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TUBES RAINURES POUR ECHANGEURS THERMIQUES D'APPAREILS DE
~ CONDITIONNEMENT D'AIR ET DE REFRIGERATION, ET ECHANGEURS
CORRESPONDANTS
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine des tubes servant à fabriquer
des échangeurs thermiques d'appareils de conditionnement d'air
et de réfrigération ou pour toute autre application de
chauffage ou de refroidissement, tubes contribuant à assurer
l'échange thermique entre un fluide circulant dans ces tubes
et l'atmosphère circulant dans lesdits échangeurs.
L'invention concerne aussi lesdits échangeurs, qui comprennent
généralement un assemblage de tubes en cuivre, aluminium ou
acier, généralement en épingles (portions droites + coudes),
et de plaques, appelées ailettes, en cuivre ou aluminium, en
contact thermique avec lesdits tubes et généralement
perpendiculaires auxdites portions droites des tubes et
offrant une grande surface d'échange avec ladite atmosphère.
ART ANTERIEUR
On connaît déjà de très nombreuses variantes de tubes,
généralement de tubes de cuivre et alliages de cuivre, et de
moyens pour améliorer les échanges thermiques entre le fluide
circulant dans le tube et l'atmosphère extérieure.
A titre d'illustration de ces variantes, on peut citer le
brevet US N° 4 480 684 et la demande européenne EP-A-148 609
~ qui décrivent des tubes rainurés intérieurement.
Dans le brevet US N° 4 480 684, les rainures sont
~ caractérisées par la combinaison des moyens suivants .
- rainures spiralées avec un angle d'hélice, par rapport à
l'axe du tube compris entre 16° et 35°,
- rainures dont la profondeur est comprise entre 0,1 et 0,6
mm,
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- rainures dont le pas est compris entre 0,2 et 0,6 mm,
- rainures à section en "V" d'angle compris entre 50° et 100°.
Les figures 2 et 6 de ce brevet illustrent respectivement un
échangeur et une portion de profil de tube selon une coupe
perpendiculaire à l'axe du tube montrant des rainures en "V"
séparées par des nervures en "V" de mëme angle, dit angle
d'apex (alpha).
La demande européenne EP-A-148 609 décrit aussi des tubes
rainurés, dont les rainures hélicoïdales sont de section
trapézoïdale et les nervures de section triangulaire, tubes
caractérisés par la combinaison des moyens suivants .
- le rapport de la profondeur H de ces rainures - ou la
hauteur H des nervures - au diamètre intérieur Di du tube est
compris entre 0,02 et 0,03,
- l'angle d'hélice de ces rainures est compris entre 7° et
30°,
- le rapport de section transversale S de la rainure par
rapport à la profondeur H est compris entre 0,15 et 0,40 mm,
- l'angle d'apex d'une nervure est compris entre 30° et 60°.
PROBLEME POSE
L'homme du métier connaît depuis longtemps l'intérét de tubes
rainurés pour augmenter l'échange thermique entre le fluide
qui circule à l'intérieur du tube et le tube lui-même.
L'homme du métier sait que, pour un tube de cuivre typique de
9, 52 mm de diamètre extérieur, il est préférable d' avoir des
nervures / des rainures hélicoïdales (angle d'hélice compris
entre 10 et 30°), en nombre suffisant (de 45 à 65).
Cependant, si ces caractéristiques semblent émerger de
l'analyse de l'art antérieur par l'homme du métier, par
contre, pour beaucoup d'autres caractéristiques relatives à la
forme précise des nervures et rainures, l'art antérieur
n'offre pas une image unie, un enseignement homogène, vers
lequel pourrait aller l'homme du métier pour obtenir à coup
sùr un tube échangeur doté de performances élevées.
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Par ailleurs, dans le cadre de ses travaux pour mettre au
point des batteries compactes à contact thermique amélioré
entre tubes et ailettes, la demanderesse a utilisé des moyens,
connus en eux-mêmes, pour cintrer les tubes rainurés de l'art
~ 5 antérieur et pour les sertir aux ailettes, typiquement à
l'aide d'un mandrin circulant à l'intérieur du tube, de
manière à provoquer une légère expansion du tube contre le
bord des orifices des ailettes et ainsi obtenir un excellent
contact thermique sans faire appel à des techniques de soudure
ou brasure onéreuses.
