FR2909939A1 - Echangeur de chaleur pour un vehicule - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur de chaleur pour un véhicule.Celui-ci comprend deux réservoirs (40, 50) pour fournir un agent de refroidissement à travers un thermostat pour régler l'ouverture/la fermeture en fonction de la température de l'agent de refroidissement et d'une pompe à eau, et évacuant l'agent refroidi vers un côté moteur; un collecteur (10) couplé avec le réservoir auquel l'agent de refroidissement est fourni; des tubes d'échange de chaleur (20) pour communiquer avec l'organe de chauffage, et agencés en parallèle à une direction du vent de roulement; un collecteur (10) à l'autre côté couplé au réservoir à l'autre côté, qui est fixé à l'autre portion d'extrémité du tube d'échange de chaleur (20) pour communiquer avec celui-ci de manière à évacuer l'agent dans le moteur, et une portion de noyau (60) incluant des ailettes (30) brasées entre les tubes (20) .L'invention est applicable à des échangeurs de chaleur.
Description
1 La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur pour un
véhicule pour échanger la chaleur entre un agent de refroidissement chauffé par un moteur et l'air s'écoulant dans l'avant du véhicule pour refroidir le moteur, et plus particulièrement, à un radiateur mince hautement efficace pour réduire les coût de production en diminuant le poids de l'échangeur de chaleur, pour réduire la perte énergétique due à une chute de pression coté agent de refroidissement dans le cas où il est installé dans un véhicule réel, et pour augmenter la performance du rayonnement de chaleur. La figure 1 est une vue conceptuelle représentant un système de refroidissement d'un véhicule général. Etant donné qu'un moteur 1 d'un véhicule allume toujours et brûle des gaz à haute température et haute pression, le moteur 1 surchauffe dans un cas où il reste tel que, de sorte que les cylindres et pistons peuvent être endommagés sérieusement à cause de la fusion d'un matériau métallique constituant le moteur 1. Pour empêcher cela, comme représenté sur la figure 1, une chemise d'eau (non représentée), dans laquelle un agent de refroidissement est stocké, est monté autour du cylindre du moteur 1 d'un véhicule, le moteur est refroidi circulairement en permettant à l'agent de refroidissement de passer à travers un radiateur 2 ou un noyau de chauffage 3 en utilisant une pompe à eau 5, et l'agent de refroidissement peut ne pas passer à travers le noyau de chauffage 3 mais peut être ramené immédiatement à travers un circuit de dérivation 6 selon qu'on utilise le refroidissement ou le chauffage. A ce moment, le thermostat 4 est installé dans un chemin à travers lequel l'agent de refroidissement s'écoule de manière à fonctionner comme mécanisme de réglage pour empêcher que le moteur 1 soit surchauffé en réglant un degré d'ouverture et de fermeture en fonction de la température de l'agent de refroidissement passant à travers le moteur 1.
2909939 2 Les figures 2a et 2b sont une vue en perspective et une vue en perspective éclatée d'un radiateur général, respectivement. Le radiateur est un type d'échangeur de chaleur pour permettre le rayonnement de la chaleur de 5 l'agent de refroidissement lorsque s'écoule l'agent de refroidissement recevant la chaleur du moteur transférée pendant la circulation au moteur. Le radiateur est installé dans un compartiment moteur, et un ventilateur de refroidissement pour souffler de l'air dans le noyau 10 du moteur est installé dans une portion centrale du compartiment moteur. Le radiateur est généralement réalisé en aluminium, avec un effet de conduction de chaleur supérieur, et présente une caractéristique en ce que la performance de 15 rayonnement de chaleur dépend des éléments des tubes d'échange de chaleur et des ailettes . C'est-à-dire que si les hauteurs du tube et de l'ailette sont réduites même dans un radiateur avec le même noyau, la performance de rayonnement de chaleur est augmentée en théorie.
