FR3038976B1 - HEAT EXCHANGER WITH FINS COMPRISING IMPROVED PERSIANS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant : - au moins une ailette (4) ; - au moins une rangée de tubes (2), les tubes étant reliés à l'ailette (4) par serrage des tubes (2) dans un collet (6) ménagé dans l'ailette (4) ; et - au moins une rangée (10) de persiennes (12), ménagée dans l'ailette (4) et intercalée entre deux tubes (2) de la rangée de tubes, chaque persienne (12) comprenant une lame (14) munie d'un bord libre (16) et d'un bord de liaison (18) reliant la persienne (12) à l'ailette (4). Le bord de liaison (18) de la lame (14) d'au moins la première persienne (12) de la rangée (10) forme bord amont par rapport au flux d'air, le bord libre 16) de la lame (14) formant bord aval.The invention relates to a heat exchanger comprising: - at least one fin (4); - At least one row of tubes (2), the tubes being connected to the fin (4) by clamping the tubes (2) in a collar (6) formed in the fin (4); and - at least one row (10) of louvers (12), formed in the fin (4) and interposed between two tubes (2) of the row of tubes, each louver (12) comprising a blade (14) provided with a free edge (16) and a connecting edge (18) connecting the louver (12) to the fin (4). The connecting edge (18) of the blade (14) of at least the first louver (12) of the row (10) forms upstream edge relative to the air flow, the free edge 16) of the blade (14). ) forming the downstream edge.
Description
La présente invention concerne un échangeur de chaleur, et plus particulièrement des tubes pour échangeur de chaleur de type mécanique.The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to heat exchanger tubes of the mechanical type.
Un échangeur de chaleur comprend généralement des tubes, dans lesquels un fluide caloporteur est destiné à circuler, et des éléments d'échange de chaleur reliés à ces tubes.A heat exchanger generally comprises tubes, in which a heat transfer fluid is intended to circulate, and heat exchange elements connected to these tubes.
On distingue habituellement des échangeurs de chaleur de type brasé et de type mécanique selon leur procédé de fabrication.Brazed and mechanical type heat exchangers are usually distinguished by their manufacturing process.
Dans un échangeur de chaleur de type mécanique, les éléments d'échange de chaleur, appelés dans ce cas « ailettes >>, sont reliés aux tubes de la façon suivante. Tout d’abord, on forme dans les ailettes des trous de passage des tubes. Ces trous de passage sont généralement délimités chacun par un bord tombé formant un col. Puis, on dispose les ailettes sensiblement parallèlement entre elles et on enfile chaque tube dans une série de trous alignés des ailettes. Enfin, on provoque une expansion radiale des tubes en passant un outil d’expansion à l'intérieur de ces tubes de façon à lier mécaniquement les tubes et les ailettes par sertissage, les cols délimitant les trous de passage des tubes formant alors des collets serrés autour les tubes.In a mechanical type heat exchanger, the heat exchange elements, referred to in this case as "fins", are connected to the tubes in the following manner. First, the holes are formed in the fins passage tubes. These passage holes are generally delimited each by a fallen edge forming a neck. Then, the fins are arranged substantially parallel to each other and each tube is threaded into a series of aligned holes of the fins. Finally, it causes a radial expansion of the tubes by passing an expansion tool inside these tubes so as to mechanically bind the tubes and fins by crimping, the necks defining the passage holes of the tubes then forming tight collars around the tubes.
De tels échangeurs sont traversés par un flux d’air, les ailettes s’étendant à travers le flux.Such exchangers are traversed by an air flow, the fins extending through the flow.
Afin d’augmenter l’échange de chaleur entre les ailettes et le flux d’air, on ménage habituellement sur les ailettes des déflecteurs formés de rangées de persiennes, les rangées étant intercalées entre les tubes d’une même rangée de tubes. Généralement, chaque persienne comprend une lame munie d’un bord libre et d’un bord de liaison reliant la persienne à l’ailette.In order to increase the heat exchange between the fins and the air flow, baffles formed by rows of louvers are usually provided on the fins, the rows being inserted between the tubes of the same row of tubes. Generally, each louver comprises a blade provided with a free edge and a connecting edge connecting the louver to the fin.
