Brevet FR2837270A1 — publié le 20030919

lui-ci. - TUBES RAINURES A UTILISATION REVERSIBLE POUR ECHANGEURS THERMIQUES DOMAINE DE L' INVENTION L'invention concerne le domaine des tubes pour echangeurs de chaleur, et plus specialement le domaine des echangeurs de chaleur fonctionnant en evaporation/condensation et en mode reversible. ETAT DE LA TECHNIQUE On connat un grand nombre de documents decrivant la geometric de tubes rainures utilises dans les echangeurs de chaleur. A titre d'exemple, on peut citer la demande de brevet EP-A2-0 148 609 qui decrit des tubes a rainures triangulaires ou trapezoidales presentant les caracteristiques suivantes: - un rapport H/Di compris entre 0,02 et 0,03, H designant la profondeur des rainures (ou la hauteur des nervures), et Di le diametre interieur du tube rainure, - un angle d'helice par rapport a l'axe de tube compris entre 7 et 30 , - un rapport S/H compris entre 0,15 et 0,40, avec S designant la section transversale de la rainure, - un angle d'apex oc des nervures compris entre 30 et 60 . Ces caracteristiques de tube vent adaptees a des fluides a transition de phase, les performances des tubes etant analysees de maniere distincte lors de ['evaporation du fluide et lors de la condensation du fluide. La demande japonaise n 57-58088 decrit des tubes a rainures en V, avec H compris entre 0,02 et 0,2 mm, et avec un angle compris entre 4 et 15 . Des tubes voisins vent decrits dans la demande japonaise n 57-58094. - La demande japonaise n 52-38663 decrit des tubes a rainures en V ou U. avec H compris entre 0,02 et 0,2 mm, un pas P compris entre 0,1 et 0,5 mm et un angle compris entre 4 et 15 . s Le brevet US n 4,044,797 decrit des tubes a rainures en V ou U voisins des tubes precedents. Le modele d'utilite japonais n 55-180186 decrit des tubes a rainures trapezoYdales et nervures triangulaires, avec une hauteur H de 0,15 a 0,25 mm, un pas P de 0,56 mm, un angle d'apex oc (angle appele 0 dans ce document) typiquement egal a 73 , un angle de 30 , et une epaisseur moyenne de 0,44 mm. Les brevets US n 4,545,428 et n 4,480,684 decrivent des tubes a rainures en V et nervures triangulaires, avec la hauteur H comprise entre 0,1 et 0, 6 mm, un pas P compris entre 0,2 et 0,6 mm, un angle d'apex oc compris entre 50 et 100 , une angle d'helice compris entre 16 et 35 . Le brevet japonais n 62-25959 decrit des tubes a rainures et nervures trapezoYdales, avec une profondeur de rainure H comprise entre 0,2 et 0,5 mm, un pas P compris entre 0,3 et 1,5 mm, la largeur moyenne des rainures etant au moins egale a la largeur moyenne des nervures. Dans un exemple, le pas P est de 0,70 mm et ['angle d'helice estde 10 . Enfn, le brevet europeen EP-B1-701 680, au nom de la demanderesse, decrit des tubes 2s rainures, avec rainures typiquement a fond plat et avec des nervures de hauteur H differente, d'angle d'helice compris entre S et 50 , d'angle d'apex compris entre 30 et 60O, de maniere obtenir de meilleures performances apres le sertissage des tubes et montage dans les echangeurs. D'une maniere generale, les performances techniques et economiques des tubes, qui resultent du choix de la combinaison de moyens definissant les tubes (H. P. oc,, forme des rainures et nervures, etc...), doivent satisfaire a quatre exigences concernant: - d'une part, les caracteristiques relatives au transfert de chaleur (coefficient d'echange thermique), domaine dans lequel les tubes rainures vent tres superieurs aux tubes non rainures, de sorte qu'a echange thermique equivalent, la longueur de tube rainure necessaire sera moindre que celle de tube non rainure, - d'autre part, les caracteristiques relatives aux pertes de charge, de faibles pertes de charge permettant d'utiliser des pompes ou compresseurs de plus faible puissance, 0 encombrement et cout, - en outre, les caracteristiques relatives aux proprietes mecaniques des tubes, typiquement en relation avec la nature des alliages utilises ou avec l'epaisseur moyenne des tubes, epaisseur qui conditionne le poids du tube par unite de longueur, et done influe sur son prix de revient. - enfin, la faisabilite industrielle des tubes et la vitesse de production qui conditionne