Brevet FR2480926A1 — publié le 19811023

L'invention s'applique à tous les échangeurs ou radiateurs pour transmettre ou recevoir de la chaleur par convection avec un fluide. Elle est surtout destinée à améliorer ces échanges dans le cas de faible différence de température entre une surface et un gaz, par exemple pour les aéroréfrigérants de moteurs thermiques, les condenseurs de machines frigorifiques, ou les radiateurs de chauffage domestique. Dans de tels cas, en effet, c'est l'échange avec le fluide gazeux, l'air ambiant en particulier, qui limite la capacité d'échange. C'est ce qui conduit à la solution classique des tubes où circule un liquide et qui sont ailettés du côté du gaz. L'invention s'applique de préférence à de tels tubes et elle a pour objet principal une forme d'ailette plus efficace que les formes connues, et qui soit de réalisation facile et économique. Il est bien connu que lSechange thermique par convection comporte un léchage de la surface par le fluide et s'accompagne d'un épaississement de la couche limite du fluide au contact. Cet épaississement diminue progressivement Lfleffi- cacité de l'échange à partir du bord d'attaque On trouve de ce fait dans allant antérieur diverses descriptions des ailettes découpées de façon à augmenter le nombre des bords d'attaque. On peut citer en ce sens le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 1 932 610 de E.F. TILLEZ avec un ruban héiioeldal de lames radiales en éventail autour du tube, ou bien le brevet français n0 2 088 106 de la S.A. des Usines a4#Uss0N, pour ses figures 3 et 4, avec des ailettes qui présentent des languettes cambrées formées dans leurs côtés latéraux, qui sont fendus à cet effet. Une ailette selon l'invention ressort de ce dernier type mais avec des dispositions nouvelles qui lui donnent des avantages spécifiques en particulier pour des échangeurs adaptés à de très faibles différences de température, aérocondenseurs ou radiateurs domestiques en particulier. Dans de tels cas en effet les ailettes doivent être de grandes dimensions et d'autre part rester faciles à nettoyer, car tout corps étranger ou salissure réduit beaucoup la capacité d'échange. En conséquence, une ailette selon l'invention est rectangulaire, avec son grand côté de part et d'autre du tube qui la porte et transversale à l'écoulement du gaz ou de l'air et elle se caractérise en que ce sont sur les petits côtés du rectangle qu'elle forme que débouchent les fentes qui déterminent les languettes. De préférence, chacune de ces languettes est cambrée par deux courbures égales et opposées de façon à être paral- lèle mais décalée par rapport à l'ailette. Ce parallélisme évite au mieux la rétension de corps étrangers, et permet un meilleur nettoyage soit par jet d'air soit par des brosses ou peignes à fils parallèles aux ailettes. Un procédé de fabrication d'une telle ailette consiste à utiliser une plaquette métallique rectangulaire, percée en son centre de symétrie par un orifice de forme et de dimension adaptée à celle du tube d'échange, et se caractérise par la création d'une fente au moins allant en direction sensiblement pa parallèle au grand côté depuis le voisinage de cet orifice jusqu'a' un des petits côtés du rectangle, et par le cambrage, à proximité de l'orifice, d'une des languettes déterminées par cette fente. UN échangeur utilisant une telle ailette et utilisant au moins deux tubes ailettes parallèles en succession dans le lit du courant de gaz se caractérise selon un mode préféré d'utilisation, en ce que toute languette sur le tube aval est décalée par rapport à toute languette sur le tube amont, de sorte que son bord d'attaque ne soit pas précédé par celle-ci. Ceci est précisé dans les figures ci-après et leurs descriptions, qui indiquent à titre d'exemple une réalisation d'ailettes selon l'invention et une de leurs applications. Les figures 1 et 2 sont des vues respectivement en élévation et en plan d'ailettes selon l'invention, serties sur un tube horizontal et avec coupes partielles. La figure 3 indique la disposition de deux tubes ailettes en élévation avec coupe des languettes. Les figures 4 et 5 représentent un radiateur respectivement en coupe élévation et vu de dessus avec coupe. Le tube d'échange 1 des figures 1 et 2 peut comporter à son intérieur un turbulateur 2 de tout type connu, par exemple formé d'une bande métallique de largeur à peu près égaleeau diamètre intérieur