FR2854235A1 - Undulated blade for use in heat exchanger, has folded zones with chosen profile composed of central circular arc and two lateral circular arcs, alternating with two planes - Google Patents
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Abstract
Description
Ailette ondulée à profil optimisé pour échangeur de chaleur,Corrugated fin with optimized profile for heat exchanger,
notamment de véhicule automobile L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. in particular for a motor vehicle The invention relates to the field of heat exchangers, in particular for motor vehicles.
Elle concerne plus particulièrement une ailette ondulée pour 10 échangeur de chaleur, formée dans un feuillard métallique et comprenant des zones pliées alternant avec des zones planes pour former une structure en zigzag. It relates more particularly to a corrugated fin for a heat exchanger, formed in a metal strip and comprising folded zones alternating with flat zones to form a zigzag structure.
De telles ailettes ondulées, que l'on appelle aussi des 15 intercalaires, sont couramment utilisées dans les échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Such corrugated fins, also called spacers, are commonly used in heat exchangers, especially for motor vehicles.
Elles remplacent avantageusement les ailettes planes traditionnelles, qui sont traversées par les tubes de l'échangeur 20 de chaleur. They advantageously replace the traditional flat fins, which are crossed by the tubes of the heat exchanger 20.
Ces ailettes ondulées sont disposées alors en alternance avec des éléments parallèles de circulation de fluide (tubes ou plaques), en sorte que les zones pliées situées d'un côté 25 d'une ailette viennent en appui contre une face plane d'un élément et que les zones pliées situées du côté opposé de l'ailette viennent en appui contre une face plane d'un autre élément. These corrugated fins are then arranged alternately with parallel elements for circulating fluid (tubes or plates), so that the folded zones located on one side of a fin come to bear against a flat face of an element and that the folded zones located on the opposite side of the fin come to bear against a flat face of another element.
Habituellement, les éléments <tubes ou plaques) et les ailettes ainsi assemblés constituent un faisceau qui est assemblé définitivement par brasage dans un four. Usually, the elements (tubes or plates) and the fins thus assembled constitute a bundle which is assembled definitively by brazing in an oven.
Les zones pliées sont réalisées habituellement avec un profil 35 choisi, tandis que les zones planes comportent le plus souvent des ajours, encore appelés "persiennes", qui améliorent l'échange de chaleur. The folded areas are usually made with a selected profile, while the flat areas usually have openings, also called "louvers", which improve the heat exchange.
En effet, le faisceau ainsi constitué est généralement balayé 40 par un flux d'air qui échange de la chaleur avec un fluide qui circule dans l'échangeur de chaleur, soit pour le refroidir, soit pour le réchauffer. Indeed, the beam thus formed is generally swept 40 by an air flow which exchanges heat with a fluid which circulates in the heat exchanger, either to cool it, or to heat it.
Il existe différents types de profil de zones pliées. There are different types of folded area profiles.
L'ailette ondulée traditionnelle comporte un profil du type "radial" constitué par un arc de cercle possédant un rayon important au niveau de la zone pliée. The traditional corrugated fin has a profile of the "radial" type constituted by an arc of a circle having a large radius at the level of the folded area.
L'importance du rayon limite la longueur des zones planes et des persiennes, ce qui entraîne une zone de contact plus limitée entre le tube ou la plaque et l'ailette, d'o il résulte une efficacité réduite de l'échange de chaleur. The size of the radius limits the length of the flat areas and the louvers, which results in a more limited contact area between the tube or the plate and the fin, resulting in reduced heat exchange efficiency.
Il existe aussi d'autres types de profil, en particulier un profil du type "carré" ou encore un profil du type "magnum" ou "parabolique". Ces profils ont également pour inconvénient de limiter la zone de contact entre le tube ou la plaque et l'ailette, ce qui réduit, là aussi, l'efficacité de l'échange 20 thermique. There are also other types of profile, in particular a profile of the "square" type or even a profile of the "magnum" or "parabolic" type. These profiles also have the disadvantage of limiting the contact zone between the tube or the plate and the fin, which again reduces the efficiency of the heat exchange.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus. The object of the invention is in particular to overcome the drawbacks mentioned above.
Elle vise en particulier à procurer une ailette ondulée dont les zones pliées ont un profil optimisé afin d'augmenter la zone de contact entre le tube ou la plaque et l'ailette. It aims in particular to provide a corrugated fin whose folded areas have an optimized profile in order to increase the contact area between the tube or the plate and the fin.
