Brevet FR2646898A3 — publié le 19901116

FR 2646898 A3 19901116 FR 9005804 A 19900510 L'invention se rapporte à un insert de turbulen- ce, de préférence pour tube d'échangeur de chaleur de sec- tion ovale ou aplatie, qui est essentiellement composé d'une bande plate et présente des déformations sur les deux côtés du plan de la bande, considéré dans la direc- tion longitudinale de la bande. Un insert de turbulence de ce genre est déjà connu, par exemple, par le DE-B-1 292 826, le US-A-2 691 991 et le FR-A-2 514 485. Toutefois, ces constructions, déjà connues dans l'état de la tech- nique, doivent comporter des parties pliées pour imprimer une turbulence au fluide de l'échangeur de chaleur. Ces parties pliées de la bande ont l'inconvénient d'engendrer une grande perte de charge et, par ailleurs, la mise en place dans le tube d'échangeur de chaleur est problémati- que parce que les pliages dirigés transversalement à la direction de l'enfilage tendent à s'accrocher à l'extré- mité du tube. On connait par ailleurs, par le EP-A-0 184 544, un insert de turbulence qui est composé d'une bande dont la largeur présente des variations continuelles, qui est ensuite mise à la forme d'une hélice. Dans cette cons- truction, on doit tout d'abord fabriquer une bande plane qui présente des bords ondulés, et cette ondulation pro- duit une modification notable de la largeur de la bande. Ensuite, dans une autre phase du travail, on doit torsader la bande de manière que sa courbe enveloppe corresponde exactement à la section du tube ovale. On connait, par le GB-A-2 193 304, un insert de turbulence Dour tubes ronds qui est composé d'une bande ondulée sur toute sa largeur, transversalement à la direc- tion longitudinale de l'insert de turbulence et qui est en supplément torsadé ou vrillé autour de son axe longitu- dinal-. En raison de l'ondulation transversale qui s'étend sur toute la largeur, l'insert de turbulence est très 2 2646898 flexible dans sa direction longitudinale et il n'est donc pas adapté pour pouvoir être enfilé mécaniquement dans les tubes de l'échangeur de chaleur. Le but de la présente invention est donc de réa- liser un insert de turbulence du genre en question qui puisse être fabriqué d'une façon simple, qui possède une grande rigidité dans la direction longitudinale et qui puisse être enfilé d'une façon simple dans les tubes de l'échangeur de chaleur. Selon l'invention, ce problème est résolu dans un insert de turbulence du genre en question par le fait que, de part et d'autre d'un axe médian de la bande, s'éten- dent, le long des bords de la bande, des formes d'onde qui sont décalées l'une par rapport à l'autre, considéré dans la direction longitudinale de la bande et/ou qui possèdent des longueurs d'onde différentes. Les avantages essentiels de cet insert de turbulence résident dans le fait que cet insert peut être fabriqué d'une façon simple, sous la for- me d'une longueur indéfinie, dans un outillage à molettes, qu'aucun bord saillant ne gêne l'opération d'enfilage au- tomatique dans les tubes de l'échangeur de chaleur et que, par ailleurs, on obtient une bonne turbulence avec une très faible perte de charge. Une forme préférée de réali- sation consiste en ce que les formes d'onde présentent ies mêmes longueurs d'onde et les mêmes amplitudes sur les deux bords de la bande et qu'elles sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une demi-longueur d'onde. Grace à cet- te disposition, on obtient qu'un sommet d'onde d'un côté de la bande se trouve face à un creux d'onde de l'autre côté de la bande. Ceci conduit à créer un nombre aussi grand que possible de points d'appui opposés de l'insert de turbulence dans le tube ovale ou aplati, ces points d'appui évitant les vibrations de l'insert de turbulence dans le tube d'échangeur de chaleur. Pour accroître la rigidité dans la direction lon- gitudinale. on peut prévoir une moulure le long de l'axe médian. Il s'est révélé avantageux de calculer l'amplitude de l'ondulation de manière qu'elle représente environ 1/5 à environ 1/10 de la largeur de la bande. Etant donné que la bande subdivise sensiblement la section du tube de l'échangeur de chaleur en deux chambres, il est avantageux de prévoir des moyens qui permettent au fluide de l'échan- geur de chaleur de passer d'un côté à l'autre de l'insert de turbulence. Ces moyens peuvent être prévus sous la for- me de trous découpés ou d'emboutis en forme de dôme. Une autre variante de l'insert de turbulence se- lon l'invention consiste en ce que des moulures embouties sont disposées le long de l'axe médian, alternativement des deux côtés du plan initial. Cette disposition alternée des moulures ne conduit pas seulement à une amélioration de la rigidité de l'insert de turbulence dans la direction longitudinale mais, en outre, elle engendre une