FR2576094A1 - Echangeur de chaleur de type a serpentin utilisant des plaques d'ailettes munies d'ouies - Google Patents
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Abstract
A.ECHANGEUR DE CHALEUR DE TYPE A SERPENTIN, COMPRENANT DES ELEMENTS D'AILETTES METALLIQUES FIXES ENTRE PARTIES PARALLELES ADJACENTES DU TUBE DE SERPENTIN, ET COMPRENANT DES PARTIES DE PLAQUES D'AILETTES 21 MUNIES D'OUIES DE GUIDAGE DES DEBITS D'AIR PASSANT ENTRE LES PLAQUES D'AILETTES 21 POUR ASSURER L'ECHANGE DE CHALEUR. B.ECHANGEUR DE CHALEUR CARACTERISE EN CE QUE CHAQUE PARTIE DE PLAQUE D'AILETTE 21 EST MUNIE D'UN PREMIER GROUPE D'OUIES 7A DANS SA ZONE "AU VENT" ET D'UN SECOND GROUPE D'OUIES 7B DANS SA ZONE "SOUS LE VENT", LES OUIES DU PREMIER GROUPE ETANT SENSIBLEMENT PARALLELES AUX PARTIES DE PLAQUES D'AILETTES 21 ET LES OUIES DU SECOND GROUPE ETANT INCLINEES VERS LE BAS. C.L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX DISPOSITIFS DE CONDITIONNEMENT D'AIR D'AUTOMOBILES.
Description
"Echangeur de chaleur de type à serpentin utilisant des plaques d'ailettes
munies d'ouies" L'invention concerne les échangeurs de chaleur de type à serpentin et plus particulièrement les ouïes des plaques d'ailettes de ces échangeurs de chaleur.
Les échangeurs de chaleur de type à serpen-
tin-ont été utilisés par exemple dans un évaporateur de
réfrigérant pour système de conditionnement d'air d'auto-
mobile, comme décrit par exemple dans les Brevets U.S.A
Nos 4 350 025 et 4 353 224.
Un échangeur de chaleur de type à serpentin comprend un tube métallique plat muni d'un passage ou de passages parallèles de réfrigérant disposés dans le sens longitudinal du tube. Ce tube plat est recourbé pour former des ondulations dirigées vers le haut et vers le bas, ou se présente sous une forme sinueuse de serpentin, et comporte donc un certain nombre de parties parallèles espacées les unes des autres, et un certain nombre de parties courbes en forme de U. reliant respectivement les
parties parallèles adjacentes.
Un certain nombre d'éléments d'ailettes ondulés sont disposés dans les espaces compris entre les parties parallèles adjacentes du tube, et se fixent à celles-ci par brasure. Chacun des éléments d'ailettes ondulés est obtenu en recourbant une plaque mince pour lui donner une forme ondulée, de manière à former un -2
certain nombre de parties de plaques d'ailettes générale-
ment parallèles séparées par des intervalles, tandis qu'un certain nombre de crêtes sont formées alternativement sur les surfaces latérales opposées de chaque élément. Les crêtes situées sur les faces latérales opposés de l'élément sont fixées par brasure aux surfaces latérales plates des
parties parallèles opposées du tube.
L'échangeur de chaleur est généralement associé à un dispositif convenable de production de débit d'air constitué par exemple par un ventilateur, une soufflerie ou autre, de manière à obtenir un courant d'air continu passant d'un côté à l'autre de l'échangeur de chaleur en traversant les intervalles formés, pour chaque élément d'ailettes, dans les espaces compris entre parties
parallèles adjacentes du tube plat.
Comme le tube plat et chacun des éléments d'ailettes sont refroidis par le réfrigérant coulant dans le tube plat, l'air est refroidi par échange de chaleur lorsqu'il passe dans les intervalles de chaque élément
d'ailettes.
Pour améliorer le taux d'échange de chaleur,
chaque partie de plaque d'ailette est munie d'oules des-
tinées à brasser et à dévier les débits d'air passant à travers les éléments d'ailettes, comme décrit par exemple
dans le Brevet U.S.A. NO 4 353 224.
Dans un dispositif selon l'art antérieur, plusieurs groupes d'ouies sont inclinés dans des directions opposées par rapport aux autres groupes d'ouies, de façon que l'air suive, d'une façon générale, une trajectoire ondulée dans l'élément d'ailettes. Dans ce dispositif, comme le sens du débit d'air est dévié un certain nombre
de fois, la résistance au débit d'air est désavantageuse-
ment grande. D'autre part, l'humidité du débit d'air se condense sur la partie de plaque d'ailette et l'eau condensée est entraînée par le débit d'air ondulé en provoquant ainsi des projections indésirables à l'extérieur
de l'échangeur de chaleur.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus de l'art antérieur en créant un échangeur de chaleur de type à serpentin utilisant des éléments d'ailettes munis d'ouies, permettant d'obtenir une résistance réduite au débit d'air et un taux élevé
d'échange de chaleur.
