Brevet FR2045604A1 — publié le 19710305

-Dans les échangeurs de chaleur, notamment les échangeur destinés au chauffage -de --locaux, par exemple Ithabitacle de vehicules, il est souvent difficile d'obtenir une répartition uniforme de la chaleur dégagée par l'échangeur dès que celui-ci atteint une certaine longueur ou, alors, il est nécessaire de mettre en oeuvre des artifices de construction onéreux. La présente inventiQn remédie à cet inconvénient en rendant possible une régulation de la dissipation thermique d'un échangeur et cela en ne mettant en oeuvre que des moyens extrêmement simples. Gonformément à l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on impose au liquide circulant dans la partie amont du conduit, en considérant le sens de circulation du liquide, une circulation du type laminaire en divisant la section du conduit en plusieurs sections élémentaires et en ce qu'on laisse établir, ensuite, dans la partie aval dudit conduit, une circulation turbulente, de sorte que des courants de convection différenciés soient créés entre ladite partie amont et ladite partie aval du conduit. L'invention s'étend, aussi, à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Selon cette seconde disposition de l'invention, le dispositif est caractérisé par un élément ralentisseur des courants de convection disposé à l'entrée d'un tube de circulation d'un échangeur, cet élément ralentisseur comportant plusieurs cloisons longitudinsles délimitant dans le tube plu- sieurs conduits indépendants. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suite Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. î est une coupe-élévation-schématique d'un radiateur de chauffage faisant application de l'invention0 lA fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, prise suivant la ligne II-II de la fig. 1. les fig0 3 à 5 sont des coupes analogues à la fig. 2 illustrant diverses variantes. le radiateur, selon la fig. 1, est du genre de ceux qui sont utilisés pour le chauffage de l'habitacle de véhicules automobiles et, plus particulièrement, du type présentant unelonsur importante, ces radiateurs étant souvent monortubulaires, ou comp.ortant au plus deux ou trois tubes dont la.-longue.ur est de l'ordre de plusieurs décimètres. A la figo 1-, le radiateur est.mono-tubulaire.et 1 désigne le.tube.présentant un embout d'entrée 2 et un embout de sorte 3 pour un liquide chaud devant parcourir le tube suivant la flèche f. Le tube t est muni -sur toutpupartie de sa longueur de dissipateurs 4 constitués par des ailettes, ou par des bandes ondulées fixées à la paroi externe du tube. Pour que la quantité de chaleur dégagée par le radiateur soit sensiblement uniforme, on dispose dans la partie d'entrée du, tube i, en considérant le sens de circulation du fluide, un dispositif ralentisseur d'échange 5 qui peut être fabriqué en diverses matières ayant une basse conductibilité thermique, par exemple en matière plastique extrudée, ce qui fait que ce dispositif ralentisseur est alors très bon marché et, ce, d'autant qu'il est préférable que les épaisseurs de paroi de ce dispositif sont avantageusement très faibles, ctést-à-dire juste suffisantes pour présenter une tenue mécanique acceptable pour les condit ions prévues de vitesse de liquide et de température de ce liquide. Comme le montre la fig. 2, le dispositif ralentisseur 5 divise, par les cloisons qu'il présente, le conduit 6, délimité par le tube, en plusieurs conduits axiaux 6a, 6b... 6n qui, de préférence, présent~ent des sections de passage analogues bien que cela ne soit pas nécessaire dans- tous les cas, l'essentiel étant de transformer i'écoulement turbulent normal qu'aurait le liquide- de circulation dans le conduit 6 en un é coulement du type laminair.e,-af-in de réduire le coefficient de convection sur la paroi du tube .1. Ainsi que cela est connu, un type d'écoulement est caractérisé par le nombre de Reyn9lds' qui,, pour une vitesse: et/ou une viscosité déterminées d'un f-luid-es dans le cas d'un rad-iateur, de lteau mélangée à de l'antigel et, le cas échéant, à divers autres additifs, dépend uniquement du.diamètre hydraulique du conduit. Dans le cas du tube cylindrique 1-, de section cir.eulaire représenté aux fig 1 et 2, le diamètre hydraulique est évidemment le diamètre du tube. Le dispositif 5 divise donc la section du tube, comme déåà expliqué ci-dessus, en plusieurs parties élémentaires, ce qui entraine une diminution du diamètre hydraulique et, en conséquence, pour une vitesse et une viscosité déterminées du liquide, cela entrain une diminution proportionnelle du nombre de Reynolds. Pour la construction de radiateurs particuliers