La demanderesse a constaté, par des examens sur des coupes de
tubes sertis (tube standard à 60 nervures en "V"), un
écrasement des nervures, qui se traduit par une diminution
importante de la profondeur H et de la section S de la rainure
.
avant sertissage après sertissage
H 0,20 mm 0,13 mm
S 0,060 mm2 0,024 mm2 (- 60g)
En ce qui concerne l'échange thermique entre le fluide
circulant dans le tube et le tube lui-méme, les mesures
comparatives effectuées sur des portions de tubes, avant et
après sertissage, ont confirmé la dégradation des performances
après sertissage, due à la diminution de 60% de la section S.
Ainsi, la demanderesse en est arrivée à la conclusion, selon
laquelle considérer et optimiser les performances d'un tube en
lui-mème ne serait pas d'une grande utilité, si l'on ne
prenait pas aussi en compte les déformations des nervures /
rainures susceptibles de se produire durant l'assemblage des
tubes et des ailettes.
La demanderesse a donc recherché un profil de rainure /nervure
optimisé tenant compte du sertissage, et permettant donc de
limiter les effets néfastes du sertissage, sertissage qui a
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par ailleurs des effets bénéfiques sur l'échange thermique
entre le tube et les ailettes, et qui constitue une technique
économique d'assemblage.
DESCRIPTION DE'L'INVENTION
Le tube, premier objet de l'invention, destiné à la
fabrication d'échangeurs de chaleur par sertissage dudit tube
avec des ailettes, de diamètre extérieur De compris entre 3 et
10~ 30 mm, est rainuré intérieurement par n nervures hélicoïdales,
avec n compris entre 35 et 90, d'angle d'hélice compris entre
et' 50°, d'angle d'apex (alpha) compris entre 30 et 60°, et
est caractérisé en ce que lesdites nervures forment un profil
périodique comprenant au moins deux nervures, de hauteur
différente, l'une dite "haute" de hauteur Hh, et l'autre dite
"basse" de hauteur Hb, avec un rapport Hb/Hh compris entre
0,40 et 0,97, chaque nervure "haute" étant comprise entre deux
rainures à fond plat.
20 On appelle profil périodique la succession de nervures et
d'ailettes qui est reproduite régulièrement à chaque pas p.
Les essais réalisés par la demanderesse ont montré qu'un
rapport Hb/Hh, méme seulement légèrement inférieur à 1, suffit
déjà pour obtenir un effet significatif. Mais, de préférence,
ce rapport Hb/Hh est compris entre 0,6 et 0,95, la capacité
d'échange thermique du tube après sertissage des ailettes
diminuant en dehors de ces limites, et diminuant encore plus
en dehors des limites 0,40-0,97.
La solution trouvée comprend, de manière générique, deux
moyens essentiels constitués, d'une part, par un profil
périodique comprenant au moins deux nervures de hauteur
différente (Hh et Hb), et d'autre part, par le fait que chaque
nervure "haute" est comprise entre deux rainures à fond plat.
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Ces deux éléments sont essentiels pour l'invention, pour
obtenir, après sertissage des tubes rainurés et des ailettes,
des tubes dont les rainures à fond plat présentent une
section d'aire S' < S, mais de valeur suffisante pour obtenir
un échange thermique efficace.
De manière imprévue, la demanderesse à observé que le profil
périodique selon l'invention était favorable en ce que
concerne les performances d'échange thermique après
assemblage des tubes (parties droites et coudées) et des
ailettes par sertissage.
En effet, le fait de différencier les nervures par leur
hauteur, qui conduit à leur conférer des fonctions
différentes lors du sertissage (les nervures "hautes" ont une
fonction "protectrice" ou "sacrificielle", les nervures
"basses" étant elles protégées") ne laissait pas présager les
résultats obtenus selon l'invention.
Ainsi, la demanderesse ne s'est pas contentée d'optimiser la
configuration intérieure des tubes considérés en eux-mêmes
par leurs propriétés d'échange thermique (en évaporation ou
en condensation) , elle a pris en considération à la fois la
fabrication des tubes eux-mêmes, ainsi que celle des
échangeurs correspondants par assemblage de tubes et
d'ailettes à l'aide d'un mandrin de sertissage. C'est dans ce
cadre-là que l'invention constitue une solution efficace au
problème posé.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu
un échangeur de chaleur formé par sertissage d'ailettes et de
tubes rainurés selon ce qui est décrit plus haut, suite au
passage d'un mandrin de sertissage à l'intérieur desdits
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5a
tubes pour assembler lesdites ailettes et lesdits tubes, les
nervures formant un profil périodique comprenant au moins
deux nervures de largeur différente, l'une, dite "large"
(20h), à section trapézoïdale et à largeur à mi-hauteur Lh
élevée, l'autre dite "étroite" (20b), à section triangulaire
ou trapézoïdale et à largeur à mi-hauteur Lb basse, avec un
rapport (Lh-Lb)/De au moins égal. à 0,003.
