Brevet FR2634275A1 — publié le 19900119

La présente invention se rapporte aux disposi- tifs de refroidissement d'huile et concerne plus précisé- ment un refroidisseur d'huile du type qui comprend une en- veloppe dans laquelle circule un agent réfrigérant, tel que l'eau, et qui renferme un paquet de tubes qui est cons- titué par un certain nombre d'éléments plats creux super- posés entre lesquels sont ménagés des intervalles à l'in- térieur desguels circule l'huile devant être refroidie, ledit paquet de tubes contenant, au moins, un canal d'huile qui le traverse et qui communique avec l'intérieur des dif- férents éléments creux plats et fait ainsi fonction de col- lecteur et de distributeur de l'huile. Dans les refroidisseurs d'huile connus. de ce genre (DE-OS 23 06 426), l'huile, qui est amenée par un conduit d'alimentation, par exemple, est introduite dans le collecteur d'huile par une multiplicité d'ouvertures radiales récarties en cercle. Delà, l'huile gagne l'inté- rieur des é7éments tubulaires plats; il en résulte que les régions des extrémités des différents éléments tubulaires plats ne scnt pas suffisa. mment arrosés par l'huile devant être refrcidie et, par conséquent, la surface d'échange de chaleur qu'ils présentent n'est pas suffisamment exploi- tée. On conr.ait des refroidisseurs d'huile qui présentent, à une certaine distance transversale du collecteur d'ali- mentation, un collecteur d'huile similiaire, qui dévie l'hui- le et qui communique aussi avec l'intérieur des éléments tubulaires plats. Là aussi, la région d'extrémité des élé- ments tubulaires adjacente au collecteur d'huile n'est pas suffisamment arrosée par l'huile à refroidir car celle-ci, tendant à suivre le trajet de moindre résistance, a tendan- ce à s'écouler, par le chemin le plus court, de l'intérieur des éléments tubulaires dans le collecteur d'évacuation de l'huile. Dans ces conditions, l'huile ne circule pas sur les éléments tubulaires d'une surface frontale à l'au- tre et il subsiste des zones mortes qui ne participent pas aux transferts de la chaleur. La présente invention s'est fixé tour but de réaliser un refroidisseur d'huile tel que spécifré ci-dessus qui présente un coefficient- de transfert de chaleur et en particulier, un coefficient de refroidissement amélioré. L'invention atteint ce but dans un dispositif de refroidissement du type spécifié en ce que, au moins un des collecteurs d'huile présente, au moins sur une par- tie de son extension axiale, des éléments de guidage qui sont formés et/ou orientés de manière que l'huile qui af- flue par ledit collecteur est dirigée, au moins en partie, d'abord sur la région d'extrémité des éléments creux plats voisine transversalement dudit collecteur ou que l'huile qui s'écoule des éléments creux plats est dirigée, au moins en partie, d'abord vers le collecteur d'huile adjacent trans- versalement de la région d'extrémité de ces éléments plats et, delà, vers le canal d'évacuation de l'huile. L'invention offre les avantages suivants: La présence des éléments de guidage a pour effet que les éléments creux sont arrosés par le fluide devant être refroidi, c'est-à-dire, par l'huile, d'une surface frontale à l'autre. Les surfaces mortes des régions d'ex- trémité des éléments tubulaires, qui ne participaient pas aux transferts de chaleur, sont réduites a un minimum et sont évitées dans une très large mesure. Le fluide devant être refroidi est, de plus, dévié vers les régions défa- vorisées par la circulation. On obtient ainsi une distri- bution contrôlée de la circulation du milieu à refroidir et une répartition uniforme de celui-ci sur toute la sur- face d'échange de chaleur, ce qui se traduit par une- aug- mentation du coefficient de transfert de chaleur. A l'in- verse, il devient possible d'assurer un taux de transfert de chaleur donné, avec une installation de dimensions rédui- tes et avec moins de matériel et, partant, avec une réduc- tion du poids de celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé, dont: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un refroidisseur d'huile conforme