FR3062901A1 - Tube d’echangeur thermique, echangeur thermique et procede d’assemblage du tube correspondants - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un tube (3) pour échangeur thermique, réalisé à partir d'une bande métallique pliée de façon à définir au moins deux canaux de circulation pour un fluide. Selon l'invention, le tube (3) comporte une plaque de perturbation (9) dans le volume interne du tube (3), la plaque de perturbation (9) comportant : - une base (90) sensiblement plane, et - une pluralité de perturbateurs (91, 92) formés localement sur la base (90) et étant conformés de façon à venir au contact d'une paroi intérieure du tube (3). L'invention concerne également un échangeur thermique (1) comprenant de tels tubes (3) et un procédé d'assemblage d'un tel tube (3).
Description
Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUESTHS.
FR 3 062 901 - A1 (□4) TUBE D'ECHANGEUR THERMIQUE, ECHANGEUR THERMIQUE ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE DU TUBE CORRESPONDANTS.
©) L'invention concerne un tube (3) pour échangeur thermique, réalisé à partir d'une bande métallique pliée de façon à définir au moins deux canaux de circulation pour un fluide.
Selon l'invention, le tube (3) comporte une plaque de perturbation (9) dans le volume interne du tube (3), la plaque de perturbation (9) comportant:
- une base (90) sensiblement plane, et
- une pluralité de perturbateurs (91, 92) formés localement sur la base (90) et étant conformés de façon à venir au contact d'une paroi intérieure du tube (3).
L'invention concerne également un échangeur thermique (1) comprenant de tels tubes (3) et un procédé d'assemblage d'un tel tube (3).
-1Tube d’échangeur thermique, échangeur thermique et procédé d’assemblage du tube correspondants
L’invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques pour véhicules automobiles, notamment des radiateurs de refroidissement par exemple parcourus par le liquide de refroidissement du moteur. L’invention concerne plus particulièrement un tube pour un tel échangeur thermique.
De façon connue les échangeurs thermiques permettent un échange thermique entre un premier fluide et un deuxième fluide.
L’invention concerne en particulier des échangeurs thermiques fonctionnant à basse température, notamment de tels échangeurs thermiques font partie d’une boucle de circulation du premier fluide, dite boucle basse température, par opposition à la boucle dite haute température de refroidissement du moteur.
Le premier fluide, tel que le liquide de refroidissement, circule dans la boucle basse température avec un débit plus faible que lorsqu’il circule dans la boucle haute température ce qui engendre une performance d’échange thermique moins importante dans la boucle basse température que dans la boucle haute température.
L’amélioration des performances thermiques des échangeurs thermiques tels que les radiateurs automobiles nécessite une amélioration du transfert thermique aussi bien au niveau du deuxième fluide tel que de l’air circulant entre les tubes qu’au niveau du premier fluide tel que du liquide circulant à l’intérieur des tubes.
Selon une solution connue, les tubes de circulation de fluide pour de tels échangeurs thermiques sont obtenus à partir d’une bande métallique qui est pliée selon la section transversale souhaitée, par exemple sensiblement en « B ». Deux canaux de circulation de fluide longitudinaux et parallèles, correspondant aux boucles du B, sont alors définis. Ainsi, le tube plié présente deux parois longitudinales opposées reliées par deux parois latérales généralement sensiblement incurvées, et les bordures de la bande métallique sont jointes et tournées vers l’intérieur du tube en s’étendant sensiblement perpendiculairement aux parois longitudinales pour définir une branche centrale, aussi appelée jambe, délimitant les deux canaux de circulation de fluide.
Pour améliorer les performances thermiques, il est connu de disposer des intercalaires internes ondulés à l’intérieur des canaux du tube plié. L’ensemble peut être
-2solidarisé par brasage notamment au niveau des sommets des plis longitudinaux de chaque intercalaire ondulé sur la face interne de la paroi pliée en B de chaque tube.
Cependant, de tels intercalaires, du fait de leurs ondulations, nécessitent beaucoup de matière pour réaliser la surface d’échange thermique supplémentaire.
De plus, l’insertion des intercalaires ondulés dans les canaux des tubes pliés en « B » peut s’avérer difficile. En particulier, la présence de la branche centrale peut gêner l’insertion d’un intercalaire double présentant deux réseaux de plis ondulés respectivement destinés à être inséré dans l’un des deux canaux de circulation de fluide.
Par ailleurs, une recherche constante dans le domaine des échangeurs thermiques est également de limiter les pertes de charge.
L’invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement ces problèmes de l’art antérieur en proposant une alternative permettant d’augmenter l’échange thermique à l’intérieur du tube tout en réduisant les pertes de charges et en facilitant l’assemblage du tube.
À cet effet l’invention a pour objet un tube pour échangeur thermique, réalisé à partir d’une bande métallique pliée de façon à définir au moins deux canaux de circulation pour un fluide. Selon l’invention, le tube comporte une plaque de perturbation agencée dans le volume interne du tube, la plaque de perturbation comportant :
une base sensiblement plane, et une pluralité de perturbateurs formés localement sur la base et étant conformés de façon à venir au contact d’une paroi intérieure du tube.
La plaque de perturbation forme ainsi un insert de surface d’échange thermique situé à l’intérieur du tube de façon à favoriser l’échange thermique entre le tube et le fluide tel que le liquide de refroidissement.
