FR2893124A1 - Tubes rainures pour echangeurs thermiques a resistance a l'expansion amelioree - Google Patents

Abstract

Les tubes métalliques (1) rainurés, d'épaisseur Tf en fond de rainure, de diamètre extérieur De, typiquement destinés à la fabrication d'échangeurs de chaleur ou batteries (4) utilisant un fluide frigoporteur ou caloporteur de type monophasique ou diphasique, lesdits tubes (1) étant rainurés intérieurement par N nervures hélicoïdales d'angle d'apex alpha, de hauteur H selon une direction radiale (11) dudit tube, de base B de largeur LN et d'angle d'hélice beta, deux nervures consécutives étant séparées par une rainure (3) à fond (30) typiquement plat de largeur LR, avec un pas P égal LR + LN , sont caractérisés en ce que :a) lesdites largeurs LN et LR sont telles que LN / LR soit compris entre 0,40 et 0,80,b) lesdites N nervures présentent une largeur à mi-hauteur LN1/2 au moins égale à 2.LN/3c) lesdites N nervures sont des nervures obliques (2), inclinées, typiquement dans un même sens, d'un angle gamma par rapport à ladite direction radiale (11) allant de 10 degree à 35 degree , ledit angle gamma étant l'angle formé entre ladite direction radiale (11) et une droite médiane (24) passant par le milieu de ladite base B (20) de ladite nervure (2) et par le milieu de la largeur de la nervure (2) prise à sa mi-hauteur H/2.Avantages : résistance élevée à l'écrasement, capacités d'échange thermique élevées et une faible perte de charge, quand ledit tube est solidarisé à des ailettes de refroidissement dans une batterie.

Description

TUBES RAINURES POUR ECHANGEURS THERMIQUES A RESISTANCE A L'EXPANSION

AMELIOREE DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne le domaine des tubes pour échangeurs de chaleur, et plus spécialement le domaine des tubes à échangeurs de chaleur utilisant soit un fluide dit 10 "monophasique", c'est-à-dire un fluide pour lequel l'échange thermique ne comprend pas un cycle d'évaporation et de condensation, soit un fluide dit "diphasique", c'est-à-dire un fluide qui met en jeu sa chaleur latente de vaporisation et de condensation.

15 ETAT DE LA TECHNIQUE

On connaît un grand nombre de documents décrivant la géométrie de tubes rainurés utilisés dans les échangeurs de chaleur.

20 A titre d'exemple, on peut citer la demande de brevet EP-A2-0 148 609 qui décrit des tubes à rainures triangulaires ou trapézoïdales présentant les caractéristiques suivantes : - un rapport H/Di compris entre 0,02 et 0,03, H désignant la profondeur des rainures (ou la hauteur des nervures), et Di le diamètre intérieur du tube rainuré, - un angle d'hélice par rapport à l'axe de tube compris entre 7 et 30 , 25 - un rapport S/H compris entre 0,15 et 0,40, avec S désignant la section transversale de la rainure, - un angle d'apex a des nervures compris entre 30 et 60 . Ces caractéristiques de tubes sont adaptées à des fluides à transition de phase, les performances des tubes étant analysées de manière distincte lors de l'évaporation du 30 fluide et lors de la condensation du fluide.5 La demande japonaise n 57-58088 décrit des tubes à rainures en V, avec H compris entre 0,02 mm et 0,2 mm, et avec un angle 13 compris entre 4 et 15 . Des tubes voisins sont décrits dans la demande japonaise n 57-58094.

La demande japonaise n 52-38663 décrit des tubes à 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 (3 compris entre 4 et 15 . Le brevet US n 4,044,797 décrit des tubes à rainures en V ou U voisins des tubes précédents.

Le modèle d'utilité japonais n 55-180186 décrit des tubes à rainures trapézoïdales et nervures triangulaires, avec une hauteur H de 0,15 à 0,25 mm, un pas P de 0,56 mm, un angle d'apex a (angle appelé 0 dans ce document) typiquement égal à 73 , un angle de 30 , et une épaisseur moyenne de 0,44 mm. Les brevets US n 4,545,428 et n 4,480,684 décrivent des tubes à 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 a compris entre 50 et 100 , un angle d'hélice compris entre 16 et 35 . 20 Le brevet japonais n 62-25959 décrit des tubes à rainures et nervures trapézoïdales, 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 étant au moins égale à la largeur moyenne des nervures. Dans un exemple, le pas P est de 0,70 mm et l'angle d'hélice 25 est de 10 .

On connaît aussi le brevet européen EP 1 061 318 décrivant des tubes à nervures triangulaires inclinées aptes à être déformées par pliage lorsque des ailettes externes au tube sont serties au tube afin de former des échangeurs de chaleur. 30 Enfin, le brevet européen EP-B 1-701 680, au nom de la demanderesse, décrit des tubes rainurés, avec rainures à fond plat et avec des nervures de hauteur H différente, d'angle d'hélice compris entre 5 et 50 , d'angle d'apex a compris entre 30 et 60 , de manière obtenir de meilleures performances après le sertissage des tubes et montage dans les échangeurs.

