WO2007147754A1 - Ailette a deflecteur de flux ameliore et echangeur de chaleur muni d'une telle ailette - Google Patents

Ailette a deflecteur de flux ameliore et echangeur de chaleur muni d'une telle ailette Download PDF

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WO2007147754A1
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orifice
heat exchange
exchange fin
diameter
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Anne-Sylvie Magnier-Cathenod
Serge Russeil
Daniel Bougeard
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation

Definitions

  • Flap fin with improved flow deflector and heat exchanger provided with such a fin
  • the invention relates to a fin for a heat exchanger and a heat exchanger, for example for a motor vehicle.
  • a heat exchanger It is known that the function of a heat exchanger is to ensure a heat exchange between a first fluid flowing in tubes and a second fluid flowing so as to pass through the exchanger, outside the tubes.
  • the tubes are generally arranged in a bundle, aligned with each other, on one or more rows.
  • the heat exchange fins which can be flat, are disposed across the bundle of tubes.
  • the fins are crossed by the tubes of the beam and are stacked with each other.
  • thermal performance of the heat exchanger thus formed can be improved by deflecting and / or disturbing the flow of second fluid passing through the exchanger.
  • disturbance / deflection surfaces are conventionally provided, which project from the fins.
  • these disturbance / deflection surfaces may take the form of rectangular lamellae projecting from the surface of the vanes and disposed across the flow of the second fluid. This type of disturbance surfaces bation / deviation is sometimes known as "persiens".
  • Disturbance surface configurations capable of creating a vortex contribute to a greater improvement in the performance of the exchangers.
  • triangular surfaces a base of the triangle resting on the fin, make it possible to create a vortex from the flow of the second fluid.
  • Such configurations are disclosed in US Patent 4,796,694, US 2002/0074105, FR 2818368 and DE 19531383, for example.
  • the object of the invention is to further improve the performance of the heat exchangers.
  • the invention provides a heat exchange fin for a heat exchanger of the generally flat type and comprising at least one orifice adapted to the passage of a tube and at least a first surface projecting from the plane of the fin, the first surface being arranged such that it is capable of creating a vortex in a flow of fluid meeting the fin substantially parallel to the plane of the fin, wherein a second surface projects from the fin, at a selected distance from said orifice and said first surface, said second surface being arranged such that it guides said vortex towards the orifice.
  • the first surface is disposed at a selected distance from the orifice.
  • the first surface has a triangle shape, a base of said triangle pressing on the fin.
  • the second surface has a trapezoidal shape, a large base of said trapeze s' pressing on the fin.
  • the first surface and the second surface are cut in the fin and folded so as to project from said fin.
  • the first surface and the second surface protrude from the fin substantially perpendicular to said fin.
  • the first surface forms a selected angle with respect to a transverse direction of the fin and is oriented to approach the orifice away from an edge of the proximal fin.
  • the angle formed by the first surface and the transverse direction of the fin is between 20 and 45 degrees.
  • the second surface forms a selected angle with respect to a transverse direction of the fin and is oriented to approach, at least partially, the orifice away from an edge of the distal fin.
  • the angle formed by the second surface and the transverse direction of the fin is between 30 and 60 degrees.
  • At least one of the first and second surfaces is di ⁇ po- sée in a position relative to the orifice chosen according to a dimension characteristic of the orifice.
  • the second surface has a length chosen according to a characteristic dimension of the orifice.
  • the second surface has a main length chosen according to a characteristic dimension of the orifice.
  • At least one additional dimension of the second surface is chosen according to a characteristic dimension of the orifice.
  • the second surface is disposed at a distance from a center of the selected orifice as a function of a characteristic dimension of the orifice.
  • the first and second surfaces are spaced a length chosen according to a characteristic dimension of the orifice.
  • a center of the orifice is disposed at a distance from a proximal edge of the selected vane according to a characteristic dimension of the orifice.
  • the orifice has a circle shape and in that said characteristic dimension of the orifice comprises a diameter of said circle. - The distance between the first surface and the center of the orifice in a longitudinal direction of the fin is between 0.8 and 1.2 times the diameter of the orifice.
  • the distance between the second surface and the center of the orifice is between 0.6 and 1.1 times the diameter D of said orifice.
  • the length of the first surface is between 0.2 and 0.6 times the diameter of the orifice.
  • the main length of the second surface is between 0.75 and 1.25 times the diameter of the orifice.
  • a large additional dimension of the second surface is between 0.3 and 1.0 times the diameter of the orifice.
  • a small additional dimension of the second surface is between 0.2 and 0.45 times the diameter of the orifice.
  • the distance from the second surface to the center of the orifice is between 0.6 and 1.1 times the diameter of the orifice.
  • the length separating the first and second surfaces is between 0.3 and 0.8 times the diameter of the orifice.
  • the distance between the center of the orifice and the proximal edge of the fin is between 0.7 and 2 times the diameter of the orifice.
  • the first surface projects from the fin of a chosen height, -
  • the guide surface projects from the fin of a chosen height.
  • the first surface forms in the plane of the fin an angle with a transverse direction of the fin between 20 and 45 degrees
  • the second surface forms in the plane of the fin an angle with a transverse direction of the fin between 30 and 60 degrees.
  • the fin presents at least two first 'surfaces arranged symmetrically with respect to a • transverse direction of the fin on either side of the orifice, each pre- Mière surface being followed in said transverse direction of a second surface, the second surfaces being arranged symmetrically with respect to the transverse direction, on either side of the orifice.
  • the invention also provides a heat exchanger comprising at least one flow tube bundle of a first fluid and a stack of fins according to the invention, and capable of being traversed by a flow of a second fluid according to a substantially transverse direction of the fins, the first surfaces acting as disturbing surfaces of said flow so as to create vortices, and the second surfaces acting as vortex guide surfaces towards the tubes.