L'invention a également pour but de créer un échangeur de chaleur de type à serpentin utilisant des éléments d'ailettes munis d'ouies, dans lequel l'eau condensée sur les plaques d'ailettes n'est pratiquement pas entraînée par le débit d'air mais coule facilement dans le bas de l'échangeur de chaleur pour être évacuée
par le fond de celui-ci.
A cet effet, l'invention concerne un échangeur de chaleur de type à serpentin comprenant un tube métallique plat contenant au moins un passage de réfrigérant et présentant une forme sinueuse de serpentin dans la direction longitudinale du tube, de manière à comporter un certain nombre de parties parallèles espacées les unes des autres, et un certain nombre d'éléments d'ailettes métalliques fixés dans les intervalles compris entre parties parallèles adjacentes du tube métallique
plat en forme de serpentin, chacun de ces éléments d'ai-
lettes comportant un certain nombre de parties de plaques d'ailettes disposées généralement parallèlement les unes aux autres d'un côté à l'autre de l'espace compris entre parties parallèles adjacentes, ces différentes parties de plaques d'ailettes étant séparées par des intervalles
permettant à l'air de passer d'un c6té à l'autre pour -
assurer l'échange de chaleur, chacune des parties de plaques d'ailettes étant munie d'ouies destinées à commander les directions des débits d'air dans chacun des éléments d'ailettes, échangeur de chaleur caractérisé en ce que chacune des parties de plaques d'ailettes est munie d'un premier groupe d'ouies dans sa zone "au vent" et d'un second groupe d'ouIes dans sa zone "sous le vent", les ouies du premier groupe étant sensiblement parallèles aux parties de plaques d'ailettes et les ouies du second
groupe étant inclinées vers le bas.
Selon l'invention, comme les oules du premier groupe sont parallèles à la partie de plaque d'ailette, celle-ci est également parallèle à la direction du débit d'air dans l'intervalle compris entre parties de plaques d'ailettes adjacentes, ce qui permet de réduire la résistance au débit d'air. De plus, comme les oules du second groupe sont inclinées vers le bas, l'eau condensée sur la partie de plaque d'ailette coule facilement vers le bas de celle-ci, ce qui permet d'évacuer l'eau condensée
par le bas de l'échangeur de chaleur.
L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur de type à serpentin typique; - la figure 2 est une vue en coupe d'un élément d'ailettes de l'échangeur de chaleur, destinée à il-lustrer une disposition d'ouies selon l'art antérieur; - la figure 3 est une vue en coupe d'une
forme de réalisation d'un élément d'ailettes selon l'inven-
tion;
- la figure 4 est une vue en perspective.
d'une partie de plaque d'ailette selon la figure 3; - la figure 5 est une vue partielle, en perspective, d'une partie de plaque d'ailette avant la formation des oules; - la figure 6 est une vue en coupe semblable celle de la figure 3, mais illustrant une autre forme de réalisation de l'invention; et
- la figure 7 est une vue en coupe illus-
trant une autre forme encore de réalisation de l'invention.
Avant de décrire les formes de réalisation de l'invention, on décrira tout d'abord sur les figures 1
et 2, un échangeur de chaleur selon l'art antérieur.
Sur la figure 1, un échangeur de chaleur de type à serpentin typique comprend un tube de métal plat 1 contenant un ou plusieurs passages de réfrigérant, et présentant une forme sinueuse de serpentin, comme décrit ci-dessus. Un certain nombre d'éléments d'ailettes ondulés 2 sont disposés dans les espaces compris entre les parties parallèles adjacentes du tube métallique plat en forme sinueuse de serpentin 1, et sont fixés à ces parties parallèles. Un tuyau collecteur d'entrée 3 est monté
à une extrémité du tube plat 1 pour introduire le réfri-
gérant amené par un tuyau d'alimentation en réfrigérant (non représenté) vers les passages de réfrigérant du tube plat. Le tube plat 1 comporte également un tuyau collecteur de sortie 4 à son autre extrémité, de manière à amener à un tuyau de retour de réfrigérant (non représenté) le
réfrigérant passant dans le tube plat.
L'échangeur de chaleur comporte des plaques latérales protectrices 5 destinées à protéger les éléments d'ailettes ondulés 2 sur les cotés opposés de l'échangeur
de chaleur.
