Brevet FR2097056A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne un échangeurde-chaleur à efficacité progressive permettant de réaliser un appareil de grande longueur dont la dissipation thermique est ainsi rendue sensiblement uniforme sur toute la longueur, même pour des conditions de débit très variables du fluide primaire qui circule dans le ou les conduits dudit échangeur. L'invention trouve une application dans la réalisation de ceux des échangeurs qui sont destinés au chauffage de véhicules ainsi qu'au chauffage de locaux d'habitation lorsque ces échangeurs sont disposés dans des enceintes de grande longueur comme c'est le cas pour certains véhicules automobiles dans lesquels l'échangeur s'étend sur presque la totalité de la largeur du véhicule et comme c'est le cas de conveceurs pour locaux d'habitation, convecteurs qui sont disposés dans des plinthes. creuses ou des fosses. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur àefficacité progressive comporte au moins un tube de circulation relié à au moins un ensemble dissipateur, ledit tube étant parcouru par un fluide primaire et l'ensemble dissipateur traversé par un second fluide dirigé sensiblement à angle droit par rapport à celui circulant dans ledit tube qui est relié audit ensemble dissipateur par une zone à transmission calorifique croissant dans le même sens que celui dans lequel le fluide primaire parcourt ledit tube. 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 élévation schématique illustrant un premier mode de réalisation de l'invention. les fig. 2 à 4 sont des coupes prises respectivement suivant les lignes II-II, III-III et IV-IV de la fig. 1. La fig. 5 est un plan illustrant une variante. La fig. 6 est une coupe prise suivant la ligne VI-VI de la fig. 5. La fig. 7 est une perspective schématique illustrant une légère modification de la réalisation suivant les fig. 5 et 6. Là fig. 8 est une élévation d'une variante. tes fig. -9 à 11 sont des coupes prises respectivement suivant les lignes IX-IX, X-X et XI-XI de la fig. 8o La fig. 12 est une perspective partielle schématique d'une modification de la réalisation suivant les fig. 8 à ilo La fig. 13 est un plan schématique d'une variante de l'invention. La figo 14 est une élévation d'une modification de la réalisation de la fig. 13. A la fig. 1, on a représenté un échangeur de chaleur comportant au moins un tube 1 pour la circulation d'un fluide primaire circulant suivant la flèche f . te tube 1 est muni de 1 dissipateurs constitués dans l'exemple représenté par des bandes ondulées 2 et 3 qui sont destinées à être traversées par un second fluide devant, par exemple, être chauffé dont le trajet est perpendiculaire au plan du dessin. Pour que la température du second fluide demeure sensiblement constante sur toute la longueur du tube 1, même si cette longueur est grande, et cela quel que soit le débit, on fait varier la surface -d'échange entre le tube 1 et les dissipateurs de façon que cette surface d'échange aille croissant dans le sens de l'écoulement du premier fluide suivant la flèche fl1. Pour cela, comme le montrent les fig. 2 à 4, on constitue le tube 1, par exemple au moyen de deux demi-lames embouties 4 et 5 qui sont conformées pour présenter, en regard des dissipateurs 2 et 3, des encoches 6, respectivement 7, dont la largeur va décroissant depuis la partie amont du tube 1 jusqu'à la partie aval de celui-ci en considérant le sens de la flèche f1. Les encoches 6 et 7 délimitent ainsi des surfaces d'appui 9, 9a et 10, 10a de relativement faible largeur à la partie amont du tube 1, comme le montre la fig. 2, puis de plus grande largeur, comme le montre la fig. 3, et, finalement, à la partie aval du tube les surfaces d'appui sont réunies, le tube ne présentant plus décoches 6 et 7.On obtient dont que la surface de contact aille ainsi croissant dans le sens de l'écoúlement du premier fluide, ce qui a pour effet évidemment d'augmenter l'échange thermique en empêchant que le fluide circulant selon la flèche f1 cède'outres ses calories à la partie amont des dissipateurs lorsque son débit dans le tube 1 est faible. Bien que les encoches 6 et 7 aient été représentées de même largeur, il est évidemment possible que cela ne soit pas le cas, notamment lorsqu'on désire favoriser l'échange thermique vers le dissipateur 3 plutôt que vers le dissipateur 2, ou réciproquement. Il suffit, en effet, pour favoriser l'échange thermique avec le dissipateur 3, par exemple, de pré- voir l'encoche 7 plus étroite que l'encoche 6. La forme, en plan, des encoches 6 et 7 est déterminée en fonction de la loi de variation de transmission thermique que l'on désire obtenir et, en particulier, on peut, pour cela, faire en sorte que les bords latéraux des encoches 6 et 7 ne soient pas rectilignes mais courbes. Le tube 1; peut être fabriqué autrement que par l'assemblage des demi-lames 4 et 5 et, en particulier, les fig. 5 et 6 montre-nt que le tube la peut être un tube soudé ou extrudé qui est conformé par moletage ou autrement pour présenter au moins deux plages d'appui lt et 12 dont la largeur va croissant lorsqu'on considère le sens de circulation suivant la flèche 1 du- fluide devant parcourir le tube 7a. tes plages d'appui 1-1 et 12 peuvent être formées par moletage à partir d'un tube aplati ou à partir d'un tube rond en même temps que celui-ci est aplati. tes catés latéraux 13 et 14 des plages 11 et 12 peuvent être conformées comme on le désire pour obtenir une loi d'échange précise entre les