Brevet FR2499233A1 — publié le 19820806

L'invention concerne un échangeur de chaleur à faisceau de tubes tel par exemple qu'un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement de moteur ou d'un circuit de chauffage ou de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. On sait qu'un échangeur de chaleur comprend en général un faisceau de tubes ou de conduits parcourus par un fluide primaire (par exemple le liquide de refroidissement d'un moteur) et des éléments de transfert de chaleur tels que des ailettes, associés aux tubes et balayés par un fluide secondaire (par exemple de l'air). L'invention a pour but de réaliser une économie substantielle sur la fabrication de tels échangeurs, en diminuant le nombre de leurs composants et/ou la quantité de matière première les constituant, et cela sans modifier leurs dimensions et sans nuire à leur efficacité. ville propose pour cela un faisceau d'échangeur de chaleur comprenant des tubes ou conduits parcourus par un fluide primaire et des éléments de transfert de chaleur associés aux tubes et balayés par un fluide secondaire, caractérisé en ce que la densité de répartition des tubes et/ou des éléments de transfert de chaleur varie entre la périphérie et la partie centrale du faisceau et, avantageusement, est plus importante dans la partie centrale qu'à la périphérie. Selon une autre caractéristique de l'invention, visant le cas où les tubes sont disposés en au moins une rangée, la distance entre tubes diminue progressivement depuis les extrémités de la rangée vers sa partie centrale. Selon une autre caractéristique de l'invention, visant le cas où les éléments de transfert de chaleur sont des ailettes sensiblement parallèles traversées par les tubes, la distance entre ailettes diminue progressivement depuis les ailettes d'extrémités vers les ailettes situées au milieu de la série d'ailettes. son effet, en raison de l'effet de paroi selon lequel la vitesse d'un fluide circulant dans un conduit est plus faible au voisinage immédiat de la paroi du conduit qu'à distance de cette paroi, d'une part, le débit de fluide primaire est, sauf disposition spéciale de la botte à eau, moins important dans les tubes d'extrémité du faisceau que dans les tubes centraux et, d'autre part, le débit de fluide secondaire à travers le faisceau est moins important à la périphérie du faisceau qu'en son centre, de sorte que l'échange de chaleur est plus faible à la périphérie du faisceau qu'à sa partie centrale. En conséquence, le nombre de tubes et/ou d'éléments de transfert de chaleur peut etre réduit à la périphérie du faisceau, c'est-à-dire plus faible qu'au centre, sans diminuer pour autant le rendement ou l'efficacité de l'échangeur. L'invention concerne également un échangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes du type décrit ci-dessus. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins schématiques annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un faisceau de tubes à ailettes selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention et - la fieure 3 est une vue schématique partielle de face d'encore une autre forme de réalisation de l'invention. Le faisceau 10 représenté en figure 1 comprend des plaques parallèles Il qui sont traversées, par exemple perpendi culairement, par des tubes par pèles 12 alignés en une rangée. Les tubes 12 sont cylindriques à section circulaire et sont destinés à former les tubes de circulation de fluide primaire dans un échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement de moteur ou d'un circuit de chauffage ou de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile. Comme cela est bien connu, un tel échangeur comprend en général deux bottes à eau (non représentées) qui sont montées de part et d'autre du faisceau 10 de telle sorte que les extrémités des tubes 12 débouchent dans ces bottes à eau. Celles-ci comprennent des conduites d'amenée et de retour du liquide les reliant au circuit de refroidissement, de chauffage ou de climatisation. L'échangeur est monté dans le véhicule en un endroit approprié, de telle sorte que le faisceau 10 soit balayé par un fluide secondaire qui est en général de l'air. Le fluide primaire amené dans une des bottes à eau circule dans les tubes 12, est refroidi ou chauffé par le fluide secondaire qui balaye les plaques 11, puis gagne la conduite de retour vers le circuit par l'intermédiaire d'une des bottes à eau. Ies tubes 12 peuvent être à disposition horizontale, verticale ou inclinée. Le faisceau 10 (ou bien l'échangeur complet) peut entre placé transversalement dans une canalisation de passage du fluide secondaire ou bien simplement placé à l'air libre. Dans un échangeur classique de la technique antérieure, la distance d entre deux tubes 12 voisins est constante pour tous les tubes et l'intervalle e séparant deux plaques 11 voisines est également constant. Selon l'invention, la distance d et/ou l'intervalle e varient de façon progressive en fonction de la position des tubes 12 dans la rangée de tubes représentée et de la position des plaques Il dans la série de plaques représentée, respectivement. De façon plus précise, la distance d séparant deux tubes 12 voisins ou consécutifs diminue progressivement à partir des tubes d'extrémités 12a de la rangée vers les tubes centraux 12b de cette rangée. La distance e diminue progressivement à partir des plaques 11a d'extrémités vers les plaques centrales llb. Â titre d'exemple, on précisera que, pour un échangeur tel qu'un radiateur faisant partie d'un circuit de refroidissement de véhicule automobile, dont le faisceau 10 comprend trente tubes 12 ayant un diamètre de 8 millimètres, répartis en deux rangées parallèles, la distance d entre tubes 12 d'une mtme rangée varie de 30 millimètres à l'extrémité de la rangée à 18 millimètres au milieu de la rangée. L'intervalle e entre les plaques 11 qui forment les ailettes des tubes 12 et qui sont des feuilles d'aluminium ayant une épaisseur de 0,1 millimètre environ, varie de 2 millimètres aux extrémités du faisceau à environ 1 millimètre au milieu du faisceau. Pour un échangeur