Étude du comportement des échangeurs de chaleur utilisant des thermosiphons comme mode de transfert thermique

Abstract

Le projet proposé est réalisé conjointement avec l’entreprise Innergytech, une division de Venmar Ventilation. Cette entreprise est spécialisée dans la fabrication de récupérateurs de chaleur air-air pour des applications industrielles et commerciales. Ses produits sont les échangeurs à plaques (en papier, en plastique et en aluminium), les roues thermiques et, bien entendu, les échangeurs à caloducs, comme celui de la figure 1.4. Tous les échangeurs à caloducs fabriqués utilisent des thermosiphons faits avec des tubes en aluminium d ’un diamètre intérieur de 25.4 mm (1.0 po) et d’une paroi de 4.22 mm (0.166 po) d’épaisseur. Des ailettes en spirales sont extrudées à même le tube. La paroi interne des thermosiphons est rainurée circulairement afin d ’améliorer les coefficients d’échange thermique et de distribuer plus uniformément le fluide caloporteur. Le faisceau tubulaire en quinconce peut être incliné de 6 degrés par rapport à l’horizontale de façon à maintenir l’évaporateur dans la partie basse. Cette disposition géométrique favorise le retour du condensé à l’aide de la gravité. L’arrangement horizontal du faisceau tubulaire est fréquemment rencontré dans les échangeurs d ’Innergytech. La position horizontale permet une réversibilité de l’échangeur. Cette particularité est essentielle dans les applications de chauffage et de climatisation où l’on doit récupérer la chaleur en hiver mais l’évacuer en été. Tous les tubes sont retenus en place dans un cadre rigide en acier galvanisé. Les tubes sont fixés individuellement au cadre de façon à permettre leur expansion thermique. Une paroi centrale sépare les écoulements chaud et froid et assure l’étanchéité. Les échangeurs à caloducs, fabriqués par Innergytech, peuvent satisfaire la plupart des exigences commerciales et industrielles en ce qui concerne la taille des échangeurs et les plages de température opérationnelles : la longueur des caloducs fabriqués varient entre 0.6 m et 6 m ; les échangeurs peuvent contenir de 2 à 8 rangées de tubes ; chaque rangée peut contenir de 7 à 28 tubes ; la gamme de températures d’opération offerte s’échelonne de 4 °C à 230 °C. Même si un thermosiphon est de construction simple, les aspects thermiques et hydrodynamiques qui interviennent dans son fonctionnement sont forts complexes. Dans le cadre de ce projet, la compagnie Innergytech souhaite élucider quelques-uns de ces aspects.