EP0849558B1 - Aillette métallique pour un échangeur de chaleur - Google Patents

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EP0849558B1
EP0849558B1 EP97121211A EP97121211A EP0849558B1 EP 0849558 B1 EP0849558 B1 EP 0849558B1 EP 97121211 A EP97121211 A EP 97121211A EP 97121211 A EP97121211 A EP 97121211A EP 0849558 B1 EP0849558 B1 EP 0849558B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
lamellae
series
lamella
fin
downstream
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97121211A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0849558A1 (fr
Inventor
Samy Bouzida
Mike V. Powers
Christophe Mignot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Valeo Thermique Moteur SA filed Critical Valeo Thermique Moteur SA
Publication of EP0849558A1 publication Critical patent/EP0849558A1/fr
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Publication of EP0849558B1 publication Critical patent/EP0849558B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128—Fins with openings, e.g. louvered fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/454—Heat exchange having side-by-side conduits structure or conduit section
    • Y10S165/471—Plural parallel conduits joined by manifold
    • Y10S165/486—Corrugated fins disposed between adjacent conduits
    • Y10S165/487—Louvered

Definitions

  • the invention relates to
  • the metal fins used in heat exchangers brazed or assembled mechanically, to form exchange surfaces indirect intended to increase the areas of exchange between tubes in which a first fluid circulates hot or cold, and a second fluid, for example air, flowing between these tubes.
  • These fins are generally produced in the form of plates superimposed one above the other (exchanger mechanically assembled heat), and in this case they are crossed by the tubes, or bent substantially accordion (brazed heat exchanger) and in this case they are interposed between the tubes.
  • Some known fins include a central part provided with at least one series of fixed slats inclined with a constant angle, of selected shape, and spaced from each other others by openings of selected dimensions which allow the passage of fluid between the lamellae.
  • louvered fins are by example described in publication US-5,289,874.
  • louvers on the exchange surfaces indirect certainly increases heat exchange, but at the same time it increases the losses of which decrease the efficiency of the heat exchanger heat. This effect is all the greater as the number of superimposed fins is important. He can be further strengthened if the installation has several exchangers heaters connected in series.
  • louvered shutters of constant inclination are all the more favorable to large pressure losses as their inclination is large, which is generally the case in heat exchangers known heat where the fins have an inclination about 35 °.
  • Such angles cause detachment of the boundary layer in places where the fluid (e.g. air) begins its change of direction, and therefore, very weak areas are created near the walls so-called “air recirculation” and “dead water” speeds which, from a thermal point of view, are bad because convection can no longer occur normally.
  • the inclination of the slats of a group will be all the more great that the group order number will be high. So, the slats of a first group will present a first tilt whose value will be less than that of a second group, which will eventually be itself lower than that of a third group.
  • slats close to inclinations respective ones belong to two groups of slats whose serial numbers follow or precede each other.
  • a slide from the first group will be followed a lamella of the second group whose inclination is more important. Fluid direction changes vary thus gradually, and therefore more gently, which allows limit the separation of the boundary layer and therefore allow a larger indirect exchange area of to work.
  • some fins of the prior art comprise upstream of the first row of lamella a fixed upstream auxiliary lamella spaced from the first row of lamella by an opening of selected shape.
  • This auxiliary strip is intended to channel the fluid at the start of the series.
  • this upstream auxiliary strip generally has a length substantially equal to half the length of the strips of the series, which means that it does not straighten the fluid sufficiently.
  • the free end of the upstream auxiliary lamella is placed at a level lower than the respective levels of the lamellae of the series, which makes it possible to effectively straighten the fluid.
  • This fluid is then immediately well oriented and, on the one hand, the leading edges of the lamellae of the series are better approached, and on the other hand, the probability of separation of the boundary layer from the wall is significantly reduced. .
  • Certain fins of the prior art also include, downstream of the last row lamella, an auxiliary lamella fixed downstream spaced from the last row by an opening of selected shape.
  • This auxiliary lamella downstream is intended, like the upstream auxiliary lamella to channel the fluid at the end of the series.
  • this strip downstream auxiliary generally has a length substantially equal to half the length of the slats of the series, which means that it does not straighten the fluid.