turbulence additionnelle du fluide de l'échangeur de chaleur. Dans cette construction. il est possible de disposer les moulu- res les unes à la suite des autres sans espacement mutuel, ou de prévoir un segment droit entre deux moulures adja- centes. Un autre avantage est obtenu lorsque les moulures sont ouvertes sur leur côté frontal, de sorte que, dans ce cas, on obtient de nouvelles divisions de l'écoulement et il se forme des passages menant d'un côté à l'autre de l'insert de turbulence. En variante par rapport aux moyens de turbulence déjà cités, on peut prévoir le long de l'axe médian des emboutis hémisphériques qui sont disposés alternativement des deux côtés du plan initial. Ces emboutis évitent qu'il ne se forme un courant dépourvu de turbulence s'écoulant le long de l'insert de turbulence en suivant l'axe médian. Il est avantageux que les moulures et/ou emboutis présen- tent une hauteur qui correspond à l'amplitude de l'ondula- tion. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas de 4 2646898 tubes aplatis possédant des parois latérales sensiblement parallèles, parce que la courbe enveloppe de l'insert de turbulence ne déborde pas audelà de la section intérieure du tube aplati. En variante par rapport à l'ondulation ré- gulière déjà citée, prévue le long des deux bords de la bande avec un agencement décalé dans une certaine mesure, l'insert de turbulence peut aussi être configuré de maniè- re qu'il existe le long des bords des ondulations présen- tant des longueurs d'onde différentes mais avec des ampli- tudes identiques. Avec cette disposition, la courbe enve- loppe de l'insert de turbulence ne varie pas, de sorte qu'on ne se heurte pas à des inconvénients en ce qui con- cerne l'enfilage dans le tube de l'échangeur de chaleur. Des exemples de réalisation de l'insert de turbu- lence sont décrits de façon plus détaillée dans la suite en regard du dessin. Sur ce dessin, la figure 1 représente une première forme de réa- lisation de l'insert de turbulence; la figure 2 est une vue en élévation prise à par- tir de la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue agrandie du détail III de la figure 1; la figure 4a est une coupe selon la ligne IVIV de la figure 1, à échelle agrandie; la figure 4b est une coupe d'un tube ovale muni d'un insert de turbulence selon la figure 4a; la figure 5 est une vue agrandie du détail V-V de la figure 2; la figure 6 est représente une variante de réali- sation par rapport à la figure 1; la figure 7 est une vue agrandie du détail VII de la figure 6; la figure 8 représente une variante de réalisa- tion par rapport à la figure 4, avec des générateurs de turbulence additionnels; la figure 9 est une vue en élévation selon la flèche IX de la figure 8; la figure 10 représente une autre variante de réalisation par rapport à celle de la figure 1; la figure 11 est une vue en élévation prise à partir de la ligne XI-XI de la figure 10; la figure 12 est une coupe selon la ligne XI-XII de la figure 10; la figure 13 représente une variante de réalisa- tion par rapport à celle de la figure 12; la figure 14 est une vue en élévation prise selon la flèche XIV de la figure 13; la figure 15 est une vue en élévation prise à partir de la ligne XV-XV de la figure 14; la figure 16 est un détail agrandi d'une coupe longitudinal prise selon l'axe médian, avec un embouti en forme de dôme; les figures 17 et 18 représentent d'autres va- riantes de réalisation par rapport à celle de la figure 5. Sur la figure 1, on a représenté la vue de dessus d'un insert de turbulence 1 qui est composé d'une bande 1'. par exemple en tôle d'aluminium d'environ 0,3 mm d'épaisseur, qui présente une corformation spéciale. Le long de l'axe médian M de l'insert de turbulence 1, est emboutie une moulure 2 qui confère une meilleure rigidité à l'insert de turbulence 1 dans la direction longitudina- le. Des deux côtés de la moulure 2, l'insert de turbulence 1 est munie de formes d'onde 3 et 4 identiques entre el- les, qui sont décalées l'une par rapport à l'autre de tel- le manière qu'un sommet d'onde d'un côté soit placé face à un creux d'onde de l'autre côté. Ceci signifie que l'ondu- lation 3 est décalée d'une demi-longueur d'onde par rap- port à l'ondulation 4. La figure 2 montre une vue de côté de l'insert de turbulence 1, sur laquelle on peut voir les formes d'onde 3 et 4 et leur disposition décalée. Les formes d'onde 3 et 4 sont configurées de manière que la transi- tion d'un sommet d'onde à un creux d'onde se trouve dans le plan initial de la bande. La longueur d'onde est dési- gnée par L et l'amplitude des ondes par A. Sur la figure 3, on a donné une vue agrandie du détail III de la figure 1, l'insert de turbulence étant ici aussi désigné par la référence 1 et la moulure qui s'étend le long de l'axe longitudinal par la référence 