Brevet FR2870899A1 — publié le 20051202

" Dispositif de perte de charge pour un tube vortex " La présente invention se rapporte à un dispositif de perte de charge utilisable dans un tube vortex. La présente information se rapporte aussi à un tube vortex équipé d'un tel dispositif. Les tubes vortex sont généralement utilisés pour la production d'air froid ou même d'air glacé, par exemple 40 centigrades sous zéro. Ces tubes comprennent principalement un tube dit chaud dans lequel de l'air pressurisé est introduit tangentiellement par une entrée d'air, de façon à former un premier tourbillon dans le tube chaud. L'air ainsi tourbillonnant se déplace le long du tube chaud jusqu'à rencontrer un dispositif de perte de charge. A cet endroit l'air tourbillonnant se partage en deux, une première partie poursuit son déplacement jusqu'à une sortie chaude, et une deuxième partie, forme un deuxième tourbillon, se déplaçant à l'intérieur du premier tourbillon et se déplaçant en sens inverse dans le tube chaud, jusqu'à une sortie froide située au-delà de l'entrée d'air, dans le prolongement du tube chaud. Lors de leurs parcours respectifs dans le tube chaud, les deux tourbillons échangent de l'énergie, de sorte que de l'air froid sort de la sortie froide et de l'air chaud sort de la sortie chaude. Le réglage du débit de la sortie chaude permet de régler, notamment, les températures de l'air aux sorties. Typiquement, le dispositif de perte de charge est en tôle, tubulaire et sa section a la forme d'une étoile. Cependant, un tel dispositif est difficile et coûteux à fabriquer relativement au prix d'ensemble d'un tube vortex. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de perte de charge facile et peu coûteux à fabriquer. Selon l'invention, un tel dispositif de perte de charge, apte à être introduit dans un tube chaud d'un tube vortex est caractérisé en ce qu'il comprend un noyau et des ailettes s'étendant à partir du noyau. Les ailettes peuvent être sensiblement identiques entre elles, être planes, et s'étendre radialement depuis le noyau. En outre, chaque ailette s'étendant - 2 dans une direction peut être coplanaire avec une ailette s'étendant dans une direction opposée. Avantageusement, le dispositif peut comprendre au moins deux plaques comprenant chacune une fente, chaque plaque pénétrant dans la fente d'au moins une autre plaque. Encore plus avantageusement, les plaques sont sensiblement rectangulaires et la fente de chaque plaque s'étend selon une médiane de la plaque. De préférence, la fente s'étend sensiblement selon la moitié de la longueur de la médiane. Le noyau est avantageusement formé par une section commune entre 10 au moins deux plaques. Le dispositif comprend de préférence deux plaques sensiblement identiques entre elles, et comprend avantageusement des moyens pour les maintenir sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre. L'invention porte également sur un tube vortex comprenant un tube chaud cylindrique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de perte de charge tel que précédemment décrit, ledit dispositif étant disposé dans le tube chaud à proximité d'une extrémité chaude, de sorte que le noyau du dispositif s'étende sensiblement selon l'axe de cylindre dudit tube chaud. Avantageusement, une dimension transversale du dispositif de perte de charge est sensiblement égale à un diamètre intérieur du tube chaud, de sorte que ledit dispositif de perte de charge y est maintenu par coincement, et une plus grande dimension du dispositif de perte de charge peut s'étendre selon l'axe de cylindre du tube chaud. Il apparaît en outre qu'un dispositif selon l'invention permet 25 d'augmenter notablement le rendement du tube vortex. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube vortex selon 30 l'invention. - la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif de perte de charge selon l'invention; et, - 3 - la figure 3 est une vue en plan d'une plaque pour former un dispositif selon l'invention. La figure 1 représente un tube vortex 1 comprenant un corps 2 sensiblement tubulaire. Le corps 2 comprend une extrémité froide 21, se prolongeant longitudinalement par un tube chaud 22 de section intérieure cylindrique, jusqu'à une extrémité chaude 23. L'extrémité froide a une section intérieure sensiblement cylindrique et coaxiale avec la section intérieure du tube chaud. La section intérieure de l'extrémité froide a un diamètre supérieur D21 au diamètre D22 de la section intérieure du tube chaud. Un épaulement 25. Une entrée 24 pour de l'air comprimé dans le tube vortex s'étend radialement à l'extérieur de l'extrémité froide 21. Une pièce de sortie froide 3 est montée ajustée dans la section tubulaire de l'extrémité froide 22. Un écrou 5 maintient la pièce de sortie froide en butée contre l'épaulement 25. La pièce de sortie froide 3 et l'extrémité froide 22 forment entre elles une chambre annulaire 4 dans laquelle débouche l'entrée d'air comprimée 24. Des canaux 31, dans la pièce de sortie froide 3, relient la chambre annulaire 4 avec une chambre intérieure cylindrique 32. Les canaux 31 ont sensiblement une forme de spirale, et sont régulièrement répartis entre la chambre annulaire 4 et la chambre intérieure 32. En s'éloignant de l'extrémité chaude, depuis la chambre intérieure, la pièce de sortie froide comprend une section intérieure d'abord cylindrique, de diamètre D3 plus petit que celui de la chambre intérieure, puis s'évasant de façon conique pour former une sortie froide 33. Un bouchon 6 est monté vissé à l'intérieur de l'extrémité chaude 23 du tube chaud 22, de sorte que l'extrémité chaude 23 forme une jupe autour du bouchon. Le bouchon 6 comprend des orifices périphériques 61 reliant l'intérieur du bouchon avec l'intérieure de la jupe. Le tube vortex comprend en outre un dispositif de perte de charge 7 monté en force dans le tube chaud, au voisinage de l'extrémité chaude 23. De l'air comprimé est introduit par l'entrée d'air 24 dans la chambre annulaire 4, puis pénètre dans la chambre intérieure 32 via les canaux 31. - 4 La disposition en spirales des canaux permet de former un premier tourbillon Ti dans le tube chaud 22. L'air Ti ainsi tourbillonnant se déplace le long du tube chaud, en direction de l'extrémité chaude, jusqu'à rencontrer le dispositif de perte de charge 7. A cet endroit l'air tourbillonnant se partage en deux parties, une première partie C poursuit son déplacement jusqu'à la sortie chaude, au travers des orifices 61 du bouchon 6, et une deuxième partie, forme un deuxième tourbillon T2, se déplaçant, dans la direction inverse, à l'intérieur du premier tourbillon Ti, jusqu'à la sortie froide 33, située au-delà de l'entrée d'air 24, dans le prolongement du tube chaud 22. Lors de leurs parcours respectifs dans le tube chaud, les deux tourbillons échangent de l'énergie, de sorte que de l'air froid F sort de la sortie froide et de l'air chaud C sort de la sortie chaude. Le vissage du bouchon 6, donc son enfoncement dans la jupe permet de régler l'ouverture de la sortie chaude, donc le débit d'air chaud C en sortant. Le réglage du débit de la sortie chaude permet de régler, notamment, les températures de l'air C,F aux sorties. Un dispositif de perte de charge selon l'invention est maintenant décrit plus en détail en référence aux figures 2 et 3. Dans l'exemple illustré, le dispositif de perte de charge 7 comprend un noyau 70 à partir duquel s'étendent 4 ailettes 71A,71 B,72A et 72B. Le dispositif de perte de charge 7 est formé de deux plaques 71,72 sensiblement identiques entre elles. Dans l'exemple décrit, et de façon préférée les plaques sont en acier inoxydable. La figure 3 illustre la plaque 25 71, mais la même figure et la même description pourrait s'appliquer à la plaque 72. La plaque 71 est sensiblement rectangulaire. La dimension L1 de l'un des côtés (ici la largeur de la plaque) est sensiblement égale au diamètre D22 intérieur du tube chaud 22, afin de pouvoir y être introduite en force et de s'y maintenir par coincement. Les angles 74 de la plaque sont arrondis pour faciliter son introduction dans le tube chaud 22. - 5 La plaque 71 comprend une fente 73 s'étendant le long de la médiane longitudinale de la plaque, sur une longueur sensiblement égale à la moitié de la plus grande