  • the fin comprises at least two series of strips which follow one another (called respectively upstream series and downstream series), these can be connected together by means of the downstream auxiliary lamella of one and the upstream auxiliary lamella the other. This contributes to the pressure drop, and therefore improves the efficiency of the heat exchanger.
  • the auxiliary lamellae have an inclination less than or equal to that of the lamellae of the first group in the series. More preferentially, this inclination is less than that lamellae of the first group with a value between about 1 ° and about 20 °.
  • the series of lamellae neighbors have the same groups of lamellae.
  • groups of the same serial number of two series of neighboring lamellae present opposite directions. This subdivides the fluid in layers that will each penetrate between two slats of the upstream series and stand out in between corresponding lamellae of the downstream series placed symmetrically with respect to a median plane of symmetry.
  • the series of lamellae neighbors have different lamella groups.
  • the inclinations of the lamellae are included in a range from 15 ° to 35 °. Strong inclinations (typically greater than 30 °) no longer present any disadvantages, since their harmful influence on the fluid is compensated at least by the fact that we use slats different.
  • the inclination of the slats of the first group is less than that of slats of the group with the highest order number with a value between approximately 1 ° and approximately 15 °.
  • the invention applies more particularly to fins made of aluminum or an aluminum alloy, or still in copper.
  • the main purpose of a heat exchanger is to allow exchange of calories between a first fluid which circulates at the interior of some of these elements and a second fluid which circulates outside said elements.
  • the heat exchanger generally comprises tubes 1 the ends of which open into manifolds and in which the first fluid circulates, for example a refrigerant, and which are licked by the second fluid, for example air.
  • These fins are metallic, and preferably made of aluminum or aluminum alloy. They can be also made of copper.
  • the fins will take significantly different shapes.
  • the fins are made from a substantially folded plate accordion. They are then called dividers.
  • a interlayer thus includes a multiplicity of fins placed substantially parallel to each other, in a position perpendicular to the longitudinal axis tubes 1, and between two neighboring tubes 1, or between a end plate 3 and a tube 1.
  • the fins are flat plates in which are formed holes 4 allowing the passage of tubes 1.
  • the fin plates are superimposed one above the other, substantially parallel, in a plane perpendicular to the longitudinal axis tubes 1.
  • the fin it contains is preferably made in the form of one or more blinds.
  • Each louver is made in a central part 12 of the fin 1, and is made up of a series 6 of blades 7 which generally have identical chosen shapes and are separated from each other by openings 8, also of identical chosen shapes.
  • louvers in a fin, we start from a metal plate in which we come to make parallel and spaced cuts of a length L. Then, in appropriately shaping metal areas between two cuts, of width L, the strips 7 while forming the openings 8.
  • the fins of the prior art are fixed, and have all the same inclination with respect to a contained X-X axis in the plane of the fin and substantially perpendicular to the alignment of the slats 7 of a series 6.
  • the Applicant has noticed that the production of louvers with strips of constant inclination has a certain number of drawbacks, in particular with regard to pressure drops. This is why, according to the invention, the strips 7 of a series 6 have at least two different inclinations ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • a series 6 of strips therefore comprises at least two groups of identical fixed strips, each group having its own inclination.
  • the series 6-1 comprises a first group of four strips 7-1 of inclination ⁇ 1 , and a second group of three strips 7-2 of inclination ⁇ 2 .
  • the first row in a series (first strip from the left), as well as the lamella of the last row (last lamella of the series in starting from the left or first strip starting from the right), belong to the first group.
  • the series begins with two strips 7-1 of the first group, then it continues with three slats 7-2 of the second group, and finally it ends with two strips 7-1 from the first group.
  • the series of slats has a plane of symmetry, as is the case in the example illustrated on the Figure 3 where said plane of symmetry is placed substantially at center of the second strip 7-2 of the second group.
  • series 6-1 we subdivide the second fluid, which flows between the fins, in layers successive whose respective directions differ according to the angles of inclination of the slats between which they circulating. To the extent that the layers whose direction is slightly inclined precede the layers whose direction is more strongly inclined, the former will have tendency to press the seconds (following) against walls, thus contributing to significantly increase the exchange thermal fins (indirect exchange surfaces).
  • auxiliary lamellas 7 respectively an auxiliary lamella upstream 9 and an auxiliary downstream lamella 10 of the same width L than the 7-i slats in the series.
