FR3047554A1 - Echangeur de chaleur a tubes ameliores - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube (2) plat de circulation de fluide délimité par des première (2a) et seconde (2b) parois planes opposées. Chaque paroi (2a, 2b) comprend des enfoncements (4) allongés sensiblement parallèles entre eux et à une direction d'écoulement du fluide destiné à circuler dans le tube (2). Les enfoncements de la première paroi (2a) sont décalés transversalement par rapport à ceux de la seconde paroi (2b), de façon à ce qu'un enfoncement de la première paroi (2a) s'étende entre deux enfoncements (4) de la seconde paroi (2b).

Description

Echangeur de chaleur à tubes améliorés
La présente invention concerne un échangeur de chaleur, et plus particulièrement un tube pour échangeur de chaleur de type brasé.
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.
On distingue habituellement des échangeurs de chaleur de type brasé et de type mécanique selon leur procédé de fabrication.
Dans un échangeur de type brasé, les tubes de circulation de fluide sont généralement délimités chacun par des première et seconde parois planes opposées. Des ailettes sont intercalées entre les tubes auxquels elles sont reliées par brasage. Les extrémités des tubes sont reliées à des collecteurs de fluide.
Afin d’augmenter les échanges thermiques dans l’échangeur, il est connu de l’art antérieur de prévoir, entre les première et seconde parois planes de chaque tube, des cloisons internes définissant une ou plusieurs rangées de canaux parallèles.
Ce type de tube présente toutefois l’inconvénient d’être cher à fabriquer, car il est généralement réalisé par extrusion dans des matériaux sensibles à la corrosion. En outre, il est difficile de réaliser un tube dont les parois ont une faible épaisseur tout en conservant des canaux de largeur importante.
On connaît du document US 8'267’163 un échangeur de chaleur comprenant des tubes plats de circulation de fluide caloporteur délimités chacun par des première et seconde parois planes opposées comprenant plusieurs rangées de petits enfoncements localisés.
Cependant, la présence de ces enfoncements en grand nombre, et en particulier les discontinuités qu’ils engendrent le long des parois, a pour conséquence une perte de charge importante du fluide circulant dans les tubes. L’invention a pour but de proposer un échangeur de chaleur dont les tubes permettent d’augmenter l’échange thermique avec des pertes de charge limitées et dont le coût de fabrication est réduit. A cet effet, l’invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube plat de circulation de fluide délimité par des première et seconde parois planes opposées, caractérisé en ce que chaque paroi comprend des enfoncements allongés sensiblement parallèles entre eux et à une direction d’écoulement du fluide destiné à circuler dans le tube, les enfoncements de la première paroi étant décalés transversalement par rapport à ceux de la seconde paroi, de façon à ce qu’un enfoncement de la première paroi s’étende entre deux enfoncements de la seconde paroi.
Du fait que les enfoncements sont allongés, il n’y a pas de discontinuités le long des parois du tube, et les pertes de charge sont limitées. Par ailleurs, le coût de fabrication d’un tel tube est limité car les enfoncements peuvent être réalisés par mise en forme des parois planes du tube, sans extrusion.
Enfin, les enfoncements de la première paroi étant décalés transversalement par rapport à ceux de la seconde paroi, de façon à ce qu’un enfoncement de la première paroi s’étende entre deux enfoncements de la seconde paroi, on accentue l’effet de canal plat avec des contours arrondis, ceci étant propice à l’échange thermique sans pertes de charge importantes.
Dans un mode de réalisation particulier, deux enfoncements successifs d’une même paroi plane sont séparés par une portion plane de cette même paroi.
Dans un mode de réalisation particulier, chaque paroi comprend une partie centrale s’étendant dans le sens longitudinal du tube dans laquelle s’étendent les enfoncements et des parties d’extrémité longitudinale sans enfoncements s’étendant dans le sens longitudinal du tube.
Conserver une partie d’extrémité longitudinale du tube sans enfoncements permet de conserver une surface pour le brasage des tubes au collecteur.
Dans un mode de réalisation particulier, la distance entre les faces internes des parois planes dans la partie centrale comportant des enfoncements est inférieure à la distance entre les faces internes des parois planes dans les parties d’extrémité longitudinale.
Dans un mode de réalisation particulier, la distance entre les faces externes des parois dans les parties d’extrémité longitudinale est comprise entre 0.8 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1.4 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, la longueur des parties d’extrémité longitudinale est comprise entre 20 mm et 40 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, la section du tube étant de forme générale oblongue, la largeur de la partie centrale comportant des enfoncements est égale au moins à 70% de la largeur du tube, de préférence au moins 80% de la largeur du tube, la largeur du tube étant définie comme le grand axe de la section du tube.
Dans un mode de réalisation particulier, la variation entre, d’une part, la distance maximale entre les faces internes des parois planes dans la partie centrale comportant des enfoncements et, d’autre part, la distance minimale entre les faces internes des parois dans la partie centrale est inférieure à 20% la distance minimale entre les faces internes des parois dans la partie centrale.
De préférence, chaque paroi comprend des parties d’extrémité latérale s’étendant dans le sens latéral du tube sans enfoncements.
