Brevet FR2812718A1 — publié le 20020208

La présente invention concerne un tube d'échange thermique, ainsi qu'un échangeur de chaleur intratubulaire pourvu de tels tubes. De façon habituelle, un échangeur de chaleur de type intratubulaire comprend une enveloppe cylindrique fermée à ses deux extrémités. Des tubes de passage d'un fluide frigorifique, qui sont logés dans le volume intérieur de cette enveloppe, sont fixés à au moins une de leurs extrémités sur une cloison transversale percée de trous. Par ailleurs, le volume délimité par la surface extérieure des tubes et la surface intérieure de l'enveloppe de l'échangeur définit un espace intercalaire, dans lequel est admis un fluide à refroidir, tel que par exemple de l'eau. Cet échangeur de chaleur intratubulaire présente cependant certains inconvénients, liés en particulier au mode de fixation de l'extrémité des tubes sur la cloison transversale. En effet, il est nécessaire de percer cette dernière d'une multitude d'orifices, qui induisent une fragilisation mécanique de cette cloison. Par ailleurs, l'étanchéité existant entre la surface extérieure des tubes et les parois en regard des orifices de la cloison se révèle peu satisfai- sante. L'invention se propose de réaliser un tube d'échange thermique permettant de pallier ces différents inconvénients. A cet effet, elle a pour objet un tube d'échange thermique, caractérisé en ce qu'il comprend une partie principale médiane, ainsi qu'au moins une extrémité amincie, destinée à être fixée sur une cloison transversale d'un échangeur de chaleur intratubulaire, la dimension transversale extérieure de ladite partie principale étant sensiblement supérieure à la dimension transversale extérieure de la ou de chaque extrémité amincie. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le rapport entre la dimension transversale extérieure de la partie principale et la dimension transversale extérieure de la ou de chaque extrémité amincie est compris entre 1 et 3, de préférence entre 1,2 et 1,4 ; - le rapport entre la section de passage intérieure de la partie principale et la section de passage intérieure de la ou de chaque extrémité amincie est compris entre 1 et 9, de préférence entre 1,4 et 2 ; - le rapport entre la longueur de la partie principale et la longueur de la ou de chaque extrémité amincie est compris entre 10 et 100, de préférence entre 20 et 50. L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur intratubulaire comprenant une enveloppe, des tubes d'échange thermique disposés dans le volume intérieur de ladite enveloppe, ces tubes étant destinés au passage d'un premier fluide, notamment d'un fluide frigorifique, au moins une cloison transversale destinée à la fixation desdits tubes, une entrée d'un second fluide, notamment d'un fluide à refroidir, débouchant au voisinage desdits tubes d'échange thermique, et une sortie du second fluide, caractérisé en ce que chaque tube d'échange thermique est tel que défini ci- dessus et en ce que la ou chaque extrémité amincie de chaque tube est fixée sur la ou chaque cloison transversale. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - une extrémité amincie de chaque tube s'étend en regard de l'entrée du second fluide, de manière à définir une zone d'admission de ce second fluide ; - les tubes d'échange thermique sont mis en communication avec une source d'un fluide frigorifique diphasique. L'invention a enfin pour objet un tube d'échange thermique appartenant à l'échangeur de chaleur intratubulaire tel que défini ci-dessus, ce tube d'échange thermique étant caractérisé en ce qu'il comprend une partie principale médiane, ainsi qu'au moins une extrémité amincie, destinée à être fixée sur une cloison transversale de cet échangeur, la dimension transversale extérieure de ladite partie principale étant sensiblement supérieure à la dimension transversale extérieure de la ou de chaque extrémité amincie. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle, illustrant un échangeur de chaleur intratubulaire conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue de côté, illustrant de façon partielle un tube d'échange thermique appartenant à l'échangeur de chaleur de la figure 1. L'échangeur de chaleur intratubulaire représenté à la figure 1 comprend de façon connue une enveloppe 2, par exemple cylindrique, qui se trouve fermée à ses deux extrémités latérales par des flasques 4, 6. Immédiatement en arrière du flasque 4 est prévue une première cloison transversale 8 percée d'orifices permettant le passage de tubes d'échange thermique, comme cela sera décrit dans ce qui suit. L'espace défini par le flasque 4 et la cloison 8 est divisé par une paroi diamétrale 10, de façon à former deux chambres séparées, à savoir une chambre d'admission 12, ainsi qu'une chambre de refoulement 14. Une canalisation 16, permettant l'admission d'un premier fluide, tel qu'un fluide frigorifique sous pression, débouche dans la chambre 12, via le flasque 4. Une canalisation supplémentaire 18, permettant l'évacuation du fluide précité, est mise en communication avec la chambre de refoulement 14, au travers du flasque 4. Il est par ailleurs prévu, de façon connue, une seconde cloison 19, opposée à la cloison 8, qui délimite avec le flasque 6 une chambre de passage du fluide, permettant son retour vers la chambre de refoulement 14. I1 est à noter que le premier fluide peut s'écouler selon plus d'un aller et retour. Le volume intérieur V de l'enveloppe 2, compris entre le flasque 6 et la cloison transversale 8, renferme une multiplicité de tubes d'échange thermique 20, qui seront décrits de façon plus précise dans ce qui suit. Ces tubes 20 cylindriques sont mis en communication, d'une part, avec les chambres d'admission 12 et de refoulement 14 et, d'autre part, avec la chambre de passage, de façon à assurer la circulation du fluide frigorifique. La surface extérieure des tubes 20 délimite, avec