WO2015107314A1 - Tube amélioré pour échangeur thermique - Google Patents

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WO2015107314A1
WO2015107314A1 PCT/FR2015/050126 FR2015050126W WO2015107314A1 WO 2015107314 A1 WO2015107314 A1 WO 2015107314A1 FR 2015050126 W FR2015050126 W FR 2015050126W WO 2015107314 A1 WO2015107314 A1 WO 2015107314A1
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millimeters
tubes
wall
segment
pitch
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/050126
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English (en)
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Joël DUPRAT
Pascal SAUSSIER
Original Assignee
Vallourec Heat Exchanger Tubes
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    • F28F2210/06—Heat exchange conduits having walls comprising obliquely extending corrugations, e.g. in the form of threads

Definitions

  • the invention relates to an element for an industrial-type heat exchanger, in particular a condenser, of the type comprising a generally tubular body.
  • Condensers comprising such elements, also known as “tube condensers", are widely used industrially, particularly for the production of electricity.
  • a first fluid typically water in the liquid state
  • a second fluid in the gaseous state usually water vapor
  • Industrial type condensers must be able to condense large amounts of steam in a minimum amount of time. The volume of vapor they are able to condense per unit of time at least partially characterizes their performance. To do this, industrial condensers are generally equipped with hundreds of tubes, or even thousands, of great length, typically up to twenty meters. In the beginning, industrial condensers were equipped with smooth tubes. In order to improve their performance, especially with regard to the flow of condensed vapor, new tubes of a new type have been started, the body of which retains its generally tubular shape but whose wall has a twisted shape extending on at least one segment of said body. This twisted shape of the wall results in an outer surface having a domed relief extending helically along the segment in question, and a correspondingly shaped groove on the inner surface of the body.
  • This particular configuration substantially improves the heat exchange at the tubes: on the one hand, the twisted shape gives the wall a greater contact surface between the fluids, inside and outside the tubes; on the other hand, it causes turbulence in the fluid flowing inside the tubes, which is generally beneficial for heat exchange at the tube level.
  • the twisted shape further improves the evacuation of the drops that form on the outer surface of the tubes.
  • the tubes having a configuration of this type are said to be “corrugated”, or, more precisely, "provided with corrugations”.
  • the pitch of the twist also called no corrugation, is generally greater than 20 millimeters.
  • the invention aims to improve the existing.
  • the proposed heat exchanger element comprises a tubular body whose wall is at least partially delimited an inner surface and an outer surface.
  • the wall has a twisted shape on at least one segment of said body.
  • the inner surface has at least one groove corresponding in shape with said wall and which extends helically on said segment.
  • the outer surface has a diameter of between 18 and 30 millimeters, while the groove has a pitch of less than 3.5 millimeters and a depth such that the ratio of the pitch to a real power of between 1.5 and 2
  • FIG. 1 shows a diagram of a generic heat exchanger
  • FIG. 2 is a plan view of a tube element for the exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a wall portion of a tube element for the exchanger of FIG. 1; - Figure 4 shows a twisted portion of a tube element for a heat exchanger, perspective view and partially cut.
  • FIG. 1 shows, generically, an industrial type heat exchanger in the form of a condenser 1.
  • the condenser 1 comprises a plurality of elementary tubes 3 held relative to one another in one or more bundles 5 by plates 7 distributed along the tubes 3. Each plate 7 is thus traversed by each of the tubes 3 of the bundle 5.
  • the condenser 1 further comprises a pair of manifolds 9 into which the opposite ends of each of the tubes 3 open respectively.
  • One of the boxes 9 is in fluid communication with a fluid inlet 11, while the other of these boxes 9 is in fluid communication with a fluid outlet 13.
  • the inlet 11 and the outlet 13 may be connected to the remainder of a circuit in which a first fluid flows.
  • the first fluid enters the condenser 1 through the inlet 11 in liquid form. It flows from the corresponding manifold 9 to the other manifold inside the tubes 3, in one or more passes. From there, the first fluid leaves the condenser 1 for the rest of the circuit through the outlet 13.
  • the bundle 5 of tubes 3 is housed in an enclosure 15 formed inside what is called a shell 17 in the art.
  • the calender 17 is equipped with a fluid inlet 19 and a fluid outlet 21 which open into the enclosure 15.
  • the inlet 19 and the outlet 21 make it possible to connect the condenser 1 to a circuit in which a second fluid circulates.
