Brevet FR2499232A1 — publié le 19820806

L'objet de l'invention est un radiateur à huile ou a eau convenant à des moteurs stationnaires ou à des moteurs de véhicules automobiles et comprenant un faisceau de tubes de section rectangulaire ou elliptique parcourus par le liquide et sur lesquels sont fixées des ailettes de refroidissement. On connaît bien dans l'industrie automobile les radia- teurs à eau comportant des tubes dits "plats", de section rectangulaire ou elliptique, sur lesquels sont disposées, perpendiculairement aux tubes et avec une grande densité, des plaques appelées ailettes. On connatt moins, car moins visibles, les détails de construction de ces radiateurs et les facteurs sur lesquels est basée leur conception. La condition essentielle à remplir par un radiateur est d'extraire du liquide de refroidissement et de transmettre à l'air ambiant la quantité de chaleur voulue à la puissance maximale du moteur et ce sous un faible volume et un faible débit d'air. Un radiateur doit donc avoir un pouvoir élevé de dissipation de chaleur par unité de volume mais avec une ventilation modérée, demandant une puissance qui ne représente qu'une très petite fraction de la puissance du moteur. En beaucoup de cas, en particulier sur les moteurs rapides modernes pour véhicules automobiles, la ventilation est intermittente, en ce sens que le radiateur est seulement refroidi par le mouvement d'air dO à la marche du véhicule, c'est-à-dire par le vent relatif fonction de la vitesse du véhicule, le ventilateur ne fonctionnant qu'à faible vitesse ou à l'arrêt du véhicule. La résistance que le radiateur oppose au passage de l'air est alors un facteur plus important encore. Le calcul optimal des radiateurs montre que la quantité de chaleur dissipée par unité de volume du radiateur est d'autant plus grande que le matériau d'o sont formées les ailettes est mince. A cet égard, la technique a cependant atteint une limite, imposée par la résistance mécanique minimale que les ailettes doivent avoir. Il faut donc trouver d'autres voies pour augmenter le rendement des radiateurs. On sait que la mise en turbulence d'un filet d'air augmente la quantité de chaleur susceptible de lui être transmise. On a donc crée et on utilise aussi différentes constructions généra- trices de tourbillons. Ces constructions augmentent toutefois aussi la résistance au passage de l'air du faisceau tubulaire à ailettes. Il faut par conséquent trouver le rapport optimal entre les portions d'ailette lisses et les portions d'ailette à formations génératrices de tourbillons. Il faut également veiller, dans la conception d'un radiateur, à ce que les intervalles entre les ailettes aient une allure régulière car l'utilisation d'un pas d'ailette constant n'est pas en premier lieu une question d'esthétique mais une condition absolue pour obtenir un écoulement d'air uniforme. Pour assurer un pas d'ailette constant, on emploie habituellement des entretoises, mais qui ne participent pas au refroidissement et dont la conception ne tient pas compte de l'influence, nuisible ou favorable, exercée sur l'écoulement de l'air. Pour cette raison, elles sont généralement placées sur la ligne médiane entre deux tubes, là o l'ailette est la plus froide et o la dissipation de chaleur est donc minimale. Enfin, la conception d'un radiateur doit tenir compte du schéma d'écoulement local des filets d'air des régions moins exploitées derrière les tubes et les éléments générateurs de tour- billons sont à disposer aux endroits convenant le mieux à cet effet. Le radiateur selon l'invention, dont la conception est basée sur les considérations qui précèdent, est capable d'évacuer une grande quantité de chaleur par unité de volume et les éléments générateurs de tourbillons prévus sur ses ailettes entraînent une élévation relativement faible de la résistance à l'air grâce à une conception bien réfléchie et optimale des ailettes. La particularité essentielle de l'invention est la prévision, sur les ailettes du radiateur, de languettes formant des paires d'éléments de nervure qui sont découpées partiellement dans les ailettes et repliées à 90 hors du plan des ailettes et qui remplissent différentes fonctions. Ces languettes produisent un écoulement d'air turbulent mais elles participent également elles- mêmes à l'évacuation de la chaleur, en tant que surfaces de dissipa- tion de chaleur, du fait qu'elles sont disposées près des tubes apportant la chaleur, symétriquement par rapport à la ligne médiane de la zone d'ailette délimitée par deux tubes plats, au nombre de deux ou davantage pour chacune de ces