FR2872891A1 - Ailette de dispositif d'echange de chaleur a persiennes et lanieres - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'échange de chaleur, par exemple pour un véhicule automobile, traversé par un flux de fluide extérieur et comprenant un premier et un second faisceau de tubes de circulation de fluide agencés pour coopérer avec une pluralité d'ailettes d'échange de chaleur (6) sous la forme de bandes de tôle métallique, chaque ailette d'échange de chaleur (6) présentant au moins une portion sensiblement plane munie d'un premier déflecteur de flux (20) agencé entre deux tubes du premier faisceau de tubes et d'un second déflecteur de flux (28) agencé entre deux tubes du second faisceau de tubes. L'un des premier (20) et second (28) déflecteurs de flux est réalisé sous la forme d'un ensemble de lamelles obliques (30) faisant saillie obliquement de ladite portion plane tandis que l'autre des premier (20) et second (28) déflecteurs de flux est réalisé sous la forme d'un ensemble de lamelles parallèles (22) disposées parallèlement à ladite portion plane.
Description
VTM1546.FRD.wpd
Ailette de dispositif d'échange de chaleur à persiennes et lanières.
L'invention se rapporte au domaine des dispositifs d'échange de chaleur, notamment pour des véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'échange de chaleur traversé par un flux de fluide extérieur et comprenant un premier et un second faisceau de tubes de circulation de fluide agencés pour coopérer avec une pluralité d'ailettes d'échange de chaleur sous la forme de bandes de tôle métallique, chaque ailette d'échange de chaleur présen- tant au moins une portion sensiblement plane munie d'un premier déflecteur de flux agencé entre deux tubes du premier faisceau de tubes et d'un second déflecteur de flux agencé entre deux tubes du second faisceau de tubes.
Un dispositif d'échange de chaleur peut être constitué de deux échangeurs de chaleur associés et vendus en tant que pièce unique par l'équipementier automobile au constructeur automobile. Les deux échangeurs de chaleur assurent en général des fonctions différentes. Ainsi, il est courant d'associer dans un tel dispositif d'échange de chaleur, un échangeur de chaleur de type radiateur et un échangeur de chaleur de type condenseur.
Les premier et second faisceaux de tubes appartiennent alors 30 respectivement à l'un et l'autre des échangeurs de chaleur constituant le dispositif d'échange de chaleur.
Couramment, les échangeurs de chaleur sont pourvus d'ailettes d'échange de chaleur, lesquelles permettent d'augmenter la surface d'échange entre le fluide extérieur et le ou les fluides en circulation à l'intérieur des tubes.
Il est connu de faire coopérer chaque ailette d'échange de chaleur avec chacun des faisceaux de tubes de circulation de 2872891 2 fluide. En d'autres termes, chaque ailette d'échange de chaleur fait alors partie à la fois de l'un et l'autre des échangeurs de chaleur constituant le dispositif d'échange de chaleur.
Dans ce cas, on prévoit généralement des premier et second déflecteurs de flux associés respectivement aux premier et second faisceaux de tubes pour perturber le flux de fluide extérieur et augmenter encore les performances de l'échange de chaleur entre le fluide extérieur et le fluide en circulation à l'intérieur des tubes.
Un dispositif d'échange de chaleur peut être également constitué d'un unique échangeur de chaleur, c'est-à-dire que les deux faisceaux de tubes participent au même échange de chaleur entre un fluide extérieur traversant le dispositif et un fluide intérieur circulant dans les premier et second faisceaux de tubes.
Dans cette disposition également, il est connu de pourvoir le dispositif d'ailettes d'échange de chaleur communes aux premier et second faisceaux de tubes et d'y prévoir des premiers et seconds déflecteurs de flux.
Dans les dispositif d'échange de chaleur du type précité, il est nécessaire d'obtenir un bon compromis entre d'une part les pertes de charge subit par le fluide au niveau du dispositif d'échange de chaleur entier et d'autre part les performances thermiques attendues au niveau du ou des échangeurs de chaleur constituant le dispositif.
Les constructeurs automobiles fixent, en effet, souvent des limites de pertes de charge tout en exigeant un certain niveau de performance des échangeurs de chaleur.
Les dispositifs d'échange de chaleur réalisés jusqu'ici ne permettent pas d'obtenir un tel compromis.
2872891 3 Un objet de l'invention est donc de proposer un nouveau type de dispositif d'échange de chaleur surmontant les inconvénients précités.
L'invention prévoit ainsi un dispositif d'échange de chaleur du type précité, dans lequel l'un des premier et second déflecteurs de flux est réalisé sous la forme d'un ensemble de lamelles obliques faisant saillie obliquement de ladite portion plane tandis que l'autre des premier et second déflecteurs de flux est réalisé sous la forme d'un ensemble de lamelles disposées parallèlement à ladite portion plane.