  • the second fluid enters the chamber 15 through the inlet 19 in gaseous form.
  • the second fluid exchanges heat with the first fluid circulating inside these tubes. Since the first fluid is generally introduced at a temperature lower than that of the second fluid, the latter fluid condenses on the outer surface of the tubes 3.
  • the second fluid in liquid form leaves the chamber 15 through the outlet 21.
  • Capacitor type condensers 1 are widely used in the industrial production of electricity. In particular, it involves condensing water vapor with cold water circulating inside the tubes. To do this, we use tubes of great length, up to about twenty meters each.
  • FIG. 2 It shows a TE tube element that can be used in a condenser type condenser 1.
  • the tube element TE comprises a body BDY in the general shape of an elongate hollow cylinder, or tubular, of length TL.
  • the body BDY has two longitudinal end sections ESI and ES2 connected to each other by a central section CS of length CL.
  • the length TL corresponds to the total length of the tubular element TE, including the central section CS and the terminal sections ESI and ES2.
  • the end sections ESI and ES2 are generally cylindrical, of outer diameter TOD.
  • the diameter TOD corresponds to the nominal outside diameter of the TE element, as it is usually designated in the art.
  • the ESI and ES2 end sections each have an outer surface and a smooth inner surface.
  • the central section CS has a wall extending along the twisted body, or helically, or helically, forming turns LP around the longitudinal axis LA of the TE tube element.
  • the LP turns are joined.
  • the central section CS retains a general shape of hollow cylinder, having an outer diameter COD.
  • FIGS. 3 and 4. show, generically, a twisted portion CW of the wall and a parameterization of this twisted shape.
  • an internal surface IS having a relief made of peaks and valleys corresponding in shape with the hollows and bumps respectively of the outer surface OS.
  • the inner surface IS is provided with a groove which extends along a helix with contiguous turns along the section CS.
  • the inner surface IS has a helical shape.
  • This relief is likely to improve the thermal exchange capabilities of the TE element, due to the generation of vortices in the fluid flowing inside the TE element.
  • the twisted wall CW has a thickness TT.
  • the thickness TT corresponds to the nominal thickness of the element TE, that is to say to the thickness of the wall of the smooth tube at the origin of the element TE.
  • the central section CS has an inner diameter CID.
  • the diameter CID corresponds to the diameter of a gauge just able to cross internally the element TE.
  • the twisted section CS has an outer diameter COD which corresponds to the nominal outer diameter of the TE element on the twisted section CS, i.e. the diameter of a cylindrical envelope surface of this section.
  • the twist shape has a pitch CP, if any considered inside the tabular element.
  • the depth CD of the internal groove resulting from the twisted shape is considered with respect to an internal envelope surface of the tabular element, or, seen otherwise, as the radial distance between the bottom of the cracks of the inner surface IS and the summit of the ridges.
  • T1D the dimension corresponding to the nominal internal diameter of the tube, as it is usually designated in the art, that is to say here the nominal internal diameter of the smooth end sections. ESI and ES2.
  • the tube element TE has, on the twisted section CS, a nominal outer diameter COD between 18 and 30 millimeters.
  • the CP pitch of the twist is less than 3.5 millimeters.
  • the depth CD is such that the ratio of the high pitch CP to a real power R between 1.5 and 2.5 on the depth CD, called form ratio FR, remains below a ceiling value TV.
  • the TV ceiling value is close to 24.
  • the power R is close to 1.7.
  • the depth CD satisfies the conditions COND1, COND2 and COND3 set out below:
  • Tables 1A and 1B show that the twisted portion of the tubes according to the invention has a very small pitch, less than 3.5 millimeters, and preferably less than 3 millimeters, compared to the step values conventionally used in the tubes. with corrugations, typically greater than 20 millimeters. Therefore, the tubes according to the invention are distinguished from conventional tubes in that the twisted section has a shape that looks like a spiral.
  • Table 2 below collects dimensional characteristics relating to a set of tube elements (referenced I, ..., XII) each having a twisted central section. The tube elements are distinguished from each other by the profile of their respective twisted section, characterized by pitch values CP and depth CD different from each other. Dimensions not shown in Table 2 are common to tubes I to XIV. In particular, the tube members all have an outer diameter of 22.22 millimeters and a wall thickness of 0.5 millimeters. The tubes are made of grade 2 titanium.
  • CP step and CD depth values are in millimeters.
  • Table 2 also shows the corresponding values of the form ratio FR, calculated for a power value R of 1.7.
