EP2068106A1

EP2068106A1 - Intercalaire ondulé muni de persiennes pour échangeur de chaleur.

Info

Publication number: EP2068106A1
Application number: EP08170529A
Authority: EP
Inventors: Virginie Vincent; Etienne Chardin; Claude Besombes; Herveline Robidou
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2009-06-10
Also published as: FR2924491B1; FR2924491A1; CN101451792B; JP5921053B2; CN101451792A; JP2009139085A

Abstract

L'invention concerne un intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur, comprenant un ensemble de parois planes (14) reliées deux à deux par des plis (16) parallèles et munies chacune d'une pluralité de persiennes (24). Chaque persienne (24) forme avec le plan (P) de la paroi (14) un angle d'inclinaison évolutif variant de façon monotone à partir d'une première valeur (±) dans la région d'un premier petit côté (30) de la persienne jusqu'à une deuxième valeur (±) dans la région d'un deuxième petit côté (32) de la persienne, ledit angle d'inclinaison ayant son sommet (S) le long d'un grand côté (26) de la persienne, ce qui permet de conférer à la persienne une forme généralement torsadée. Application notamment aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.

Description

L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur, formé à partir d'un feuillard métallique et comprenant un ensemble de parois planes en forme de bande, reliées deux à deux par des plis s'étendant parallèlement entre eux pour former des ondulations alternées, et dans lequel chacune des parois présente une hauteur définie entre deux plis successifs et est munie d'une pluralité de persiennes réalisées par découpe et formage du feuillard, les persiennes ayant deux grands côtés découpés s'étendant dans la direction de la hauteur de la paroi et deux petits côtés qui se raccordent au plan de la paroi.
De tels intercalaires ondulés, que l'on appelle aussi des ailettes ondulées, sont utilisés dans la fabrication d'échangeurs de chaleur. Ils sont alors disposés entre les tubes d'un faisceau et solidarisés à ces tubes, habituellement par brasage, par leurs plis respectifs.
La direction des plis des intercalaires correspond à la longueur des intercalaires, c'est-à-dire à la profondeur du faisceau.
Dans l'application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, le faisceau de tubes est habituellement balayé par de l'air qui vient échanger de la chaleur avec un autre fluide, habituellement un fluide caloporteur, qui circule dans les tubes du faisceau.
Les persiennes que comportent les intercalaires ondulés ont pour fonction principale d'améliorer l'échange de chaleur par un brassage actif de l'air qui balaye le faisceau. La conception de ces persiennes est particulièrement délicate car elles doivent optimiser l'échange de chaleur, sans toutefois augmenter les pertes de charge.
La conception classique des intercalaires consiste à forcer un écoulement d'air au travers de blocs de persiennes. Les persiennes sont inclinées avec le même angle et la même géométrie et elles sont disposées en série par groupes. Dans chaque groupe, les persiennes sont parallèles. Une inversion de l'angle d'ouverture, ou angle d'inclinaison, des persiennes est réalisée à chaque changement de groupe de persiennes.
Dans cette conception classique, l'écoulement de l'air dans les intercalaires suit un chemin en deux dimensions. Dans la dimension longitudinale, on trouve un écoulement d'air traversant l'intercalaire dans sa longueur. Dans la dimension verticale, l'écoulement d'air est forcé par les angles d'ouverture des persiennes. L'air suit alors un chemin qui ondule verticalement du fait de l'alternance de l'angle selon les groupes de persiennes.
De ce fait, l'échange thermique n'est pas optimisé car l'écoulement est principalement bi-directionnel, les zones d'échange thermique intense sont localisées essentiellement sur les premières persiennes de l'intercalaire, et les pertes de charge sont conséquentes.
Différentes solutions ont été proposées dans le but d'optimiser davantage les performances thermiques des intercalaires à persiennes du type cité en introduction.
Ainsi, le brevet US 5 311 935 décrit une plage géométrique de la hauteur des intercalaires pour laquelle le rapport entre l'échange thermique et les pertes de charge est indiqué comme étant optimisé. Cette conception d'intercalaire à persiennes augmente le gain en performances, mais cela se traduit par une augmentation de la perte de charge.