le prix de revient du tube chez le fabricant de tubes. PROBLEMES POSES D'une part, comme cela resulte de l'etat de la technique, il y a un grand nombre et une tres grande diversite d'enseignements en ce qui concerne les tubes rainures, sachant qu'ils visent generalement l'optimisation de l'echange thermique et la diminution de perte de charge. D'autre part, chacun de ces enseignements offre lui-meme le plus souvent une large etendue de possibilites, les parametres etant generalement definis par des plages de valeurs relativement largest Enfin, ces enseignements concernent, quand cela est specific, les echanges avec fluide frigorigene, fluide qui, typiquement, s'evapore ou se condense dans le circuit frigorifique, le fluide ayant un comportement different en evaporation et en condensation. Jusqu'a present, ces enseignements concernent des tubes rainures pour echangeurs fonctionnant soit en condensation, soit en evaporation. En dehmitive, l'homme du metier a deja beaucoup de diffcultes pour firer la quintessence de l'etat de la technique, parmi un si grand nombre de donnees, parfois contradictoires. s L'homme du metier salt par contre qu'un tube typique du commerce, a nervures triangulaires comme represente a la fgure 1, presente typiquement les caracteristiques suivantes: diametre exterieur De = 12 mm, hauteur de nervure H = 0,25 mm, epaisseur de paroi du tube Tf= 0,35 mm, nombre de nervures N = 65, angle d'helice = 15 , angle d'apex oc = 55 . De maniere a repondre a une demande du marche, ['objet de la presente invention concerne les tubes pour echangeurs a applications reversibles, c' est a dire des tubes ou echangeurs qui peuvent etre utilises avec des fluides frigorigenes a changement de phase, tantot en evaporation, tantot en condensation, c'est-a-dire soit pour refroidir, par exemple comme climatiseurs, soit pour rechauffer, par exemple comme moyens de chauffage, typiquement de l'air ou un fluide secondaire. Plus particulierement, la presente invention a pour objet des tubes qui, non seulement presentent un excellent compromis entre les performances thermiques en mode evaporation et en mode condensation de fluide frigorigene, mais qui, de plus, presentent intrinsequement des performances elevees aussi bien en evaporation qu'en condensation. La demanderesse a done recherche des tubes et echangeurs a la fois economiques, avec 2s un poids par metre relativement peu eleve, et des performances d'echange thermique elevees, a la fois en evaporation et en condensation. DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon ['invention, les tubes metalliques rainures, d'epaisseur Tf en fond de rainure, de diametre exterieur De, typiquement destines a la fabrication d'echangeurs de chaleur fonctionnant en evaporation ou en condensation ou en mode reversible et utilisant un fluide frigorigene a changement de phase, rainures interieurement par N nervures s helicordales d'angle d' apex a, de hauteur H. de largeur de base LN et d'angle d'helice, deux nervures consecutives etant separees par une rainure typiquement a fond plat de largeur LR, avec un pas P egal LR + LN, vent caracterises en ce que, a) le diametre exterieur De est compris entre 4 et 20 mm, b) le nombre N de nervares va de 46 a 98, en fonction notamment du diametre De, o c) la hauteur H des nervures va de 0,18 mm a 0,40 mm, en fonction notamment du diametre De, d) ['angle d'apex oc va de 15 a 30 , e) ['angle d'helice va de 18 a 35 , de maniere a obtenir simultanement un coefficient d'echange thermique eleve a la fois en evaporation et en condensation, une faible perte de charge et un tube le plus leger possible et cela sans surcout de fabrication par rapport aux tubes specifiques a ['evaporation ou a la condensation. Suite a ses travaux de recherche, la demanderesse a reussi a resoudre les problemes poses par la combinaison de moyens et ['ensemble de caracteristiques qui precedent. La caracteristique definie sous a) definit la plage de diametre exterieur De des tubes dans le domaine d'application vise par les tubes selon ['invention. 