  • the tube elements II, III are in accordance with the embodiment variant 2.
  • the tubular element III is also in accordance with the embodiment example 2.
  • the elements I, II, III, V, and VIII are in accordance with the invention in that they have CP step values of less than 3.5 millimeters and furthermore check conditions COND1, COND2 and COND3.
  • the tube elements IV and VI have dimensions according to the embodiment variant 2, except that they do not satisfy the conditions COND1 to COND3.
  • Table 3 summarizes the results of heat exchange capacity measurements carried out on the elements of Table 2.
  • the coefficient K represents a measured heat exchange capacity for the considered tube element.
  • the coefficient K is expressed in Watt per square meter and per Kelvin (Wm "2 .K _1 ).
  • the HER value expressed in percent, corresponds to the improvement in the value of K for the element under consideration in relation to a smooth element having similar dimensions elsewhere.
  • Table 3 shows that compliance with conditions COND1, COND2 and COND3 is generally associated with a significant increase in heat exchange performance.
  • the lines corresponding to the tube elements I, II, III, V, VIII, X and XII have values of the coefficient K which are at least 45% higher than the reference value for a smooth tube (5272 Wm -2 K. _1).
  • the comparison in table 2 of the VII and X lines on one hand, and the lines I and XIII and XIV on the other hand also shows an increase in minor heat exchange performance when the report FR exceeds the ceiling value of 24. When the FR ratio is above the ceiling value, the increase in heat exchange performance compared to a smooth tube is generally less than 30%.
  • Table 3 shows that the tubular elements in accordance with the invention have greatly improved heat transfer capabilities in comparison with smooth elements on the one hand, and elements whose twisted section deviates from the profile provided by the invention.
  • Table 4 also collects the values of the so-called Darcy or Darcy-Weisbach coefficient for the tubes considered, as well as the DCR increase of the value of this coefficient relative to a smooth reference tube.
  • the Darcy coefficient corresponds to a coefficient of loss of load. This size without dimension represents the influence of the type of flow (laminar or turbulent) and the appearance of a pipe (smooth or rough) on the pressure drop.
  • the DARCY coefficient is calculated for a flow rate of 2.5 cubic meters per hour.
  • An increase in the DARCY value is generally unfavorable to the performance of a tube element in a condenser.
  • an increase in the DARCY value implies an increase in the energy consumption necessary for the circulation of the fluid inside the tubes.
  • the increase in the DARCY value is detrimental to the condensation of the water vapor on the inside of the tubes. outside the tubular element with constant energy consumption.
  • Table 4 generally shows that the tubes according to the invention show a significant increase in the DARCY value. However, this increase remains limited (less than 140 and less than for some tubes not according to the invention, as indicated by a comparison with the lines X and XII). On the other hand, the relative increase of the DARCY coefficient is very low (close, 100% or even less) for the elements according to the second embodiment variant (tubes II and III) and for the tube I, in comparison with the other tubes tested. The tubes of the second embodiment and the tube I show an increase in the value DARCY very significantly lower than the others.
  • tubes having a twisted section according to the invention are capable of greatly improved performance with respect to their ability to condense an externally circulating gas. These improved performances are consecutive of a form of torsade which greatly improves the heat exchange capacities and significantly limits the effects of pressure drop.
  • the tubes according to the embodiments 1 to 3, and to Examples 1 and 2 are likely to have even greater condensation performance due to the heat exchange capacity comparable to other tubes according to the invention and losses substantially reduced loads with respect to these tubes.
  • the outer diameter of the TOD tube is between 19 and 26 millimeters, preferably between 20 and 26 millimeters, and even more preferably between 20 and 23 millimeters. millimeters. In particular, the outer diameter TOD is close to 19.05 millimeters, 22.22 millimeters, or 25.4 millimeters.
  • the outer diameter COD of the twisted portion is between 18 and 26 millimeters, preferably between 20 and 26 millimeters, more preferably between 20 and 23 millimeters. In particular, the diameter COD is close to 18.90 millimeters, 22.07 or 25.25 millimeters.
  • the pitch CP is strictly greater than 2 millimeters. It is less than 3 millimeters.
  • the depth CD is between 0.05 and 0.6 millimeters, in particular greater than 0.15 millimeters.
  • the thickness TT of the wall CW of the tube is between 0.4 and 1 millimeter, for example of the order of 0.5 millimeter.

