Brevet FR2514485A1 — publié le 19830415

échangeur de chaleur à tubes munis de turbulateurs. et son procédé de montre L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour un véhicule automobile, comprenant des tubes dans lesquels circule un fluide et des turbulateurs introduits dans les tubes pour rendre turbulent 1' écoulement de fluide dans ces tubes et améliorer ainsi le rendement de l'échangeur de chaleur. De tels turbulateurs peuvent dure, par exemple, des bandes minces de forme rectangulaire allongée, dont les deux grandes faces présentent des saillies propres à créer des turbulences dans l'écoulement de liquide. Ces turbulateurs sont, en gdné- ral, introduits dans les tubes d'un échangeur lorsque le faisceau de l'échangeur est déjà constitué, c'est-à-dire que les extrémités des tubes ont été montées fixement dans les trous d'une plaque collectrice sur laquelle on viendra fixer une botte à eau de la façon usuelle, après que les turbulateurs auront été introduits dans les tubes.Pour que les turbulateurs ne soient pas entratnés à l'extérieur des tubes par l'écoulement de fluide dans les tubes lorsque l'échangeur est en service, on prévoit en général, à l'une des extrémités de chaque turbulateur, un bec de retenue propre à prendre appui sur l'extrémité du tube correspondant, cette extrémité étant l'extrémité amont par rapport à l'écoulement de fluide dans le tube. Cette technique complique la fabrication des turbulateurs. De plus, lorsque i'échangeur de chaleur est du type à circulation en U ou en Z, c'est-à-dire lorsque le fluide sldeoule dans un sens dans certains tubes du faisceau et dans le sens opposé dans d'autres tubes, les turbulateurs à bec de retenue doivent ttre introduits dans les premiers tubes par l'extrémité amont de ces tubes, et, dans les autres tubes, par l'extrémité opposée des tubes, ce qui complique l'assemblage de l'échangeur. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur à tubes munis de turbulateurs, ne présentant pas ces inconvénients. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur, destiné en particulier à un véhicule automobile, caractérisé en ce que les tubes de l'échangeur sont à extrémités à section airculaire et à corps à section oblongue, par exemple ovale, entre leurs extrémités, et en ce que les turbulateurs ont à leurs extrémités une dimension transversale inférieure à la longueur du grand axe de la section oblongue des tubes et supérieure au diamètre de la section circulaire des extrémités des tubes, de façon à astre ainsi retenus dans les tubes entre les extrémités de ceux-ci. Ainsi, selon l'invention, les turbulateurs sont immobilisés dans les tubes de l'échangeur, entre les extrémités à section circulaire de ces tubes et, du fait de leur dimension transversale d'extrémité supérieure au diamètre de la section circulaire, ils ne peuvent passer par les extrémités circulaires et sortir des tubes, quel que soit le sens de l'écoulement de fluide dans les tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur d'un turbulateur est sensiblement égale à la longueur d'un corps de tube entre les extrémités à section circulaire du tube. On obtient ainsi un gain de matière par rapport à la technique antérieure, dans laquelle la longueur d'un turbulateur était sensiblement égale ou supérieure à la longueur totale d'un tube. On obtient également une réduction de la perte de charge du liquide circulant dans l'échangeur, en raison de la suppres- sion de la partie de turbulateur située à l'entrée du tube et qui était auparavant nécessaire pour la retenue du turbu- lateur dans le tube. in effet, dans cette zone, l'écoulement de liquide présente des turbulences importantes et cette partie de turbulateur n'apportait qu'une perte de charge supplémentaire, inutile au bon fonctionnement de l'échangeur. L'invention propose également un procédé de montage d'un échangeur de chaleur de ce type, caractérisé en ce qu'il consiste à former un faisceau de tubes à section oblongue, à introduire dans chaque tube un turbulateur, à conformer les extrémités des tubes pour leur donner une section circulaire dont le diamètre est inférieur à la largeur ou dimension transversale d'un turbulateur, et à monter les extrémités des tubes dana les trous d'une plaque collectrice, sur laquelle on fixe ensuite une bote à eau. Le procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'invention ne présente donc pas les difficultés de positionnement et de détermination du sens d'introduction des turbulateurs dans les tubes en fonction du sens de l'écoulement de fluide dans ces tubes, difficultés qui étaient constatées dans la technique antérieure. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessine annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique en coupe selon la ligne 111-111 de la figure 1. Dans les dessins, on a représenté schématiquement une partie, par exemple la partie supérieure, d'un échangeur de chaleur à faisceau de tubes, destiné par exemple à former le radiateur d'un circuit de refroidissement de moteur de véhicule automobile. Cet échangeur 10 comprend un faisceau 11 de tubes rectilignes parallèles 12, propres à entre parcourus par un courant d'un fluide primaire et munis, entre leurs extrémités, d'ailettes parallèles transversales 13 d'échange thermique avec un fluide secondaire, tel que de l'air balayant le faisceau Il de l'échangeur. Les tubes 12 sont à section oblongue sur la majeure partie de leur longueur, comme représenté aux dessins, et seules leurs extrémités ont été conformées pour prendre une section circu laire dont le diamètre est compris entre la longueur du grand axe et la