De préférence, dans ledit échangeur ledit profil périodique
comprend l'alternance, symbolisée par 1/e d'une nervure
"large" (20h) et d'une nervure "étroite" (20b), ou la
succession, symbolisée par 1/e/e, d'une nervure "large" et de
deux nervures "étroites".
De préférence, également, dans 7_edit échangeur ladite nervure
"large" (20h) et ladite nervure "étroite" (20b) ont
sensiblement la même hauteur (H'h - N'b) et dans laquelle
lesdites rainures à fond plat (30) présentent une section
trapézoïdale d'aire S'.
DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures la et lb représentent une portion de coupe
transversale d'un tube rainuré (1) de l'art antérieur, coupe
perpendiculaire à l'axe du tube, la partie claire de la photo
sur fond noir correspondant au tube.
A la figure la, le tube (1) présente des nervures (2) de
section triangulaire et d'angle d'apex voisin de 90°, formant
entre elles des rainures de section sensiblement
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triangulaires.
A la figure lb, les nervures (2), de section sensiblement
triangulaire et d'angle d'apex voisin de 50°, forment entre
elles des rainures de section trapézoïdale.
La figure 2 est relative à l'art antérieur et correspond à la
figure lb, après sertissage d'un tube dans les ailettes lors
de l'assemblage d'une batterie, avec des nervures (20)
aplaties et déformées, la partie claire de la photo sur fond
noir correspondant au tube.
La figure 3a représente une portion de coupe transversale d'un
tube rainuré (1) selon l'invention, coupe perpendiculaire à
l'axe du tube, la partie claire de la photo sur fond noir
correspondant au tube. I1 est formé par une alternance de
nervures "hautes" (2h) et de nervures "basses" (2b).
La figure 3b est le schéma correspondant à la photo 3a, sur
lequel sont repérées les deux types de nervures (2h et 2b) de
hauteur respective Hh et Hb, les rainures (3) de section
ayant une aire S, le diamètre extérieur De et l' épaisseur Ep
du tube (épaisseur à fond de rainure).
On a indiqué le pas p dudit profil périodique constitué par la
succession . nervure "haute"(2h) / rainure à fond plat (3) /
nervure "basse" (2b) / rainure à fond plat (3) / etc...
Ce profil peut étre symbolisé par "h/b" où h désigne une
nervure "haute" et b une nervure "basse", si on limite la
description aux nervures.
Les figures 4a et 4b correspondent aux figures 3a et 3b, mais
après sertissage des ailettes et du tube. La nervure (2h)
(avant sertissage) est devenue, après sertissage), la nervure
trapézoïdale (20h) de hauteur Hh', avec Hh'<Hh et de méme, la
nervure référencée (20b) correspond à la nervure initiale
(2b), le sertissage ne l'ayant pratiquement pas altérée (Hb'
Hb).
On a représenté sur la figure 4b, la nouvelle rainure (30)
dont la section présente une aire S'< S.
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Les figures 5a à 5c, analogues à la figure 4b, représentent
différentes modalités de l'invention. On a représenté sur les
mèmes figures le profil des nervures (2h) et (2b) avant
sertissage (en trait épais) et le profil des nervures (20h) et
(20b) après sertissage (en trait mince) avec les largeurs à
mi-hauteur correspondantes Lh et Lb, ainsi que les aires S et
S' des sections des rainures (3) et (30), respectivement avant
et après sertissage.
A la figure 5a, la nervure (2h) est trapézoïdale, et après
sertissage, H'h > H'b avec H'b = Hb.
A la figure 5b, la nervure (2h) (angle d'apex de 50°) est
triangulaire, la nervure (2b) (angle d'apex 30°) également.
Après sertissage, H'h est voisin de H'b, avec H'b = Hb.
A la figure 5c, les nervures (2h) et (2b) sont triangulaires.
Après sertissage, H'h est voisin de H'b et H'b < Hb.