  • auxiliary lamellae are also made by cutting the central part 12 of the fin and are spaced from the lamella which precede or follow them by an opening 13 of dimensions chosen, which are in fact substantially equal to the dimensions an auxiliary lamella.
  • the free end 14 of auxiliary slats is placed at a lower level that the respective levels of the 7-i slats in the series that they frame, which makes it possible to straighten out effectively the second fluid at the entry and at the exit of the series, and therefore to better guide the flow of this second fluid.
  • the leading edges of each lamella, and in particular of the first strip in the 7-1 series are better addressed, thereby reducing the likelihood of delamination boundary layers which form on the constituent wall a fin.
  • the upstream 9 and downstream 10 auxiliary lamellae have an inclination Sprint 0 less than or equal to the inclination ⁇ 1 of the lamellae 7-1 of the first group. Even more preferably, the inclination ⁇ 0 of the auxiliary lamellae is about 1 ° to about 20 ° lower than the inclination ⁇ 1 .
  • a complete shutter then comprises a series 6 of strips 7 framed between two auxiliary strips 9 and 10.
  • the angle of inclination ⁇ i preferably increases while starting from the upstream auxiliary strip 9, at least up to the center of the series lamellae, then preferably preferentially decreases in a substantially symmetrical manner to the downstream auxiliary lamella 10. This makes it possible to soften even more the changes of direction imposed on the fluid, by further improving the efficiency of the heat exchanger.
  • a fin may have two series 6-1 and 6-2 of slats 7, or more, such as three, or four.
  • each fin for two series 6-1 and 6-2 of identical lamellae, but oriented in opposite directions.
  • a layer of second fluid which penetrates between, for example, two fins 7-1 of the first group of the first series 6-1 will naturally tend to come out between the two lamellae 7-1 of the second series 6-2, d 'tilt ⁇ 1 opposite, and placed symmetrically with respect to the YY axis.
  • the distance from the end of the first 6-1 series to the end of second series 6-2 is usually chosen from so as to allow direct circulation (arrow F3) of the second fluid between the couples made up, on the one hand, of the first strip 7-1 of the first series 6-1 and the downstream auxiliary lamella 10 of this same series 6-1, and on the other hand, the upstream auxiliary lamella 9 of the second series 6-2 and the first strip 7-1 of this second series 6-2.
  • the two downstream auxiliary blades 10 of the first series 6-1 and upstream 9 of the second series 6-2 are connected either directly to each other or by through a flat 11, as illustrated in the figure 3.
  • this flat is not essential. he depends in particular on the amplitude of the inclination of the auxiliary lamellae.
  • the difference tilt between two neighboring slats belonging to two groups of successive serial numbers is included between about 1 ° and 15 °, so that the changes in direction of the neighboring layers of second fluid be progressive.
  • the three angles of inclination chosen are thus, respectively, equal to 20 ° for ⁇ 0 , 24 ° for ⁇ 1 , and 28 ° for ⁇ 2 .
  • other tilt angle values can be envisaged depending on the configurations chosen.
  • FIG. 3 there is shown a fin with two sets of identical louvers, but opposite orientation relative to the Y-Y axis. Moreover, the different fins are superimposed one above the other others, substantially parallel to each other, and identical. We can however consider making fins asymmetrical, i.e. presenting series of non-identical slats. Likewise, the overlapping fins one above the other may be different between them, that is to say present one or more series with groups of fins with respective numbers of slats and the slopes are not identical from one fin to another.

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Description

L'invention concerne
les ailettes métalliques utilisées dans les échangeurs de chaleur, brasés ou assemblés mécaniquement, pour former des surfaces d'échange indirectes destinées à augmenter les surfaces d'échange entre des tubes dans lesquels circule un premier fluide chaud ou froid, et un second fluide, par exemple de l'air, qui circule entre ces tubes.
Ces ailettes sont généralement réalisées sous forme de plaques superposées les unes au dessus des autres (échangeur de chaleur assemblé mécaniquement), et dans ce cas elles sont traversées par les tubes, ou bien pliées sensiblement en accordéon (échangeur de chaleur brasé) et dans ce cas elles sont intercalées entre les tubes.
