Brevet FR2665521A1 — publié le 19920207

La présente invention se rapporte à des échangeurs de chaleur pour systèmes de réfrigération et plus particulière- ment à des améliorations du taux de transfert de chaleur de surfaces onduleuses d'un échangeur de chaleur. L'accroissement du transfert de chaleur par réalisation de volets ou de fentes dans des surfaces formées de plaques constituant des ailettes dans des échangeurs de chaleur a été admis depuis longtemps comme offrant des améliorations importantes du rendement des serpentins à ailettes formées de plaques La forme et la disposition des volets sont spécifiques au type de surface constituant une plaque formant une ailette dans le domaine des échangeurs de chaleur, car les caractéristiques du flux d'air varient avec le type de surface formant ailette Les caractéristiques du flux d'air sur une surface dépendent du fait que celle-ci est plane, ondulée ou onduleuse et elles dépendent aussi de la disposition des tubes de transfert de chaleur La plupart des surfaces connues actuellement améliorent le rendement du transfert de chaleur du serpentin lorsque la surface de transfert de chaleur est sèche, par exemple lorsque le serpentin est utilisé dans un condenseur de réfrigérant. Toutefois, lorsque les surfaces sont humides, par exemple lorsque le serpentin est utilisé en évaporateur, le rendement de transfert de chaleur n'est pas amélioré par la réalisation de volets ou de fentes dans la surface des ailettes De plus, de nombreuses surfaces d' ailettes en plaques de 1 'art antérieur souffrent d'une forte chute de pression sur les côtés, ce qui signifie qu'il faut davantage de puissance pour déplacer l'air à travers le serpentin. Le brevet U S N O 4 860 822 décrit des surfaces d'ailettes en plaques sinusoïdales comportant des perçages situés à chaque crête et dans chaque vallon de la zone comprise entre les tubes de transfert de chaleur De même, la demande de brevet EP O 325 553 Al décrit des surfaces d'ailettes formées de plaques sinusoïdales comportant des ouvertures situées à chaque crête et dans chaque vallon de la zone comprise entre les tubes de transfert de chaleur Les brevets U.S N 04 817 709 et 4 787 442 illustrent clairement des "ailettes en delta" et des "rampes" situées après chaque crête et chaque vallon de la zone située entre les tubes de transfert de chaleur Les brevets U S no 4 614 230 et 3 397 741 sont des exemples de brevets qui illustrent un léger intervalle entre les tubes de transfert de chaleur, mais néanmoins décrivent des volets situés dans les zones comprises entre les tubes de transfert de chaleur Aucun de ces derniers brevets mentionnés ne se rapporte à des surfaces d'ailettes formées de plaques onduleuses, ce qui signifie que leurs caractéristiques du flux d'air diffèrent considérablement des caractéristiques du flux d'air sur des surfaces d'ailettes formées de plaques ondu- leuses. La présente invention, qui est destinée à apporter une solution aux problèmes des échangeurs de chaleur à ailettes formées de plaques, se rapporte à une surface d'ailette formée d'une plaque onduleuse qui accroît le rendement du transfert de chaleur aussi bien des surfaces humides que des surfaces sèches; les plaques onduleuses de l'invention minimisent la chute de pression d'air sur les côtés et, de plus, ces plaques sont utilisables aussi bien dans le condenseur que dans l'évaporateur. L'invention concerne donc un échangeur de chaleur destiné à un système de réfrigération et comprenant une surface onduleuse d'échange de chaleur comportant une série de crêtes et de vallons orientés dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du flux d'air La surface onduleuse comprend de multiples trous alignés en une première et une seconde rangée parallèles aux crêtes et aux vallons, les trous alignés de chaque rangée étant séparés par une zone unie. La surface onduleuse comprend des volets destinés à accroître le transfert de chaleur Les volets sont situés entre les crêtes et les vallons de la surface onduleuse, mais ne sont pas situés dans les zones unies comprises entre les trous alignés des deux rangées. Selon une autre particularité de l'invention, l'ailette en plaque destinée à être utilisée dans un échangeur de chaleur comprend une surface formée d'une plaque ayant une épaisseur prédéterminée La plaque comprend une série de crêtes et de vallons parallèles qui alternent La surface de la plaque comprend des trous destinés à être en application contre les tubes de transfert de chaleur lorsque ceux-ci sont montés Les trous sont alignés en rangées parallèles à la direction des crêtes et des vallons et les trous de chaque rangée sont séparés par une zone unie de la plaque La surface de la plaque formant ailette comprend également des volets destinés à accroître le taux de transfert de chaleur de la plaque, les volets étant situés entre les crêtes et les vallons parallèles de la plaque, mais ne se trouvant pas dans la zone unie séparant les trous alignés. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'une surface constituée d'une plaque formant ailette pour échangeur de chaleur, procédé comprenant les étapes consistant à réaliser par formage une surface sous forme de séries onduleuses de crêtes et de vallons parallèles qui alternent, à réaliser dans la surface de la plaque des rangées de trous parallèles aux crêtes et aux vallons et à sélectionner des zones d'accroissement du transfert de chaleur sur la surface entre les crêtes et les vallons voisins de telle manière que les zones ne soient pas situées entre les trous disposés en rangées. L'échangeur de chaleur selon l'invention, qui est destiné à un système de réfrigération, comprend deux rangées de tubes de transfert de chaleur qui sont disposées en quinconce l'une par rapport à l'autre lorsqu'elles sont observées dans la direction du flux d'air, ainsi qu'une série de surfaces formées de plaques onduleuses constituant des ailettes et qui sont sensiblement parallèles à la direction du flux d'air Chaque plaque onduleuse comprend au moins deux rangées de trous qui sont dimensionnés et placés de manière à recevoir les tubes de transfert de chaleur Les trous de chaque rangée sont séparés par des zones unies Chaque plaque onduleuse est formée d'une série de crêtes et de vallons qui alternent et qui sont orientés à la surface de la plaque dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du flux d'air Chaque surface onduleuse comporte des volets destinés à accroître le transfert de chaleur, les volets étant placés entre les crêtes et les vallons, mais n'étant pas situés dans les zones unies comprises entre les trous alignés. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif en regard du dessin annexé sur lequel: la Figure 1 est une représentation schématique d'un système de réfrigération incluant les surfaces de transfert de chaleur selon l'invention; la Figure 2 est une vue en perspective, observée par le haut, d'une ailette formée d'une plaque onduleuse selon l'invention; la Figure 3 est une coupe transversale de la plaque formant ailette selon la ligne 3-3 de la Figure 2; la Figure 4 est une coupe transversale de la plaque selon la ligne 4-4 de la Figure 2; et la Figure 5 est une coupe transversale en perspec- tive de la plaque selon la ligne 3-3 de la Figure 2. La Figure 1 représente un système de réfrigération qui comprend un compresseur 12, un condenseur 14, un détendeur 16 et un évaporateur 18 Une vapeur de réfrigérant ayant passé par le compresseur 12 pénètre dans un condenseur 14 par une canalisation 20 de gaz chaud La vapeur comprimée de réfrigérant entre dans les serpentins 22 du condenseur 14 et dissipe sa chaleur à travers les parois du serpentin dans de multiples surfaces 24 formées de plaques onduleuses constituant des ailettes La chaleur de la vapeur du réfrigé- rant est transférée des parois du serpentin et des surfaces des plaques 24 à un fluide de refroidissement tel que de l'air passant en travers du condenseur 14 La vapeur comprimée du réfrigérant se condense en un liquide et passe dans une canalisation 26 et par l'intermédiaire d'un détendeur 16 dans l'évaporateur 18 Le détendeur 16 maintient la pression créée par le compresseur 12 et règle le débit de réfrigérant liquide entrant dans l'évaporateur 18 Un fluide devant être refroidi, tel que de l'air, passe sur de multiples surfaces 28 formées de plaques onduleuses formant des ailettes et tranfère sa chaleur à ces surfaces 28 La chaleur est ensuite conduite des plaques onduleuses 28 dans les serpentins 30 de l'évaporateur dans lequel le liquide réfrigérant s'évapore en absorbant la chaleur Le réfrigérant évaporé retourne ensuite dans le compresseur 12 par un conduit d'aspiration 32 raccordant l'évaporateur 18 et le compresseur 12. Les réfrigérants pouvant être utilisés dans le système de réfrigération 10 comprennent le R 11, le R 22, le R 123, le R 134 a ainsi que de l'eau ou d'autres réfrigérants usuels utilisés dans les systèmes de réfrigération à allure multiple. La Figure 2 représente une unique ailette en plaque 24, 28 conforme à l'invention et destinée à être utilisée soit dans le condenseur 14, soit dans l'évaporateur 18 Comme le montrent les Figures 3, 4 et 5, l'ailette en plaque 24, 28 est une surface onduleuse formée de crêtes 34 et de vallons 36 qui sont parallèles et alternent La surface 24, 28 comporte de multiples trous 38 destinés à s'appliquer contre les tubes 22 et 30 de transfert de chaleur du condenseur 14 et de l'évapora- teur 18 Les trous 38 sont disposés en