De plus, la base sensiblement plane de la plaque de perturbation permet une insertion simple dans le tube.
Le tube peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
les perturbateurs sont conformés de façon à venir en contact avec deux parois intérieures opposées du tube ;
le tube comprend une branche centrale délimitant les deux canaux de circulation
-3pour le fluide, de sorte que le tube présente en section transversale un profil sensiblement en « B », la bande métallique présente une épaisseur inférieure à 0.25mm, de préférence inférieure à 0.22mm, la plaque de perturbation est centrée dans le tube, la plaque de perturbation s’étend sur toute la longueur du tube, la plaque de perturbation est configurée pour s’étendre longitudinalement selon une direction longitudinale sensiblement parallèle à la direction d’écoulement du fluide dans le tube, les perturbateurs s’étendent selon une direction d’extension principale sensiblement parallèle à la direction longitudinale de la plaque de perturbation, les perturbateurs s’étendent selon une direction d’extension principale oblique par rapport à la direction longitudinale de la plaque de perturbation, le tube présente deux parois longitudinales opposées reliées par deux parois latérales opposées, au moins un bord longitudinal de la plaque de perturbation est conformé de façon à épouser la forme d’une paroi latérale du tube, les perturbateurs sont disposés localement sur toute la longueur de la plaque de perturbation, les perturbateurs sont disposés selon plusieurs rangées, les perturbateurs sont disposés en quinconce, les perturbateurs sont disposés sur deux faces opposées de la plaque de perturbation, les perturbateurs sont agencés selon un pas régulier dans la direction longitudinale de la plaque de perturbation, les perturbateurs forment des motifs identiques en relief par rapport au plan général défini par la base de la plaque de perturbation sur les deux faces opposées, les perturbateurs définissent des motifs choisis parmi la liste suivante : motifs bombés, sensiblement allongés, sensiblement elliptiques, sensiblement ovoïdes, sensiblement ovales, sensiblement oblongs, sensiblement rectangulaires, sensiblement en créneaux, quadrilatères, parallélogrammes, les perturbateurs définissent par paire des motifs sensiblement oblongs avec un premier perturbateur formant relief sur la première face de la plaque de perturbation
-4et un deuxième perturbateur formant relief sur la deuxième face de la plaque de perturbation opposée à la première face, les perturbateurs présentent une longueur comprise entre 8mm et 16mm, les perturbateurs sont agencés avec un pas entre deux paires de perturbateurs d’une même rangée compris entre 18mm et 31mm, les perturbateurs sont agencés avec un pas entre deux paires de perturbateurs de deux rangées adjacentes inférieur à 1mm, les perturbateurs sont agencés avec une distance entre une rangée extrémale de perturbateurs et une ligne médiane de la plaque de perturbation, comprise entre 4mm et 10mm, les motifs présentent au moins une ouverture, les perturbateurs sont réalisés par des parallélogrammes s’étendant dans le sens de la longueur selon la direction oblique par rapport à la direction longitudinale de la plaque de perturbation, et dans le sens de la largeur selon la direction longitudinale de la plaque de perturbation, les perturbateurs présentent respectivement une largeur comprise entre 2mm et 4mm, les perturbateurs sont agencés avec un pas entre deux perturbateurs successifs d’une même rangée de l’ordre de 18mm à 31mm, les perturbateurs sont agencés avec une distance entre deux perturbateurs de deux rangées adjacentes de l’ordre de 2 mm à 5mm, l’angle d’inclinaison est de l’ordre de 20° à 29° entre la direction oblique et la direction longitudinale de la plaque de perturbation, la plaque de perturbation comporte une pluralité de premiers perturbateurs et une pluralité de deuxièmes perturbateurs étant respectivement les images des premiers perturbateurs par au moins une transformation de la liste suivante : symétrie centrale, symétrie axiale, symétrie orthogonale, translation, rotation, le tube est configuré pour la circulation d’un fluide à un débit inférieur ou de l’ordre de 2000L/h, le tube est configuré pour la circulation d’un fluide à une pression inférieure à 2 bars ;
le tube est configuré pour la circulation d’un fluide à une température inférieure ou
-5de l’ordre de 70°C, le tube est configuré pour la circulation d’un fluide sous forme liquide, tel que du liquide de refroidissement.
L’invention concerne aussi un échangeur thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, notamment pour véhicule automobile, configuré pour fonctionner à basse température.
Selon l’invention, ledit échangeur comporte une pluralité de tubes tels que décrits précédemment, définissant respectivement au moins deux canaux de circulation pour le premier fluide et comportant respectivement une plaque de perturbation de l’écoulement du premier fluide.
L’invention concerne encore un procédé d’assemblage d’un tube tel que défini précédemment pour échangeur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :
on réalise les perturbateurs sur une plaque de perturbation, on plie une bande métallique de façon à former une enveloppe délimitant au moins deux canaux de circulation de fluide, et on insère la plaque de perturbation présentant les perturbateurs dans l’enveloppe.
L’insertion de telles plaques de perturbation avec une base sensiblement plane dans des tubes associés peut se faire en continu pendant le pliage des tubes.
Selon un aspect de l’invention, on réalise les perturbateurs par application d’une première partie d’outillage sur une première face de la plaque de perturbation et d’une deuxième partie d’outillage complémentaire à la première partie d’outillage sur une deuxième face de la plaque de perturbation opposée à la première face.