L'invention vise encore à procurer une ailette ondulée à 30 profil optimisé qui permet, par voie de conséquence, d'augmenter la zone de brasage. The invention also aims to provide a corrugated fin with an optimized profile which consequently allows the brazing area to be increased.
Elle vise encore à procurer une ailette du type ci-dessus qui permet d'augmenter la longueur des persiennes et, par consé 35 quent, l'efficacité de l'échange thermique. It also aims to provide a fin of the above type which makes it possible to increase the length of the shutters and, consequently, the efficiency of the heat exchange.
L'invention vise encore à procurer une ailette ondulée dont le profil des zones pliées permet un parallélisme des zones planes dans lesquelles sont éventuellement formées des persiennes. The invention also aims to provide a corrugated fin whose profile of the folded zones allows a parallelism of the flat zones in which the louvers are possibly formed.
Il est estimé en effet que l'augmentation de la longueur des persiennes et l'amélioration du contact entre le tube ou la plaque et l'ailette permettent une augmentation de l'échange thermique global de l'échangeur de chaleur. It is estimated that increasing the length of the louvers and improving the contact between the tube or the plate and the fin allow an increase in the overall heat exchange of the heat exchanger.
L'invention propose à cet effet une ailette ondulée du type défini en introduction, dans laquelle les zones pliées ont un profil choisi composé de trois arcs de cercle, à savoir un arc de cercle central et deux arcs de cercle latéraux, ces 10 trois arcs de cercle alternant avec deux méplats. To this end, the invention provides a corrugated fin of the type defined in the introduction, in which the folded zones have a chosen profile composed of three arcs of circle, namely a central arc of circle and two lateral arcs of circle, these three three arcs of circle alternating with two flats.
Autrement dit, les arcs de cercle latéraux s'étendent chacun entre une zone plane et un méplat, tandis que les deux méplats sont réunis par l'arc de cercle central. 15 Il a été constaté que cette conformation particulière des zones pliées de l'ailette permet d'atteindre les buts mentionnés ci-dessus. In other words, the lateral arcs each extend between a flat area and a flat, while the two flats are joined by the central arc. It has been found that this particular conformation of the folded areas of the fin achieves the goals mentioned above.
Par rapport aux ailettes dont les zones pliées ont un profil conventionnel, l'invention permet d'obtenir une augmentation de la zone de contact entre le tube ou la plaque et l'ailette qui est de l'ordre de 16 %. De façon correspondante, l'augmentation du joint de brasage, du fait de l'augmentation du 25 contact entre le tube ou la plaque et l'ailette, est aussi de l'ordre de 16 %, par rapport aux ailettes traditionnelles. Compared to the fins, the folded areas of which have a conventional profile, the invention makes it possible to obtain an increase in the contact area between the tube or the plate and the fin which is of the order of 16%. Correspondingly, the increase in the brazing joint, due to the increase in contact between the tube or the plate and the fin, is also of the order of 16%, compared with traditional fins.
Ce profil particulier permet aussi d'augmenter la longueur de la persienne de l'ordre de 3 à 5 %. En effet, la conformation 30 même de la zone pliée permet une attaque plus rapide de la persienne sur la hauteur de l'ailette, d'o il résulte une augmentation de la longueur disponible pour l'ailette. This particular profile also makes it possible to increase the length of the shutter on the order of 3 to 5%. Indeed, the very conformation of the folded zone allows a faster attack of the louver on the height of the fin, from which results an increase in the length available for the fin.
Enfin, cette conformation particulière de la zone pliée 35 permet de réaliser des ailettes dont les zones planes sont parallèles. Finally, this particular conformation of the folded area 35 makes it possible to produce fins whose flat areas are parallel.
Il en résulte également d'autres avantages par rapport au profil du type carré. L'ailette de l'invention, du fait de sa conception même, permet un effet ressort que l'on ne retrouve pas dans les ailettes dont les zones pliées ont un profil carré. This also results in other advantages compared to the square type profile. The fin of the invention, by virtue of its very design, allows a spring effect which is not found in the fins, the folded zones of which have a square profile.