longueur L2 de la plaque 71. La largeur L3 de la fente est au moins sensiblement égale à l'épaisseur E des plaques. Les plaques sont montées l'une avec l'autre par simple emboîtement, de sorte que l'une est introduite dans la fente de l'autre. Les deux plaques forment ainsi un noyau 70 dont la section transversale et un carré de côté l'épaisseur E des plaques 71,72, et des ailettes 71 A,71 B et 72A, 72B portées deux à deux par la même plaque, respectivement 71,72, de part et d'autre de la médiane portant la fente 73, les ailettes s'étendant depuis le noyau 70 formé par l'intersection des plaques 71,72. Dans l'exemple illustré, la largeur L3 de la fente est sensiblement égale à l'épaisseur de d'une plaque, et la fente disposée de sorte que les plaques sont maintenues sensiblement perpendiculaires entre elles par leur emboîtement réciproque. Les plaques sont introduites ensembles, ainsi montées, dans le tube chaud 22. Dans leur position de montage, telle qu'illustrée à la figure 1, les ailettes et le noyau sont parallèles à l'axe du cylindre intérieur du tube chaud. Les plaques sont montées coincées le long de leurs bords longitudinaux contre paroi intérieure cylindrique du tube chaud. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le noyau peut être un élément autonome sur lequel chaque ailette est montée individuellement. Aussi, plutôt que le noyau ait une section sensiblement constante et carrée, le noyau peut être, par exemple de forme ogivale, la pointe dirigée vers la sortie froide. - 6 REVENDICATIONS 1. Dispositif de perte de charge (7) pour être introduit dans un tube chaud (22) d'un tube vortex (1) caractérisé en ce qu'il comprend un noyau (70) et des ailettes (71A,71 B,72A,72B) s'étendant à partir du noyau. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes sont sensiblement identiques entre elles. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ailettes s'étendent radialement depuis le noyau. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ailettes sont planes. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque ailette s'étendant dans une direction est coplanaire avec une ailette s'étendant dans une direction opposée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux plaques (71,72) comprenant chacune une fente (73), chaque plaque pénétrant dans la fente d'au moins une autre plaque. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plaques sont sensiblement rectangulaires et en ce que la fente de chaque plaque s'étend selon une médiane de la plaque. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fente s'étend sensiblement selon la moitié de la longueur (L2) de la médiane. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la largeur de la fente (L3) est sensiblement égale à l'épaisseur (E) d'une plaque qui y pénètre. 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le noyau est formé par une section commune entre au moins deux plaques. 11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux plaques sensiblement identiques entre elles. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deux plaques comprennent des moyens (73) pour les maintenir sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre. 13. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que des angles (74) d'une plaque sont arrondis. 14. Tube vortex (1) comprenant un tube chaud (22) cylindrique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de perte de charge (7) selon l'une des revendications 1 à 13, ledit dispositif étant disposé dans le tube chaud à proximité d'une extrémité chaude, de sorte que le noyau (70) du dispositif s'étende sensiblement selon l'axe de cylindre dudit tube chaud. 15. Tube vortex selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une dimension transversale (L1) du dispositif de perte de charge est sensiblement égale à un diamètre intérieur (D22) du tube chaud, de sorte que ledit dispositif de perte de charge y est maintenu par coincement. 16. Tube vortex selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'une plus grande dimension (L2) du dispositif de perte de charge s'étend selon l'axe de cylindre du tube chaud.