Le brevet US 5 669 438 décrit des intercalaires à persiennes qui permettent de diriger l'écoulement d'air vers les tubes et ainsi d'améliorer les performances thermiques de la surface d'échange. Cependant, comme précédemment, ces solutions engendrent une augmentation de la perte de pression, et cela de façon significative.
Les documents EP 166 655 , WO 2004/102102 , US 6 170 566 , EP 1 711 769 et US 2006/0157233 portent sur des solutions pour provoquer des perturbations de l'écoulement d'air en cassant les couches limites qui se forment sur les persiennes. Cependant, ces solutions présentent aussi l'inconvénient d'augmenter la perte de charge due au passage de l'air dans l'intercalaire.
Le document WO 2006/028253 concerne des persiennes pliées à 90° afin de perturber très fortement le flux d'air. Cependant, la perte de charge associée est très élevée et l'efficacité de cette solution est donc très compromise.
Les documents US 7 040 386 et JP 2006/5 162 175 portent sur des conceptions d'intercalaires qui permettent de diriger l'écoulement d'air vers les tubes et ainsi de diminuer l'épaisseur de la couche limite thermique qui se crée à la surface des tubes. De ce fait, les performances thermiques sont augmentées. Mais ceci est réalisé en perturbant fortement l'écoulement d'air et en créant des accélérations de ce dernier, ce qui provoque une augmentation importante de la perte de charge.
Ainsi, en résumé, les solutions connues, même si elles permettent dans certains cas d'améliorer les performances d'échange thermique, engendrent dans tous les cas une augmentation significative de la perte de charge.
C'est en conséquence l'un des buts de l'invention de surmonter les inconvénients des solutions connues mentionnées ci-dessus.
L'invention propose à cet effet que chaque persienne forme avec le plan de la paroi un angle d'inclinaison évolutif variant de façon monotone à partir d'une première valeur α dans la région d'un premier petit côté jusqu'à une deuxième valeur β dans la région d'un second petit côté, ce qui permet de conférer à la persienne une forme généralement torsadée.
Selon un premier exemple de réalisation, l'angle d'inclinaison a son sommet le long d'un grand côté de la persienne. Selon une alternative, l'angle d'inclinaison varie de long d'une génératrice passant par les points de contacts de la persienne au niveau des premier et deuxième petits côtés avec la paroi et est contenue dans le plan P.
Par l'expression « forme généralement torsadée », on entend désigner ici une forme tordue, non plane, qui peut évoluer de façon continue ou discontinue et qui peut être, par exemple, une forme hélicoïdale ou sensiblement hélicoïdale. L'angle d'inclinaison (encore appelé angle d'ouverture) peut varier de façon continue de la première valeur α à la deuxième valeur β de sorte que la persienne présente une face continue.
Il est envisageable aussi que cet angle d'inclinaison varie par paliers de la première valeur α à la deuxième valeur β, de sorte que la persienne présente une face discontinue formée de facettes décalées angulairement deux à deux.
La paroi peut comporter au moins deux blocs de persiennes, les persiennes d'un même bloc pouvant être identiques ou appartenir à au moins deux types différents.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes parallèles et une multiplicité d'intercalaires ondulés, tels que définis précédemment, disposés entre les tubes du faisceau et solidarisés aux tubes par leurs plis respectifs.
Cette nouvelle structure d'intercalaire génère un écoulement tri-dimensionnel de l'air qui permet de générer plus de turbulences dans les couches limites et plus rapidement sur la plage des nombres de Reynolds. Cette structure dirige l'écoulement d'air vers les parois des tubes pour améliorer ainsi le transfert thermique entre les fluides, habituellement de l'air frais qui balaye les tubes du faisceau et un fluide caloporteur qui circule dans les tubes du faisceau.
Le brassage de l'air est plus actif grâce aux turbulences et à la direction de l'air vers les parois des tubes, si bien que les échanges thermiques sont plus performants et plus étendus sur la longueur de l'intercalaire. Ce brassage effectué près des différentes parois crée une perturbation et donc une réduction des effets de la couche limite thermique qui agit comme une résistance.
