CH644684A5 - Rechauffeur atmospherique. - Google Patents

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Description

La présente invention concerne un réchauffeur atmosphérique comportant une pluralité de tubes destinés à être parcourus par le fluide à réchauffeur et équipés d'ailettes extérieure et intérieure de transfert thermique. On a constaté que ce genre de tubes réchauffeurs assurait un échange thermique insuffisamment efficace notamment lorsque le fluide est à l'état diphasique; on a pu établir que ce défaut d'efficacité résultait du fait que l'extension radiale des ailettes intérieures était largement insuffisante (en fait elle ne dépasse jamais 0,4 R, R étant le rayon intérieur du tube) en sorte que la phase liquide du fluide à réchauffer s'écoule principalement le long d'une zone centrale de tube, ce qui fait que ses échanges thermiques avec les ailettes s'en trouvent considérablement réduits.
L'invention a pour but de créer un réchauffeur du type sus-mentionné ayant une efficacité accrue d'échange thermique pour fluide diphasqiue. A cet effet le réchauffeur selon l'invention est caractérisée en ce qu'au moins deux ailettes intérieures se prolongent radialement vers l'axe du tube sur une s distance d'au moins 0,6 R, où R est la distance radiale interne du tube, alors que les autres ailettes intérieures ont des extensions radiales comprises entre 0,2 R et 0,5 R.
L'allongement radial d'au moins certaines ailettes intérieures permet, dans tous les cas, un contact direct de la phase io liquide du fluide à réchauffer avec les ailettes de conduction thermique. Celles-ci, ainsi que le tube, sont formées de préférence d'aluminium ou d'alliage d'aluminium. Dans certains cas, notamment lorsque le diamètre intérieur du tube est supérieur à 20 mm, le prolongement radial des ailettes intérieu-15 res est égal à R, ce qui signifie, en pratique que le tube se trouve divisé longitudinalement en deux ou plusieurs canaux séparés les uns des autres. Cependant, en général, le prolongement radial des ailettes intérieures est inférieur à 0,9 R.
Au moins deux ailettes extérieures à extension radiale et 20 disposées symétriquement pouvant être prolongées chacune par deux voiles de dédoublement d'ailettes qui s'étendent dans des directions parallèles chacune à l'ailette qui lui est respectivement voisine, sur une longueur telle que la distance des extrémités de deux voiles d'ailette soit substantiellement égale 25 à la distance des bords d'extrémité de deux ailettes voisines non prolongées, ou encore à la distance des bords d'extrémité entre une ailette prolongée et une ailette non prolongée. On constate également encore un accroissement de l'efficacité de transfert thermique sans qu'il ne résulte un encombrement ac-30 cru dans toutes les directions. Les passages de circulation de l'air atmosphérique restent d'ouverture constante vers l'ambiance extérieure, ce qui assure une efficacité maximale.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-rònt d'ailleurs de la description qui suit à titre d'exemple en 35 référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un tube réchauffeur selon l'invention;
- la figure 2 est une vue partielle analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation;
40 - la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale du tube réchauffeur.
En se référant à la figure 1, un tube réchauffeur 1 faisant partie d'une grande pluralité de tels tubes connectés en série ou en parallèle est constitué d'une âme cylindrique 2 avec des 45 ailettes intérieures 3 et des ailettes extérieures 4.
Les ailettes intérieures 3 sont ici de deux sortes et au nombre de huit, bien que ce nombre puisse changer considérablement. Cependant, une partie des ailettes, ici quatre ailettes 3', ont des extensions radiales inférieures à 0,4 R où R est le 50 rayon intérieur du tube, tandis que les quatre autres ailettes 3", ont une extension radiale nettement plus important. A la figure 1, cette tension radiale est comprise entre 0,6 R et 0,9 R et dans certains cas même (fig. 2), cette extension radiale peut aller jusqu'à R, en sorte que les ailettes prolongées 3" forment 55 alors des parois de séparation du tube en quatre conduits internes indépendants 5, chacun équipé d'une ailette interne d'extension réduit 3'. Les ailettes extérieures 4 sont également ici de deux sortes, certaines ayant une extension radiale classique avec pour certaines une conformation terminale en rail 8 se permettant un emprisonnement d'un boulon de fixation 9 à un support 10. Cependant, certaines de ces ailettes, par exemple deux ailettes opposée 4' et 4", sont subdivisées, à une distance radiale quelque peu inférieure à la longueur radiale des autres ailettes, en deux voiles divergents 11 et 12 qui s'éten-65 dent de préférence dans des directions respectivement parallèles à l'ailette voisine non prolongée et sur une distance telle que la section d'entrée du passage de deux ailettes voisines, ou entre deux voiles voisins, ou entre une viole et une ailette, qui
3
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est représentée par dau dessin soit sensiblement constante, ce qui favorise l'équilibre maximal des échanges thermiques.
En se référant maintenant à la figure 3, on voit que pour favoriser encore les échanges thermiques on a fait en sorte que chaque ailette intérieure 13, qu'elle soit de grande extension radiale ou de plus faible extension radiale, ou une partie seulement de ces ailettes, présente des ondulations transversales comme représenté au dessin, ce qui assure ainsi un effet de turbulence particulièrement favorable à l'échange thermique. De préférence les ondulations ont un pas compris entre 0,4 R et 2 R.
D'autres aménagements sont souhaitables qui permettent tous d'augmenter le coefficient d'échange thermique avec l'ex-terieur; ces aménagements sont les suivants:
Une ou plusieurs ailettes extérieures peut être peinte ou anodisée de préférence en noir de façon à mieux capter l'énergie solaire ou l'énergie ambiante grâce à l'augmentation de l'émissivité de surface. On a constaté que cette disposition permet de gagner plus de 150 W/M2 de surface les jours sans soleil et plus de 1.000 W/M2 de surface en période ensoleillée. De préférence, seront ainsi traitées les ailettes qui se situeront le plus en aval par rapport à la circulation du fluide à réchauffer car dans cette zone tout givre est absent et le givre pourrait perturber l'effet rappelé ci-dessus.
Avantageusement, on placera sur le dernier ou l'avant-dernier réseau de tubes échangeurs un dispositif à ventilation forcée (ventilateur ou turbine animée par un moteur pneumatique) entraîné par le gaz réchauffé, ce qui permet de maintenir une indépendance complète des réchauffeurs à l'égard de toute source extérieure d'énergie.
5 De préférence, on met en place sur les ailettes des tubes les plus en amont par rapport à la direction du fluide à réchauffer, un film en matière plastique par exemple en poly-éthylène biorienté, ce qui provoque une légère résistance thermique entre l'air et l'ailette ainsi revêtue évitant ainsi l'accrochage du io givre qui a tendance à se déposer, du fait du très faible coéffi-cient de frottement de cette matière. On obtient le même résultat en projetant ou en enduisament l'ailette d'un produit à faible coéfficient d'adhérence comme le polytétrafluoroéthylène.
A titre d'exemple, on précise qu'on a réalisé un réchauf-15 feur de 50 Nm3/h constitué de quatre tubes de 2,3 m de long non traité pour le rayonnement. Le débit de 50 Nm3/h signifie 50 m3 normaux par heure. Pour obtenir le même résultat avec les tubes classiques, il était nécessaire de prévoir au minimum six tubes de 2,5 m ou huit tubes de 2,3 m de longueur, le profil 20des tubes utilisés avec une surface de transfert thermique extérieure de 2,4 m2 par mètre linéaire et une surface thermique intérieure de 0,135 m2/m linéaire, le tout dans un encombrement rectangulaire de 200 x 160 mm et un poids au mètre linéaire inférieure à 5 kg.
25 Le réchauffeur est utilisé pour le réchauffement de fluides cryogéniques tels l'azote, l'oxygène liquide.
C
1 feuille dessins

