Brevet FR2123195A1 — publié le 19720908

La présente invention est relative aux échangeurs de chaleur et plus particulièrement aux échangeur de chaleur dont les tubes de circulation comportent des organes perturbateurs. Par sa mise en oeuvre, l'invention rend possible d'augmenter 5 très sensiblement la dissipation thermique d'un tube sans, pratiquement, augmenter les pertes de charge pour le liquide en circulation. En outre, il devient possible, suivant l'invention, de régulariser la dissipation thermique de façon que celle-ci soit sensiblement homogène tout au long d'un tube de grande lon-10 gueur, c'est-à-dire de plusieurs dizaines de centimètres, même lorsque le débit de fluide à l'intérieur dudit tube est faible. Un avantage supplémentaire de l'invention réside dans le fait que le ou les perturbateurs que peut comporter un tube échangeur peuvent être mis en place très facilement sans qu'il 15 soit nécessaire de procéder à une soudure ou à une brasure ultérieure» Conformément à l'invention, le perturbateur est disposé à l'intérieur d'un tube échangeur de chaleur et est constitué par une feuille métallique mince présentant au moins une rangée de 20 crevés alignés et délimitant des picots cambrés formant une fenêtre et présentant, à leur sommet, une patte repliée maintenue en appui contre la paroi interne du tube. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. 25 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 perspective d'un tronçon de perturbateur faisant application de l'invention. La fig. 2 est un plan, vu de dessus, d'un tronçon de per-30 turbateur illustrant une caractéristique supplémentaire de 1'invention. la fig. 3 est une perspective d'un tronçon de dissipateur, analogue à celui de la fig. 2 mais faisant apparaître uh développement supplémentaire. 35 La fig. 4- est une coupe transversale d'un conduit échangeur de chaleur faisant application du perturbateur de l'invention. La fig. 5 est une coupe longitudinale partielle, à plus grande échelle, du conduit de la fig. 4- et illustrant un effet particulier obtenu par le perturbateur de l'invention. 71 02835 2 2123195 la fig. 6 est une coupe partielle illustrant un détail de réalisation. La fig. 7 est une coupe-élévation longitudinale schématique d'un échangeur de chaleur selon l'invention. 5 La fig. 8 est une coupe-élévation, analogue à la fig. 7 d'un autre échangeur de chaleur. La .fig. 1 montre le perturbateur de l'invention dans sa réalisation la plus simple. Ce perturbateur est formé à partir d'un ruban métallique mince 1 dans lequel sont pratiqués des 10 crevés 2, 3, par exemple suivant deux rangées parallèles, bien que ce nombre ne doive pas être considéré comme limitatif. En effet, suivant la constitution du tube échangeur dans lequel le perturbateur doit être mis en place, le nombre de rangées de crevés peut être limité à un, et de même il peut être supérieur 15 à deux. Le métal découpé pour former les crevés 2 et 3 est replié afin de /délimiter des protubérances ou picots 4, 4a dans lesquels sont découpées des fenêtres 5» L'extrémité de chaque picot est repliée comme montré en 6 pour délimiter une patte 20 destinée à prendre appui conti'e la paroi interne d'un tube 7 devant contenir le perturbateur comme montré par la fig. 5« Cette dernière figure fait apparaître que le perturbateur, lorsqu'il est en place, délimite une cloison intermédiaire à l'intérieur du tube, cette cloison étant perforée du fait des 25 crevés 2, 3- Les picots 4, 4a. constituent des éléments n'introduisant qu'une très faible perte de charge, du fait de leur fenêtre 5 qui s'étend presque jusqu'à la partie de cambrage 8 du pied du picot et jusqu'à la patte 6 appliquée contre la paroi du tube et n'opposant, par conséquent, que l'épaisseur du 30 métal qui la constitue à la circulation du liquide qui s'effectue suivant la flèche f^. De cette façon, on obtient un décollement des couches limites tant au niveau de la cloison médiane que forme le perturbateur qu'au niveau de la paroi du tube sans perte de charge notable. 