2. Les formes d'onde 3 et 4 s'étendent respectivement le long des bords de l'insert de turbulence 1, cependant qu'on a représenté par les lignes circulaires parallèles un creux d'onde 5 et, en face de ce creux d'onde, un sommet d'onde 6 de la forme d'onde 3. En raison de la déformation de la bande de tôle plate qui est nécessaire pour produire la forme d'onde, il se produit un léger rétrécissement, com- parativement à la largeur normale de la bande de tôle, comme ceci est également visible sur la vue agrandie de la figure 3. La figure 4a est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1, dans une vue agrandie. L'insert de tur- bulence i formé d'une bande de tôle mince possède, sur l'axe médian M, une moulure 2 qui est continue sur toute la longueur de la bande de tôle, et des deux côtés de la- quelle sont prévues les formes d'onde 3 et 4. On peut éga- lement voir sur cette vue que la largeur B de la bande de tôle est légèrement plus grande dans le plan neutre 7 que dans la région du creux d'onde 5 et du sommet d'onde 6. L'amplitude de l'ondulation 3 est indiquée en A au niveau du sommet d'onde 6. La figure 4b est une coupe transversale d'un tube ovale 16 pour échangeur de chaleur dans lequel est agencé un insert de turbulence.-, tel que celui qui est décrit de façon plus détaillée en regard de la figure 4a. Il est vi- 7 2646898 sible sur cette vue que les sommets d'ondes 6 et creux d'ondes 5 qui sont mutuellement opposés donnent naissance à un grand nombre de surfaces d'appui qui sont disposées dans des positions décalées. La figure 5 montre une vue agrandie de l'insert de turbulence 1 correspondant au détail 5 de la figure 2. Dans cette construction, on voit que l'ondulation margi- nale 4 de l'insert de turbulence 1 présente un creux d'on- de 5 et un sommet d'onde 6. La transition entre le creux d'onde 5 et le sommet d'onde 6 est disposée symétriquement par rapport à la forme d'onde 3. La figure 6 montre une variante de réalisation de l'insert de turbulence I selon la figure 1, dans laquelle 1 on a prévu des ouvertures 8 découpées à intervalles ré- guliers entre les formes d'onde latérales 3 et 4. sur la longueur de la moulure 2. Ces ouvertures découpées lais- sent le fluide de l'échangeur de chaleur passer d'un côté à l'autre de l'insert de turbulence 1 et elles produisent en outre de nouvelles turbulences. Sur la figure 7, on a représenté une vue agrandie du détail VII de la figure 6, cette vue montrant claire- ment que - considéré dans la direction longitudinale de la bande de tôle - les ouvertures 8 se trouvent au milieu en- tre les amplitudes de la forme d'onde, c'est-à-dire entre le creux d'onde 5 et le sommet d'onde 6, et, plus précisé- ment, sur l'axe médian M. La figure 8 montre une variante de réalisation, par rapport à la figure 4a, qui se distingue de la figure 4a déjà décrite par le fait que des emboutis hémisphéri- ques 9 sont prévus dans la région de la moulure 2, à des espacements réguliers. Les emboutis 9 peuvent être dispo- sés alternativement des deux côtés du plan initial 7 de la bande de tôle mais il est aussi possible de diriger tous les emboutis 9 vers un même côté. Il ressort de la figure 9 que les emboutis 9 sont disposés en alternance, la dis- 8 2646898 tance entre deux emboutis 9 successifs étant égale à un multiple entier de la longueur d'onde de la forme d'onde 3 ou 4 et les emboutis 9 se trouvant à la hauteur de la ré- gion de transition entre un creux d'onde et un sommet d'onde. On a représenté sur la figure 10 une autre va- riante de réalisation de l'insert de turbulence 1 qui se distingue de la forme de réalisation selon la figure 1 par le fait que des moulures 10 et 11 alternent sur l'axe mé- dian, c'est-à-dire qu'à la suite d'une moulure 10 qui est emboutie vers le haut, fait suite une moulure 11 de même longueur mais emboutie vers le bas. Les faces frontales des moulures sont ouvertes, de sorte que ces moulures se comportent comme des canaux de guidage du fluide et que, sous l'effet de la disposition alternée, il se produit un écoulement du fluide d'un côté à l'autre de l'insert de turbulence. La figure 11 montre une vue de côté de l'insert de turbulence selon la figure 10, on peut y voir que les moulures embouties 10 et 11 possèdent une hauteur à peu près égale à l'amplitude de la forme d'onde. Sur la figure 12, on a représenté une coupe selon la ligne XII-XII de la figure 10, à échelle agrandie. Ici, l'insert de turbulence 1 présente les formes d'onde la- térales 3 et 4 de la même façon que dans les exemples de réalisation précédents. Dans la région de l'axe médian, on a représenté les moulures 10 et Il qui sont embouties al- ternativement des deux côtés, ces moulures possédant à peu près une hauteur égale à l'amplitude des formes d'onde 3 et 4. La figure 13 montre une variante de réalisation