2s La caracteristique sous b), relative au nombre N de rainures, et done au pas P correspondent, specific que ce nombre doit etre relativement eleve. Les essais de la demanderesse avec des batteries a ailettes ont montre que ce nombre de rainures a une grande influence sur la performance thermique des echangeurs. Ainsi, par exemple, pour un diametre de tube De 9,52 mm: - quand le nombre N est inferieur a 46, il a ete observe que la performance de l'echangeur chutait considerablement. - en ce qui concerne la limite superieure du nombre N. elle est essentiellement d'ordre technologique et pratique, et depend des possibilites technique de fabrication des tubes s rainures, cette limite superieure varie done, et augmente avec le diametre De du tube. Il a ete observe sur un tube de 12 mm de diametre De, qu'un nombre de nervures N de 98 assure une performance thermique elevee de l'echangeur en evaporation et en condensation. lO En ce qui concerne la caracteristique sous c), relative a la hauteur H des nervores ou profondeur des rainures, les limites de H resultent des observations suivantes: - pour des valeurs de H superieures a 0,40 mm, il a ete note une faisabilite technique moindre, car il n'est pas aise de fabriquer des nervures de tres grande hauteur, et il a ete note en outre une augmentation de la perte de charge, - pour des valeurs de H inferieures a 0,20 mm, il a ete note que la performance d'echange thermique diminue trop et devient insuffisante. Cette hauteur H peut varier avec le diametre du tube, les tubes de plus grand diametre ayant de preference les nervcres de plus grande hauteur. La caracteristique sous d), relative a [' angle d' apex a, prevoit que cet angle doit etre choisi dans une plage relativement etroite (15 - 30 ) et avec de valeurs d'angle d'apex a relativement falbles. D'une part, une faible valeur d' angle a est preferable pour ameliorer la performance du transfert de chaleur pour diminuer la perte de charge et pour diminuer le poids du tube / s m. C'est avec des nervures trapezodales que ['angle o peut etre le plus faible. Cependant, la limite inferieure est essentiellement lie a la fabrication de tubes rainures selon ['invention pour conserver une haute cadence de production. La caracteristique sous e), relative a ['angle d'helice,B, montre que cet angle doit etre au moins egal a 18 pour resoudre les problemes de ['invention, et au plus egal a 35 a cause de ['augmentation significative des pertes de charge, notamment avec certains fluides frigorigenes, par exemple le fluide frigorigene R134a. En ce qui concerne l'epaisseur Tf du tube en fond de rainure, elle peut varier en fonction du diametre De, de maniere a avoir a la fois des proprietes mecaniques suffisantes, notamment une resistance a la pression interne, une economic de matiere maximum, et done un cout matiere optimise, et un poids au metre le plus faible possible. Cette epaisseur Tf est de 0,28 mm pour un tube de 9,55 mm de diametre De, et de 0,35 mm pour un tube de 12,7 mm de diametre De. L'ensemble de ces moyens permet de definir une selection de tubes, tubes specifiques particulierement adaptes aux echangeurs avec fluides frigorigenes a changement de phase, de maniere a avoir simultanement un coefficient d'echange thermique eleve en evaporation et en condensation, une faible perte de charge et un tube le plus leger possible. DESCRIPTION DES FIGURES Les figures la et lb vent destinees a illustrer la signif1cation des differents parametres utilises pour definir les tubes selon ['invention. La figure la represente une vue partielle d'un tube rainure (1), en coupe partielle selon l'axe du tube, de maniere a illustrer ['angle dthelice p. La figure lb represente une vue partielle d'un tube rainure (1), en coupe partielle perpendiculairement a l' axe du tube, de maniere a illustrer le cas d'un tube comprenant une succession de nervures (2) de hauteur H. nervures de forme sensiblement triangulaire, de largeur LN a la base et d'angle d'apex o, separees par des rainures (3) de forme sensiblement trapezoidale et de largeur LR, LR etant la distance entre deux rainures nervures. Ce tube a une epaisseur Tf, un diametre exterieur De, un diametre interieur Di et un pas P egal LR + LN Les figures 2a a 2c vent des coupes partielles d'un tube de 8 