20 Cependant, si la hauteur de l'ailette devient trop basse, une substance étrangère se coince ou s'empile entre les ailettes de sorte qu'elle gêne la ventilation, et étant donné qu'une substance étrangère produite à cause d'une solution antigel ou d'un réactif s'empile à l'intérieur 25 du tube si la hauteur du tube devient trop petite, il se produit le phénomène que le canal d'écoulement se bouche en entraînant une détérioration de la performance de transfert de chaleur. Dans ce cas, étant donné que le nombre de tubes et d'ailettes augmente fortement, le 30 problème se pose que cela est très désavantageux au vu de la stabilité de la structure du radiateur et de la productivité de fabrication. Dans le brevet US n 4 332 293 du ter juin 1982 en tant qu'art antérieur, une plage numérique est proposée, 35 où la longueur d'une ailette dans la direction de l'écoulement d'air devrait être de 12 à 23mm, le pas de l'ailette devrait être de 1,5 à 3,3mm, et le pas d'un 2909939 3 tube devrait être de 8,5 à 14mm, comme éléments d'un radiateur installé dans une plage d'un espace de montage de noyau limité de façon à surmonter la résistance de l'air produite lorsque la longueur de l'ailette est 5 augmentée dans la direction de l'écoulement d'air dans le radiateur avec un agencement de tubes de 2 ou 3 rangées et une réduction de la performance de transfert de chaleur, selon celui-ci. Cependant, le radiateur classique est focalisé sur 10 une performance de rayonnement de chaleur d'un côté extérieur du tube à travers lequel l'air passe. En outre, pour empêcher une chute de pression côté agent de refroidissement, le calibre du tube est établi pour ne pas être trop petit, et la hauteur de l'ailette est 15 simultanément réglée pour être relativement élevée en considérant une quantité de chute de pression côté air. Dans le cas d'un radiateur général, il y a un cas où on n'a pas pris en considération que, bien qu'un taux de transfert de chaleur dû à la conduction de chaleur est 20 fréquemment provoqué en raison d'une convexion côté air, une variation du taux de transfert de chaleur n'est pas grande en comparaison avec un degré de modification de la structure de ses composants, tandis que, bien qu'un taux de transfert de chaleur dû à la convexion de chaleur dans 25 un tube d'échange de chaleur ait un rapport bas dans un taux de transfert de chaleur total, il change d'une manière sensible en fonction du degré de modification de la structure de ses composants, et une variation de celui-ci est relativement grande. En outre, il n'y a pas 30 de compréhension détaillée d'un effet de la perte de pression par suite des contraintes de cisaillement de surface se produisant sur une surface de paroi du tube, qui se produit dans un cas où l'écoulement d'un agent de refroidissement dans le tube d'échange de chaleur se 35 développe dans une plage d'écoulement turbulente. Dans de tels radiateurs classiques, la quantité de chute de pression côté agent de refroidissement n'est pas 2909939 4 considérée simultanément avec la performance de rayonnement de chaleur côté air. En particulier, il y a des limitations pour suggérer un objet de conception préféré des tubes d'échangeur dans une condition de 5 fonctionnement critique, comme dans des régions alpines avec un grand nombre de pentes ou dans des régions froides ou arctiques. Cela requiert une observation plus approfondie de l'écoulement d'un agent de refroidissement dans un tube 10 de radiateur et de la caractéristique de transfert de chaleur vers l'intérieur de celui-ci, et un plus grand nombre de recherches et d'essais se rapportant aux radiateurs, avec une performance de rayonnement de chaleur plus efficace.
15 La présente invention a pour objectif la réalisation d'un échangeur de chaleur, c'est-à-dire d'un radiateur mince hautement efficace pour réduire les coûts de production en diminuant le poids d'un échangeur de chaleur, en réduisant la perte énergétique à cause d'une 20 chute de pression côté agent de refroidissement dans le cas de l'installation dans un véhicule réel, et l'augmentation de la performance de rayonnement de chaleur. Un autre objectif de la présente invention est la 25 réalisation d'une condition de conception optimale pour augmenter la performance de rayonnement de chaleur d'un radiateur dans une plage d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement correspondant au mode de montée de pente qui est un mode d'entraînement ou de fonctionnement 30 critique d'un véhicule et pour réduire une quantité de chute de pression côté agent de refroidissement. Un autre objectif de la présente invention est la réalisation d'une condition de conception préférée d'un radiateur mince d'un poids léger, où la performance de 35 rayonnement de chaleur d'un radiateur classique d'une grande largeur et d'un poids lourd peut être maintenue, et une quantité de chute de pression côté agent de 2909939 5 refroidissement presque identique à celle d'un radiateur classique peut également être maintenue en comparant la performance de rayonnement de chaleur et la quantité de chute de pression côté agent de refroidissement d'un 5 radiateur classique. Encore un autre objectif de la présente invention est la réalisation d'une plage de conception préférée de chaque composant principal du radiateur, qui puisse satisfaire à la plage de conception optimale.
