Brevet FR2546287A1 — publié le 19841123

La présente invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour le chauffage indépendant du côté-conducteur et du côté-passager d'un habitacle de voitures de tourisme, comportant deux ensembles tubesailettes séparés l'un de l'autre mais cependant associés à un collecteur d'eau supérieur commun et à un collecteur d'eau inférieur commun, parcourus chacun par un fluide de chauffage, notamment l'eau de refroi- dissement du moteur, et par de l'air, qui comportent chacun plusieurs tubes parallèles ainsi que des ailettes orientées perpendiculairement aux tubes, et dans lequel il est prévu sur le collecteur d'eau supérieur aussi bien les tubulures d'admission que les tubulures de retour et o les tubes d'admission partant d'un volume intermédiaire central délimité par des cloisons séparatrices dans le collecteur d'eau supérieur s'étendent au travers d'une zone intérieure commune jusqu'au collecteur d'eau inférieur. On connaît des échangeurs de chaleur (DE-OS 15 51 509), dans lesquels deux circuits séparés de chauffage traversent un échangeur de chaleur commun. Pour empêcher un des circuits de chauffage d'être influencé par l'autre, les ailettes d'échange de chaleur des deux circuits sont séparées l'une de l'autre par un intervalle, qui est établi à chaque fois par des fentes ménagées dans les corps ailetés, qui sont placés l'un au-dessus de l'autre avec espacement mutuel sous la forme d'un bloc De tels échangeurs de chaleur présentent l'inconvénient qu'une certaine influence mutuelle des deux circuits de chauffage ne peut être évitée Un autre inconvénient consiste également en ce que le corps échangeur de chaleur ne comporte qu'un tube parcouru par un fluide de chauffage et qui doit par conséquent être relié des deux côtés à un circuit de chauffage Cela s'applique également au cas o de tels corps chauffants sont équipés de plusieurs tubes. On connaît également des formes de construc- tion dans lesquelles des échangeurs de chaleur du type défini ci-dessus sont pourvus des tubulures de raccor- dement seulement d'un côté pour des raisons de construc- tion Aussi bien les tubulures d'admission que les tubulures de retour sont alors placées sur le collec- teur d'eau supérieur et les tubes d'admission partant d'un volume intermédiaire central délimité par des cloisons séparatrices dans le collecteur d'eau supé- rieur passent dans une zone intérieure commune pour aboutir au collecteur d'eau inférieur Egalement ces formes de construction présentent l'inconvénient d'une influence mutuelle des circuits de chauffage. L'invention a en conséquence pour but d'élimi- ner cette influence thermique L'invention consiste, en un échangeur de chaleur du type défini ci-dessus, dans lequel les tubes d'admission aboutissent au collecteur d'eau inférieur sans entrer en contact avec les ailettes Cette disposition sans contact peut être obtenue en faisant en sorte que les ouvertures de passa- ge ménagées dans les ailettes dans une zone intérieure commune pour des tubes d'admission aient un plus grand diamètre que ceux-ci Cet agencement procure l'avantage que le mode de construction compact de l'ensemble tubes-ailettes peut être conservé et qu'on peut utiliser des outils classiques pour la fabrication Avec une telle structure, les zones plus froides des tubes de retour sur le collecteur d'eau supérieur ne sont que légèrement influencées par les tubes d'admission chauds se trouvant dans cette zone car ceux-ci n'ont aucun contact avec les ailettes d'échange de chaleur Il est cependant également possible d'agencer la zone intérieure commune sous la forme d'un intervalle entre des parois d'obtu- ration, qui sont prévues sur les arêtes, tournées l'une vers l'autre, des ailettes des deux ensembles tubes- ailettes De telles parois d'obturation peuvent être constituées d'une manière très simple par les bords d'ailettes adjacentes, recourbés d'un côté et se re- couvrant mutuellement à la façon de tuiles Ce mode de réalisation procure l'avantage que les tubes d'admission sont complètement séparés des ailettes. Pour éviter que l'air de traversée s'échauffe sur les tubes d'admission et cède pour sa part sa chaleur aux ailettes ou aux parois d'obturation, il est avantageux que la zone intérieure commune soit pourvue d'un recouvrement placé sur le côté balayé par l'air. Naturellement l'intervalle entre les parois d'obtura- tion des ailettes ou bien la zone dans