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Abstract

Un élément d'échangeur thermique comprend un corps tabulaire dont la paroi est en partie au moins délimitée une surface interne (IS) et une surface externe (OS). La paroi présente une forme torsadée sur un segment du corps. La surface interne présente une rainure en correspondance de forme avec la paroi. La rainure s'étend de manière hélicoïdale sur le segment. Sur celui-ci, la surface externe présente un diamètre (COD) compris entre 18 et 30 millimètres, la rainure présente un pas (CP) inférieur à 3,5 millimètres, et une profondeur telle que le rapport du pas à une puissance réelle comprise entre 1,5 et 2,5 sur la profondeur soit inférieure à une valeur plafond, voisine de 24. Échangeur thermique, en particulier de type condenseur, comprenant un tel élément.

Description

Tube amélioré pour échangeur thermique
L'invention se rapporte à un élément pour un échangeur thermique de type industriel, en particulier un condenseur, du type comportant un corps généralement tubulaire.
Les condenseurs comportant de tels éléments, aussi dits "condenseurs à tubes", sont largement utilisés industriellement, notamment pour la production d'électricité. Un premier fluide, typiquement de l'eau à l'état liquide, est mis en circulation à l'intérieur d'une pluralité de tubes, tandis qu'un second fluide à l'état gazeux, généralement de la vapeur d'eau, est amené à proximité des tubes, extérieurement à ceux-ci. Il se produit alors un échange thermique entre les premier et second fluides, au travers de la paroi des tubes, lequel échange provoque la condensation du fluide à l'état gazeux.
Les condenseurs de type industriel doivent pouvoir condenser de grandes quantités de vapeur en un minimum de temps. Le volume de vapeur qu'ils sont capables de condenser par unité de temps caractérise en partie au moins leur performance. Pour ce faire, les condenseurs industriels sont généralement équipés de centaines de tubes, voire de milliers, de grande longueur, typiquement jusqu'à une vingtaine de mètres. À l'origine, les condenseurs industriels étaient équipés des tubes lisses. Pour améliorer leurs performances, en particulier en ce qui concerne le débit de vapeur condensée, on a commencé à utiliser des tubes d'un type nouveau, dont le corps conserve sa forme généralement tubulaire, mais dont la paroi présente une forme torsadée s'étendant sur un segment au moins dudit corps. Cette forme torsadée de la paroi résulte en une surface extérieure présentant un relief bombé s'étendant de manière hélicoïdale le long du segment en question, et une rainure de forme correspondante sur la surface intérieure du corps.
Cette configuration particulière améliore sensiblement les échanges thermiques au niveau des tubes : d'une part, la forme torsadée confère à la paroi une surface de contact plus grande entre les fluides, à l'intérieur comme à l'extérieur des tubes ; d'autre part, elle provoque des turbulences dans le fluide qui s'écoule à l'intérieur des tubes, ce qui est globalement bénéfique pour les échanges thermiques au niveau des tubes. La forme torsadée améliore en outre l'évacuation des gouttes qui se forment sur la surface extérieure des tubes. Dans la technique, les tubes présentant une configuration de ce type sont dits "corrugués", ou, plus justement, "munis de corrugations". Le pas de la torsade, aussi appelé pas de corrugation, est généralement supérieur à 20 millimètres.
La demanderesse a constaté que, de manière générale, les performances réelles des tubes corrugués, notamment en ce qui concerne leur aptitude à condenser un fluide à leur surface extérieure, sont assez nettement inférieures aux performances attendues.
L'invention vise à améliorer l'existant. L'élément d'échangeur thermique proposé comprenant un corps tubulaire dont la paroi est en partie au moins délimitée une surface interne et une surface externe. La paroi présente une forme torsadée sur un segment au moins dudit corps. La surface interne présente au moins une rainure en correspondance de forme avec ladite paroi et qui s'étend de manière hélicoïdale sur ledit segment. Sur ledit segment, la surface externe présente un diamètre compris entre 18 et 30 millimètres, tandis que la rainure présente un pas inférieur à 3,5 millimètres et une profondeur telle que le rapport du pas à une puissance réelle comprise entre 1,5 et 2,5 sur la profondeur soit inférieure à une valeur plafond, voisine de 24. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 montre un schéma d'un échangeur thermique générique ;
- la figure 2 est une vue en plan d'un élément de tube pour l'échangeur de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une portion de paroi d'un l'élément de tube pour l'échangeur de la figure 1 ; - la figure 4 représente une portion torsadée d'un élément de tube pour un échangeur thermique, vue en perspective et partiellement coupée.