Ainsi, il devient possible d'adapter la configuration des premier et second déflecteurs selon le type de l'échangeur de chaleur auquel chaque déflecteur est associé. Une telle adaptation offre un gain de performances thermiques et des pertes de charge mieux adaptées par rapport au dispositif d'échange de chaleur de l'art antérieur comme on le verra dans la suite de cette description.
Dans une première configuration, le dispositif d'échange de chaleur est composé d'un échangeur de chaleur de type condenseur comprenant le premier faisceau de tubes et d'un échangeur de chaleur de type radiateur comprenant la seconde série de tubes associés. Dans cette configuration, l'ailette présente de préférence un premier déflecteur à lamelles parallèles et un second déflecteur à lamelles obliques. En variante, l'ailette peut présenter un premier déflecteur à lamelles obliques et un second déflecteur à lamelles parallè- les.
Dans une seconde configuration, le dispositif d'échange de chaleur est tel que les premier et second faisceaux de tubes sont reçus dans des boîtes collectrices communes et traversés par un même fluide intérieur de manière à former un échangeur de chaleur unique.
2872891 4 De préférence, les lamelles parallèles du second déflecteur de flux sont alternativement situées de part et d'autre de ladite portion plane.
Dans tous les cas, il est avantageux de prévoir les lamelles obliques faisant saillie de la portion plane selon un angle donné identique pour chaque lamelle oblique. Ceci implique de disposer les lamelles obliques parallèles entre elles, ce qui offre les meilleures performances.
L'angle donné peut être alors tel que les lamelles obliques sont orientées à l'encontre du flux de fluide extérieur. Cette configuration des lamelles obliques permet ainsi de capter le flux de fluide traversant le module d'échange de chaleur pour le perturber.
Dans toutes les configurations, il est intéressant de prévoir les lamelles d'un déflecteur alignées par leur centre. Les lamelles sont alors toutes sensiblement disposées selon la direction du fluide extérieur.
Il est particulièrement avantageux de prévoir les lamelles des déflecteurs conformées dans la bande de tôle métallique, permettant ainsi une économie de matière et une réalisation simple de l'ailette d'échange de chaleur, par exemple au moyen d'une ou éventuellement plusieurs opérations de découpe/emboutissage.
Avantageusement, le premier et le second déflecteur sont disposés dans la largeur de la bande de tôle métallique en vis-à-vis, de manière à se trouver sur le trajet du flux de fluide traversant le dispositif d'échange de chaleur.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les ailettes d'échange de chaleur sont généralement planes et munies d'une série de premiers trous et d'une série de seconds trous pour le passage des tubes des premier et second faisceaux respectivement. Ce mode de réalisation est particu- lièrement adapté lorsque les échangeurs de chaleur consti2872891 5 tuant le dispositif d'échange de chaleur sont de type mécanique, c'est-à-dire assemblés par déformation plastique de certains de leurs éléments.
Dans ce mode de réalisation, entre les premiers trous, sont intercalés des premiers déflecteurs de flux, tandis qu'entre les seconds trous sont intercalés des seconds déflecteurs de flux. Les premiers et seconds déflecteurs de flux d'une même ailette d'échange de chaleur coopèrent ainsi avec l'ensemble des tubes des premier et second faisceaux de tubes, respectivement.
Avantageusement, les trous de l'une des séries de premiers et seconds trous présentent alors une forme oblongue de contour formé par deux demicercles reliés par des segments sensible-ment parallèles entre eux.
Préférentiellement, les trous de l'une des séries de premiers et seconds trous présentent un contour ouvert vers l'extérieur de l'ailette permettant l'introduction des tubes depuis le bord de l'ailette. Dans ce cas, le montage du dispositif d'échange de chaleur est considérablement facilité.
Il est particulièrement intéressant que les ailettes d'échange de chaleur soient munies au voisinage de chaque déflecteur de flux d'au moins un élément d'espacement sous la forme de pattes faisant saillie de la surface de l'ailette. On obtient alors un écart constant entre les ailettes d'échange de chaleur, une fois celles-ci superposées dans un dispositif d'échange de chaleur, les pattes d'une ailette d'échange de chaleur venant au contact de l'ailette située au-dessus.
Les ailettes présentent avantageusement, à proximité de chacun des trous de l'une des séries de premiers et de seconds trous, une nervure conformée dans ladite tôle métallique et destinée à améliorer la rigidité de l'ailette d'échange de chaleur.
2872891 6 De préférence, les ailettes présentent une série de troisièmes trous disposés entre les trous des séries de premiers et seconds trous de manière à séparer "thermiquement" l'ailette d'échange de chaleur en deux parties comme on le verra dans
la description détaillée.
