Brevet FR2734895A1 — publié le 19961206

L'invention se rapporte à un radiateur d'air de suralimentation, comprenant un bloc tubulaire à ailettes qui est formé en particulier de tubes plats et d'ailettes ondulées en forme de lamelles disposées entre ces derniers et qui est encastré dans un châssis fixe qui se compose de deux boites à eau opposées et de deux éléments latéraux qui relient ces dernières. Il est bien connu que, dans les radiateurs d'air de suralimentation de ce type qui s'utilisent en particulier pour des grands moteurs et des moteurs de véhicules utilitaires, les températures de l'air peuvent atteindre 250 C du côté de l'entrée. Les températures des parois des tubes peuvent donc dépasser 110 C sur le côté d'entrée de l'air, de sorte qu'une condensation d'ébullition nuisible peut se produire à l'intérieur des tubes. Il est aussi déjà connu (DE-OS 23 42 787) de supprimer les ailettes des premières rangées de tube ou de disposer en cet emplacement une isolation thermique et d'y accroître le nombre des ailettes dans le sens de la circulation de l'air afin d'éviter cet échauffement trop fort des premiers tubes entrant en contact avec l'air chaud de suralimentation et ainsi d'éviter la formation locale de vapeur d'eau qui en résulte et qui provoque une érosion ainsi que le dépôt de substances provoquant une trempe et de sels. Ces mesures sont cependant relativement coûteuses et nécessitent une modification en profondeur du bloc tubulaire à ailettes qui en provoque de plus une certaine chute de rendement. Il est aussi connu (DE 37 05 938 C2) de remplacer l'utilisation de fonds mobiles compliqués par l'adoption du rapport des coefficients de dilatation thermique du matériau des éléments latéraux et des tubes du bloc à ailettes de manière qu'ils soient à peu près inversement proportionnels au rapport des températures moyennes devant être escomptées en service pour compenser la dilatation en longueur entre le bloc tubulaire à ailettes et les éléments latéraux. Toutes ces mesures ne peuvent cependant pas empêcher que les ailettes ondulées en forme de lamelles elles-mêmes se dilatent brusquement sur le côté d'entrée de l'air à chaque fois que la température de cet air varie à chaque chasse de gaz, ce qui est fréquent en service, et subissent une élévation par exemple de 50 C à 230 C. Les lamelles relativement minces exposées à l'air s'échauffent ainsi brusquement, ce qui risque de provoquer globalement un allongement des ailettes ondulées en direction transversale d'environ 2 mm (pour une hauteur du bloc d'environ 600 mm) en raison de leur densité élevée et de la relative rigidité de leur assemblage ainsi formé. Une telle variation de cote provoquée par la dilatation thermique ne peut plus être absorbée par l'élasticité des mouvements, de sorte que les lamelles extérieures situées entre les assemblages rigides des éléments latéraux flambent. Du fait des variations des températures de l'air de suralimentation qui se répètent en continu, les lamelles subissent alors en ces emplacements des criques qui de leur côté ont pour conséquence que le canal associé d'eau ne dispose plus d'un soutien et que des ruptures de la matière et des criques du tube plat dans lequel circule l'agent réfrigérant risquent aussi de se produire en cet endroit. La présente invention a donc pour objet une réalisation d'un radiateur d'air de suralimentation du type tel que spécifié en préambule de manière que la dilatation des ailettes ondulées qui est escomptée en service en direction transversale ne puisse provoquer aucune détérioration. Selon une particularité essentielle de l'invention, un interstice parallèle aux tubes, servant de joint de dilatation et prévu en au moins un emplacement est orienté sur la longueur des tubes, mais ne se prolonge dans le sens de la circulation de l'air que sur une profondeur du bloc tubulaire à laquelle l'air atteint une température qui ne peut plus provoquer une dilatation thermique des ailettes qui en provoque une surcharge du matériau. Ce mode d'exécution prévoit dans la zone de l'entrée de l'air de suralimentation, dans laquelle des températures élevées doivent être escomptées, au moins un interstice de compensation, de préférence deux, mais le reste du bloc tubulaire à ailettes demeure inchangé. Une subdivision- du bloc en plusieurs parties juxtaposées et la perte de capacité qui en résulte deviennent donc inutiles. Toutefois, la dilatation transversale dangereuse des ailettes ondulées dans la zone dans laquelle des détériorations qui en résultent doivent être escomptées est absorbée. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, le joint de dilatation peut être formé de deux ailettes ondulées qui n'ont qu'une fraction de la largeur comprise entre tubes voisins et dont chacune est en appui contre une paroi de tube et soudée à celle-ci. Cette mesure permet d'obtenir une pression d'appui suffisante des parois des tubes tournées vers le joint de dilatation, au contraire de la disposition mentionnée en préambule et dans laquelle les ailettes ondulées sont totalement éliminées dans la zone d'entrée de l'air de suralimentation. Les ailettes ondulées du mode de réalisation connu ou d'un mode de réalisation également connu formant une surface de turbulence ont une force de soutien suffisante, lorsqu'elles sont soudées à la paroi du tube, pour éviter que les tubes plats se voilent en ces emplacements. Suivant une autre particularité avantageuse de l'invention, la largeur des ailettes ondulées prévues dans la zone du joint de dilatation peut être d'environ un tiers de la distance séparant les tubes voisins. Le joint de dilatation qui subsiste a donc aussi une largeur correspondant à un tiers de la distance séparant les tubes voisins. Il s'est révélé que, lorsque deux de ces interstices sont répartis sur la largeur du côté d'entrée de radiateurs usuels d'air de suralimentation, cette dimension suffit à l'absorption souhaitée de la dilatation en longueur. Il résulte de la capacité spécifique élevée de refroidissement que l'air de suralimentation ayant une température d'entrée par exemple d'environ 230 C s'est déjà refroidi à une valeur de 120 C à une profondeur d'environ 60 mm du bloc tubulaire à ailettes. Ceci représente une température à laquelle il n'y a plus à craindre une détérioration des ailettes ondulées par dilatation transversale et manque d'appui élastique. En complément de la suggestion selon l'invention, il est possible de disposer, dans les zones dans lesquelles aucun joint de dilatation n'est prévu entre tubes voisins, dans le reste de la zone d'entrée de l'air et entre tubes voisins, des ailettes ondulées dont la capacité de transfert de chaleur est inférieure à celle des ailettes ondulées de préférence fendues qui sont prévues à la suite. Il s'est ainsi révélé être par exemple avantageux de prévoir dans la zone d'entrée sur environ un tiers ou un quart de la longueur des joints de dilatation prévus selon l'invention, des ailettes ondulées unies formées simplement de bandes métalliques repliées en zigzag et dont la surface de refroidissement est faible par rapport à celle des ailettes ondulées sinon utilisées pour la réalisation de blocs tubulaires. Ces ailettes ondulées unies se disposent essentiellement dans la zone d'entrée du radiateur dans laquelle les éléments latéraux et les boites à eau forment un flasque annulaire circonférentiel qui a une rigidité particulière. Il s'agit d'éviter tout particulièrement dans cette zone d'entrée autant que possible une dilatation transversale et d'observer aussi les préalables déjà mentionnés en préambule pour éviter éventuellement des dégâts à l'intérieur des tubes. Il peut être encore finalement prévu aussi dans le cadre de l'invention que dans un radiateur d'air de suralimentation comprenant des canaux de refroidissement disposés dans les éléments latéraux, ces canaux avoisinent immédiatement les ailettes ondulées associées à ces éléments latéraux de manière que celles-ci soient refroidies tout au moins dans la zone de ces derniers et qu'elles puissent être soustraites pratiquement à une dilatation en longueur en direction transversale. De plus, les canaux de refroidissement peuvent délimités sur le côté tourné vers les ailettes ondulées par des cloisons de tôles minces qui sont soudées à celles-ci. A l'inverse, la chaleur des lamelles extérieures est transmise au côté de l'agent réfrigérant et il est possible d'obtenir une température des éléments latéraux qui s'approche de celle du canal voisin dans lequel circule l'agent réfrigérant par contact direct de ce dernier avec le matériau des éléments latéraux. Ainsi, les dilatations en longueur de l'élément latéral et du canal d'agent réfrigérant sont rapprochées et les excès d'efforts sont évités. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation de face d'un radiateur d'air de suralimentation selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique du bloc tubulaire à ailettes du radiateur d'air de suralimentation de la figure 1, la figure 3 est une coupe du bloc tubulaire à ailettes et des éléments latéraux qui le bordent selon la ligne III-III de la figure 2, la figure 4 est une représentation de détail à échelle agrandie de la partie inférieure gauche du bloc tubulaire à ailettes de la figure 2, la figure 5 est une représentation à échelle agrandie de la partie inférieure gauche de la figure 3, la figure 6 est une vue partielle schématique en perspective d'une ailette ondulée utilisée pour la réalisation du bloc tubulaire à ailettes des figures 2 à , la figure 7 est une vue partielle en perspective d'une autre ailette ondulée également utilisée pour la réalisation du bloc tubulaire à ailettes selon l'invention et la figure 8 représente un autre type d'ailettes ondulées qui sont utilisées pour la réalisation du bloc tubulaire à ailettes selon l'invention. Les figures 1 à 3 montrent qu'un bloc tubulaire à ailettes (1) est encastré dans un châssis rigide se composant de deux boites à eau opposées (2) et (3) et de deux éléments latéraux (4). Comme le montre la figure 3, les éléments latéraux (4) forment un flasque (6) qui est perpendiculaire à la direction (5) de la circulation de l'air, qui sert à son montage sur les lieux de fixation et qui est particulièrement rigide. Le bloc tubulaire à ailettes (1) est formé d'une série de tubes plats juxtaposés et se succédant (7), fixés dans des plaques tubulaires non représentées et répartis régulièrement, à la même distance les uns des autres, sur la totalité de la section d'entrée du radiateur. Les figures 2 et 3 ainsi que 4 et 5 ne représentent que les tubes plats (7) disposés dans la zone des éléments latéraux (4) ainsi que deux autres de ces tubes qui sont symétriques par rapport à un plan longitudinal de symétrie du bloc tubulaire (1). Comme le montrent les figures 1 et 3, des joints de dilatation (8) sont réalisés entre ces deux groupes de deux tubes centraux. Ces joints de dilatation (8) se prolongent de plus certes sur la totalité de la longueur des tubes (7), donc de la boite inférieure (2) à la boite supérieure (3) à eau, toutefois seulement sur une partie de la profondeur du bloc tubulaire dans le sens (5) de la circulation de l'air. La profondeur des joints de dilatation (8) est de plus déterminée dans l'exemple de réalisation de manière que les températures de l'air mesurées dans le plan du bloc tubulaire passant par l'extrémité des joints de dilatation (8) soient d'environ 120 C. L'air chaud d'entrée, qui est à des températures d'environ 230'C, s'est donc suffisamment refroidi jusque dans ce plan d'extrémité des joints de dilatation (8) pour que l'élévation de température devant être escomptée dans cette zone ne puisse plus provoquer aucune détérioration. Les tubes plats (7) du bloc (1) sont disposés à une distance (a) les uns des autres, comme le montrent en particulier les figures 4 et 5 et cet espace intermédiaire de largeur (a) est occupé par des ailettes ondulées en forme de lamelles selon la figure 7, sauf dans la zone des joints de dilatation (8) et dans la zone qui aboutit au plan (9) qui est situé à une distance (c) derrière le plan d'entrée (10) du radiateur. Les ailettes ondulées (11) utilisées entre tubes plats voisins (7) dans cette dernière zone délimitée par le plan (9) dans le sens (5) de la circulation et correspondant à peu près aussi à la zone du flasque (6) diffèrent des ailettes ondulées (12) du reste du bloc tubulaire par le fait qu'elles ne comportent pas des fentes (13) et qu'elles sont aussi repliées à une distance supérieure. La surface des ailettes ondulées (11) est donc notablement plus faible que celle des ailettes (12). La disposition des ailettes ondulées (11) dans la zone d'entrée permet donc d'obtenir que le transfert de chaleur de l'air chaud de suralimentation aux tubes plats soit restreint