D'une manière générale, les performances techniques et économiques des tubes, qui résultent du choix de la combinaison de moyens définissant les tubes (H, P, a, (3, forme des rainures et nervures, etc...), sont généralement relatives à quatre types de 1 o considérations : - d'une part, les caractéristiques relatives au transfert de chaleur (coefficient d'échange thermique), domaine dans lequel les tubes rainurés sont très supérieurs aux tubes non rainurés, de sorte qu'à échange thermique équivalent, la longueur de tube rainurée nécessaire sera moindre que celle de tube non rainuré, 15 - d'autre part, les caractéristiques relatives aux pertes de charge, de faibles pertes de charges permettant d'utiliser des pompes ou compresseurs de plus faible puissance, encombrement et coût, en outre, la faisabilité industrielle des tubes et la vitesse de production qui conditionne le prix de revient du tube chez le fabricant de tubes, 20 - enfin, les caractéristiques relatives aux propriétés mécaniques des tubes, typiquement en relation avec la nature des alliages utilisés ou avec l'épaisseur moyenne des tubes, épaisseur qui conditionne le poids du tube par unité de longueur, et donc influe sur son prix de revient.

25 PROBLEMES POSES

D'une part, comme cela résulte de l'état de la technique, il y a un grand nombre et une très grande diversité d'enseignements en ce qui concerne les tubes rainurés, sachant 30 qu'ils visent généralement l'optimisation de l'échange thermique et la diminution de la perte de charge.

D'autre part, chacun de ces enseignements offre lui-même le plus souvent une large étendue de possibilités, les paramètres étant généralement définis par des plages de valeurs relativement larges, de sorte que l'homme du métier a déjà beaucoup de difficultés pour tirer la quintessence de l'état de la technique, parmi un si grand nombre de données, parfois contradictoires.

En outre, ces enseignements concernent le plus souvent des tubes rainurés considérés en tant que tels, tubes rainurés qui peuvent éventuellement être utilisés dans des échangeurs tubulaires.

Cependant, les tubes rainurés peuvent aussi être utilisés dans des échangeurs de chaleur ou batteries qui comprennent des ailettes diffusant la chaleur. Dans ce cas, les tubes sont solidarisés aux ailettes par sertissage qui nécessite une expansion du tube réalisée par une pièce mécanique, typiquement une bille, de diamètre choisi pour réaliser une expansion du tube, ce qui tend à écraser mécaniquement ou à faire fléchir lesdites rainures durant ladite expansion. Certes, on a déjà essayé de fabriquer des tubes relativement résistants à l'écrasement, mais en règle générale, même ces tubes constituent un progrès par rapport à d'autres tubes, ils présentent néanmoins encore une déformation relativement importante qui diminue de manière très significative ses performances et ses capacités d'échange thermique. De plus, il convient que les tubes puissent résister à des conditions de sertissage de plus en plus sévères de manière à augmenter au maximum la surface de contact mécanique entre le tube et les ailettes, de manière à, simultanément augmenter la solidité des batteries et la conduction thermique entre les tubes et les ailettes.

Enfin, un autre problème, qui est essentiel sur le plan industriel, est la possibilité de fabriquer des tubes rainurés, car il peut exister des profils de tubes rainurés qui seraient, en théorie du moins, excellents, mais en pratique sinon impossibles du moins difficiles à fabriquer, ou encore impossibles à fabriquer à partir de tubes non rainurés. De plus, il convient que ces tubes puissent être fabriqués avec une productivité suffisante et avec un équipement ou un investissement qui ne soit pas supérieur à celui des tubes rainurés de l'état de la technique. La demanderesse a donc recherché et mis au point des tubes et échangeurs qui peuvent être utilisés soit dans des échangeurs tubulaires, soit dans échangeurs à ailettes ou batteries, les tubes mis au point présentant à la fois une résistance très élevée à la déformation durant ladite expansion, des performances d'échange thermique élevées, 5 une perte de charge relativement faible de manière à limiter la puissance des compresseurs et pompes de circulation des fluides circulant dans lesdits tubes, pour les applications ou domaines qui utilisent des fluides monophasiques ou biphasiques, et qui puissent être fabriqués avec une productivité et des équipements comme dans le cas de tubes rainurés déjà industrialisés.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Selon l'invention, les tubes métalliques rainurés, d'épaisseur Tf en fond de rainure, de diamètre extérieur De, typiquement destinés à la fabrication d'échangeurs de chaleur ou batteries utilisant un fluide frigoporteur ou caloporteur de type monophasique ou diphasique, lesdits tubes étant rainurés intérieurement par N nervures hélicoïdales, avec N allant de 20 à 80 selon le diamètre extérieur De, d'angle d'apex a, de hauteur H selon une direction radiale dudit tube, de base B de largeur LN et d'angle d'hélice (3, deux nervures consécutives étant séparées par une rainure à fond typiquement plat de largeur LR, avec un pas P égal LR + LN , caractérisés en ce que : a) lesdites largeurs LN et LR sont telles que LN / LR soit compris entre 0,40 et 0,80, b) lesdites N nervures présentent une largeur à mi-hauteur LNI/2 au moins égale à 2.LN/3 c) lesdites N nervures sont des nervures obliques, inclinées, typiquement dans un même sens, d'un angle y par rapport à ladite direction radiale allant de 10 à 35 , ledit angle y étant l'angle formé entre ladite direction radiale et une droite médiane passant par le milieu de ladite base B de ladite nervure et par le milieu de la largeur de la nervure prise à sa mihauteur H/2, de manière à présenter une résistance élevée à l'écrasement, des capacités d'échange 30 thermique élevées et une faible perte de charge, quand ledit tube est solidarisé à des ailettes de refroidissement dans une batterie.

