EP3325910A1 - Échangeur de chaleur à ailettes comprenant des persiennes améliorées - Google Patents

Échangeur de chaleur à ailettes comprenant des persiennes améliorées

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EP3325910A1
EP3325910A1 EP16736111.2A EP16736111A EP3325910A1 EP 3325910 A1 EP3325910 A1 EP 3325910A1 EP 16736111 A EP16736111 A EP 16736111A EP 3325910 A1 EP3325910 A1 EP 3325910A1
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Patrick Boisselle
Samuel BRY
Nicolas FRANCOIS
Christophe LENORMAND
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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

Definitions

  • a heat exchanger generally comprises tubes, in which a heat transfer fluid is intended to circulate, and heat exchange elements connected to these tubes.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fin of a heat exchanger according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention.
  • the connecting edges 18 of all the blades 14 of the row 10 form upstream edge with respect to the air flow F, the free edge 16 of the blades 14 forming a downstream edge.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant: au moins une ailette (4); au moins une rangée de tubes (2), les tubes étant reliés à l'ailette (4) par serrage des tubes (2) dans un collet (6) ménagé dans l'ailette (4); et au moins une rangée (10) de persiennes (12), ménagée dans l'ailette (4) et intercalée entre deux tubes (2) de la rangée de tubes, chaque persienne (12) comprenant une lame (14) munie d'un bord libre (16) et d'un bord de liaison (18) reliant la persienne (12) à l'ailette (4). Le bord de liaison (18) de la lame (14) d'au moins la première persienne (12) de la rangée (10) forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre 16) de la lame (14) formant bord aval.