Dans l’art antérieur, les persiennes sont arrangées en deux groupes de persiennes successifs dans la rangée. Pour les persiennes du premier groupe, auquel appartient la première persienne de la rangée, le bord libre des lames forme bord amont par rapport au flux d’air, le bord de liaison formant bord aval. A l’inverse, pour les persiennes du second groupe, auquel appartient la dernière persienne de la rangée, le bord de liaison des lames des persiennes forme bord amont par rapport au flux d’air, le bord libre formant bord aval.In the prior art, the louvers are arranged in two groups of successive louvers in the row. For louvers of the first group, to which belongs the first louver of the row, the free edge of the blades form upstream edge relative to the air flow, the connecting edge forming downstream edge. Conversely, for the louvers of the second group, to which belongs the last louver of the row, the connecting edge of the louvre blades form upstream edge relative to the air flow, the free edge forming the downstream edge.
Il s’avère que cette configuration a pour effet de générer des zones inefficaces au contact de persiennes dans lesquelles la circulation d’air est freinée, si bien que l’échange thermique entre l’ailette et le flux d’air est réduit. L’invention a pour but d’améliorer les performances de l’échangeur de chaleur en choisissant une configuration des persiennes qui permette de limiter l’apparition de ces zones inefficaces. A cet effet, l’invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant : - au moins une rangée de tubes, - au moins une ailette disposée transversalement à ladite rangée de tubes ; les tubes étant reliés à l’ailette par serrage des tubes dans un collet ménagé dans l’ailette ; et - au moins une rangée de persiennes, ménagée dans l’ailette et intercalée entre deux tubes de la rangée de tubes, chaque persienne comprenant une lame munie d’un bord libre et d’un bord de liaison reliant la persienne à l’ailette, caractérisé en ce que le bord de liaison de la lame d’au moins la première persienne de la rangée forme bord amont par rapport au flux d’air, le bord libre de la lame formant bord aval.It turns out that this configuration has the effect of generating inefficient areas in contact with louvers in which the air flow is braked, so that the heat exchange between the fin and the air flow is reduced. The invention aims to improve the performance of the heat exchanger by choosing a configuration of louvers that can limit the appearance of these inefficient areas. For this purpose, the invention relates to a heat exchanger comprising: - at least one row of tubes, - at least one fin disposed transversely to said row of tubes; the tubes being connected to the fin by clamping the tubes in a collar formed in the fin; and at least one row of louvers, formed in the fin and sandwiched between two tubes of the row of tubes, each louver comprising a blade provided with a free edge and a connecting edge connecting the louver to the fin , characterized in that the connecting edge of the blade of at least the first louver of the row form upstream edge relative to the air flow, the free edge of the blade forming the downstream edge.
On a constaté, de façon surprenante, que la configuration dans laquelle le bord de liaison de la lame d’au moins la première persienne forme bord amont par rapport au flux d’air traversant l’ailette et son bord libre forme bord aval, rend le flux d’air qui traverse les persiennes moins turbulent. Ceci a pour effet de limiter l’apparition de zones inefficaces, et donc d’augmenter l’échange thermique entre les persiennes et le flux d’air. A cet égard, des tests ont permis de constater une augmentation de l’échange thermique de 3% pour une perte de charge équivalente par rapport aux configurations de l’art antérieur.Surprisingly, it has been found that the configuration in which the connecting edge of the blade of at least the first louver forms an upstream edge with respect to the air flow passing through the fin and its free edge forms a downstream edge. the airflow through the louvers less turbulent. This has the effect of limiting the appearance of inefficient areas, and therefore to increase the heat exchange between the shutters and the air flow. In this regard, tests have shown an increase in heat exchange of 3% for equivalent head loss compared to configurations of the prior art.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’échangeur ne comporte qu’une seule rangée de tubes et les bords de liaison de toutes les lames de la rangée forment bord amont par rapport au flux d’air, le bord libre des lames formant bord aval.According to a first embodiment of the invention, the exchanger comprises only one row of tubes and the connecting edges of all the blades of the row form upstream edge with respect to the air flow, the free edge of the blades forming the downstream edge.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, le bord libre d’au moins la lame de la rangée forme bord amont par rapport au flux d’air, le bord de liaison de cette lame formant bord aval.According to a second embodiment of the invention, the free edge of at least the blade of the row forms an upstream edge with respect to the air flow, the connecting edge of this blade forming a downstream edge.