35 La fig. 2 illustre une caractéristique supplémentaire se lon laquelle le perturbateur présente, entre les crevés 2, 2_a à partir desquels sont formés les picots, successivement des lumières transversales 9 et des encoches latérales 10, 11. Ces lumières et encoches ont pour effet de réduire encore les per 1 02835 3 2123195 tes de charge dues au perturbateur car, en ajourant le métal du perturbateur entre les crevés, on réduit sa surface mouillée et, par conséquent, :çs pertes de charge par frottement. En outre, les lumières et oncoches, par leur disposition alternée, tendent à faire suivre su liquide en circulation dans le tube 7 ces trajets variés, ce qui améliore le brassage de ce liquide. les dimensions des lumières et encoches peuvent être plus ou moins importantes pour que deux perturbateurs ç-lignés présentent un 'cartement plus ou moins grand de leurs picots res-pectii's et, par conséquent, par ce moyen il devient possible de régler la quantité de chaleur dissipée tout au long du tube 7- Le perturbateur, qui vient d'être décrit, peut être mis en place dans le tube 7 sans qu'il soit nécessaire de le souder ou de le braser à la paroi interne de celui-ci car les pattes 6 constituent des surfaces d'application d'étendue suffisante pour assurer une bonne transmission thermique avec la paroi du tube 7. Pour que cette application soit aussi parfaite que possible et, aussi, pour que 1= perturbateur ne risque pas d'être' déplacé à l'intérieur du tube, comme le montre la fig. 6, les picots 4-, 4a. sont, en fabrication, cambrés davantage qu'il n'est nécessaire. De cette façon, lorsque le perturbateur est engagé dans le tube en le déplaçant suivant la flèche f^s ^es picots sont légèrement rabattus, les pattes 6 venant en appui contre la paroi interne de ce tube. On voit, à cette figure, que l'inclinaison que présentent les picots est alors dirigée dans le sens de l'écoulement figuré par la flèche _f^, de sorte que la pression appliquée sur les picots par le liquide en circulation tend à faire s'arc-bouter ces picots contre la paroi du tube. Four assurer un bon maintien du perturbateur dans le tube, il est avantageux, comme le montre la fig. 1, que les picots de deux rangées soient alternativement pliés dans un sens et dans l'autre pour qu'ils se présentent suivant une disposition cuincoacée qui améliore, en outre, le brassage du liquide en circulation. La fig. 3 illustre un développement supplémentaire selon lequel les bores latéraux du ruban 1 sont rabattus, comme montre en 12, ce qui a pour effet de rigidifier le perturbateur en facilitant son introduction dans le tube 7 dans lequel les 71 02835 4- 2123195 bords repliés 12 prennent appui contre les côtés latéraux du tube ainsi que cela est montré par la fig. 4. La fig. 7 montre un /changeur selon l'invention qui est constitué par le tube 5 contenant plusieurs perturbateurs réa-5 lisés comme décrit dans ce qui précède et, agencés pour que ledit échangeur dissipe une quantité de chaleur à peu près uniforme sur toute sa longueur. Le tube 7 est muni, extérieurement, de dissipateur 13 et il contient, dans sa partie amont en considérant le sens de 10 circulation du liquide figuré par la flèche ï\^, un premier perturbateur 1^ dont les picots 4 sont espacés, c'est-à-dire que ce premier perturbateur est, par exemple, réalisé comme montré par la fig. 2, ou par la fig. 3» avec des lumières transversales 9 et fentes latérales 10, 11 de grande largeur. 15 Le tube 7 contient ensuite un second perturbateur 1g aligné avec le premier, mais dont les picots 4 sont plus rapprochés, ce qui /est obtenu en réduisant la largeur des lumières 9 et encoches 10, 11, puis un troisième perturbateur 1^ constitué comme à la fig. 1, c'est-à-dire ne présentant pas les lumières 9 20 et encoches 10, 11. Par ce moyen, le liquide en circulation dans le tube 7 est de plus en plus perturbé, ce qui égalise la dissipation calofi-fique même pour de faibles débit de liquide. La fig. 8 illustre la réalisation d'un autre échangeur de 25 chaleur comportant deux tubes 7^5 72» l'un et l'autre munis extérieurement de dissipateurs 13. Le tube 7^, qui est placé à la partie supérieure de 1'échangeur, contient un perturbateur 1a, qui peut être constitué comme décrit ci-dessus en référence à la fig. 7 et il en est de même en ce qui concerne le tube 72 30 qui contient un perturbateur 1b. Toutefois, il est avantageux, comme illustre le dessin, que les picots du ou des perturbateurs 1b soient plus rapprochés que les picots du ou des perturbateurs la, ce qui permet de faire dissiper au tube 72 une quantité plus importante de chaleur. 