rangées alternantes 40 et 42 en quinconce, les rangées 40 et 42 étant parallèles l'une à l'autre ainsi qu'aux crêtes 34 et vallons 36 de la surface 24 Chacune des crêtes 34, chacun des vallons 36 et chacune des rangées 40 et 42 sont perpendiculaires à la direction du flux d'air indiqué par des flèches sur les figures 2 à 5. Comme le montrent les Figures 3 à 5, les rangées sont alignées sur un vallon 36 sur trois, tandis que les rangées 42 sont alignées sur une crête 34 sur trois La disposition est telle qu'une crête 34 alignée sur une rangée- 42 n'est pas voisine d'un vallon 36 comportant une rangée 40. La Figure 3 représente un profil transversal dans lequel les trous 38 des rangées 40 sont alignés sur les vallons 36 La Figure 4 représente un profil transversal de la surface 24 dans lequel les trous 38 d'une rangée 42 sont alignés sur la crête 34 La Figure 5 illustre une combinaison des Figures 3 et 4 et représente l'alignement de rangées 42 et de vallons 36 superposés aux rangées 42 et aux crêtes 34. Des améliorations du transfert de chaleur de la surface 24, 28 sont réalisées sous forme de fentes et de volets 44 et 46 en relief et en retrait sur cette surface, sur une distance qui est au maximum égale à quatre fois l'épaisseur de la surface 24, 28 Suivant un mode de réalisation très avantageux, les volets 44 et 46 sont en relief ou en retrait sur une distance à la surface 24, 28 qui est approximativement égale à 3,6 fois l'épaisseur de cette surface Toutefois, certains essais ont montré qu'il est préférable que les volets 44 et 46 ne soient pas en relief ou en retrait sur la surface 24, 26 sur une distance qui dépasse trois fois l'épaisseur de cette surface De bons résultats ont néanmoins été obtenus avec des volets 44, 46 en relief ou en retrait sur la surface 24, 28 sur une distance d'approximativement 3,6 fois l'épaisseur de cette surface. Suivant un mode de réalisation très avantageux, les volets 44 et 46 demeurent reliés le long de deux côtés, les côtés ouverts faisant face au sens du flux d'air Les volets 44 et 46 sont placés entre les crêtes 34 et les vallons 36 de la surface 24, 28 Selon un mode de réalisation avantageux, chaque volet 44 et 46 se compose d'une partie 48 en relief et d'une partie 50 en retrait sur la surface 24, 28 La partie 48 ou 50 qui est la plus proche de la crête la plus voisine 34 ou du vallon le plus voisin 36 est en saillie sur la surface 24, 28 dans un sens opposé à celui de l'emplacement de la crête 34 la plus voisine ou du vallon le plus voisin 36 De plus, comme le montre la Figure 3, chacun des deux volets 44 et 46 est symétriquement inverse de l'autre Les volets 44 et 46 sont disposés en rangées alternantes 54, 56 qui sont perpendicu- laires à la direction du flux d'air et parallèles aux crêtes 34 et aux vallons 36 Les volets 44 et 46 sont symétriquement inverses et sont placés sur chaque côté d'une crête 34 ou d'un vallon 36. Il est d'une importance majeure pour l'invention que les volets 44, 46 ne soient pas situés dans les zones 52 dans lesquelles le transfert de chaleur n'est pas accru et qui sont situées directement entre les trous 38 soit des rangées 40, soit des rangées 42 Cette disposition des volets 44 et 46 accroit le rendement du transfert de chaleur aussi bien des surfaces 24 qui sont humides que de celles qui sont sèches, tout en minimisant la chute de pression d'air sur les côtés. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention, à condition que l'emplacement des volets demeure sensiblement tel que décrit. REVENDICATIONS 1 Surface d'échange de chaleur ( 24, 28) destinée à être utilisée dans un système de réfrigération ( 10), caractérisée en ce qu'elle comprend une surface onduleuse d'échange de chaleur ( 24, 28) comportant des séries de crêtes ( 34) et de vallons ( 36) qui alternent et qui sont disposés sur les surfaces onduleuses des une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d'un flux d'air; la surface onduleuse ( 24, 28) comprenant de multiples trous ( 40, 42) alignés en des premières et des secondes rangées parallèles aux crêtes ( 34) et aux vallons ( 36), les trous alignés de chaque rangée étant séparés par une zone unie; et les surfaces onduleuses comprenant des moyens ( 44, 46) destinés à accroître le transfert de chaleur et situés entre les crêtes et les vallons ( 34, 36) de la surface onduleuse, mais n'étant pas situés dans les zones unies situées entre les trous alignés des premières et secondes rangées. 