Les dessins annexés contiennent des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à compléter la description de l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
On fait référence à la figure 1. Elle montre, de manière générique, un échangeur thermique de type industriel sous la forme d'un condenseur 1.
Le condenseur 1 comprend une pluralité de tubes élémentaires 3 maintenus les uns par rapport aux autres en un ou plusieurs faisceaux 5 par des plaques 7 réparties le long des tubes 3. Chaque plaque 7 se trouve ainsi traversée par chacun des tubes 3 du faisceau 5. Le condenseur 1 comprend en outre une paire de boîtes collectrices 9 dans lesquelles débouchent respectivement les extrémités opposées de chacun des tubes 3.
L'une des boîtes 9 est en communication fluidique avec une arrivée de fluide 11, tandis que l'autre de ces boîtes 9 est communication fluidique avec une sortie de fluide 13.
L'arrivée 11 et la sortie 13 peuvent être raccordées au reste d'un circuit dans lequel circule un premier fluide. Typiquement, le premier fluide pénètre dans le condenseur 1 par l'arrivée 11 sous forme liquide. Il circule de la boîte collectrice 9 correspondante jusqu'à l'autre boîte collectrice à l'intérieur des tubes 3, en une ou plusieurs passes. De là, le premier fluide quitte le condenseur 1 pour le reste du circuit par la sortie 13.
Le faisceau 5 de tubes 3 est logé dans une enceinte 15 ménagée à l'intérieur de ce que l'on appelle une calandre 17 dans la technique. La calandre 17 est équipée d'une entrée de fluide 19 et d'une sortie de fluide 21 qui débouchent dans l'enceinte 15. L'entrée 19 et la sortie 21 permettent de raccorder le condenseur 1 à un circuit dans lequel circule un second fluide.
Le second fluide pénètre dans l'enceinte 15 par l'entrée 19 sous forme gazeuse. Au contact des tubes 3, le second fluide échange de la chaleur avec le premier fluide en circulation à l'intérieur de ces tubes. Le premier fluide étant généralement introduit à une température inférieure à celle du second fluide, ce dernier condense à la surface extérieure des tubes 3. Le second fluide sous forme liquide quitte l'enceinte 15 par la sortie 21.
Des condenseurs du type du condenseur 1 sont largement utilisés dans la production industrielle d'électricité. Il s'agit en particulier de condenser de la vapeur d'eau au moyen d'eau froide en circulation à l'intérieur des tubes. Pour ce faire, on utilise des tubes de grande longueur, jusqu'à une vingtaine de mètres chacun.
On fait référence à la figure 2. Elle montre un élément de tube TE qui peut être utilisé dans un condenseur du type du condenseur 1.
L'élément de tube TE comprend un corps BDY en forme générale de cylindre creux allongé, ou tubulaire, de longueur TL. Le corps BDY présente deux sections longitudinales d'extrémité ESI et ES2 raccordées l'une à l'autre par une section centrale CS de longueur CL. La longueur TL correspond à la longueur totale de l'élément tubulaire TE, y compris la section centrale CS et les sections terminales ESI et ES2. Les sections d'extrémité ESI et ES2 sont généralement cylindriques, de diamètre extérieur TOD. Le diamètre TOD correspond au diamètre extérieur nommai de l'élément TE, tel qu'il est habituellement désigné dans la technique. Les sections terminales ESI et ES2 présentent chacune une surface extérieure et une surface intérieure lisses. La section centrale CS présente une paroi qui s'étend le long du corps en torsade, ou de manière hélicoïdale, ou encore en hélicoïde, en formant des spires LP autour de l'axe longitudinal LA de l'élément de tube TE. Ici, les spires LP sont jointives. II résulte de cette conformation torsadée de la paroi de l'élément TE une surface extérieure qui, sur la longueur de la section centrale CS, présente un relief en hélice, fait de creux et bosses. Ce relief est de nature à améliorer les capacités d'échange thermique de l'élément TE, du fait que la surface extérieure de celui-ci est alors plus étendue que celle d'un tube lisse de même diamètre extérieur. En outre, il améliore l'évacuation des gouttes qui se forment à la surface extérieure de l'élément TE. La section centrale CS conserve une allure générale de cylindre creux, présentant un diamètre extérieur COD.