  • the first surface of at least one of the fins projects from said fin of a chosen height as a function of a stacking pitch of fins.
  • the second surface of at least one of the fins projects from said fin of a chosen height as a function of a stacking step of fins.
  • FIG. 1 represents a heat exchanger according to the invention, seen from the front
  • FIG. 2 represents the heat exchanger of FIG. 1, viewed from the side
  • FIG. 3 represents, in perspective and in detail, a portion of the exchanger of FIGS. 1 and 2 consisting mainly of a portion of heat exchange fin,
  • FIG. 4 represents the fin portion of FIG. 3, seen from above,
  • FIG. 5 represents a stack of fin portions of FIG. 3, viewed from the side, and
  • FIG. 6 represents a blank that can be used to produce the fin portion of FIGS. 3 and 4, seen from above,
  • Figures 1 and 2 show a heat exchanger 1 according to the invention, seen respectively from the front and side.
  • the exchanger 1 comprises two similar manifolds 2, for example generally parallelepipedic, arranged facing one another.
  • the manifolds 2 are interconnected by a bundle of fluid tubes 4 substantially identical, aligned, and in which circulates a first fluid.
  • a plurality of superimposed heat exchange fins 6 are stacked between the manifolds 2. Each fin 6 is traversed by the bundle of tubes 4.
  • the fins 6 are substantially flat, of rectangular shape, and their length is close to the length of collector boxes 2.
  • the exchanger 1 is intended to be traversed by a flow U of a second fluid. There is thus a heat exchange between the first and second fluids in circulation respectively in the tubes 4 and, outside the tubes 4, across the exchanger 1.
  • FIGS. 3 and 4 show a portion of fin 6 traversed by a tube 4 across an orifice 7.
  • FIGS. 3 and 4 show a longitudinal direction L of the fin 6 and a transverse direction T. The flow U is able to pass through the exchanger 1 in the direction T,
  • the tube 4 is of circular section of outer diameter D. Therefore, the orifice 7 is also circular and presents the same diameter D. This diameter D is preferably between 5 and 25 millimeters.
  • the center of the orifice 7 is at a distance Kg selected from the first longitudinal edge of the fin 6 encountered by the flow U proximal edge.
  • the distance Kg is advantageously chosen as a function of the diameter D. Preferably, the distance Kg is between 0.7 and 2 times the value of the diameter D.
  • the tube 4 and the orifice 7 could have a section other than circular.
  • a pair of disturbance surfaces 8 of the flow U or first surfaces protrudes from the fin portion 6, here substantially perpendicularly.
  • the disturbance surfaces 8 are arranged next to each other in the longitudinal direction L, symmetrically with respect to the transverse direction T and to the orifice 7.
  • the disturbance surfaces 8 are arranged to create a vortex from the flow U.
  • the disturbance surfaces 8 are arranged so as to each form a chosen angle with the direction of the flow U, that is to say with the transverse direction T of the vane 6.
  • the disturbance surfaces 8 are arranged according to a selected pinch angle. This angle is such that the disturbance surfaces 8 behave in the manner of a funnel which would guide the flow U towards the tube 4,
  • the perturbation surfaces 8 are triangular, a base of the triangle Lp pressing on the fin 6. And, this base of the triangle forms an angle ⁇ p chosen with the transverse direction T.
  • the angle ⁇ p is between 20 and 45 degrees.
  • the length of the base Lp of each disturbance surface 8 is advantageously chosen as a function of the diameter D.
  • the length Lp is between 0.2 and 0.6 times the value of the diameter D.
  • the perturbation surfaces 8 have a shape of a right triangle.
  • Each disturbance surface 8 is disposed at a selected distance from the orifice 7 and therefore from the tube 4.
  • the distance from each disturbance surface 8 to the orifice 7 is chosen as a function of the diameter D.
  • the first end encountered by the flow U is disposed at a distance Mp in the longitudinal direction L of the fin 6 relative to the center of the orifice 7 chosen.
  • this distance Mp is advantageously chosen as a function of the diameter D.
  • the distance Mp is between
  • a pair of guide surfaces 10, or second surfaces, protruding from the portion of the fin 6, is disposed downstream of the disturbance surfaces 8 along the transverse T.
  • the guide surfaces 10 protrude from the fin 6 substantially perpendicularly.
  • the first end of the guide surface 10 encountered by the flow U is arranged in an aligned manner in the transverse direction T with the homologous end of the perturbation surface 8 arranged upstream in the direction of flow U.
  • the end of the base Lp opposite to said first end of a guide surface 8 and said first end of the downstream guide surface 10 are separated by a distance Fpg in the selected transverse direction T.
  • the distance Fpg is advantageously chosen as a function of the diameter D. Preferably, this distance Fpg is between 0.3 and 0.8 times the value of the diameter D.
  • the guide surfaces 10 are oriented to direct the vortices created by the disturbance surfaces 8 to the tube 4.
  • the guide surfaces 10 form a selected angle with the transverse direction T. In other words, the guide surfaces 10 form between they have a chosen pinch angle. This angle is such that the guiding surfaces 10 are arranged in the manner of a funnel against the flow O.
  • the guide surfaces 10 are trapezoidal, a large trapezium base Lg pressing on the fin 6. And this large base Lg forms an angle ⁇ g selected with the transverse direction T, preferably, the angle ⁇ g is understood between 30 and 60 degrees.
  • the distance Cg is advantageously chosen as a function of the diameter D.
  • the distance Cg is between 0 , 6 and 1.1 times the value of the diameter D.
  • Each guide surface 10 advantageously has a length of large base Lg chosen as a function of the diameter D.