classique correspondant, la distance d constante entre tubes d'une rangée est de 20 millimètres et l'intervalle e entre les plaques Il est de 1,5 millimètre. L'accroissement de la distance entre deux tubes consécutifs du centre vers les extrémités d'une rangée de tubes et de l'intervalle entre plaques consécutives du centre du faisceau vers les extrémités, signifie qu'un faisceau d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend moins de tubes et moins de plaques qu'un échangeur classique correspondant et que son prix de revient en est d'autant diminué. Toutefois, cette diminution du nombre de tubes du faisceau n'affecte pas de façon sensible la circulation du liquide ou du fluide primaire dans l'échangeur et, de même, la diminution du nombre de plaques ou d'ailettes des tubes n'affecte pas l'échange thermique entre le fluide primaire et le fluide secondaire. L'invention permet donc d'obtenir un échangeur de chaleur dont le faisceau a les mêmes dimensions qu'un échangeur classique et présente la mme efficacité ou le mame rendement, mais est d'un prix de revient et également d'un poids plus faibles. Avantageusement, les lois de variation de la distance entre tubes et de l'intervalle entre plaques sont linéaires. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente schématiquement une variante de réalisation de 1' invention. Dans cette variante, les tubes 15 du faisceau 16 sont des tubes plats à section transversale très oblongue ou très allongée qui s'détendent parallèlement les uns aux autres dans le faisceau 16. Les tubes plats 15 sont séparés les uns des autres par des éléments 17 de transfert de chaleur, qui sont des plaques minces, par exemple en aluminium, pliées en accordéon ou en zigzag et qui sont fixées, par exemple soudées, à leurs sommets sur les parois extérieures des tubes 15. Selon l'invention, la distance entre deux tubes plats 15 voisins ou consécutifs diminue progressivement des extrémités du faisceau vers sa partie centrale et/ou la distance entre deux plis 17a, 17b d'un élément 17 de transfert de chaleur diminue progressivement des extrémités ou de la périphérie du faisceau vers sa partie centrale. De manière générale, les éléments 17 de transfert de chaleur s'étendent sur toute la hauteur du faisceau 16, mais on peut prévoir que le ou les éléments 17 les plus proches d'un bord d'extrémité du faisceau 16 auront une longueur inférieure à celle des autres éléments et s'arrêteront par exemple à une certaine distance de la périphérie du faisceau 16, comme représenté en figure 2 pour l'élément 17 de gauche. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente encore une autre forme de réalisation de l'invention, selon laquelle les tubes 20 du faisceau 21 sont associés à des éléments de transfert de chaleur formés par des plaques planes ou ailettes 22, comme dans la forme de réalisation de la figure 1. Les tubes 20 sont cylindriques à section circulaire, ovale, oblongue ou aplatie, par exemple. Selon l'invention, la distance entre tubes 20 diminue progressivement de la périphérie du faisceau jusque vers sa partie centrale et la distance entre plaques ou ailettes 22 diminue également de la périphérie du faisceau jusqu'à sa partie centrale. Avantageusement, les plaques ou ailettes 22 qui sont les plus proches de la périphérie du faisceau peuvent être de longueur plus faible et ne s'étendent pas jusqu'au bord du faisceau. Dans l'exemple représenté en figure 3, l'ailette d'extrémité 221, voisine d'une extrémité des tubes 20, s'étend sur toute l'étendue du faisceau, de façon classique, mais l'ailette suivante 222 n'est associée qu'aux tubes de la zone centrale du faisceau et s'arr8te avant les tubes 20 d'extrémités. On peut ainsi alterner, sur une certaine hauteur, des ailettes de dimensions normales et des ailettes de dimensions inférieures. Dans tous les cas, la densité de répartition des tubes et/ou des éléments de transfert de chaleur associés aux tubes varie progressivement entre la périphérie et la partie centrale du faisceau de l'échangeur de chaleur. REVhS-DICATIONS i. Faisceau pour échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur d'un circuit de refroidissement de moteur ou d'un circuit de chauffage ou de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant des tubes ou conduits de circulation d'un fluide primaire et des éléments de transfert de chaleur associés à ces tubes et balayés par un fluide secondaire, caractérisé en ce que la densité de répartition des tubes et/ou des éléments de transfert de chaleur varie entre la périphérie et la partie centrale du faisceau. 2. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la répartition est plus dense dans la partie centrale qu'd la périphérie du faisceau. 3. Faisceau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, les tubes étant disposés en au moins une rangée, la distance entre tubes diminue progressivement à partir des extrémités de la rangée vers sa partie centrale. 4. Faisceau selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que, les éléments de transfert de chaleur étant des ailettes planes traversées par les tubes, la distance entre ailettes diminue progressivement à partir des ailettes d'extrémités vers les ailettes situées au milieu de la série. 5. Faisceau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de transfert de chaleur étant des plaques pliées en accordéon ou en zigzag, la distance entre plis d'un élément diminue progressivement des extrémités de l'élément vers sa partie centrale. 6. Faisceau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de transfert de chaleur voisins de la périphérie du faisceau ont une longueur inférieure à celle des éléments de la partie centrale du faisceau. 7. Faisceau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la loi de variation de la distance entre tubes est linéaire. 8. Faisceau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la loi de variation de la distance entre ailettes ou entre plis d'un élément de transfert de chaleur est linéaire. 9. échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes selon l'une des revendications précédentes.