On fait référence aux figures 3 et 4. Elles font apparaître, de manière générique, une portion torsadée CW de la paroi et un paramétrage de cette forme torsadée. Il résulte de la forme torsadée de la paroi CW une surface interne IS présentant un relief fait de crêtes et de creux, en correspondance de forme avec les creux et bosses, respectivement de la surface externe OS. Vu autrement, la surface interne IS est munie d'une rainure qui s'étend selon une hélice à spires jointives le long de la section CS. Vu encore autrement, la surface interne IS présente une forme d'hélicoïde.
Ce relief est de nature à améliorer les capacités d'échange thermique de l'élément TE, du fait de la génération de tourbillons dans le fluide qui s'écoule à l'intérieur de l'élément TE.
La paroi torsadée CW présente une épaisseur TT. L'épaisseur TT correspond à l'épaisseur nominale de l'élément TE, c'est-à-dire à l'épaisseur de la paroi du tube lisse à l'origine de l'élément TE. La section centrale CS présente un diamètre intérieur CID. Le diamètre CID correspond au diamètre d'un calibre tout juste capable de traverser intérieurement l'élément TE. La. section torsadée CS présente un diamètre extérieur COD qui correspond au diamètre extérieur nominal de l'élément TE sur la section torsadée CS, c'est-à-dire au diamètre d'une surface d'enveloppe cylindrique de cette section.
La forme de torsade présente un pas CP, le cas échéant considéré à l'intérieur de l'élément tabulaire. La profondeur CD de la rainure interne issue de la forme torsadée est considérée par rapport à une surface d'enveloppe interne de l'élément tabulaire, ou, vu autrement, comme la distance radiale entre le fond des creu de la surface interne IS et le sommet des crêtes.
Bien que non représentée sur les figures, on peut noter T1D la dimension qui correspond au diamètre intérieur nominal du tube, tel qu'il est habituellement désigné dans la technique, c'est-à-dire ici le diamètre intérieur nominal des sections terminales lisses ESI et ES2.
Selon un aspect général de l'invention, l'élément de tube TE présente, sur la section torsadée CS, un diamètre extérieur nominal COD compris entre 18 et 30 millimètres. Le pas CP de la torsade est inférieur à 3,5 millimètres. La profondeur CD est telle que le rapport du pas CP élevé à une puissance R réelle comprise entre 1,5 et 2,5 sur la profondeur CD, que l'on appelle rapport de forme FR, demeure inférieur à une valeur plafond TV. En particulier, la valeur plafond TV est voisine de 24. En particulier, la puissance R est voisine de 1,7. Autrement dit, la profondeur CD vérifie les conditions COND1, COND2 et COND3 énoncées ci-dessous :
FR = CPAR / CD (COND1)
FR < 24 (COND2)
1 ,5 < R < 2,5, et en particulier R = 1 ,7 (COND3) Les tableaux 1A et 1B ci-dessous rassemblent des données caractéristiques de la section torsadée CS pour des éléments de tube TE selon trois variantes de réalisation de l'invention (tableau 1A), et deux exemples de réalisation (tableau 1B). Les dimensions y sont exprimées en millimètre. A chaque fois, les éléments de tube conformes à ces variantes de réalisation sont tels qu'ils vérifient les conditions CONDl, COND2 et COND3, en particulier avec R = 1,7.
Tableau 1A :
Figure imgf000009_0001
Tableau 1B :
Figure imgf000009_0002
Les tableaux 1 A et 1B font apparaître que la partie torsadée des tubes selon l'invention présente un pas très réduit, inférieur à 3,5 millimètres, et de préférence inférieur à 3 millimètres, par rapport aux valeurs de pas classiquement utilisées dans les tubes à corrugations, typiquement supérieures à 20 millimètres. Dès lors, les tubes selon l'invention se distinguent des tubes classiques en ce que la section torsadée présente une forme qui ressemble à une spirale. Le tableau 2 ci-dessous rassemble des caractéristiques dimensionnelles se rapportant à un jeu d'éléments de tube (référencés I, ... , XII) présentant chacun une section centrale torsadée. Les éléments de tubes se distinguent les uns des autres par le profil de leur section torsadée respective, caractérisé par des valeurs de pas CP et de profondeur CD différentes les unes des autres. Des dimensions absentes du tableau 2 sont communes aux tubes I à XIV. En particulier, les éléments de tube présentent tous un diamètre extérieur de 22,22 millimètres et une épaisseur de paroi de 0,5 millimètre. Les tubes sont réalisés en titane grade 2.
Les valeurs de pas CP et de profondeur CD sont exprimées en millimètres.