  • the length of the large base Lg is between 0.75 and 1.25 times the value of the diameter D,
  • Each guide surface 10 has a small trapezium base Bg parallel to the large base Lg.
  • the length of this small base Bg is advantageously chosen as a function of the diameter D of the tube 4.
  • the length of the small base Bg is between 0.2 and 0.45 times the value of the diameter D.
  • Each guide surface 10 also has a large Ag side connecting the large base Lg to the small base Bg.
  • the long side Ag is the proximal side of the disturbance surfaces 8.
  • the length of the long side Ag is advantageously chosen as a function of the diameter D.
  • the length of the long side Ag is between 0.3 and 1.0 times the value of the diameter D.
  • Each guide surface 10 also has a small side Jg connecting the long side Ag to the large base Lg.
  • the small side Jg forms with the small base Bg an angle ⁇ g chosen.
  • the angle ⁇ g is between 30 and 60 degrees.
  • FIG. 5 shows a stack of portions of fins 6 traversed by a tube 4.
  • the distance separating two faces of fins 6 consecutive from each other is designated no stack E.
  • the step of stack E is between 0.8 and 12 millimeters.
  • Each disturbance surface 8 projects from the surface of the fin 6 of a chosen height H.sub.p.
  • the height Hp is preferably chosen as a function of the value of the stacking pitch E. In particular, the height Hp is between 0.5 and 1.0 times the value of the pitch E.
  • each guide surface 10 protrudes from the surface of the fin 6 of a chosen height Hg.
  • the height Hg is preferably chosen as a function of the value of the stacking pitch E. In particular, the height Hg is between 0.6 and 1.0 times the value of the pitch E.
  • the disturbance surfaces 8 and the guide surfaces 10 are shaped in the fin 6.
  • This conformation can be achieved by cutting and folding.
  • the cutting and folding operations can be performed in the same operation, for example by punching.
  • FIG. 6 shows an example of a blank 12 for producing a fin portion 6.
  • the blanks have been shown in solid lines while the fold lines are indicated in broken lines.
  • the blank 12 is for example made in a portion of a metal strip, for example aluminum alloy.
  • the blank 12 comprises a circular cutout 13 of diameter D13 adapted to the passage of a tube 4 with close fitting tolerances.
  • the diameter D13 is substantially equal to the diameter D of the tube 4.
  • the center of the circular cutout 15 is disposed at a distance Kg from the longitudinal edge of the blank 12.
  • the blank 12 further comprises two triangular portions 14 intended to form the perturbation surfaces 8.
  • a portion 14 comprises a first cut A8 and a second cut H8 adjacent.
  • the first cut A8 is disposed at a distance M13 from the center of the circular cutout 13 in the longitudinal direction L of the blank 12, the distance M13 is substantially equal to the distance Mp.
  • the portion 14 can be folded along a line L8 connecting the cutouts A8 and H8 so as to project from the blank 12. This fold line L8 forms with the transverse direction T of the blank 12 a pinch angle ⁇ 8 substantially equal to the angle ⁇ p described above.
  • the blank 12 still has two trapezoidal portions 16 shaped to create the guide surfaces 10.
  • Each trapezoidal portion 16 has a large AlO cutout extending by a small base cutout BlO and a small cutout J10.
  • a trapezoidal portion 16 may be folded along a fold line L10 so as to protrude from the blank 12 and form a guide surface 10.
  • the fold line LlO is disposed at a distance Hl ⁇ from the small base cut BlO.
  • the distance H10 is substantially equal to the height Hg of the guide surface C10.
  • the fold line LlO is disposed at a distance ClO from the center of the circular cutout 13.
  • the distance ClO is substantially equal to the distance Cg.
  • the fold line LlO forms with the transverse direction T of the blank 12 an angle ⁇ 10 substantially equal to the angle ⁇ g.
  • the ends of the cuts A8 and AlO close to the longitudinal edge of the blank 12 are arranged aligned in the transverse direction T of this blank 12.
  • the end of the AlO cut closest to the longitudinal edge of the blank 12 is arranged at a distance FlO from the end of the H8 cutter the most. close to this edge in the transverse direction of the blank 12.
  • the distance FlO is substantially equal to the distance Fpg.
  • the different cuts can be made simultaneously, for example by means of a punch.
  • the Applicant has found one . significant improvement of the performance of the heat exchanger according to the invention.
  • a heat exchanger of the type comprising at least one bundle of tubes for circulating a first fluid capable of being traversed by a flow of a second fluid, and a stack of fins for heat exchange generally. planes and traverses through the tubes, at least one second fluid flow disturbance surface projecting from at least one vane so as to create a vortex being disposed at a selected distance from a tube, wherein a guide surface vortex protruding from the vane is disposed downstream of the disturbance surface with respect to the direction of flow, at a distance respectively selected from said tube and said disturbance surface, the guide surface being oriented to guide a vortex towards the tube,
  • a heat exchange fin intended to be mounted in the exchanger according to the invention has also been described.
  • the invention can be applied to any type of heat exchanger, for example a condenser, a radiator or a charge air cooler.
  • the invention has been described for tubes of circular section, it can be adapted to tubes of section of different shape.
  • the different geometric elements characterizing the perturbation and guide surfaces may have dimensions chosen according to a characteristic dimension of the section of the tubes.