Le sens de l'écoulement de l'air au travers de l'intercalaire est forcé par les persiennes qui sont mises en série. Du fait que chaque persienne présente un angle d'inclinaison évolutif, on obtient une direction de l'air plus douce et progressive dans le sens d'inclinaison des persiennes, ce qui permet de diminuer considérablement les pertes de charge.
Les études menées sur les intercalaires de l'invention montrent que, pour les différents agencements de blocs de persiennes, la perte de charge est diminuée de l'ordre de 25% par rapport aux intercalaires classiques, la performance thermique étant par ailleurs sensiblement identique à celle des intercalaires classiques.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue partielle de côté d'un intercalaire ondulé selon l'invention solidarisé à deux tubes successifs d'un faisceau d'échange de chaleur ;
les figures 2a et 2b sont des vues schématiques en perspective de deux modes de réalisation d'une persienne à angle d'inclinaison évolutif selon l'invention ;
la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un intercalaire ondulé comprenant une multiplicité de persiennes selon les figures 2a et 2b dont les angles d'inclinaison respectifs varient de persienne en persienne ;
les figures 4a, 4b, 4c et 4d sont des vues partielles en perspective d'intercalaires ondulés comprenant des blocs de persiennes selon l'invention disposés suivant des agencements différents ;
la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une persienne à facettes ;
la figure 6 montre différentes configurations d'extrémités de persiennes ;
la figure 7 est une vue schématique en perspective d'un bloc constitué de persiennes identiques selon l'invention ;
la figure 8 est une vue schématique en perspective d'un bloc constitué de deux types de persiennes disposées en alternance ;
la figure 9 est une vue schématique en perspective d'un autre bloc constitué de deux types de persiennes disposées en alternance, dans une autre forme de réalisation ;
la figure 10 est une vue schématique en perspective d'un bloc constitué de deux types de persiennes disposées en alternance, dans une autre forme de réalisation ;
la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un bloc constitué de trois types de persiennes disposées de façon répétée ;
la figure 12 est un diagramme représentant des champs de température obtenus pour une vitesse amont de 5 mètres par seconde (régime turbulent) avec la configuration d'intercalaires selon la figure 4b dans différents plans de coupe selon l'axe Z;
la figure 13 est un graphique montrant l'évolution du rapport du flux thermique sur la différence de températures en fonction de la position le long d'un intercalaire pour différentes configurations selon l'invention (figure 4a à 4d) et pour un intercalaire à persiennes classiques ;
la figure 14 est un diagramme représentant des lignes de courant obtenues pour une vitesse amont de 5 mètres par seconde (régime turbulent) avec la configuration de la figure 4b, dans différents plans de coupe selon l'axe Z ;
les figures 15a et 15b représentent des blocs de persiennes, dans lesquels chaque persienne présente deux facettes s'étendant respectivement de part et d'autre du plan de la paroi en étant séparées par une bande étroite qui s'étend dans le plan de la paroi selon deux modes respectifs de réalisation ;
la figure 16 est un schéma montrant l'évolution de la découpe des persiennes du bloc de persiennes des figures 15a et 15b ; et
la figure 17 est une vue en perspective partielle d'un bloc de persiennes dans lequel chaque persienne présente plus de deux facettes décalées angulairement deux à deux.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un intercalaire ondulé 10 selon l'invention, disposé entre deux tubes 12 parallèles appartenant à un faisceau de tubes d'un échangeur de chaleur. Les tubes 12 sont des « tubes plats ». L'intercalaire ondulé 10 est formé à partir d'un feuillard métallique monobloc, généralement en alliage d'aluminium, et il comprend un ensemble de parois planes 14 reliées deux à deux par des plis 16 s'étendant parallèlement entre eux et à une direction donnée (perpendiculaire au plan du dessin) pour former des ondulations alternées.
Les plis 16 sont solidarisés par brasage à des grandes faces 18 des tubes 12 pour former un faisceau d'échangeur de chaleur. Ce faisceau est formé d'une multiplicité de tubes 12 et d'une multiplicité d'intercalaires ondulés disposés chacun entre deux tubes successifs du faisceau, de manière en soi connue.