Dans un second mode de réalisation de l'invention, les ailettes sont pliées de manière à présenter une succession de portions planes superposées disposées entre deux tubes du premier faisceau de tubes et entre deux tubes du second faisceau de tubes, et reliées deux à deux par des portions coudées, chaque portion coudée étant en contact avec un tube du premier faisceau de tubes et un tube du second faisceau de tubes. Cette configuration des ailettes est particulièrement adaptée lorsque les échangeurs de chaleur constituant le dispositif sont de type brasé, c'està-dire lorsque leur montage est suivi d'une opération de brasage.
Dans ce mode de réalisation, chaque portion plane est avantageusement munie d'un premier et d'un second déflecteur de flux. Les premiers et les seconds déflecteurs de flux d'une même ailette d'échange de chaleur coopèrent alors respectivement avec deux tubes du premier faisceau de tubes et deux tubes du second faisceau de tubes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique de face d'un dispositif d'échange de chaleur selon l'invention dans un premier mode de réalisation et comprenant des ailettes d'échange de chaleur, - la figure 2 est une représentation schématique du dispositif d'échange de chaleur de la figure 1 vu de côté, 2872891 7 - la figure 3 est une représentation schématique d'une portion d'une ailette d'échange de chaleur du module de la figure 1 vue de dessus dans une première configuration, - la figure 4A est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de l'ailette d'échange de chaleur de la figure 3 dans une configuration préférentielle, - la figure 4B est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de 10 l'ailette d'échange de chaleur de la figure 3 dans une variante de réalisation, - la figure 4C est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de l'ailette d'échange de chaleur de la figure 3 dans une autre 15 variante de réalisation, - la figure 4D est une vue d'une partie de l'ailette de chaleur de la figure 3 dans une autre variante de réalisation encore, - la figure 5 est une représentation schématique en perspective d'une portion de l'ailette d'échange de chaleur des figures 3 et 4A, - la figure 6 est une représentation schématique en perspective d'une portion d'une ailette d'échange de chaleur du dispositif de la figure 1 dans une seconde configuration, - la figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif d'échange de chaleur selon l'invention dans un autre mode de réalisation et comprenant des ailettes d'échange de chaleur, - la figure 8 est une représentation schématique en perspec-35 tive d'une portion d'une ailette d'échange de chaleur du module de la figure 7 dans une première configuration, 2872891 8 - la figure 9 est une représentation schématique d'une portion d'une ailette d'échange de chaleur du module de la figure 7 dans une autre configuration, et - la figure 10 est une représentation schématique d'un dispositif d'échange de chaleur selon l'invention dans un autre mode de réalisation encore.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter 10 l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Les figures 1 et 2 représentent, vu respectivement de face et de côté, un dispositif d'échange de chaleur 1 selon l'invention dans un premier mode de réalisation. Le dispositif d'échange de chaleur 1 est constitué d'une part de deux premières boîtes collectrices 2 semblables, généralement parallélepipédiques, disposées en regard l'une de l'autre et reliées entre elles par un premier faisceau de tubes 4 de circulation de fluide sensiblement identiques, alignés et dans lesquels circule un premier fluide intérieur. En travers du premier faisceau de tubes 4, sont superposées une pluralité d'ailettes planes 6 d'échange de chaleur identiques de forme sensiblement rectangulaire, dont la longueur, voisine de la longueur des premières boîtes collectrices 2, est disposée selon celle-ci. L'ensemble constitué des deux premières boîtes collectrices 2, du premier faisceau de tubes 4 et des ailettes planes 6, forme un premier échangeur de chaleur lA constituant pour partie le dispositif d'échange de chaleur 1.
D'autre part, le dispositif d'échange de chaleur 1 comprend deux secondes boîtes collectrices 8 semblables, de forme généralement parallépipédique, disposées en regard l'une de l'autre et reliées entre elles par un second faisceau de tubes 10 de circulation de fluide identiques, alignés, et dans lesquels circule un second fluide intérieur.
2872891 9 Les ailettes planes 6 d'échange de chaleur sont disposées elles aussi en travers du second faisceau de tubes 10 et sont de largeur voisine de l'encombrement en largeur des premières 2 et secondes 8 boîtes collectrices réunies. L'ensemble constitué des secondes boîtes collectrices 8, du second faisceau de tubes 10 et des ailettes planes 6 d'échange de chaleur, forme un second échangeur de chaleur 1B constituant pour partie le dispositif d'échange de chaleur 1.
Les premier lA et second 1B échangeurs de chaleur ont ainsi en commun chacune des ailettes planes 6 d'échange de chaleur.
On note ici que le dispositif d'échange de chaleur 1 peut être parfois désigné par le terme de multi-échangeur de chaleur ou bien encore par le terme de module d'échange de chaleur, qui sera employé dans la suite de la présente description.
