Brevet FR2070042A1 — publié le 19710910

Dans les échangeurs de chaleur utilisés pour le chauffage ou le refroidissement de l'air circulant à l'extérieur de l'échangeur, il est souvent nécessaire que le flux d'air à chauffer, ou à refroidir, traversant l'échangeur soit porté à une température, 5 soit uniforme dans toutes ses parties, soit différente dans certaines de ses parties» Par exemple pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule', il est souhaitable que de l'air puisé vers la tête des passagers soit plus frais que celui puisé vers les jambes. Par ailleurs, il est nécessaire, aussi, que l'air puisé vers 10 l'un des côtés latéraux du véhicule soit à la même températureque l'air puisé vers l'autre côté latéral, afin que le conducteur ou les passagers jouissent du même confort. Selon les types de véhicules, l'échangeur de chaleur pour le chauffage de l'habitacle peut présenter diverses conformations* 15 Dans certains véhicules, l'échangeur est multitubulaire et la distribution du fluide chauffant, à savoir le liquide ayant servi à refroidir le moteur, est faite aux tubes par des boftes à eau et collecteurs qui ne répartissent pas uniformément le débit du fluide dans tous les tubes, surtout lorsque le débit est faible 20 ainsi que cela est le cas lorsque la température extérieure n'est pas très froide. Il s'ensuit que certains tubes sont parcourus par du liquide chaud, tandis que certains autres ne reçoivent que du liquide déjà refroidi ou en tout cas qu'une plus faible quantité • de liquide» 25 D'autres échangeurs connus ne comportent qu'un ou deux tubes présentant une grande longueur et, dans ce cas, le même problème se pose car, notamment pour les faibles débits de liquide circulant dans le ou les deux tubes, la chaleur est rapidement dissipée dans la partie amont du tube et la partie aval n'est plus 30 parcourue que par du liquide déjà refroidi, de sorte que le chauffage n'est pas de même intensité sur tout la longueur de ce type d'échangeur. La présente invention crée un nouveau dispositif répartiteur utilisable indifféremment dans des échangeurs multi-tubulaires et 35 dans des échangeurs à un ou deux tubes longs, et cela quelle que soit la forme en section desdits tubes» En outre, le dispositif de l'invention présente l'avantage considérable de ne pas introduire de perte de charge pour le liquide circulant dans le ou les tubes de l'échangeur et cela quel que soit le débit de ce liquide» 69 45774 2 2070042 De plus, l'invention peut être mise en oeuvre même dans des échangeurs monotubulaires dont les extrémités sont circulaires, tandis que la partie échangeuse. preprenient dite est plate et de largeur supérieure au diamètre des extrémités circulaires. 5 Conformément à l'invention, le dispositif répartiteur est constitué par un corps ou noyau délimitant deux ailes ou branches allongées faisant entre elles un angle très aigu et qui est disposé à l'intérieur d'au moins un tube d'un échangeur, ou dans la boite à eau d'entrée de celui-ci, la partie desdites ailes ou 10 branches formant l'angle étant placée dans la partie aval du tube ou de la botte à eau, en considérant le sens d'écoulement du fluide, et des lumières étant délitait'ées par ces ailes ou branches et présentant une section croissant depuis la partie amont jusqu'à la partie aval dudit corps ou noyau. 15 Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit, Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une coupe-rélévation partielle d'un tube échan~ 20 geur de chaleur comportant le dispositif répartiteur de l'invention. Les fig. 2, 3 et 4 sont des perspectives illustrant trois modes de réalisation du dispositif répartiteur de la fig. 1. La fig. 5 est une coupe-élévation analogue à la fig. 1, 25 illustrant une réalisation particulière d'un échangeur. Les fig. 6 et 7 sont des coupes-élévations analogues à la fig. 5 illustrant d'autres développements de l'invention. La fig. 8 est une perspective schématique montrant l'application du dispositif de 1^invention à un tube ou conduit de 30 section circulaire. La fig. 9 est une élévation, à plus grande échelle, vue suivant la ligne IX-IX de.la fig« 8. Dans la réâlisation selon la fig. i, l'échangeur comporte . au moins un tube 1 sur la paroi externe duquel sont disposés des 35 dissipateurs 2 pouvant être constitués par des ailettes ou des bandes ondulées- Le tube 1 est, de préférence, de forme aplatie et, en particulier, eh section, il peut présenter une forme rectangulaire. Les extrémités du tube -1 sont, par exemple, engagées dans des collecteurs 3 rendant possible de relier entre eux plu 69 45774 3 2070042 sieurs tubes ou rang de tubes, lesdits collecteurs, étant eux-mêmes recouverts par des boîtes à eau 4. 