et torsadée. L'ailette selon l'invention est formée d'une plaquette 3 rectangulaire, qui comporte un orifice traversé par le tube 1. Ici cet orifice est découpé avec un bord tombé 4 qui permet un emmanchement avec serrage sur le tube, procurant sans soudure un bon échange thermique. Le tube 1 peut être en tout matériau conducteur de la chaleur et résistant à la corrosion éventuelle du liquide d'échange qu'il conduit. La plaquette 3 est de préférence en aluminium pur ou allié pour bien conduire la chaleur et ne pas s'oxyder à l'air, sauf en surface. Selon l'invention elle est fendue parallèlement au grand côté depuis le petit côté jusqu'au voisinage de l'orifice où passe le tube 1. Il y a ici 4 fentes 5, 6 et 5X, 6', découpant la plaquette en trois languettes de chaque côté du tube, soit 7,8, 9 et 7', 8', 90. Les languettes centrales 8 et 8' sont deux fois pliées ou courbées en leur pied à proximité du tube 1, en 90 et Il pour la languette 8 par exemple. Ces languettes se trouvent donc décalées transversalement et un peu plus courtes que les languettes 7, 9 et 7 t, 9' qui restent droites L'ensemble des opérations de découpe et de formage appliquées à chaque plaquette 3, pour obtenir l'ailette complète avec ses languettes et son orifice, peut etre effectué par un même outil et en une seule passe, ce qui le rend très peu coûteux. En particulier les fentes sont de préférence obtenue par cisaillage. La figure 3 montre la manière de disposer les tubes portant les mêmes ailettes. Les grands côtés de celles-ci sont transversalement disposés relativement à l'écoulement du gaz dans le sens de la flèche F. De cette façon chaque languette détermine un bord d'attaque séparé pour cet écoulement. Dans la disposition de deux tubes ailettés 1 et 1' en succession dans le sens F de l'écoulement de gaz, les plans des plaquettes, c'est-à-dire des languettes telles que 7, 9 et 7', 9', doivent être décalés d'un demi pas de façon que les bords d'attaque de ces languettes restent libres. Le tube de liaison 12 transmet le liquide du pour tube 1' vers le tube laque l'échange soit à contre courant. Cette liaison peut se trouver alors inclinée comme l'indique la figure 3, si les tubes ailettes sont identiques entre eux. L'utilisation d'ailettes selon l'invention permet de diminuer leur nombre tout en conservant sous forme de languettes un nombre de nappes suffisant. Le montage des ailettes sur le tube revient donc moins cher, et la perte de charge du côté gaz, autour des ailettes, est diminuée, ce qui est important pour avoir de bonnes performances en convection naturelle, selon par exemple l'application décrite plus loin. On peut utiliser ainsi des ailettes issues d'une plaquette de hauteur 30 mm et longueur 150 mm, espacées d'environ 10 mm sur un tube de diamètre 20 mm. En moyenne le pas ou espacement des ailettes selon l'invention est à choisir entre la moitié et le tiers de leur hauteur. Le décalage des languettes par rapport à la plaquette est environ la moitié de cet espacement. L'épaisseur des plaquettes en aluminium peut être de 1,2 mm. Le choix d'une longueur de plaquette de longueur entre 5 et 10 fois le diamètre du tube et de hauteur peu supérieure à celui-ci permet de constituer des faisceaux d'échange compacts avec des tubes dont le pas est analogue à cette hauteur, et efficaces dans une veine de gaz aussi épaisse que la longueur des ailettes. Les figures 4 et 5 montrent l'application de l'invention à un radiateur-convecteur pour le chauffage de locaux et adapté en particulier à l'utilisation optimale d'eaux tièdes de récupération d'énergie à basse température, ou venant de forages géothermiques. Ce radiateur constitue une cheminée plate ouverte au voisinage du sol 13 et du plafond 14 et qui enferme à sa base 5 tubes ailettes disposés comme décrit à la figure 3. Le fond 15 de la cheminée peut être calorifuge. Il est généralement appuyé contre un mur et il porte des parois latérales 16, 16' avec des bords formés en profils pour retenir des plaques frontales ou portes de visite telles que 17. Un avantage important en pratique d'occuper plus de 2mde hauteur du local à chauffer est que les orifices bas et surtout haut ne risquent pas d'être obstrués par négligence ou inattention. Il convient de remarquer que la combinaison d'un ou plusieurs radiateurs, chacun formant une telle cheminée de hauteur maximale, avec l'échangeur à ailettes perfectionnées selon l'invention