FR2812718A1 - Refrigerator heat exchanger tube has thinned end sections for fitting into exchanger partition wall - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un tube d'échange thermique, ainsi qu'un échangeur de chaleur intratubulaire pourvu de tels tubes. <Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a heat exchange tube, as well as an intratubular heat exchanger provided with such 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. Usually, an intratubular type heat exchanger comprises a cylindrical envelope closed at its two ends. Tubes for the passage of a refrigerant, which are housed in the interior volume of this envelope, are fixed at at least one of their ends to a transverse partition pierced with holes. Furthermore, the volume delimited by the external surface of the tubes and the internal surface of the shell of the exchanger defines an intermediate space, into which a fluid to be cooled, such as for example water, is admitted.
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. This intratubular heat exchanger however has certain drawbacks, linked in particular to the method of fixing the end of the tubes to the transverse partition. Indeed, it is necessary to pierce the latter with a multitude of orifices, which induce a mechanical embrittlement of this partition. Furthermore, the tightness existing between the outer surface of the tubes and the walls facing the orifices of the partition proves to be unsatisfactory. The invention proposes to produce a heat exchange tube which overcomes these various drawbacks.
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. For this purpose, it relates to a heat exchange tube, characterized in that it comprises a main central part, as well as at least one thinned end, intended to be fixed to a transverse partition of a heat exchanger intratubular, the external transverse dimension of said main part being substantially greater than the external transverse dimension of the or each thinned end.
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 According to other characteristics of the invention - the ratio between the external transverse dimension of the main part and the external transverse dimension of the or each thinned end is between 1 and 3, preferably between 1.2 and 1.4 ; - the relationship between the interior passage section
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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. of the main part and the interior passage section of the or each thinned end is between 1 and 9, preferably between 1.4 and 2; the ratio between the length of the main part and the length of the or each thinned end is between 10 and 100, preferably between 20 and 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. The invention also relates to an intratubular heat exchanger comprising an envelope, heat exchange tubes arranged in the interior volume of said envelope, these tubes being intended for the passage of a first fluid, in particular a refrigerating fluid, at least one transverse partition intended for fixing said tubes, an inlet for a second fluid, in particular a fluid to be cooled, opening out in the vicinity of said heat exchange tubes, and an outlet for the second fluid, characterized in that each heat exchange tube is as defined above and in that the or each thinned end of each tube is fixed to the or each transverse partition.
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. According to other characteristics of the invention - a thinned end of each tube extends opposite the inlet of the second fluid, so as to define an inlet zone for this second fluid; - the heat exchange tubes are placed in communication with a source of a two-phase refrigerant.
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. The invention finally relates to a heat exchange tube belonging to the intratubular heat exchanger as defined above, this heat exchange tube being characterized in that it comprises a main central part, as well as at least one thinned end, intended to be fixed to a transverse partition of this exchanger, the external transverse dimension of said main part being substantially greater than the external transverse dimension of the or each thinned end.
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, The invention will be described below, with reference to the accompanying drawings, given only by way of nonlimiting examples and in which - FIG. 1 is a view in partial section,
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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. illustrating an intratubular heat exchanger according to the invention; and - Figure 2 is a side view, partially illustrating a heat exchange tube belonging to the heat exchanger of 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. The intratubular heat exchanger represented in FIG. 1 comprises in a known manner a casing 2, for example cylindrical, which is closed at its two lateral ends by flanges 4, 6. Immediately behind the flange 4 is provided a first partition transverse 8 pierced with holes allowing the passage of heat exchange tubes, as will be described in the following.
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. The space defined by the flange 4 and the partition 8 is divided by a diametrical wall 10, so as to form two separate chambers, namely an inlet chamber 12, as well as a discharge chamber 14. A pipe 16, allowing the admission of a first fluid, such as a refrigerating fluid under pressure, opens into the chamber 12, via the flange 4. An additional pipe 18, allowing the evacuation of the aforementioned fluid, is placed in communication with the chamber delivery 14, through the flange 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. There is also provided, in known manner, a second partition 19, opposite to the partition 8, which delimits with the flange 6 a fluid passage chamber, allowing its return to the discharge chamber 14. It should be noted that the first fluid can flow in more than one round trip.
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. The internal volume V of the casing 2, comprised between the flange 6 and the transverse partition 8, contains a multiplicity of heat exchange tubes 20, which will be described more precisely in the following. These cylindrical tubes 20 are placed in communication, on the one hand, with the inlet 12 and discharge 14 chambers and, on the other hand, with the passage chamber, so as to ensure the circulation of the refrigerating fluid.
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 The outer surface of the tubes 20 defines, with the inner walls of the casing 2, an intermediate space intended for the passage of a second fluid, such as a fluid to
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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. cool, for example water. This second fluid is admitted into the interior volume V via an inlet pipe 22, and is discharged through an outlet pipe 24, after having flowed in the vicinity of the pipes 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. As shown in Figure 2, each heat exchange tube 20 comprises a main part 26 terminated by two thinned ends 28, of smaller section. Each end 28 is fixed, in a conventional manner, in a corresponding orifice of one of the transverse partitions 8 and 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. The tube 20 can be provided, as in the example illustrated, with two thinned ends 28 intended to be fixed on the partitions 8 and 19. Alternatively, it can be provided with a single end of smaller section, fixed on a transverse partition of the exchanger, while its other end may have the same diameter as the main part 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. We note L the length of the main part 26, D its external transverse dimension, or external diameter, as well as S its internal section, which corresponds to the cross section of the refrigerant passage.
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. In the same way, we note 1, d and s the length, the outside diameter as well as the cross section of the fluid, relative to each end 28. The ratio L / 1 is between 10 and 100, advantageously between 20 and 50 , the ratio D / d is between 1 and 3, advantageously between 1.2 and 1.4, while the ratio S / s is between 1 and 9, advantageously between 1.4 and 2. It should be noted that the two thinned ends 28 may have different lengths.
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. Referring again to Figure 1, the thinned ends 28 of the tubes 20 extend beyond the inlet pipe 22, opposite the partition 8. This creates an intake area 30 of the fluid to be refrigerated, which is located opposite the inlet pipe 22. Due to the presence of the thinned ends 28, this intake zone 30 has a large passage section for the fluid to be refrigerated, which ensures a very satisfactory distribution throughout the interior volume V.
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L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. The invention makes it possible to achieve the objectives mentioned above.
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. Indeed, providing each heat exchange tube with at least one thinned end, makes it possible to provide orifices of small dimensions, in the wall of the partition intended to receive these tubes. In this way, the extent to which this partition is subjected to mechanical stresses is significantly lower than in the prior art.
Par ailleurs, la présence d'orifices de faibles dimensions garantit une réduction notable des problèmes d'étanchéité, par rapport à l'art antérieur. Furthermore, the presence of small orifices guarantees a significant reduction in sealing problems, compared to the prior art.
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. Finally, the small cross-section of the ends of these tubes guarantees simpler fixing than in the prior art. Thus, it involves lower expansion forces, and makes it possible to use simultaneous welding, for example by induction effect or by means of a torch.
L'existence d'une extrémité amincie sur un tube d'échange thermique présente un avantage supplémentaire dans le cas d'un fluide frigorifique diphasique. The existence of a thinned end on a heat exchange tube has an additional advantage in the case of a two-phase refrigerant.
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. Indeed, when this fluid travels through the heat exchange tube according to the invention, it is subjected to an expansion during its passage from the thinned end to the main part of larger section. This expansion induces an improvement in the distribution of this two-phase fluid, which leads to a corresponding increase in the overall performance of the exchanger.
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