Brevet FR2502318A1 — publié le 19820924

L'invention concerne un dispositif de maintien d'un turbulateur dans un tube de circulation de fluide d'un échan- geur de chaleur, par exemple d'un radiateur de véhicule auto- mobile. Il est connu de placer des turbulateurs, qui sont des bandes minces en métal ou en matière plastique, présentant des saillies ou tordues en hélice, dans les tubes d'un échan- geur de chaleur, afin de rendre turbulent l'écoulement de liquide dans les tubes, améliorant ainsi 1' échange thermique entre le liquide circulant et la paroi des tubes. On a constaté toutefois que, dans certaines conditions de débit et de température, l'écoulement de liquide dans les tubes a tendance à extraire les turbulateurs des tubes et à les entraîner vers la tubulure de sortie de l'échangeur qui risque alors d'être plus ou moins obturée par les turbula- tours ou de les laisser passer dans le circuit associé à 1' échangeur. Il est également connu d'utiliser des turbulateurs cou- dés en "Ut qui présentent deux parties sensiblement rectili- gnes et parallèles introduites chacune dans un tube du fais- ceau de l'échangeur, mais il se pose le même problbme de rete- nue des turbulateurs dans les tubes du faisceau. L'invention a pour but d'apporter une solution simple, sOre et peu cooteuse à ce problème, applicable plus particu- librement à la retenue des turbulateurs coudés en U. lle propose à cet effet un dispositif de maintien des turbulateurs en U dans les tubes d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend des butées ou saillies, for- mées pour être de part et d'autre des coudes des turbula- tours, de façon à empêcher ou limiter le déplacement d'un turbulateur tendant à sortir d'un tube en raison de l'entrai- nement par le fluide circulant dans le tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, ces butées ou saillies dépendent de la face interne d'une botte à eau dans laquelle débouchent les extrémités desdits tubes. L'invention permet donc, de façon simple et économique et sans utiliser de pièce ou d'organe supplémentaire, de maintenir de façon sre les turbulateurs en place dans les tubes du faisceau de l'échangeur. Dans la description qui suit, faite à titre d'ezxemple, on se réfère aux dessins annexése, dans lesquels: - la figure I est une vue schématique de côté d'un échangeur de chaleur comprenant le dispositif selon l'inven- tion; - la figure 2 est une vue de face de cet échangeur; - la figure 3 eet une vue à plus grande échelle, en coupe longitudinale, de la botte à eau supérieure de l'échan- geur de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IVIV de la figure 3; - la figure 5 est une vue en coQpe longitudinale d'une botte à eau eelon une variante de réalisation de l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une botte A eau selon une autre variante de réalisation de l'in- vention; - la figure 8 est une rue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7; - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'encore une autre variante de l'invention; et - la figure 10 est une vue en coupe selon la ligne X-X de la figure 9. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2, qui représentent schématiquement un échangeur de chaleur compre- nant un dispositif de maintien de turbulateurs selon l'in- vention. Cet échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 de tubes verticaux de circulation de liquide, associés à des ailettes 11 d'échange thermique. Les extrémités 12 des tubes du faisceau débouchent dans deux bottes à eau 13 et 14 mon- tées de la façon habituelle sur les collecteurs ou plaques à trous 15 du faisceau 10. Ia boîte à eau inférieure 14 de l'échangeur comprend la tubulure 16 d'entrée de liquide et 2 5 O 2318 la botte à eau supérieure 13 la tubulure 17 de sortie de liquide de l'échangeur. On comprend que celui-ci est du type à circulation dite en "1". Des turbulateurs 18, coudés en U dans leur partie médiane, présentent deux parties parallèles et sensiblement d'égales longueurs, qui sont chacune introduites dans un tube du faisceau. Ces turbulateurs peuvent être métalliques ou en matière plastique, ils peuvent présenter des saillies ou être tordus sur eux-mêmes en hélice, de façon à créer des turbu- lences dans les tubes dans lesquels ils sont introduits. Dans l'exemple représenté en figures 1 et 2, les par- ties coudées en U des turbulateurs 18 se trouvent dans la botte à eau supérieure 13 comportant la tubulure de sortie 17 et l'on comprend que la circulation de liquide dans cette botte à eau a tendance à entrafner les turbulateurs vers la tubulure de sortie et à les extraire des tubes du faisceau. Pour empocher cette extraction, l'invention prévoit de former la botte à eau 13 avec des butées ou saillies 19 dis- posées de part et d'autre de chaque turbulateur 18 et chevau- chant leurs parties coudées en U, de façon à empOcher ou limiter le déplacement des turbulateurs à partir de leur posi- tion initiale correcte sous l'effet de la circulation de liquide dans la botte à eau en direction de la tubulure de sortie 17. On se reportera maintenant aux figures 3 et 4 qui représentent de façon plus détaillée un mode de réalisation de l'invention. la botte à eau 20 des figures 3 et 4 correspond sensi- blement à la botte à eau 13 des figures 1 et 2 et est de forme sensiblement parallélépipédique à fond ou sommet 21 arrondi et à face opposée 22 ouverte pour son montage sur un collecteur 15. Du sommet 21 dépend la tubulure 23 de sortie de liquide de l'échangeur, qui est orientée perpendiculaire- ment à la face ouverte 22. De la face interne du fond ou sommet 21 de la botte à eau 20 dépend une nervure sensiblement plane 24, formée dans le plan longitudinal médian de la botte à eau 20 et dont le 2502313 i bord inférieur ou bord libre 25 est crénelé, c'est-à-dire forme des dents 26 en saillie en direction