Brevet FR2594943A1 — publié le 19870828

Faisceau de tubes à ailettes à écartement constant pour un échangeur de chaleur L'invention concerne un faisceau de tubes à ailettes pour un échangeur de chaleur, en particulier pour un échangeur de chaleur du type utilisé dans l'industrie automobile. Un tel faisceau de tubes est souvent formé par un ensemble de tubes parallèles sur lesquels sont fixées mécaniquement des ailette sensiblement planes, et parallèles entre elles, qui comprennent des trous de passage des tubes et des collets bordant ces trou. La fixation des ailettes sur les tubes est réalisée par sertissage, au moyens'une expansion radiale des tubes traversant les trous et les collets des ailettes. Ces ailettes sont souvent constituées par des feuilles métalliques très minces, par exemple d'aluminium avec une épaisseur inférieure ou égale à 0,1 mm. Les collets bordant les trous des ailettes sont formés par relevage des bords des trous. Il est important que le contact entre les tubes et les collets bordant les trous des ailettes soit aussi bon que possible, pour assurer un bon transfert de chaleur entre les tubes et les ailettes, et il faut pour cela que les collets ne soient pas déchirés, pendant leur réalisation ou pendant la fixation des ailettes sur les tubes par expansion des tubes.Ces conditions conduisent nécessairement à limiter la hauteur des collets formés en saillie sur les ailettes, notamment lorsque celles-ci ont une épaisseur faible, de sorte que la hauteur des collets en saillie sur les ailettes est inférieure à l'écartement constant souhaité entre les ailettes dans le faisceau de tubes. On a donc déjà proposé d'assurer cet écartement constant au moyen de pattes qui sont découpées dans des parties des ailettes situées entre les trous de passage des tubes et qui sont ensuite relevées à angle droit, pour former des butées de telle sorte que, dans le faisceau de tubes, une ailette se trouve en appui sur les extrémités libres des pattes relevées de l'ailette précédente. Toutefois, ces pattes ont pour inconvénient d'augmenter de façon importante la perte de charge de l'air ou du gaz qui, en utilisation de l'échangeur de chaleur, traverse le faisceau de tubes en balayant les ailettes et les tubes. L'invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient. Elle propose à cet effet un faisceau de tubes à ailettes pour un échangeur de chaleur, comprenant un ensemble de tubes parallèles sur lesquels sont fixées des ailettes planes et parallèles entre elles comprenant des trous de passage des tubes et des collets bordant ces trous, ainsi que des moyens assurant un écartement constant entre les ailettes, caractérisé en ce que les ailettes étant métalliques avec une faible épaisseur, ces moyens font partie des collets ou sont constitués par un agencement des collets, ces derniers ayant une hauteur inférieure à l1écar- tement entre ailettes. Ainsi, selon l'invention, il est possible d'assurer l'écartement constant désiré entre ailettes, sans prévoir des moyens supplémentaires entre les ailettes, qui feraient obstacle au passage de l'air ou du gaz balayant le faisceau de tubes. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les collets bordant les trous d'une ailette sont formés les uns en saillie sur une face de l'ailette et les autres en saillie sur la face opposée de l'ailette, deux ailettes consécutives étant posées l'une sur l'autre de telle sorte que les collets en saillie sur les faces en regard des deux ailettes sont en appui les uns sur les autres. De cette façon, l'écartement constant entre ailettes est déterminé par les hauteurs des collets qui sont en appui les uns sur les autres. I1 en résulte que, lorsque les ailettes sont identiques entre elles et sont formées avec des collets de même hauteur, l'écartement entre ailettes est égal au double de la hauteur des collets. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque collet comprend des pattes qui s'étendent dans son prolongement vers l'extérieur de l'ailette et qui ont une hauteur par rapport à l'ailette égale à l'écartement souhaité entre ailettes. Ainsi, dans le faisceau de tubes, une ailette est en appui sur les extrémités libres des pattes prolongeant les collets de l'ailette précédente. Avantageusement, les extrémités libres des pattes d'un collet se trouvent à une distance de l'axe du trou bordé par le collet qui est supérieure au rayon de ce trou. On évite ainsi que les extrémités libres de ces pattes puissent s'engager dans le trou de l'ailette suivante. L'invention prévoit également que la hauteur d'un collet, dans ses zones de raccordement-aux pattes précitées, est inférieure à sa hauteur sur le reste de sa périphérie. On augmente ainsi la solidité du collet dans ses parties comprenant les pattes précitées. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une partie d'une ailette selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en plan d'une partie d'un faisceau de tubes comprenant des ailettes identiques à celles de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe selon la ligne III-III dela figure 2; - la figure 4 représente schématiquement, en plan, une partie d'une ailette selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une vue partielle en coupe axiale d'un tube muni d'ailettes identique à celle de la figure 5. On se réfère d'abord aux figures 1 à 3 représentant un premier mode de réalisation de l'invention. L'ailette 10 de la figure 1 est constituée par une feuille métallique de faible épaisseur, comprenant des trous 12 de passage des tubes du faisceau et des collets 14 bordant ces trous, formés en saillie sur l'ailette et s'étendant perpendiculairement à celle-ci. Dans l'exemple représenté, les trous 12 sont circulaires et les collets 14 sont cylindriques à section circulaire. Selon l'invention, les collets 14 sont en saillie, les uns sur une face 16 de l'ailette, les autres sur la face opposée 18, de préférence en alternance, c'est-à-dire que le collet 14 bordant un trou quelconque 12 de l'ailette est en saillie sur une face de l'ailette tandis que le collet 14 bordant le trou voisin (ou chaque trou voisin) est en saillie sur la face opposée de l'ailette. Lors de l'assemblage du faisceau de tubes, dont une partie est représentée dans les figures 2 et 3, les ailettes 10 traversées perpendiculairement par les tubes 20 sont disposées les unes par rapport aux autres de telle sorte que les collets 14 en saillie sur les faces en regard de deux ailettes consécutives soient en appui les uns sur les autres par leurs extrémités libres. De cette façon, l'écartement E entre deux ailettes 10 consécutives est constant et est égal à deux fois la hauteur d'un collet 14.Lorsque les ailettes 10 sont formées par une feuille d'aluminium ayant une épaisseur de l'ordre de 0,08 à 0,1 mm, il est possible de former des trous 12 d'un diamètre de 7mm avec des collets 14 d'une hauteur de 1 mm environ, sans que ces collets soient déchirés lors de leur réalisation par relevage des bords des trous et lors de la fixation des ailettes 10 sur les tubes 20 par expansion radiale des tubes 20. On obtient ainsi un écartement constant entre ailettes qui est de 2 mm environ, que l'on ne pouvait obtenir sans autre moyen dans la technique antérieure. On se réfère maintenant aux figures 4 à 6 représentant un autre mode de réalisation de l'invention. La partie d'ailette 22 représentée en figure 4 est découpée avec un trou 24 ayant une forme particulière pour pré- senter, dans le plan de l'ailette 22, au moins deux pattes 26, qui sont ici diamétralement opposées et qui s'étendent radialement l'une vers l'autre et qui sont raccordées entre elles, à leur base, par deux bords incurvés 28 du trou 24, ces bords incurvés ayant une forme sensiblement elliptique ou ovale dont le grand axe se trouve sur l'axe commun 30 des pattes 26. Ensuite, les bords du trou 24 sont relevés perpendiculairement à l'ailette 22, par exemple par introduction d'un poinçon dans le trou 24, de façon à former dans l'ailette 22 un trou 32 dont le contour est représenté en trait mixte en figure 4 et