à un premier exemple de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II--: de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un refroidisseur d'huile conforme à un autre exemple de réalisation de l'invention; et la figure 4 est une vue en perspective schéma- tique à plus grande échelle d'une partie du paquet d'élé- ments creux du refroidisseur d'huile de la figure 3. Sur la figure 1 est représenté schématiquement un refroidisseur d'huile 10, composé d'éléments plats su- perposés, qui comprend une enveloppe 11 à l'intérieur 12 duquel on peut introduire, par une entrée 13, un agent de refroidissement, tel que l'eau, agent qui traverse l'es- pace intérieur pour en ressortir, à l'autre extrémité, par une évacuation 14. L'enveloppe 1- est en deux parties dans l'exemple représenté et se compose sur la figure 1 d'une plaque de base 15 et d'un couvercle 16, en forme de cuvet- te, ces deux composants étant reliés ensemble de manière étanche, par exemple, par soudage. L'enveloppe 11 contient un paquet 17 d'éléments creux qui se compose d'un certain nombre d'éléments tubu- laires plats 18 entre lesquels sont ménagés des intervalles et qui sont soudés les uns aux autres de manière à former un paquet dans l'espace intérieur 19 (isolé de l'extérieur) duquel, on fait circuler l'huile devant être refroidie. Le refroidisseur d'huile représenté en exemple, est simple et se compose de six éléments tubulaires ou creux plats 18 qui forment ainsi ensemble six espaces de circulation horizontaux reliés ensemble pour l'huile. Le refroidisseur d'huile 10 comporte deux élé- menrts de fixation 20 et 20a essentiellement identiques et qui ont pour fonction d'assurer la fixation du refroidis- seur à un élément de structure 21 dont on n'a représenté que l'une des parois 22. L'élément 21 pourrait, par exemple, être un moteur, un engrenage, etc.. L'élément de fixation ou de montage 20, 20a traverse l'enveloppe 11, ainsi que le paquet d'éléments creux 17 qui est pourvu, à l'une de ses extrémités, d'une partie filetée 23, 23a permettant de fixer le refroidisseur d'huile 10 à la structure 21, la partie filetée 23, 23a étant relativement courte et com- portant une partie terminale qui fait saillie à l'extérieur de l'enveloppe 11, notamment, hors de la plaque de fond 15. Chaque élément de fixation 20, 20a est percé d'un ca- nal 24, 24a qui conduit l'huile vers l'extrémité de la par- tie filetée 23, 23a et qui débouche à l'élément de struc- ture 21. Chaque élément de fixation 20, 20a présente un renflement circulaire 26, 26a qui est situé à courte distance axiale de la partie filetée 23, 23a. Lorsqu'on visse un élément de fixation 20, 20a dans un trou fileté , 30a de la paroi 22, le renflement 26, 26a vient s'ap- pliquer contre un élément 27, 27a fixé, par exemple, soudé, à la plaque de fond 15, ce qui a pour effet de fixer l'en- veloppe 11 et, partant tout le refroidisseur d'huile 10, contre le mur 22. Il serait superflu de s'étendre davanta- ge ici sur ce mode de fixation universellement connu. Pour plus de détails le lecteur est invité à se reporter à la demande parallèle P.........., qui s'y étend davantage. Au-delà de l'élément de construction 21, le trou fileté 30, 30a mentionné est vissé dans un tube de guidage 42, 42a. Le tube 42, 42a communique avec le canal 24 ou 24a de l'élément de fixation 20 ou 20a.- L'élément de fixation 20 comporte, à son extrémité opposée, qui est fermée, une tête 31. L'élément de fixation 20 traverse un collecteur d'huile tubulaire 41, traversant le paquet 17 d'éléments creux 18, et qui ccmmunique avec tous les élé- ments 18. L'élément de fixation 20 se présente, en princi- pe, comme une vis partiellement creuse dont le canal in- térieur communique par des ouvertures radiales 45 avec le collecteur d'huile 41. Près du second élément de fixation 20a, placé à droite sur la figure 1, le collecteur intérieur 24a est ouvert aux deux extrémités. L'extrémité de cet élément de fixation 20a.opposée à la partie filetée 23a forme un élé- ment de support 55 pouvant servir de support pour un filtre 53 dont seul le contour a été