5 désigne, dans son ensemble, le dispositif répartiteur qui est constitué par un corps ou noyau formé par une feuille mince £> pliée à la façon d'un V en présentant un angle très aigu pour délimiter tin angle très aigu pour délimiter deux ailes ou branches 6 et 7 dans lesquelles sont percés des trous 8. les ailes ou branches 6 peuvent être reliées entre elles par un voile. Dans le mode de réalisation de la fig. 2, les branches 6, 7 10 du dispositif répartiteur présentent une largeur qui correspond, aussi exactement que possible, à celle du tube 1, de sorte qu' elles délimitent, dans ce tube, trois chambres 9, 9a et 9b, la chambre 9 étant à parois convergentes depuis l'entrée du tube, si l'on considère le sens de circulation du fluide devant circuler 15 dans ce tube figuré par la flèche f-j, tandis que les chambres 9a, 9b sont à parois divergentes depuis l'entrée jusqu'à la sortie dudit tube 1. les trous 8 prévus dans les branches 6, 7 présentent, de préférence, une section croissant.dans le sens de la circulation du fluide figuré par ladite flèche f-j. De cette fa En prévoyant que la somme des surfaces des trous 8 prévus dans les deux branches 6, 7 du dispositif répartiteur soit au 35 moins égale, sinon supérieure, à la section transversale d'entrée du tube 1, alors, le dispositif répartiteur n'introduit aucune perte de charge pour le liquide devant -irculer dans ledit tube 1 et cela quel que soit le débit de ce liquide* la répartition, de même que la section utile des trous 8 69 45774 4 2070042 prévus dans les deux branches 6 et 7 du dispositif peuvent ne pas être les mêmes. Par exemple., le trou 8^ peut être plus petit que le trou 8, de même le trou 8a-| peut être plus petit que le trou 8a, etc. De cette manière, on règle également la quantité de 5 fluide qui est amenée en contact avec les parois opposées du tube I et, par conséquent, on règle concomitamment la quantité de chaleur transmise par ces parois aux dissipateurs 2 qui prennent appui sur elles»- De répartiteur 5 peut être fabriqué de différentes façons. 10 II peut être métallique et soudé, ou brasé, ou collé à l'intérieur du tube 1. Il peut, aussi, être simplement fixé à l'intérieur du tube 1, par exemple en conformant les extrémités libres des branches 6, 7 à la manière de crochets comme montré en 10 et 10a aux fig. 1 et 2 pour prendre appui contre l'extrémité corres-15 pondante du tube 1 et en le munissant d'une agrafe 11, engagée dans le pli formé aux extrémités reliées entre elles desdites branches 6, 7, ladite agrafe prenant appui contre l'autre extrémité du tube 1. Le dispositif répartiteur 5 peut, aussi, et de préférence, 20 être fabriqué en matière mauvaise conductrice de la chaleur, notamment en résine synthétique ou en caoutchouc, ce qui fait que le fluide circulant dans la chambre 9 et distribué au fur et à mesure dans les chambres 9a, 9b demeure plus chaud. Dans ce cas, la liaison répartiteur 5 - tube 1 est, de préférence, assurée 25 par des agrafes et crochets comme décrits dans ce qui précède bien que ledit répartiteur puisse aussi être collé« La matière mauvaise conductrice de la chaleur constitutive du répartiteur peut être, comme c'est lé cas, du caoutchouc, une matière élastique et cela est même souvent avantageux car le 30 répartiteur peut alors être très mince et maintenu sous tension par les agrafes 11 et crochets 10, 1Qa ou une autre agrafe les remplaçant. Dans ce cas, la mise en place du répartiteur est par t exemple effectuée au moyen d'une tige applicatrice prenant appui contre les parties reliées entre elles des branches 6, 7, tige 35 que l'on introduit dans le tube suivant la flèche f.-j pour tendre lesdites branches 6, 7 dans ce tube, la mise en place de l'agrafe II permettant ensuite le retrait de la tige applicatrice. La fig. 3 illustre une variante du dispositif répartiteur suivant laquelle les trous 8 sont remplacés par des fentes 12, 69 45774 5 2070042 13 prévues dans chacune des deux branches 6, 7, ces fentes présentant une largeur croissant dans le même sens que celui de la circulation du fluide dans le tube 1. les bords délimitant les fentes 12, 13 peuvent être rectilignes ou courbes suivant le 5 mode de répartition du fluide que l'on désire obtenir dans les chambres 9a, 9b du tube» la fig» 4 illustre une autre variante selon laquelle ce sont les côtés 14, 15 et 14a, 15a des branches 6, 7 du répartiteur 5 qui convergent respectivement