Les figures 3 et 4 représentent, respectivement vue de face et selon une coupe transversale de l'ailette plane 6 suivant la ligne IV-IV, une portion d'une des ailettes planes 6 d'échange de chaleur dans une première configuration.
L'ailette plane 6 d'échange de chaleur est réalisée à partir 25 d'une bande de tôle métallique de faible épaisseur (parfois appelée feuillard) mise en forme.
L'ailette plane 6 d'échange de chaleur présente une série de premiers trous 12 de passage de tubes identiques et alignés suivant la longueur de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur, ainsi qu'une série de seconds trous 14 de passage de tubes identiques et alignés dans la longueur de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur, chaque premier trou 12 étant en regard d'un second trou 14.
Les premiers trous 12 sont prévus pour le passage des tubes du premier faisceau de tubes 4 et sont réalisés sous la forme de découpes de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur selon deux segments 16 identiques courant perpendiculairement d'un 2872891 10 bord de l'ailette plane d'une part et reliés d'autre part par une découpe demi-circulaire 18. L'écartement entre les deux segments 16 et le diamètre de la découpe demicirculaire 18 sont identiques et choisis de manière à loger les tubes du premier faisceau de tubes 4. Des tubes dont la section est adaptée à cette forme des premiers trous sont appelés tubes "plats". Les premiers trous 12 étant ouverts sur l'extérieur de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur, il est possible d'introduire les tubes par le bord de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur. En option, les premiers trous 12 se terminent par une découpe évasée 19 s'ouvrant vers un bord de l'ailette plane 6 afin le faciliter encore plus l'introduction des tubes. La forme des premiers trous 12 décrite ici, ne l'est qu'à titre d'exemple, d'autres formes peuvent être mises en oeuvre pourvu qu'elles soient adaptées à la section des tubes du premier faisceau de tubes 4, laquelle peut être circulaire (tubes ronds), ovoïde ou de toute autre forme connue de l'homme du métier.
Les seconds trous 14 se présentent sous la forme d'une découpe oblongue et sont délimités par deux demi-cercles en vis-à-vis reliés entre eux par deux segments généralement parallèles et incurvés au voisinage de leur centre. Les tubes dont la section est adaptée à cette forme des seconds trous sont parfois appelés tubes "haricot". On note que cette forme particulière des seconds trous n'est décrite ici qu'à titre d'exemple et que des formes différentes peuvent être mises en oeuvre pourvues qu'elles soient adaptées à la section des tubes du second faisceau de tubes 10, laquelle peut être par exemple ovale, ronde ou de toute autre forme connue de l'homme du métier.
Cette configuration de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur permet d'introduire les tubes du second faisceau de tubes 10 dans les seconds trous 14 des ailettes planes 6 d'échange de chaleur. Les secondes boîtes collectrices 8 sont ensuite montées aux extrémités des tubes du second faisceau de tubes pour constituer le second échangeur de chaleur 1B.
Parallèlement, les tubes du premier faisceau de tubes 4 sont 2872891 11 montés entre les premières boîtes collectrices 2 pour constituer le premier échangeur de chaleur 1A. Les premier 1A et second 1B échangeurs de chaleur sont ensuite associés en introduisant les tubes du premier faisceau de tubes 4 par les bords des ailettes planes 6 d'échange de chaleur dans les premiers trous 12 et forment alors le module d'échange de chaleur 1.
Entre deux premiers trous 12 consécutifs est prévu, à chaque fois, un premier déflecteur de flux 20 sous la forme d'un ensemble de lamelles parallèles 22 identiques, généralement rectangulaires, disposées parallèlement au plan de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur et alternativement situées de part et d'autre de ce plan. Les lamelles parallèles 22 d'un même premier déflecteur de flux 20 sont de longueur et de largeur identiques et sont disposées alignées par leur centre. Les lamelles parallèles 22 sont conformées dans la bande de tôle constituant l'ailette plane 6 par une découpe de deux bords parallèles entre eux délimitant une portion rectangulaire et un emboutissage de cette portion rectangulaire pour former une partie centrale 24 rectangulaire, généralement plane, parallèle au plan de l'ailette plane 6 et deux parties latérales 26 pliées reliant les bords de la partie centrale 24 au plan de l'ailette plane 6. On note que ce type de déflecteur à lamelles parallèles peut être désigné par le terme français de "lanières" ou anglais de "roll-offset".
Cette forme des premiers déflecteurs 20 à lamelles parallèles 22 ne constitue qu'un exemple de réalisation et d'autres configurations sont envisageables. Ainsi, les lamelles parallèles 22 des premiers déflecteurs de flux 20 peuvent être prévues alternativement disposées parallèles à un même côté de l'ailette d'échange de chaleur 6 et dans le plan de celle-ci, comme l'illustre la figure 4B, ou encore être disposées alternativement d'un côté et de l'autre de l'ailette d'échange de chaleur 6 mais à des distances au plan de l'ailette d'échange de chaleur 6 différentes, comme le montre la figure 4C.