2 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que les premières et secondes rangées de trous alignés ( 40, 42) sont en quinconce les unes par rapport aux autres en étant observées dans la direction du flux d'air et les premières rangées de trous alignés ( 40) sont placées à l'alignement d'un crête sur trois de la surface onduleuse et les secondes rangées de trous alignés ( 42) sont situées à l'alignement d'un vallon sur trois, de telle manière que les crêtes alignées sur les premières rangées de trous ne soient pas immédiatement voisines des vallons alignés sur les secondes rangées de trous. 3 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 2, caractérisée en ce que les moyens d'accroissement du transfert de chaleur consistent en des volets ( 48, 50). 4 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 3, caractérisée en ce que chaque volet comporte un élément ( 48) orienté vers le haut et un élément ( 50) orienté vers le bas. Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 4, caractérisée en ce que chaque volet ( 44) est appairé avec un second volet ( 46) qui lui est symétriquement inverse. 6 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 5, caractérisée en ce que les éléments de chaque volet qui sont les plus proches de la crête la plus voisine ou du vallon le plus voisin partent de la surface onduleuse dans un sens opposé à celui de l'emplacement de la crête ou du vallon le plus voisin. 7 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 6, caractérisée en ce que la distance de dépassement de chaque volet sur la surface onduleuse est de l'ordre de zéro à quatre fois l'épaisseur de cette surface. 8 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que les moyens d'accroissement de l'échange de chaleur consistent en des volets ( 44, 46). 9 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que la distance de dépassement de chaque volet ( 44, 46) de la surface onduleuse n'est pas supérieure à trois fois l'épaisseur de la surface. Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 9, caractérisée en ce que les volets ( 44, 46) demeurent fixés à la surface onduleuse ( 24, 28) le long de deux côtés. 11 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 8, caractérisée en ce que la distance de dépassement de chaque volet de la surface onduleuse n'est pas supérieure à quatre fois l'épaisseur de la surface. 12 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 11, caractérisée en ce que la distance de dépassement de chaque volet de la surface onduleuse est approximativement égale à 3,6 fois l'épaisseur de la surface. 13 Ailette en forme de plaque destinée à être utilisée dans un échangeur de chaleur d'un système de réfrigé- ration, caractérisée en ce qu'elle comprend: une surface formée d'une plaque constituant une ailette ( 24, 28) ayant une épaisseur prédéterminée, la plaque comprenant une série de crêtes ( 34) et de vallons ( 36) parallèles et alternant, la plaque comportant des trous ( 40, 42) destinés à s'appliquer contre des tubes de transfert de chaleur ( 22) lorsque ceux-ci sont installés, les trous étant alignés en rangées parallèles à la direction des crêtes et des vallons ( 34, 36) et les trous de chaque rangée étant séparés par des zones unies de la plaque; et des moyens ( 44, 46) destinés à améliorer le taux de transfert de chaleur de la plaque, ces moyens étant situés entre les crêtes et les vallons parallèles ( 34, 36) de la plaque, mais ne se trouvant pas dans la zone unie séparant les trous alignés. 14 Ailette en plaque selon la revendication 13, caractérisée en ce que les moyens d'accroissement du transfert de chaleur consistent en volets ( 44, 46) disposés en paires de chaque côté d'une crête ou d'un vallon ( 34, 36). Ailette en plaque selon la revendication 14, caractérisée en ce que chaque volet ( 44, 46) comprend un premier élément ( 48) partant de la plaque dans un premier sens et un second élément ( 50) partant de la plaque dans un second sens. 16 Ailette en plaque selon la revendication 15, caractérisée en ce que le premier et le second sens sont opposés l'un à l'autre. 17 Ailette en plaque selon la revendication 13, caractérisée en ce que les moyens d'accroissement du transfert de chaleur dépassent de la surface sur une distance qui est au maximum égale à quatre fois l'épaisseur de la plaque. 18 Ailette en plaque selon la revendication 17, caractérisée en ce que les moyens d'accroissement de l'échange de chaleur dépassent de la surface de la plaque sur une distance approximativement égale à 3,6 fois l'épaisseur de la plaque. il 19 Ailette en plaque selon la revendication 17, caractérisée en ce que les moyens d'accroissement de l'échange de chaleur dépassent de la surface de la plaque sur une distance qui correspond au maximum à trois fois l'épaisseur de la plaque. Procédé de formage d'une surface formée d'une plaque constituant une ailette destinée à un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant a: mettre la surface en forme de séries onduleuses de crêtes et de vallons parallèles; réaliser dans la plaque des rangées de trous parallèles aux crêtes et aux vallons; et sélectionner des zones d'accroissement sur la surface entre les crêtes et les vallons voisins de telle manière que ces zones ne soient pas situées entre les trous des rangées. 