esquissé en tirets. Le sup- port 55 présente une tête cylindrique 56 présentant un fi- letage 57 sur lequel vient se visser le filtre 53. L'huile arrivant de l'élément de structure 21 est introduite, par le conduit de guidage 42, dans le collecteur 41 et traver- se l'intérieur de chaque élément plat 18 pour gagner l'au- tre collecteur d'huile 46, à l'intérieur duquel s'étend le second élément de fixation 20a. L'huile quitte ce collec- teur 46 dans la direction de la flèche 52 par un ou plu- sieurs orifices, non représentés, situés dans la région du couvercle 16 pour gagner le filtre 53 duquel elle res- sort à contre-courant, comme l'indique la flèche 54, à tra- vers l'élément de fixation 20a et le conduit de guidage 42a, pour revenir vers l'élément de structure 21. Chaque collecteur d'huile 41, 46 communique avec l'intérieur 19 des éléments plats creux 18 et remplit ainsi les fonctions de collecteur et de répartiteur de l'hui- le. Chacun des collecteurs d'huile présente, au moins sur une partie de son extension axiale, un élément de guidage 60 ou 61. Cet élément de guidage est formé et/ou orienté de telle manière que l'huile qui arrive du collecteur 41 soit dirigée vers la région d'extrémité voisine des éléments plats creux 18 dans la direction des flèches 52. De ce fait, la région des extrémités de gauche (selon les figures 1 et 2) de tous les éléments plats 18 est arrosée par l'huile devant être refroidie qui afflue. On réalise ainsi une dis- tribution contrôlée de l'huile chaude et une distribution uniforme de celle-ci sur toute la surface d'échange de chaleur du refroidisseur. Ceci assure une meilleure capacité d'échange de chaleur et, en particulier, un plus grand pouvoir de refroidissement du radiateur 10, du fait que les éventuelles surfaces mortes, qui n'interviennent pas du fait qu'elles ne sont pas arrosées par l'huile chaude, sont réduites à un minimum sinon complètement éliminées. La présence de l'élément de guidage 60 permet de diriger l'huile chaude vers les régions défavorisées qui, autrement, ne seraient qu'imparfaitement alimentées, notamment vers les régions d'extrémité des différents éléments plats creux 18. Dans ces régions d'extrémité a lieu, à l'intérieur 19 de chaque élément plat 18 un changement de direction de l'huile qui, ensuite, traverse l'intérieur 19 de celui-ci- transversalement de gauche à droite selon les figures i et 2. L'élément de guidage 61 monté dans l'autre col- lecteur d'huile 46 est, tout comme l'élément de guidage , formé et/ou monté de manière que l'huile qui afflue dans cette région des différents éléments plats 18, soit auparavant - avant de scrtir du collecteur 46 dirigée vers la région d'extrémité voisine des éléments plats creux 18, d'o elle sera orientée, comme l'indique les flèches 63, vers le collecteur de retour 46. On obtient ainsi dans la région d'extrémité de droite, selon les figures 1 et 2, du paquet d'éléments plats 17, les mêmes résultats que ceux obtenus dans la région de gauche, qui ont été décrits plus haut. Les deux éléments de guidage 60, 61 se présen- tent comme des éléments tubulaires 64 et 65 montés respec- tivement dans les collecteurs d'huile 41 et 46. Ces élé- ments tubulaires présentent le long de leur extension axia- le et de. leur pourtour orientés vers les régions d'extré- mité adjacentes des éléments plats 18, c'est-à-dire, à gau- che selon les figures 1 et 2, dans le cas de l'élément tubu- laire 64 et à droite pour l'élément '65, une ou plusieurs ouvertures 66, 67. L'ouverture en question peut présenter la forme d'un perçage, d'une fente, d'une fenêtre, etc. Cette ouverture 66, 67 s'étend sur une région périphérique ne dépassant pas 180 , par exemple, du pourtour de l'élément tubulaire 64 ou 65 considéré. Dans un autre mode de réalisation, non représen- té, les éléments tubulaires de guidage sont en même temps utilisés comme éléments de montage pour fixer le refroidis-- seur d'huile 10 sur la structure 21. Ceci peut suffire lors- que l'élément de fixation 20 de gauche, selon les figures 1 et 2, remplit aussi les fonctions de l'élément de guidage 