mm de diametre De et de 0,26 mm d'epaisseur Tf, selon un exemple de realisation de ['invention, dans lequel les nervures forment une alternance de nervares trapezodales de hauteur H1 et de hauteur H2 s La figure 2a represente 3 nervures (2) completes et 2 nervures partielles, espacees par des rainures (3), et porte une echelle "200 1lm''. La figure 2b represente 2 nervures completes et porte une echelle " 100 m". La figure 2c represente 1 seule nervure (2) et porte une echelle "50 1lm''. o La figure 3 represente une coupe partielle d'un tube de 9,52 mm de diametre De et de 0,30 mm d'epaisseur Tf selon ['invention. Les differentes courbes de la figure 4 donnent, en condensation a 30 C avec fluide R22, le coefficient d'echange Hi (en W/m2.K) en ordonnee en fonction du debit de fluide G. is en abscisse (en Kg/m2.s). Les differentes courbes de la figure 5 donnent, en evaporation a 0 C du fluide R22, le coefficient d'echange Hi (en W/m2.K) en ordonnee en fonction du debit de fluide G. en abscisse (en Kg/m2.s). Ces courbes correspondent a une tube selon ['invention - note E selon la figure 3, et a des tubes de l'etat de la technique notes "A", "C", "D" et "S", tous ces tubes etant de meme diametre exterieur De = 9,52 mm. Voir les exemples de realisation. Les figures 6 et 7 indiquent, en ordonnee, la puissance frigorifique d'echange mesuree en watt d'une batterie de tubes et d'ailettes en fonction, en abscisse de la vitesse frontale 2s de l'air qui circule entre les ailettes exprimee en m/s. Ces courbes correspondent a une tube selon ['invention - note E, selon les figures 2a a 2c, et a des tubes de ltetat de la technique notes "A", "B" et "S", tous ces tubes etant de meme diametre exterieur De = 8,00 mm. Voir les exemples de realisation. La batterie (4), schematisee sur la figure 8, est formee de tubes (1) de De = 9,52 mm et forme un bloc de dimensions: 400 mm x 400 mm x 65 mm, avec une densite de 12 _ _rr _ = ^ -; = '^ - 2837270 .. ailettes (5) par 25,4 mm, la batterie (4) comprenant 3 rangees de 16 tubes rainures (1), et le fluide frigorigene etant le R22. La figure 6 est relative aux mesures en condensation sur la meme batterie que precedemment, avec une temperature d'entree d'air de 23,5 C et une temperature de condensation de 36 C du fluide frigorigene R22. La figure 7 est relative aux mesures en evaporation sur la meme batterie, avec une temperature d'entree de 26,5 C, et une temperature d'evaporation de 6 C du fluide f igorigene R22. r La figure 8 est une vue schematique en perspective de la batterie (4) de tubes (1) avec ailettes (5) ayant servi aux tests. La figure 9 represente graphiquement en ordonnee le gain de puissance frigorifique en evaporation des batteries, selon la figure 7, avec une vitesse d'air de reference de 1,25 m/s, en fonction du facteur de Cavallini en abscisse pour les differents tubes testes: tube lisse S. tube E selon ['invention, et tubes A et B selon l'etat de la technique. La figure 10 est un graphique indiquant, en ordonnee, le coefficient d'echange thermique Hi (W/m2.K) sur tubes en evaporation avec le fluide frigorigene R407C, en fonction du pourcentage ponderal de vapeur dans le fluide frigorigene, en abscisse, la temperature d'evaporation etant de 5 C. Les mesures ont ete faites avec un flux de chaleur de 12 kW/m2 et un debit massique de 100 ou 200 kg/m2.s de fluide frigorigene R407C, comme indique sur la figure, sur des tubes de diametre De egal a 9,52mm. La figure 11 est une vue d'une portion de surface interne d'un tube rainure selon 2s ['invention dote d'une contre-rainure axiale (30), avec, au-dessous, sa representation ... schematique. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Selon une modalite de ['invention illustree sur les figures 2a a 2c, lesdites nervures peuvent former une succession de nervures de hauteur H1=H et de hauteur H2 = a.H1, avec a compris entre 0,6 et 0,9, et de preference compris entre 0,70 et 0,85, la valeur de a etant voisine de 0,75 sur les figures 2a a 2c. s Typiquement, et comme illustre sur ces figures, ladite succession peut etre une alternance de nervures de hauteur Hl et de nervures de hauteur H2 separees par un fond de rainure typiquement plat. Cependant, comme illustre sur la figure 3, les tubes rainures selon ['invention ne comprennent pas necessairement une telle alternance de nervures a hauteur differencie lo comme sur les figures 2a a 2c, les nervures pouvant avoir sensiblement la meme hauteur. Typiquement, dans le cas de tubes de 9,52 mm de diametre De, on peut avoir: -HallantdeO,18aO,3 mm, - et/ou N inferieur a 75, et allant de preference de 64 a 70. De meme, lorsque De est au moins egal a 9,55 mm, on peut avoir: - H allant de 0, 25 a 0,40 mm, -Nallantde70a98. En ce qui concerne ['angle d'apex a, une plage preferee de ['angle d'apex peut aller de a 28 , une plage encore plus restreinte allant de 22 a 25 assurant le meilleur compromis entre les exigences en matiere de performance technique et celles liees a ltexpansion des tubes en vue de leur solidarisation aux ailettes des batteries. En ce qui concerne ['angle d'helice, une plage preferee de ['angle d'helice peut aller de 22 a 30 , une plage encore plus restreinte allant de 25 a 28 assurant le meilleur compromis entre les exigences en matiere de performance technique et celles liees a la perte de charge. Cet angle peut varier avec le diametre interieur Di: il a ete trouve avantageux d'avoir un rapport p/Di superieur a 2,40 /mm, et de preference superieur a 3 /mm. De preference, lesdites nervures ont un profil de type "trapeze" avec une base de largeur LN et un sommet, raccordes par des bords lateraux faisant entre eux ledit angle d'apex oc, comme illustre sur la figure 2c, ledit sommet comprenant une partie centrale sensiblement plate, typiquement parallele a ladite base, mais eventuellement en pente par rapport a ladite base. Quelle que soit le cas, ledit sommet de ladite nervure formant un petit cote du trapeze peut pres enter des bords arrondis ou non, c' est- a- dire a tres faible rayon de courbure, ces bords formant un raccordement audit sommet audits bords lateraux. Lesdits bords arrondis peuvent presenter un rayon de courbure allant typiquement de 0 4O'lm a lOO 1lm, et allant de preference de 50 m a 80pm, comme illustre sur les figures 2a a 2c. Ces plages de rayon de courbure correspondent a un compromis entre les performances thermiques des tubes et la faisabilite des tubes, les outils destines a fabriquer les tubes avec les plus petite rayons de courbure ayant le plus tendance a s'user. Lorsque les bords ne vent pas arrondis, comme illustre sur la figure 3, le rayon de courbure peut etre typiquement inferieur a 50 1lm, et meme inferieur a 20 1lm. Selon ['invention, la largeur LR du fond plat de ladite rainure et la largeur LN de la base de ladite nervure peuvent etre telles que LR = b.LN avec b allant de l a 2, et de preference de l,l a 1,8, de maniere a avoir un tube presentant un poids par metre relativement teas. Typiquement, et comme illustre sur les figures 2a a 2c et 3, les cites nervures et ledit fond plat des cites rainures peuvent se raccorder avec un rayon de courbure inferieur a 2s 50 1lm, et de preference inferieur a 20 1lm. Dans ce cas, il semble qu'il y ait un meilleur decollement du film liquide de fluide frigorigene de la paroi interne du tube, ce qui favorise l'echange thermique. Les tubes selon ['invention peuvent presenter, meme en ['absence de rainurage axial, un facteur de Cavallini au moins egal a 3,1. Ils peuvent presenter avantageusement un facteur de Cavallini au moins egal a 3,5 et de preference au moins egal a 4,0. Le facteur de Cavallini RxA2 (Rx.Rx) qui intervient dans les modeles d'evaluation du coeffcient d'echange, est un facteur purement geometrique egal a: [ [2. N. H. (1-Sin ((x/2)) 1 (3,14. Di. Cos (/2)) + 1] / Cos] A2 De maniere a augmenter encore le facteur de Cavallini, et comme illustre sur la figure 11, les tubes selon ['invention peuvent comprendre en outre un rainurage axial (30) creant dans lesdites nervures des encoches a profil typiquement triangulaire a sommet arrondi, ledit sommet presentant un angle allant de 25 a 65 , ladite partie inferieure ou sommet est a une distance h du fond desdites rainures allant de 0 a 0,2 mm. io Un tel rainurage axial peut etre obtenu une fois formees lesdites nervures par passage d'une