Selon un autre aspect de l’invention, on insère la plaque de perturbation présentant les perturbateurs avant fermeture complète de l’enveloppe.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue d’ensemble d’un échangeur thermique tel qu’un radiateur de refroidissement, comprenant une pluralité de tubes selon l’invention,
-6- la figure 2 est une vue en perspective d’un tube selon l’invention comprenant une plaque de perturbation selon un premier mode de réalisation,
- la figure 3 est une vue en coupe transversale du tube de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en perspective montrant une plaque de perturbation selon le premier mode de réalisation partiellement insérée dans un tube,
- la figure 5 est une vue de dessus d’une plaque de perturbation selon le premier mode de réalisation,
- la figure 6 est une vue agrandie d’une portion de la figure 5,
- la figure 7 est une vue en coupe transversale d’un tube similaire à la figure 3 comprenant une plaque de perturbation selon une variante de réalisation,
- la figure 8 est une vue en coupe transversale d’un tube similaire à la figure 3 comprenant une plaque de perturbation selon une autre variante de réalisation,
- la figure 9 est une vue agrandie d’une portion d’extrémité de la figure 8,
- la figure 10 est une vue agrandie d’une portion centrale de la figure 8,
- la figure 11 est une vue en perspective d’un tube selon l’invention comprenant une plaque de perturbation selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 12 est une vue de dessus d’une plaque de perturbation selon le deuxième mode de réalisation, et
- la figure 13 est une vue agrandie d’une portion de la figure 12.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Les éléments des figures 11 à 13 correspondant aux éléments des figures 2 à 10 selon un autre mode de réalisation, portent les mêmes références que les éléments des figures 2 à 10 précédées d’une centaine 1.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour
-7différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.
L’invention trouve son application pour un échangeur thermique 1 tel que représenté sur la figure 1, permettant un échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide. L’échangeur thermique 1 fonctionne à basse température, notamment il fait partie d’une boucle de circulation du premier fluide à basse température et à bas débit. Le premier fluide circule en particulier sous forme liquide à travers l’échangeur thermique 1.
Il s’agit, par exemple, d’un radiateur de refroidissement d’un véhicule automobile, d’une boucle de circulation d’un liquide de refroidissement à basse température et à bas débit. On entend par bas débit, un débit de l’ordre de ou inférieur à 2000 L/h. On entend par basse température, une température de l’ordre de ou inférieure à 70°C. De plus, l’échangeur thermique 1 peut être utilisé pour des pressions du deuxième fluide inférieures à 2 bars.
L’échangeur thermique 1 comprend un faisceau de tubes 3 parallèles s’étendant longitudinalementet deux boites collectrices 5.
Le premier fluide est destiné à circuler dans les tubes 3, et le deuxième fluide entre les tubes 3. Les tubes 3, notamment leurs extrémités longitudinales débouchent respectivement dans le volume intérieur défini par une boite collectrice 5. Les boites collectrices 5 permettent de distribuer ou collecter le premier fluide. Les boites collectrices 5 s’étendent perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes 3.
L’échangeur thermique 1 peut encore comporter des intercalaires 7 agencés entre les tubes 3, de façon à augmenter la surface d’échange thermique entre le premier fluide circulant dans les tubes 3 et le deuxième fluide, notamment de l’air, traversant l’échangeur thermique 1.
Les tubes 3 et les intercalaires 7 sont par exemple réalisés en aluminium ou en alliage d’aluminium.
-8Un exemple de tube 3 d’un tel échangeur thermique 1 est représenté sur la figure 2. Le tube 3 présente une forme générale sensiblement allongée et aplatie, avec :
deux parois longitudinales 31 opposées entre elles, et deux parois latérales 33 opposées, reliant les deux parois longitudinales 31 entres elles.
Les parois latérales 33 sont, notamment, de forme semi-circulaire de sorte que le tube 3 possède une section transversale sensiblement oblongue.
Un tel tube 3 est réalisé à partir d’une bande métallique, par exemple d’aluminium, aussi appelée feuillard métallique. Cette bande métallique présente une épaisseur inférieure à 0.25mm, de préférence inférieure à 0.22mm.
La bande métallique est pliée sur elle-même de façon à définir un volume interne V du tube 3. Selon l’exemple illustré, la bande métallique est pliée de façon à définir au moins deux canaux de circulation pour le premier fluide. Le tube 3 plié peut présenter en section transversale une forme sensiblement en « B » comme cela est mieux visible sur la figure 3. On parle alors de tube plié en « B ». Le tube 3 présente dans ce cas une branche centrale aussi appelée «jambe » 35, formée par les bords longitudinaux de la bande métallique qui se rejoignent de façon à diviser le volume interne V du tube 3 en au moins deux canaux sur tout ou partie de la longueur du tube 3. Cette branche centrale 35 s’étend sensiblement perpendiculairement aux parois longitudinales 31 du tube 3.
Le tube 3 comporte en outre une plaque de perturbation 9 (figures 2 à 10) ou 109 (figures 11 à 13), insérée dans le volume interne V du tube 3, de façon à favoriser un échange thermique entre le tube 3 et le premier fluide.