L'intercalaire 14 présente un axe vertical A, qui est parallèle à la direction axiale des tubes 12. L'intercalaire 14 possède une longueur qui s'étend dans une direction perpendiculaire au dessin et qui correspond aussi à la profondeur du faisceau.
Dans l'exemple représenté, les parois planes 14 sont parallèles entre elles, et le pli 16 qui relie deux parois successives est un « pli carré » qui comprend un fond plat 20 qui s'étend perpendiculairement aux parois successives 14 et qui est relié à ces dernières par des arrondis 22.
L'intercalaire présente une largeur 1 (correspondant à la largeur d'une paroi plane 14 et de deux plis 16) qui, dans l'exemple, correspond sensiblement à la distance séparant les faces planes 18 en vis-à-vis de deux tubes successifs du faisceau. Chacune des parois 14 est munie d'une pluralité de persiennes 24 qui présentent cette particularité d'avoir un angle d'inclinaison évolutif.
Les persiennes 24 peuvent être attachées par leur grand coté 26, comme on le voit mieux sur la figure 2a, ou, selon une alternative de réalisation conforme à la figure 1, les persiennes 24 sont attachées par leurs petits cotés 30 et 32, comme on le voit mieux sur la figure 2b.
Chacune des persiennes 24 est réalisée par découpe et formage du feuillard et présente deux grands côtés 26 et 28 qui sont découpés dans l'épaisseur du feuillard et s'étendent dans la direction de la largeur 1 de la paroi, ainsi que deux petits côtés 30 et 32 qui se raccordent sans découpe au plan P de la paroi 14 considérée.
Comme on le voit sur les figures 2a et 2b, chaque persienne 24 forme avec le plan P un angle d'inclinaison, encore appelé angle d'ouverture, évolutif qui varie de façon monotone (c'est-à-dire toujours de façon croissante ou de façon décroissante) à partir d'une première valeur α dans la région d'un premier petit côté (ici le petit côté 30) jusqu'à une deuxième valeur β dans la région d'un deuxième petit côté (ici le petit côté 32). Dans l'exemple de réalisation de la figure 2a, l'angle d'inclinaison a son sommet S le long d'un grand côté de la persienne, ici le grand côté 26. Selon le mode de réalisation de la figure 2b, l'angle d'inclinaison varie le long d'une génératrice passant par les points de contacts de la persienne 24 au niveau du premier petit côté 30 et du deuxième petit côté 32 avec la paroi 14 et contenue dans le plan P.
Dans l'exemple de réalisation des figures 2a et 2b, l'angle d'inclinaison varie de façon continue de la première valeur α à la deuxième valeur β de sorte que la persienne présente une face continue ayant une forme généralement torsadée, et plus particulièrement une forme généralement hélicoïdale.
La première valeur α et la deuxième valeur β correspondent à des angles d'inclinaison qui s'étendent respectivement de part et d'autre du plan P de la paroi. Il en résulte que la persienne 24 comprend une ligne d'inclinaison neutre LN qui est coplanaire avec le plan P de la paroi et qui correspond à une valeur nulle de l'angle d'inclinaison. Cette ligne d'inclinaison neutre est représentée par un trait interrompu sur la figure 2. Elle est généralement parallèle à la direction des plis 16 du feuillard.
Comme indiqué précédemment, chaque paroi 14 d'un intercalaire comporte de préférence plusieurs blocs de persiennes et les persiennes d'un même bloc peuvent être identiques entre elles ou différentes.
On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre un exemple d'un bloc de persiennes dans lequel les persiennes sont différentes. Ainsi, dans l'exemple, un bloc 34 comporte N persiennes 24_i, à savoir 24₁ à 24_N. L'indice « i » désigne le numéro d'ordre de la persienne dans un bloc. Depuis la première persienne 24₁ jusqu'à la dernière persienne 24_N, la première valeur de l'angle d'inclinaison varie de α₁ à α_N selon une loi choisie, tandis que la deuxième valeur de l'angle d'inclinaison varie de β₁ à β_N selon une loi choisie.
Ainsi, non seulement l'angle d'inclinaison varie pour une même persienne, mais il varie aussi d'une persienne à l'autre. Les deux angles évolutifs de valeurs respectives α et β vont ainsi créer une forme hélicoïdale du bloc de persiennes comme on le voit sur la figure 3 et aussi sur la figure 1.
Dans l'exemple de la figure 3, les angles d'inclinaison des persiennes du même bloc répondent aux conditions suivantes :