10 Ces objectifs sont atteints conformément à la présente invention par un échangeur de chaleur pour un véhicule pour échanger la chaleur entre un agent de refroidissement chauffé par un moteur et l'air s'écoulant dans l'avant du véhicule pour refroidir le moteur, 15 comprenant une paire de réservoirs pour fournir un agent de refroidissement fourni par le moteur à travers un thermostat pour régler l'ouverture/la fermeture en fonction de la température de l'agent de refroidissement et d'une pompe à eau, et évacuant l'agent de 20 refroidissement refroidi vers un côté moteur, et une portion de noyau incluant un collecteur ou pièce d'extrémité à un côté couplé à la cuve à un côté, à laquelle l'agent de refroidissement est fourni, des tubes d'échange de chaleur qui sont structurellement fixés pour 25 communiquer avec l'organe de chauffage à une portion d'extrémité de celui-ci, et agencés en parallèle avec une direction d'un vent de roulement, un collecteur ou pièce d'extrémité à l'autre côté couplé au réservoir à l'autre côté qui est structurellement fixé à l'autre portion 30 d'extrémité du tube d'échange de chaleur pour communiquer avec celui-ci de manière à évacuer l'agent de refroidissement dans le moteur, et des ailettes brasées entre les tubes d'échange de chaleur, où la largeur Td d'un noyau de l'échangeur de chaleur se situe dans la 35 gamme de 12 à 15mm, la distance entre les tubes les plus extérieurs de la portion de noyau se situe dans la gamme de 300 à 600mm, l'écoulement de l'agent de 2909939 6 refroidissement s'écoulant à travers la portion de noyau est une plage d'écoulement turbulente complètement développée lorsqu'une composition d'une solution antigel et d'eau est de 1.1 et que le débit d'écoulement se situe 5 dans la plage de 60 à 80 1/min, et une transition d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent se produit à un taux d'écoulement de 40 1/min ou moins. Selon des revendications avantageuses, l'invention peut également comprendre au moins une des 10 caractéristiques suivantes : le débit d'écoulement de l'agent de refroidissement se situe dans la plage de 60 à 80 1/min et sa température est de 100 C, l'écoulement de l'agent de refroidissement présente un nombre de Reynolds de 2100 15 ou plus, une transition d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent a lieu à un débit d'écoulement de 40 1/min ou moins ; le débit d'écoulement de l'agent de refroidissement se situe dans la plage de 60 à 80 1/min 20 et sa température est de 100 C, la quantité de chute de pression de l'agent de refroidissement au côté sortie de l'échangeur de chaleur est de 150 mmHg ; - la largeur extérieure du tube se situe dans la plage de 1,60 à 2,10 mm et selon une plus grande 25 préférence, dans la plage de 1,70 à 1,90 mm ; - l'épaisseur de matériau du tube se situe dans la plage de 0,15 à 0,24 mm pour réduire le poids et la quantité de chute de pression ; - la hauteur de l'ailette se situe dans la plage de 30 5,3 à 5,8 mm ; et - l'épaisseur de l'ailette se situe dans la plage de 0,05 à 0,06 mm pour diminuer le poids et pour amener au maximum le taux de transfert de chaleur ; - le tube d'échange de chaleur est d'un type plat 35 sans creux dans son intérieur ; et - l'échangeur de chaleur est du type à écoulement croisé.
2909939 7 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description 5 explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant des modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : la figure 1 est une vue conceptuelle représentant 10 un système de refroidissement d'un véhicule général ; les figures 2a et 2b sont une vue en perspective et une vue éclatée en perspective d'un radiateur du type à écoulement vers le bas qui est un échangeur de chaleur général, respectivement ; 15 les figures 3a et 3b sont une vue en perspective et une vue éclatée en perspective d'un radiateur du type à écoulement croisé qui est un échangeur de chaleur général, respectivement ; la figure 4 est un graphique illustrant des 20 caractéristiques du rayonnement de chaleur et de la chute de pression des radiateurs selon la présente invention et l'art antérieur ; la figure 5 est une vue en perspective à plus grande échelle représentant une caractéristique de 25 couplage d'un tube et d'une ailette dans le radiateur ; la figure 6 est un graphique illustrant un changement du taux de transfert de chaleur et de la chute de pression du radiateur en fonction de la hauteur de l'ailette dans la présente invention ; 30 la figure 7 est un graphique illustrant un changement dans le taux de transfert de chaleur et la chute de pression du radiateur en fonction de la largeur extérieure du tube dans la présente invention, et la figure 8 est un graphique illustrant un 35 changement dans le taux de transfert de chaleur et la chute de pression du radiateur en fonction de l'épaisseur du matériau du tube dans la présente invention.