Une telle plaque de perturbation 9 (figures 2 à 10) ou 109 (figures 11 à 13) est selon l’exemple illustré de forme générale sensiblement rectangulaire avec une longueur La et une largeur la. En se référant aux figures 2 ou 11, la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 9 ou 109 est sensiblement parallèle à la direction d’écoulement D du premier fluide lorsque la plaque de perturbation 9 ou 109 est agencée dans le tube 3.
La plaque de perturbation 9 ou 109 peut s’étendre longitudinalement sur toute la longueur du tube 3.
-9Dans l’exemple illustré sur les figures 2 et 3 ou 11, la plaque de perturbation 9 ou 109 s’étend de façon continue entre les deux parois latérales 33 du tube 3, donc sur toute la largeur du tube 3. Cette plaque de perturbation 9 ou 109 est avantageusement centrée à l’intérieur du tube 3.
Selon une alternative non représentée, le tube 3 plié en B comme décrit précédemment peut comprendre deux plaques de perturbation 9 ou 109, une dans chaque canal de circulation défini de part et d’autre de la branche centrale 35. Dans ce cas, la branche centrale 35 du tube 3 vient en contact contre la paroi longitudinale 31 opposée. Cette alternative permet une meilleure résistance à la pression.
Plus précisément, la plaque de perturbation 9, respectivement 109, comprend une base 90, respectivement 190, sensiblement plane. Sur cette base 90 ; 190, des perturbateurs 91, 92, respectivement 191, 192, configurés pour dévier le premier fluide, sont formés localement.
La base 90 ; 190, de la plaque de perturbation 9 ; 109, n’est pas réalisée sous forme ondulée et ne définit pas, à l’intérieur du volume interne V du tube 3, une pluralité de canaux distincts et étanches pour la circulation du premier fluide.
La plaque de perturbation 9 ; 109 est relativement fine. L’épaisseur de la base 90 ; 190, est par exemple inférieure ou égale à 70 pm.
Les perturbateurs 91, 92, respectivement 191, 192, sont conformés pour perturber la circulation du premier fluide afin d’augmenter les performances de l’échangeur thermique dans lequel le tube 3 est disposé. Autrement dit, leur forme permet de créer des turbulences dans l’écoulement du premier fluide circulant dans le tube 3 recevant la plaque de perturbation 9, respectivement 109.
Les perturbateurs 91, 92 ; 191, 192, peuvent être répartis sur toute la longueur La de la plaque de perturbation 9 ; 109, qui s’étend selon le sens d’écoulement du premier fluide à perturber.
En se référant plus particulièrement aux figures 3 ou 11, la plaque de perturbation 9, respectivement 109, présente une première face et une deuxième face opposées 9a et 9b, respectivement 109a et 109b. La première face 9a ; 109a présente des perturbateurs 91 ; 191. La deuxième face 9b ; 109b présente des perturbateurs 92 ; 192.
Les perturbateurs 91 ; 191, forment des reliefs sur la première face 9a ; 109a, de la
-10plaque de perturbation 9 ; 109. Les perturbateurs 92 ; 192, forment des reliefs sur la deuxième face 9b ; 109b de la plaque de perturbation 9 ; 109. Les perturbateurs 91, 92 ou 191, 192 sont des surélévations par rapport à la base 90 ou 190 sensiblement plane.
De plus, les perturbateurs 91, 92 ou 191, 192 sont conformés ou configurés de manière à venir en contact avec une paroi intérieure du tube 3. En particulier, les perturbateurs 91, 92 ou 191, 192 sont conformés ou configurés de façon à venir en contact avec deux parois intérieures opposées du tube 3.
Ce contact permet de maintenir la plaque de perturbation 9 ou 109 à l’intérieur du tube 3. C’est également ce contact des perturbateurs 91, 92 ou 191, 192 avec les parois intérieures du tube 3 qui permet de maintenir la plaque de perturbation 9 ou 109 centrée à l’intérieur du tube 3.
La plaque de perturbation 9 ou 109 peut être assemblée au tube 3, par exemple, par brasage, notamment au niveau des perturbateurs 91, 92 ou 191, 192.
De plus, la plaque de perturbation 9 ou 109 peut comporter des premiers perturbateurs 91 ou 191 et des deuxièmes perturbateurs 92 ou 192, chaque deuxième perturbateur 92 ou 192 étant une image d’un premier perturbateur 91 ou 191, par au moins une transformation de la liste suivante : symétrie centrale, symétrie axiale, symétrie orthogonale, translation, rotation.
Par ailleurs, les perturbateurs 91, 92 ou 191, 192 définissent des motifs qui peuvent être identiques de part et d’autre de la base 90 ou 190 sensiblement plane de la plaque de perturbation 9 ou 109. De plus, les perturbateurs 91, 92 ou 191, 192 présentent avantageusement la même hauteur de part et d’autre de la base 90 ou 190 sensiblement plane, ce qui permet de garantir la même hauteur de contact de la plaque de perturbation 9, 109 avec les parois internes du tube 3. À titre d’exemple non limitatif, on peut prévoir une hauteur du tube 3 de l’ordre de 1,5mm à 2mm. Dans cet exemple, la hauteur des perturbateurs peut être de l’ordre de 0,5mm à 0,75mm.