Description

Echanqeur de chaleur à ailettes comprenant des Persiennes améliorées
La présente invention concerne un échangeur de chaleur, et plus particulièrement des tubes pour échangeur de chaleur de type mécanique.
Un échangeur de chaleur comprend généralement des tubes, dans lesquels un fluide caloporteur est destiné à circuler, et des éléments d'échange de chaleur reliés à ces tubes.
On distingue habituellement des échangeurs de chaleur de type brasé et de type mécanique selon leur procédé de fabrication.
Dans un échangeur de chaleur de type mécanique, les éléments d'échange de chaleur, appelés dans ce cas « ailettes », sont reliés aux tubes de la façon suivante. Tout d'abord, on forme dans les ailettes des trous de passage des tubes. Ces trous de passage sont généralement délimités chacun par un bord tombé formant un col. Puis, on dispose les ailettes sensiblement parallèlement entre elles et on enfile chaque tube dans une série de trous alignés des ailettes. Enfin, on provoque une expansion radiale des tubes en passant un outil d'expansion à l'intérieur de ces tubes de façon à lier mécaniquement les tubes et les ailettes par sertissage, les cols délimitant les trous de passage des tubes formant alors des collets serrés autour les tubes.
De tels échangeurs sont traversés par un flux d'air, les ailettes s'étendant à travers le flux.
Afin d'augmenter l'échange de chaleur entre les ailettes et le flux d'air, on ménage habituellement sur les ailettes des déflecteurs formés de rangées de persiennes, les rangées étant intercalées entre les tubes d'une même rangée de tubes. Généralement, chaque persienne comprend une lame munie d'un bord libre et d'un bord de liaison reliant la persienne à l'ailette.
Dans l'art antérieur, les persiennes sont arrangées en deux groupes de persiennes successifs dans la rangée. Pour les persiennes du premier groupe, auquel appartient la première persienne de la rangée, le bord libre des lames forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord de liaison formant bord aval. A l'inverse, pour les persiennes du second groupe, auquel appartient la dernière persienne de la rangée, le bord de liaison des lames des persiennes forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre formant bord aval.
Il s'avère que cette configuration a pour effet de générer des zones inefficaces au contact de persiennes dans lesquelles la circulation d'air est freinée, si bien que l'échange thermique entre l'ailette et le flux d'air est réduit.
L'invention a pour but d'améliorer les performances de l'échangeur de chaleur en choisissant une configuration des persiennes qui permette de limiter l'apparition de ces zones inefficaces.
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant :
- au moins une rangée de tubes,
- au moins une ailette disposée transversalement à ladite rangée de tubes ;
les tubes étant reliés à l'ailette par serrage des tubes dans un collet ménagé dans l'ailette ; et
- au moins une rangée de persiennes, ménagée dans l'ailette et intercalée entre deux tubes de la rangée de tubes, chaque persienne comprenant une lame munie d'un bord libre et d'un bord de liaison reliant la persienne à l'ailette,
caractérisé en ce que le bord de liaison de la lame d'au moins la première persienne de la rangée forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre de la lame formant bord aval.
On a constaté, de façon surprenante, que la configuration dans laquelle le bord de liaison de la lame d'au moins la première persienne forme bord amont par rapport au flux d'air traversant l'ailette et son bord libre forme bord aval, rend le flux d'air qui traverse les persiennes moins turbulent. Ceci a pour effet de limiter l'apparition de zones inefficaces, et donc d'augmenter l'échange thermique entre les persiennes et le flux d'air.
A cet égard, des tests ont permis de constater une augmentation de l'échange thermique de 3% pour une perte de charge équivalente par rapport aux configurations de l'art antérieur.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'échangeur ne comporte qu'une seule rangée de tubes et les bords de liaison de toutes les lames de la rangée forment bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre des lames formant bord aval.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le bord libre d'au moins la lame de la rangée forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord de liaison de cette lame formant bord aval.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la rangée de persiennes comprend deux groupes de persiennes, les persiennes du second groupe succédant aux persiennes du premier groupe dans la rangée de persiennes, le bord de liaison des lames du premier groupe formant bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre des lames du premier groupe formant bord aval, et le bord libre des lames du second groupe formant bord amont par rapport au flux d'air, le bord de liaison des lames du second groupe formant bord aval.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les deux groupes de persiennes comprennent un même nombre de persiennes.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le bord libre de la lame de la dernière persienne du premier groupe est relié au bord libre de la lame de la première persienne du second groupe par une lame de jonction formant pont sensiblement parallèle à la surface de l'ailette.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la dimension de la lame de jonction entre le bord libre de la lame de la dernière persienne du premier groupe et le bord libre de la lame de la première persienne du second groupe est inférieure à 3 mm.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une ailette d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une ailette d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention.
On a représenté à la figure 3 un échangeur de chaleur 1 de type mécanique destiné à équiper un véhicule automobile.
L'échangeur de chaleur comprend une rangée de tubes 2 (représentés tronqués pour des raisons de clarté sur les figures 1 et 2), dans lesquels un fluide caloporteur classique est destiné à circuler, et des ailettes 4 (dont une seule a été représentée pour des raisons de clarté) reliées à ces tubes 2.