35 Une telle disposition trouve une application avantageuse dans la réalisation de radiateurs de chauffage pour véhicules automobiles dans lesquels par partie inférieure de l'habitacle doit être chauffée davantage que le pare-brise. Lorsque cette dernière qualité doit être mise particulièrement en évidence, 71 02835 5 2123195 alors, comme le montre le dessin et supplémentairement, les dissipateurs 13 des tubes 7^ et 7^ sont séparés par une cloison ou un écran 14 qui peut être consituée par une feuille mince en métal, mais de préférence en matière plastique ou autre ma-5 tière isolante pour bien différencier les deux circuits d'échange que constituent, alors, les tubes 1a et 1b. De même, supplémentairement encore, les dissipateurs externes des tubes 1a et 1b peuvent être recouverts par des feuilles 15, respectivement 16, qui délimitent ainsi des couloirs de guidage de l'air 10 ou autre gaz devant être, chauffé ou refroidi p^ar le liquide en circulation dans les tubes 7^, 72* On ne sortirait évidemment pas du cadre de l'invention en constituant un échangeur de chaleur comportant plus de deux tubes de circulation, ces tubes étant aussi munis des perturba-15 teurs décrits dans ce qui précède qui peuvent ne s'étendre que sur une partie seulement de la longueur des tubes. 71 02835 6 2123195 REVENDICATIONS 1 - Dispositif perturbateur et échangeur de chaleur en faisant application, caractérisés en ce que ledit perturbateur est disposé à l'intérieur d'un tube .échangeur de chaleur et est 5 constitué par une feuille métallique mince présentant au moins une rangée de crevés alignés et délimitant des picots cambrés formant une fenêtre et présentant, à leur sommet, une patte repliée maintenue en appui contre la paroi interne du tube. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en 10 ce que, supplémentairement, des lumières sont pratiquées entre les crevés. 3 - Dispositif.suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il présente, entre les crevés formant les picots à fenêtre, alternativement des lumières transversales et 15 âes encoches latérales. 4Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est bordé latéralement par des bords repliés prenant appui contre la paroi interne du tube. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, 20 -caractérisé en ce que les picots sont cambrés davantage qu'il n'est nécessaire, de soi'te qu'ils sont en appui élastique contre la paroi interne du tube lorsque le perturbateur est introduit dans celui-ci. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, 25 caractérisé en ce que les fenêtres sent pratiquées pour s'étendi^e depuis le voisinage du pied de chaque picot jusqu'au niveau de la patte en appui contre la paroi interne du tube et sur la majeure partie de leur largeur. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, 30 caractérisé en ce que les picots sont formés suivant au moins deux rangées parallèles et sont quinconcés. - 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7» caractérisé en ce que le tube échangeur comporte, alignés les uns avec les autres, plusieurs perturbateurs dont les picots 35 sont de plus en plus rapprochés en considérant le sens de l'écoulement du liquide dans le tube. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que 1*échangeur comporte au moins deux tubes 71 02835 7 2123195 munis extérieurement de dissipateurs, les deux tubes étant disposés l'un au-dessus de l'autre et contenant des perturbateurs dont les picots sont espacés inégalement. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, 5 caractérisé par au moins un écran séparant les dissipateurs des tubes empilés.