Brevet FR2614407A1 — publié le 19881028

La présente invention concerne un dispositif appelé plus communément turbulateur, destiné a créer ou favoriser la turbulence d'un écoulement fluide dans un tube d'échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Lorsque le fluide circule dans un tube d'échangeur de chaleur dépourvu de turbulateur, il se produit, notamment aux faibles debits, un écoulement laminaire du fluide qui, malgré un échange de chaleur correct entre la paroi du tube et la circulation périphérique du courant de fluide circulant dans celui-ci, limite l'échange de chaleur de la circulation centrale dudit fluide. Le rôle du turbulateur est donc d' interrompre cet écoulement laminaire en créant des obstacles qui l'amène à avoir un écoulement turbulent. Il est connu, notamment dans la demande de brevet français FR-A 2244149 déposée le 18 Septembre 1973, de disposer, dans un tube d'échangeur de chaleur, un turbulateur constitué de deux bandes de mati ère enroulées en hélice autour d'un noyau central allongé longitudinalement en formant deux portions symétriques par rapport à l'axe de ce noyau et de dimension diamétrale légèrement inférieure au diamètre intérieur du tube. Il a été constaté que ce turbulateur, après introduction dans un tube, vient en contact par un de ses bords avec la paroi interne dudit tube, et lorsque le fluide circule dans le tube, il se produit des vibrations au niveau du bord du turbulateur en contact avec le tube. Ledit bord, sous l'effet des vibrations, a tendance à éroder l'intérieur dudit tube, voire même à provoquer, dans des conditions extrêmes, le perçage du tube. Bien que moins rapide, cette détérioration se produit même lorsque le turbulateur est en résine synthétique etle tube en aluminium. Il a été tenté de remédier à cet inconvénient, notamment par le dispositif décrit dans la demande européenne 82 107 441 déposée le 16 Août 1982. Dans celleci la déposante a recherché à supprimer la possibilité de déterioration du tube par adjonction, sur les bords des bandes en hélice du turbulateur, d'une protubérance en forme d'arc de cercle ou de forme circulaire cylindrique courant le long desdites bandes. De plus, la déposante a aussi proposé que ces protubérances viennent directement en contact avec la paroi interne du tube. Néanmoins, il a été constaté que lorsque le turbulateur est soumis à l'action du fluide circulant dans le tube, il se produit aussi des vibrations au niveau de celles-ci. Ces vibrations sont dues essentiellement à un phénomène de pression-dépression du fluide au niveau du contact ponctuel entre le tube et la protubérance. En effet, le fluide circulant dans le tube, dans un sens de circulation, voit Sa pression augmenter dans une première zone en forme de goulot, zone délimitée par la paroi interne du tube et par la paroi externe longitudinale de la protubérance ; ces deux parois venant se rejoindre au niveau du contact tube-protubérance. Le fluide sous l'action de cette augmentation de pression a tendance à faire ployer et tourner les bandes en forme d'hélice en entraînant l'absence de contact tube-protubérance.De ce fait, ledit fluide est apte à s'écouler au delà de ce point de contact et agit en dépression sur la deuxième zone en forme de goulot, délimitée de la meme maniére que la première zone, mais située par delà ledit contact et cela dans le même sens de circulation. Cette dépression entrain des turbulences dans la deuxième zone qui ont tendance à ramener la protubérance en contact avec le tube. Ces turbulences entrainent donc un phénomène de martelage de la paroi interne du tube qui provoque à terme son perçage. De plus ce phénomène est accentué par la variation du débit du fluide dans le tube. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients et donc de créer un turbulateur qui puisse être monté à jeu ou sans jeu dans un tube tout en ménageant celui-ci. Pour cela, le turbulateur selon l'invention, destiné à être placé dans un tube d'échangeur de chaleur, comprend au moins une bande de matière enroulée en hélice et une protubérance disposée sur le bord radial extérieur de la bande et courant le long de celle-ci. Cette protubérance est caractérisée par le fait qu'elle comporte, dirigée vers la paroi interne du tube, une portion de surface semblable à la portion de celle-ci lui faisant face. Grâce à l'invention, le turbulateur n'est pas soumis à l'action des turbulences, source des vibrations entrainant l'érosion du tube, et cela quelle que soit la fourchette de tolérance de fabrication de celle-ci, fourchette qui peut être assez large tout en donnant un montage avec jeu ou sans jeu dudit turbulateur. Ainsi, il est possible de diminuer l'épaisseur du tube, améliorant les performances de celui-ci tout en entraînant un avantage économique non négligeable. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la protubérance comporte deux surfaces cylindriques disposées chacune de part et d'autre de la portion de surface en se raccordant à celle-ci par leurs bords radialement les plus externes. De cette maniére, le bord du turbulateur est renforcée rigidement, ce qui améliore sa résistance à l'encontre de la pression du fluide s'exerçant sur celuici. La description qui va suivre fera ressortir les particularités de l'invention en se référant aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels la la figure 1 est une vue générale du turbulateur selon l'invention, la figure 2 est une vue partielle en coupe selon la ligne AA de la figure 1 montrant le turbulateur placé dans un tube, Le turbulateur 1, selon la figure 1, comporte un noyau central 2 allongé longitudinalement autour duquel sont enroulées deux bandes en hélice 3, 4 symétriques par rapport à l'axe longitudinal du noyau 2. Comme mieux visible à la figure 2, la portion 5 de la bande 3, est constituée de deux flancs 6, 7 inclinés l'un vers l'autre de façon à obtenir, en section transversale, une forme géométrique générale de trapèze, dont la plus grande base est raccordée au noyau central 2 et la plus petit base à la protubérance 8 courant axialement le long de chaque bande en