2872891 12 Entre deux seconds trous 14 consécutifs est disposé, à chaque fois, un second déflecteur de flux 28 sous la forme d'un ensemble de lamelles obliques 30 identiques faisant saillie obliquement de la surface de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur. Les lamelles obliques 30 sont de forme généralement trapézoïdale et présentent ainsi un grand bord 32 découpé et faisant saillie de la surface de l'ailette d'échange de chaleur 6, un petit bord 34 lié à la surface de l'ailette d'échange de chaleur 6. Les lamelles obliques 30 sont conformées dans la bande de tôle constituant l'ailette plane 6 par une découpe du grand bord 32 et un emboutissage à l'aide d'un poinçon trapézoïdal. Les lamelles obliques 30 d'un même déflecteur de flux 28 sont identiques et font saillie d'un même angle de la surface de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur. Cet angle est tel que les lamelles obliques 30 fassent saillie de la surface de l'ailette plane 6 à l'encontre du flux d'un fluide traversant le module d'échange de chaleur. On note que ces lamelles obliques sont désignées parfois par le terme de "persiennes".
Cette forme des seconds déflecteurs 28 à lamelles obliques 30 ne constitue qu'un exemple de réalisation et d'autres configurations sont envisageables. Ainsi, les lamelles obliques 30 des seconds déflecteurs de flux 28 peuvent être prévues faisant saillie de l'ailette d'échange de chaleur 6 selon un angle variable, comme l'indique la figure 4B ou encore, une partie des lamelles obliques 30 d'un second déflecteur de flux 28 peut former avec ladite portion plane un angle donné tandis que l'autre partie des lamelles obliques 30 du même déflecteur de flux forme un angle opposé, comme l'illustre la figure 4D.
Les lamelles obliques 30 sont ici de longueur identique mais pourraient être de longueurs différentes de manière que les seconds déflecteurs de flux puissent épouser au mieux les seconds trous 14.
Sur la figure 3, les lamelles obliques 30 sont figurées comme faisant saillie de l'ailette d'échange de chaleur 6 à 2872891 13 l'encontre du flux de fluide extérieur traversant le module d'échange de chaleur 1, mais il est envisageable de les orienter suivant ledit flux.
Les premier et second déflecteurs de flux 20 et 28 sont agencés de sorte que les lamelles obliques 30 et les lamelles parallèles 22 aient leur largeur disposée suivant la largeur de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur.
En regard des lamelles d'extrémités des ensembles de lamelles formant les premier 20 et second 28 déflecteurs de flux, sont prévus des éléments d'espacement 38 sous la forme de deux pattes trapézoïdales 40 faisant saillie sensiblement perpendiculairement de la surface de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur. Une fois les ailettes planes 6 superposées les unes aux autres pour former le module d'échange de chaleur 1, les pattes trapézoïdales 40 des éléments d'espacement 38 d'une ailette plane 6 viennent en appui contre la surface inférieure de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur située au- dessus. Les éléments d'espacement 38 permettent ainsi de maintenir un écartement constant (aussi appelé "pas") entre toutes les ailettes planes 6 d'échange de chaleur du module d'échange de chaleur 1. Les éléments d'espacement 38 sont réalisés dans la bande de tôle métallique formant l'ailette plane d'échange de chaleur par une première opération de découpe découpant un cercle sur une partie de son pourtour et sur un diamètre, et d'un poinçonnage destiné à relever les deux demi-cercles ainsi découpés et à les plier selon un angle voisin de 90 par rapport à la surface de l'ailette plane 6 pour former les pattes trapézoïdales 40.
Dans cette configuration, une ailette plane 6 d'échange de chaleur peut être considérée comme présentant dans sa largeur une première demiailette 6A comprenant la série de premiers trous 12, les premiers déflecteurs de flux 20 et les éléments d'espacement 38 associés, et une seconde demi-ailette 6B comprenant la série de seconds trous 14, les seconds déflec- teurs de flux 28 et les éléments d'espacement 38 associés.
Les première 6A et seconde 6B demi-ailettes coopérant 2872891 14 respectivement avec les premier 4 et second 10 faisceaux de tubes.
En outre, sont prévus dans les ailettes planes 6, une série de découpes d'isolation thermique 42 rectangulaires, alignées, ménagées dans la bande de tôle métallique, disposées à chaque fois entre un premier et un second déflecteur de flux, leur longueur suivant la longueur de l'ailette plane d'échange de chaleur, et dont la fonction est d'enlever de la matière de manière à réduire les transferts de chaleur entre les première 6A et seconde 6B demi-ailettes.