devant répondre à certains critères, on peut déterminer, facilement, par le calcul, les diamètres hydrauliques à obtenir pour chaque cas et, par conséquént, changer de type d'écouiement et passer, du fait de la présence de dispositifs 5, du type d'écoulement turbulent à haut coefficient de convection au type laminaire à faible coefficient de convection. Par conséquent, on ralentit ainsi 11 échange calorifique dans la partie du tube 1 dans laquelle est disposé ledit dispositif 5. Supplémentairement, l'augmentation de la viscosité du fluide en contact avec la paroi du tube 1, augmentation due au refroidissement, n1a lieu que sur la surface d'échange, cVest4Fdire sur la paroi interne du tube t, et le ralentissement de la vitesse d'écoulement, qui est dû à l'augmentation de la viscosité, est localisé, du fait de l'écoulement laminaire, au voisinage de la paroi, tandis que la vitesse n'est pas réduite dans la partie centrale du tube 1. -où circule le fluide le plus chaud qui est ainsi amené dans la partie dudit tube 1 dans laquelle ne s'étend pas le dispositif 5 et dans laquelle le régime turbulent prend de nouveau naissance. Si on le désire, ce régime turbulent peut encore être aumenté en aval du dispositif 5 en prévoyant, dans le tube 1 un perturbateur 7. La fig. 3 montreun dispositif 5a qui divise le conduit 6 en un plus grand nombre de conduits élémentaires que celui de la fig. 2 et, par conséquent, le dispositif selon.la fig. 3 réduit davantage les courants de convection que celui de la fig.2. Pour réduire, encore, les courants de convection, on peut déterminer d'autres profils que ceux des fig0 2 et 3 et, par exemple, les fig. 4 et 5 illustrent des profils de dispositifs ralentisseurs qui délimitent des conduits élémentaires 61. 6ai en ce qui concerne la fig. 4, et 62, 6a2, 6b2 et 6c2 en ce qui concerne la fig. 5, dans lesquels la quantité de fluide chaud léchant la paroi du tube 6 est extrêmement faible, de sorte que le liquide parcourant -ces cofldWts éle'mentaires n'est pratiquement pas refroidi tant qu1il circule à l'intérieur du ralentisseur. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.. En particulier, dans le cas de radiateur très long, il est possible de monter bout à bout des dispositifs ralentisseurs distincts, par exemple tout d'abord un dispositif, comme celui de la fig. 5, puis ensuite un dispositif comme celui de la fig. 3, ensuite un dispositif comme celui de la fig. 2, de laisser libre un segment suivant du tube 1. et de munir, finalement, le segment terminal dudit tube 1 d'un perturbateur. R E V E N D i G A T I G. N S 1 - Procédé pour la régulation de la dissipation calorifique d'un liquide circulant dans un tube échangeur de chaleur de grande longueur, caractérisé en ce qu'on impose au liquide ci-- culant dans la partie amont du conduit, en considérant le sens de circulation du liquide, une circulation de type laminaire en divisant la section du conduit en plusieurs sections élémentaires et en ce qu'on laisse établir, ensuite, dans la partie aval dudit conduit, une circulation turbulente, de sorte que des courssss de convection différenciés soient créés entre ladite partie amont et ladite partie aval du conduit. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par un élement ralentisseur des courants de convection disposé à l'entrée d1un tube de circulation d'un échangeur, cet élément ralentisseur comportant plusieurs cloisons longitudinales délimitant dans le tube plusieurs con-duits indépendants. 3 - Dispositif, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que I1 élément ralentisseur présente des cloisons convergentes de sorte que certains des conduits qu'il délimite n'ont qu'une faible surface de contact avec la paroi du tube contenant cet élément. 4 - Dispositif, suivant une ou plusieurs des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ltélément ralentisseur est fabriqué en matière à basse conductibilité calorifique, notamment en matière plastique. 5 - Dispositif, suivant une ou plusieurs des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les conduits délimités par l'élément ralentisseur ont tous sensiblement la même section. 6 - Dispositif, suivant une ou plusieurs des revendications 2 à 5, caractérisé par un perturbateur monté dans le conduit en aval de l'élément ralentisseur. 7 - Dispositif, suivant une ou plusieurs des revendications 2 à 6, caractérisé par plusieurs éléments ralentisseurs de caractéristiques différentes montées à la suite les unes des autres 8 - L'application du procédé et du dispositif de l'une au moins des revendications qui précèdent à la réalisation de radiateurs de chauffage pour habitacle de véhicules.