Claims (10)

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1. Réchauffeur atmosphérique, comportant une pluralité de tubes destinés à être parcourus par le fluide à réchauffer et équipés d'ailettes extérieures et intérieures de transfert thermique, caractérisé en ce qu'au moins deux ailettes intérieurs se prolongent radialement vers l'axe du tube sur une distance d'au moins 0,6 R, où R est la distance radiale interne du tube, alors que les autres ailettes intérieures ont des extensions radiales comprises entre 0,2 R et 0,5 R.
2. Réchauffeur atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux ailettes extérieures à extension radiale et disposées symétriquement sont prolongées chacune par deux voiles de dédoublement d'ailettes, qui s'étendent de préférence dans des directions parallèles chacune à l'ailette qui lui est respectivement voisine, sur une longueur telle que la distance des bords d'extrémités de deux voiles d'ailette soit égale à la distance des bords d'extrémité de deux ailettes voisines non prolongées, ou encore à la distance des bords d'extrémité entre une ailette prolongée et une ailette non prolongée.
2
REVENDICATIONS
3. Réchauffeur atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au maximum une ailette intérieure sur deux se prolonge radialement vers l'intérieur;
4. Réchauffeur atmosphérique selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que les ailettes intérieures ont une forme ondulée selon leur direction longitudinale.
5. Réchauffeur atmosphérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pas des ondulations est compris entre 0,4 Ret 2 R.
6. Réchauffeur atmosphérique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins certaines ailettes extérieures sont peintes en noir ou anodisées.
7. Réchauffeur atmosphérique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins le dernier jeu de tubes réchauffeurs situé le plus en aval dans le sens d'écoulement du fluide à réchauffer est équipé d'un moyen de refroidissement à convection forcée à moteur pneumatique entraîné par du fluide à l'état gazeux issu du réchauffeur.
8. Réchauffeur atmosphérique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une des ailettes extérieures est pourvu, par revêtement, enduction ou projection, d'un film de matière plastique à très faible coéfficient de frottement, ou très faible coéfffîcient d'adhérence, tel que PTFE et ses dérivés.
9. RéchaufFeur atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le diamètre intérieur du tube étant supérieur à 20 mm, le prolongement radial des ailettes intérieures prolongées est compris entre 0,6 R et R.
10. Réchauffeur atmosphérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prolongement radial des ailettes intérieures prolongées est inférieur à 0,9 R.
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