6 Les tubes selon l'invention résolvent les problèmes posés. En effet, la demanderesse a pu observer que, avec les tubes rainurés selon l'invention : - d'une part, après expansion, même dans les conditions les plus sévères, les nervures de ces tubes passent d'une hauteur H à une hauteur H' telle que H'/H est au moins égal à 0,85, alors qu'avec les tubes traditionnels, ce rapport est inférieur à 0,85. - d'autre part, comme cela apparaîtra avec les exemples, les performances présentent des capacités d'échange thermique élevées, et cela avec une perte de charge typiquement moindre. - enfin, en ce qui concerne la fabrication de ces tubes, elle peut être réalisée par rainurage de tubes non rainurés, ce qui est avantageux en pratique, et cela, avec une productivité et un équipement cadence analogues à ceux des procédés de fabrication des tubes rainurés traditionnels déjà industrialisés.

DESCRIPTION DES FIGURES

La figure 1 a représente schématiquement une portion de tube rainuré (1) de direction axiale (10), portant intérieurement une pluralité de nervures (2) hélicoïdales avec un angle d'hélice R par rapport à sa direction axiale (10), comme représenté sur la partie gauche de la figure selon une coupe partielle selon ladite direction axiale (10). La figure lb est une coupe partielle du tube rainuré (1) selon un plan transversal perpendiculaire à ladite direction axiale (10).

La figure 2a est une représentation schématique, en coupe selon la direction axiale (10), pour illustrer l'expansion d'un tube lisse lors du sertissage du tube (1) et des ailettes (5) par passage d'une bille (6) dans le tube (1). La figure 2b est une vue en perspective d'une batterie (4) formée par sertissage d'une pluralité de tubes (1) dans une pluralité d'ailettes (5) orientées perpendiculairement à la direction axiale (10) des tubes (1).

7 La figure 2c est une vue en coupe d'un échangeur de chaleur tubulaire dans lequel les tubes (1) formant un faisceau n'ont pas à être expansés comme dans le cas de la batterie (4) de la figure 2b.

Les figures 3a à 4b sont des sections partielles de tubes, en coupe selon un plan transversal perpendiculaire à ladite direction axiale (10). Les figures 3a et 3b sont relatives à des tubes (1) avant expansion. Ces figures selon identiques, et se distinguent en ce que la figure 3b porte des valeurs de mesures pour certains paramètres.

Les figures 4a et 4b sont relatives aux mêmes tubes après expansion. Ces figures selon identiques, et se distinguent en ce que la figure 4b porte des valeurs de mesures pour certains paramètres.

Les figures 5a et 5b sont des diagrammes qui illustrent les performances d'un tube A selon l'invention, comparé à un tube rainuré B de l'état de la technique et à un tube C non rainuré, en évaporation à 8 C en fonction du nombre de Reynolds Re, le fluide étant de l'eau glycolée.

La figure 5a donne en ordonnée le coefficient d'échange Hi (W.m2.K) en fonction du 20 nombre de Reynolds Re en abscisse. La figure 5b donne en ordonnée la perte de charge (Palm) en fonction du nombre de Reynolds Re en abscisse.

La figure 6a est une coupe axiale illustrant un dispositif de rainurage (7) de tubes. 25 Les figures 6b et 6c sont relatives à un mandrin de rainurage (70) présentant une pluralité de rainures hélicoïdales (700), le pas de ces rainures (700) étant à gauche, ces rainures étant également inclinées à gauche. La figure 6b est une vue composite comprenant une vue en coupe transversale dans un plan perpendiculaire à la direction axiale (10) et une vue en perspective de dessus pour 30 un observateur placé à l'arrière du mandrin de rainurage (70).

8 La figure 6c est une vue de dessus, une flèche oblique pointant à gauche indiquant l'inclinaison à gauche des rainures, une autre flèche axiale indiquant le sens de déplacement du tube par rapport au mandrin (70). La figure 7 est une vue en coupe transversale du tube rainuré (1) formée par compression radiale entre le mandrin de rainurage (70) à l'intérieur du tube, et la pluralité de billes (711, 71 l') à l'extérieur du tube. Sur cette figure, ledit mandrin de rainurage (70) est celui des figures 6b et 6c, sa section transversale étant celle représentée sur la partie basse de la figure 6b, et le sens de rotation de la cage rotative (710) est le sens direct, dans le sens des aiguilles d'une 1 o montre, l'observateur regardant dans la direction axiale (10) correspondant à la direction vers laquelle ledit tube (1) est tiré. Dans ces conditions, le tube rainuré (1) présente une pluralité de nervures (2) ne présentant pas de défaut.

15 Les figures 8a et 8b sont analogues respectivement aux figures 6c et 7. La figure 8a représente un mandrin de rainurage (70) qui se distingue de celui de la figure 6c en ce que les rainures hélicoïdales (700) sont inclinées à droite, au lieu d'être inclinées à gauche, une flèche oblique pointant à droite indiquant l'inclinaison à droite des rainures. 20 La figure 8b est analogue à la figure 7 et s'en distingue en ce que le mandrin de rainurage (70), qui est celui de la figure 8a, présente des rainures (700) inclinées à droite, au lieu d'être inclinées à gauche, le sens de rotation de la cage rotative (710) étant le sens direct. Dans ces conditions, le tube rainuré (1) présente une pluralité de nervures (2) qui 25 présentent des défauts, les nervures étant plus ou moins mal formées ou incomplètement formées.