zones. Enfin, les languettes servent d'entretoises entre les ailettes. Le nombre optimal de languettes dépend de considérations thermiques et technologiques mais le rapport entre les tronçons d'ailette lisses s, c'est-à-dire sans languettes, et les tronçons d'ailette m garnis, c'est-àdire interrompus par des languettes, est égal ou supérieur à l'unité, suivant la formule s 1 En vue de leur fonction de production de turbulences et pour guider les filets d'air, les languettes repliées à 900 du plan des ailettes et essentiellement orientées dans la direction d'écoulement de l'air peuvent être recourbées aux extrémités, par exemple vers les tubes adjacents et de manière que la tangente à une extrémité recourbée fasse un angle compris entre 0 et 150 avec la direction d'écoulement de l'air. Les languettes selon l'invention peuvent être prévues sur les ailettes de radiateurs d'automobile dont les tubes sont disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement de l'air comme sur les ailettes de radiateurs d'automobile dont les tubes sont disposés en quinconce. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe verticale schématique d'une partie d'un radiateur à ailettes conventionnel pour moteurs; - la figure 2 est une vue en plan partielle d'une ailette d'un radiateur selon l'invention dans lequel les tubes sont disposés en quinconce dans la direction d'écoulement de l'air; - la figure 3 est une vue analogue d'une ailette pour un radiateur selon l'invention dans lequel les tubes sont disposés les uns derrière les autres dans la direction d'écoulement de l'air; - la figure 4 est une vue en plan à plus grande échelle d'une partie d'ailette sur laquelle sera formée une paire de languettes; - la figure 5 est une vue analogue montrant les deux languettes après repliage; - la figure 6 est une vue de coté de la paire de languettes ainsi formées et, en pointillé, d'une paire de languettes semblables formées sur une ailette voisine pour illustrer la fonction d'entretoise des languettes; et - les figures 7 et 8 sont des vues en plan partielles et à plus grande échelle, par rapport aux représentations des figures 1 à 3, de la zone d'ailette comprise entre deux tubes d'un radiateur selon deux variantes de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 montre en coupe verticale schématique une partie d'un radiateur conventionnel, comprenant des tubes plats 1, parcourus par le fluide à refroidir, c'est-à-dire l'eau ou l'huile, et des ailettes minces 2 fixées à angle droit sur les tubes. Le fluide de refroidissement, l'air par exemple, circule entre les ailettes 2, perpendiculairement aux tubes 1. La vue en plan de la figure 2 montre une forme de réalisation possible d'une ailette de radiateur selon l'invention. Il s'agit dans ce cas d'un radiateur dans lequel les tubes 1 sont disposés en quinconce dans la direction d'écoulement de l'air. Comme dans un radiateur conventionnel, les ailettes 2 sont fixées perpen- diculairement aux tubes 1 parcourus par le liquide à refroidir. Selon l'invention, des paires de languettes 3 formant des paires d'éléments de nervure sont formées sur les ailettes 2 dans les zones situées entre les tubes. Dans l'exemple de la figure 2, trois paires de languettes 3 sont prévues dans chaque zone située entre deux tubes 1 voisins d'une rangée transversale de tubes, c'est-à-dire d'une rangée orientée transversalement à la direction d'écoulement de l'air, On voit également sur la figure 2 que les trois paires de languettes 3 de chacune de ces zones sont situées derrière un tube 1 de la rangée transversale précédente. La figure 3 concerne un radiateur dans lequel les tubes 1 sont disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement de l'air à travers le radiateur. Dans cet exemple également, chaque zone d'ailette comprise entre deux tubes 1 voisins porte trois paires de languettes 3 disposées symétriquement par rapport à la ligne 24 99232 médiane A de la zone considérée. On pourrait également prévoir deux paires de languettes ou plus de trois paires de languettes dans chaque zone, également dans une disposition symétrique par rapport à la ligne médiane. Les figures 4 à 6 illustrent la formation des paires de languettes 3. Sur la figure 4, les lignes a, b et c sont des lignes suivant lesquelles la tôle de l'ailette 2 est découpée en vue de la formation d'une paire de languettes. Chaque languette est en trapè?e et est repliée suivant une arête d et sur un angle de 90 hors du plan de l'ailette après le découpage. On obtient ainsi, après une courbure supplémentaire décrite ciaprès, la paire de languettes