les uns vers les autres 10 pour délimiter un ou des passages entre ces côtés et la paroi interne du tube 1, passages qui sont donc de largeur progressivement croissante depuis l'entrée jiisqu'à la sortie dùdit tube 1, de sorte que la quantité de fluide distribuée aille aussi croissant. Comme dans la réalisation suivant la fig» 3, le ou les 15 côtés 14, 15 et 14a, 15a peuvent être rectilignes ou courbes. Il est remarquable de constater que dans la réalisation selon la fig. 3, les fentes 1^ et 13 peuvent ne pas être identiques et, de.même, dans la réalisation de la fig. 4, la convergence des bords 14, 15, d'une part, et 14ai ^a, d'autre part, peut ne pas 20 être la même, de sorte qu'une plus ou moins grande quantité de fluide peut être distribuée d'un côté et de l'autre du tube 1 pour chauffer différentiellement les parois opposées de celui-ci» la fig. 5 montre l'application du répartiteur 5 à un échangeur monotubulaire 1a dont les extrémités 1-j et ^ sont arron-25 dies pour permettre la mise en place simple de raccords tubu- laires, tandis que la partie s'étendant entre lesdites extrémités 1^ et 12 est aplatie, lorsque le répartiteur 5 est fabriqué en matière souple et éventuellement élastique comme décrit dans ce qui précède selon le mode d'exécution préféré, alors on voit que 50 ce répartiteur peut être mis en place dans la partie aplatie 1a du tube bien que les extrémités 1-j et 1£, de forme circulaire, présentent un diamètre inférieur à la largeur de la partie aplatie qui les relie» Dans ce qui précède, le répartiteur 5 s'étend sur toute la 35 longueur du tube 1. Cette condition n'est cependant pas toujours nécessaire et il est possible que ledit répartiteur 5 s'étende seulement sur une partie du tube 1. l'agrafe 11 est alors conformée pour compenser éventuellement la différence de longueur entre le tube 1 et le répartiteur 5. 69 45774 6 2070042 lorsque le répartiteur ne s'étend que sur une partie de la longueur du tube 1, alors le tube peut être muni au-delà du répartiteur, d'un perturbateur du genre de ceux qui sont employés dans de nombreux échangeurs et qui sont destinés à obliger le 5 fluide circulant dans le tube à suivre un trajet complexe, ce qui a pôur effet d'augmenter l'échange thermique entre ledit fluide et la paroi du tube» - la fig» 6 illustre une réalisation particulièrement avantageuse selon laquelle le répartiteur 5 forme lui-même un pertur-10 bateur 16 à son extrémité» Dans ce cas, ledit perturbateur est, par exemple, constitué par une bande enroulée en hélice qui prolonge les branches 6, 7, de sorte que l'ensemble répartiteur-pertiirbateur est monobloc et remplit donc successivement les m fonctions de répartition et de perturbation du fluide à l'inté-15 rieur du tube 1. Ainsi que cela est déjà expliqué dans ce qui précède, les ailes 6, 7 du répartiteur 5 peuvent être reliées entre elles par un voile 17 et ce voile, ainsi que le montre la fig» 7, est, dans ce cas, avantageusement conformé pour constituer lui-même, 20 perturbateur à l'intérieur,de la chambre 9, de sorte que- le fluide sortant par les différentes lumières 8 est amené dans les chambres 9a et 9b suivant des directions diverses, d'où il résulte qu'il est soumis à un mouvement tourbillonnaire à l'intérieur de ces dernières chambres* 25 Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, il a été considéré que le tube 1, de même que le tube 1a étaient plats» l'invention peut évidemment être mise'en oeuvre de même ?Çaçon si le tube présente une autre forme, notamment circulaire» En effet, dans ce cas, ainsi que le montrent les -fig» 8 et 9, le réparti-30 teur 5 peut être fixé par ses crochets 10, 10a dans la partie d' entrée 1b^ du tube 1b. Dans l'exemple représenté, aux fig. 8 et 9, le répartiteur 5 correspond à celui de la fig» 4 et, par conséquent, les bords 14, 15 et 14a et 15a des ailes ou'branches 6, 7 sont tout d'abord en contact avec la paroi interne du tube 1b, 35 puis s'écartent progressivement de cette paroi. On constate, par conséquent, que le fluide amené suivant la flèche f-j pénètre tout d'abord dans la chambre 9 et est distribué ensuite, progressivement, dans les chambres 9a, 9b. Il est évident que le répartiteur peut, aussi, être constitué par l'un quelconque des 69 45774 7 2070042 autres modes de réalisation décrits en référence aux fig. 3 ou 6, 7 mais, dans ce cas, les bords latéraux 14, '15 et 14a, 15a du répartiteur sont conformés pour prendre appui sur tout ou partie de leur longueur contre la paroi interne du tube 1b. 5 Un développement supplémentaire de l'invention consiste à ne