2909939 8 Des modes de réalisation pratiques et préférés à présent de la présente invention sont illustratifs, comme représenté dans les Exemples et Exemples Comparatifs 5 suivants. Cependant, on comprendra que l'homme de l'art, en considérant ces divulgations, peut apporter des modifications et des perfectionnements dans l'étendue de la présente invention.
10 Dans le cas d'un radiateur, bien qu'un taux de transfert de chaleur par la conduction de chaleur côté air représente la plus grande partie du taux de transfert de chaleur par le transfert de chaleur, une variation des caractéristiques de rayonnement de chaleur en accord avec 15 une modification de la structure d'un composant du radiateur n'est pas si grande. D'autre part, bien qu'un taux de transfert de chaleur par la conduction de chaleur dans un tube d'échange de chaleur, qui est un côté haute température, soit bas à un taux correspondant à 20 l'ensemble du taux de transfert de chaleur, un changement dans la caractéristique de rayonnement de chaleur en accord avec une modification structurelle d'un composant du radiateur est sensible, et sa variation est également relativement grande. Par conséquent, les éléments du 25 radiateur et la performance de rayonnement de chaleur en accord avec ceux-ci peuvent être déterminés. En particulier, étant donné qu'une pluralité de tubes formant un radiateur sont généralement formés comme un conduit d'une forme plate, l'écoulement d'un agent de 30 refroidissement s'écoulant dans le tube peut être classifié en un écoulement de conduit qui n'est pas ouvert. Bien qu'un écoulement dans un conduit soit grandement influencé par une cause, comme l'intensité d'illumination d'une surface de paroi du conduit ou un 35 changement d'écoulement dans un écoulement d'entrée, une cause principale est le nombre de Reynolds. Dans un conduit circulaire, si un nombre de Reynolds atteint 2909939 9 environ 2300, un écoulement commence généralement à former une masse ou bouffée et à approcher une plage d'un écoulement turbulent. Par des essais effectués par les inventeurs, il s'est avéré qu'un écoulement passe 5 d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent à proximité d'un nombre de Reynolds d'environ 2100 dans le cas d'un conduit avec une section plate, dont la largeur à un côté est relativement très large comme un tube d'échange de chaleur utilisé dans un radiateur selon la 10 présente invention. En outre, si l'écoulement dans le conduit dépasse un nombre de Reynolds de 2100 par une condition d'écoulement qui est un écoulement turbulent complètement développé, la force motrice de l'écoulement et le transfert d'énergie sont accélérés. En particulier, 15 un coefficient de transfert de chaleur de conduction est fortement augmenté, et de ce fait la performance de rayonnement de chaleur d'un échangeur de chaleur est augmentée. Dans le cas d'un écoulement dans un tube dont le 20 chemin est relativement long, comme un échangeur de chaleur, étant donné que la perte de pression provoquée par le chemin de l'écoulement se traduit par l'augmentation de la consommation d'énergie dans une pompe à eau, le rendement énergétique d'un véhicule est 25 diminué. De ce fait, un état de perte de pression devrait être considéré ainsi qu'un état d'écoulement turbulent dans un tube. La perte de pression mentionnée avant peut être divisée en une influence par des éléments d'un échangeur de chaleur et un tube et une influence par une 30 caractéristique d'un écoulement. Cependant dans le tube rectiligne avec une zone fixe en section transversale comme un radiateur du type à écoulement croisé de la présente invention, étant donné que des contraintes de cisaillement de surface augmentent sur une surface de 35 paroi d'un tube si l'écoulement d'un agent de refroidissement dans le tube devient un écoulement turbulent, les contraintes de cisaillement de surface 2909939 10 agissent sur un changement de la perte de pression plutôt que l'influence par des éléments de l'échangeur de chaleur et du tube. De ce fait, une configuration comme un creux peut être ajoutée à une surface du tube 5 d'échange de chaleur pour accélérer l'écoulement turbulent d'un écoulement d'agent de refroidissement. Dans ce cas, étant donné que la résistance côté agent de refroidissement devient grande à cause de l'existence du creux, l'avantage résultant de l'écoulement turbulent 10 peut être annulé. Par conséquent, il peut ne pas y avoir d'avantages dans un radiateur mince dans lequel la largeur d'un noyau se situe dans une plage de 12 à 15mm. Par conséquent, lors de la conception d'un