Les figures 6a et 6b représentent, en coupe selon l'axe du
tube rainuré (1), le sertissage d'ailettes (4) à l'aide d'un
mandrin (5), respectivement avant le début du sertissage et en
cours de sertissage.
Les figures 7a et 7b représentent schématiquement différents
profils selon l'invention.
Ces figures représentent un profil de type h/b/b, avec les
conventions définies à la figure 3b, avec, entre les deux
nervures "basses" (2 b), une rainure trapézoïdale à fond plat
dans le cas de la figure 7a, et une nervure triangulaire dans
le cas de la figure 7b. Dans tous les cas, chaque nervure
"haute" (2h) est comprise entre deux rainures à fond plat (3).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
De préférence, ledit profil périodique comprend l'alternance,
symbolisée par h/b d'une nervure "haute" (2h) et d'une nervure
"basse (2b), comme représenté aux figures 3a et 3b, ou la
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succession, symbolisée par h/b/b, d'une nervure "haute" et de
deux nervures "basses", comme représenté aux figures 7a et 7b.
Parmi les profils h/b et h/b/b, on préfère le profil h/b, avec
une alternance de nervures "hautes" (2h) et "basses" (2b), qui
forment entre elles des rainures (3) à fond plat.
L'invention s'applique à des tubes de diamètre extérieur De
très différent pouvant aller de 3 à 30 mm. La hauteur Hh des
nervures "hautes" variera avec De, mais pas nécessairement
proportionnellement.
D'une manière générale, pour conserver l'efficacité optimum
des tubes rainurés après sertissage, il faut que le rapport
Hh/De soit compris entre 0,003 et 0,05, et de préférence
compris entre 0,015 et 0,04.
Selon une modalité de l'invention, ladite nervure "haute" (2h)
présente une section sensiblement triangulaire de hauteur Hh.
Comme illustré sur les figures 3a et 3b, on entend par section
sensiblement triangulaire une section dont l'angle au sommet
est relativement arrondi comme le montre en particulier la
figure 3a qui correspond à une coupe transversale d'un tube
réél (celui décrit à l'exemple) obtenue à partir d'une
photographie.
Selon une autre modalité, ladite nervure "haute" (2h) présente
une section sensiblement trapézoïdale de hauteur Hh, comme
représenté à la figure 5a.
De préférence, ladite nervure "basse" (2b) présente une
section sensiblement triangulaire de hauteur Hb, comme on peut
l'observer sur les figures 3a et 3b, et pour laquelle la
remarque précédente concernant l'interprétation de
l'expression "sensiblement triangulaire" s'applique aussi.
I1 est avantageux, selon l'invention, de choisir des tubes
dont lesdites rainures (3) à fond plat, non-trapézoïdale (car
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Hh > Hb), présentent une section d'aire S comprise entre
0,020 et 0,15 mm2, et de préférence comprise entre 0,060 et
0,15 mm2 dans le cas d'un tube de diamètre extérieur De
supérieur ou égal à 7, 93 mm, et de préférence comprise entre
- 5 0,020 et 0,070 mm2 dans le cas d'un tube de diamètre
extérieur De inférieur à 7,93 mm.
Ces valeurs sont obtenues typiquement pour .
* une hauteur Hb comprise entre 0,10 et 0,20 mm,
* une hauteur Hh comprise entre 0,20 et 0,30 mm,
* un fond plat (sensiblement plat, compte non tenu de la
courbure du tube) de longueur comprise entre 0,10 et 0,20 mm,
le pas (pas = somme de la longueur du fond plat, plus la demi-
base de la nervure "haute", plus la demi-base de la nervure
"basse") étant généralement compris entre 0,40 et 0,50 mm pour
un tube standard de diamètre intérieur (à fond de rainure) de
l'ordre de 8,8 mm.
Dans le cas d'un tube de plus petit diamètre (7 mm par
exemple), les hauteurs Hb et Hh, la hauteur Hh en
particulier, seraient diminuées (voir les exemples 5 et 6).
En ce qui concerne l' aire S, sa limite inférieure résulte de
la nécessité d'avoir un échange thermique suffisamment élevé
entre le fluide circulant à l'intérieur du tube et
l'atmosphère extérieure.
Par contre, la limite supérieure de l'aire S résulte d'abord
de considérations d'ordre géométrique, compte tenu des
dimensions habituelles des tubes et du nombre n de nervures
(2h, 2b).