Première persienne (i=1) : $α_{1} = 0 et β_{1} = β_{MAX}$
Persiennes suivantes (2≤i≤N) : $α_{i} = α_{i - 1} + α_{MAX} / (N - 1)$
$β_{i} = β_{i - 1} + β_{MAX} / (N - 1)$
Dernière persienne (i=N) _: $α_{N} = α_{MAX} et β_{N} = 0$

Dans les relations ci-dessus, i désigne le numéro d'ordre d'une persienne dans un bloc de persiennes, N le nombre de persiennes du bloc de persiennes, α_MAX la valeur maximale de la valeur α et β_MAX la valeur maximale de la valeur β.
Il en résulte que la ligne d'inclinaison neutre LN (figure 2) est décalée d'une persienne à l'autre comme on le voit sur la figure 3. Pour la première persienne 24₁, la ligne d'inclinaison neutre LN se situe dans la région du petit côté 30 et à mesure que l'on s'approche de la dernière persienne 24 N, cette ligne se déplace progressivement pour parvenir dans la région du deuxième petit côté 32.
Dans l'exemple de la figure 3, la somme de la première valeur α et de la deuxième valeur β est constante pour chaque persienne d'un groupe de persiennes. Dans ce cas particulier, cette valeur constante est comprise entre 20° et 45°.
On se réfère maintenant aux figures 4a à 4d qui montrent respectivement quatre configurations différentes d'un intercalaire dont chacune des parois comprend deux blocs de persiennes, considérant ici les deux parois successives 14 reliées par un pli 16. Les quatre blocs sont désignés ici par les références 34₁, 34₂ pour la paroi 14 supérieure et 34₃ et 34₄ pour la paroi 14 inférieure. On peut voir que les blocs 34₁ à 34₄ comportent des « vallées » respectives 36₁ à 36₄ qui s'étendent obliquement et dont chacune est formée par les différentes lignes d'inclinaison neutre LN des persiennes du bloc.
Dans la configuration de la figure 4a, les vallées 36₁ et 36₂ convergent du côté du pli 16 situé à droite de la figure et, de même, les vallées 36₃ et 36₄ convergent en direction du même pli 16.
Dans la configuration de la figure 4b, les vallées 36₁ et 36₂ sont parallèles entre elles, de même que les vallées 36₃ et 36₄.
Dans la configuration de la figure 4c, les vallées 36₁ et 36₂ convergent comme dans le cas de la figure 4a, tandis que les vallées 36₃ et 36₄ convergent mais dans la direction opposée.
Enfin, dans la configuration de la figure 4d, les vallées 36₁ et 36₂ sont parallèles entre elles. Les vallées 36₃ et 36₄ sont aussi parallèles entre elles mais non parallèles aux vallées 36₁ et 36₂.
De manière à éviter des chevauchements entre les persiennes des blocs 34₁ et 34₂, d'une part, et les persiennes des blocs 34₃ et 34₄, d'autre part, et pour pouvoir utiliser des angles d'inclinaison plus élevés, les intercalaires ont de préférence une forme carrée, comme montré à la figure 1. Cela signifie en d'autres termes que les deux parois 14 sont parallèles entre elles et reliées par un pli qui présente une paroi 20 perpendiculaire aux deux parois 14.
Ceci permet aussi d'éviter des interactions indésirables entre les écoulements d'air, provoquées par les persiennes des blocs supérieurs 34₁ et 34₂ et des blocs inférieurs 34₃ et 34₄ et ainsi d'avoir un écoulement d'air dirigé uniquement par les persiennes.
Cependant, l'invention ne se limite pas à des intercalaires ayant des parois parallèles entre elles formant des plis carrés et elle peut s'appliquer aussi à des intercalaires ayant des formes différentes, par exemple des formes sinusoïdales ou analogues. Ainsi, les parois du feuillard peuvent être parallèles et reliées deux à deux par des plis sinusoïdaux.
Selon une alternative de réalisation, les parois du feuillard ne sont pas parallèles entres elles. C'est-à-dire que deux parois successives forment un « pli sinusoïdal » qui ne comporte pas de fond plat.
Comme indiqué précédemment, dans l'exemple de la figure 3, et dans celui des figures 4A à 4D, la somme des angles α et β est comprise entre 20° et 45° pour chaque persienne.
De préférence, la largeur de chaque persienne (telle que définie entre les deux grands côtés 26 et 28) sera généralement comprise entre 0,8 et 1,4mm. Généralement, on préfère que cette largeur soit constante, mais il est envisageable également de faire varier la largeur des persiennes le long d'un intercalaire.
Dans les exemples des figures précédentes, chaque persienne présente une surface continue entre ses deux extrémités, c'est-à-dire entre ses deux petits côtés 30 et 32.