par rapport à la figure 12, la différence consistant en ce que, entre deux segments successifs qui présentent des moulures 10 et 11, est prévu un segment dépourvu de moulue dans lequel la tôle de l'insert de turbulence 1 forme un segment droit 12 entre les bords latéraux qui portent les formes d'onde 3 et 4. On peut voir sur la figure 14, qui montre une vue en élévation prise selon la flèche XIV de la figure 13 qu'il existe une région présentant un sgement droit 12 entre les moulures 10 et 11. La figure 15 est une vue en élévation Drise à partir de la ligne XV-XV de la figure 14. Cette figure re- présente l'insert de turbulence 1 avec les formes d'onde 3 et 4 disposées le long de ses bords, ainsi qu'avec les creux d'ondes 5 et les sommets d'ondes 6 disposés les uns en face des autres. Le long de l'axe médian s'étend la moulure 11 qui se raccorde à une région présentant un seg- ment de tôle droit 12 entre les formes d'onde 3 et 4. Sur la figure 16, on a représenté une partie d'une coupe longitudinale prise le long de l'axe médian, sur laquelle on a prévu des emboutis 13 en forme de dôme et présentant un côté ouvert 14 pour donner passage au fluide de l'échangeur de chaleur. Les figures 17 et 18 montrent des variantes de réalisation par rapport à la figure 5. Sur la figure 17, des ondulations 3 et 4 identiques sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance inférieure à la demi-lon- gueur d'onde. La figure 18 montre l'insert de turbulence 1 dans lequel l'ondulation 14 située d'un côté de la bande possède une longueur d'onde différente de celle de l'ondu- lation 15 située de l'autre côté. En supplément de la tôle d'aluminium qui est ci- tée comme exemple, on peut également envisager d'autres matières pour la constitution de l'insert de turbulence décrit, entre autres, également des matières plastiques. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Insert de turbulence, de préférence pour tubes d'échangeurs de chaleur à section ovale ou aplatie, qui est essentiellement composé d'une bande plate et présente des déformations de part et d'autre du plan de la bande, considéré dans la direction longitudinale de la bande, ca- ractérisé en ce que-, de part et d'autre d'un axe médian CM) de la bande (1') s'étendent, le long des bords de la bande, des formes d'onde (3, 4. 14, 15) qui sont décalées l'une par rapport à l'autre, considéré dans la direction longitudinale de la bande (1) et/ou qui possèdent des lon- gueurs d'onde (L) différentes. 2. Insert de turbulence selon la revendication 1. caractérisé en ce que les formes d'onde (3, 4) prévues le long des deux bords de la bande (1') présentent les mêmes longueurs d'onde (L) et les mêmes amplitudes (A) et sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une demi-longueur d'onde. 3. Insert de turbulence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une moulure (2) est disposée le long de l'axe médian (M). 4. Insert de turbulence selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'am- plitude (A) de l'ondulation représente entre 1/5 et 1/10 de la largeur (B) de la bande (1'). 5. Insert de turbulence selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des ou- vertures (8) sont prévues le long de l'axe médian (M) pour donner passage au fluide de l'échangeur. 6. Insert de turbulence selon la revendication 5. caractérisé en ce que les ouvertures sont formées par des trous découpés (8) ou par des emboutis (13) en forme de dôme. 7. Insert de turbulence selon la revendication ll I ou 2, caractérisé en ce que, le long de l'axe médian (M), sont prévues des moulures embouties (10, 11). alter- nativement des deux côtés du plan initial (7). 8. Insert de turbulence selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moulures (10, 11) sont disposées les unes à la suite des autres sans espacement. 9. Insert de turbulence selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un segment droit (11) est interposé entre deux moulures (10, 11) adjacentes. 10. Insert de turbulence selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les côtés frontaux des moulu- res (10, 11) sont ouverts. 11. Insert de turbulence selon une des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que des emboutis hémi- sphériques (9) sont prévus sur la longueur de l'axe médian (M) alternativement des deux côtés du plan initial (7). 12. Insert de turbulence selon une des revendi- cations 3 ou 6 à 11, caractérisé en ce que les moulures (2, 10, 11) et/ou les emboutis (9, 13) présentent une hau- teur qui correspond à l'amplitude (A) de l'ondulation (3, 4). 13. Insert de turbulence selon la revendication 7, caractérisé en ce que les longueurs d'onde des ondes (14) situées d'un côté de la bande (1') sont au maximum égales à deux fois la longueur d'onde de l'ondulation (15) située de l'autre côté.