On peut prévoir n’importe quelle forme ou motif défini par les perturbateurs 91, ou 191, 192 en relief sur les deux faces 9a, 9b ou 109a, 109b. On peut citer comme exemple, des formes sensiblement bombées, des formes sensiblement ondulées, des formes sensiblement allongées, des formes sensiblement elliptiques, des formes sensiblement ovoïdes, des formes sensiblement ovales par exemple oblongues, des
-11formes sensiblement rectangulaires, ou des formes sensiblement en créneaux, par exemple à angle droit, ou encore des quadrilatères tels que des parallélogrammes.
En référence aux figures 2 à 10, on décrit en particulier un premier mode de réalisation des perturbateurs 91, 92.
Selon le premier mode de réalisation, les perturbateurs 91, 92 s’étendent selon une direction d’extension principale sensiblement parallèle à la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 9.
Selon ce premier mode de réalisation, les perturbateurs 91, 92 définissent des motifs de forme sensiblement ovale, par exemple de forme sensiblement oblongue. La forme oblongue s’étend longitudinalement selon la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 9. La direction longitudinale L étant sensiblement parallèle à la direction d’écoulement D du premier fluide, ceci permet de perturber l’écoulement de ce premier fluide sans générer trop de pertes de charge.
En se référant à la figure 3, les perturbateurs 91, 92 sont ménagés par paire sur la plaque de perturbation 9. Dans cet exemple, chaque paire de perturbateurs 91, 92 définit un motif sensiblement oblong. Autrement dit, chaque perturbateur 91, 92 d’une paire forme une moitié du motif sensiblement oblong.
Plus précisément, chaque paire de perturbateurs comprend : un premier perturbateur 91 formant relief sur la première face 9a de la plaque de la plaque de perturbation 9, et un deuxième perturbateur 92 formant relief sur la deuxième face 9b de la plaque de perturbation 9.
Le premier perturbateur 91 forme sensiblement un bombement sur la première face 9a (voir figures 2 à 4) et forme un creux au niveau de la deuxième face 9b. De façon similaire, le deuxième perturbateur 92 forme sensiblement un bombement sur la deuxième face 9b (voir figure 3), et forme un creux au niveau de la première face 9a (voir figures 2 et 4).
De façon avantageuse, le premier perturbateur 91 et le deuxième perturbateur 92 sont symétriques selon une symétrie centrale de centre O schématisé sur les figures 2 et
3.
Selon le premier mode de réalisation illustré, en particulier sur les figures 2 et 4,
-12les deux perturbateurs 91 et 92 d’une paire présentent un ou plusieurs points de jonction 93, autrement dit communs aux deux perturbateurs 91, 92.
En outre, on peut prévoir une ouverture 94 entre les deux perturbateurs 91 et 92 d’une paire. Bien entendu, on peut prévoir d’autres formes ouvertes ou non.
De plus, comme cela est visible sur la figure 5, les perturbateurs 91, 92 peuvent être agencés en rangées 11. Les perturbateurs 91, 92 peuvent être disposés en quinconce, plus précisément les perturbateurs 91, 92 d’une rangée 11 peuvent être agencés en quinconce avec les perturbateurs 91, 92 de la ou des rangées 11 adjacentes.
La plaque de perturbation 9 présente donc une forme générale sensiblement en râpe de part et d’autre de la base 90 sensiblement plane.
En se référant à la figure 6, les paires de perturbateurs 91, 92 de chaque rangée 11 sont avantageusement agencés selon un pas PI régulier dans la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 9. Le pas PI entre deux paires de perturbateurs 91 et 92 successives d’une même rangée 11, est avantageusement compris entre 18mm et 31mm, de préférence entre 18.5mm et 30.63mm.
En outre, la longueur Lb de chaque perturbateur 91, 92 est avantageusement de l’ordre de 8mm à 16mm, de préférence de 8.9mm à 15.6mm. Le pas P2 entre deux paires de perturbateurs 91 et 92 adjacentes est avantageusement inférieur à 1mm, il s’agit notamment du pas P2 entre deux paires de perturbateurs 91 et 92 de deux rangées 11 adjacentes. Enfin, les paires de perturbateurs 91, 92 des rangées llextrêmales, c’està-dire les plus éloignées d’une ligne médiane 95 de la plaque de perturbation 9, sont par exemple à une distance d de l’ordre de 4mm à 10mm, de préférence de l’ordre de 4mm à 9.25mm, de la ligne médiane 95 de la plaque de perturbation 9 destinée à être en regard de la branche centrale 35 du tube 3. Cette distance d est considérée entre le milieu d’une paire de perturbateurs 91, 92 et la ligne médiane 95.
Ces différentes bornes sont reprises dans le tableau 1 ci-dessous :
Tableau 1
| Longueur Lb de perturbateur (mm) | Pas PI (mm) | Pas P2 (mm) | Distance d (mm) | |
| Minimum | 8.9 | 18.5 | -2.0 | 4.0 |
| Maximum | 15.6 | 30.63 | 0.53 | 9.25 |
-13En outre, le tube 3 peut comporter des renforts. Selon l’exemple illustré sur la figure 4, la plaque de perturbation 9 est repliée au niveau de ces bords longitudinaux 96.
Les bords longitudinaux 96 repliés de la plaque de perturbation 9 sont conformés ou configurés pour épouser respectivement une face interne des parois latérales 33 formant les petits côtés du tube 3. Autrement dit, le renfort des extrémités de tube 3 est assuré par un retour de la plaque de perturbation 9 sur le petit rayon du tube 3, augmentant ainsi l’épaisseur du tube 3 à cet endroit. Ainsi, le tube 3 peut être renforcé de façon à améliorer la résistance au gravillonnage, sans nécessiter d’apport de masse.