On a fait également apparaître, dans le tableau 2, les valeurs correspondantes du rapport de forme FR, calculé pour une valeur de puissance R de 1,7.
Tableau 2 :
Figure imgf000010_0001
Dans ce tableau 2, les éléments de tube II, III, sont conformes à la variante de réalisation 2. L'élément tubulaire III est par ailleurs conforme à l'exemple de réalisation 2. En outre, les éléments I, II, III, V, et VIII sont conformes à l'invention en ce qu'ils présentent des valeurs de pas CP inférieures à 3,5 millimètres et vérifient en outre les conditions COND1 , COND2 et COND3.
Les éléments de tube IV et VI présentent des dimensions conformes à la variante de réalisation 2, à l'exception qu'ils ne vérifient pas les conditions COND1 à COND3.
L'élément de tube X vérifie les conditions COND1, COND2 et COND3 avec R = 1,7.
Le tableau 3 ci-dessous rassemble les résultats de mesures de capacité d'échange thermique effectuées sur les éléments du tableau 2.
Dans le tableau 3, le coefficient K représente une capacité d'échange thermique mesurée pour l'élément de tube considéré. Le coefficient K y est exprimé en Watt par mètres carrés et par Kelvin (W.m"2.K_1). La valeur HER, exprimée en pour cent, correspond à l'amélioration de la valeur de K pour l'élément considéré par rapport à un élément lisse présentant des dimensions analogues par ailleurs.
Tableau 3
Figure imgf000011_0001
XII 7698 46%
XIII 6473 23%
XIV 6007 13%
Le tableau 3 fait apparaître que le respect des conditions COND1, COND2 et COND3 est généralement associé à une augmentation sensible des performances d'échange thermique. Les lignes correspondant aux éléments de tube I, II, III, V, VIII, X et XII présentent des valeurs du coefficient K supérieures d'au moins 45 %> à la valeur de référence pour un tube lisse (5272 W.m"2.K_1). La comparaison dans le tableau 2 des lignes VII et X d'une part, et des lignes I et XIII et XIV d'autre part, fait également apparaître une augmentation de faible importance des performances d'échange thermique dès que le rapport FR dépasse la valeur plafond de 24. Lorsque le rapport FR est supérieur à la valeur plafond, l'augmentation des performances d'échange thermique par rapport à un tube lisse est généralement inférieure à 30%.
Le tableau 3 prouve que les éléments tubulaires conformes à l'invention ont des capacités de transfert thermique grandement améliorées en comparaison des éléments lisses d'une part, et des éléments dont la section torsadée s'écarte du profil prévu par l'invention.
Le tableau 4 ci-dessous rassemble les résultats de mesures réalisées sur les éléments de tube du tableau 2.
Le tableau 4 rassemble également les valeurs du coefficient dit de Darcy, ou Darcy- Weisbach, pour les tubes considérés, ainsi que l'accroissement DCR de la valeur de ce coefficient par rapport à un tube de référence lisse. Le coefficient Darcy correspond à un coefficient de perte de charge. Cette grandeur sans dimension représente l'influence du type d'écoulement (laminaire ou turbulent) et de l'aspect d'une conduite (lisse ou rugueux) sur la perte de charge. Ici, le coefficient DARCY est calculé pour un débit de 2,5 mètres cube par heure. Une augmentation de la valeur DARCY est globalement défavorable aux performances d'un élément de tube au sein d'un condenseur. En particulier, une augmentation de la valeur DARCY implique une augmentation de la consommation énergétique nécessaire à la circulation du fluide à l'intérieur des tubes Autrement dit, l'augmentation de la valeur DARCY nuit à la condensation de la vapeur d'eau sur l'extérieur de l'élément tubulaire à consommation énergétique constante.
Tableau 4 :
Figure imgf000013_0001
Le tableau 4 montre de manière générale que les tubes conformes à l'invention présentent une augmentation sensible de la valeur DARCY. Toutefois, cette augmentation reste limitée (inférieure à 140 et moindre que pour certains tubes non conformes à l'invention, comme l'indique une comparaison avec les lignes X et XII). D'autre part, l'augmentation relative du coefficient de DARCY est très faible (voisine, voire inférieure, à 100%) pour les éléments conformes à la seconde variante de réalisation (tubes II et III) et pour le tube I, en comparaison des autres tubes testés. Les tubes de la seconde variante de réalisation et le tube I présentent une augmentation de la valeur DARCY très nettement inférieure aux autres.