molette de rainurage dans le sens axial. Les tubes rainures selon ['invention peuvent etre en cuivre et al li ages de cuivre, aluminium et alliages d'aluminium. Ces tubes peuvent etre obtenus typiquement par rainurage de tubes, ou eventuellement, par rainurage a plat d'une bande metallique puis formation d'un tube soude. Un autre objet de ['invention est constitue par les echangeurs de chaleur utilisant des tubes selon ['invention. Ces echangeurs de chaleur peuvent comprendre des ailettes d'echange thermique en contact avec lesdits tubes sur une fraction desdits tubes, dans lesquels la distance maximale entre lesdites ailettes et lesdits tube, sur la fraction qui ntest pas en contact, est inferieure a 0,01 mm, et de preference inferieure a 0,005 mm. Un autre objet de ['invention est constitue par l'utilisation de tubes et d'echangeurs selon ['invention, pour climatiseurs reversibles et echangeurs multitubulaires comme refroidisseurs. EXEMPLES DE REALISATION I - Fabrication des tubes: Les essais ont ete realises sur tubes de cuivre de 8,0 mm ou de 9,52 mm de diametre exterieur. On a fabrique le tube "E" de ['invention selon les figures 2a a 2c avec un diametre De de 8,0 mm, et selon la figure 3 avec un diametre De de 9,52 mm, ainsi que des tubes comparatifs "S" ou lisse, "C", "D", qui presentent un angle d'helice eleve (au moins egal a 20 ), destines a la condensation selon l'etat de la technique, et des tubes comparatifs "A" et "B", qui presentent un angle d'apex oc eleve (au moins egal a 40 ) et un angle dthelice faible (au plus egal a 18 ), destines a ['evaporation selon l'etat de la o technique. Les tubes E, A, B. C ont ete fabriques par rainurage d'un tube de cuivre lisse - tube S. alors que la tube D a ete fabrique par rainurage a plat d'une bande metallique puis formation d'un tube soude. Un certain nombre d'essais ont ete realises sur des tubes de cuivre de 9, 52 mm de diametre exterieur De. Ces tubes presentent les caracteristiques suivantes: Type de H en mm angle angle N Type de nervure Tf mm LR/LN tube E 0,20 25 25 66 Trapezoidales 0,30 2,3 B 0,20-0, 17 40 16 74 Triangulaires 0,30 1,88 alternees A 0, 20 50 18 60 Triangulaires 0,30 2,00 C 0,20 40 30 60 Triangulaires 0,30 1, 94 D 0,20 15 20 72 Doubles nervures 0,30 3,66 croisees * Tube lisse 0,30 * 72 nervures principales d'angle d'helice egal a + 20 entrecoupees de rainures secondaires inclinees d'un angle de - 2 0 par rapport a l' axe du tube, la profondeur des rainures etant sensiblement egale a la hauteur des nervures principales. Un certain nombre d'autres essais ont ete realises sur des tubes de cuivre de 8,0 mm de diametre exterieur. Ces tubes presentent les caracteristiques suivantes: Type de H en mm angle angle N Tvpe de nervure Tf mm LR/LN tube oc E 0,20-0,16 21 18 46 Trapezodales 0,26 2,5 Fig.2a _ alternees B 0,18-0,16 40 18 64 Triangulaires 0,26 2,38 alternees _ A 0,18 40 18 50 Triangulaires 0,26 2,33 Tube lisse 0,3 II - Fabrication de batteries ou echangeurs: On a fabrique des batteries a ailettes selon la figure 8 a partir de ces tubes, en placant les tubes dans les collets des ailettes puis en plaquant le tube contre le rebord des collets par expansion du tube a ['aide d'un mandrin conique. Ces batteries forment un bloc de dimensions: 400 mm x 400 mm x 65 mm, avec une densite de 12 ailettes par 25,4 mm, la batterie comprenant 3 rangees de 16 tubes, et le fluide frigorigene etant le R22. III - Resultats obtenus: Les figures 4 a 7, et 9 a 10 illustrent les differents resultats de ['invention. III-1 Resultats obtenus sur tubes: A) Resultats obtenus en condensation avec fluide frigorigene R22 sur tubes de De egal a 9,52 mm: TUBES => E A C D S Proprietes Fig. 3 Poids g/m 89 93,5 95 95 78 Perte de 2500 2400 3000 charge dP** +/-100 +/-100 +/-100 Facteur 3,94 2,72 3,53 1 Cavallni Coeff1cient* 6850 4950 6300 6000 2850 d'echange Hi +/-50 +/-50 +/-50 +/50 +/-50 * Coefficient l'echange H i en W/m.K pour un debit de fluide G egal a 350 Kg/m.s. Conditions de mesure: temperature de 30 C, longueur du tube de 6 m, et debit de fluide G egal a 350 kg/m2.s ** en Pa!m mesuree pour un debit de fluide G egal a 350 kg/m2.s B) Resultats obtenus en evaporation