60. Dans ce cas, la section des ouvertures -radiales 45 est calculée et orientée de manière à obtenir l'effet recherché avec le concours de l'élément de guidage 60, c'est-àdire, pour que l'huile qui émerge du collecteur 24 par les ori- fices radiaux 45 et qui entre dans le collecteur 41 dans la direction des flèches 62 des figures 1 et 2, soit diri- gée vers la région d'extrémité de gauche des éléments plats creux 18. L'examen des figures 1 et 2 montre que les élé- ments tubulaires représentis 64, 65 se présentent comme des manchons qui sont montés dans le collecteur d'huile correspondant 41 ou 46 et garnissent celui-ci. Le diamè- tre extérieur de l'élément tubulaire 64 est dimensionné comme le diamètre intérieur du collecteur d'huile 41 le- quel est déterminé par le collet 68 reliant les éléments plats creux 18. Ainsi, la surface extérieure de la paroi du collet 64 s'applique de manière pratiquement étanche contre le collet 68. Ceci a pour résultat de couper la com- munication entre le collecteur d'huile 41, s'étendant à l'intérieur de l'élément tubulaire 64, et l'intérieur 19 des éléments plats 18 dans la région de contact. L'élément tubulaire de droite 65 est dimensionné tout comme celui de gauche selon les figures 1 et 2, de sorte que celui-ci aussi s'applique, par la surface extérieure de sa paroi de manière pratiquement étanche contre le collet 69. Les éléments tubulaires en forme de manchon 64, 65, présentent respectivement une ouverture 66, 67 en forme de fente s'étendant sur toute sa longueur axiale qui a une largeur suffisamment grande, dans le sens périphéri- que, pour assurer un minimum de pertes hydrodynamiques. C'est ainsi, par exemple, que l'ouverture constituée par la fente axiale 66 ou 67 peut s'étendre sur environ 90 de l'étendue angulaire périphérique de l'élément tubulaire considéré 64 ou 65. Les éléments tubulaires 64 et 65 sont tenus dans la position de guidage désirée par emmanchement et/ou par complémentarité de formes dans le collecteur d'huile correspondant 41 ou 46 avec le concours des éléments de fixation 20 et 20a. L'élément tubulaire 64 s'étend sur pratiquement toute la hauteur du paquet 17 d'éléments plats et est tenu en position au moyen de l'élément de fixation 20, par exem- ple, ce qui peut être réalisé par des éléments coopérants à formes complémentaires ou par un serrage axial, par exem- ple. En variante, l'élément tubulaire 64 pourrait être un peu plus court et, tout comme l'autre élément tubulaire , être maintenu dans l'ouverture prévue du collet 68 ou 69 par une force de serrage radiale. A cette fin, il suffit d'élargir les éléments tubulaires 64 et 65 suffisamment pour que l'introduction dans les ouvertures des collets 68 et 69 soient tenus par serrage dans la position prévue. Après que le paquet 17 d'éléments plats a été monté sur la plaque de fond 15 de l'enveloppe 11, on met en place le couvercle 16 et on soude l'unité résultante, de façon que cette opération fixe en même temps les éléments tubu- laires 64 et 65, par exemple, en les soudant. Les éléments tubulaires 64, 65 pourraient, le cas échéant, être percés d'ouvertures. Dans - l'exemple de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, les composants correspondant à ceux du premier mode de réalisation ont été désignés par les mêmes réefrences numériques augmentées de 100 afin d'évi- ter des répétitions descriptives fastidieuses. Dans le second exemple de réalisation, les deux éléments de fixation 120 et 120a sont identiques. Les élé- ments de guidage 160 et 161 prévus dans les collecteurs d'huile 141 et 146 font, dans le cas présent, partie des éléments plats creux 118. Ils sont formés par des sections de paroi 170 et 171 faisant partie respectivement des élé- ments plats 118 dans la région du collecteur d'huile de gauche 141 et de droite 171. En considérant d'abord sur la figure 3 le collecteur d'huile 141, qui y est précédé par le collet 168, on voit que les sections de paroi 170 sont formées par les collets 168 reliant ensemble les dif- férents éléments plats 118 et qui constituent des prolon- gements axiaux. Les sections