Il résulte de ce qui précède que les tubes présentant une section torsadée conforme à l'invention sont susceptibles de performances grandement améliorées en qui concerne leur capacité à faire se condenser un gaz en circulation extérieurement. Ces performances améliorées sont consécutives d'une forme de torsade qui améliore grandement les capacités d'échange thermique et limite de manière sensible les effets de perte de charge.
La comparaison des exemples I à II aux exemples XIII et XIV met en avant que la diminution du pas permet de diminuer la valeur DARCY mais que le respect des conditions COND1, COND2, COND3 permet d'obtenir une performance d'échange thermique améliorée.
En outre, les tubes conformes aux variantes de réalisation 1 à 3, et aux exemples 1 et 2, sont susceptibles de présenter des performances de condensation encore accrues du fait de capacités d'échange thermique comparables aux autres tubes selon l'invention et de pertes de charges sensiblement restreintes par rapport à ces tubes.
À partir du mode de réalisation général de l'invention, et sur la base de tests dont les résultats sont en partie au moins mentionnés dans les tableaux 2 à 3, il est considéré que les caractéristiques ci-dessous, qui sont optionnelles, complémentaires ou de substitution, sont susceptibles d'améliorer encore les performances de condensation d'un tube :
Le diamètre extérieur du tube TOD est compris entre 19 et 26 millimètres, de préférence entre 20 et 26 millimètres, et plus préférentiellement encore entre 20 et 23 millimètres. En particulier, le diamètre extérieur TOD est voisin de 19,05 millimètres, 22,22 millimètres, ou de 25,4 millimètres.
Le diamètre extérieur COD de la partie torsadée est compris entre 18 et 26 millimètres, de préférence entre 20 et 26 millimètres, plus préférentiellement encore entre 20 et 23 millimètres. En particulier, le diamètre COD est voisin de 18,90 millimètres, de 22,07 ou de 25,25 millimètres.
Le pas CP est strictement supérieur à 2 millimètres. Il est inférieur à 3 millimètres.
La profondeur CD est comprise entre 0,05 et 0,6 millimètre, en particulier supérieure à 0, 15 millimètre.
L'épaisseur TT de la paroi CW du tube est comprise entre 0,4 et 1 millimètre, par exemple de l'ordre de 0,5 millimètre.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit ci-avant, mais englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art.

Claims

Revendications
1. Élément (TE) d'échangeur thermique du type comprenant un corps tabulaire (BDY) dont la paroi (CW) est en partie au moins délimitée par une surface interne (IS) et une surface externe (OS), la paroi (CW) présentant une forme torsadée sur un segment (CS) au moins dudit corps (BDY), et la surface interne (IS) présentant au moins une rainure en correspondance de forme avec ladite paroi (CW) et s'étendant de manière hélicoïdale sur ledit segment (CS), caractérisé en ce, sur ledit segment (CS), la surface externe (OS) présente un diamètre (COD) compris entre 18 et 30 millimètres, tandis que la rainure présente un pas (CP) inférieur à 3,5 millimètres et une profondeur (CD) telle que le rapport du pas (CP) à une puissance réelle comprise entre 1,5 et 2,5 sur la profondeur (CD) soit inférieure à une valeur plafond, voisine de 24.
2. Élément selon la revendication 1, dans lequel la puissance réelle est voisine de 1,7-
3. Élément selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le corps (BDY) présente, sur ledit segment (CS) au moins, un diamètre extérieur (COD) compris entre 18 et 26 millimètres, de préférence entre 20 et 26 millimètres, plus préférentiellement encore entre 20 et 23 millimètres.
4. Élément selon la revendication 3, dans lequel le corps (BDY) présente, sur ledit segment (CS) au moins, un diamètre extérieur (COD) voisin de 18,90, 22,07 ou 25,25 millimètres.
5. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit pas (CP) est strictement supérieur à 2 millimètres.
6. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit pas (CP) est inférieur à 3 millimètres.
7. Élément selon l'une des précédentes, caractérisé en ce que ladite profondeur (CD) est comprise entre 0,05 millimètre et 0, 6 millimètre, en particulier supérieure à 0,15 millimètre.
8. Élément selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la paroi (CW) présente une épaisseur comprise entre 0,4 et 1 millimètre, de préférence voisine de 0,5 millimètre, sur une partie au moins dudit segment (CS).
9. Échangeur thermique comprenant au moins un élément selon l'une des revendications précédentes.
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