laquelle passent les tubes d'admission et qui est recouverte après la partie balayée par l'écoulement d'air, est maintenu aussi petit que possible pour ne pas réduire inutilement les surfaces d'échange de chaleur A cet égard, on peut également envisager des combinaisons entre d'une part un intervalle ménagé entre les parois d'obturation d'ailettes et dans lequel passe une partie des tubes d'admission, et d'autre part des tubes d'admission qui passent par des ouvertures de plus grand diamètre dans la zone des extrémités des ailettes. Ainsi le volume, exempt d'ailettes et ne participant par conséquent pas à l'échange de chaleur, entre les corps échangeurs séparés peut être maintenu aussi petit que possible sans que cependant le risque de sollicitation thermique par les tubes d'admission soit trop grand. Le recouvrement prévu sur le côté, balayé par l'air, de l'intervalle ou de la zone des tubes d'admission peut être fixé d'une manière très simple sur les tubes d'admission Dans le mode de réalisation ou les tubes d'admission passent dans un intervalle existant entre les corps ailetés, le recouvrement peut être constitué par une plaque correspondant à la hauteur des ensembles tubes-ailettes, cette plaque étant fixée au moyen de pattes faisant saillie des tubes d'admission, de préférence par emboîtement latéral et accrochage. Pour réduire autant qu'il est possible la surface nécessaire pour la liaison d'admission entre les collecteurs d'eau supérieur et inférieur de manière à empêcher dans une large mesure la transmission de chaleur entre les ensembles tubes-ailettes adjacents pour le plus petit encombrement possible, on peut faire en sorte, conformément à une caractéristique avantageuse 1 o de l'invention, que les tubes d'admission aient une plus grande section que les tubes de retour Cet agencement procure l'avantage que le mode de construction compact de l'ensemble tubes-ailettes peut être conservé L'in- tervalle commun existant entre les ensembles tubes- ailettes, qui est créé d'une manière simple par les bords d'ailettes adjacentes recourbés d'un côté et se recouvrant à la façon de tuiles, procure l'avantage que les tubes d'admission plus gros sont complètement séparés des ailettes Avec cet agencement, il est également possible de disposer seulement deux tubes d'admission l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement de l'air car leur section de passage peut être adaptée à la section totale du passage de retour. Ainsi l'intervalle entre les ensembles tubes-ailettes peut être réduit de façon optimale Il est également possible de l'obturer, dans la direction de l'écoulement d'air au moyen d'un recouvrement de manière à pouvoir encore exclure une sollicitation des deux ensembles tubes- ailettes par de l'air qui s'échauffe sur les tubes d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur eau-air conforme à l'invention, qui peut être utilisé pour le chauffage des deux côtés d'un habitacle d'un véhicule automobile, la figure 2 est une représentation à échelle agrandie, en partie arrachée, de la zone d'admission de l'eau de refroidissement du moteur servant de fluide de chauffage, la figure 3 est une coupe partielle schéma- tique à échelle agrandie faite suivant la ligne III-III de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe analogue à la figure 3 mais correspondant cependant à un autre mode de réalisation, la figure 5 est une coupe partielle schématique faite suivant la ligne V-V de la figure 4, la figure 6 est une coupe analogue à la figure 3, mais cependant d'un autre mode de réalisation comportant des tubes d'admission de diamètre supérieur, et la figure 7 est une coupe analogue à la figure 3 mais correspondant cependant à un autre mode de réalisation. Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement un échangeur de chaleur qui se compose de deux ensembles tubes-aielttes 1, 2 indépendants et de construction classique, qui sont cependant associés à un collecteur d'eau supérieur commun 3 et à un collecteur d'eau inférieur commun 4 Les ensembles tubes-ailettes 1, 2 se composent de plusieurs tubes 5 s'étendant depuis le collecteur d'eau supérieur 3 jusqu'au collecteur d'eau inférieur 4 et dont on n'a représenté que les zones supérieures de raccordement o les tubes 5 sont fixés de façon étanche par leurs extrémités dans le fond 6 du collecteur d'eau supérieur 3 Le collecteur d'eau supérieur 3 est divisé par deux parois séparatrices 