Toutefois, l'intercalaire peut être muni de persiennes présentant plusieurs facettes comme montré sur la figure 5. Dans cet exemple, la persienne comporte deux facettes 38 et 40 toutes deux en forme de triangle rectangle qui se raccordent le long d'une arête de liaison 42 qui s'étend en diagonale ou en oblique. Dans ce cas particulier, la persienne ne comporte pas d'angle d'inclinaison nul entre la première valeur α et la deuxième valeur β. L'évolution de la première valeur α vers la deuxième valeur β se fait au-dessus et au-dessous du plan P.
Pour chaque extrémité de persiennes, différentes configurations sont possibles, comme le montre la figure 6 qui présente sept configurations distinctes, numérotées 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 de la gauche vers la droite. Dans la configuration 1, l'angle d'inclinaison est au dessus du plan et a son sommet orienté vers la gauche. Dans la configuration 2, l'angle d'inclinaison est au dessous du plan et a son sommet orienté vers la gauche. Dans la configuration 3, l'angle d'inclinaison est au dessus du plan et a son sommet orienté vers la droite. Dans la configuration 4, l'angle d'inclinaison est au dessous du plan et a son sommet orienté vers la droite. Dans la configuration 5, l'angle d'inclinaison est nul. Dans la configuration 6, l'angle d'inclinaison est de part et d'autre du plan dans une première direction d'inclinaison. Enfin, dans la configuration 7, l'angle d'inclinaison est de part et d'autre du plan dans une deuxième direction d'inclinaison opposée à l'inclinaison de la configuration 6.
Ainsi, soit les deux extrémités ont des configurations différentes, soit les deux extrémités ont des configurations identiques mais avec des angles (α et β) différents.
On se réfère maintenant à la figure 7 qui montre un bloc de persiennes dont toutes les persiennes sont identiques et désignées par la référence 24₁. Dans l'exemple, l'angle d'inclinaison de chaque persienne varie d'une première valeur α₁ à une seconde valeur β₁, et cela de façon continue, l'ailette présentant une forme générale en hélice.
Cependant, les persiennes d'un même bloc peuvent appartenir à des types différents.
Ainsi, dans le cas de la figure 8, les persiennes d'un même bloc appartiennent à deux types différents (persiennes 24₁ et 24₂) et sont disposées en alternance. L'angle d'inclinaison d'une persienne 24₁ varie d'une valeur α₁ à une valeur β₁ et l'angle d'inclinaison d'une persienne 24₂ varie d'une valeur α₂ à une valeur β₂. Dans l'exemple de la figure 8, les angles α₁, α₂, β₁ et β₂ ne sont jamais nuls.
Dans l'exemple de la figure 9, les persiennes d'un même bloc appartiennent, là aussi, à deux types différents (persiennes 24₁ et 24₂) et sont disposées en alternance. Les angles β₁ et α₂ sont nuls, tandis que les angles α₁ et β₂ sont égaux et non nuls. En plus, les persiennes sont ouvertes face à face, les angles d'inclinaison étant opposés deux à deux.
Dans l'exemple de la figure 10, le bloc est constitué de deux types de persiennes différentes (persiennes 24₁ et 24₂) disposées de façon alternée. Les angles α₁ et β₂ sont nuls, tandis que les angles β₁ et α₂ sont égaux et non nuls.
Dans l'exemple de la figure 11, les persiennes d'un même bloc appartiennent à trois types différents (persiennes 24₁, 24₂ et 24₃). Leurs angles d'inclinaison respectives vont d'une première valeur α₁, α₂, α₃ à une deuxième valeur β₁, β₂ et β₃. Ces persiennes sont disposées de manière répétée, par groupes de trois persiennes 24₁, 24₂ et 24₃ toujours dans le même ordre.
L'invention ne se limite pas aux configurations de persiennes ou blocs de persiennes décrites précédemment, qui ont été données seulement à titre d'exemple. Une multiplicité d'agencements de persiennes sont possibles, chaque agencement étant choisi préférentiellement en fonction de la performance et de la perte de charge souhaitées.
Les persiennes de l'invention peuvent être obtenues par des outils appropriés, tels que par exemple des disques entraînés en rotation, assurant la découpe et le formage des persiennes. La configuration et l'agencement des persiennes a, à chaque fois, une influence sur le nombre de disques différents à réaliser et sur leur complexité.
Il est possible par exemple d'utiliser un ensemble de disques différents les uns des autres, dans lequel chaque disque possède des dents identiques.
En variante, il est possible d'utiliser des disques identiques mais ayant des dents différentes, chaque disque étant décalé angulairement par rapport au disque précédent et/ou par rapport au disque suivant.
Le tableau qui suit compare les résultats obtenus en terme de performances thermiques et de perte de charge pour les intercalaires des figures 4a à 4d et pour un intercalaire classique pris en référence.