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Abstract

L' invention concerne une ailette d'échange de chaleur (6) pour un échangeur de chaleur (1) du type généralement plane et comprenant au moins un orifice (7) adapté au passage d'un tube (4). L'ailette (6) comporte en outre au moins une première surface (8) dite de perturbation faisant saillie du plan de l'ailette (6), la première surface étant agencée de telle manière qu'elle est susceptible de créer un vortex dans un flux de fluide rencontrant l'ailette (6) sensiblement parallèlement au plan de l'ailette (6). Une seconde surface (10) dite de guidage fait saillie de l'ailette (6), à distance choisie de l'orifice (7) et de la première surface (8) et la seconde surface (10) est agencée de telle manière qu'elle guide le vortex en direction de l'orifice (7). L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur (1) comportant une telle ailette (6). Application notamment au domaine automobile.

Description

Ailette à déflecteur de flux amélioré et échangeur de chaleur muni d'une telle ailette
L'invention concerne une ailette pour un échangeur de cha- leur, ainsi qu'un échangeur de chaleur, par exemple pour un véhicule automobile.
On sait que la fonction d'un échangeur de chaleur est d'assurer un échange de chaleur entre un premier fluide circulant dans des tubes et un .second fluide s ' écoulant de manière à traverser l' échangeur, extérieurement aux tubes. Les tubes sont généralement disposés en faisceau, alignés les uns avec les autres, sur une ou plusieurs rangées.
Pour fournir une plus grande surface d'échange de chaleur que l'extérieur des tubes seulement, on dispose des ailettes d'échange de chaleur, qui peuvent être planes, en travers du faisceau de tubes. Les ailettes sont traversées par les tubes du faisceau et sont empilées les unes avec les autres .
On sait que les performances thermiques de l ' échangeur de chaleur ainsi constitué peuvent être améliorées en déviant et/ou perturbant l'écoulement de second fluide traversant 1 ' échangeur.
Pour ce faire, des surfaces de perturbation/déviation sont classiquement prévues, qui font saillie des ailettes.
Par exemple, ces surfaces de perturbation/déviation peuvent prendre la forme de lamelles rectangulaires faisant saillie de la surface des ailettes, et disposées en travers de l'écoulement du second fluide. Ce type de surfaces de pertur- bation/déviation est parfois connu sous le terme de "persien- nes" .
Des configurations de surfaces de perturbation capables de créer un vortex contribuent à une amélioration plus importante des performances des échangeurs . Par exemple, des surfaces triangulaires, une base du triangle s 'appuyant sur l'ailette, permettent de créer un vortex à partir de l'écoulement du second fluide. De telles configurations sont exposées dans les documents de brevet US 4,796,694, US 2002/0074105, FR 2818368 et DE 19531383, par exemple.
L'invention a pour but d'améliorer encore les performances des échangeurs de chaleur.
Pour ce faire, l'invention prévoit une ailette d'échange de chaleur pour un échangeur de chaleur du type généralement plane et comprenant au moins un orifice adapté au passage d'un tube et au moins une première surface faisant saillie du plan de l'ailette, la première surface étant agencée de telle manière qu'elle, est susceptible de créer un vortex dans un flux de fluide rencontrant l'ailette sensiblement parallèlement au plan de l'ailette, dans laquelle une seconde surface fait saillie de l'ailette, à distance choisie dudit orifice et de ladite première surface, ladite seconde surface étant agencée de telle manière qu'elle guide ledit vortex en direction de l'orifice.
La Demanderesse a constaté une amélioration sensible des performances thermiques des échangeurs de chaleur montés avec des ailettes selon l'invention. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après :
- La première surface est disposée à distance choisie de l'orifice.
- La première surface présente une allure de triangle, une base dudit triangle s 'appuyant sur l'ailette.
- La seconde surface présente une allure de trapèze, une grande base dudit trapèze s 'appuyant sur l'ailette.
- La première surface et la seconde surface sont découpées dans l'ailette et repliées de manière à faire saillie de ladite ailette.
- La première surface et la seconde surface font saillie de l'ailette de manière sensiblement perpendiculaire à ladite ailette .
- La première surface forme un angle choisi par rapport à une direction transversale de l'ailette et est orientée de manière à se rapprocher de l'orifice en s 'éloignant d'un bord de l'ailette proximal .
L'angle formé par la première surface et la direction transversale de l'ailette est compris entre 20 et 45 degrés.
- La seconde surface forme un angle choisi par rapport à une direction transversale de l'ailette et est orientée de manière à se rapprocher, au moins partiellement, de l'orifice en s 'éloignant d'un bord de l'ailette distal. L'angle formé par la seconde surface et la direction transversale de l'ailette est compris entre 30 et 60 degrés.
- L'une au moins des première et seconde surfaces est diεpo- sée en une position par rapport à l'orifice choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
- La seconde surface présente une longueur choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
- La seconde surface présente une longueur principale choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
- Au moins une dimension supplémentaire de la seconde surface est choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
- La seconde surface est disposée à une distance d'un centre de l'orifice choisie en fonction d'une dimension caractéris- tique de l'orifice.
- Les première et seconde surfaces sont distantes d'une longueur choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
- Un centre de l'orifice est disposé à une distance d'un bord proxirnal de l'ailette choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
- L'orifice présente une forme de cercle et en ce que ladite dimension caractéristique de l'orifice comprend un diamètre dudit cercle. - La distance entre la première surface et le centre de l'orifice suivant une direction longitudinal de l'ailette est comprise entre 0,8 et 1,2 fois le diamètre de l'orifice.
La distance entre la seconde surface et le centre de l'orifice est comprise entre 0,6 et 1,1 fois le diamètre D dudit orifice.
- La longueur de la première surface est comprise entre 0,2 et 0,6 fois le diamètre de l'orifice.
- La longueur principale de la seconde surface est comprise entre 0,75 et 1,25 fois le diamètre de l'orifice.
- Une grande dimension supplémentaire de la seconde surface est comprise entre 0,3 et 1,0 fois le diamètre de l'orifice.