échangeur de chaleur pour augmenter l'efficience d'un 15 système de conditionnement d'air, il est nécessaire de prendre en considération non seulement une caractéristique de rayonnement de chaleur de l'échangeur de chaleur lui-même mais encore la perte d'une source de puissance par suite d'une augmentation de la consommation 20 d'énergie dans une pompe à eau par une résistance côté agent de refroidissement et la diminution du rendement énergétique d'un véhicule. Dans la présente invention, on considère qu'un état d'écoulement turbulent de l'écoulement d'un agent de 25 refroidissement s'écoulant dans un tube d'échange de chaleur et l'influence d'une perte de pression font augmenter simultanément une telle caractéristique de rayonnement de chaleur de l'échangeur de chaleur lui-même de sorte que des éléments de conception de l'échangeur de 30 chaleur peuvent être réalisés pour un système de refroidissement plus efficace. En outre, un radiateur de la présente invention peut être appliqué à la fois à un type d'écoulement vers le bas dans lequel les tubes d'échange de chaleur sont 35 agencés dans une direction verticale, comme représenté dans (a) et (b) de la figure 2, et à un type à écoulement croisé dans lequel les tubes d'échange de chaleur sont 2909939 11 agencés dans une direction horizontale, comme représenté dans (a) et (b) de la figure 3. En particulier, le radiateur de la présente invention peut avoir une performance supérieure dans un échangeur de chaleur du 5 type à écoulement croisé dans lequel une vitesse d'écoulement dans le tube est relativement rapide. On décrira maintenant un radiateur de la présente invention en détail. La figure 4 est un graphique représentant des 10 caractéristiques de rayonnement de chaleur et de chute de pression de radiateurs selon la présente invention et l'art antérieur. L'art antérieur A et l'art antérieur B indiquent des caractéristiques de rayonnement de chaleur et des caractéristiques de chute de pression pour deux 15 types de radiateurs existants, respectivement. Dans la condition de test d'un radiateur sur la figure 4, la composition d'une solution antigel et d'eau est de 1:1 dans un agent de refroidissement s'écoulant dans une portion de noyau, la température de l'agent de 20 refroidissement est de 100 C, la température de l'air d'afflux est de 40 C et la zone frontale du même noyau est de 636 x 485. En outre, le radiateur selon la présente invention est conçu de façon que la largeur Td d'un noyau 60 se situe dans la plage de 12 à 15mm et que 25 son hauteur se situe dans la plage de 300 à 600mm. La raison pour laquelle la largeur Td du noyau 60 est limitée, par exemple, à la plage de 12 à 15mm, est que l'emballage des composants du radiateur peut être réduit à un minimum, et une chute de pression côté air peut être 30 diminuée. En outre, l'épaisseur d'une ailette 30 est établie dans une plage de 0,05 à 0,06mm de sorte que l'augmentation du poids total du radiateur peut être empêchée, et que le taux de transfert de chaleur peut être amené à un maximum.
35 Le radiateur selon la présente invention présente l'avantage qu'une plage de fonctionnement avec un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 à 80 1/min 2909939 12 est établie comme intervalle majeur dans des conditions d'entraînement critiques et réelles, y compris en mode de montée de pente, de sorte que la performance de rayonnement de chaleur dans une plage incluant la plage 5 d'entraînement peut être augmentée et qu'une quantité de chute de pression peut être réduite. Tout d'abord on peut voir que la caractéristique de chute de pression est satisfaisante, mais une transition commence à partir d'un point auquel un point d'inflexion 10 du graphique existe près d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 1/min dans le cas du radiateur existant A. C'est-à-dire on peut voir que, étant donné qu'une transition a lieu d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent dans une plage d'un débit 15 d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 à 80 1/min, qui est une plage intéressante dans la présente invention, une plage d'écoulement turbulent, qui n'est pas développée complètement, est formée. Ainsi, étant donné qu'une telle plage de transition est formée à 20 proximité d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 1/min, la performance de rayonnement de chaleur du radiateur existant A est diminuée, en comparaison avec la présente invention. La raison pour laquelle la caractéristique de rayonnement de 25 chaleur du radiateur existant A diminue sous la condition mentionnée