de la face ouverte 22. Ces dents 26 peuvent être de forme trapézoïdale, comme représenté au dessin, ou peuvent avoir une forme queloonque appropriée. Les dents 26 sont formées de façon à encadrer les turbulateurs 18 quand la botte à eau. 20 est montée sur le faisceau de l'échangeur de chaleur. Afin de ne pas entraver la sortie du liquide par la tubulure de sortie 23, la nervure 24 est interrompue locale- ment en 27 en regard du débouché de la tubulure de sortie 23 à l'intérieur de la botte à eau 20. les figures 5 et 6 représentent une variante de réali- sation de l'invention, appliquée au ca, oỉ le botte à eau 30 comprend une tubulure de sortie 31 dépendant d'une de ses extrémités longitudinales et orientée dans la direction de la plus grande dimension de la botte à eau 30. Dans ce cas, le débouché de la tubulure de sortie 31 à l'intérieur de la botte à eau 30 est encadré par deux ailes planes 32 et 33 en saillie à l'intérieur de la botte à eau et s'étendant en direction de l'extrémité 34 d'une nervure 35 dépendant du fond de la botte à eau 30 et formée dans le plan longitudinal médian de cette botte à eau. Comme dans le mode de réalisation précédent, le bord inférieur libre de cette nervure est crénelé et présente des dents 36 en saillie orien- tées vers la face ouverte 37 de la boîte à eau. De cette façons la nervure 35 s'arrête au voisinage proche des pattes ou saillies 32 et 33, mais ne s'étend pas jusqu'au débouché de la tubulure de sortie 31 et ne gene donc pas la sortie du liquide par cette tubulure. Les figures 7 et 8 représentent une autre variante de réalisation de l'invention, selon laquelle la tubulure de sortie 41 de la botte à eau 40 est orientée perpendiculaire- ment au plan longitudinal médian de cette botte à eau. Comme précédemment, une nervure plane 42 dépend du fond ou sommet de la botte à eau et s'étend en direction de la face ouverte 43 de celle-ci, le bord inférieur libre de 2502318' cette nervure étant crénelé et présentant des dents 44 en saillie. On voit en figure 8 que la tubulure 41 de sortie de liquide se prolonge partiellement, à sa moitié supérieure, à l'intérieur de la botte à eau 40, comme indiqué en 45, et rencontre la nervure longitudinale 42. Dans cette zone, la partie 45 forme un anneau cylindrique complet 46. Dans toutes les réalisations qui viennent d'être d6- crites, la botte à eau est formée d'une pièce par moulage avec la nervure crénelée servant au maintien et à la retenue des turbulateurs. On pourrait bien entendu prévoir deuL ner- vures parallèles de part et d'autre du plan longitudinal médian de la botte à eau, et éventuellement des nervures transversales entre les turbulateurs, ou remplacer les nervu- res par des séries de doigts ou de picots s'engageant entre les différents turbulateurs, comme représenté dans les figu- res 9 et 10. Dans ces figures, la botte à eau 50 comprend une tubu- lure de sortie 51 à une de ses extrémités, orientée parallèle- ment au plan longitudinal médian de la botte à eau. Le débouché de la tubulure 51 à l'intérieur de la botte à eau 50 est encadré par deux ailes planes 52 dépendant de la région sommitale 53 de la botte à eau et s'étendant parallb- lement au plan longitudinal moyen de celle-ci. De cette région sommitale 53 dépendent également des doigts ou picots 54, agencés en une rangée dans ledit plan longitudinal moyen ou en deux rangées parallèles de part et d'autre de ce plan et par exemple sensiblement dans le pro- longement des ailes 52. 6 2502318 BMvDICATIoNS 1. Dispositif de maintien d'un turbulateur dans un tube de circulation de fluide d'un échangeur de chaleur, ce turbulateur étant du type coudé en UI et présentant deux par- ties sensiblement parallèles introduites chacune dans un tube du faisceau, caractérisé par des butées ou saillies formées de part et d'autre des coudes des turbulateurs, de façon à empocher ou limiter le déplacement d'un turbulateur tendant à sortir d'un tube en raison de l'entraînement par le fluide circulant dans le tubed 2. Dispositif solon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites butéSee ou saillies s'étendent entre les turbulateurs. 3. Dispositif melon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en óe que lesdites butées ou saillies dépendent de la face interne d'une boite à eau dans laquelle débouchent les extrémités des tubes. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites butées ou saillies font partis d'au moine une nervure crénelée du fond de la boite à eau. , Dispaositif selon la revadenioation 4, caractérisé en ce que ladite nervure orênelée s'étend dans le plan longi- tudinal médian de la boete à eau, sur toulte la longueur de celle-ei. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, oaractérisé en ce que ladite nuerure est interrompue locale- ment en regard du débouché de la tubulure de sortie. 7. Dispositif selor. l'une des revendicationes 3 à 6, caractérisé en ce que la tubulure de sortie se prolonge à l'intérieur de la botte à eau, perpendiculairement au plan de la nervure. 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le débouché de la tubulure de sortie dans la boite à eau est encadré par deux ailes ou pattes en saillie. 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites butées ou saillies sont formées par 7 ?2502318 ' plusieurs nervures du fond de la botte à eau, ces nervures s'étendant parallèlement au plan longitudinal médian de la botte à eau et perpendiculairement à ce plan. 10. Botte à eau pour échangeur de chaleur du type com- prenant des turbulateurs en U introduits dans les tubes du faisceau, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de maintien selon l'une des revendications précédentes. 11. Échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur de véhi- cule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une botte à eau selon la revendication 10.