tubes et les dissipateurs qui l'entourent et qui, dans cette réalisation, peuvent être constitués, ainsi que le montre la fig. 6, par des ailettes 15. La fig. 7 montre une légère variante suivant laquelle les plages d'appui lia et 12a du tube la sont formées en relief, ce qui peut être réalisé, par exemple, par introduction d'un mandrin dans un tube de section sensiblement rectangulaire. Suivant la fig. 8, l'invention est mise en oeuvre à partir d'un tube rond lb dont la paroi externe est moletée afin de délimiter, comme le montre la fig. 9, des rainures 16 de grande largeur dans la partie amont dudit tube, ces rainures étant séparées par des surfaces d'appui 17 étroites, et lesdites rainures 16 étant ensuite rendues plus étroites,- d'autres rainures 16a étant formées entre elles, pour multiplier les surfaces d'appui 17. Finalement, à la partie. aval du tube, ainsi que le montre la fig. 11, la paroi est lisse de sorte que la surface d'appui est continue pour les dissipateurs qui sont avantageusement constitués par des ailettes 15. Une telle réalisation est particulièrement avantageuse car les rainures successives 16, 16a, etc, peuvent être formées par un jeu de molettes entre lesquelles un tube rond est amené à passer en continu, lesdites rainures étant ainsi formées de façon répétitive et le tube continu dans lequel des jeux de rainures ont été formés, est finalement coupé à la longueur désirée ce qui rend possible une fabrication tout spécialement économique. La fig. 12 montre que des rainures, telles que 18, 18a, 18b, 18c peuvent être formées avec des longueurs différentes dans le tube lb, ceci afin d'obtenir une loi d'échange différente avec la partie basse 15a de chaque ailette 15 et la partie haute 15b de celle-ci. Une autre variante apparat à la fig. 13 qui montre que le même résultat peut être obtenu en recouvrant un tube de section aplatie 1c d'un revêtement 19 en matière mauvaise conductrice de la chaleur, par exemple un vernis, suivant une ou des plages de largeur décroissant depuis la partie amont jusqu'à la partie aval dudit tube 1c. De cette façon, on modifie également la transmission thermique entre le fluide circulant dans le tube et les dissipateurs qui l'enveloppent. Suivant la fig. 14, le tube Id est indifféremment de section ronde ou aplatie et il est enveloppé dans un fourreau 20 en résine synthétique, caoutchouc ou autre matière mauvaise conductrice de la chaleur, dont l'épaisseur va décroissant depuis la partie amont jusqu'à la partie aval du tube, Dans ce qui précède, on a considéré que l'échangeur était mono-tubulaire mais il est évident qu'il peut comporter un nombre quelconque de tubes. De même, des perturbateurs ou autres accessoires peuvent être disposés à l'intérieur du tube sur tout ou partie de sa longueur. R E V E N D I C A T.I O N S 1 - Echangeur de chaleur à efficacité progressive, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube de circulation relié à au moins un ensemble dissipateur, ledit tube étant parcouru par un fluide primaire et l'ensemble dissipateur traversé par un second fluide dirigé sensiblement à angle droit par rapport à celui circulant dans ledit tube qui est relié audit ensemble dissipateur par une zone à transmission calorifique croissant dans le même sens que celui dans lequel le fluide primaire parcourt le- dit tube. 2 - Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone à transmission calorifique croissante est délimitée par au moins une encoche allongée formée par la paroi du tube et délimitant au moins une plage d'appui de largeur croissante sur laquelle est appliqué l'ensemble dissipateur. 3 - Echangeur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube est constitué par deux demi-lames complémentaires, chacune des deux demi-lames présentant une encoche allongée de largeur dégressive depuis l'embouchure d'admission jusqu'à l'embouchure d'échappement dudit tube, ladite encoche délimitant deux surfaces d'appui de largeur progressive sur lesquelles sont fixés des ensembles dissipateurs. 4 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone du tube à surface d'échange croissante est délimitée dans un tube de section aplatie par au moins un moletage latéral amincissant au moins l'un des bords dudit tube sur une largeur variable. 5 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube est de section circulaire et présente, dans sa paroi, des jeux successifs de rainures longitudinales délimitant des secteurs d'appui d'étendue croissante depuis l'entrée jusqu'à la sortie du tube et sur lesquels sont enfilées des ailettes dissipatrices. 6 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins deux zones à transmission thermique croissante sont prévues sur la paroi du tube. 7 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les zones distinctes de transmission thermique présentent respectivement des étendues différentes, de sorte que les ensembles dissipateurs reçoivent une quantité de chaleur déterminée par l'étendue desdites zones. 8 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les zones à transmission calorifique croissante sont définies par des revêtements isolants déposés sur certaines parties-seulement de la paroi du tube. 9 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le revêtement isolant est constitué par une fourrure isolante à paroi d'épaisseur décroissante. 10 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par des perturbateurs disposés sur tout ou partie de la longueur du tube à l'intérieur de celui-ci0