les parois intérieures de l'enveloppe 2, un espace intercalaire destiné au passage d'un second fluide, tel qu'un fluide à refroidir, par exemple de l'eau. Ce second fluide est admis dans le volume intérieur V par une tubulure d'entrée 22, et se trouve évacué par une tubulure de sortie 24, après s'être écoulé au voisinage des tubes 20. Comme le montre la figure 2, chaque tube d'échange thermique 20 comprend une partie principale 26 terminée par deux extrémités amincies 28, de plus faible section. Chaque extrémité 28 est fixée, de façon classique, dans un orifice correspondant d'une des cloisons transversales 8 et 19. Le tube 20 peut être pourvu, comme sur l'exemple illustré, de deux extrémité amincies 28 destinées à être fixées sur les cloisons 8 et 19. A titre de variante, il peut être muni d'une seule extrémité de plus faible section, fixée sur une cloison transversale de l'échangeur, alors que son autre extrémité peut posséder le même diamètre que la partie principale 26. On note L la longueur de la partie principale 26, D sa dimension transversale extérieure, ou diamètre extérieur, ainsi que S sa section intérieure, qui correspond à la section du passage du fluide frigorigène. De la même façon, on note 1, d et s la longueur, le diamètre extérieur ainsi que la section de passage du fluide, relatifs à chaque extrémité 28. Le rappport L/1 est compris entre 10 et 100, avantageusement entre 20 et 50, le rapport D/d est compris entre 1 et 3, avantageusement entre 1,2 et 1,4, alors que le rapport S/s est compris entre 1 et 9, avantageusement entre 1,4 et 2. I1 est à noter que les deux extrémités amincies 28 peuvent présenter des longueurs différentes. En faisant à nouveau référence à la figure 1, les extrémités amincies 28 des tubes 20 s'étendent au-delà de la tubulure d'entrée 22, à l'opposé de la cloison 8. Ceci permet de créer une zone d'admission 30 du fluide à réfrigérer, qui se trouve en regard de la tubulure d'entrée 22. Du fait de la présence des extrémités amincies 28, cette zone d'admission 30 présente une section de passage importante pour le fluide à réfrigérer, ce qui en assure une répartition très satisfaisante dans l'ensemble du volume intérieur V. L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. En effet, munir chaque tube d'échange thermique d'au moins une extrémité amincie, permet de ménager des orifices de faibles dimensions, dans la paroi de la cloison destinée à recevoir ces tubes. De la sorte, la mesure dans laquelle cette cloison est soumise aux contraintes mécaniques est sensiblement plus faible que dans l'art antérieur. Par ailleurs, la présence d'orifices de faibles dimensions garantit une réduction notable des problèmes d'étanchéité, par rapport à l'art antérieur. Enfin, la faible section des extrémités de ces tubes garantit une fixation plus simple que dans l'art antérieur. Ainsi, elle fait intervenir des forces de dilatation moindres, et permet de faire appel à une soudure simultanée, par exemple par effet induction ou au moyen d'un chalumeau. L'existence d'une extrémité amincie sur un tube d'échange thermique présente un avantage supplémentaire dans le cas d'un fluide frigorifique diphasique. En effet, lorsque ce fluide parcourt le tube d'échange thermique conforme à l'invention, il est soumis à une détente lors de son passage de l'extrémité amincie vers la partie principale de plus grande section. Cette détente induit une amélioration de la distribution de ce fluide diphasique, ce qui conduit à une augmentation correspondante des performances globales de l'échangeur. REVENDICATIONS 1. Tube d'échange thermique (20), caractérisé en ce qu'il comprend une partie principale médiane (26), ainsi qu'au moins une extrémité amincie (28), destinée à être fixée sur une cloison transversale (8, 19) d'un échangeur de chaleur intratubulaire, la dimension transversale extérieure (D) de ladite partie principale (26) étant sensiblement supérieure à la dimension transversale extérieure (d) de la ou de chaque extrémité amincie. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la dimension transversale extérieure (D) de la partie principale (26) et la dimension transversale extérieure (d) de la ou de chaque extrémité amincie (28) est compris entre 1 et 3, de. préférence entre 1,2 et 1,4. 3. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport entre la section de passage intérieure (S) de la partie principale (26) et la section de passage intérieure (s) de la ou de chaque extrémité amincie (28) est compris entre 1 et 9, de préférence entre 1,4 et 2. 4. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur (L) de la partie principale (26) et la longueur (1) de la ou de chaque extrémité amincie (28) est compris entre 10 et 100, de préférence entre 20 et 50. 5. Echangeur de chaleur intratubulaire, comprenant une enveloppe (2), des tubes d'échange thermique (20) disposés dans le volume intérieur (V) de ladite enveloppe (2), ces tubes étant destinés au passage d'un premier fluide, notamment d'un fluide frigorifique, au moins une cloison transversale (8, 19) destinée à la fixation desdits tubes, une entrée (22) d'un second fluide, notamment d'un fluide à refroidir, débouchant au voisinage desdits tubes d'échange thermique (20), et une sortie (24) du second fluide, caractérisé en ce que chaque tube (20) d'échange thermique est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et en ce que la ou chaque extrémité amincie (28) de chaque tube (20) est fixée sur la ou chaque cloison transversale (8, 19). 6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une extrémité amincie (28) de chaque tube s'étend en regard de l'entrée (22) du second fluide, de manière à définir une zone d'admission (30) de ce second fluide. 7. Echangeur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les tubes d'échange thermique (20) sont mis en communication avec une source d'un fluide frigorifique diphasique.