de paroi 170 ainsi formées sont prolcngées, aux deux extrémités par des collets appro- ximativement annulaires 168. En considérant le collecteur d'huile 146, à droite sur la figure 3, formé par les col- lets 169, on voit que ces collets 169, qui raccordent les éléments plats superposés 118, présentent des prolongements périphériques axiaux dressés qui forment les sections de paroi 171. Ces derniers se raccordent aux deux extrémités par des gradins aux restes des collets annulaires 169. - Les parties de paroi 170 occultent le collecteur d'huile de gauche 141, selon la figure 3, au moins partiellement sur la droite et assurent une action de guidage analogue à celle de l'élément tubulaire 64 des figures 1 et 2. Les éléments de paroi 171 du collecteur d'huile 146 de droite, selon la figure 3, cloisonnent celui-ci par rapport à l'intérieur 119 des éléments plats 118, au moins, partiellement, de sorte que ces parties de paroi 171 ont sensiblement le même effet que l'élément- tubulaire de droite 65 des figures 1 et 2. L'avantage du second exemple de réalisation est que les éléments de guidage 160 et 161 sont formés auto- matiquement par des parties des éléments plats creux 118, et qu'aucun composant étranger n'est nécessaire à cette fin. On a constaté que dans les refroidisseurs d'hui- le 10 et 110 du type décrit, on pouvait améliorer le coef- ficient de transfert de chaleur, et en particulier, l'effi- cacité de refroidissement, dans des proportions comprises entre 10 et 15%, au moins. A encombrement égal, on obtient une meilleure capacité de transfert de chaleur et notamment, de refroidissement ou bien d'un autre point de vue, à moin- dre encombrement, on peut obtenir une capacité de transfert thermique donnée, en particulier, un pouvoir de refroidis- sement prédéterminé, avec moins de matériel, ce qui se tra- duit par une réduction du poids de l'installation. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 - Refroidisseur d'huile qui ccmprend une en- veloppe dans laquelle circule un milieu de refroidissement, tel que l'eau, et un paquet d'éléments tubulaires ou creux logé dans ladite enveloppe, qui se compose d'un certain nombre d'éléments plats creux superposés séparés par. des intervalles, dans lesquels on fait passer l'huile devant être refroidie, ledit paquet étant traversé par, au moins, un collecteur d'huile qui communique avec l'intérieur des- dits élements plats creux et fait fonction de collecteur et de distributeur de l'huile, caractérisé en ce que le- dit ou lesdits collecteurs d'huile (41, 46; 141, 146) pré- sentent sur une partie de leur extension axiale des éléments de guidage (60, 61; 160, 161) qui sont formés et/ou orien- tés de telle manière que l'huile qui arrive par le collec- teur (41, 141) gagne, au moins en partie, d'abcrd la région d'extrémitè transversalement adjacente des éléments plats (18, 118), tandis que l'huile qui s'écoule des éléments plats (18; 118) se dirige, au moins en partie, vers la ré- gicn d'extrémité transversalement adjacente desdits éléments plats creux (18; 118) et, de là, est dirigée vers le col- lecteur de sortie (46; 146). 2 - Refroidisseur d'huile selon la revendication i, caractérisé en ce que les éléments de guidage (60, 61; 160, 161) sont des éléments tubulaires (64, 65; 170, 171) logés à l'intérieur du collecteur d'huile correspondant (41, 46; 141, 146). - 3 - Refroidisseur d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments tubulaires (64, 65; 164, 165) présentent le long de leur extension axiale et de leur région périphérique, tournés vers la région d'ex- trémité correspondante des éléments plats creux correspon- dants (18; 118), une ou plusieurs ouvertures (66, 67). 4 - Refroidisseur d'huile selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les ouvertures (66, 67) sont constituées par des découpes en forme de fenêtres, par des 2 -34275 perçages, des fentes, etc.., ménagées dar.s l'élément tubu- laire correspondant (64, 65; 170, 171). - Refroidisseur d'huile selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les ouvertures (66, 67) s'éten- dent sur une région périphérique des éléments tubulaires (64, 65; 170, 171) ne dépassant pas 180 environ. 