En effet, on peut observer une diminution de l'effet poutre/mur liée à ce dernier. Les éventuelles variations dimensionnelles des composants environnants (tubes ou plaque, collecteurs et ailettes elles-mêmes) peuvent ainsi être facilement tolérés et "absorbés" par l'ailette, si bien que le joint de 10 brasage ne s'en trouve pas altéré, aussi bien d'un point de vue quantitatif que qualitatif. Indeed, we can observe a decrease in the beam / wall effect linked to the latter. Any dimensional variations of the surrounding components (tubes or plate, manifolds and fins themselves) can thus be easily tolerated and "absorbed" by the fin, so that the brazing joint is not thereby altered, too both quantitatively and qualitatively.
De même, la dilatation des composants environnants, lors de la montée en température dans le four de brasage, est 15 "absorbée" sans détérioration (écrasement) de l'ailette, ce qui permet de conserver un joint de brasage optimal. Likewise, the expansion of the surrounding components, when the temperature increases in the brazing furnace, is "absorbed" without deterioration (crushing) of the fin, which makes it possible to maintain an optimal brazing joint.
D'autres caractéristiques complémentaires ou alternatives de l'invention sont les suivantes 20 - les arcs de cercle ont chacun un rayon Ri fonction de l'épaisseur E du feuillard tel que 1 x E < Ri < 18x E, pour i= 1, 2, 3. Other complementary or alternative characteristics of the invention are as follows: 20 - the arcs of a circle each have a radius Ri as a function of the thickness E of the strip such that 1 x E <Ri <18x E, for i = 1, 2 , 3.
- L'arc de cercle central à un rayon R2 supérieur au rayon Ri ou R3 de chaque arc de cercle latéral. - The central circular arc at a radius R2 greater than the radius Ri or R3 of each lateral arc.
- L'arc de cercle central a une ouverture angulaire A2 infé rieure à 600, tandis que chaque arc de cercle latéral a une 30 ouverture angulaire Ai ou A3 supérieure à 600. The central circular arc has an angular opening A2 less than 600, while each lateral circular arc has an angular opening Ai or A3 greater than 600.
- L'ailette présente un pas P, tel que défini par la demi distance séparant deux zones pliées successives d'un même côté de l'ailette, qui est compris entre 0,5mm et 2mm. 35 - L'ailette présente une hauteur H, telle que définie par la distance extérieure entre les zones pliées d'un côté et les zones pliées du côté opposé, qui est comprise entre 4mm et lOmm. - The fin has a pitch P, as defined by the half distance separating two successive folded zones on the same side of the fin, which is between 0.5mm and 2mm. 35 - The fin has a height H, as defined by the external distance between the folded areas on one side and the folded areas on the opposite side, which is between 4mm and 10mm.
- L'ailette présente une largeur L, telle que définie dans une direction parallèle aux zones pliées, qui est comprise entre lOmm et 12Omm. - The fin has a width L, as defined in a direction parallel to the folded areas, which is between 10 mm and 12 mm.
- Les zones planes comportent des persiennes. - The flat areas include louvers.
- Les persiennes ont un angle d'ouverture A, en partant d'une zone pliée, qui est compris entre 200 et 40 . - The shutters have an opening angle A, starting from a folded area, which is between 200 and 40.
- Le feuillard dont est formée l'ailette est à base d'aluminium. - The strip from which the fin is formed is based on aluminum.
Enfin, l'invention concerne, sous un autre aspect, un échangeur de chaleur comprenant au moins une rangée d'élémen15 ts parallèles de circulation de fluide (tubes ou plaques) qui alternent avec des ailettes ondulées telles que définies cidessus. Finally, the invention relates, in another aspect, to a heat exchanger comprising at least one row of parallel elements for circulation of fluid (tubes or plates) which alternate with corrugated fins as defined above.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre 20 d'exemples, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur comportant un faisceau d'éléments parallèles de circulation de fluide et d'ailettes ondulées; 25 - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'une ailette ondulée selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'une ailette 30 ondulée selon l'invention; et - la figure 4 est un détail à échelle agrandie de la figure 3 montrant plus particulièrement le profil d'une zone pliée de l'ailette ondulée. In the description which follows, given only by way of examples, reference is made to the appended drawings in which: - Figure 1 is an elevation view of a heat exchanger comprising a bundle of parallel elements for circulating fluid and wavy fins; FIG. 2 is a partial perspective view of a corrugated fin according to the invention; - Figure 3 is a partial sectional view of a corrugated fin 30 according to the invention; and - Figure 4 is an enlarged detail of Figure 3 showing more particularly the profile of a folded area of the corrugated fin.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, qui comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité d'éléments parallèles 12 de circulation de fluide qui alternent avec des ailettes ondulées 14, encore appelées intercalaires. Reference is first made to FIG. 1 which shows a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, which comprises a bundle 10 formed of a multiplicity of parallel elements 12 for circulation of fluid which alternate with corrugated fins 14, also called dividers.