- Une petite dimension supplémentaire de la seconde surface est comprise entre 0,2 et 0,45 fois le diamètre de l'orifice.
- La distance de la seconde surface au centre de l'orifice est comprise entre 0,6 et 1,1 fois le diamètre de l'orifice.
- La longueur séparant les première et seconde surfaces est comprise entre 0,3 et 0,8 fois le diamètre de l'orifice.
- La distance entre le centre de l'orifice et le bord proxi- mal de l'ailette est comprise entre 0,7 et 2 fois le diamètre de l'orifice.
- La première surface fait saillie de l'ailette d'une hauteur choisie , - La surface de guidage fait saillie de l'ailette d'une hauteur choisie.
- La première surface forme dans le plan de l'ailette un angle avec une direction transversale de l'ailette compris entre 20 et 45 degrés,
- La seconde surface forme dans le plan de l'ailette un angle avec une direction transversale de l'ailette compris entre 30 et 60 degrés.
- L'ailette présente au moins deux premières' surfaces agencées symétriquement par rapport à une • direction transversale de l'ailette, de part et d'autre de l'orifice, chaque pre- mière surface étant suivie selon ladite direction transversale d'une seconde surface, les secondes surfaces étant agencées symétriquement par rapport à la direction transversale, de part et d'autre de l'orifice.
L'invention prévoit également un échangeur de chaleur comprenant au moins un faisceau de tubes de circulation d'un premier fluide et un empilement d'ailettes selon l'invention, et susceptible d'être traversé par un flux d'un second fluide selon une direction sensiblement transversale des ailettes, les premières surfaces agissant en tant que surfaces de perturbation dudit flux de manière à créer des vortex, et les secondes surfaces agissant en tant que surfaces de guidage des vortex en direction des tubes.
De préférence, la première surface de l'une au moins des ailettes fait saillie de ladite ailette d'une hauteur choisie en fonction d'un pas d'empilement d'ailettes. Avantageusement, la seconde surface de l'une au moins des ailettes fait saillie de ladite l'ailette d'une hauteur choisie en fonction d'un pas d'empilement d'ailettes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 représente un échangeur de chaleur selon l'invention, vu de face,
- la figure 2 représente l' échangeur de chaleur de la figure 1, vu de côté,
- la figure 3 représente, en perspective et en détail, une portion de l ' échangeur des figures 1 et 2 consistant principalement en une portion d'ailette d'échange de chaleur,
- la figure 4 représente la portion d'ailette de la figure 3, vue de dessus,
- la figure 5 représente un empilement de portions d'ailettes de la figure 3, vu de côté, et
- la figure 6 représente un flan pouvant être utilisé pour réaliser la portion d'ailette des figures 3 et 4, vu de dessus ,
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant . Les figures 1 et 2 représentent un échangeur de chaleur 1 selon l'invention, vu respectivement de face et de côté.
L 'échangeur 1 comprend deux boîtes collectrices 2 semblables, par exemple généralement parallélόpipédiques, disposées en regard l'une de l'autre. Les boîtes collectrices 2 sont reliées entre elles par un faisceau de tubes de circulation de fluide 4 sensiblement identiques, alignés, et dans lesquels circule un premier fluide.
Une pluralité d'ailettes d'échange de chaleur 6 superposées sont empilées entre les boîtes collectrices 2. Chaque ailette 6 est traversée par le faisceau de tubes 4. Les ailettes 6 sont sensiblement planes, de forme rectangulaire, et leur longueur est voisine de la longueur des boîtes collectrices 2.
L 'échangeur 1 est destiné à être traversé par un écoulement U d'un second fluide. Il s'effectue ainsi un échange de chaleur entre les premier et second fluides en circulation respectivement dans les tubes 4 et, extérieurement aux tubes 4, en travers de l ' échangeur 1.
Les figures 3 et 4 représentent une portion d'ailette 6 traversée par un tube 4 en travers d'un orifice 7. On a représenté sur ces figures 3 et 4 une direction longitudinale L de l'ailette 6, ainsi qu'une direction transversale T. L'écoulement U est susceptible de traverser l' échangeur 1 selon la direction T,
Dans le mode de réalisation illustré, le tube 4 est de section circulaire de diamètre extérieur D. Par conséquent, l'orifice 7 est également circulaire et présente le même diamètre D. Ce diamètre D est de préférence compris entre 5 et 25 millimètres. Le centre de l'orifice 7 se situe à une distance Kg choisie du premier bord longitudinal de l'ailette 6 rencontré par l'écoulement U en bord proximal. La distance Kg est avantageusement choisie en fonction du diamètre D. De préférence, la distance Kg est comprise entre 0,7 et 2 fois la valeur du diamètre D.
Dans d'autres modes de réalisation, le tube 4 et l'orifice 7 pourraient présenter une section autre que circulaire.
Une paire de surfaces de perturbation 8 de l'écoulement U ou premières surfaces, fait saillie de la portion d'ailette 6, ici sensiblement perpendiculairement.
Les surfaces de perturbation 8 sont disposées l'une à côté de l'autre suivant la direction longitudinale L, de manière symétrique par rapport à la direction transversale T et à 1 ' orifice 7.
Les surfaces de perturbation 8 sont agencées de manière à créer un vortex à partir de l'écoulement U.
Les surfaces de perturbation 8 sont disposées de manière à former chacune un angle choisi avec la direction de l'écoulement U, c'est-à-dire avec la direction transversale T de l'ailette 6. Autrement dit, les surfaces de perturbation 8 sont agencées selon un angle de pincement choisi . Cet angle est tel que les surfaces de perturbation 8 se comportent à la manière d'un entonnoir qui guiderait l'écoulement U vers le tube 4 , Ici, les surfaces de perturbation 8 sont triangulaires, une base du triangle Lp s 'appuyant sur l'ailette 6. Et, cette base du triangle forme un angle αp choisi avec la direction transversale T. De préférence l'angle αp est compris entre 20 et 45 degrés.