et avec la disposition à contre courant de l'écoulement de fluide dans les tubes avec leurs turbulateurs, reporte le besoin d'énergie de convection à une pompe de circulation générale sur ce fluide, laquelle est un organe simple et unique, économique en achat, énergie et entretien. On obtient ainsi, un système de chauffage de locaux qui est efficace même avec des eaux tièdes chauffées par 1'é- nergie solaire, géothermique ou de récupération d'autres chaleurs généralement inutilisables. En variante on peut supprimer la cheminée et la convection naturelle qu'elle perme en créant sur les ailettes, une convection artificielle par un ventilateur rotatif ou alternatif qui peut de façon avantageuse être mu par l'énergie mécanique empruntée au fluide, donc en définitive à la pompe de circulation de celui-ci. L'énergie ainsi transférée peut être inférieure a 10 watts. En tirage naturel ou artificiel , la perte de charge de l'air à travers un Maxsceau de 6 tubes ailettés selon liinvention est d'environ 1 pascal pour une vitesse d'air d enviX ron 0,7 m/s et une puissance de chauffe d'environ 2 kw par mètre de largeur de radiateur. Pour lGobtenix en tirage naturel un radiateur-cheminée de hauteur 2 m à 2,5 m suffit quelle que soit la hauteur de plafond du local chauffé. Il n'est en outre pas souhaitable qu'elle dépasse 3 m, sinon l'air réchauffé serait émis trop haut au dessus des occupants local. REVENDICATIONS 1. Ailette d'échange thermique en contact avec un tube de circulation d'un fluide et elle-même baignée par un gaz de direction transversale au tube et parallèle à l'ailette celle-ci étant constituée d'une plaquette plane traversée par le tube, et comportant des languettes cambrées hors de son plan et formées dans les côtés latéraux de cette plaquette, côtés qui sont fendus à cet effet, caractérisée en ce que la plaquette (3) est rectangulaire, allongée transversalement à l'écoulement de part et d'autre du tube(l)et en ce que ce sont sur les petits côtés du rectangle qu'elle forme que débouchent qui les fentes(5,6, 5', 65;déterminent les languettes(7, 8, 9) (7', 8', 91. 2. Ailette selon la revendication 1 caractérisée en ce que- sa hauteur est peu supérieure au diamètre du tube et que sa longueur est comprise entre 5 et 10 fois ce diamètre. 3. Ailette selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chacune des languettes est cambrée au voisinage du tube et avec deux courbures égales et opposées de façon à ce qu'elle soit parallèle et décalée par rapport à la plaquette plane. 4. Ailette selon l'une des revendications 1 à 3, avec deux fentes de part et d'autre du tube, caractérisée en ce que la languette cambrée est limitée par ces deux fentes. 5. Procédé de fabrication d'une ailette selon l'une des revendications 1 à 4, comportant en une seule opération et à partir d'une plaquette rectangulaire allongée, - le percement en son centre de symétrie d'un orifice de dimension adaptée à celle du tube, - la création d'au moins une fente sensiblement parallèle aux grands côtés de la plaquette, obtenue par cisaillement et allant du voisinage de l'orifice jusqu'au petit côté de la plaquette, - le cambrage d'une des languettes déterminées par la fente. 6. Echangeur utilisant une succession d'au moins deux tubes portant des séries d'ailettes selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les bords d'attaque des ailettes portées par le tube en aval dans l'écoulement du gaz sont décalés par rapport aux bords de fuite des ailettes portées par le tube en amont. 7. Echangeur selon la revendication 6, disposé à l'intérieur et au bas d'une cheminée rectangulaire qui borde les extrémités des tubes et les petits côtés des ailettes, caractérisé en ce que les tubes ailettés sont identiques,reliés par des tubes de jonction conduisant le fluide d'un tube à l'autre en série du haut vers le bas, et garnis intérieurement chacun d'un turbulateur, avec une pompe de circulation de ce fluide. 8. Echangeur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un fond éventuellement calorifugé appuyé contre une cloison. 9. Echangeur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la cheminée occupe toute la hauteur d'un local qu'elle chauffe, à l'exception des orifices d'entrée et de sortie de l'air vers ce local. 10. Echangeur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la cheminée a une hauteur comprise entre 2 et 3 m à partir du sol d'un local qu'elle chauffe.