Un second objet de l'invention est l'échangeur de chaleur
formé par sertissage d'ailettes et de tubes rainurés dans
lesquel, suite au passage d'un mandrin de sertissage à
l'intérieur dudit tube pour assembler, grâce à une expansion
du tube sous l'action du mandrin, lesdites ailettes et lesdits
tubes, les nervures forment un profil périodique comprenant au
moins deux nervures de largeur différente, l'une, dite "large"
(20h), à section trapézoïdale et à largeur à mi-hauteur Lh
élevée, l'autre, dite "étroite" (20b), à section triangulaire
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ou trapézoïdale et à largeur à mi-hauteur Lb basse, avec un
rapport (Lh-Lb)/De au moins égal à 0,003, la valeur de Lh-Lb
étant généralement au moins égale à 0,03 mm pour un tube de
diamètre extérieur de 9,52 mm.
5
On a représenté sur les figures 5a à 5c le profil des nervures
et rainures avant et après sertissage . la nervure "haute"
(2h) avant sertissage devient la nervure (20h) de hauteur
moindre après sertissage, par contre, la nervure "basse" (2b)
10 devient la nervure (20b) après sertissage - par symétrie de
désignation - mais elle est en fait peu modifiée par le
sertissage (légèrement aplatie à la figure 5c, inchangée aux
figures 5a et 5b).
Dans le cas particulier où ladite rainure "basse" (2b)
présente une hauteur relativement élevée, ou, ce qui revient
sensiblement au méme, lorsque Hh-Hb est faible, alors, après
sertissage, ladite nervure "large" et ladite nervure "étroite"
ont sensiblement la même hauteur (H'h = H'b) et ladite section
d'aire S' desdites rainures à fond plat (30) est trapézoïdale.
On observe toujours une réduction de l'aire S de la section
des rainures (3), aire S qui devient S'<S après sertissage,
mais cette réduction est limitée grâce à l'invention.
Généralement, la section S' desdites rainures à fond plat (30)
présente une aire comprise entre O,OTS et 0,060 mm2, de
préférence comprise entre 0,35 et 0,60 pour un tube de 9,52 mm
de diamètre extérieur.
EXEMPLES
Tous les tubes décrits dans les exemples ont été fabriqués par
un procédé connu en lui-méme, utilisant un mandrin flottant
rainuré extérieurement (les rainures et nervures à la surface
extérieure du mandrin correspondant aux nervures et rainures à
obtenir sur la surface intérieure des tubes), procédé du type
de celui décrit dans le brevet US 4,373,366.
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Les exemples 1, 3, 5, 6, 8 et 9 sont selon l'invention, avec
un profil de tube selon les figures 3a/3b, les exemples 2, 4
et 7 étant des exemples comparatifs selon l'art antérieur.
' 5 Les tubes de tous les exemples ont été réalisés en cuivre
( Cubl-DHP ) , conformément à la norme NFA 51123 ( = ASTM H68 et
280).
EXEMPLES 1 et 2
On a fabriqué des tubes rainurés intérieurement de diamètre
extérieur De de 9,52 mm et d'épaisseur Ep à fond de rainure de
0, 30 mm.
AUTRES CARACTERISTIQUES EXEMPLE 1 EXEMPLE 2
des tubes fabriqués (invention) (art antérieur)
Hauteur de nervure (nervure 0,23 mm 0,20 mm
haute pour exemple 1)
Hauteur de nervure adjacente 0,16 mm 0,20 mm
(nervure basse pour ex. 1)
Angle d'apex des nervures 40° 50°
(alpha)
Angle d'hélice (beta) 18° 18°
Nombre n de nervures 60 60
Aire S d'une section de rainure 0,070 mm2 0,060 mm2
Ces types de tubes ont été ensuite assemblés avec des ailettes
par sertissage à l'aide d'un mandrin comme représenté aux
figures 6a et 6b.
On a prélevé des échantillons de tubes sertis pour examiner
les caractéristiques géométriques des nervures et rainures
intérieures .