Comme dit précédemment, les parois latérales 33 sont par exemple respectivement de forme semi-circulaire. De façon complémentaire, les bords longitudinaux 96 repliés sont respectivement de forme semi-circulaire.
Dans l’exemple illustré sur les figures 4 et 7, les bords longitudinaux 96 sont repliés vers le haut en référence à la disposition des éléments sur les figures 4 et 7. Dans ce cas, la plaque de perturbation 9 présente de chaque côté une pente 97 de liaison entre la base 90 et le bord longitudinal 96 replié. Cette pente 97 est oblique par rapport au plan général défini par la base 90 et évolue à partir de la base 90 vers le bas en référence à la disposition des éléments sur la figure 7. Les bords longitudinaux 96 repliés épousent ainsi toute la courbe des parois latérales 33 de bas en haut.
Selon un autre exemple illustré sur les figures 8 et 9, les bords longitudinaux 96 sont repliés vers le bas en référence à la disposition des éléments sur les figures 8 et 9. Dans ce cas, de chaque côté de la paroi de perturbation 9, une pente 97 de liaison entre la base 90 et le bord longitudinal 96 replié, oblique par rapport au plan général défini par la base 90, évolue à partir de la base 90 vers le haut en référence à la disposition des éléments sur la figure 8 ou 9. Les bords longitudinaux 96 repliés épousent ainsi toute la courbe des parois latérales 33 de haut en bas.
Selon les exemples illustrés sur les figures 4 et 8, les deux bords longitudinaux 96 sont repliés pour former des renforts du tube 3 une fois la plaque de perturbation 9 insérée dans le tube 3. En variante, on peut prévoir un renfort sur un seul côté du tube 3 par retour ou repliement d’un seul bord longitudinal 96 de la plaque de perturbation 9.
Bien entendu, les bords longitudinaux 96 ne sont pas nécessairement recourbés sur les parois internes du tube 3. Ces bords longitudinaux 96 peuvent aussi être droits.
-14Enfin, selon le premier mode de réalisation illustré dans lequel une seule plaque de perturbation 9 s’étend de façon continue entre les deux parois latérales 33 du tube 3, selon l’exemple des figures 2 à 4, la base 90 peut présenter une partie plane, ici centrale, destinée à être agencée en regard de la branche centrale 35 du tube 3 à l’état monté. Dans ce cas, la branche centrale 35 s’arrête sensiblement à mi-hauteur dans le volume interne V du tube 3.
Selon l’alternative illustrée sur les figures 8 et 10, on peut prévoir une déformation, tel qu’un creux 98 formé sur la base 90 pour recevoir la branche centrale 35 du tube 3. Dans cet exemple, la plaque de perturbation 9 est, au niveau du creux 98, en contact avec la paroi longitudinale 31 du côté opposé à la branche centrale 35. De plus, la branche centrale 35 s’étend sur plus de la moitié de la hauteur du tube 3 entre les deux parois longitudinales 31 opposées. En particulier, la branche centrale 35 s’étend jusqu’à la paroi longitudinale opposée 31 avec interposition de la plaque de perturbation 9 entre la branche centrale 35 et la paroi longitudinale opposée 31. Cette alternative permet une meilleure résistance à la pression par rapport à la variant des figures 2 à 4.
En référence aux figures 11 à 13, on décrit maintenant un deuxième mode de réalisation des perturbateurs 191, 192 s’étendant selon une direction d’extension principale DI ou D2 oblique par rapport à la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109. Comme pour le premier mode de réalisation, la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109 est elle-même sensiblement parallèle à la direction d’écoulement D du premier fluide.
Selon ce deuxième mode de réalisation, les perturbateurs 191, 192 sont respectivement réalisés sous forme de quadrilatères, par exemple sous forme de parallélogrammes. Plus précisément dans cet exemple, les perturbateurs 191, 192 présentent respectivement deux côtés longitudinaux opposés qui s’étendent selon une direction oblique DI ou D2, et deux côtés latéraux opposés qui s’étendent selon la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109. C’est donc la largeur lc des perturbateurs 191, 192 en forme de parallélogrammes qui s’étend suivant la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109.
De façon similaire au premier mode de réalisation, les perturbateurs 191, 192
-15sont agencés alternativement en saillie sur la première face 109a et sur la deuxième face 109b, de la plaque de la plaque de perturbation 109, à savoir :
un premier perturbateur 191 forme relief sur la première face 109a, et un deuxième perturbateur 192 forme relief sur la deuxième face 109b.
En se référant plus particulièrement à la figure 13, un deuxième perturbateur 192 est par exemple symétrique par rapport à un premier perturbateur 191 par une symétrie orthogonale par rapport à l’axe X. Autrement dit, un deuxième perturbateur 192 est l’image d’un premier perturbateur 191 par une rotation de 180° autour de l’axe X. L’axe X est dans cet exemple parallèle à la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109.
En outre, les premiers perturbateurs 191 s’étendent longitudinalement selon une première direction oblique Dl inclinée d’un angle β par rapport à la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109. Les deuxièmes perturbateurs 192 s’étendent longitudinalement selon une deuxième direction oblique D2 inclinée du même angle β par rapport à la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109.