avant est que, bien que la largeur d'un tube soit plus large en comparaison avec la présente invention de sorte qu'une grande quantité d'agent de refroidissement s'écoule, mais provoquant un délai dans 30 la transition d'un écoulement turbulent. C'est-à-dire que, étant donné qu'une grande quantité d'agent de refroidissement s'écoule, un taux de transfert de chaleur est identique ou supérieur à la présente invention dans un intervalle excepté 60 à 80 1/min, mais le taux de 35 transfert de chaleur est diminué en comparaison avec la présente invention à cause de l'existence d'une plage de transition dans la plage de 60 à 801/min. La présente 2909939 13 invention peut maintenir une largeur plus étroite que les radiateurs classiques et avoir une performance relativement supérieure aux radiateurs épais classiques dans une plage de 60 à 80 1/min, qui est une plage 5 d'entraînement ou de fonctionnement critique. On peut donc voir que, étant donné qu'une transition a lieu avant une plage d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 1/min et qu'une plage d'écoulement turbulent complètement développée est formée 10 dans une plage d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 à 80 1/min dans le cas d'un autre radiateur existant B, la valeur absolue est diminuée, mais une caractéristique de rayonnement de chaleur relative est généralement satisfaisante. Cependant, dans 15 une caractéristique de chute de pression, on peut voir que le radiateur existant B présente une perte de pression relativement très élevée dans toute la plage du débit d'écoulement en comparaison avec n'importe quel autre radiateur. En outre, la raison pour laquelle la 20 caractéristique de rayonnement de chaleur est relativement satisfaisante et la quantité de chute de pression est relativement élevée dans le radiateur existant B est qu'une influence de la chute de pression côté agent de refroidissement sur la consommation de 25 combustible ou de carburant d'un véhicule peut ne pas être prise en considération lors de l'installation du radiateur dans un véhicule réel. Cependant, la raison principale est que, étant donné qu'un canal d'écoulement intérieur d'un tube est réglé pour être plus petit que le 30 radiateur de la présente invention, il y a une chute de pression excessive. Au contraire, une plage d'écoulement turbulent complètement développée est formée dans une plage d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 à 80 35 1/min, et une caractéristique de chute de pression présente également une distribution satisfaisante dans un cas du radiateur selon la présente invention.
2909939 14 Particulièrement, il est important que le radiateur de la présente invention soit conçu de façon qu'une transition ait lieu dans une plage d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 401/min ou moins. De ce fait, le 5 radiateur de la présente invention est configuré de telle sorte qu'une plage d'écoulement turbulent complètement développée est formée dans une plage d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 à 80 1/min, qui est une plage importante pour une condition 10 d'entraînement critique, et la quantité de chute de pression dans la plage mentionnée avant se maintient à 150 mmHg ou moins. La figure 5 est une vue en perspective à plus grande échelle représentant une caractéristique de 15 couplage d'un tube 20 et d'une ailette 30 dans le radiateur. b indique la largeur intérieure du tube 20, et Td indique la hauteur extérieure du tube 20, qui correspond à la largeur d'une portion de noyau 60. La figure 6 est un graphique représentant un 20 changement dans le taux de transfert de chaleur et la chute de pression du radiateur en fonction de la hauteur Fh de l'ailette 30 par rapport à un cas où la hauteur Th est respectivement de 1,60 mm, 1,80 mm et 2,10 mm dans la présente invention. Ici, Q indique un taux de transfert 25 de chaleur du radiateur, c'est-à-dire que QO est un taux de transfert de chaleur minimal requis du radiateur pour refroidir le moteur. C'est-à-dire que sur la figure 6, l'axe vertical gauche est la valeur Q/Q0 indiquant un taux de transfert de chaleur minimal requis, et l'axe 30 vertical droit indique une quantité de chute de pression côté agent de refroidissement. A ce moment, la ligne en trait plein du graphique indique un rapport de taux de transfert de chaleur, et la ligne en pointillés indique une quantité de chute de pression côté agent de 35 refroidissement. La hauteur Fh de l'ailette 30 dans la présente invention peut être réglée pour se situer dans une plage préférée du graphique de la figure 6.