longueur du petit axe de la section ovale ou oblongue du corps de tube. Les extrémités 15 à section circulaire des tubes 12 facilitent le montage de ces extrémités dans les trous circulaires d'une plaque collectrice 16 de type usuel, dont la face extérieure est pourvue d'une feuille 17 de matière élastiquement déformable formant garniture d'étanchéité, et dont le pourtour forme un rebord 18 pour la fixation, de la façon usuelle, du bord oorrespondant d'une botte à eau 19, également du type usuel. Pour assurer l'immobilisation des extrémités des tubes dans les trous de la plaque collectrice 16, on fait subir à ces extrémités, avant la fixation de la bote à eau 19 sur la plaque collectrice 16, un élargissement ou épanouissement indiqué en 21, dont le diamètre est supérieur à celui de la section circulaire 15. Dans les tubes 12 de ltéchangeur sont logés des turbulateurs 22 qui, dans cet exemple, sont des bandes planes et minces, de forme rectangulaire allongée, par exemple métalliques, qui comprennent sur leurs deux faces des pattes en saillie 23 formées par exemple par des crevés de forme triangulaire à sommet arrondi de la bande métallique 22, qui sont rabattus dans un plan perpendiculaire à celui de la bande. La largeur ou dimension transversale des turbulateurs est légèrement inférieure à la longueur du grand axe de la section oblongue ou ovale des tubes et est supérieure au diamètre de la partie d'extrémité 15 à section circulaire. La longueur des turbulateurs, ou dimension longitudinale, est légèrement inférieure à la longueur des corps de tubes, c' est-à-dire à la longueur de la partie de chaque tube qui présente une section oblongue. ainsi, comme représenté en figure 1 et en figure 2, les turbulateurs, quand ils sont disposés dans les tubes, sont retenus à l'intérieur de ces tubes quel que soit le sens de l'écoulement de fluide dans les tubes, par les parties d'extrémités 15 à section circulaire des tubes qui forment des butées empêchant la sortie des turbulateurs. quand les turbulateurs 22 sont des bandes métalliques, leurs angles sont de préférence arrondis, pour ne pas former une pointe qui risquerait d'attaquer la partie d'extrémité 15 formant butée. L'échangeur de chaleur selon l'invention est assemblé de la façon suivante Les turbulateurs 22 sont introduits dans les tubes 12, par une extrémité de ces derniers, qlusad le faisceau ?1 vient d'être formé, c'est-à-dire avant que les extrémités des tubes soient montées dans les trous circulaires de la plaque collectrice 16 et que la boite à eau 19 soit rapportée et fixée sur cette plaque collectrice0 les turbulateurs 22 introduits dans les tubes restent en général dans la position voulue à l'intérieur de ces tubes lors des manipulations du faisceau 11, en raison d'un léger frottement entre, d'une part, les parois internes des tubes et, d'autre part, les bords de ces turbulateurs et/ou les extrémités des pattes 25 en saillie. Si nécessaire, on peut également prévoir des doigts qui s'étendront à travers une extrémité des tubes 12 pour maintenir les turbulateurs 22 en place. Les extrémités des tubes 12 contenant les turbulateurs 22 sont ensuite soumises à un procédé connu de déformation pour prendre un contour circulaire 15 en section transversale. Les extrémités 15 des tubes 12, qui sont alors cylindriques à section circulaire, sont introduites dans les trous circulaires de la plaque collectrice 16, après quoi l'on fait subir à ces extrémités un épanouissement 21 pour les immobiliser dans ces trous. La botte à eau 19 est ensuite fixée de la façon habituelle sur la plaque collectrice 16. Le procédé d'assemblage selon l'invention s'applique donc à tous les échangeurs de chaleur quel que soit leur type de circulation de fluide, en I, en U ou en Z. Revendications 1. échangeur de chaleur, en particulier pour un véhicule automobile, comprenant des tubes dans lesquels circule un fluide et des turbulateurs introduits dans les tubes pour rendre turbulent l'écoulement de fluide dans ces tubes, caractérisé en ce que lesdits tubes (12) sont à extrémités (15) à section circulaire et à corps à section oblongue, par exemple ovale, entre leurs extrémités, et en ce que les turbulateurs (22) ont à leurs extrémités une dimension transversale inférieure à la longueur du grand. axe de la section oblongue des tubes (12) et supérieure au diamètre de la sec- tion circulaire des extrémités (15) des tubes (12), de façon à être ainsi retenus dans les tubes entre les extrémités de ceux-ci. 2. Schangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur d'un turbulateur (22) est sensiblement égale à la longueur d'un corps de tube (12) entre lesdites extré- mités (15) à section circulaire. 3. échangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les turbulateurs (22) sont des bandes minces de forme rectangulaire, à angles arrondis. 4. Procédé de montage d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à former un faisceau (11) de tubes (12) à section oblongue, à introduire dans chaque tube (12) un turbulateur (22), à conformer les extrémités (15) des tubes (12) pour leur donner une section circulaire dont le diamètre est inférieur à la largeur ou dimension transversale d'un turbulateur (22), et à monter les extrémités des tubes (12) dans les trous d'une plaque collectrice (16), sur laquelle on fixe ensuite une botte à eau (19). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lors des opérations de montage, les turbulateurs (22) sont maintenus dans les tubes (12) par friction sur les faces internes des tubes, par exemple gracie à des pattes (23) faisant saillie sur la bande constituant les turbulateurs.