Les figures 9a et 9b sont analogues aux figures 8a et 8b. La figure 9a représente un mandrin de rainurage (70) identique à celui de la figure 6c, 30 qui présente une pluralité de rainures hélicoïdales (700) inclinées à gauche et avec un 9 pas à gauche, une flèche oblique pointant à gauche indiquant l'inclinaison à gauche des rainures. La figure 9b est analogue à la figure 8b et s'en distingue en ce que le mandrin de rainurage (70), qui est celui de la figure 9a, présente des rainures (700) inclinées à 5 gauche, au lieu d'être inclinées à droite et en ce que le sens de rotation de la cage rotative (710) est le sens inverse. Dans ces conditions, le tube rainuré (1) présente une pluralité de nervures (2) qui présentent des défauts, les nervures étant plus ou moins mal formées ou incomplètement formées. 10 Les figures 10a et 10b sont analogues respectivement aux figures 8a et 8b. La figure 10a représente un mandrin de rainurage (70) identique à celui de la figure 8a, une flèche oblique pointant à droite indiquant l'inclinaison à droite des rainures. La figure 10b est analogue à la figure 8b et s'en distingue en ce que le sens de rotation 15 de la cage rotative (710) est inverse au lieu d'être direct. Dans ces conditions, le tube rainuré (1) présente une pluralité de nervures (2) ne présentant pas de défaut, comme dans le cas du tube obtenu selon les figures 6a à 7.

Les figures 1 l a à 1 l c, analogues aux figures 3a et 3b, sont des sections partielles, en 20 coupe selon la direction axiale (10), de tubes (1) avant expansion. La figure 1 la est identique à la figure 3a et illustre le cas où lesdites nervures (2) sont des nervures inclinées ou obliques faisant un angle y avec ladite direction radiale (11) faisant un angle de 90 avec la paroi extérieure du tube et passant par le centre géométrique du tube. 25 La figure 1lb illustre le cas où lesdites nervures (2) se présentent sou la forme d'une alternance de nervures inclinées de hauteur H 1 et de hauteur H2< Hl. La figure l lc, analogue à la figure Il a, mais à une échelle différente, illustre le cas où un nervure droite (2") de hauteur H'<H sont intercalées entre deux nervures inclinées (2). 30 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Selon l'invention, ladite nervure (2) peut présenter une largeur à mi-hauteur LN1i2 au moins égale à 0,65.LN.

Typiquement, ladite nervure (2) peut présenter une largeur à mi-hauteur LNI/2 au moins égale à 0,70.LN. De préférence, ladite nervure (2) peut présenter une largeur à mi-hauteur LN1/2 au moins égale à 0,75.LN. En effet, les nervures (2) selon l'invention ont une forme assez éloignée de la forme triangulaire classique, de sorte que la largeur à mi-hauteur est à peine inférieure à la largeur de la base B (20) de la nervure, les côtés latéraux étant presque parallèles.

Selon la modalité de l'invention illustrée sur les figures lb et 3a à 3b, ladite nervure (2) peut être une nervure (2') qui présente une section tétragonale comprenant, outre sa base B (20), un côté sommital S (21) en regard de ladite base B (20), et deux côtés latéraux CL1 (22) et CL2 (23) formant entre eux ledit angle d'apex a, dont l'un CL1 (22) fait un angle 01 typiquement inférieur à 90 avec ledit fond de rainure (30) adjacent, et dont l'autre CL2 (23) fait un angle 02 typiquement supérieur à 90 avec ledit fond de rainure (30) adjacent.

Ledit angle d'apex a formé par lesdits deux côtés latéraux CL1 (22) et CL2 (23) peut aller de 10 à 35 . Sur la figure 3b, un angle a de 22, 4 a été indiqué, mais l'invention permet d'obtenir industriellement des tubes dotés de nervures (2, 2') ayant un angle a beaucoup plus faible, typiquement de 10-15 .

Comme illustré également sur les figures lb et 3a à 3b, ledit côté sommital S (21) peut présenter une largeur au moins égale à 0,3.LN, et de référence au moins égale à 0,4.LN. En outre, ledit côté sommital S (21) peut être incliné par rapport à ladite base B (20) avec un angle â allant de 5 à 35 .

Ledit angle 8 peut avoir son sommet plus proche typiquement du dudit côté latéral du côté latéral CL2 (23) que du côté CL1 (22).

11 Selon l'invention, lesdites nervures (2, 2') peuvent avantageusement être de hauteur H telle que H/De soit égal à 0,020 0,005, H et De étant exprimés en mm. De même, le nombre N de nervures (2, 2') peut être tel que N/De soit égal à 4,5 0,5, le pas P correspondant étant égal à it.Di/N, avec Di égal à De-2.Tf, et De étant exprimé en mm. Ledit angle d'hélice (3 peut aller de 5 à 25 . Ce sont ces plages de paramètres qui permettent d'obtenir l'ensemble des résultats obtenus avec les tubes selon l'invention.

Typiquement, l'épaisseur Tf peut être telle que Tf /De soit égal à 0,03 0,005, Tf et De étant exprimés en mm, avec De allant 6 mm à 18 mm, Le rapport P/H peut aller de 1,5 à 3 et préférence de 1,7 à 2,3.

Comme illustré sur la figure lb, lesdits côtés latéraux CL1 (22) et CL2 (23) peuvent se raccorder aux dits fonds de rainures (30) adjacents avec des rayons de courbure R typiquement inférieurs à 100 m, et typiquement inférieure à 50 m.