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CARACTERISTIQUES EXEMPLE 1 EXEMPLE 2
aprs sertissage (invention) (art antrieur)
Hauteur de nervure 0,20 mm 0,13 mm
("haute" (H'h) pour ex. 1)
Hauteur de nervure adjacente 0,16 mm 0,13 mm _
("basse" (H'b) pour ex. 1)
Largeur de nervure mi-hauteur 0,096 mm 0,25 mm
Lh (nervure 20h pour ex. 1)
Largeur de nervure adjacente 0,048 mm 0,25 mm
mi-hauteur
Lb (nervure 20b pour ex. 1)
Aire S' d'une section de rainure 0,042 mm2 0,024 mm2
Enfin, on a procédé à une évaluation comparative des
performances des tubes des exemples 1 et 2, avant et après
sertissage, en mesurant le coefficient d'échange moyen
(W/m2.K) en condensation (titre de vapeur - 50% et
température de saturation = 30°C), et en évaporation (titre de
vapeur - 30 % et température de saturation - 10°C) d'un
liquide réfrigérant standard chlorofluorocarboné (Fréon R22
(R)) à une vitesse massique de 160 kg/m2.s.
On a trouvé les valeurs suivantes .
en évaporation en condensation
Tube avant sertissage
* selon exemple 1 9500 W/m2.K 9400 W/m2.K
* selon exemple 2 8500 W/m2.K 9600 W/m2.K
Tubes après sertissage
* selon exemple 1 5700 W/m2.K 5640 W/m2.K
* selon exemple 2 3400 W/m2.K 3840 W/m2.K
La comparaison de ces valeurs montre que, si les tubes selon
l'invention ne sont que voisins à légèrement supérieurs à un
tube de l'art antérieur pris comme témoin (respectivement en
condensation et en évaporation), par contre, après sertissage,
ils sont nettement supérieurs à un tube de l'art antérieur,
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que ce soit en condensation ou en évaporation, ce qui illustre
tout l'intérét de l'invention.
EXEMPLES 3 et 4
On a fabriqué des tubes rainurés intérieurement de diamètre
extérieur De de 7 mm et d' épaisseur Ep à fond de rainure de
0,25 mm.
AUTRES CARACTERISTIQUES EXEMPLE 3 EXEMPLE 4
des tubes fabriqués (invention) (art antérieur)
Hauteur de nervure (nervure 0,18 mm 0,18 mm
haute pour exemple 3)
Hauteur de nervure adjacente 0,15 mm 0,18 mm
(nervure basse pour ex. 3)
Angle d'apex des nervures 40° 40°
(alpha)
Angle d'hélice (beta) 18° 18°
Nombre n de nervures 44 50
Aire S d'une section de rainure 0,060 mm2 0,053 mm2
Ces types de tubes ont été ensuite assemblés avec des ailettes
par sertissage à l'aide d'un mandrin comme représenté aux
figures 6a et 6b.
Ces tubes ont été testés, avant et après sertissage des
ailettes sur les tubes, et les mêmes variations de
performances que celles notées entre les tubes de l'exemple 1
et de l'exemple 2 ont été observées .
- avant sertissage . performances voisines des tubes selon les
exemples 3 et 4.
- après sertissage . performances supérieures des tubes selon
l'exemple 3 (invention) par rapport aux tubes selon l'exemple
4 (art antérieur).
Comme dans le cas des exemples 1 et 2, on observe, avec les
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exemples 3 et 4, que la baisse des performances résultant du
sertissage des ailettes sur les tubes est moindre avec des
tubes selon l'invention.
EXEMPLES 5, 6 et 7
Pour les exemples 5 et 7, on a fabriqué des tubes rainurés
intérieurement de diamètre extérieur De de 9,52 mm et
d'épaisseur Ep à fond de rainure de 0,30 mm.
Pour l'exemple 6, on a fabriqué des tubes rainurés
intérieurement de diamètre extérieur De de 7,93 mm et
d'épaisseur Ep à fond de rainure de 0,30 mm.
AUTRES CARACTERISTIQUES EXEMPLE 5 EXEMPLE 6 EXEMPLE 7
des tubes fabriqués (invention) (invention) (art antérieur
Hauteur de nervure (nervure 0,23 mm 0,18 mm 0,20 mm
haute pour exemples 5&6)
Hauteur de nervure adjacente 0,16 mm 0,15 mm 0,20 mm
(nervure basse pour ex. 5&6)
Angle d'apex des nervures 40 40 40
(alpha)
Angle d'hlice (beta) 18 18 18
Nombre n de nervures 54 46 60
Aire S (section de rainure) 0,075 0,061 0,062
On a mesuré, avant et après sertissage, les pertes de pression
(ou pertes de charge) pour un débit de fréon de 110 kg/m2.s
et un titre massique de vapeur compris entre 10 et 60%.