Les tubes 2 sont reliés aux ailettes 4 par serrage des tubes dans des collets 6 ménagés dans les ailettes 4. A cet effet, les ailettes 4 sont munies de trous 8 de passage des tubes. Ces trous de passage 8 ont une forme générale oblongue.
Dans l'exemple décrit, les tubes 2 ont chacun une forme générale allongée et comportent une section sensiblement oblongue. Les tubes 2 sont agencés sensiblement parallèlement entre eux, de façon à former une rangée unique.
Les ailettes 4 ont une forme générale rectangulaire, sensiblement plane, et sont agencées dans l'échangeur de chaleur 1 de façon sensiblement parallèle entre elles et perpendiculaire aux directions longitudinales des tubes 2.
Les ailettes 4 sont destinées à s'étendre à travers un flux d'air d'amont en aval lui-même traversant l'échangeur. On a représenté par des flèches F la direction de circulation du flux.
Pour augmenter l'échange thermique entre le flux F et les ailettes 4, l'échangeur 1 comprend également des rangées 10 de persiennes 12, ménagées dans chaque ailette 4 et intercalées chacune entre deux tubes 2.
Chaque persienne 12 comprend une lame 14 comprenant un bord libre 16 et un bord de liaison 18 reliant la persienne 12 à l'ailette 4. Dans les deux modes de réalisations selon l'invention représentés aux figures 1 et 2, le bord de liaison 18 de la lame 14 d'au moins la première persienne 12 de la rangée 10 forme bord amont par rapport au flux F, le bord libre 16 de la lame 14 formant bord aval.
Plus particulièrement, dans le premier mode de réalisation représenté à la figure
1 , les bords de liaison 18 de toutes les lames 14 de la rangée 10 forment bord amont par rapport au flux d'air F, le bord libre 16 des lames 14 formant bord aval.
Dans le deuxième mode de réalisation selon l'invention représenté à la figure 2, le bord libre 16 d'au moins la dernière lame 14 de la rangée 10 forme bord amont par rapport au flux d'air F, son bord de liaison 18 formant bord aval.
Plus particulièrement, dans ce deuxième mode de réalisation, la rangée 10 comprend deux groupes de persiennes 12 comprenant de préférence un même nombre de persiennes 12, les persiennes 12 du second groupe succédant aux persiennes du premier groupe dans la rangée 10 de persiennes.
Sur l'exemple représenté sur la figure 2, la rangée 10 est formée de quatorze persiennes 12 répartis en deux groupes de sept persiennes 12, disposées de part et d'autre d'une lame de jonction 20 reliant le bord libre 16 de la dernière lame 14 du premier groupe au bord libre 16 de la première lame 14 du deuxième groupe.
Pour toutes les persiennes 12 du premier groupe, le bord de liaison 18 de chaque lame 14 forme bord amont par rapport au flux d'air F et le bord libre 16 forme bord aval.
A l'inverse, pour les persiennes 12 du second groupe, le bord libre 16 de chaque lame 14 forme bord amont par rapport au flux d'air F, et le bord de liaison 18 forme bord aval.
La lame de jonction 20 forme un pont sensiblement parallèle à la surface de l'ailette 4 entre les deux groupes de la rangée 10. Par sensiblement parallèle, on entend que le pont est situé dans un plan décalé par rapport à la surface de l'ailette. De préférence, la dimension de la lame de jonction 22 entre le bord libre 16 de la lame 14 de la dernière persienne 12 du premier groupe et le bord libre 16 de la lame 14 de la première persienne 12 du second groupe est inférieure à 3 mm.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
En particulier, une combinaison des différents modes de réalisation peut être envisagée pour obtenir les effets recherchés.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Echangeur de chaleur comprenant :
- au moins une rangée de tubes (2),
- au moins une ailette (4) disposée transversalement à ladite rangée de tubes (2), les tubes étant reliés à l'ailette (4) par serrage des tubes (2) dans un collet (6) ménagé dans l'ailette (4) ; et
- au moins une rangée (10) de persiennes (12), ménagée dans l'ailette (4) et intercalée entre deux tubes (2) de la rangée de tubes, chaque persienne (12) comprenant une lame (14) munie d'un bord libre (16) et d'un bord de liaison (18) reliant la persienne (12) à l'ailette (4),
caractérisé en ce que le bord de liaison (18) de la lame (14) d'au moins la première persienne (12) de la rangée (10) forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre (16) de la lame (14) formant bord aval.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'une seule rangée de tubes (2) et en ce que les bords de liaison (18) de toutes les lames (14) de la rangée (10) forment bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre (16) des lames (18) formant bord aval.
3. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bord libre (16) d'au moins la dernière lame (14) de la rangée (10) forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord de liaison (18) de cette dernière lame (14) formant bord aval.
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, dans lequel la rangée (10) de persiennes comprend deux groupes de persiennes (12), les persiennes (12) du second groupe succédant aux persiennes (12) du premier groupe dans la rangée (10) de persiennes, le bord de liaison (18) des lames (14) du premier groupe formant bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre (16) des lames (14) du premier groupe formant bord aval, et le bord libre (16) des lames (14) du second groupe formant bord amont par rapport au flux d'air, le bord de liaison (18) des lames (14) du second groupe formant bord aval.
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, dans lequel les deux groupes de persiennes (12) comprennent un même nombre de persiennes (12).
6. Echangeur de chaleur selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le bord libre (16) de la lame (14) de la dernière persienne (12) du premier groupe est relié au bord libre (16) de la lame (14) de la première persienne (12) du second groupe par une lame de jonction (22) formant pont sensiblement parallèle à la surface de l'ailette (4).
7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, dans lequel la dimension de la lame de jonction (22) entre le bord libre (16) de la lame (14) de la dernière persienne (12) du premier groupe et le bord libre (16) de la lame (14) de la première persienne (12) du second groupe est inférieure à 3 mm.
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