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, la rangée de persiennes comprend deux groupes de persiennes, les persiennes du second groupe succédant aux persiennes du premier groupe dans la rangée de persiennes, le bord de liaison des lames du premier groupe formant bord amont par rapport au flux d’air, le bord libre des lames du premier groupe formant bord aval, et le bord libre des lames du second groupe formant bord amont par rapport au flux d’air, le bord de liaison des lames du second groupe formant bord aval.According to a particular embodiment of the invention, the row of louvers comprises two groups of louvers, the louvers of the second group succeeding the louvers of the first group in the row of louvers, the connecting edge of the blades of the first group forming an upstream edge relative to the air flow, the free edge of the blades of the first group forming the downstream edge, and the free edge of the blades of the second group forming an upstream edge with respect to the air flow, the connecting edge of the blades of the second group forming downstream edge.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, les deux groupes de persiennes comprennent un même nombre de persiennes.According to a particular embodiment of the invention, the two groups of louvers comprise the same number of louvers.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, le bord libre de la lame de la dernière persienne du premier groupe est relié au bord libre de la lame de la première persienne du second groupe par une lame de jonction formant pont sensiblement parallèle à la surface de l’ailette.According to a particular embodiment of the invention, the free edge of the blade of the last louver of the first group is connected to the free edge of the blade of the first louver of the second group by a junction blade forming a bridge substantially parallel to the fin surface.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, la dimension de la lame de jonction entre le bord libre de la lame de la dernière persienne du premier groupe et le bord libre de la lame de la première persienne du second groupe est inférieure à 3mm. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’une ailette d’un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une ailette d’un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d’un échangeur de chaleur selon l’invention.According to a particular embodiment of the invention, the dimension of the junction blade between the free edge of the blade of the last louver of the first group and the free edge of the blade of the first louver of the second group is less than 3mm . The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and with reference to the drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of a fin of a heat exchanger; heat according to a first embodiment of the invention; FIG. 2 is a perspective view of a fin of a heat exchanger according to a second embodiment of the invention; - Figure 3 is a perspective view of a heat exchanger according to the invention.
On a représenté à la figure 3 un échangeur de chaleur 1 de type mécanique destiné à équiper un véhicule automobile. L'échangeur de chaleur comprend une rangée de tubes 2 (représentés tronqués pour des raisons de clarté sur les figures 1 et 2), dans lesquels un fluide caloporteur classique est destiné à circuler, et des ailettes 4 (dont une seule a été représentée pour des raisons de clarté) reliées à ces tubes 2.There is shown in Figure 3 a heat exchanger 1 of mechanical type for equipping a motor vehicle. The heat exchanger comprises a row of tubes 2 (shown truncated for the sake of clarity in FIGS. 1 and 2), in which a conventional heat transfer fluid is intended to circulate, and fins 4 (only one of which has been shown for reasons of clarity) related to these tubes 2.
Les tubes 2 sont reliés aux ailettes 4 par serrage des tubes dans des collets 6 ménagés dans les ailettes 4. A cet effet, les ailettes 4 sont munies de trous 8 de passage des tubes. Ces trous de passage 8 ont une forme générale oblongue.The tubes 2 are connected to the fins 4 by clamping the tubes in collars 6 formed in the fins 4. For this purpose, the fins 4 are provided with holes 8 for passage of the tubes. These passage holes 8 have a generally oblong shape.
Dans l'exemple décrit, les tubes 2 ont chacun une forme générale allongée et comportent une section sensiblement oblongue. Les tubes 2 sont agencés sensiblement parallèlement entre eux, de façon à former une rangée unique.In the example described, the tubes 2 each have a generally elongate shape and have a substantially oblong section. The tubes 2 are arranged substantially parallel to each other, so as to form a single row.
Les ailettes 4 ont une forme générale rectangulaire, sensiblement plane, et sont agencées dans l'échangeur de chaleur 1 de façon sensiblement parallèle entre elles et perpendiculaire aux directions longitudinales des tubes 2.The fins 4 have a generally rectangular shape, substantially flat, and are arranged in the heat exchanger 1 substantially parallel to each other and perpendicular to the longitudinal directions of the tubes 2.
Les ailettes 4 sont destinées à s’étendre à travers un flux d’air d’amont en aval lui-même traversant l’échangeur. On a représenté par des flèches F la direction de circulation du flux.The fins 4 are intended to extend through an upstream flow of upstream air itself through the exchanger. Arrows F represent the flow direction of flow.
Pour augmenter l’échange thermique entre le flux F et les ailettes 4, l’échangeur 1 comprend également des rangées 10 de persiennes 12, ménagées dans chaque ailette 4 et intercalées chacune entre deux tubes 2.To increase the heat exchange between the flow F and the fins 4, the exchanger 1 also comprises rows of louvers 12, formed in each fin 4 and each interposed between two tubes 2.