Comme illustré sur la figure 11 b, lesdites nervures (2, 2') peuvent former une succession de nervures de hauteur H 1=H et de hauteur H2 = a.H 1, avec a compris entre 0,1 et 0,9, la nervure de hauteur H 1 étant la nervure principale, et la nervure de hauteur H2 étant la nervure secondaire, ces deux nervures étant séparées par une rainure à fond plat. Avec cette modalité, qui peut être utile dans des cas particuliers, seule la nervure de plus grande hauteur H1 est touchée par l'expansion du tube, alors que la seconde de hauteur H2 reste intacte.

Comme illustré sur la figure 11 c, une nervure droite (2") peut être intercalée entre deux nervures obliques adjacentes (2Comm, 2'), ladite nervure droite présentant une hauteur H' < H ou inférieure à Hl.30 Généralement, ladite nervure (2) et ladite rainure (3) peuvent avoir sensiblement la forme de parallélogrammes, le rapport des surfaces SN / SR étant sensiblement égal au rapport LN/LR, SN et SR désignant respectivement la surface de ladite nervure (2) et de ladite rainure (3).

Comme cela apparaît en comparant les figures 3a à 3b avec les figures 4a à 4b, la forme géométrique des nervures (2,2') selon l'invention n'évite pas une certaine déformation de ces nervures et un certain écrasement de ces nervures, mais, d'une part, cette déformation est relativement limitée compte tenu de la puissance et de la résistance opposée par ces nervures à l'écrasement durant l'expansion du tube, et d'autre part, une fois déformées, ces nervures conservent sensiblement la même forme, de sorte qu'il ne se produit pas de diminution importante des performances du tube avant et après expansion du tube.

Selon l'invention, les tubes (1) peuvent être en Cu et alliages de Cu, Al et alliages d'AI, 15 Fe et alliages de Fe. Ces tubes (1), typiquement non cannelés, peuvent être obtenus typiquement par rainurage de tubes, ou éventuellement, par rainurage à plat d'une bande métallique puis formation d'un tube soudé. Ces tubes peuvent présenter une section transversale typiquement ronde, ovale ou 20 rectangulaire, en fonction du procédé de fabrication, une section ronde étant obtenue par rainurage d'un tube lisse de section ronde.

Un autre objet de l'invention est constitué par des échangeurs de chaleur ou batteries (4) utilisant des ailettes (5) et des tubes expansés (1') formés par expansion de tubes (1) 25 selon l'invention.

Un autre objet de l'invention est constitué par un procédé de fabrication de tubes rainurés dans lequel on comprime radialement un tube non rainuré (1") sur un mandrin de rainurage (70) doté sur sa surface périphérique d'une pluralité de rainures (700), à 30 l'aide d'un moyen de compression radiale (71), de manière à former un tube rainuré (1) doté d'une pluralité de nervures (2) sur sa surface intérieure, ledit tube rainuré ainsi

13 formé (1) étant tiré par un moyen de traction (72) selon une direction dite axiale (10) de déplacement dudit tube rainuré (1), ledit moyen de compression radiale (71) et ledit mandrin de rainurage (70) restant fixes par rapport à ladite direction axiale (10), ledit mandrin de rainurage (70) étant un mandrin placé à l'intérieur dudit tube non rainuré (1 ") et solidaire d'un mandrin flottant (73) retenu en amont du mandrin de rainurage (70) par une filière de maintien (74), ledit moyen de compression radiale (71) comprenant une cage rotative (710) dotée d'une pluralité d'éléments (711), typiquement d'une pluralité de billes (711'), tournant autour dudit tube non rainuré (1") au droit dudit mandrin de rainurage (70) selon un sens de rotation prédéterminé par rapport à ladite direction axiale (10), caractérisé en ce que : a) lesdites rainures (700) de ladite pluralité de rainures sont des rainures hélicoïdales, de pas droit ou gauche, de manière à obtenir un tube rainuré (1) d'angle d'hélice ≠ 0, b) lesdites rainures (700) de ladite pluralité de rainures sont des rainures inclinées, avec une inclinaison droite ou gauche, de manière à obtenir un tube rainuré (1) dont les nervures (2) présentent un angle d'inclinaison y> 0 , c) on choisit ledit sens de rotation de ladite cage rotative (710), ledit sens étant direct ou inverse, en fonction notamment de ladite inclinaison droite ou gauche desdites rainures (700), de manière à former ladite pluralité de nervures (2) desdits tubes rainurés (1) dans leur intégralité, ledit pas droit ou gauche dudit mandrin de rainurage (70), ladite inclinaison droite ou gauche desdites rainures (700) et ledit sens de rotation direct ou inverse de ladite cage rotative (710) étant déterminés relativement à un observateur placé à l'arrière et au-dessus dudit mandrin de rainurage (70) et regardant dans ladite direction axiale (10) de défilement dudit tube rainuré (1), ledit sens de rotation direct étant celui des aiguilles d'une montre.

Ce procédé utilise un dispositif de rainurage, par exemple un dispositif de rainurage tel que décrit dans le brevet français n 2 707 534 au nom de la demanderesse, la figure 6a qui schématise ce procédé correspondant à la figure 2a de ce brevet.

En effet, la demanderesse a observé que les conditions expérimentales avaient une 30 grande influence sur le résultat obtenu.