représentée en plan sur la figure 5. On voit sur cette figure que les deux extrémités 4 de chaque languette 3 ont été recourbées légè- rement vers l'extérieur par rapport à la découpe, c'est-à-dire en direction des tubes 1 voisins. A chaque languette 3 est donnée ainsi une forme courbe. La tangente à l'extrémité 4 recourbée forme avec la direction d'écoulement de l'air un angle a compris entre O et 15 . La figure 6 est une vue de côté des languettes repliées. La hauteur des languettes repliées hors du plan de l'ailette correspond dans ce cas à l'écartement "O" des ailettes 2 du radiateur, de sorte que les languettes 3 servent en même temps d'entretoises pour les ailettes. La figure 7 est une vue en plan d'une zone d'ailette 2 située entre deux tubes 1 d'une rangée transversale. Dans cet exemple, le rapport entre les tronçons d'ailette lisses s et les tronçons d'ailette garnis d'ailettes m est environ égal à 1. Il est préfé- rable que ce rapport soit au moins égal à 1. Cependant, dans certains cas, il peut être plus petit. On voit également sur la figure 7 que la largeur "sz" des tubes 1 du radiateur est plus petite que l'écarte- ment "t" des languettes 3 d'une paire. Cette disposition peut être avantageuse surtout dans un radiateur o les tubes sont disposés en quinconce parce que les extrémités recourbées des languettes peuvent alors servir à diriger l'air vers la partie avant - c'est- à-dire la partie la plus chaude - des tubes suivants dans la direc- tion d'écoulement de l'air. La figure 8 montre une variante de réalisation qui est avantageuse surtout pour des radiateurs ayant un écartement relati- venent grand entre les ailettes. Afin que l'on ne soit pas obligé en pareil cas d'augmenter l'écartement des tubes 1, ce qui diminuerait le rendement du radiateur - tout en utilisant les languettes 3 en même temps comme entretoises entre les ailettes 2 - on forme seulement une languette 3 (de longueur ou hauteur double) au lieu de deux dans chaque découpe entre deux tubes 1 voisins, avec inversion alternante du côté o se trouve la languette et disposition symé- trique des languettes de part et d'autre de l'axe parallèle aux tubes 1 de la zone comprise entre deux tubes. 24 99232 R E V E N D I C A T I O N S 1. Radiateur à huile ou à eau pour moteursstationnaires ou de véhicules automobiles, comprenant des tubes de section rectangu- laire ou elliptique disposés l'un derrière l'autre ou en quinconce dans la direction d'écoulement de l'air ou d'un autre fluide de refroidissement, ainsi que des ailettes fixées à angle droit sur les tubes, caractérisé en ce que la zone d'ailette délimitée entre deux tubes (1) porte, symétriquement par rapport à la ligne médiane (A) de cette zone, deux ou davantage de paires de languettes (3) découpées en forme de trapèze dans la tôle formant l'ailette (2), repliées à hors du plan de l'ailette (2) et constituant des paires d'éléments de nervure générateurs de tourbillons et servant en même temps d'entretoises entre les ailettes (2). 2. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paires de languettes (3) sont disposées sur les ailettes (2) de manière que le rapport entre les tronçons d'ailette lisses (s) et les tronçons d'ailette (m) interrompus par les languettes est égal ou supérieur à un. 3. Radiateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les languettes (3) ont une orientation générale parallèle à la direction d'écoulement de l'air, ou d'un autre fluide de refroi- dissement, et possèdent des extrémités (4) repliées ou recourbées de manière que la tangente à une telle extrémité recourbée forme un angle (a) compris entre O et 15 avec la direction d'écoulement de l'air. 4. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la hauteur(O)des languettes (3) repliées sous un angle de 90' par rapport au plan de l'ailette (2) est égale à l'écartement entre les ailettes (2). 5. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les languettes (3) situées derrière un tube (1) dans la direction d'écoulement de l'air, ou d'un autre fluide de refroidissement, sont disposées symétriquement par rapport à l'axe du tube (1) dans cette direction et sont formées de sorte que l'écartement (t) des languettes (3) d'une paire est plus grand que la largeur (sz) du tube (1) mesurée perpendiculairement à la direc- tion d'écoulement de l'air. 6. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les languettes (3) sont disposées alternati- vement d'un coté et de l'autre d'un axe de la zone comprise entre deux tubes (1), qui est parallèle à ces tubes et se trouve au milieu de la distance qui les sépare.