Certaines ailettes connues comprennent une partie centrale munie d'au moins une série de lamelles fixes inclinées d'un angle constant, de forme choisie, et espacées les unes des autres par des ouvertures de dimensions choisies qui permettent le passage du fluide entre les lamelles. De telles ailettes, appelées ailettes à persiennes, sont par exemple décrites dans la publication US-5 289 874.
La réalisation de persiennes sur les surfaces d'échange indirectes permet certes d'augmenter les échanges thermiques, mais elle augmente dans le même temps les pertes de charge, lesquelles diminuent le rendement de l'échangeur de chaleur. Cet effet est d'ailleurs d'autant plus grand que le nombre d'ailettes superposées est important. Il peut être encore renforcé si l'installation possède plusieurs échangeurs de chaleur montés en série.
De plus, l'homme de l'art sait que les persiennes à lamelles d'inclinaison constante sont d'autant plus propices aux pertes de charge importante que leur inclinaison est grande, ce qui est généralement le cas dans les échangeurs de chaleur connus où les ailettes présentent une inclinaison d'environ 35°. De tels angles provoquent un décollement de la couche limite aux endroits où le fluide (par exemple de l'air) amorce son changement de direction, et par conséquent, il se crée près des parois des zones de très faibles vitesses dites "de recirculation d'air" et "d'eau morte" qui, d'un point de vue thermique, sont mauvaises du fait que la convection ne peut plus s'y produire normalement.
En conséquence, un but de l'invention est de procurer une ailette métallique qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients des ailettes de la technique antérieure. US-A-5 035 052 décrit une ailette selon le préambule de la revendication 1. L'invention propose une ailette selon la revendication 1.
L'inclinaison des lamelles d'un groupe sera d'autant plus grande que le numéro d'ordre du groupe sera élevé. Ainsi, les lamelles d'un premier groupe présenteront une première inclinaison dont la valeur sera inférieure à celle d'un deuxième groupe, laquelle sera éventuellement elle-même inférieure à celle d'un troisième groupe.
Dans la mesure où les ailettes comportent des lamelles d'au moins deux inclinaisons différentes, on réduit notablement les pertes de charge.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention font l'objet des revendications dépendantes.
Préférentiellement, des lamelles voisines d'inclinaisons respectives différentes appartiennent à deux groupes de lamelles dont les numéros d'ordre se suivent ou se précèdent. Par exemple, une lamelle du premier groupe sera suivie d'une lamelle du deuxième groupe dont l'inclinaison est plus importante. Les changements de direction du fluide varient ainsi progressivement, et donc plus doucement, ce qui permet de limiter les décollements de la couche limite et donc de permettre à une plus grande surface d'échange indirecte de travailler.
Par ailleurs, certaines ailettes de l'art antérieur comprennent en amont de la lamelle du premier rang une lamelle auxiliaire amont fixe espacée de la lamelle de premier rang par une ouverture de forme choisie. Cette lamelle auxiliaire est destinée à canaliser le fluide au début de la série. Or, cette lamelle auxiliaire amont présente généralement une longueur sensiblement égale à la moitié de la longueur des lamelles de la série, ce qui fait qu'elle ne redresse pas suffisamment le fluide.
Selon la revendication 3, l'extrémité libre de la lamelle auxiliaire amont se trouve placée à un niveau plus bas que les niveaux respectifs des lamelles de la série, ce qui permet de redresser efficacement le fluide. Ce fluide est alors tout de suite bien orienté et, d'une part, les bords d'attaque des lamelles de la série sont mieux abordés, et d'autre part, la probabilité de décollement de la couche limite de la paroi est notablement réduite.
Certaines ailettes de l'art antérieur, comportent également, en aval de la lamelle du dernier rang, une lamelle auxiliaire aval fixe espacée de la lamelle de dernier rang par une ouverture de forme choisie. Cette lamelle auxiliaire aval est destinée, comme la lamelle auxiliaire amont à canaliser le fluide à la fin de la série. Or, cette lamelle auxiliaire aval présente généralement une longueur sensiblement égale à la moitié de la longueur des lamelles de la série, ce qui fait qu'elle ne redresse pas suffisamment le fluide.
C'est pourquoi est prévue la caractéristique de la revedication 4.