14 Une pluralité de nervures (2) n'est correctement formée que dans les conditions suivantes : a) lorsque ledit sens de rotation de ladite cage rotative (710) est direct, lesdites rainures hélicoïdales (700) dudit mandrin de rainurage (70) présentent une inclinaison gauche, ledit pas dudit mandrin de rainurage (70) étant droit ou gauche, comme illustré sur les figures 6b à 7, b) lorsque ledit sens de rotation de ladite cage rotative (710) est inverse, lesdites rainures hélicoïdales (700) dudit mandrin de rainurage (70) présentent une inclinaison droite, ledit pas étant droit ou gauche, comme illustré sur les figures 10a et 10b.

Lorsque ces conditions ne sont pas respectées, la demanderesse a observé que les rainures (700) se remplissaient mal ou de manière incomplète, de sorte que les nervures (2) correspondantes du tube rainuré (1) étaient défectueuses.

Un autre objet de l'invention est constitué par un procédé de fabrication de tubes selon l'invention, typiquement non cannelés, obtenus par rainurage à plat d'une bande métallique puis formation d'un tube soudé. EXEMPLES DE REALISATION On a fabriqué un tube (1) en cuivre, comme illustré sur les figures lb et 3a à 3b, par rainurage d'un tube lisse, à l'aide du procédé selon l'invention, à l'aide du dispositif de rainurage illustré sur les figures 6a à zen utilisant un mandrin de rainurage (70) doté d'une pluralité de rainures (700) inclinées vers la gauche, et en faisant tourner la cage rotative (710) dans le sens direct. On a également fabriqué des tubes selon l'invention à l'aide du dispositif de rainurage illustré sur les figures l0a et 10b en utilisant un mandrin de rainurage (70) doté d'une pluralité de rainures (700) inclinées vers la droite, et en faisant tourner la cage rotative (710) dans le sens inverse.

Des essais conduits, selon les figures 9a et 9b, avec ce même mandrin de rainurage (70), mais en faisant tourner la cage rotative (710) dans le sens inverse ont été négatifs.

15 De même, des essais conduits selon les figures 8a et 8b, avec un mandrin de rainurage (70) doté d'une pluralité de rainures (700) inclinées à droite, et en faisant tourner la cage rotative (710) dans le sens direct, ont été négatifs.

Ce tube (1) présente un diamètre extérieur De de 15,87 mm et une épaisseur à fond de rainure Tf de 0,51 mm. La hauteur H de rainures est de 0,32 mm.Le nombre N de rainures est de 75. Le diamètre Di, égal à De-2.Tf, vaut 14,85 mm.

Le pas P, égal à n.Di/N, vaut 0,62 mm. Le rapport LN/LR vaut 0,59, de sorte que la base B (20) présente une largeur LN qui vaut environ 0,23 mm. Ladite nervure (2) présente une largeur à mi-hauteur LNI/2 égale à égale à 0,77.LN. En ce qui concerne les angles : - l'angle d'apex a vaut 22 -l'angle d'hélice 13 vaut 20 . - l'angle y vaut 15 . Cet angle est formé entre ladite direction radiale (11) et la droite médiane (24) passant par le milieu de ladite base B (20) de ladite nervure (2) et par le milieu de la largeur de la nervure (2) prise à sa mi-hauteur H/2. - l'angle S vaut environ 18 .

On a réalisé une coupe transversale de ce tube (1), comme représenté sur la figure 3a et 3b.

On a mesuré les performances de ce tube (1) en évaporation à 8 C avec de l'eau glycolée (27% en masse) comme fluide et pour différentes valeurs du nombre de Reynolds Re. Les résultats ont été représentés sur les figures 5a et 5b. Le tube A est le tube (1) selon l'invention. Le tube B est un tube analogue au tube A (même diamètre De, même N, même H, même 30 angle [3, etc...) mais qui en diffère en ce que les nervures sont des nervures triangulaires30 16 d'angle d'apex a égal à 60 , et en ce que l'angle y vaut zéro, les nervures triangulaires n'étant pas inclinées. Le diagramme 5a montre le grand intérêt d'un tube rainuré (1) selon l'invention. De plus, dans une large part du domaine du nombre de Reynolds, la perte de charge d'un tel tube 5 A est moindre que celle du tube correspondant B. On a utilisé ce tube pour former une batterie par expansion du tube dans des ailettes, comme schématisé sur les figures 2a et 2b. Après expansion, on a réalisé une coupe transversale selon les figures 4a et4b. On a observé que : 10 - la hauteur H a diminué d'environ 13 % - la largeur des rainures a augmenté d'environ 16% - l'angle S est devenu nul. Comme on peut le voir en comparant les figures 3aà 3b et 4a à 4b, les nervures sont devenues un peu plus "trapues" après expansion du tube, mais elles ont conservé leur 15 forme générale et leur inclinaison y a été peu modifiée. Les mesures de performances effectuées sur ces tubes ont montré une très faible diminution des performances mesurées sur tubes avant expansion.

On a également fabriqué des tubes rainurés (1) analogues dotés de nervures obliques de 20 différentes hauteurs, comme illustré sur la figure 1l, avec H2= 0,85. H1.

On a également fabriqué des tubes rainurés (1) analogues dotés de nervures droites (2"), comme illustré sur la figure 11 c, toute nervure droite (2") étant intercalée entre deux nervures obliques (2). 25 Dans ce cas, on a fabriqué un tube rainuré (1) doté de 80 nervures régulièrement espacées : 40 étant des nervures obliques (2) et 40 étant des nervures droites (2").