L'ailette plane 6 présente également des raidisseurs 44 sous la forme de nervures reliant à chaque fois un premier trou 12 à la découpe d'isolation thermique 42 et réalisées par un emboutissage local de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur.
La figure 6 illustre une autre configuration de l'ailette plane 6 d'échange de chaleur pouvant être utilisée dans le mode de réalisation du module d'échange de chaleur 1 de la figure 1.
Dans cette configuration, les premiers déflecteurs 20 de flux sont des déflecteurs à lamelles obliques 30, tandis que les seconds déflecteurs 28 de flux sont des déflecteurs à lamelles 22.
La figure 7 illustre, de manière schématique et vu de face, un module d'échange de chaleur selon l'invention dans un autre mode de réalisation. Le module d'échange de chaleur 46 est semblable au module d'échange de chaleur 1 de la figure 1, à la différence que les ailettes planes 6 d'échange de chaleur y sont remplacées par des ailettes ondulées 48 d'échange de chaleur, disposées à chaque fois entre deux tubes du premier faisceau de tubes 2, ainsi qu'entre deux tubes du second faisceau de tubes 10.
Les figures 8 et 9 illustrent, de manière schématique et en perspective une portion d'une ailette ondulée 48 d'échange de 2872891 15 chaleur dans une première et une seconde configuration, respectivement. Les ailettes ondulées 48 d'échange de chaleur se présentent sous la forme d'une bande de tôle métallique repliée de manière à présenter une succession de portions planes 50 reliées deux à deux par des portions coudées 52. On note que les ailettes ondulées d'échange de chaleur sont parfois désignées par le terme d'intercalaires.
Au niveau de chaque portion plane 50 sont prévus un premier 10 20 et un second 28 déflecteur de flux dans des formes de réalisation décrites plus haut.
L'ailette ondulée 48 présente ainsi une série de premiers déflecteurs de flux 20 superposés et alignés selon la direction des axes des tubes de circulation de fluide et une série de seconds déflecteurs de flux 28 superposés et alignés selon la direction des tubes de circulation de fluide.
La série de premiers déflecteurs de flux 20 est ainsi disposée, une fois l'ailette ondulée montée dans le module d'échange de chaleur 46, entre deux tubes du premier faisceau de tubes 4, tandis que la série de seconds déflecteurs de flux 28 est disposée entre deux tubes de la seconde série de tubes 10.
La figure 8 illustre une première configuration de l'ailette ondulée 48 dans laquelle les premiers 20 et seconds 28 déflecteurs de flux sont respectivement des déflecteurs à lamelles obliques 30 et à lamelles parallèles 22. La figure 9 illustre une configuration de remplacement de l'ailette ondulée 48 de la figure 8, dans laquelle les premiers 20 et seconds 28 déflecteurs de flux sont respectivement des déflecteurs à lamelles parallèles 22 et à lamelles obliques 30.
La figure 10 illustre un dispositif d'échange de chaleur 100 selon l'invention dans un autre mode de réalisation et comprenant deux boîtes collectrices 200 semblables et disposées en vis-à-vis, lesquellesreçoivent les premier et 2872891 16 second faisceaux de tubes 4 et 10. En travers des premier et second faisceau de tubes sont disposées des ailettes planes d'échange de chaleur 6. Les ailettes planes d'échange de chaleur peuvent être de tout type décrit ci-dessus. Le dispositif d'échange de chaleur de la figure 10 est un échangeur de chaleur, lequel peut faire par exemple fonction de radiateur.
Bien entendu, il serait possible dans un autre mode de réalisation de munir le dispositif d'échange de chaleur 100 de la figure 10 d'une pluralité d'ailettes ondulées 48 dans l'une quelconque des configurations décrites ci-dessus.
La Demanderesse a procédé à la comparaison, au moyen d'outils numériques de simulation, des performances thermiques et des pertes de charges de quatre modules d'échange de chaleur A, B, C et D, construits sur le modèle du module d'échange de chaleur 1, munis d'une pluralité d'ailettes planes 6 d'échange de chaleur dans des configurations différentes faisant varier le type des premiers 20 et seconds 28 déflecteurs de flux. Pour le reste, les modules d'échange de chaleur A, B, C et D sont en tous points identiques et comprennent un premier échangeur de chaleur lA de type condenseur et un second échangeur de chaleur 1B de type radiateur. Le tableau suivant résume la configuration des ailettes planes 6 d'échange de chaleur équipant les modules A, B, C et D. Module A Module B Module C Module D Premiers lamelles lamelles lamelles lamelles déflecteurs obliques obliques parallèles parallèles Seconds dé- lamelles lamelles lamelles lamelles flecteurs obliques parallèles parallèles obliques Pour chacun des modules d'échange de chaleur A, B, C et D, la Demanderesse a procédé à la mesure par simulation des grandeurs suivantes: 2872891 17 la perte de charge totale 4Ptotal subie par un fluide traversant le module, exprimée en pascal, le flux de chaleur surfacique au niveau du condenseur Y'cds, exprimé en kilowatt par mètre carré, - le flux de chaleur surfacique au niveau du radiateur erad' exprimé en kilowatt par mètre carré, et le flux de chaleur surfacique total Qtotal, exprimé en kilowatt par mètre carré.