relier le répartiteur 5 qu'à la partie d'entrée du tube et à laisser libre l'autre extrémité dudit répartiteur. De cette façon, ledit répartiteur peut osciller à l'intérieur du tube, ce mouvement, qui est engendré pal? la différence des pertes de char-10 ge pouvant exister entre les lumières délimitées par chacune des ailes ou branches 6, 7 ayant pour effet de brasser le fluide dans les chambres 9a et 9b et, par conséquent, le répartiteur constitue ainsi en même temps un perturbateur dynamique• Le fluide circulant dans le ou les tubes 1, la ou 1b de 15 l'échangeur peut indiff éreixisaent être un fluide chaud ou un fluide froid, selon que l'échangeur est destiné au chauffage ou au refroidissement d'une enceinte, notaa.ent de l'habitacle d'un véhicule. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, 20 représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. In particulier, dans le cas d'un faisceau multitubulaire, l'un des répartiteurs décrits dans ce qui précède peut être disposé dans la bôîte à eau d'entrée 4 pour assurer une distribution sélective du fluide 25 aux différents tubes du faisceau, tubes qui peuvent ou non comporter eux-mêmes leurs propres répartiteurs. En effet, dans le cas d'un faisceau multitubulaire, le fait de disposer un répartiteur dans la boîte à eau d'entrée, pour alimenter suivant une loi déterminée les différents tubes, ou les différentes rangées de 30 tubes du faisceau, est l'équivalent exact de la disposition d'un répartiteur dans le tube unique d'un échangeur monotubulaire puisque, notamment pour les faibles débits, le fluide amené par le conduit d'alimentation de la boîte à eau d'entrée tend à s' écouler préférentiellement par ceux des tubes qui se trouvent le 35 plus près de ce conduit d'entrée, tandis que ceux des tubes qui en sont éloignés ne sont que peu ou pas alimentés. 69 45774 8 2070042 R E ? K H B- I 0 A I I 0 11 a 1 — Dispositif répartiteur de fluide pour conduits d'échangeurs thermiques, caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps ou noyau délimitant deux ailes ou branches allongées fai- 5 sant entre elles un angle très aigu et qui est disposé L l'intérieur d'au moins un tube d'un échangeur, ou dans la boîte à eau d'entrée de celui-ci, la partie desdites ailes ou branches formant l'angle étant placée dans la partie aval du tube, ou de la boîte à eau, en considérant le sens d'écoulement du fluide, et 10 des lumières étant délimitées par ces ailes ou branches et présentant une section croissant depuis la partie amont jusqu'à la partie aval dudit corps ou noyau. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lumières sont délimitées indiffèremment par des, trous pra- 15 tiqués dans chacune des deux branches du corps ou noyau, par des fentes à parois divergentes pratiquées dans chacune desdites ailes ou branches, ou par les côtés latéraux desdites ailes ou branches qui convergent respectivement l'une vers l'autre depuis la partie amont jusqu'à la partie aval en considérant le sens de circula-20 tion du fluide dans le tube ou la boîte à eau. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, ca~ ractérisé en. ce que les lumières délimitées par chacune des ailes ou branches sont respectivement d'aires différentes. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, carac-25 térisé en ce que les lumières délimitées par les ailes ou branches présentent une surface totale au moins égale à la section de passage du tube dans lequel ledit corps ou noyau est disposé. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit corps ou noyau est fabriqué en matière 30 mauvaise conductrice de la chaleur, du genre résine synthétique, caoutchouc et analogue. 6 - Dispositif suivant 1'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps ou noyau est immobilisé à l'intérieur du tube par des crochets, agrafes et organes analogues. 35 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, ca ractérisé en ce que le corps ou noyau est fixé au tube, ou à la boîte à eau qui le contient, seulement à sa partie amontf 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il s'étend sur une partie seulement de la bad original 69 45774 9 2070042 longueur âu tube et qu'il est combiné à un organe perturbateur» 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'organe perturbateur est formé par le répartiteur lui-même et s'étend indifféremment dans le prolongement dudit corps ou noyau ou à l'intérieur de celui-ci» 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le tube le contenant est indifféremment de section aplatie, circulaire ou autre.