21 Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs l'étape consistant à former des zones sélectionnées d'accroissement en formant des volets qui dépassent de la surface de la plaque sur une distance qui est au maximum égale à quatre fois l'épaisseur de la plaque. 22 Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs l'étape consistant à former les zones sélectionnées d'accroissement sur une distance à la surface de la plaque qui est approximativement égale à 3,6 fois l'épaisseur de la plaque. 23 Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs l'étape consistant à former les zones sélectionnées d'accroissement en formant des volets qui dépassent de la surface de la plaque sur une distance au maximum égale à trois fois l'épaisseur de la plaque. 24 Surface d'échange de chaleur destinée à un système de réfrigération, caractérisée en ce qu'elle comprend: des premières et des secondes rangées de tubes de transfert de chaleur ( 22) qui sont en quinconce les unes par rapport aux autres lorsqu'elles sont observées dans la direction d'un flux d'air; une série de surfaces onduleuses formées de plaques constituant des ailettes ( 24, 28) qui sont sensiblement parallèles à la direction d'un flux d'air, chaque surface onduleuse comprenant au moins des premières et secondes rangées de trous ( 40, 42) qui sont dimensionnées et placées de manière à recevoir les tubes de transfert de chaleur et les trous de chaque rangée étant séparés par des zones unies; chaque surface onduleuse étant formée d'une série de crêtes ( 34) 'et de vallons ( 36) alternants qui sont orientés sur la surface dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du flux d'air; et chacune des surfaces onduleuses comprenant des moyens ( 44, 46) destinés à améliorer le transfert de chaleur et situés entre les crêtes et les vallons, mais qui ne sont pas situés dans les zones unies situées entre les trous alignés ( 40, 42). Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 24, caractérisée en ce que les premières et secondes rangées de trous alignés ( 40, 42) sont en quinconce les unes par rapport aux autres lorsqu'elles sont observées dans la direction d'un flux d'air et les premières rangées de trous alignés sont disposées à l'alignement d'une crête sur trois de la surface onduleuse, tandis que les secondes rangées de trous alignés sont placées à l'alignement d'un vallon sur trois de la surface onduleuse de telle manière que les crêtes alignées sur les premières rangées de trous alignés ne soient pas immédiatement voisines des vallons alignés sur les secondes rangées de trous alignés. 26 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 24, caractérisée en ce que les moyens d'amélioration de l'échange de chaleur consistent en des volets ( 44, 46). 27 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 26, caractérisée en ce que chaque volet ( 44, 46) comprend un élément orienté vers le haut ( 48) et un élément orienté vers le bas ( 50). 28 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 27, caractérisée en ce que chaque volet ( 44) est appairé avec un second volet ( 46) qui lui est symétriquement inverse. 29 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 28, caractérisée en ce que les éléments ( 50) de chaque volet qui sont les plus proches de la crête la plus voisine ( 34) ou du vallon le plus voisin partent de la surface onduleuse dans un sens qui est opposé à celui de l'emplacement de la crête ou du vallon le plus voisin. Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 29, caractérisée en ce que la distance sur laquelle chaque volet dépasse de la surface onduleuse est de l'ordre de zéro à quatre fois l'épaisseur de la surface onduleuse. 31 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 26, caractérisée en ce que la distance sur laquelle chaque volet dépasse de la surface onduleuse n'est pas supérieure à quatre fois l'épaisseur de la surface. 32 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 31, caractérisée en ce que la distance sur laquelle chaque volet dépasse de la surface onduleuse est approxima- tivement égale à 3,6 fois l'épaisseur de la surface. 33 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 26, caractérisée en ce que la distance sur laquelle chaque volet dépasse de la surface onduleuse n'est pas supérieure à trois fois l'épaisseur de la surface. 34 Surface d'échange de chaleur selon la revendi- cation 24, caractérisée en ce que les volets demeurent fixés à la surface onduleuse le long de deux côtés.