La comparaison a été réalisée pour des ailettes planes 6 d'échange de chaleur en aluminium. Le fluide extérieur traversant le module d'échange de chaleur est de l'air à une température de 20 0 et pénétrant dans le module à une vitesse vair prise comme paramètre et valant successivement 2, 5 et 8 m/s. La température de sortie de l'air est fixée à 20 'C, la pression en sortie du module est supposée égale à la pression atmosphérique. Le flux d'air traverse d'abord le condenseur puis le radiateur.
La simulation a été réalisée sur un modèle de l'ailette en deux dimensions, pour un écoulement en régime permanent et en considérant l'air comme incompressible.
Les ailettes sont considérées comme des "murs" et sont à une température de 67 C pour la première demi-ailette 6A coopérant avec le condenseur et de 95 '0 pour la seconde demi-ailette 6B coopérant avec le radiateur.
Les quatre tableaux suivants rassemblent les résultats obtenus par simulation.
Module A Vair 4Ptotal Y'cds orad Ptotal en m/s en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 2 75,55 2,74 1,67 4,41 267,73 6,22 4,39 10,60 8 525,90 8,99 7,13 16,12 35 2872891 18 Module B Vair Ptotal Ocds rad total en m/s en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 2 74,23 2,74 1,66 4,40 257,55 6,22 4,34 10,56 8 486,75 8,99 7,07 16,06 Module C Vair Ptotal Occis Vrad total en m/s en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 2 73, 63 2, 72 1, 66 4, 38 249,74 6,16 4,36 10,52 8 488, 08 8, 94 7, 08 16, 02
D
/,Module Vair Ptotal Occis ii,, O total rad en m/s en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 en kW/m2 2 74,80 2,72 1,68 4,40 257,84 6,16 4,41 10,57 8 506, 14 8,93 7,14 16,07 Les quatre tableaux suivants représentent les écarts relatifs de chacune des grandeurs simulées rapportés aux grandeurs obtenues par simulation du module A, considéré comme réfé- rence.
Ptotal Vair Module A Module B Module C Module D en m/s 2 référence -1,75 -2,54 -0,99 référence -3,80 -6,72 -3,69 8 référence -7,44 -7,19 -3,76 10 20 2872891 19 Y'cds Vair Module A Module B Module C Module D en m/s 2 référence 0 -0,59 -0,59 référence 0 -0,97 -1,00 8 référence 0,03 -0,59 -0,62 l'ra d Vair Module A Module B Module C Module D en m/s 2 référence -0,66 0,18 0,18 référence -1,07 0,62 0,62 8 référence -0,88 0,13 0,13 total Vair Module A Module B Module C Module D en m/s 2 référence -0,25 -0,57 -0,30 référence -0,44 -0,77 -0,33 8 référence -0,37 -0,63 -0,29 Les valeurs relatives du flux de chaleur surfacique total 0total illustrent les diminutions de rendement thermique des différents modules B, C et D par rapport au module A. Elles sont à confronter aux valeurs de la diminution relative des pertes de charge totales a Ptotalsurvenant dans les modules B, C et D par rapport au module A. Il en ressort clairement que le meilleur compromis entre rendement thermique et pertes de charges est obtenu par le module B qui permet une diminution de pertes de charges de 7 % environ par rapport au module A pour une diminution de rendement thermique de 0,4 10 20 2872891 20 Ainsi, le mode de réalisation préférentiel de l'invention sera obtenu par un module d'échange de chaleur 1 muni d'ailettes planes 6 d'échange de chaleur telles que représentées sur la figure 6.
Bien entendu les autres configurations pourraient être envisagées selon que l'on désire absolument privilégier le rendement thermique du module d'échange de chaleur 1 ou au contraire s'astreindre à ne pas dépasser une valeur limite de pertes de charges.
Il a été décrit ici des ailettes planes d'échange de chaleur munies de premiers et seconds trous pour le passage respectivement de tubes plats et en "haricot". Mais des formes de tubes différentes, par exemple des tubes ronds, pourraient être utilisées en adaptant la forme des premiers 12 et seconds 14 trous.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ciaprès.