2909939 15 Dans la condition de test suggérée avant, étant donné qu'un écoulement d'agent de refroidissement peut passer à une plage laminaire ou de transition dans un cas où la hauteur Fh de l'ailette 30 est en dehors d'une 5 plage de 5,3 à 5,8 mm lorsque le véhicule se trouve en mode de montée de pente, il est difficile d'obtenir un taux de transfert de chaleur approprié qui permet de satisfaire à une condition de fonctionnement optimale. En outre dans un cas où l'épaisseur de l'ailette 30 est trop 10 fine, l'ailette peut se gondoler ou se gauchir. En outre, il y a le problème que le nombre d'ailettes empilées 30 et de tubes 20augmente excessivement en dessous de 5,3 mm de sorte que le poids du radiateur est fortement augmenté, et les ailettes 30 15 et les tubes 20 forment une résistance à l'écoulement d'air, et de plus une substance étrangère s'empile excessivement à cause de la densité élevée des ailettes dans une condition de fonctionnement d'un véhicule réel de sorte que l'air passant à travers le radiateur ne 20 s'écoule pas régulièrement. Ainsi, la hauteur Fh de l'ailette est réglée pour qu'elle soit de 5,3 mm <- Fh 5,8 mm, comme zone préférée dans une plage où le taux de transfert de chaleur est maintenu à une valeur suffisamment élevée et où la perte de pression dans le 25 tube n'augmente pas rapidement en référence à l'état requis et à la caractéristique de la figure 6. La figure 7 est un graphique représentant un changement dans la perte de pression du taux de transfert de chaleur du radiateur en fonction de la hauteur Th du 30 tube 20 lorsque la hauteur Fh de l'ailette 30 est respectivement de 5,3 mm, 5, 5 mm et 5,8 mm dans la présente invention. La hauteur Th du tube du radiateur de la présente invention peut être réglée dans une plage préférée du graphique de la figure 7. C'est-à-dire qu'il 35 y un problème en ce que, dans le cas où la hauteur Th du tube 20 dépasse 2,10 mm, un agent de refroidissement s'écoulant dans le tube atteint difficilement un 2909939 16 écoulement turbulent de sorte que le taux de transfert de chaleur chute en dessous du taux de transfert de chaleur minimal requis et qu'un processus additionnel pour former un moyen pour accélérer un écoulement turbulent, comme un 5 creux dans le tube, devrait être ajouté pour satisfaire à un taux de transfert de chaleur requis. Au contraire, dans le cas où la hauteur Th du tube est en dessous de 1,60 mm, la quantité de chute de pression côté agent de refroidissement dans le tube 10 augmente rapidement de sorte qu'une puissance excessive est nécessaire pour faire circuler l'agent de refroidissement. Ainsi, la hauteur Th du tube 20 est réglée pour qu'elle soit de préférence de 1,60 mm <- Th <- 2,10 mm, et selon une plus grande préférence de 1,70 mm 15 Th <-1,90 mm, comme plage dans laquelle le taux de transfert de chaleur est maintenu à une valeur suffisamment élevée et où la perte de pression dans le tube n'augmente pas rapidement, avec référence à la condition requise et à la caractéristique de la figure 7.
20 La figure 8 est un graphique représentant un changement dans le taux de transfert de chaleur et dans la chute de pression du radiateur en fonction de l'épaisseur Tth du tube 20 dans la présente invention. L'épaisseur Tth du tube 20 dans le radiateur de la 25 présente invention est réglée pour qu'elle se situe dans une plage préférée du graphique de la figure 8. C'est-à-dire qu'il y a un problème en ce que, lorsque l'épaisseur Tth du tube 20 devient épaisse, le poids du radiateur augmente, et la quantité de chute de pression côté agent 30 de refroidissement augmente fortement de sorte qu'une puissance excessive est nécessaire pour faire circuler l'agent de refroidissement. D'autre part, il y a un problème en ce que, dans un cas où l'épaisseur Tth du tube est inférieure à 0,15 mm, le matériau devient trop 35 mince de sorte que le tube 20 peut être fortement modifié lors de l'injection de l'agent de refroidissement au cours du processus de fabrication, et le tube 20 peut 2909939 17 éclater ou bien les ailettes empilées 30 du noyau 60 peuvent être écrasées à cause d'un problème de la résistance à la pression. Ainsi l'épaisseur Tth du tube est réglée pour qu'elle soit de préférence de 0,15 mm 5 Tth <- 0,24 mm en tant que plage dans laquelle le taux de transfert de chaleur est maintenu à une valeur suffisamment élevée et dans laquelle la chute de pression dans le tube 20 n'augmente pas rapidement avec référence à l'état requis et à la caractéristique de la figure 8.
10 Dans la présente invention, on propose une condition de conception de tubes 20 et d'ailettes 30 préférés, qui permettent de répondre simultanément aux exigences d'une caractéristique de rayonnement de chaleur et d'une quantité de chute de pression, et des radiateurs 15 d'un poids léger peuvent être obtenus. Comme décrit ci-dessus, conformément à la présente invention, le radiateur de la présente invention est un radiateur mince pour réduire le poids d'un échangeur de chaleur, pour augmenter la performance de rayonnement de 20 chaleur et pour réduire une quantité de chute de pression, et il présente des avantages, comme un poids léger du véhicule, l'augmentation du rendement énergétique et l'établissement de la disposition dans un véhicule.