Contrairement au premier mode de réalisation, les perturbateurs 191, 192 ne présentent pas deux à deux de point de jonction et sont tous espacés les uns des autres.
De plus, les perturbateurs 191, 192 peuvent être agencés en rangées 111. Plus précisément chaque rangée 111 comporte une alternance de premier perturbateurs 191 et de deuxièmes perturbateurs 192. Dans cet exemple, les perturbateurs 191 et 192 sont également agencés alternativement dans le sens de la largeur de la plaque de perturbation 109. Par ailleurs, les perturbateurs des différentes rangées 111 peuvent être alignés.
En se référant à la figure 13, les perturbateurs 191,1 92 successifs de chaque rangée 111 sont avantageusement agencés selon un pas P régulier dans la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 9. Le pas P entre deux perturbateurs 191 et 192 successifs d’une même rangée 111, est avantageusement compris entre 18mm et 31mm, de préférence entre 18.8mm et 30.14mm.
En outre, la largeur lc de chaque perturbateur 191, 192 est avantageusement de l’ordre de 2mm à 4mm, de préférence de 2.7mm à 4mm. La distance d’ entre deux perturbateurs 191 et 192 de deux rangées 111 adjacentes est avantageusement comprise
-16entre 2mm et 5mm, de préférence entre 2mm et 4.86mm. Enfin, l’angle β d’inclinaison de la direction longitudinale Dl, respectivement D2, des premiers perturbateurs 191, respectivement des deuxièmes perturbateurs 192, par rapport à la direction longitudinale L de la plaque de perturbation 109, est de l’ordre de 20° à 29°, de préférence de 20° à 28.93°.
Ces différentes bornes sont reprises dans le tableau 2 ci-dessous :
Tableau 2
| Largeur lc de perturbateur (mm) | Pas P (mm) | Distance d’ (mm) | Angle β (°) | |
| Minimum | 2.7 | 18.8 | 2 | 20 |
| Maximum | 4 | 30.14 | 4.86 | 28.93 |
Bien entendu, de façon similaire au premier mode de réalisation, le tube 3 peut comporter un ou plusieurs renforts formés par le retour ou repliement d’un ou des bords longitudinaux de la plaque de perturbation 9 de façon à épouser une face interne des parois latérales 33 sur le petit rayon du tube 3, augmentant ainsi l’épaisseur du tube 3 à cet endroit.
Par ailleurs, les motifs formés par les perturbateurs 91, 92 (figures 2 à 10) ou 191, 192 (figures 11 à 13) sont réalisés par poinçonnement.
Notamment, une première partie d’outillage peut être appliquée sur la première face 9a ; 109a de la plaque de perturbation 9 ; 109 et une deuxième partie d’outillage complémentaire à la première partie d’outillage peut être appliquée sur la deuxième face 9b ; 109b de la plaque de perturbation 9 ; 109.
À cet effet, on peut prévoir une première molette supérieure et une deuxième molette inférieure, les molettes supérieure et inférieure étant complémentaires.
Chaque molette présente à la fois des parties creuses et des parties saillantes. Les parties saillantes de la première molette sont complémentaires des parties creuses de la deuxième molette, et les parties saillantes de la deuxième molette sont complémentaires des parties creuses de la première molette. Les parties saillantes et les parties creuses des molettes sont adaptées pour réaliser les formes sensiblement oblongues du premier mode de réalisation en référence aux figures 2 à 10, ou en parallélogramme selon le deuxième mode de réalisation des figures 11 à 13. Bien entendu, en adaptant la forme
-17des parties saillantes et creuses des molettes, toute autre forme de perturbateurs peut être envisagée.
La plaque métallique 1 peut défiler en continu sous ces molettes, la première molette étant en contact avec la première face 9a, respectivement 109a, de la plaque de perturbation 9, respectivement 109, et la deuxième molette étant en contact avec la deuxième face opposée 9b, respectivement 109, de la plaque de perturbation 9, respectivement 109.
En variante, les perturbations 91, 92 ou 191, 192 peuvent être réalisées à l’aide de matrices complémentaires d’un outil de presse.
Par ailleurs ou parallèlement, une bande métallique est pliée sur elle-même de manière à former une enveloppe ou coquille. Une plaque de perturbation 9, respectivement 109, sur laquelle les perturbateurs 91, 92, respectivement 191, 192, ont été formés, est insérée dans l’enveloppe, de préférence avant la fermeture complète de celle-ci. Le pliage de la bande est continué de manière à ce que les bordures longitudinales de la bande viennent refermer le tube 3 au contact d’une zone plane (voir figures 2 à4 ou 11) ou encore d’une déformation tel qu’un creux 98 (voir figures 8 et 10) formé sur la base 90 ou 190 de la plaque de perturbation 9 ou 109.
Ainsi la plaque de perturbation 9 ; 109 avec une base 90 ; 190 sensiblement plane peut être assemblée en même temps que le tube 3 est plié. Cet assemblage peut se faire de façon continue.
Enfin, l’ensemble peut être solidarisé par brasage.