Lorsque l'ailette comporte au moins deux séries de lamelles qui se suivent (appelées respectivement série amont et série aval), celles-ci peuvent être reliées entre elles par l'intermédiaire de la lamelle auxiliaire aval de l'une et la lamelle auxiliaire amont de l'autre. Cela contribue à la perte de charge, et par conséquent à améliorer le rendement de l'échangeur de chaleur.
De façon particulièrement avantageuse, les lamelles auxiliaires présentent une inclinaison inférieure ou égale à celle des lamelles du premier groupe de la série. Plus préférentiellement, cette inclinaison est inférieure à celle des lamelles du premier groupe d'une valeur comprise entre environ 1° et environ 20°.
Dans un premier mode de réalisation, les séries de lamelles voisines possèdent les mêmes groupes de lamelles.
Dans ce cas, il est préférable que les groupes de même numéro d'ordre de deux séries de lamelles voisines présentent des orientations opposées. Cela permet de subdiviser le fluide en couches qui vont pénétrer chacune entre deux lamelles de la série amont et ressortir entre les deux lamelles correspondantes de la série aval placées symétriquement par rapport à un plan de symétrie médian.
Dans un second mode de réalisation, les séries de lamelles voisines possèdent des groupes de lamelles différents.
Selon l'invention, les inclinaisons des lamelles sont comprises dans une fourchette allant de 15° à 35°. Les fortes inclinaisons (typiquement supérieures à 30°) ne présentent plus, désormais, d'inconvénients, puisque leur influence néfaste sur le fluide est compensée au moins par le fait que l'on utilise des lamelles d'inclinaisons différentes.
Par ailleurs, il est préférable que l'inclinaison des lamelles du premier groupe soit inférieure à celle des lamelles du groupe dont le numéro d'ordre est le plus élevé d'une valeur comprise entre environ 1° et environ 15°.
L'invention s'applique plus particulièrement aux ailettes réalisées en aluminium ou dans un alliage d'aluminium, ou encore en cuivre.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 illustre une partie d'un échangeur de chaleur brasé équipé d'ailettes ondulées;
  • la figure 2 illustre une partie d'un échangeur de chaleur assemblé mécaniquement, équipé d'ailettes planes; et
  • la figure 3 illustre dans une vue en coupe transversale une partie d'une ailette selon l'invention, dans un mode de réalisation préférentiel.
Un échangeur de chaleur a pour but principal de permettre un échange de calories entre un premier fluide qui circule à l'intérieur de certains de ces éléments et un second fluide qui circule à l'extérieur desdits éléments. Pour ce faire, l'échangeur de chaleur comprend généralement des tubes 1 dont les extrémités débouchent dans des boítes collectrices et dans lesquelles circule le premier fluide, par exemple un fluide frigorigène, et qui sont léchés par le second fluide, par exemple de l'air.
Dans le but d'améliorer l'échange de calories (échange thermique), l'homme de l'art augmente la surface d'échange (ici les parois des tubes) en y adjoignant des surfaces d'échange indirectes que l'on appelle ailettes 2.
Ces ailettes sont métalliques, et de préférence réalisées en aluminium ou en alliage d'aluminium. Elles peuvent être également réalisées en cuivre.
Comme cela est illustré sur les figures 1 et 2, selon le type de l'échangeur de chaleur, les ailettes prendront des formes sensiblement différentes.
Dans les échangeurs de chaleur brasés (voir figure 1), les ailettes sont réalisées à partir d'une plaques pliée sensiblement en accordéon. On les appelle alors intercalaires. Un intercalaire comprend ainsi une multiplicité d'ailettes placées sensiblement parallèlement les unes aux autres, dans une position perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal des tubes 1, et entre deux tubes voisins 1, ou entre une joue d'extrémité 3 et un tube 1.
Dans les échangeurs assemblés mécaniquement (voir figure 2), les ailettes sont des plaques planes dans lesquelles sont ménagés des trous 4 permettant le passage de tubes 1. On parle alors de plaques-ailettes. Celles-ci sont superposées les unes au-dessus des autres, de façon sensiblement parallèle, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal des tubes 1.