avec fluide frigorigene R22 sur tubes de De egal a 8,0 mm: TUBES => E A S Proprietes Fig. 2a Poids g/ m 66 68 66 Perte de 6700 8000 7000 5800 charge dP** +/-100 +/-100 +/-100 +/-100 Facteur 3,13 3,02 2,68 1 Cavallini Coefficient* 10500 9500 8500 4500 d'echange Hi +/- 100 +/- 100 + /+/- 100 moyen 2 * Coefficient l'echange 1: i en W/m.K. pour un de it de fluide G egal a 200 Kg/m2.s. Conditions de mesure: temperature de 0 C, longueur du tube de 3 m, flux de 10 a 12 o kW/m2.K, titre en vapeur allant de 0,2 a 0,9, et debit de fluide G egal a 200 kg/m2.s ** en Pa/m mesuree pour un debit de fluide G egal a 200 kg/m2.s C) Resultats obtenus en evaporation avec fluide frigorigene R407C sur tubes de De egal a 9,52 mm: TUBES => E Proprietes Fig. 3 Poids g/m 89 92,3 Facteur de 3,94 3,3 Cavalln Perte de 600 700 charge dP* +/ 40 +/-40 Coefficient* 6000 2500 d'echange Hi +/+/- 100 local Perte de 1200 1200 charge dP** +/-40 +/-40 Coefficient** 11000 3000 d'echange Hi +/- 100 +/- 100 moyen Conditions des mesures: temperature de 5 C et flux de 12 kw/m2.K. Voir figure 10. * Coefficient d'echange Hi en W/m2.K et perte de charge dP en Pa/m prises a un debit de fluide G egal a 100 Kg/m2.s et avec un titre moyen de vapeur de 0,6. ** Coefficient d'echange Hi en W/m2.K et perte de charge dP en Palm prises a un debit de fluide G egal a 200 Kg/m2.s et avec un titre moyen de vapeur de 0,3. III - 2 Resultats obtenus sur batteries: BATTERIES E B A S Proprietes Puissance* 5025 4230 4100 4050 Condensation +/-150 +/-127 +/164 +/-121 (watt) Fig.6 Puissance** 4650 4350 4200 4050 Evaporation +/140 +/- 175 +/-90 +/- 121 (watt) Fig.7 * pour une vitesse frontale de l'air prise egale a 2,8 m/s. * * pour une vitesse frontale de l'air prise egale a 1,5 m/s - IV Conclusions: Tous ces resultats montrent que les tubes et echangeurs ou batteries de tubes selon ['invention presentent des proprietes superieures aux produits analogues de l'etat de la technique, a la fois en evaporation et en condensation. En consequence, et de maniere surprenante, les tubes selon ['invention ne constituent pas seulement un bon compromis de performances en evaporation et en condensation, mais presentent aussi, dans l'absolu, d'excellentes performances par rapport aux tubes de l'etat de la technique utilises en evaporation et ccux utilises en condensation, ce qui est 0 d'un grand interet en pratique. En outre, en ce qui concerne le poids au metre, les valeurs obtenues avec les tubes selon ['invention correspondent a un gain allant de 3,7 a 6,7 %par rapport aux tubes selon ltetat de la technique, pris a meme diametre et a meme epaisseur Tf, ce qui est considere comme tres important. Enfin, les tubes selon ['invention de type E peuvent etre fabriques avantageusement par rainurage a haute cadence de tube de cuivre non rainure lisse, typiquement a une vitesse de rainurage voisine de celle utilisee pour les tubes de type B. a savoir au moins 80 m/mint AVANTAGES DE L'INVENTION L' invention presente de grands avantages. En effet, d'une part, les tubes et batteries obtenus selon ['invention presentent des performances intrinseques elevees. D'autre part, ces performances vent elevees a la fois en evaporation et en condensation, ce qui permet l'utilisation d'un meme tube pour ces deux applications. En outre, les tubes vent d'un poids au metre relativement faible, ce qui est tres avantageux a la fois d'un point de vue pratique, et du point de vue economique avec un cout matiere relativement teas. Enfin, les tubes scion ['invention ne necessitent pas de moyens de fabrication specifiques. Ils peuvent etre fabriques avec les equipements standards et notamment avec les cadences de production habituelles. LISTE DES REPERKS Tube rainure l Nervure 2 Rainure 3 lo Rainure axiale 30 Batterie 4 Ailette 5 REVENDICATIONS 1. Tubes metalliques (1) rainures, d'epaisseur Tf en fond de rainure, de diametre exterieur De, typiquement destines a la fabrication d'echangeurs de chaleur fonctionnant en evaporation ou en condensation ou en mode reversible et utilisant un fluide frigorigene a changement de phase, les dits tubes etant rainures interieurement par N nervures helicodales (2) d'angle d'apex