25 En particulier, le radiateur selon la présente invention présente l'avantage que la performance de rayonnement de chaleur peut être augmentée dans une plage d'entraînement d'un débit d'écoulement d'agent de refroidissement de 60 à 80 1/min, qui est une condition 30 de fonctionnement critique d'un véhicule incluant un mode de montée de pente, et une quantité de chute de pression peut être réduite. En outre, la présente invention présente l'avantage en ce qu'une plage de conception optimale est suggérée 35 dans laquelle la caractéristique de rayonnement de chaleur et la quantité de chute de pression du radiateur peuvent se compléter mutuellement.
2909939 18 En outre, il y un avantage en ce que l'épaisseur d'un noyau 60 est réglée pour qu'elle soit mince en vu d'un système de refroidissement de sorte qu'un intervalle avec un ventilateur de refroidissement peut être 5 agrandie, en augmentant ainsi l'efficacité côté air. L'homme de l'art comprendra que les conceptions et modes de réalisation spécifiques divulguées dans la description qui précède peuvent être facilement utilisés comme base pour modifier ou concevoir d'autres modes de 10 réalisation pour atteindre les mêmes buts de la présente invention. L'homme de l'art comprendra également que des modes de réalisation équivalents ne s'éloignent pas de l'étendue de l'invention telle qu'exposée dans les revendications annexées.
Claims (10)
1. Echangeur de chaleur pour un véhicule pour échanger la chaleur entre un agent de refroidissement chauffé par un moteur et l'air s'écoulant dans l'avant du véhicule pour refroidir le moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de réservoirs (40, 50) pour fournir un agent de refroidissement fourni par le moteur à travers un thermostat pour régler l'agent de refroidissement en fonction de la température de l'agent de refroidissement et d'une pompe à eau, et évacuant l'agent de refroidissement refroidi vers un côté moteur, et une portion de noyau (60) incluant un collecteur (10) à un côté couplé au réservoir à un côté, auquel l'agent de refroidissement est fourni, des tubes d'échange de chaleur (20) qui sont structurellement fixés pour communiquer avec l'organe de chauffage à une portion d'extrémité de celui-ci, et agencés en parallèle avec une direction d'un vent de roulement, un collecteur (10) à l'autre côté couplé avec le réservoir à l'autre côté qui est structurellement fixé à l'autre portion d'extrémité du tube d'échange de chaleur (20) pour communiquer avec celui-ci de manière à évacuer l'agent de refroidissement dans le moteur, et des ailettes (30) brasées entre les tubes d'échange de chaleur (20), caractérisé en ce que la largeur Td d'un noyau (60) de l'échangeur de chaleur se situe dans la gamme de 12 à 15 mm, en ce que la distance entre les tubes (20) les plus extérieurs de la portion de noyau (60) se situe dans la gamme de 300 à 600 mm, en ce que l'écoulement de l'agent de refroidissement s'écoulant à travers la portion de noyau (60) est une plage d'écoulement turbulent complètement développée lorsqu'une composition d'une solution antigel et d'eau est de 1:1 et que le débit d'écoulement se situe dans la plage de 60 à 80 2909939 20 1/min, et en ce qu'une transition d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent se produit à un débit d'écoulement de 40 1/min ou moins.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce que, lorsque le débit d'écoulement de l'agent de refroidissement se situe dans la plage de 80 1/min et que sa température est de 100 C, l'écoulement de l'agent de refroidissement présente un nombre de Reynolds de 2100 ou plus, une transition d'un écoulement laminaire 10 à un écoulement turbulent a lieu à un débit d'écoulement de 40 1/min ou moins.
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le débit d'écoulement de l'agent de refroidissement se situe dans la plage de 60 à 15 80 1/min et que sa température est de 100 C, la quantité de chute de pression de l'agent de refroidissement au côté sortie de l'échangeur de chaleur est de 150 mmHg.
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur extérieure (Th) du tube 20 (20) se situe dans la plage de 1,60 à 2,10 mm.
5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur extérieure du tube (20) se situe dans la plage de 1,70 à 1,90 mm.
6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que l'épaisseur de matériau (Tth) du tube (20) se situe dans la plage de 0,15 à 0,24 mm.
7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur (Fh) de l'ailette (30) se situe dans la plage de 5,3 à 5,8 mm. 30
8. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'ailette (30) se situe dans la plage de 0,05 à 0, 06 mm.
9. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube d'échange de chaleur (20) 35 est d'un type plat sans creux dans son intérieur. 2909939 21
10. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est du type à écoulement croisé.
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