Quel que soit le mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, l'ailette qu'il comporte est préférentiellement réalisée sous la forme d'une ou plusieurs persiennes. Chaque persienne est réalisée dans une partie centrale 12 de l'ailette 1, et est constituée d'une série 6 de lamelles 7 qui présentent généralement des formes choisies identiques et sont séparées les unes des autres par des ouvertures 8, également de formes choisies identiques.
Pour réaliser ces persiennes dans une ailette, on part d'une plaque métallique dans laquelle on vient réaliser des découpes parallèles et espacées d'une longueur L. Puis, en conformant de façon appropriée les zones métalliques comprises entre deux découpes, de largeur L, on réalise les lamelles 7 tout en formant les ouvertures 8.
Les ailettes de l'art antérieur sont fixes, et présentent toutes une même inclinaison par rapport à un axe X-X contenu dans le plan de l'ailette et sensiblement perpendiculaire à l'alignement des lamelles 7 d'une série 6.
Comme expliqué dans l'introduction, la Demanderesse s'est aperçue que la réalisation de persiennes à lamelles d'inclinaison constante, présentait un certain nombre d'inconvénients, notamment en ce qui concerne les pertes de charges. C'est pourquoi, selon l'invention, les lamelles 7 d'une série 6 présentent au moins deux inclinaisons différentes Θ1 et Θ2.
Une série 6 de lamelles comporte par conséquent au moins deux groupes de lamelles fixes identiques, chaque groupe possédant une inclinaison propre. Ainsi, dans l'exemple illustré sur la figure 3, la série 6-1 comporte un premier groupe de quatre lamelles 7-1 d'inclinaison Θ1, et un second groupe de trois lamelles 7-2 d'inclinaison Θ2.
Bien entendu, on pourrait prévoir trois groupes d'inclinaisons différentes, ou plus de trois groupes.
La lamelle du premier rang d'une série (première lamelle en partant de la gauche), ainsi que la lamelle du dernier rang (dernière lamelle de la série en partant de la gauche ou première lamelle en partant de la droite), appartiennent au premier groupe.
Dans l'exemple illustré sur la figure 3, la série débute par deux lamelles 7-1 du premier groupe, puis elle se poursuit par trois lamelles 7-2 du second groupe, et enfin elle se termine par deux lamelles 7-1 du premier groupe. Bien entendu, il n'est pas obligatoire que la série de lamelles possède un plan de symétrie, comme c'est le cas dans l'exemple illustré sur la figure 3 où ledit plan de symétrie est placé sensiblement au centre de la seconde lamelle 7-2 du second groupe. De même, on pourrait parfaitement envisager de n'avoir dans une série 6 que des lamelles 7-1 d'un premier groupe suivies par des lamelles 7-2 d'un second groupe, et éventuellement des lamelles (7-3) d'un troisième groupe.
En réalisant des séries 6-1, on subdivise le second fluide, qui circule entre les ailettes, en couches successives dont les directions respectives diffèrent selon les angles d'inclinaison des lamelles entre lesquelles elles circulent. Dans la mesure où les couches dont la direction est faiblement inclinée précèdent les couches dont la direction est plus fortement inclinée, les premières auront tendance à plaquer les secondes (suivantes) contre les parois, contribuant ainsi à augmenter notablement l'échange thermique des ailettes (surfaces d'échange indirectes).
Préférentiellement, on prévoit en amont et en aval d'une série 6 de lamelles 7 respectivement une lamelle auxiliaire amont 9 et une lamelle auxiliaire aval 10 de même largeur L que les lamelles 7-i de la série. Ces lamelles auxiliaires sont réalisées également par découpe de la partie centrale 12 de l'ailette et sont espacées de la lamelle qui les précèdent ou les suivent par une ouverture 13 de dimensions choisies, qui sont en fait sensiblement égales aux dimensions d'une lamelle auxiliaire. L'extrémité libre 14 des lamelles auxiliaires se trouve placée à un niveau plus bas que les niveaux respectifs des lamelles 7-i de la série qu'elles encadrent, ce qui permet de redresser efficacement le second fluide à l'entrée et à la sortie de la série, et par conséquent de mieux guider l'écoulement de ce second fluide. Les bords d'attaque de chaque lamelle, et notamment de la première lamelle de la série 7-1 sont alors mieux abordés, réduisant d'autant la probabilité de décollement des couches limites qui se forment sur la paroi constituant une ailette.