7 en deux chambres extérieures 8, 8 ' entre lesquelles est placée une chambre intermédiaire 9 qui sert, au moyen d'une tubulure de raccordement 10, à l'admission du fluide utilisé pour le chauffage à savoir l'eau de refroidissement du moteur dans l'exemple considéré Une partie des tubes reliés au fond 6 du collecteur d'eau supérieur 3, notamment les tubes il et 12, débouche dans la chambre intermédiaire 9 et sert par conséquent de tubes d'admission pour l'eau chaude Parmi les tubes d'admission il et 12, les tubes d'admission il débouchent dans une chambre de gauche 4 a du collecteur d'eau inférieur 4 tandis que les tubes d'admission 12 débouchent dans la chambre de droite 4 b du collecteur d'eau inférieur 4 Les deux chambres 4 a et 4 b sont séparées l'une de l'autre par une paroi séparatrice 13 L'eau chaude arrivant par la tubulure 10 est par conséquent divisée en deux courants partiels dont le courant passant dans les tubes 11 traverse l'ensemble tubes-ailettes 1 tandis que le courant passant dans les tubes 12 traverse l'ensemble tubes-ailettes 2 Le courant d'eau entrante s'écoulant dans le sens de la flèche 14 est par consé- quent divisé en deux courants partiels 15 et 16 qui sont déchargés par les tubulures de retour 17 et 18 dans la direction des flèches correspondantes Les deux ensembles tubes-ailettes 1 et 2 sont constitués d'une manière connue des tubes 5 disposés parallèlement entre eux et qui sont chacun reliés à des ailettes en forme de plaques 19 orientées perpendiculairement aux tubes L'air traverse les ensembles tubes-ailettes 1, 2 dans la direction des flèches 20 et il est divisé en arrière des corps d'é- change de chaleur par un dispositif déflecteur 21 respec- tivement en deux courants partiels 22 et 23 qui peuvent être chauffés différemment en fonction de la régulation de la quantité d'eau passant dans les ensembles tubes- ailettes 1 et 2 Il serait naturellement également possible de prévoir à la place d'une seule tubulure d'admission deux tubulures séparées-de manière que-le débit de fluide de chauffage puisse être déjà commandé à l'admission et qu'on puisse exclure une influence mu- tuelle des débits de fluide de chauffage Il est également naturellement possible de commander le chauffage au moyen du débit d'air Ces possibilités de commande ne font cependant pas l'objet de la présente invention. Pour éviter que de la chaleur provenant des tubes chauds d'admission soit cédée, dans la zone supérieure des ensembles tubes-ailettes 1, 2 aux ailettes 19 et par conséquent à l'écoulement d'c ir, les tubes d'admission 11 et 12, comme le montre la figure 2, passent de la même manière que les tubes 5 au travers des ailettes 19 mais cependant par l'inter- médiaire d'ouvertures de passage 24 qui ont un plus grand diamètre que les tubes 11 et 12 Les tubes d'admission il et 12 traversent ainsi la zone intérieure 25 existant au milieu des deux ensembles tubes-ailettes 2 sans qu'il s'établisse un contact Du fait de l'action isolante exercée par l'intervalle d'air existant entre eux et les nervures 19, les tubes d'admission Il et 12 ne cèdent par conséquent pas de chaleur aux ailettes par contact Cependant comme il se produit malgré tout une certaine sollicitation thermique par l'air s'écoulant dans le sens des flèches 20, qui reçoit de la chaleur provenant des tubes d'admission 11, 12 et qui la cède aux ailettes 19, on peut prévoir comme indiqué sur la figure 3 un recouvrement 26 sur la zone intérieure o les tubes d'admission 11 et 12 traversent les ensembles tubes-ailettes 1 et 2 La figure 3 montre en outre que les tubes d'admission 11 et 12 sont exempts d'éléments générateurs de turbulence tandis que les tubes de retour 5 comportent de tels éléments générateurs de turbulence 27. La perte de charge dans les tubes de retour 5 est par conséquent bien supérieure à celle des tubes d'admission 11 et 12 de sorte qu'on utilise moins de tubes d'admission que de tubes de retour Les éléments générateurs de turbulence 27 servent d'une manière connue également à améliorer la transmission de chaleur des tubes de retour 5 aux ailettes 19 et par conséquent à l'air traversant. Dans le mode de réalisation de la figure 3, comroe l'indiquent les flèches 20, on évite dans une large mesure un passage de l'air au travers de la zone intérieure 25 On évite par consequent l'influence indésirable de la stratification de températures se produisant du bas vers le haut dans les ensembles