Comme décrit ci-dessus, l'échangeur de chaleur est utilisé en association avec, par exemple, un ventilateur (non représenté) permettant d'obtenir un débit d'air traversant les éléments d'ailettes 2 pour passer d'un côté à l'autre de l'échangeur, comme indiqué par la flèche A. Comme le tube plat 1 et les éléments d'ailettes 2 sont refroidis par le réfrigérant passant dans le tube plat, l'air est refroidi par échange de chaleur lorsqu'il
passe dans les éléments d'ailettes.
Pour améliorer le taux d'échange de chaleur, des oules sont prévues dans chaque partie de plaque
d'ailette de chaque élément d'ailettes, comme décrit ci-
dessus. En se référant à la figure 2, l'élément d'ailettes 2 comporte un certain nombre de parties de plaques d'ailettes 21 disposées d'une façon générale parallèlement les unes aux autres entre l'extrémité
d'entrée d'air (du c8té droit sur le dessin) et l'extré-
mité de sortie d'air (du c6té gauche sur le dessin), comme décrit cidessus. Les parties de plaques d'ailettes parallèles 21 comportent des intervalles entre parties adjacentes, et l'air circule par ces intervalles. Chaque partie de plaque d'ailette 21 est munie d'ouies destinées
à brasser le débit d'air.
Dans une disposition d'ouies selon l'art antérieur, un premier groupe d'ouies 6a situées dans une zone voisine de l'extrémité d'entrée d'air, sont inclinées dans une direction permettant de guider le débit d'air vers le haut. Un second groupe d'ouies 6b faisant suite aux ouies 6a, sont inclinées dans une direction opposée de manière à guider le débit d'air vers le bas. Dans le groupe d'ouies suivantes 6c, les oules sont inclinées dans la même direction que les ouïes du premier groupe 6a, et dans un groupe d'ouies final 6d, les ouies sont inclinées
dans la même direction que les oules du second groupe 6b.
Chacune des ouïes est obtenue en découpant une partie de la plaque d'ailette 21 et en soulevant la partie coupée, par exemple au moyen d'un outil à estamper
les oules et d'un poinçon.
Dans la disposition selon l'art antérieur, l'air suit, d'une façon générale, une trajectoire en forme d'ondulation, comme indiqué par les flèches de la figure 2. On rencontre dans ce cas un certain nombre de problèmes
gênants, comme indiqué ci-dessus.
L'invention a pour but d'améliorer la dis-
position des oules de manière à résoudre ces problèmes.
Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 3 et 4, chaque élément d'ailettes 2 comporte également un certain nombre de parties de plaques d'ailettes parallèles 21 séparées par des intervalles. Chaque partie de plaque d'ailette 21 comporte deux groupes d'ouies 7a et 7b. Les oules du premier groupe 7a sont prévues dans une zone voisine de l'extrémité d'entrée d'air ou zone "au vent", tandis que les oules de l'autre groupe 7b se trouvent dans la zone "sous le vent". Les ouïes 7a sont parallèles à la plaque d'ailette 21 et par conséquent parallèles également au débit d'air pénétrant par l'extrémité d'entrée d'air. Les
ouies 7b sont inclinées vers le bas.
En se référant à la figure 5, chacune des oules parallèles 7a est obtenue en découpant une paire de fentes 22 dans une partie de plaque d'ailette 21 et en emboutissant la partie 23 comprise entre les fentes de cette paire, dans une direction telle que celle indiquée par la flèche A de la figure 5. Chacune des oules inclinées 7b est obtenue en découpant une fente 24 en forme de U dans la plaque d'ailette 21 et en soulevant la partie 25 entourée par la fente en forme de U, par rapport à la surface de la
plaque d'ailette, dans une direction telle que celle indi-
quée par la flèche B de la figure 5. Ainsi, les ouïes parallèles 7a et les oules inclinées 7b sont disposées sur
la surface de fond de la plaque d'ailette 21.
En se référant à la figure 3, comme les oules 7a sont parallèles au débit d'air dans la zone au vent, l'air glisse doucement le long des parties de plaques d'ailettes 21 de l'élément d'ailettes 2, de sorte que la résistance offerte au débit d'air est faible. Après avoir
traversé la zone des ouies parallèles, l'air est partielle-
ment guidé vers le bas par les oules inclinées 7b, comme
indiqué par les flèches fines.
Dans cette disposition des oules, aucun débit d'air n'est provoqué vers le haut. Par suite, l'eau condensée sur les parties de plaques d'ailettes 21 et
sur le tube plat 1, coule vers le bas et se trouve par-
tiellement entraînée vers le bas dans l'élément d'ailettes
2. Ainsi, l'eau n'est pratiquement plus projetée, à l'ex-
trémité de sortie d'air, par l'air sortant de cette extrémité, mais se trouve au contraire collectée dans le
bas de l'échangeur de chaleur o elle peut être évacuée.