6 - Refroidisseur d'huile selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les éléments tubulaires (20, 20a; 120, 120a) servent en même temps pour fixer le refroidisseur d'huile (10; 110) sur une structure ou un élément de construction (21, 121), et se présentent notamment sous la forme de vis creuses ser- vant à la circulation bidirectionnelle de l'huile. 7 - Refroidisseur d'huile selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les éléments tubulaires (64, 65) présentenz la forme de man- chons qui se montent dans les collecteurs d'huile (41, 46) et servent à chemiser ceux-ci. 8 - Refroidisseur d'huile selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 5 ou 7, caractrise en ce que les éléments tubulaires (64, 65) et ncta=ent les parois extérieures des manchons tubulaires, s'appliquent, de ma- nière essentiellement étanche contre les collets (68, 69) reliant ensemble des éléments plats (18), en interrompant, dans cette région, la communication entre le collecteur d'huile (41, 46), s'étendant à l'intérieur de l'élément tubulaire. (64, 65), et àl'intérieur (19) de l'élément plat (18) correspondant. - 9 - Refroidisseur d'huile selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les éléments tubulaires (64, ) et en particulier, les manchons, présentent une ouver- ture (66, 67) constituée par une fente axiale et/ou des ouvertures de la paroi s'étendant sur toute leur dimension axiale. 10 - Refroidisseur d'huile selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fente axiale s'étend sensible- ment sur un anale d'environ 90 du pourtour de l'élément tubulaire (64, 65), et notamment, du manchon. ll!- Refroidisseur d'huile selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les éléments tubulaires et, en particulier, les manchons sont tenus dans leur position de guidage par serrage, emmanche- ment et/ou complémentarité de formes par rapport à l'axe central du collecteur d'huile correspondant (41, 46). 12 - Refroidisseur d'huile selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que les éléments tubulaires et, notamment, les manchons s'étendent sur toute la hauteur du paquet d'éléments plats (17) et sont tenus dans leur position de guidage au moyen d'éléments de fixation (20, 20a). 13 - Refroidisseur selon la revendication 12, caracterise en ce que les éléments tubulaires (64, 65) et, en particulier, les manchons, sont serrés au moyen des élé- ments de fixation. 14:- Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications à 13, caractérise er. ce que à l'intérieur du collecteur d'arrivée de l'huile (41) est monté un élé- ment tubulaire (64) notamment un manchon dont la fente axia- le s'étend sur la région d'extrémité de la face de l'élément tubulaire (64) de l'unique élément plat (18) qu'il traverse. 15 - Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que, à l'intérieur du collecteur d'évacuation d'huile (46) est monté un élé- ment tubulaire (65), en particulier un manchon dont la fente axiale s'étend sur la face de l'élément tubulaire (65) tour- née vers l'unique élément plat (18) traversé par ledit élé- ment tubulaire (65). 16 - Refroidisseur d'huile selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments de guidage (160, 161) et, en particulier les élé- ments tubulaires font partie des éléments plats (118). 17 - Refroidisseur d'huile selon la revendica- tion 16, caractérisé en ce que les éléments de guidage (160, 16i) sont formés de parties de paroi (170, 171) faisant partie intégrante des éléments plats (118). 18 - Refroidisseur d'huile selon la revendica- tion 16 ou 17, caractérisé en ce que les collets tubulaires (168, 169) qui relient ensemble les éléments plats indivi- duels superposés (118) comporte, au moins, une partie péri- phérique dressée et prolongée axialement et formant les éléments de paroi (170, 171). 19 - Refroidisseur d'huile selon la revendica- tion 17 ou 18, caractérisé en ce que les éléments de paroi (170, 171) ont une extension circulaire d'environ 270 d'an- gle.