Ainsi, quel que soit le motif de perturbateurs, 91, 92, respectivement 191, 192, formés sur la base plane 90 ; 190, la présence d’une plaque de perturbation 9, respectivement 109, dans le volume interne V d’un tube 3, permet d’augmenter la surface d’échange thermique. En effet, les perturbateurs 91, 92 ; 191, 192 selon l’un ou l’autre des modes de réalisation précédemment décrits permettent d’optimiser les transferts thermiques tout en réduisant la perte de charge et peut permettre d’optimiser la masse en renforçant les parois latérales du tube 3. Les formes des perturbateurs, 91, 92, respectivement 191, 192 perturbent l’écoulement du premier fluide, de sorte que de nouvelles structures tourbillonnaires sont générées créant ainsi des instabilités dans l’écoulement et de la turbulence. Ces mécanismes physiques sont favorables à
-18Γamélioration des transferts thermiques.
Par ailleurs, la distribution de perturbateurs 91, 92, respectivement 191, 192 formant des reliefs de part et d’autre de la plaque permet une réalisation rapide et offre une grande possibilité de géométrie pour les perturbateurs 91, 92 ; 191, 192.
Enfin, la plaque de perturbation 9 ; 109 telle que décrite précédemment est particulièrement adaptée pour perturber l’écoulement d’un fluide sous forme liquide, par opposition aux fluides à l’état gazeux ou diphasique, sans entraîner trop de pertes de charges.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Tube (3) pour échangeur thermique, réalisé à partir d’une bande métallique pliée de façon à définir au moins deux canaux de circulation pour un fluide, caractérisé en ce que le tube (3) comporte une plaque de perturbation (9 ; 109) agencée dans le volume interne (V) du tube (3), la plaque de perturbation (9 ; 109) comportant :- une base (90 ; 190) sensiblement plane, et- une pluralité de perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) formés localement sur la base (90 ; 190) et étant conformés de façon à venir au contact d’une paroi intérieure du tube (3).
- 2. Tube (3) selon la revendication précédente, dans lequel les perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) sont conformés de façon à venir en contact avec deux parois intérieures opposées du tube (3).
- 3. Tube (3) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une branche centrale (35) délimitant les deux canaux de circulation pour le fluide, de sorte que le tube (3) présente en section transversale un profil sensiblement en « B ».
- 4. Tube (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque de perturbation (9 ; 109) est centrée dans le tube (3).
- 5. Tube (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque de perturbation (9 ; 109) est configurée pour s’étendre longitudinalement selon une direction longitudinale (L) sensiblement parallèle à la direction d’écoulement (D) du fluide dans le tube (3).
- 6. Tube (3) selon la revendication 5, dans lequel les perturbateurs (91, 92) s’étendent selon une direction d’extension principale sensiblement parallèle à la direction longitudinale (L) de la plaque de perturbation (9 ; 109).
- 7. Tube (3) selon la revendication 5, dans lequel les perturbateurs (191, 192) s’étendent selon une direction (Dl, D2) d’extension principale oblique par rapport à la direction longitudinale (L) de la plaque de perturbation (9 ; 109).
- 8. Tube (3) selon la revendication 5 prise en combinaison avec l’une quelconque des-20revendications précédentes, dans lequel :- le tube (3) présente deux parois longitudinales (31) opposées reliées par deux parois latérales (33) opposées, et dans lequel- au moins un bord longitudinal (96) de la plaque de perturbation (9) est conformé de façon à épouser la forme d’une paroi latérale (33) du tube (3).
- 9. Tube (3) selon la revendication 5 prise en combinaison avec l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) sont disposés localement sur toute la longueur (La) de la plaque de perturbation (9 ; 109).
- 10. Tube (3) selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel les perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) sont disposés selon plusieurs rangées (11 ; 111), de préférence en quinconce.
- 11. Tube (3) selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel les perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) sont disposés sur deux faces (9a, 9b ; 109a, 109b) opposées de la plaque de perturbation (9 ; 109).
- 12. Tube (3) selon la revendication 11, dans lequel les perturbateurs (91, 92) définissent par paire des motifs sensiblement oblongs avec :- un premier perturbateur (91) formant relief sur la première face (9a) de la plaque de perturbation (9), et- un deuxième perturbateur (92) formant relief sur la deuxième face (9b) de la plaque de perturbation (9) opposée à la première face (9a).
- 13. Tube (3) selon les revendications 7 et 10 prises en combinaison avec Tune quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les perturbateurs (191, 192) sont réalisés par des parallélogrammes s’étendant :- dans le sens de la longueur, selon la direction (Dl, D2) oblique par rapport à la direction longitudinale (L) de la plaque de perturbation (109), et- dans le sens de la largeur, selon la direction longitudinale (L) de la plaque de perturbation (109).
- 14. Échangeur thermique (1) entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, notamment pour véhicule automobile, configuré pour fonctionner à basse température, caractérisé en ce que ledit échangeur (1) comporte une pluralité de-21tubes (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes définissant respectivement au moins deux canaux de circulation pour le premier fluide et comportant respectivement une plaque de perturbation (9 ; 109) de l’écoulement du premier fluide.5
- 15. Procédé d’assemblage d’un tube (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à13 pour échangeur thermique (1), caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :- on réalise les perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) sur une plaque de perturbation (9 ; 109),10 - on plie une bande métallique de façon à former une enveloppe délimitant au moins deux canaux de circulation de fluide, et- on insère la plaque de perturbation (9 ; 109) présentant les perturbateurs (91, 92 ; 191, 192) dans l’enveloppe.1/42/43/44/4111N° d'enregistrement national
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Legal Events
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Effective date: 20180817 |
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