qui a un diamètre supérieur à la plus grande dimension du trou initial 24. Ce trou circulaire 32 est bordé par un collet cylindrique 34 prolongé, perpendiculairement à l'ailette 22, par les deux pattes relevées 26 (figure 5).La hauteur du collet 34, dans sa zone de raccordement à une patte 26, est inférieure à sa hauteur sur le reste de sa périphérie. Lors de l'assemblage du faisceau de tubes, les ailettes 22 sont disposées les unes par rapport aux autres de sorte que les pattes 26 bordant les trous 32 traversés par les tubes 20 soient toutes orientées du même côté, comme représenté en figure 6. L'écartement E constant entre ailettes est donc dans ce cas déterminé par la hauteur des pattes 26 en saillie sur les ailettes 22, les extrémités libres des pattes 26 d'une ailette venant en appui sur l'ailette suivante. En outre, les pattes 26 peuvent être coudées de façon à ce que les extrémités libres de deux pattes 26 diamétralement opposées soient écartées entre elles d'une distance supérieure au diamètre des trous 32. On évite ainsi que les extrémités libres des pattes 26 formées sur une ailette s'engagent dans les trous 32 correspondants de l'ailette suivante. Lorsque l'ailette 22 est une feuille d'aluminium ayant une épaisseur de l'ordre de 0,08 à 0,1 mm, les pattes 22 peuvent avoir une hauteur (par rapport à l'ailette) de l'ordre de 2 mm avec une largeur de l'ordre de 1,5 mm à 2 mm, les collets 34 bordant les trous 32 ayant une hauteur maximale de l'ordre de 0,5 à 0,7 mm, cette hauteur étant légèrement inférieure dans les zones de raccordement du collet aux pattes 26 pour augmenter sa solidité dans ces zones. Revendications. 1. Faisceau de tubes à ailettes pour un échangeur de chaleur, comprenant un ensemble de tubes (20) parallèles sur lesquels sont fixées des ailettes (10, 22) planes et parallèles comprenant des trous (12, 32) de passage des tubes (20) et des collets (14, 34) bordant ces trous, ainsi que des moyens assurant un écartement constant entre les ailettes, caractérisé en ce que, les ailettes (10, 22) étant métalliques avec une épaisseur faible, ces moyens font partie des collets (14, 34) ou sont constitués par un agencement de ces collets, ces derniers ayant une hauteur inférieure à l'écartement E entre ailettes. 2. Faisceau de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les collets (14) bordant les trous (12) d'une ailette (10) sont formés les uns en saillie sur une face (16) de l'ailette et les autres en saillie sur la face opposée (18) de l'ailette, deux ailettes consécutives (10) étant disposées l'une sur l'autre de telle sorte que les collets (14) en saillie sur les face en regard des deux ailettes sont en appui les uns sur les autres. 3. Faisceau de tubes selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour chaque ailette, le collet (14) bordant un trou quelconque (12) de l'ailette est en saillie sur une face de l'ailette et le collet (14) bordant un trou voisin de l'ailette est formé en saillie sur l'autre face de l'ailette. 4. Faisceau de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque collet (34) comprend des pattes (26) qui s'étendent dans son prolongement vers l'extérieur de l'ailette (22) et qui ont une hauteur par rapport à l'ailette égale à l'écartement souhaité E entre ailettes. 5. Faisceau de tubes selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités libres des pattes 26 d'un collet se trouvent à une distance de l'axe du trou (32) bordé par le collet qui est supérieure au rayon de ce trou. 6. Faisceau de tubes selon la revendication 5, caractérisé en ce que la hauteur du collet (34), dans sa zone de raccordement à une patte (26) précitée, est inférieure à sa hauteur sur le reste de sa périphérie. 7. Faisceau de tubes selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que chaque collet (34) comprend au moins deux pattes (26). 8. Faisceau de tubes selon l'une des revendications 4 à 7,caractérisé en ce que les extrémités libres des pattes (26) des collets (34) d'une ailette sont en appui sur l'ailette consécutive.