Dans la zone au vent, comme les oules 7a sont parallèles au débit d'air, celui-ci n'est pas brassé de sorte que le taux d'échange de chaleur diminue. Cependant, le débit d'air vient frapper l'extrémité au vent 8 de chacune des oules parallèles 7a, ce qui brasse ce débit d'air en donnant ainsi un taux d'échange de chaleur élevé
comparativement au cas o l'on n'utilise pas d'ouies.
Comme la différence de température entre l'air et le gaz réfrigérant est très grande dans la zone au vent, l'air est suffisamment refroidi dans la zone au vent à taux d'échange de chaleur réduit. L'air déjà refroidi est encore refroidi dans la zone sous le vent à taux d'échange de chaleur plus élevé. Par suite, le taux d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur n'est pas
réduit par l'utilisation des oules parallèles 7a; c'est-à-
dire que tout le réfrigérant passant dans le tube plat 1 sert à refroidir l'air traversant l'échangeur de chaleur non seulement dans la zone au vent mais également dans la
zone sous le vent.
En se référant à la figure 6, des ouies parallèles 7a sont formées sur les deux côtés opposés de chaque plaque d'ailette 21. Des oules inclinées 7b sont formées pour faire saillie non seulement vers le bas mais aussi vers le haut, de manière à guider vers le bas le
débit d'air passant sur la plaque d'ailette.
Dans la disposition de la figure 6, on comprendra aisément que la résistance au débit d'air est réduite comparativement au cas de l'art antérieur, sans dégradation du taux d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur. L'eau condensée n'est pratiquement pas projetée vers l'extérieur par le débit d'air sortant, mais peut au
contraire être évacuée par le bas de l'échangeur de chaleur.
La figure 7 représente une variante semblable à celle de la figure 6 sauf le fait que les oules parallèles adjacentes sont espacées les unes des autres dans la direction du débit d'air. Les r8les des ouies 7a et 7b sont semblables à ceux de la forme de réalisation
de la figure 6. Une description supplémentaire n'est donc
pas nécessaire.
RE V E N D I C A T I 0 N S
1 ) Echangeur de chaleur de type à serpen-
tin comprenant un tube métallique plat (1) contenant au moins un passage de réfrigérant et présentant une forme sinueuse de perpentin dans la direction longitudinale du tube, de manière à comporter un certain nombre de parties parallèles espacées les unes des autres, et un certain nombre d'éléments d'ailettes métalliques (2) fixés dans les intervalles compris entre parties parallèles adjacentes du tube métallique plat en forme de serpentin (1), chacun de ces éléments d'ailettes (2) comportant un certain nombre de parties de plaques d'ailettes (21) disposées généralement parallèlement les unes aux autres
d'un côté à l'autre de l'espace compris entre parties -
parallèles adjacentes, ces différentes parties de plaques
d'ailettes (21) étant séparées par des intervalles permet-
tant à l'air de passer d'un côté à l'autre pour assurer l'échange de chaleur, chacune des parties de plaques d'ailettes (21) étant munie d'ouies destinées à commander les directions des débits d'air dans chacun des éléments d'ailettes (2), échangeur de chaleur caractérisé en ce que chacune des parties de plaques d'ailettes (21) est munie d'un premier groupe d'ouies (7a) dans sa zone "au vent" et d'un second groupe d'ouies (7b) dans sa zone
"sous le vent", les oules du premier groupe étant sensible-
ment parallèles aux parties de plaques d'ailettes (21) et
les ouies du second groupe étant inclinées vers le bas.
2 ) Echangeur de chaleur selon la reven-
dication 1, caractérisé en ce que chacune des oules du premier groupe (7a) est formée en découpant deux fentes parallèles (22) dans les parties de plaques d'ailettes (21) et en emboutissant la partie (23) comprise entre ces
fentes parallèles (22).
3 ) Echangeur de chaleur selon la reven-.
dication 1, caractérisé en ce que chacune des oules du second groupe (7b) est formée en découpant une fente (24) en forme de U dans la partie de plaque d'ailette (21) et en soulevant la partie (25) entourée par cette fente en forme de U. 4 ) Echangeur de chaleur selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les premier et second groupes d'ou.les (7a, 7b) sont prévus sur une seule face
de la partie de plaque d'ailette (21).
) Echangeur de chaleur selon la reven-
dication 1, caractérisé en ce que les oules du premier groupe (7a) sont prévues alternativement sur les deux faces opposées de la partie de plaque d'ailette (21), et en ce que les oules du second groupe (7b) font saillie
sur ces deux faces opposées.
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