La longueur de la base Lp de chaque surface de perturbation 8 est avantageusement choisie en fonction du diamètre D. De préférence, la longueur Lp est comprise entre 0,2 et 0,6 fois la valeur du diamètre D.
Dans le cas particulier illustré ici, les surfaces de perturbation 8 présentent une forme de triangle rectangle.
Chaque surface de perturbation 8 est disposée à une distance choisie de l'orifice 7 et donc du tube 4. De préférence, la distance de chaque surface de perturbation 8 à l'orifice 7 est choisie en fonction du diamètre D.
En particulier, pour chaque surface de perturbation 8, la première extrémité rencontrée par l'écoulement U est disposée à une distance Mp suivant la direction longitudinal L de l'ailette 6 par rapport au centre de l'orifice 7 choisie. Et cette distance Mp est avantageusement choisie en fonction du diamètre D. De préférence, la distance Mp est comprise entre
0,8 et 1,2 fois la valeur du diamètre D.
Une paire de surfaces de guidage 10, ou secondes surfaces, faisant saillie de la portion de l'ailette 6, est disposée en aval des surfaces de perturbation 8 selon la transversale T.
Ici, les surfaces de guidage 10 font saillie de l'ailette 6 sensiblement perpendiculairement. La première extrémité de la surface de guidage 10 rencontrée par l'écoulement U est disposée de manière alignée selon la direction transversale T avec l'extrémité homologue de la surface de perturbation 8 agencée en amont selon la direction d'écoulement U. L'extrémité de la base Lp opposée à ladite première extrémité d'une surface de guidage 8, et ladite première extrémité de la surface de guidage 10 aval, sont séparées d'une distance Fpg selon la direction transversal T choisie. La distance Fpg est avantageusement choisie en fonction du diamètre D. De préférence, cette distance Fpg est comprise entre 0,3 et 0,8 fois la valeur du diamètre D.
Les surfaces de guidages 10 sont orientées de manière à diriger les vortex créés par les surfaces de perturbation 8 vers le tube 4. Les surfaces de guidage 10 forment un angle choisi avec la direction transversale T. Autrement dit, les surfaces de guidage 10 forment entre elles un angle de pincement choisi. Cet angle est tel que les surfaces de guidage 10 sont disposées à la manière d'un entonnoir à 1' encontre du flux O.
Ici, les surfaces de guidage 10 sont trapézoïdales, une grande base de trapèze Lg s ' appuyant sur l'ailette 6. Et cette grande base Lg forme un angle αg choisi avec la direction transversale T, De préférence, l'angle αg est compris entre 30 et 60 degrés.
Une distance Cg choisie sépare -la grande base Lg du centre de l'orifice 7 dans le plan de l'ailette 6. La distance Cg est avantageusement choisie en fonction du diamètre D. De préfé- rence, la distance Cg est comprise entre 0,6 et 1,1 fois la valeur du diamètre D. Chaque surface de guidage 10 présente avantageusement une longueur de grande base Lg choisie en fonction du diamètre D. De préférence, la longueur de la grande base Lg est comprise entre 0,75 et 1,25 fois la valeur du diamètre D,
Chaque surface de guidage 10 présente une petite base de trapèze Bg parallèle à la grande base Lg. La longueur de cette petite base Bg est avantageusement choisie en fonction du diamètre D du tube 4. De préférence, la longueur de la petite base Bg est comprise entre 0,2 et 0,45 fois la valeur du diamètre D.
Chaque surface de guidage 10 présente en outre un grand côté Ag reliant la grande base Lg à la petite base Bg. Le grand côté Ag est le côté proximal des surfaces de perturbation 8. La longueur du grand côté Ag est avantageusement choisie en fonction du diamètre D. De préférence, la longueur du grand côté Ag est comprise entre 0,3 et 1,0 fois la valeur du diamètre D.
Chaque surface de guidage 10 présente en outre un petit côté Jg reliant le grand côté Ag à la grande base Lg.
Avantageusement, le petit côté Jg forme avec la petite base Bg un angle βg choisi. De préférence, l'angle βg est compris entre 30 et 60 degrés.
La figure 5 montre un empilement de portions d'ailettes 6 traversées par un tube 4. La distance séparant deux faces d'ailettes 6 consécutives l'une de l'autre est désignée pas d'empilement E. De préférence, le pas d'empilement E est compris entre 0,8 et 12 millimètres. Chaque surface de perturbation 8 fait saillie de la surface de l'ailette 6 d'une hauteur Hp choisie. La hauteur Hp est de préférence choisie en fonction de la valeur du pas d'empilement E. En particulier, la hauteur Hp est comprise entre 0,5 et 1,0 fois la valeur du pas E. De même, chaque surface de guidage 10 fait saillie de la surface de l'ailette 6 d'une hauteur Hg choisie. La hauteur Hg est de préférence choisie en fonction de la valeur du pas d'empilement E. En particulier, la hauteur Hg est comprise entre 0,6 et 1,0 fois la valeur du pas E.
Dans le mode de réalisation particulier illustré sur les figures 3 à 5, les surfaces de perturbation 8 et les surfaces de guidage 10 sont conformées dans l'ailette 6. Cette confor- mation peut être réalisée par découpage et pliage. Les opérations de découpe et de pliage peuvent être effectuées en une même opération, par exemple par poinçonnage.
La figure 6 représente un exemple de flan 12 pour la réalisa- tion d'une portion d'ailette 6. Sur le flan 12, les découpes ont été matérialisées en traits pleins tandis que les lignes de pliage sont indiquées en traits interrompus.