Dans un mode de réalisation particulier, la distance entre les faces internes des parois planes dans la partie centrale comportant des enfoncements est inférieure à la distance entre les faces internes des parois planes dans les parties d’extrémité latérale.
Dans un mode de réalisation particulier, la distance entre les faces externes des parois dans les parties d’extrémité latérale est comprise entre 0.8 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1.4 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, la distance maximale entre les faces internes des parois dans la partie centrale comportant des enfoncements est comprise entre 0.3 mm et 0.8 mm, de préférence entre 0.5 mm et 0.6 mm.Dans un mode de réalisation particulier, l’épaisseur des parois est comprise entre 0.2 mm et 0.4 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, l’échangeur comprenant au moins deux tubes plats de circulation de fluide consécutifs délimités chacun par des première et seconde parois planes opposées, la section de chaque tube étant de forme générale oblongue, la distance entre les plans longitudinaux médians de deux tubes consécutifs est comprise entre 5 mm et 10 mm, de préférence entre 5 mm et 8 mm. L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur selon l’invention. 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 coupe transversale d’un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d’une partie d’un tube d’un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant le plan lll-lll de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de détail de la partie cerclée IV de la figure 3.
On a représenté à la figure 1 une partie d’un échangeur de chaleur 1 brasé, selon l’invention, destiné à équiper un véhicule automobile. L’échangeur de chaleur 1 comprend des tubes 2 plats de circulation de fluide reliés par brasage à des ailettes 3 superposées. Pour des raisons de clarté, on n’a représenté à la figure 1 qu’une seule de ces ailettes 3.
Chaque tube 2 a une forme générale allongée plane tubulaire de section sensiblement oblongue, et est délimité par des première et seconde parois planes opposées 2a, 2b.
De préférence, la distance, ou pas P, entre les plans longitudinaux médians de deux tubes 2 consécutifs est comprise entre 5 mm et 10 mm, de préférence entre 5 mm et 8 mm.
Par ailleurs, l’épaisseur TT (voir notamment la figure 3) de la première paroi 2a et de la seconde paroi 2b, est avantageusement comprise entre 0.2 mm et 0.4 mm.
Comme on peut le voir sur la figure 2 notamment, chaque paroi 2a, 2b comprend des enfoncements 4 allongés sensiblement parallèles entre eux et à une direction d’écoulement du fluide destiné à circuler dans le tube 2.
Les enfoncements 4 s’étendent sur des parties centrales 6 respectives de la première paroi 2a et de la seconde paroi 2b, qui s’étendent dans le sens longitudinal du tube 2 de manière à laisser sans enfoncements 4 des parties d’extrémité longitudinale 8 qui s’étendent dans le sens longitudinal du tube 2. Le terme longitudinal doit ici être compris comme suivant la direction longitudinale du tube, qui correspond à la direction de l’écoulement du fluide destiné à circuler dans le tube 2.
Dans un mode de réalisation préféré, la longueur LE des parties d’extrémité longitudinale 8 est comprise entre 20 mm et 40 mm.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 3, et plus particulièrement sur la figure 4, la partie centrale 6 comprenant les enfoncements 4 s’étend dans le sens latéral du tube 2 de manière à laisser sans enfoncements des parties d’extrémité latérale 10 qui s’étendent dans le sens latéral du tube 2. Le terme latéral doit ici être compris comme suivant la direction latérale du tube, qui correspond à la direction de la largeur du tube 2, la largeur du tube étant définie comme le grand axe de la section oblongue du tube 2.
De préférence, la largeur WD de la partie centrale 6 est égale à au moins 70% de la largeur du tube 2, voire 80% de la largeur du tube 2.
Comme on peut le voir aux figures 3 et 4, dans le mode de réalisation illustré, les enfoncements 4 ont une section transversale semi-circulaire.
Les enfoncements de la première paroi 2a (paroi supérieure) sont décalés transversalement par rapport à ceux de la deuxième paroi 2b (paroi inférieure), de façon à ce qu’un enfoncement 4 de la première paroi 2a s’étende entre deux enfoncements 4 de la seconde paroi 2b.
Par ailleurs, deux enfoncements 4 successifs d’une même paroi 2a, 2b plane sont séparés par une portion plane 12 de cette même paroi 2a, 2b.
Ainsi, un enfoncement 4 de la première paroi 2a est situé en regard d’une portion plane 12 de la seconde paroi 2b.
La distance H entre les faces internes 14 des parois planes 2a,2b dans la partie centrale 6, où s’étendent les enfoncements 4, est inférieure à la distance HE entre les faces internes 14 des parois 2a, 2b planes dans les parties d’extrémité longitudinale 8, ainsi que dans les parties d’extrémité latérale 10.
En particulier, comme on peut le voir à la figure 4, la variation entre, d’une part, la distance maximale EL entre les faces internes 14 des parois 2a, 2b dans la partie centrale 6 comportant des enfoncements 4 et, d’autre part, la distance minimale H2 entre les faces internes 14 des parois 2a, 2b dans la partie centrale 6 est inférieure à 20% entre les faces internes 14 des parois 2a, 2b dans la partie centrale 6.