On a trouvé que la perte de charge des tubes des exemples 5 et
6 selon l'invention était, avant sertissage, inférieure de 15%
à celle du tube de l'exemple 7, et, après sertissage,
inférieure de 13% à celle du tube de l'exemple 7.
EXEMPLES 8, 9 et 10
On a fabriqué des tubes rainurés intérieurement de diamètre
extérieur De de 12, 70 mm et d' épaisseur Ep à fond de rainure
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de 0,36 mm.
AUTRES CARACTERISTIQUES EXEMPLE 8 EXEMPLE 9 EXEMPLE 10
des tubes fabriqus (invention) (invention) (hors
5 invention)
Hauteur de nervure (nervure 0,25 mm 0,25 mm 0,25 mm
haute pour exemples 5&6)
Hauteur de nervure adjacente 0,22 mm 0,22 mm 0,25 mm
(nervure basse pour ex. 5&6)
10 Angle d'apex des nervures 50 50 50
(alpha)
Angle d'hlice (beta) 18 30 0
Nombre n de nervures 65 65 65
Aire S (section de rainure) 0,089 0,089 0,082
On a effectué les coefficients d'échange thermique (W/m2.K)
en fonction de l'angle d'hélice beta (18° pour le tube de
l'essai 8, 30° pour le tube de l'essai 9 et 0° pour le tube de
l'essai 10) de tubes après sertissage.
Les mesures ont été effectuées en condensation pour
différentes valeurs de débit de fréon R22.
Résultats - valeur du coefficient d'échange thermique en
W/m2.K)
Débit de fréon Exemple 8 Exemple 9 Exemple 10
en kg/s
0,08 2000 3450 1750
0,10 2700 4300 2150
0,12 3500 4950 2500
0,14 4500 5600 3000
0,16 5000 6400 3500
0,18 5800 7300 4000
0,20 6550 8000 4450
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Ces essais, ainsi que d'autres réalisés avec un angle d'hélice
supérieur à 30°, ont montré que, si l'on voulait privilégier
le coefficient d'échange thermique, il était souhaitable de
choisir un angle d'hélice au moins égal à 30°, et de
préférence compris entre 30 et 50°, la vitesse de fabrication
tendant à diminuer au fur et à mesure que l'on choisit un
angle d'hélice plus élevé.
Par contre, si l'on veut privilégier la vitesse de production,
il est préférable de choisir un angle d' hélice allant de 5 à
30°.
AVANTAGES DE L'INVENTION
L'avantage essentiel de l'invention est donc de limiter la
diminution de performances (coefficient d'échange en
particulier) lors de l'assemblage des tubes et des ailettes,
par sertissage, pour fabriquer un échangeur de chaleur.
Gràce à l'invention, grâce au concept du profil périodique à
au moins deux nervures de hauteur différente, dont une "est
sacrifiée" durant le sertissage pour "protéger" la / les
nervures) plus basse(s), il est donc possible d'utiliser un
procédé économique et efficace d'assemblage tout en conservant
une capacité d'échange élevée pour le tube lui-méme.
Par ailleurs, comme la production de tubes selon l'invention
ne nécessite pas de moyens autres que les moyens habituels
pour produire les tubes rainurés standards, le tube selon
l'invention ne revient donc pas plus cher qu'un tube selon
l'art antérieur.
Les tubes rainurés selon l'invention ont aussi l'avantage
d'étre particulièrement adaptés à la fabrication d'échangeurs
thermiques à ailettes serties, sans pour autant perdre de leur
efficacité par rapport aux tubes rainurés de l'art antérieur
dans les applications qui n'altèrent pas ou peu les rainures
des tubes de départ, par exemple dans des échangeurs à
ailettes soudées ou brasées.
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Il importe de noter en particulier l'effet très positif de
l'invention sur la perte de charge, comme le montrent les
exemples 5, 6 et 7.
Une nette diminution de diamètre du tube (diamètre extérieur =
9,52 mm pour les tubes de l'exmple 5 et 7,93 mm pour les tubes
de l'exemple 6) n'a pas entrainé d'augmentation sensible de la
perte de charge, contrairement à ce qui se produit avec les
tubes de l'art antérieur.
Par ailleurs, la diminution de perte de charge observée avec
les tubes selon l'invention par rapport aux tubes de l'art
antérieur, est d'un grand intérét pratique pour réduire le
coût, l'encombrement et le poids du compresseur utilisé dans
le circuit frigorifique.
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