie reçue en émettant à son tour des ondes sonores à l'intérieur de la saillie; le phénomène se répète donc de façon répétitive et produit un effet bien connu "d'effet de sifflet", mais amplifié par le nombre élevé d'ondulations et de saillies. Ce type de tube, qui offre d'excellentes propriétés d'échange thermique, est donc inacceptable concernant le bruit fastidieux émis, en particulier dans l'application citée. En outre, on connait universellement un type de tube constitué globalement d'une surface interne sensiblement cylindrique, et pourvu, sur la surface externe, d'une pluralité d'ailettes adaptées pour constituer des éléments facilitant l'échange de chaleur. De telles ailettes peuvent être réalisées par l'un parmi de nombreux procédés connus à l'homme de l'art, par exemple, en reportant à part des ailettes précédemment fabriquées, ou par un travail de la partie externe du tube, ou en réalisant le tube par emboutissage, comme décrit par le brevet italien concernant le modèle d'utilité (dom.) numéro TO 93A000155 "Tube métallique déformable et à ailettes à surface interne sensiblement continue", en munissant le tube d'une série d'ailettes radiales externes réalisées d'un seul tenant avec le tube, les ailettes étant formées par une ondulation écrasée par la surface externe du tube externe du tube et espacées par des tronçons de tube sensiblement cylindriques. Cependant, tous ces tubes sont sensiblement le même type de tube cylindrique pourvu d'ailettes externes classiques et se différencient seulement par le procédé de fabrication de ces ailettes, qui peuvent s'obtenir par écrasement à des intervalles appropriés de parties de la surface du même tube. C'est pourquoi, tous ces tubes présentent des caractéristiques fonctionnelles communes: en particulier, ils n'émettent pas de bruit spécifique, mais offrent bien sûr également un échange thermique très limité du fait que, comme on peut le vérifier tout de suite, pour une longueur et un diamètre interne du tube égaux, l'aire de la surface interne d'échange thermique est inférieure à la surface externe correspondante du même tronçon de tube; ceci pénalise le transfert de chaleur, surtout si le coefficient de convection de l'échange thermique internes des gaz du tube est inférieur à celui de l'échange thermique externe. Cette circonstance entraîne l'assimilation de ce tronçon de tube à ailettes à un tube cylindrique, le tube à ailettes pouvant améliorer ces prestations en augmentant la densité et le diamètre des ailettes. Cependant, ceci nécessite, durant la fabrication, un coût élevé et, pendant l'utilisation, un espace disponible important, ceci ne pouvant pas toujours être obtenu, come dans le cas cité de l'application dans un four de cuisson. Le but de l'invention est donc de réaliser des tubes métalliques déformables ayant des propriétés optimales d'échange thermique, qui soient silencieux lorsqu'ils sont parcourus par un flux continu et correspondant de gaz et qui soient de fabrication facile et économique à l'aide des technologies et des matériaux disponibles dans l'industrie. Le tube métallique déformable pourvu d'une pluralité de parties longitudinales ayant une section variable se caractérise, selon l'invention, par le fait que la section longitudinale médiane desdites parties & section variable présente la forme d'une succession de deux angles a opposés, faisant saillie vers l'extérieur, dont les couples de côté sont formés par des tronçons sensiblement symétriques par rapport à l'axe du tube, ladite succession étant classiquement disposée le long de la surface externe du tube. Le tube métallique déformable est pourvu, en outre, d'une deuxième pluralité de parties longitudinales ayant une section circulaire. Les parties du tube à section circulaire sont espacées par les parties du tube & section variable. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à seul titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés, sur lesquels: les figures la et lb représentent respectivement un tube échangeur droit et un tube échangeur plié, tous deux selon l'état de l'art, la figure 2 représente une coupe longitudinale médiane d'un tube échangeur selon l'invention, la figure 3 représente une partie d'une section d'un tube échangeur selon l'invention. En se référant à la figure 2, il est représenté un tube selon l'invention: ce dernier consiste essentiellement en un tube métallique 1 de préférence cylindrique, comportant, sur sa surface externe, une pluralité d'ondulations 2 disposées et réalisées d'un seul tenant au moyen d'un travail de cette méme surface métallique constituant la surface externe. Le matériau constituant le tube est l'un des métaux globalement utilisés à cette fin, tel que l'acier, le laiton, le cuivre, l'aluminium, etc., pour garantir tant des propriétés optimales de travail du tube qu'une bonne aptitude au travail et une bonne résistance mécanique. De préférence, les ondulations sont disposées & des intervalles réguliers sur la surface du tube. Leur forme est sensiblement celle d'une pointe et se termine par un angle, dans le sens o, si l'on coupe le tube avec un plan passant par son axe médian, on obtient un profil représenté sur la figure 2, c'est-à-dire un profil qui représente la série de couples d'angles opposés, faisant saillie vers l'extérieur, dont les couples respectifs de côté sont formés par des tronçons sensiblement symétriques par rapport à l'axe 3 du tube. Le niveau de silence substantiel de ce tube peut ainsi s'expliquer: si une onde sonore A provoquée par une quelconque turbulence du gaz heurte la paroi interne 4, opposée au sens du mouvement du gaz, de l'une des ondulations 2, dans le cas plus général la partie principale de l'énergie de l'onde réfléchie B est encore tournée vers l'intérieur du tube et dans un sens contraire au mouvement du gaz, et seule une fraction mineure M est orientée vers la paroi interne 5 opposée de l'ondulation respective, étant donné l'inclinaison a des côtés de l'ondulation. En effet, il s'est avéré que, si cet angle a augmente, le niveau de silence du tube augmente en correspondance puisque la fraction d'énergie qui est réfléchie par une paroi interne des ondulations vers l'intérieur du tube, par rapport à l'énergie réfléchie contre la paroi interne opposée, augmente comme représenté sur la figure 3. Cependant, il est également évident que lorsque cet angle a augmente, la capacité d'échange thermique diminue, étant donné que la surface externe d'échange diminue en correspondance. En effet, dans le cas limité o cet angle a atteint sa valeur maximale de 900, les ondulations sont alors totalement annulées et le tube devient un tube simplement cylindrique qui présente donc des caractéristiques optimales de silence, mais les plus mauvaises propriétés d'échange thermique. En outre, un tube du type décrit est adapté pour être plié et déformé pour présenter la forme souhaitée, sans perdre excessivement ses propriétés d'échangeur de chaleur et de silence. L'esprit de l'invention comprend bien sûr un type de tube dans lequel les ondulations se suivent de manière ininterrompue, ne comportant aucune partie de tube ayant une section cylindrique. Bien sûr, l'Homme de l'art est parfaitement en mesure de réaliser un tube tel que décrit à l'aide d'une des nombreuses techniques de fabrication connues à l'état de la technique, et également de choisir l'angle a le plus adapté pour obtenir le compromis souhaité entre les demandes posées. REVE1NDICATIONS 1. Tube métallique déformable pourvu d'une pluralité de parties longitudinales ayant une section variable, caractérisé par le fait que la section longitudinale médiane desdites parties & section variable présente la forme d'une succession de deux angles a opposés, faisant saillie vers l'extérieur, dont les couples de côté (4, 5) sont formés par des tronçons sensiblement symétriques par rapport à l'axe (3) du tube, ladite succession étant classiquement disposée le long de la surface externe du tube. 2. Tube métallique déformable selon la revendication 1, caractérisé par le fait d'être pourvu en outre d'une deuxième pluralité de parties longitudinales ayant une section circulaire (1). 3. Tube métallique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdites parties du tube à section circulaire sont espacées par lesdites parties du tube à section variable.