Toujours préférentiellement, les lamelles auxiliaires amont 9 et aval 10 présentent une inclinaison Θ0 inférieure ou égale à l'inclinaison Θ1 des lamelles 7-1 du premier groupe. Plus préférentiellement encore, l'inclinaison Θ0 des lamelles auxiliaires est inférieure d'environ 1° à environ 20° par rapport à l'inclinaison Θ1.
Une persienne complète comprend alors une série 6 de lamelles 7 encadrée entre deux lamelles auxiliaires 9 et 10. L'angle d'inclinaison Θi va préférentiellement en croissant en partant de la lamelle auxiliaire amont 9, au moins jusqu'au centre de la série de lamelles, puis toujours préférentiellement décroít de façon sensiblement symétrique jusqu'à la lamelle auxiliaire aval 10. Cela permet d'adoucir encore plus les changements de direction imposés au fluide, en améliorant encore le rendement de l'échangeur de chaleur.
La Demanderesse s'est ainsi aperçue que l'on pouvait obtenir, grâce aux ailettes selon l'invention, une amélioration des performances de l'échangeur de chaleur.
Par ailleurs, et comme cela est illustré sur la figure 3, une ailette peut comporter deux séries 6-1 et 6-2 de lamelles 7, ou plus, comme par exemple trois, ou quatre.
Dans le but de favoriser l'écoulement entre deux ailettes superposées 1-1 et 1-2, on prévoit de préférence, sur chaque ailette deux séries 6-1 et 6-2 de lamelles identiques, mais orientées de façon opposée. Ainsi, une couche de second fluide qui pénètre entre, par exemple, deux ailettes 7-1 du premier groupe de la première série 6-1 aura naturellement tendance à ressortir entre les deux lamelles 7-1 de la seconde série 6-2, d'inclinaison Θ1 opposée, et placées symétriquement par rapport à l'axe Y-Y. De même, une couche de second fluide qui pénètre entre deux lamelles 7-2 du second groupe de la première série 6-1 aura naturellement tendance à ressortir entre deux lamelles 7-2 de la seconde série 6-2, d'inclinaison Θ2 opposée, et placées symétriquement par rapport à l'axe Y-Y.
Cette circulation est matérialisée partiellement sur la figure 3 par les flèches F1 et F2.
La distance qui sépare la fin de la première série 6-1 de la fin de la seconde série 6-2 est généralement choisie de façon à permettre la circulation directe (flèche F3) du second fluide entre les couples constitués, d'une part, de la première lamelle 7-1 de la première série 6-1 et la lamelle auxiliaire aval 10 de cette même série 6-1, et d'autre part, la lamelle auxiliaire amont 9 de la seconde série 6-2 et la première lamelle 7-1 de cette seconde série 6-2. Pour ce faire, les deux lamelles auxiliaires aval 10 de la première série 6-1 et amont 9 de la seconde série 6-2 sont reliées, soit directement l'une à l'autre, soit par l'intermédiaire d'un méplat 11, comme illustré sur la figure 3. Bien entendu, ce méplat n'est pas indispensable. Il dépend notamment de l'amplitude de l'inclinaison des lamelles auxiliaires.
Selon la Demanderesse, il est préférable que la différence d'inclinaison entre deux lamelles voisines appartenant à deux groupes de numéros d'ordre successifs (par exemple entre un premier groupe et un second groupe) soit comprise entre environ 1° et 15°, de sorte que les changements de direction des couches voisines de second fluide soient progressifs.
Dans l'exemple illustré sur la figure 3, les trois angles d'inclinaison choisis sont ainsi, respectivement, égaux à 20° pour Θ0, 24° pour Θ1, et 28° pour Θ2. Mais bien entendu, d'autres valeurs d'angle d'inclinaison peuvent être envisagées selon les configurations choisies.
Sur l'exemple illustré sur la figure 3, on a représenté une ailette munie de deux séries de persiennes identiques, mais d'orientation opposée relativement à l'axe Y-Y. De plus, les différentes ailettes y sont superposées les unes au-dessus des autres, sensiblement parallèles entre elles, et identiques. On peut cependant envisager de réaliser des ailettes dissymétriques, c'est-à-dire présentant des séries de lamelles non identiques. De même, les ailettes superposées les unes au-dessus des autres pourront être différentes entre elles, c'est-à-dire présenter une ou plusieurs séries comportant des groupes d'ailettes dont les nombres respectifs de lamelles et les inclinaisons ne sont pas identiques d'une ailette à l'autre.