tubes- ailettes 1, 2 et une influence mutuelle des deux circuits de chauffage. La figure 4 représente une variante dans laquelle les tubes d'admission 11 ' et 12 ' ne passent pas au travers d'évidements ménagés dans les ailettes 19 mais au travers d'un intervalle 28 existant entre les bords extérieurs 29, tournés respectivement l'un vers l'autre, des ailettes 19 des deux ensembles tubes-ailettes 1, 2 Ces bords extérieurs sont respec- tivement pliés d'un côté, comme le montre la figure 5, à savoir de manière que les bords extérieurs 29 de deux ailettes adjacentes 19 se recouvrent mutuellement à la façon de tuiles. On crée ainsi des deux côtés de l'intervalle 19 des parois continues d'obturation 30, qui empêchent le passage de l'air s'écoulant dans la direction de la flèche 20 depuis la zone située entre les ailettes 19 jusque dans l'intervalle 28 L'inter- valle 28 peut également être pourvu, sur le côté balayé par 'air, d'un recouvrement 31 qui, dans cet exemple de réalisation, peut être fixé en position d'une manière très simple par emboîtement de pattes 32 de préférence en matériau élastique pourvues d'évidements 33 sur chacun des tubes d'admission il', 12 ' placés le plus à l'extérieur Lorsque le recouvrement 31 est agencé par conséquent sous la forme d'une plaque ayant la hauteur des ensembles tubes-ailettes 1, 2, tout l'intervalle 28 peut être bouché en s'opposant à un passage de l'air Les tubes d'admission il' et 12 ' ne peuvent ainsi exercer aucune influence thermique sur les deux ensembles échangeurs de chaleur Les parois d'obturation 30 peuvent avoir la forme représentée en traits pleins sur la figure 4 On peut naturellement également prévoir seulement deux parties de paroi se rejoignant mutuellement suivant un certain angle, conne indiqué par les lignes en traits mixtes 30 ' La réalisation de tels bords extérieurs d'ailettes est simple Le recouvrement 31 doit être alors pourvu d'une largeur correspondante. La figure 6 représente une forme de réalisation dans laquelle les tubes d'admission 11, 11 ' et 12, 12 ' n'ont pas le n Ame diamètre que les tubes de retour 5 Les tubes d'admission se composent dans ce cas de deux tubes 34, 35, qui ont une section bien supérieure à celle des tubes de retour et dont l'un est relié par exemple à une chambre partielle analogue à la chambre 4 a du collecteur d'eau 4 de la figure 1 tandis que l'autre est relié à la chambre partielle 4 b Ce résultat peut être obtenu en n'utilisant pas une paroi séparatrice 13 qui soit une paroi plane conne dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 mais en prévoyant une paroi séparatrice 36 ayant un profil en forme de Z, coame cela est indiqué par une ligne en trait mixte Cette paroi séparatrice 36, qui comporte une partie orientée perpendiculairement à la direction 20 d'écoulement de l'air, permet de placer l'un derrière l'autre les deux tubes d'admission 34 et 35 dans la direction de l'écoule- ment d'air 20, tout en réalisant malgré tout deux circuits de chauffage séparés Dans ce mode de réalisation, il est prévu des ailettes 19 qui sont également pourvues des bords extérieurs pliés 29 conformément à la figure 5, afin de pouvoir créer un intervalle 28 ' entre les deux ensembles tubes-ailettes 1, 2 avec des parois d'obturation 30 orientées parallèlement entre elles Cet intervalle 28 ' peut être pourvu, sur le côté balayé par l'air, d'un recouvrement 37 qui est relié, d'une manière analogue au recouvrement 31, par l'intermédiaire d'une patte 38 emboitable sur le tube d'admission avant 35 Les sections des tubes d'admission de plus grand diamètre 34 et 35 sont adaptées à la section totale du passage de retour, c'est-à-dire aux sections des tubes de retour 5. La figure 7 représente une combinaison du mode de réalisation de la figure 4 avec celui de la figure 3 Une partie des tubes d'admission 11 " passe dans ce cas notamment au travers d'ouvertures de passage 24 ' de grand diamètre ménagées dans les ailettes 19 Une autre partie, notamment les tubes d'admission 1 "' et 12 "', passe librement dans l'intervalle 28 ", qui est formé entre les parois d'obturation 30 ', qui sont constituées dans ce cas de surfaces élémentaires qui sont en partie mutuellement parallèles et en partie mutuellement inclinées Un recouvrement 39 empêche le passage de l'air dans l'intervalle 28 " Dans ce mode de réalisation, la surface participant à l'échange de chaleur est augmentée à chaque fois des quatre zones 40 par rapport à la surface d'échange de chaleur du mode de réalisation de la figure 4 Les zones 40 sont définies chacune par la paroi d'obturation 30 ' et la ligne en trait interrompu 41, qui correspond à la paroi ' du mode de réalisation de la figure 4. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur, notamment pour le chauffage indépendant du côté-conducteur et du côté- passager d'un habitacle de voiture de tourisme, compor- tant deux ensembles tubes-ailettes séparés l'un de l'autre mais cependant associés à un collecteur d'eau supérieur commun et à un collecteur d'eau infé- rieur commun, parcourus chacun par un fluide de chauffage, notamment l'eau de refroidissement du moteur, et par de l'air, qui comportent chacun plusieurs tubes parallèles ainsi que des ailettes orientées perpendi- culairement aux tubes, et dans lequel il est prévu sur le collecteur d'eau supérieur aussi bien les tubu- lures d'admission que les tubulures de retour et oti - les tubes d'admission partant d'un volume intermédiaire central délimité par des cloisons séparatrices dans le collecteur d'eau supérieur s'étendent au travers d'une zone intérieure commune jusqu'au collec- teur d'eau inférieur, caractérisé en ce que les tubes d'admission ( 11, 12, 11 ', 12 ', 11 ", 12 ") passent au travers des ailettes ( 19) sans les toucher. 2 Echangeur de chaleur selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les ouvertures de passage ( 24) des tubes d'admission ( 11, 12) qui sont ménagées dans les ailettes ( 19) dans la zone intérieure commune ( 25) ont un plus grand diamètre que lesdits tubes. 3 Echangeur de chaleur selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la zone intérieure commune ( 25) est formée par un intervalle ( 28) entre des parois d'obturation ( 30) qui sont prévues sur les bords ( 29), tournés l'un vers l'autre, des ailettes ( 19) des deux ensembles tubes-ailettes ( 1, 2). 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois d'obturation ( 30) sont constituées par les bords ( 29) d'ailettes adjacentes ( 19) qui sont recourbés d'un côté et qui se recouvrent mutuellement à la façon de tuiles. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone intérieure commune ( 25) est pourvue d'un re- couvrement ( 26, 31, 37, 39) sur le côté balayé par l'air. 6 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le recouvrement ( 31, 37, 39), prévu sur le côté de l'intervalle ( 28, 28 ', 28 ") qui est balayé par l'air, est fixé sur les tubes d'admission ( 11 ', 12 ' et 35). 7 Echangeur de chaleur selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que le recouvrement ( 31, 37, 39) se compose d'une plaque correspondant à la hauteur des ensembles tubes- ailettes ( 1, 2) et qui est fixée au moyen de pattes en saillie ( 32, 38) sur les tubes d'admission ( 11 ', 12 ', 35). 8 Echangeur de chaleur selon la reven- dication 7, caractérisé en ce que les pattes ( 32, 38) sont formées d'un matériau élastique et compor- tent des évidements ( 33) ouverts d'un côté, qui sont emboîtés latéralement et accrochés sur les tubes d'admission ( 11 ', 12 ' et 35). 9 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les tubes d'admission ( 11, 11 ', 12, 12 ', 1 "', 12 "') ont la même section que les tubes de retour ( 5). Echangeur de chaleur selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les tubes d'admission ( 34, 35) ont une section supérieure à celle des tubes de retour ( 5). 11 Echangeur de chaleur selon la revendica- tion 10, caractérisé en ce qu'il est prévu seulement deux tubes d'admission ( 34, 35) de mime diamètre, qui sont disposés l'un derrière l'autre, dans la direction ( 20) d'écoulement de l'air, dans un in- tervalle ( 28 ') existant entre les ensembles tubes- ailettes ( 1, 2), la paroi séparatrice ( 36) prévue dans le collecteur d'eau inférieur ( 4) étant orientée en travers de l'intervalle ( 28 ') entre les tubes d'admission ( 34, 35). 12 Echangeur de chaleur selon la revendi- cation 11, caractérisê en ce que l'intervalle ( 28 ') est formé par des parois d'obturation ( 30), qui sont elles-mêmes constituées par les bords d'ailettes adjacentes ( 19) recourbés d'un côté et se recouvrant mutuellement à la façon de tuiles. 13 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'intervalle ( 28 ') est pourvu, sur le côté balayé par l'air ( 20), d'un recouvrement ( 37) qui est fixé au moyen de pattes en saillie ( 38) sur le tube d'admission avant ( 35).