Les éléments 12 sont des tubes plats ou des plaques et ils 5 comportent chacun deux grandes faces parallèles contre lesquelles viennent s'appuyer les ondulations ou plis des ailettes. The elements 12 are flat tubes or plates and they each have two large parallel faces against which the corrugations or folds of the fins come to bear.
Dans l'exemple représenté, les extrémités du faisceau sont 10 reçues dans deux plaques collectrices 16 et 18 fermées respectivement par des boîtiers 20 et 22 pour former des boîtes collectrices ou collecteurs. In the example shown, the ends of the bundle are received in two collecting plates 16 and 18 closed respectively by boxes 20 and 22 to form collecting boxes or collectors.
Les éléments 12 du faisceau sont parcourus par un fluide qui 15 échange de la chaleur avec un flux d'air qui balaye le faisceau. The elements 12 of the beam are traversed by a fluid which exchanges heat with an air flow which scans the beam.
Un tel échangeur de chaleur peut être réalisé par exemple sous la forme d'un radiateur de refroidissement du moteur du 20 véhicule, sous la forme d'un radiateur de chauffage de l'habitacle du véhicule, sous la forme d'un condenseur d'une installation de climatisation, ou encore sous la forme d'un évaporateur d'une installation de climatisation. Such a heat exchanger can be produced for example in the form of a radiator for cooling the vehicle engine, in the form of a radiator for heating the passenger compartment of the vehicle, in the form of a condenser for an air conditioning system, or in the form of an evaporator of an air conditioning system.
Comme on le voit sur la figure 2, une ailette 14 est formée à partir d'un feuillard métallique, généralement à base d'aluminium, qui est conformé par des outils de formage classiques pour lui donner une structure en zigzag. Cette structure résulte d'une alternance de zones pliées 24 (encore 30 appelée "plis") et de zones planes 26 qui, le plus souvent, sont parallèles en elles. As seen in Figure 2, a fin 14 is formed from a metal strip, generally based on aluminum, which is shaped by conventional forming tools to give it a zigzag structure. This structure results from an alternation of folded zones 24 (also called "folds") and flat zones 26 which, more often than not, are parallel in them.
Dans l'exemple de réalisation représenté, chacune des zones planes 26 comporte des persiennes 28, c'est à dire des ajours 35 aménagés dans l'épaisseur du feuillard pour faciliter la circulation du flux d'air qui balaye le faisceau et améliorer ainsi l'échange thermique. In the embodiment shown, each of the flat zones 26 comprises louvers 28, that is to say openings 35 arranged in the thickness of the strip to facilitate the circulation of the air flow which scans the beam and thus improve the 'heat exchange.
L'invention porte pour l'essentiel sur le profil particulier des zones pliées 24, que l'on voit mieux sur la figure 3 et tout particulièrement sur le détail de la figure 4. The invention relates essentially to the particular profile of the folded zones 24, which can best be seen in FIG. 3 and very particularly in the detail of FIG. 4.
Chacune des zones pliées 24 a un profil choisi composé de trois arcs de cercle, à savoir un arc de cercle central 30 et deux arcs de cercle latéraux 32 disposés symétriquement par rapport à un plan de symétrie P (figures 3 et 4). Ces trois arcs de cercles alternent avec deux méplats 34. Each of the folded zones 24 has a chosen profile composed of three arcs of a circle, namely a central arc of a circle 30 and two lateral arcs of a circle 32 arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry P (FIGS. 3 and 4). These three arcs of circles alternate with two flats 34.