Claims (19)
1. Dispositif d'échange de chaleur (1;100) traversé par un flux de fluide extérieur et comprenant un premier et un second faisceau de tubes (4;10) de circulation de fluide agencés pour coopérer avec une pluralité d'ailettes d'échange de chaleur (6;48) sous la forme de bandes de tôle métallique, chaque ailette d'échange de chaleur (6;48) présentant au moins une portion sensiblement plane munie d'un premier déflecteur de flux (20) agencé entre deux tubes du premier faisceau de tubes (4) et d'un second déflecteur de flux (28) agencé entre deux tubes du second faisceau de tubes (10), caractérisé en ce que l'un des premier (20) et second (28) déflecteurs de flux est réalisé sous la forme d'un ensemble de lamelles obliques (30) faisant saillie obliquement de ladite portion plane tandis que l'autre des premier (20) et second (28) déflecteurs de flux est réalisé sous la forme d'un ensemble de lamelles parallèles (22) dispoSées parallèlement à ladite portion plane.
2. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 1 composé d'un échangeur de chaleur de type condenseur comprenant le premier faisceau de tubes (4) et d'un échangeur de chaleur de type radiateur comprenant la seconde série de tubes (10) associés, caractérisé en ce que l'ailette d'échange de chaleur (6;48) présente un premier déflecteur (20) à lamelles parallèles (22) et un second déflecteur (28) à lamelles obliques (30).
3. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 1 composé d'un échangeur de chaleur de type condenseur comprenant le premier faisceau de tubes (4) et d'un échangeur de chaleur de type radiateur comprenant la seconde série de tubes (10) associés, caractérisé en ce que l'ailette (6; 48) présente un premier déflecteur (20) à lamelles obliques (30) et un second déflecteur (28) à lamelles parallèles (22).
2872891 22
4. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier (4) et second (10) faisceaux de tubes sont reçus dans des boîtes collectrices communes (200) et traversés par un même fluide intérieur de manière à former un échangeur de chaleur unique (100).
5. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lamelles parallèles (22) du second déflecteur (28) sont alternativement situées de part et d'autre de ladite portion plane.
6. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les lamelles obliques (30) font saillie de la portion plane selon un angle donné identique pour chaque lamelle oblique (30).
7. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle donné est tel que les lamelles obliques (30) sont orientées à l'encontre du flux de fluide extérieur.
8. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les lamelles (22;30) d'un déflecteur (20;28) sont alignées par leur centre.
9. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les lamelles (22;30) des déflecteurs (20;28) sont conformées dans la bande de tôle métallique.
10. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le premier (20) et le second (28) déflecteur sont disposés dans la largeur de la bande de tôle métallique en vis-à-vis.
2872891 23
11. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes d'échange de chaleur (6) sont généralement planes et munies d'une série de premiers trous (12) et d'une série de seconds trous {14) pour le passage des tubes des premier (4) et second (10) faisceaux de tubes respectivement.
12. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'entre les premiers trous (12) sont intercalés des premiers déflecteurs (20) de flux tandis qu'entre les seconds trous (14) sont intercalés des seconds déflecteurs (28) de flux.
13. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les trous (14) de l'une des séries de premiers (12) et seconds (14) trous présentent une forme oblongue de contour formé par deux demi-cercles reliés par des segment sensiblement parallèles entre eux.
14. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les trous (12) de l'une des séries de premiers (12) et seconds (14) trous présentent un contour ouvert vers l'extérieur de l'ailette (6) permettant l'introduction des tubes depuis le bord de l'ailette (6).
15. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendi- cations 11 à 14, caractérisé en ce que les ailettes (6) sont munies au voisinage de chaque déflecteur de flux (20;28) d'au moins un élément d'espacement (38) sous la forme de pattes (40) faisant saillie de la surface de l'ailette (6).
16. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que les ailettes (6) présentent à proximité de chacun des trous (12) de l'une des séries de premiers (12) et seconds (14) trous une 2872891 24 nervure (44) conformée dans ladite bande de tôle métallique.
17. Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendi- cations 11 à 16, caractérisé en ce que les ailettes (6) présentent une série de troisièmes trous (42) disposés entre les trous des séries de premiers (12) et de seconds (14) trous.
18 Dispositif d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les ailettes (48) sont pliées de manière à présenter une succession de portions planes (50} superposées disposées entre deux tubes du premier faisceau de tubes (4) et entre deux tubes du second faisceau de tubes (10), et reliées deux à deux par des portions coudées (52), chaque portion coudée (52) étant en contact avec un tube du premier faisceau de tubes (4) et un tube du second faisceau de tubes (10).
19. Dispositif d'échange de chaleur selon la revendication 18, caractérisé en ce que chaque portion plane (50) est munie d'un premier (20) et d'un second (28) déflecteur de flux.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PLFP | Fee payment |
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| PLFP | Fee payment |
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| PLFP | Fee payment |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20200306 |