Le tableau fait ressortir les valeurs obtenues à chaque fois pour la puissance échangée (exprimée en Watt) et la perte de charge ΔP (exprimée en Pascal) pour un écoulement laminaire d'un flux d'air avec une vitesse amont de 2 mètres par seconde et pour un écoulement turbulent du flux d'air avec une vitesse amont de 5 mètres par seconde. Les quatre configurations d'intercalaires de l'invention permettent de diminuer la perte de charge d'environ 25% par rapport à l'intercalaire classique, la puissance thermique échangée étant sensiblement du même ordre que celle de l'intercalaire classique. Par ailleurs, la configuration de l'intercalaire de la figure 4b permet aussi un léger gain en performances thermiques, ce qui montre l'intérêt d'avoir une même orientation des persiennes sur tous les blocs.

Tableau

		Intercalaire
		Classique	Fig. 4a	Fig. 4b	Fig. 4c	Fig. 4d
U_amont=2m/s Laminaire	P_échangée (W)	100	97	102	102	102
U_amont=2m/s Laminaire	ΔP(Pa)	100	76	77	75	76
U_amont=5m/s Turbulent	P_échangée (W)	100	95	100	99	99
U_amont=5m/s Turbulent	ΔP(Pa)	100	72	73	72	76

On se réfère maintenant à la figure 12 qui montre les champs de température obtenus pour une vitesse de 5 mètres/seconde du flux d'air (régime turbulent) sur la configuration de la figure 4b dans différents plans de coupe selon l'axe Z qui correspond à l'axe de la largeur de l'intercalaire. On comprendra que l'échange thermique est fortement dépendant de la position selon l'axe Z, contrairement à ce que l'on a pour un intercalaire classique.
La figure 13 montre l'évolution du rapport du flux thermique sur la différence de températures, en W/K, en fonction de la position le long de l'intercalaire pour les intercalaires des figures 4a à 4d et pour un intercalaire à persiennes classiques. La courbe C₁ correspond aux intercalaires des figures 4a et 4b, tandis que la courbe C₂ correspond aux intercalaires des figures 4c et 4d et que la courbe C₃ correspond à l'intercalaire classique. Les courbes montrent que les échanges thermiques les plus intenses ont lieu sur la première partie de l'intercalaire (valeurs basses de la longueur d'intercalaire) et que les échanges sont plus élevés que pour l'intercalaire classique sur les trois derniers quarts de l'intercalaire (valeurs hautes de la longueur d'intercalaire). Les zones d'échange thermique élevé sont donc mieux réparties sur les intercalaires de l'invention que sur l'intercalaire classique.
La figure 14 montre les lignes de courant obtenues pour une vitesse de 5 mètres par seconde (régime turbulent) sur la configuration de la figure 4B, dans différents plans de coupe selon l'axe Z. Cette figure permet de comprendre d'où provient la diminution des pertes de charge dans l'intercalaire. En effet, tout l'écoulement n'est pas perturbé au même endroit et globalement cet écoulement est nettement moins perturbé sur sa longueur que sur un intercalaire classique.
On se réfère maintenant aux figure s 15 a, 15b et 16 qui montrent un bloc de persiennes dans lequel l'angle d'inclinaison varie par paliers. Ici, la persienne présente deux facettes 44_i et 46_i s'étendant respectivement de part et d'autre du plan P de la paroi et séparées par une bande étroite 48 s'étendant dans le plan P. L'ensemble des bandes étroites 48 forme u ne oblique dans le plan P. Dans une variante de réalisation (non représentée), cette bande étroite peut être supprimée.
Les figures 15a et 15b différent entre elles par le mode de réalisation des persiennes. Ainsi, les persiennes du bloc de la figure 15a sont réalisées de façon identique aux persiennes de la figure 2a. A l'inverse, les persiennes du bloc de la figure 15b sont réalisées de façon identique aux persiennes de la figure 2b.
Par ailleurs, le mode de réalisation de la figure 15b ne présente pas de bande étroite séparant deux persiennes successives.
En se référant à la figure 16, la première persienne présente une seule facette 44₁ qui s'étend d'un côté du plan P. La deuxième persienne comporte une facette 44₂ d'un côté du plan et une facette 46₂ de l'autre coté du plan et ainsi de suite jusqu'à la dernière persienne qui comprend une seule facette 46_N qui s'étend de l'autre côté du plan. Ces facettes ont à chaque fois une surface plane. Le bloc de persiennes peut être ainsi obtenu par des découpes positives et négatives avec un décalage pas à pas de la longueur relative de la partie découpe positive (facette 44_i) et de la partie découpe négative (facette 46_i) d'une persienne à l'autre.
On se réfère maintenant à la figure 17 qui montre une autre variante dans laquelle les persiennes ont une forme générale hélicoïdale analogue à celle montrée sur la figure 2. Toutefois, chacune des persiennes 24_i comporte une face discontinue constituée d'une pluralité de facettes 50, ici au nombre de cinq pour chaque persienne. Ces facettes sont planes et sont décalées angulairement par rapport aux facettes adjacentes pour former des paliers ou marches.
Les intercalaires ondulés à persiennes selon l'invention trouvent une application particulière dans les installations de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicules automobiles en particulier dans la réalisation d'échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles intégrés à ces installations. Il peut s'agir notamment de radiateurs de refroidissement du moteur, de radiateurs de chauffage de l'habitacle, de condenseurs, de refroidisseurs de gaz ou d'évaporateurs de circuit de climatisation, de refroidisseurs d'air de suralimentation, etc.
Les tubes des échangeurs de chaleur peuvent être de tous types connus. Ils incluent notamment les tubes pliés, soudés, extrudés, etc... mais également les tubes réalisés par assemblage de plaques ou analogues.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple et englobe d'autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre des revendications et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Claims

Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur, formé à partir d'un feuillard métallique et comprenant un ensemble de parois planes (14) en forme de bande, reliées deux à deux par des plis (16) s'étendant parallèlement entre eux pour former des ondulations alternées, et dans lequel chacune des parois (14) présente une largeur (1) définie entre deux plis successifs et est munie d'une pluralité de persiennes (24) réalisées par découpe et formage du feuillard, les persiennes ayant deux grands côtés (26, 28) découpés s'étendant dans la direction de la largeur (1) de la paroi et deux petits côtés (30, 32)
caractérisé en ce que chaque persienne (24) forme avec le plan (P) de la paroi (14) un angle d'inclinaison évolutif à partir d'une première valeur (α) dans la région d'un premier petit côté (30) jusqu'à une deuxième valeur (α) dans la région d'un deuxième petit côté (32), ce qui permet de conférer à la persienne une forme généralement torsadée.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison varie de façon continue de la première valeur (α) à la deuxième valeur (α), de sorte que la persienne présente une face continue.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première valeur (α) et la deuxième valeur (α) correspondent à des angles d'inclinaison qui s'étendent respectivement de part et d'autre du plan (P) de la paroi (14).
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, depuis une première persienne (24₁) jusqu'à une dernière persienne (24_N), la première valeur varie respectivement de α₁ à α_N selon une loi choisie, tandis que la deuxième valeur varie respectivement de α₁ à α_N selon une loi choisie.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison des persiennes répondent aux conditions suivantes .
Première persienne (1=1) : α₁ = 0 et α₁ = α_MAX Persiennes suivantes (2≤i≤N) :
α_i = α_i-1 + α_MAX / (N-1) et α_i - α_i-1 - α_MAX / (N-1) Dernière persienne (i=N) : α_N α_MAX et α_N = 0

où i désigne le numéro d'ordre d'une persienne dans un bloc de persiennes, N le nombre de persiennes du bloc de persiennes, aux la valeur maximale de la valeur α et α_MAX la valeur maximale de la valeur α.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque persienne (24) comprend une ligne d'inclinaison neutre (LN) qui est coplanaire avec le plan (P) de la paroi (14) et correspond à une valeur nulle de l'angle d'inclinaison.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la ligne d'inclinaison neutre (LN) est décalée d'une persienne à l'autre.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la somme (α +α) de la première valeur (α) et de la deuxième valeur (α) prend une valeur constante pour chaque persienne d'un groupe de persiennes.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la valeur constante est comprise entre 20° et 45°.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison varie par paliers de la première valeur (α) à la deuxième valeur (α), de sorte que la persienne présente une face discontinue formée de facettes (50) décalées angulairement deux à deux.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la persienne présente plus de deux facettes (50).
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les facettes (50) sont décalées angulairement deux à deux.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la persienne présente deux facettes (44, 46) s'étendant respectivement de part et d'autre du plan (P) de la paroi.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les deux facettes (44, 46) sont séparées par une bande étroite (48) s'étendant dans ledit plan (P) de la paroi.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la paroi (14) comporte au moins deux blocs (34) de persiennes (24).
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les persiennes (24) d'un bloc de persiennes sont identiques.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les persiennes d'un bloc de persiennes appartiennent à deux types différents (24₁, 24₂) et sont disposées en alternance, l'angle d'inclinaison d'une persienne (24₁) d'un premier type variant d'une valeur α₁ à une valeur α₁ et l'angle d'inclinaison d'une persienne (24₂) d'un second type variant d'une valeur α₂ à une valeur α₂.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les angles α₁ et α₂ sont nuls, tandis que les angles α₁ et α₂ sont égaux et non nuls.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les angles α₁ et α₂ sont nuls, tandis que les angles α₁ et α₂ sont égaux et non nuls.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les persiennes d'un bloc de persiennes appartiennent à trois types différents (24₁, 24₂, 24₃) et sont disposées de manière répétée.
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que les parois (14) du feuillard sont parallèles et reliées deux à deux par des plis carrés (16).
Intercalaire ondulé pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que les parois (14) du feuillard sont reliées deux à deux par des plis sinusoïdaux (16).
Échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes (12) parallèles et une multiplicité d'intercalaires ondulés (10) selon l'une des revendications 1 à 22 disposés entres les tubes du faisceau et fixés aux tubes par leurs plis respectifs (16).