Le flan 12 est par exemple réalisé dans une portion d'un feuillard métallique, par exemple en alliage d'aluminium.
Le flan 12 comprend une découpe circulaire 13 de diamètre D13 adapté au passage d'un tube 4 aux tolérances de montage près. Le diamètre D13 est sensiblement égal au diamètre D du tube 4. Le centre de la découpe circulaire 15 est disposé à la distance Kg du bord longitudinal du flan 12. Le flan 12 comprend en outre deux portions triangulaires 14 destinées à former les surfaces de perturbation 8. Une portion 14 comprend une première découpe A8 et une seconde découpe H8 adjacente. La première découpe A8 est disposée à une distance M13 du centre de la découpe circulaire 13 selon la direction longitudinale L du flan 12 la distance M13 est sensiblement égale à la distance Mp. La portion 14 peut être repliée selon une ligne L8 reliant les découpes A8 et H8 de manière à faire saillie du flan 12. Cette ligne L8 de pliage forme avec la direction transversale T du flan 12 un angle de pincement α8 sensiblement égal à l'angle αp décrit plus haut.
Le flan 12 présente encore deux portions trapézoïdales 16 mises en forme pour créer les surfaces de guidage 10. Chaque partie trapézoïdale 16 présente une grande découpe AlO se prolongeant par une découpe de petite base BlO et une petite découpe JlO. Une portion trapézoïdale 16 peut être repliée selon une ligne LlO de pliage de manière à faire saillie du flan 12 et former une surface de guidage 10. La ligne de pliage LlO est disposée à une distance Hlβ de la découpe de petite base BlO. La distance HlO est sensiblement égale à la hauteur Hg de la surface de guidage ClO . La ligne de pliage LlO est disposée à une distance ClO du centre de la découpe circulaire 13. La distance ClO est sensiblement égale à la distance Cg. La ligne de pliage LlO forme avec la direction transversale T du flan 12 un angle αlO sensiblement égal à l'angle αg.
Les extrémités des découpes A8 et AlO proches du bord longi- tudinal du flan 12 sont disposées alignées selon la direction transversale T de ce flan 12. L'extrémité de la découpe AlO la plus proche du bord longitudinal du flan 12 est disposée à une distance FlO de l'extrémité de la découpe H8 la plus. proche de ce bord selon la direction transversale du flan 12. La distance FlO est sensiblement égale à la distance Fpg .
' Les différentes découpes peuvent être réalisées simultané- ment, par exemple à l'aide d'un poinçon.
La Demanderesse a constaté une. amélioration sensible des performances de l ' échangeur de chaleur selon l'invention.
II a été décrit un échangeur de chaleur du type comprenant au moins un faisceau de tubes de circulation d'un premier fluide propre à être traversé par un .écoulement d'un second fluide, et un empilement d'ailettes d'échange de chaleur généralement planes et traversées par les tubes, au moins une surface de perturbation de l'écoulement de second fluide faisant saillie d'au moins une ailette de manière à créer un vortex étant disposée à distance choisie d'un tube, dans lequel une surface de guidage de vortex faisant saillie de l'ailette est disposée en aval de la surface de perturbation par rapport à la direction de l'écoulement, à distance choisie respectivement dudit tube et de ladite surface de perturbation, la surface de guidage étant orientée de manière à guider un vortex en direction du tube,
Une ailette d'échange de chaleur destinée à être montée dans l' échangeur selon l'invention a également été décrite.
L'invention peut être appliquée à tout type d'échangeur de chaleur,- par exemple condenseur, radiateur, ou refroidiεεeur d'air de suralimentation.
Bien que l'invention ait été décrite pour des tubes de section circulaire, elle peut être adaptée à des tubes de section de forme différente. Dans ce cas, les différents éléments géométriques caractérisant les surfaces de perturbation et de guidage peuvent présenter des dimensions choisies en fonction d'une dimension caractéristique de la section des tubes .
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit plus haut à titre d'exemple uniquement, mais englobe toutes les variantes et modifications que pourra envisager l'homme de l'art.

Claims

Revendications
1. Ailette d'échange de chaleur (6} pour un échangeur de chaleur du type généralement plane et comprenant au moins un orifice adapté au passage d'un tube et au moins une première surface (8} dite de perturbation faisant saillie du plan de l'ailette, la première surface étant agencée de telle manière qu'elle est susceptible de créer un vortex dans un flux de fluide (U) rencontrant l'ailette sensiblement parallèlement au plan de l'ailette, caractérisée en ce qu'une seconde surface (10) dite de guidage fait saillie de l'ailette, à distance choisie dudit orifice et de ladite première surface, ladite seconde surface étant agencée de telle manière qu'elle guide ledit vortex en direction de l'orifice.
2. Ailette d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première surface (8) est disposée à distance choisie de l'orifice.
3. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2 , caractérisée en ce que la première surface (8} présente une allure de triangle, une base (Lp) dudit triangle s'appuyant sur l'ailette (6).
4. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde surface (10) présente une allure de trapèze, une grande base (Lg) dudit trapèze s'appuyant sur l'ailette (6).
5. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première surface (8) et la seconde surface (10) sont découpées dans l'ailette (6) et repliées de manière à faire saillie de ladite ailette.
6. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première surface (8) et la seconde surface (10) font saillie de l'ailette (6) de manière sensiblement perpendiculaire à ladite ailette.
7. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première surface (8) forme un angle (αp) choisi par rapport à une direction transversale de l'ailette et est orientée de manière à se rapprocher de l'orifice en s'éloignant d'un bord de l'ailette { 6 ) proximal .
8. Ailette d'échange de chaleur selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'angle (αp) formé par la première surface (8) et la direction transversale de l'ailette (6) est compris entre 20 et 45 degrés.
9. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la seconde surface
(10) forme un angle (αg) choisi par rapport à une direction transversale de l'ailette et est orientée de manière à se rapprocher, au moins partiellement, de l'orifice en s'éloignant d'un bord de l'ailette (6) distal.
10. Ailette d'échange de chaleur selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'angle (αg) formé par la seconde surface (10) et la direction transversale de l'ailette (6} est compris entre 30 et 60 degrés.
11. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une au moins des première (8) et seconde surfaces (10) est disposée en une position par rapport à l'orifice choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
12. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la seconde surface
(8} présente une longueur (Lp) choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
13. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la seconde surface
(10) présente une longueur principale (Lg) choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
14. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une dimen¬ sion supplémentaire (Ag, Bg) de la seconde surface (10} est choisie en fonction d'une dimension caractéristique de 1 ' orifice .
15. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde surface (10) est disposée à une distance (Cg) d'un centre de l'orifice choisie en fonction d'une dimension caractéristique de 1 ' orifice .
16. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les première (8) et seconde (10} surfaces sont distantes d'une longueur (Fpg) choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
17. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un centre de l'orifice est disposé à une distance (Kg) d'un bord proxirαal de l'ailette (6) choisie en fonction d'une dimension caractéristique de l'orifice.
18. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisée en ce que l'orifice présente une forme de cercle et en ce que ladite dimension caractéristique de l'orifice comprend un diamètre (D) dudit cercle.
19. Ailette d'échange de chaleur selon la revendications 18 prise en combinaison de la revendication 11, caractérisée en ce que la distance entre la première surface (8) et le centre de l'orifice suivant une direction longitudinal (L) de l'ailette (6) est comprise entre 0,8 et 1,2 fois le diamètre (D) de l'orifice.
20. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 18 et 19 prise en combinaison de la revendication 11, caractérisée en ce que la distance (Cg) entre la seconde surface (10) et le centre de l'orifice est comprise entre 0,6 et 1,1 fois le diamètre D dudit orifice.
21. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 18 à 20 prise en combinaison de la revendication 12, caractérisée en ce que la longueur (Lp) de la première surface (8) est comprise entre 0,2 et 0,6 fois le diamètre (D) de l'orifice.
22. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica- tions 18 à 21 prise en combinaison de la revendication 13, caractérisée en ce que la longueur principale (Lg) de la seconde surface (10) est comprise entre 0,75 et 1,25 fois le diamètre (D) de l'orifice.
23. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 18 à 22 prise en combinaison de la revendication 14, caractérisée en ce qu'une grande dimension supplémentaire (Ag) de la seconde surface (10) est comprise entre 0,3 et 1,0 fois le diamètre (D) de l'orifice.
24. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 18 à 23 prise en combinaison de la revendication 14, caractérisée en ce qu'une petite dimension supplémentaire (Bg) de la seconde surface (10) est comprise entre 0,2 et 0,45 fois le diamètre (D) de l'orifice.
25. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica- tions 18 à 24 prise en combinaison de la revendication 15, caractérisée en ce que la distance (Cg) de la seconde surface (10) au centre de l'orifice est comprise entre 0,6 et 1,1 fois le diamètre (D) de l'orifice.
26. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications 18 à 25 prise en combinaison de la revendication 16, caractérisée en ce que la longueur (Fpg) séparant les première (8) et seconde (10) surfaces est comprise entre 0,3 et 0,8 fois le diamètre (D) de l'orifice,
27. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendica¬ tions 18 à 26 prise en combinaison de la revendication 17, caractérisée en ce que la distance (Kg) entre le centre de l'orifice et le bord proximal de l'ailette (6) est comprise entre 0,7 et 2 fois le diamètre (D) de l'orifice.
28. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première surface (8) fait saillie de l'ailette (6) d'une hauteur (Hp) choisie.
29. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface de guidage (10} fait saillie de l'ailette (6) d'une hauteur (Hg) choisie .
30. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première surface (8) forme dans le plan de l'ailette (δ) un angle (αp) avec une direction transversale de l'ailette compris entre 20 et 45 degrés.
31. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde surface (10) forme dans le plan de l'ailette (6) un angle (αg) avec une direction transversale de l'ailette compris entre 30 et 60 degrés.
32. Ailette d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ailette (6) présente au moins deux premières surfaces (8) agencées symétriquement par rapport à une direction transversale de l'ailette, de part et d'autre de l'orifice, chaque première surface étant suivie selon ladite direction transversale d'une seconde surface (10) , les secondes surfaces étant agencées symétriquement par rapport à la direction transver- sale, de part et d'autre de l'orifice.
33. Échangeur de chaleur (1) comprenant au moins un faisceau de tubes (4) de circulation d'un premier fluide et un empile- ment d'ailettes (6) selon l'une des revendications précédentes, et susceptible d'être traversé par un flux d'un second fluide selon une direction sensiblement transversale des ailettes (6), les premières surfaces (8) agissant en tant que surfaces de perturbation dudit flux de manière à créer des vortex, et les secondes surfaces (10) agissant en tant que surfaces de guidage des vortex en direction des tubes (4} .
34, Échangeur de chaleur selon la revendication 33, caracté- risé en ce que la première surface (8) de l'une au moins des ailettes (6) fait saillie de ladite ailette (6) d'une hauteur (Hp) choisie en fonction d'un pas d'empilement (E) d' ailettes .
35, Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 33 et 34, caractérisé en ce que la seconde surface (10) de l'une au moins des ailettes (6) fait saillie de ladite l'ailette d'une hauteur (Hg) choisie en fonction d'un pas d'empilement (E) d' ailettes .
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