hélice. Cette protubérance 8 est constituée de deux parties semi-cylindrique 9, 10 raccordées respectivement d'une part, par leurs parties radiales les plus proches du noyau 2, aux flancs 6, 7 de la portion 5, et d'autre part, par leurs parties radiales extérieures, à une portion de surface cylindrique 11. Cette portion de surface cylindrique 11 possède la meme courbure que la paroi interne 12 du tube 13 lui faisant face. De plus, cette portion de surface cylindrique 11 est de dimension circonférentielle L plus grande que la dimension L1 de la bande de matiére 3, dimension L1 considérée dans ce cas au niveau de la plus petite dimension de la portion 5 et dans le cas d'une portion dont les flancs 6, 7 sont paralléles, la dimension L1 correspond à l'épaisseur de la bande de matière en hélice. Ainsi, la protubérance, constituée par les deux parties semi-cylindriques et la portion de surface cylindrique 11, est de dimension circonférentielle L2, appréciée entre les extrémités circonférentielles respectivement de la partie semi-cylindrique 9 et de la partie semi-cylindrique 10, plus grande que la dimension circonférentielle moyenne L3 de la portion 5, dimension appréciée au niveau de l'épaisseur moyenne de ladite portion. Ainsi, le fluide circulant, de par la disposition en hélice du turbulateur 1, dans un sens giratoire, par exemple le sens des aiguilles d'une montre, voit sa pression augmenter dans la premiére zone en forme de goulot 14, zone délimitée par la paroi interne 12 et par la surface radialement la plus externe de la partie semicylindrique 9. Dans le ca.s où, comme décrit dans la demande de brevet français sus-mentionnée et comme il apparait sur la figure 2, le diamètre du turbulateur 1 est inférieur au diamètre de la paroi interne 12 du tube 13, le bord dudit turbulateur vient en contact, en service, avec ladite. paroi interne et la portion de surface cylindrique 11 de la protubérance 8 vient épouser la forme de la paroi de par l'identité des courbures. Ainsi, sous l'effet de la pression du fluide régnant dans la premiére zone 14 et plus particulièrement sur la surface radiale extérne de la partie semi-cylindrique 9, l'ensemble du turbulateur 1 a tendance à quitter le contact de la paroi interne 12 et laisse donc subsister une zone 15, dite zone de détente, comprise entre la portion de surface cylindrique 11 et la paroi interne 12 lui faisant face et dans laquelle peut s'écouler le fluide pour ressortir, sans grandes turbulences, au niveau de la deuxiéme zone en forme de goulot 16, zone délimitée également par la paroi interne 12 et par la surface cylindrique radialement la plus externe de la partie semicylindrique 10. Si par contre le turbulateur 1, est de même diamètre que le diamètre de la paroi interne 12, c'est-à-dire que son bord est en contact direct avec la paroi interne 12, la portion de surface cylindrique 11 épouse intimement ladite paroi. La pression du fluide régnant dans la premiére zone 14 n' a aucun effet sur le turbulateur lui-même. En effet, si la pression est suffisante pour agir sur la portion 5 de la bande 3 et la faire ployer, la surface cylindrique 11 ne peut que coulisser sur la paroi en gardant le contact avec celle-ci et empêche de ce fait le passage du fluide vers la deuxiéme zone en forme de goulot 16. Il va de soi que l'invention n' est pas limitée aux exemples décrits mais englobe toutes variantes. En effet, dans l'exemple montré, le turbulateur selon l'invention est introduit dans un tube d'échangeur de chaleur de forme circulaire, mais il peut être envisagé que celui ci soit introduit dans un tube de forme quelconque, tel que par exemple un tube ovale. En outre, le turbulateur décrit précédemment comporte deux bandes de matière en hélice et un noyau centrale. L'invention est aussi applicable à un turbulateur comportant soit un noyau central et une seule et unique bande de matière soit une seule et unique bande de matière. De plus, le turbulateur 1 peut être conformé suivant une disposition en épingle selon laquelle- deux turbulateurs voisins sont reliés entre eux par une partie radiale ou selon laquelle un turbulateur de grande longueur est cintré par son milieu de façon à obteni-r deux branches parallèles. En outre, chaque turbulateur 1 peut être relié à chaque fois au turbulateur voisin par une partie transversale pour former un ensemble de turbulateurs appelés turbulateurs en grappe, comportant le même nombre de turbulateurs que de tubes. REVENDICATIONS 1) Turbulateur destiné à être placé dans un tube d'échangeur de chaleur, comportant au moins une bande de matière enroulée en hélice et une protubérance disposée sur le bord radial extérieur de la bande et courant le long de celle-ci, caractérisé en ce que la protubérance (8) comporte une portion de surface (11) dirigéee vers la paroi interne (12) d'un tube (13) et semblable à la portion de celle-ci lui faisant face. 2) Turbulateur selon la r-evendication 1, caractérisé en ce que la portion de surface (11) est de plus grande dimension circonférentielle (L) que la dimension (L1) de la bande de matière en hélice. 3) Turbulateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion de surface (11) est une portion de surface cylindrique. 4) Turbulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion de surface (11) possède la même courbure que la paroi interne (12) du tube (13). 5) Turbulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la protubérance (8) comporte deux surfaces cylindriques (9, 10), disposées chacune de part et d'autre de la portion de surface (11) et se raccordant à celle-ci par leurs bords radialement les plus externes. 6) Turbulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les surfaces cylindriques (9, 10) sont reliées.à la bande de matière (3) en hélice par leurs bords radialement internes. 7) Turbulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bande de matiére (3) en hélice comporte deux flancs (6, 7) inclinés l'un vers l'autre. 8) Turbulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les flancs (6, 7) vont en se rapprochant l'un de l'autre, du centre vers la périphérie du tube.