AVANTAGES DE L'INVENTION L'invention présente de grands avantages.

En effet, elle permet d'une part d'avoir des tubes échangeurs d'une grande efficacité en ce qui concerne l'échange thermique grâce à un coefficient d'échange Hi très élevé, et cela tout en conservant une perte relativement faible. Par ailleurs, ces tubes présentent une résistance élevée à la déformation suite à l'expansion du tube pour former des batteries, et surtout conservent des performances élevées après expansion. En effet, les tubes selon l'invention conviennent à la fois pour la fabrication d'échangeurs à ailettes, comme illustré sur la figure 2b, et pour les échangeurs tubulaires, comme illustré sur la figure 2c. Enfin, ces tubes ont pu être fabriqués par rainurage de tubes lisses, à grande cadence 1 o comme dans le cas de la fabrication de tubes rainurés classiques.

LISTE DES REPERES DES FIGURES Tube rainuré 1 Tube expansé 1' 15 Tube non rainuré 1" Direction axiale 10 Direction radiale 11 Nervure oblique 2 Nervure inclinée tétragonale 2' 20 Nervure droite 2" Base B 20 Côté sommital S 21 Côté latéral CL1 22 Côté latéral CL2 23 25 Droite médiane 24 Rainure 3 Fond de rainure 30 Batterie 4 Ailette 5 30 Moyen d'expansion -bille 6 Dispositif de rainurage 7 18 Mandrin de rainurage 70 Rainures de 70 700 Moyen de compression radiale....

71 Cage rotative 710 Eléments tournants, billes... 711,711' Moyen de traction de 1 72 Mandrin flottant 73 Filière de maintien 74

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Tubes métalliques (1) rainurés, d'épaisseur Tf en fond de rainure, de diamètre extérieur De, typiquement destinés à la fabrication d'échangeurs de chaleur ou batteries (4) utilisant un fluide frigoporteur ou caloporteur de type monophasique ou diphasique, lesdits tubes (1) étant rainurés intérieurement par N nervures hélicoïdales, avec N allant de 20 à 80 selon le diamètre extérieur De, d'angle d'apex a, de hauteur H selon une direction radiale (11) dudit tube, de base B de largeur LN et d'angle d'hélice (3, deux nervures consécutives étant séparées par une rainure (3) à fond (30) typiquement plat de largeur LR, avec un pas P égal LR + LN , caractérisés en ce que : a) lesdites largeurs LN et LR sont telles que LN / LR soit compris entre 0,40 et 0,80, b) lesdites N nervures présentent une largeur à mi-hauteur LN1i2 au moins égale à

2.LN/3 c) lesdites N nervures sont des nervures obliques (2), inclinées, typiquement dans un même sens, d'un angle y par rapport à ladite direction radiale (11) allant de 10 à 35 , ledit angle y étant l'angle formé entre ladite direction radiale (11) et une droite médiane (24) passant par le milieu de ladite base B (20) de ladite nervure (2) et par le milieu de la largeur de la nervure (2) prise à sa mi-hauteur H/2, de manière à présenter une résistance élevée à l'écrasement, des capacités d'échange thermique élevées et une faible perte de charge, quand ledit tube est solidarisé à des 20 ailettes de refroidissement dans une batterie. 2. Tubes métalliques selon la revendication 1 dans lequel ladite nervure (2) présente une largeur à mi-hauteur LNI/2 au moins égale à 0,65.LN. 25

3. Tubes métalliques selon la revendication 2 dans lequel ladite nervure (2) présente une largeur à mi-hauteur LN1/2 au moins égale à 0,70.LN.

4. Tubes métalliques selon la revendication 3 dans lequel ladite nervure (2) présente une largeur à mi-hauteur LNI/2 au moins égale à 0,75.LN. 30 15 25 20

5. Tubes métalliques selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ladite nervure (2) est une nervure (2') qui présente une section tétragonale comprenant, outre sa base B (20), un côté sommital S (21) en regard de ladite base B (20), et deux côtés latéraux CL1 (22) et CL2 (23) formant entre eux ledit angle d'apex a, dont l'un CL1 (22) fait un angle 0l typiquement inférieur à 90 avec ledit fond de rainure (30) adjacent, et dont l'autre CL2 (23) fait un angle 02 typiquement supérieur à 90 avec ledit fond de rainure (30) adjacent.

6. Tubes selon la revendication 5 dans lequel ledit angle d'apex a formé par lesdits deux 10 côtés latéraux CL1 (22) et CL2 (23) va de 10 à 35 .

7. Tubes selon une quelconque des revendications 5 à 6 dans lequel ledit côté sommital S (21) présente une largeur au moins égale à 0,3.LN, et de référence au moins égale à 0,4.LN.

8. Tubes selon une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel ledit côté sommital S (21) est incliné par rapport à ladite base B (20) avec un angle 8 allant de 5 à 35 .

9. Tubes selon la revendication 8 dans lequel ledit angle 8 a son sommet plus proche du 20 dudit côté latéral CL2 (23) que du côté CL1 (22).

10. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel lesdites nervures (2, 2') sont de hauteur H telle que FI/De soit égal à 0,020 0,005, H et De étant exprimés en mm.

11. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel le nombre N de nervures (2, 2') est tel que N/De soit égal à 4,5 0,5, le pas P correspondant étant égal à t.Di/N, avec Di égal à De-2.Tf, et De étant exprimé en mm. 30

12. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel ledit angle d'hélice va de 5 à 25 . 21

13. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 12 dont l'épaisseur Tf est telle que Tf /De soit égal à 0,03 0,005, Tf et De étant exprimés en mm, avec De allant 6 mm à 18 mm,

14. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel le rapport P/H va de 1,5 à 3 et préférence de 1,7 à 2,3.

15. Tubes selon une quelconque des revendications 5 à 14 dans lequel lesdits côtés 10 latéraux CL1 (22) et CL2 (23) se raccordent aux dits fonds de rainures (30) adjacents avec des rayons de courbure R typiquement inférieurs à 100 m, et typiquement inférieure à 50 m.

16. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 15 dans lesquels lesdites 15 nervures (2, 2') forment une succession de nervures de hauteur H1=H et de hauteur H2 = a.H1, avec a compris entre 0,1 et 0,9, la nervure de hauteur H1 étant la nervure principale, et la nervure de hauteur H2 étant la nervure secondaire, ces deux nervures étant séparées par une rainure à fond plat. 20

17. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 16 dans lequel une nervure droite (2") est intercalée entre deux nervures obliques adjacentes (2, 2'), ladite nervure droite présentant une hauteur H' < H ou inférieure à H1.

18. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 17 dans lesquels ladite nervure 25 (2) et ladite rainure (3) ont sensiblement la forme de parallélogrammes, le rapport des surfaces SN / SR étant sensiblement égal au rapport LN/LR, SN et SR désignant respectivement la surface de ladite nervure (2) et de ladite rainure (3).

19. Tubes selon une quelconque des revendications 1 à 18 en Cu et alliages de Cu, Al et 30 alliages d'Al, Fe et alliages de Fe.5

20. Tubes selon une quelconque des revendications, 1 à 19 de section transversale typiquement ronde, ovale ou rectangulaire.

21. Echangeurs de chaleur ou bat eries (4) utilisant des ailettes (5) et des tubes expansés 5 (1') formés par expansion de tubes (1) selon une quelconque des revendications 1 à 20.

22. Procédé de fabrication de tubes rainurés selon une quelconque des revendications 1 à 20 dans lequel on comprime radialement un tube non rainuré (1") sur un mandrin de rainurage (70) doté sur sa surface périphérique d'une pluralité de rainures (700), à l'aide 10 d'un moyen de compression radiale (71), de manière à former un tube rainuré (1) doté d'une pluralité de nervures (2) sur sa surface intérieure, ledit tube rainuré ainsi formé (1) étant tiré par un moyen de traction (72) selon une direction dite axiale (10) de déplacement dudit tube rainuré (1), ledit moyen de compression radiale (71) et ledit mandrin de rainurage (70) restant fixes par rapport à ladite direction axiale (10), ledit 15 mandrin de rainurage (70) étant un mandrin placé à l'intérieur dudit tube non rainuré (1") et solidaire d'un mandrin flottant (73) retenu en amont du mandrin de rainurage (70) par une filière de maintien (74), ledit moyen de compression radiale (71) comprenant une cage rotative (710) dotée d'une pluralité d'éléments (711), typiquement d'une pluralité de billes (711'), tournant autour dudit tube non rainuré (1") au droit dudit mandrin de 20 rainurage (70) selon un sens de rotation prédéterminé par rapport à ladite direction axiale (10), caractérisé en ce que : a) lesdites rainures (700) de ladite pluralité de rainures sont des rainures hélicoïdales, de pas droit ou gauche, de manière à obtenir un tube rainuré (1) d'angle d'hélice [3 ≠ 0, b) lesdites rainures (700) de ladite pluralité de rainures sont des rainures inclinées, avec 25 une inclinaison droite ou gauche, de manière à obtenir un tube rainuré (1) dont les nervures (2) présentent un angle d'inclinaison y, c) on choisit ledit sens de rotation de ladite cage rotative (710), ledit sens étant direct ou inverse, en fonction notamment de ladite inclinaison droite ou gauche desdites rainures (700), de manière à former ladite pluralité de nervures (2) desdits tubes rainurés (1) dans 30 leur intégralité, ledit pas droit ou gauche dudit mandrin de rainurage (70), ladite inclinaison droite ou gauche desdites rainures (700) et ledit sens de rotation direct ou5inverse de ladite cage rotative (710) étant déterminés relativement à un observateur placé à l'arrière et au-dessus dudit mandrin de rainurage (70) et regardant dans ladite direction axiale (10) de défilement dudit tube rainuré (1), ledit sens de rotation direct étant celui des aiguilles d'une montre.

23. Procédé selon la revendication 22 dans lequel, lorsque ledit sens de rotation de ladite cage rotative (710) est direct, lesdites rainures hélicoïdales (700) dudit mandrin de rainurage (70) présentent une inclinaison gauche, ledit pas dudit mandrin de rainurage (70) étant droit ou gauche.

24. Procédé selon la revendication 22 dans lequel, lorsque ledit sens de rotation de ladite cage rotative (710) est inverse, lesdites rainures hélicoïdales (700) dudit mandrin de rainurage (70) présentent une inclinaison droite, ledit pas étant droit ou gauche. 15

25. Procédé de fabrication de tubes selon une quelconque des revendications 1 à 20, typiquement non cannelés, obtenus par rainurage à plat d'une bande métallique puis formation d'un tube soudé. 20