Autrement dit, les arcs de cercle latéraux 32 s'étendent chacun entre une zone plane 26 et un méplat 34, tandis que ces deux méplats 34 sont réunis par l'arc de cercle central 30. Ces arcs de cercle ont chacun un rayon Ri qui est 15 fonction de l'épaisseur E du feuillard. Ce rayon Ri doit satisfaire la relation suivante: 1 x E < Ri < 18 x E. Dans l'exemple, l'arc de cercle central a un rayon R2 qui est supérieur ou égal au rayon Rl ou R3 de chaque arc de cercle latéral 32. Avantageusement, le rapport R2/Rl (ou R3) est 20 supérieur à 2. In other words, the lateral arcs 32 each extend between a flat area 26 and a flat 34, while these two flats 34 are joined by the central arc 30. These arcs each have a radius Ri which is a function of the thickness E of the strip. This radius Ri must satisfy the following relationship: 1 x E <Ri <18 x E. In the example, the central arc has a radius R2 which is greater than or equal to the radius Rl or R3 of each lateral arc 32. Advantageously, the ratio R2 / R1 (or R3) is greater than 2.
Les rayons sont considérés ici au niveau de la fibre neutre du feuillard, c'est-à-dire généralement à mi-distance entre le rayon intérieur et le rayon extérieur de la zone pliée. 25 Il est avantageux aussi que l'arc de cercle central R2 ait une ouverture angulaire A2 inférieure à l'ouverture angulaire Ai ou A3 de chaque arc de cercle latéral 32. Dans l'exemple, l'arc de cercle central 30 a une ouverture angulaire A2 30 inférieure à 600, tandis que chaque arc de cercle latéral 32 a une ouverture angulaire Ai ou A3 supérieure à 600. The spokes are considered here at the neutral fiber of the strip, that is to say generally halfway between the inner radius and the outer radius of the folded area. It is also advantageous for the central circular arc R2 to have an angular opening A2 smaller than the angular opening Ai or A3 of each lateral circular arc 32. In the example, the central circular arc 30 has an opening angular A2 30 less than 600, while each lateral arc 32 has an angular opening Ai or A3 greater than 600.
L'ailette de l'invention peut être réalisée en différentes dimensions. The fin of the invention can be produced in different dimensions.
Comme on le voit sur la figure 2, elle présente un pas P, tel que défini par la demi distance séparant deux zones pliées 24 successives d'un même côté de l'ailette, qui est compris entre 0,5mm et 2mm. As can be seen in FIG. 2, it has a pitch P, as defined by the half distance separating two successive folded zones 24 on the same side of the fin, which is between 0.5mm and 2mm.
* 2854235 L'ailette présente également une hauteur H, telle que définie par la distance extérieure entre les zones pliées d'un côté et les zones pliées du côté opposé, qui est comprise entre 4mm et 10mm. * 2854235 The fin also has a height H, as defined by the external distance between the folded zones on one side and the folded zones on the opposite side, which is between 4mm and 10mm.
Elle présente aussi une largeur L, telle que définie dans une direction parallèle aux zones pliées, qui est comprise entre lOmm et 12Omm. It also has a width L, as defined in a direction parallel to the folded areas, which is between 10 mm and 120 mm.
Les persiennes 28 ont un angle d'ouverture A (figure 3), en partant d'une zone pliée, qui est compris entre 200 et 40 . The shutters 28 have an opening angle A (FIG. 3), starting from a folded area, which is between 200 and 40.
Comme indiqué précédemment, ce profil particulier constitue un profil optimisé qui présente de nombreux avantages, 15 notamment l'augmentation de la zone de contact entre le tube et l'ailette, ce qui permet d'augmenter aussi le joint de brasage et d'augmenter globalement l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur. As indicated above, this particular profile constitutes an optimized profile which has many advantages, in particular the increase in the contact area between the tube and the fin, which also makes it possible to increase the brazing joint and to increase overall the thermal efficiency of the heat exchanger.
Ce profil particulier de la zone de plis permet aussi d'augmenter la longueur de la persienne, et d'améliorer l'échange thermique global de l'échangeur de chaleur, comme déjà mentionné. This particular profile of the fold zone also makes it possible to increase the length of the louver, and to improve the overall heat exchange of the heat exchanger, as already mentioned.
L'ailette de l'invention est susceptible de nombreuses variantes, notamment en ce qui concerne ses formes et dimensions. La présence de persiennes ne constitue bien entendu qu'une caractéristique optionnelle. The fin of the invention is susceptible of numerous variants, in particular as regards its shapes and dimensions. The presence of louvers is of course only an optional feature.
L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur des véhicules automobiles. The invention finds particular application in heat exchangers of motor vehicles.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20091231 |