FR2995674A1 - Echangeur de chaleur a structure elementaire tubulaire d'echange thermique - Google Patents

Abstract

Cet échangeur de chaleur du type comportant une multitude de structures élémentaires tubulaires d'échange thermique, est caractérisé en ce que chaque structure élémentaire tubulaire d'échange (1) comporte elle-même une multitude de micro-canaux associés (2).

Description

Echangeur de chaleur à structure élémentaire tubulaire d'échange thermique La présente invention concerne un échangeur de chaleur. Plus particulièrement l'invention se rapporte à un échangeur de chaleur qui comporte une multitude de structures élémentaires tubulaires d'échange thermique.

De tels échangeurs de chaleur trouvent de nombreuses applications comme par exemple pour la génération de vapeur ou la condensation dans des domaines tels que celui de l'industrie nucléaire ou autres. Bien entendu ce type d'échangeur de chaleur trouve des applications dans d'autres domaines techniques et pour d'autres applications.

En fait ces échangeurs de chaleur doivent répondre à un certain nombre de critères d'utilisation tels que par exemple une tenue en pression importante, une réduction des surfaces d'échange, un encombrement réduit, un coût de fabrication également réduit, une très bonne fiabilité, etc... Toutes les études menées jusqu'à présent sur ces échangeurs de chaleur ont tendu vers l'amélioration du coefficient d'échange thermique de ceux-ci afin de permettre une réduction des surfaces d'échange nécessaires et donc de l'encombrement de ces échangeurs. C'est ainsi par exemple que des solutions à base d'inserts disposés à l'intérieur de tubes d'échange afin de rendre l'écoulement interne plus turbulent, ont été proposées, de même que l'utilisation de revêtements spéciaux de la surface interne d'un tube, de micro rayures sur celle-ci, etc... Pour différents exemples de réalisation d'échangeurs de ces différents types, on pourra par exemple se reporter aux documents JP 2011075123, WO 2011/040518, CN 201715913, KR 20100090505, JP 2010175217, JP 2010032128, CN 201221910, CN 201184767, DE 202007016841, US 2007096611, EP 1 746 174 et JP 2006322661. Cependant toutes les solutions proposées dans ces documents présentent un certain nombre d'inconvénients. En effet, la plupart si ce n'est la totalité de ces documents se rapporte au domaine de l'industrie automobile et à la conception de radiateurs de refroidissement des moteurs de ceux-ci. De plus ces documents se rapportent donc quasiment tous à une technologie de réalisation par extrusion d'aluminium. Or ceci présente un certain nombre d'inconvénients car ce type de matériau est incompatible avec une utilisation dans certains domaines techniques comme celui de l'industrie nucléaire.

Par ailleurs le revêtement par exemple interne des tubes illustrés, n'est pas fiable à long terme et n'est pas non plus forcément adapté à une tenue à la corrosion telle que par exemple celle provoquée à la suite d'une exposition à de l'eau de mer. De plus l'utilisation d'inserts qui sont des pièces ajoutées et mobiles, peut poser un certain nombre de problèmes appelés problèmes de « corps migrants », car ces inserts peuvent être emportés par le fluide circulant dans l'échangeur. Les micro-rayures pratiquées dans les surfaces correspondantes des tubes de certains échangeurs, n'augmentent pas de façon significative le coefficient d'échange thermique pour certains types de transfert de chaleur.

Les serpentins sont quant à eux extrêmement complexes à réaliser et peuvent présenter des problèmes de tenue mécanique. Enfin les échangeurs à plaques ont une tenue limitée à la pression en raison de leur profil plan. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.

A cet effet l'invention a pour objet un échangeur de chaleur du type comportant une multitude de structures élémentaires tubulaires d'échange thermique, caractérisé en ce que chaque structure élémentaire tubulaire d'échange comporte elle-même une multitude de micro-canaux associés. Selon d'autres caractéristiques de l'échangeur selon l'invention, prise(s) seule(s) ou en combinaison : - Les micro-canaux sont répartis en cercle dans la structure élémentaire; et - Les micro-canaux sont répartis en cercle autour d'un canal central de la structure élémentaire. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une structure élémentaire tubulaire d'échange thermique entrant dans la constitution d'un échangeur de chaleur selon l'invention, et - les figures 2 et 3 représentent des vues en bout de deux variantes de réalisation d'une telle structure élémentaire. On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1, une portion d'un échangeur de chaleur selon l'invention qui comporte de façon classique, une multitude de structures élémentaires tubulaires d'échange thermique. L'une de ces structures élémentaires est représentée sur ces figures et en particulier sur la figure 1 et est désignée par la référence générale 1.

En fait cette structure élémentaire est donc une structure tubulaire d'échange thermique et comporte elle-même une multitude de micro-canaux associés les uns aux autres. L'un de ces micro-canaux est par exemple désigné par la référence générale 2 sur cette figure 1. En fait on conçoit à la lumière de ces figures que chaque structure élémentaire tubulaire d'échange thermique de l'échangeur, comporte elle-même une multitude de micro-canaux associés tels que ce micro-canal 2, qui permettent donc d'obtenir une augmentation de la surface d'échange et donc du coefficient d'échange thermique de chaque structure élémentaire, entre les fluides circulant de part et d'autre de cet échangeur. Comme cela est illustré sur les figures 2 et 3, les micro-canaux peuvent être répartis en cercle dans la structure élémentaire. Par exemple, les micro-canaux associés peuvent être répartis en cercle autour d'un canal central de la structure élémentaire, désigné par la référence générale 3 sur la figure 3. En fait ces micro-canaux peuvent être répartis selon une configuration dite en « barillet ». Bien entendu d'autres dispositions et d'autres configurations de ces micro-canaux et de leur association peuvent être envisagées. Cette structure peut être obtenue par exemple en utilisant une technologie d'extrusion à chaud d'un manchon percé, par tréfilages successifs, jusqu'à obtention de la géométrie désirée. Bien entendu d'autres modes de fabrication de cette structure encore peuvent être envisagés. On conçoit alors qu'une telle structure présente un certain nombre d'avantages notamment au niveau de la surface d'échange et du coefficient d'échange thermique extrêmement important et optimisé pour un encombrement donné de l'échangeur, de sa tenue en pression externe élevée, de la qualité et de la fiabilité de fabrication de l'ensemble, etc. Une telle structure se traduit en effet par une fabrication beaucoup plus simple avec un coût réduit et une fiabilité augmentée.35

Claims (3)

1. REVENDICATIONS1.- Echangeur de chaleur du type comportant une multitude de structures élémentaires tubulaires d'échange thermique, caractérisé en ce que chaque structure élémentaire tubulaire d'échange (1) comporte elle-même une multitude de micro-canaux associés (2).
2. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les micro-canaux (2) sont répartis en cercle dans la structure élémentaire.
3. 3.- Echangeur de chaleur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les micro-canaux sont répartis en cercle autour d'un canal central (3) de la structure élémentaire.