Chaque persienne 12 comprend une lame 14 comprenant un bord libre 16 et un bord de liaison 18 reliant la persienne 12 à l’ailette 4.Each louver 12 comprises a blade 14 comprising a free edge 16 and a connecting edge 18 connecting the louver 12 to the fin 4.
Dans les deux modes de réalisations selon l’invention représentés aux figures 1 et 2, le bord de liaison 18 de la lame 14 d’au moins la première persienne 12 de la rangée 10 forme bord amont par rapport au flux F, le bord libre 16 de la lame 14 formant bord aval.In the two embodiments of the invention shown in Figures 1 and 2, the connecting edge 18 of the blade 14 of at least the first louver 12 of the row 10 form an upstream edge with respect to the flow F, the free edge 16 of the blade 14 forming a downstream edge.
Plus particulièrement, dans le premier mode de réalisation représenté à la figure 1, les bords de liaison 18 de toutes les lames 14 de la rangée 10 forment bord amont par rapport au flux d’air F, le bord libre 16 des lames 14 formant bord aval.More particularly, in the first embodiment shown in Figure 1, the connecting edges 18 of all the blades 14 of the row 10 form an upstream edge with respect to the air flow F, the free edge 16 of the blades 14 forming an edge downstream.
Dans le deuxième mode de réalisation selon l’invention représenté à la figure 2, le bord libre 16 d’au moins la dernière lame 14 de la rangée 10 forme bord amont par rapport au flux d’air F, son bord de liaison 18 formant bord aval.In the second embodiment according to the invention shown in FIG. 2, the free edge 16 of at least the last blade 14 of the row 10 forms upstream edge with respect to the air flow F, its connecting edge 18 forming downstream edge.
Plus particulièrement, dans ce deuxième mode de réalisation, la rangée 10 comprend deux groupes de persiennes 12 comprenant de préférence un même nombre de persiennes 12, les persiennes 12 du second groupe succédant aux persiennes du premier groupe dans la rangée 10 de persiennes.More particularly, in this second embodiment, the row 10 comprises two groups of louvers 12 preferably comprising the same number of louvers 12, the louvers 12 of the second group succeeding the louvers of the first group in the row 10 of louvers.
Sur l’exemple représenté sur la figure 2, la rangée 10 est formée de quatorze persiennes 12 répartis en deux groupes de sept persiennes 12, disposées de part et d’autre d’une lame de jonction 20 reliant le bord libre 16 de la dernière lame 14 du premier groupe au bord libre 16 de la première lame 14 du deuxième groupe.In the example shown in Figure 2, the row 10 is formed of fourteen louvers 12 divided into two groups of seven louvers 12, arranged on either side of a junction blade 20 connecting the free edge 16 of the last blade 14 of the first group at the free edge 16 of the first blade 14 of the second group.
Pour toutes les persiennes 12 du premier groupe, le bord de liaison 18 de chaque lame 14 forme bord amont par rapport au flux d’air F et le bord libre 16 forme bord aval. A l’inverse, pour les persiennes 12 du second groupe, le bord libre 16 de chaque lame 14 forme bord amont par rapport au flux d’air F, et le bord de liaison 18 forme bord aval.For all louvers 12 of the first group, the connecting edge 18 of each blade 14 forms an upstream edge with respect to the air flow F and the free edge 16 forms a downstream edge. Conversely, for louvers 12 of the second group, the free edge 16 of each blade 14 forms an upstream edge with respect to the air flow F, and the connecting edge 18 forms a downstream edge.
La lame de jonction 20 forme un pont sensiblement parallèle à la surface de l’ailette 4 entre les deux groupes de la rangée 10. Par sensiblement parallèle, on entend que le pont est situé dans un plan décalé par rapport à la surface de l’ailette. De préférence, la dimension de la lame de jonction 22 entre le bord libre 16 de la lame 14 de la dernière persienne 12 du premier groupe et le bord libre 16 de la lame 14 de la première persienne 12 du second groupe est inférieure à 3mm. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.The joining blade 20 forms a bridge substantially parallel to the surface of the fin 4 between the two groups of the row 10. By substantially parallel means that the bridge is located in a plane offset from the surface of the fin. Preferably, the dimension of the joining blade 22 between the free edge 16 of the blade 14 of the last louver 12 of the first group and the free edge 16 of the blade 14 of the first louver 12 of the second group is less than 3mm. The invention is not limited to the embodiments presented and other embodiments will become apparent to those skilled in the art.
En particulier, une combinaison des différents modes de réalisation peut être envisagée pour obtenir les effets recherchés.In particular, a combination of the different embodiments can be envisaged to obtain the desired effects.
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