a, de hauteur H. de largeur de base LN et d'angle d'helice 0, deux nervcres consecutives etant separees par une rainure (3) typiquement a fond plat de largeur LR, avec un pas P egal LR + LN, caracterises en ce o que, a) le diametre exterieur De est compris entre 4 et 20 mm, b) le nombre N de nervures va de 46 a 98, en fonction notamment du diametre De, c) la hauteur H des nervures va de 0,18 mm a 0,40 mm, en fonction notamment du diametre De, d) ['angle d'apex a va de 15 a 30 , e) ['angle d'helice va de 18 a 35 , de maniere a obtenir simultanement un coefficient d'echange thermique eleve en evaporation et en condensation, une faible perte de charge et un tube le plus leger possible. 2. Tubes selon la revendication 1 dans lesquels lesdites nervures forment une succession de nervures de hauteur H1=H et de hauteur H2 = a.H1, avec a compris entre 0,6 et 0,9, 3. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 2 dans lesquels ladite succession 2s est une alternance de nervures de hauteur H1 et de nervures de hauteur H2 separees par un fond de rainure typiquement plat. 4. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 3 dans lesquels, lorsque De est inferieur ou egal a 9,55 mm, on a: - H allant de 0,18 a 0,3 mm, et de preference de 0,20 a 0,25 mm, - et/ou N inferieur a 75, et allant de preference de 64 a 70. 5. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 3 dans lequel, lorsque De est au moins egal a 9,55 mm, on a: - H allant de 0,25 a 0,40 mm, -Nallantde70a98. 6. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 5 dans lequel ['angle d'apex oc va de 20 a 28 7. Tubes selon la revendication 6 dans lequel ['angle d'apex oc va de 22 a 25 . 8. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 7 dans lequel ['angle d'helice va de 22 a 30 . IS 9. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 8 dans lequel ['angle d'helice va de 25 a 28 10. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 9 dans loquel lesdites nervures ont un prof1 de type "trapeze" avec une base et un sommet, ledit sommet comprenant une partie centrale sensiblement plate, et eventuellement en pente par rapport a ladite base. 11. Tubes selon la revendication 10 dans lequel le sommet de ladite nervure formant un petit cote du trapeze presente des bords arrondis. 12. Tubes selon la revendication 11 dans lesquels ledit sommet arrondi ou lesdits bords arrondis presentent un rayon de courbure allant typiquement de 40 1lm a 100 1lm, et de preference de 50 1lm a 80 1lm. 13. Tubes selon une quelconque des revendications l a 12 dans lesquels la largeur LR du fond plat de ladite rainure et la largeur LN de la base de ladite nervure vent tels que LR = b.LN avec b allant de 1 a 2, et de preference de 1,10 a 1,8. 14. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 13 dans lesquels lesdites nervures et ledit fond plat desdites rainures se raccordent avec un rayon de courbure typiquement inferieur a 50 1lm, et de preference inferieur a 20 m. 15. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 14 presentant un facteur de o Cavallini au moins egal a 3,1. 16. Tubes selon la revendication 15 dans lequel le facteur de Cavallini est au moins egal a 3,5 et de preference au moins egal a 4,0. lS 17. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 16 qui comprennent en outre un rainurage axial creant dans lesdites nervures des encoches a profil typiquement triangulaire a sommet arrondi, ledit sommet presentant un angle allant de 25 a 65 , ladite partie inferieure ou sommet est a une distance h du fond desdites rainures allant de O a 0,2 mm. 18. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 17 en cuivre et alliages de cuivre, aluminium et alliages d'aluminium. 19. Tubes selon une quelconque des revendications 1 a 18 obtenus typiquement par 2s rainurage de tubes, ou eventuellement, par rainurage a plat d'une bande metallique puis formation d'un tube soude. 20. Echangeurs de chaleur utilisant des tubes selon une quelconque des revendications 1 al9. l r 21. Utilisation de tubes scion une quelconque des revendications 1 a 19 et d'echangeurs selon la revendication 20, pour climatiseurs reversibles et echangeurs multitubulaires