L'invention s'applique tout aussi bien aux ailettes intercalaires du type de celles illustrées sur la figure 1, qu'aux plaques-ailettes du type illustré sur la figure 2.

Claims (14)

  1. Ailette métallique (1) pour un échangeur de chaleur comprenant une partie centrale (12) munie d'au moins une série (6) de lamelles fixes (7) de forme choisie, toutes inclinées selon un angle compris entre 15° et 35° compté dans le même sens par rapport au plan de l'ailette et espacées les unes des autres par des ouvertures (8) de dimensions choisies propres à permettre le passage d'un fluide entre lesdites lamelles, les lamelles (7) d'une même série (6) étant réparties en au moins deux groupes d'au moins une unité, dont les angles d'inclinaison respectifs varient d'un groupe à l'autre, les groupes présentant un numéro d'ordre croissant avec l'angle d'inclinaison de leurs lamelles respectives,
    caractérisée en ce que
    les lamelles placées respectivement au début de la série et / ou à la fin de la série appartiennent au groupe de lamelles de numéro d'ordre le plus bas, dit premier groupe.
  2. Ailette selon la revendication 1, caractérisée en ce que deux lamelles voisines (7-1, 7-2) d'inclinaisons différentes appartiennent à deux groupes de lamelles dont les numéros d'ordre se suivent ou se précédent.
  3. Ailette selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en amont de la lamelle amont (7-1) d'une série (6) une lamelle auxiliaire amont (9) fixe de dimensions sensiblement égales ou supérieures à celles des lamelles (7-i) de la série (6), espacée de ladite lamelle amont (7-1) par une ouverture (13) de forme choisie et se raccordant en amont à la partie de l'ailette située en amont de la lamelle auxiliaire amont.
  4. Ailette selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en aval de la lamelle aval (7-1) d'une série (6) une lamelle auxiliaire aval (10) fixe de dimensions sensiblement égales ou supérieures à celles des lamelles (7-i) de la série (6), espacée de ladite lamelle aval (7-1) par une ouverture (13) de forme choisie et se raccordant en aval à la partie de l'ailette située en aval de la lamelle auxiliaire aval.
  5. Ailette selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que les lamelles auxiliaires (9,10) présentent une inclinaison inférieure ou égale à celle des lamelles (7-1) du premier groupe de la série (6).
  6. Ailette selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'inclinaison des lamelles auxiliaires (9,10) est inférieure à celle des lamelles (7-1) du premier groupe d'une valeur comprise entre environ 1° et environ 20°.
  7. Ailette selon l'une des revendications 4 à 6, rattachée à la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle d'inclinaison (Θi) des lamelles va en croissant en partant de la lamelle auxiliaire amont (9), au moins jusqu'au centre de la série de lamelles, puis décroít de façon sensiblement symétrique jusqu'à la lamelle auxiliaire aval (10).
  8. Ailette selon l'une des revendications 4 à 7, rattachée à la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une série amont (6-1) et une série aval (6-2) de lamelles (7), reliées entre elles par l'intermédiaire de la lamelle auxiliaire aval (10) de l'une et de la lamelle auxiliaire amont (9) de l'autre.
  9. Ailette selon la revendication 8, caractérisée en ce que les séries de lamelles voisines possèdent les mêmes groupes de lamelles (7-i).
  10. Ailette selon la revendication 8, caractérisée en ce que les séries de lamelles voisines possèdent des groupes de lamelles différents.
  11. Ailette selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que les angles d'inclinaison des lamelles de deux séries voisines (6-1, 6-2) sont orientés dans des sens opposés par rapport au plan de l'ailette.
  12. Ailette selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'angle d'inclinaison (Θ1) des lamelles (7-1) du premier groupe est inférieur à celui des lamelles du groupe (7-2) qui présente l'angle d'inclinaison le plus élevé (Θ2) d'une valeur comprise entre environ 1° et environ 20°.
  13. Ailette selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en aluminium ou dans un alliage d'aluminium.
  14. Ailette selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en cuivre.
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