De préférence, la distance maximale entre les faces internes 14 des parois 2a, 2b, qui correspond à la distance H dans la partie centrale 6 comportant les enfoncements 4, est comprise entre 0.3 mm et 0.8 mm, de préférence entre 0.5 mm et 0.6 mm.
De préférence également, la distance maximale entre les faces externes 16 des parois 2a, 2b, également appelée hauteur du tube HT, est comprise entre 0.8 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1.4 mm.
La hauteur du tube HT correspond en l’occurrence à, d’une part, la distance entre les faces externes 16 des parois 2a, 2b dans les parties d’extrémité longitudinale 8, et, d’autre part, à la distance entre les faces externes des parois 2a, 2b dans les parties d’extrémité latérale 10. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Ainsi, la section transversale des enfoncements pourra avoir une forme générale triangulaire ou rectangulaire plutôt que semi-circulaire.
Le tube pourra également être un tube plié avec des jambes centrales, ou un tube électro-soudé.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Echangeur de chaleur comprenant au moins un tube (2) plat de circulation de fluide délimité par des première (2a) et seconde (2b) parois planes opposées, caractérisé en ce que chaque paroi (2a, 2b) comprend des enfoncements (4) allongés sensiblement parallèles entre eux et à une direction d’écoulement du fluide destiné à circuler dans le tube (2), les enfoncements de la première paroi (2a) étant décalés transversalement par rapport à ceux de la seconde paroi (2b), de façon à ce qu’un enfoncement de la première paroi (2a) s’étende entre deux enfoncements (4) de la seconde paroi (2b).
  2. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel deux enfoncements (4) successifs d’une même paroi plane (2a, 2b) sont séparés par une partie plane (12) de cette même paroi.
  3. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque paroi (2a, 2b) comprend une partie centrale (6) s’étendant dans le sens longitudinal du tube (2) dans laquelle s’étendent les enfoncements (4) et des parties d’extrémité longitudinale (8) sans enfoncements (4) s’étendant dans le sens longitudinal du tube (2).
  4. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, dans lequel la distance (H) entre les faces internes (14) des parois planes (2a, 2b) dans la partie centrale (6) comportant des enfoncements (4) est inférieure à la distance (HE) entre les faces internes (14) des parois planes (2a, 2b) dans les parties d’extrémité longitudinale (8).
  5. 5. Echangeur de chaleur selon la revendications 3 ou 4, dans lequel la distance (HT) entre les faces externes (16) des parois (2a, 2b) dans les parties d’extrémité longitudinale (8) est comprise entre 0.8 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1.4 mm.
  6. 6. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la longueur (LE) des parties d’extrémité longitudinale (8) est comprise entre 20 mm et 40 mm.
  7. 7. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel, la section du tube (2) étant de forme générale oblongue, la largeur (WD) de la partie centrale (6) comportant des enfoncements (4) est égale au moins à 70% de la largeur du tube (2), de préférence au moins à 80% de la largeur du tube (2), la largeur du tube (2) étant définie comme le grand axe de la section du tube (2),
  8. 8. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la variation entre, d’une part la distance maximale (H^ entre les faces internes (14) des parois (2a,2b) dans la partie centrale (6) comportant des enfoncements (4) et, d’autre part, la distance minimale (H2) entre les faces internes (14) des parois (2a, 2b) dans la partie centrale (6) est inférieure à 20% de la distance minimale (H2) entre les faces internes (14) des parois (2a, 2b) dans la partie centrale (6).
  9. 9. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque paroi (2a, 2b) comprend des parties d’extrémité latérale (10) s’étendant dans le sens latéral du tube (2) sans enfoncements (4).
  10. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9 , dans lequel la distance (H) entre les faces internes (14) des parois planes (2a, 2b) dans la partie centrale (6) comportant des enfoncements (4) est inférieure à la distance (HE) entre les faces internes (14) des parois planes (2a, 2b) dans les parties d’extrémité latérale (10).
  11. 11. Echangeur de chaleur selon la revendications 9 ou 10, dans lequel la distance (HT) entre les faces externes (16) des parois (2a,2b) dans les parties d’extrémité latérale (10) est comprise entre 0.8 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1.4 mm.
  12. 12. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la distance maximale (H) entre les faces internes (14) des parois (2a, 2b) dans la partie centrale (6) comportant des enfoncements (4) est comprise entre 0.3 mm et 0.8 mm, de préférence entre 0.5 mm et 0.6 mm.
  13. 13. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur (TT) des parois (2a, 2b) est comprise entre 0.2 mm et 0.4 mm.
  14. 14. Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux tubes (2) plats de circulation de fluide consécutifs délimités chacun par des première (2a) et seconde (2b) parois planes opposées, la section de chaque tube (2) étant de forme générale oblongue, dans lequel la distance (P) entre les plans longitudinaux médians de deux tubes (2) consécutifs est comprise entre 5 mm et 10 mm, de préférence entre 5 mm et 8 mm.
  15. 15. Véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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