en cet emplacement. Les joints de dilatation (8) qui se prolongent dans le bloc tubulaire (1) jusqu'à une profondeur (d) dans le sens de la circulation (5) sont donc formés par des ailettes ondulées (14) qui sont soudées aux parois opposées des tubes (7) voisins de part et d'autre de l'interstice formant ce joint (8), dont le mode de réalisation peut correspondre à celui de la figure 8 et qui ont dans le sens (5) de la circulation une largeur (b) qui correspond à peu près à un tiers de la largeur (a) sur laquelle les tubes voisins (7) sont distants l'un de l'autre. Il subsiste donc entre les ailettes ondulées (14) l'interstice qui forme le joint de dilatation (8) et qui, comme mentionné plus haut, ne se prolonge dans le bloc tubulaire (1), dans le sens (5) de la circulation, que sur une distance sur laquelle il faut craindre un risque qu'encourent les ailettes ondulées par un fort échauffement produit par l'air entrant. Il s'est révélé que dans un exemple de réalisation, l'air de suralimentation entrant à environ 230 C se refroidit à environ 120 C dès que la profondeur atteint une valeur de d = 60 mm, de sorte qu'il est inutile de prolonger davantage les joints de dilatation (8) dans le bloc tubulaire à ailettes. Il s'est également révélé que les joints de dilatation (8) que représente la figure 1 suffisent à autoriser en direction transversale une dilatation du bloc tubulaire et des ailettes ondulées qui ne peut provoquer aucun dégât. Il serait bien entendu possible aussi de prévoir, au lieu du mode de réalisation des ailettes ondulées (14) que représente la figure 8, d'autres modes de réalisation qui sont soudés aux parois des tubes. Il est uniquement nécessaire que les parois des tubes (7) qui sont en face les unes des autres soient aussi soutenues dans la zone du joint de dilatation (8) sur leurs côtés qui sont face à face pour leur permettre de résister à la compression, ce qui peut s'obtenir de manière simple par le mode d'exécution des ailettes ondulées. Les figures montrent également que les éléments latéraux (4) comportent des canaux (15) qui servent d'une part à leur refroidissement, mais d'autre part aussi à celui des ailettes ondulées (12') qui leur sont voisines, grâce à leur mode d'exécution adopté. Dans l'exemple de réalisation, une tôle de séparation (16) est soudée à cette fin au côté des ailettes ondulées (12') qui est tourné vers l'extérieur et cette tôle (16) est en contact direct avec l'eau de refroidissement qui circule dans les canaux (15). Cette mesure empêche aussi pratiquement les ailettes ondulées extérieures (12') situées dans la zone des éléments latéraux de subir une dilatation transversale, ce qui contribue à empêcher les détériorations des ailettes ondulées situées dans la zone du châssis formé des éléments latéraux et des boites à eau. Le mode d'exécution représenté dans l'exemple de réalisation permet d'obtenir un bloc de transfert d'énergie et de transmission d'efforts mécaniques dont l'assemblage est rigide et qui comporte uniquement deux interstices continus sur la profondeur de dimension (d) dans la zone d'entrée. Ainsi, la zone centrale du bloc des figures 1 et 2 peut se déplacer vers la gauche et vers la droite dans la zone des joints de dilatation (8) sur le côté de l'entrée de l'air de suralimentation. Les blocs extérieurs peuvent également se déplacer vers le milieu, car les éléments latéraux ne subissent aucune variation. L'ensemble du bloc tubulaire à ailettes peut être soudé en une pièce. La subdivision en plusieurs blocs indépendants réduirait le rendement et compliquerait le bloc réfrigérant par des assemblages supplémentaires par soudure ou par des dispositions à tôles latérales coudées. REVENDICATIONS 1. Radiateur d'air de suralimentation comprenant un bloc tubulaire à ailettes (1) qui se compose en particulier de tubes plats (7) et d'ailettes ondulées en forme de lamelles (12) disposées entre ces derniers et qui est encastré dans un châssis fixe qui est formé de deux boites à eau opposées (2) et de deux éléments latéraux (4) qui relient ces dernières, caractérisé en ce qu'un interstice en forme de joint de dilatation (8) parallèle aux tubes (7) et prévu en au moins un emplacement sur le côté d'entrée de l'air est réalisé sur la longueur des tubes (7), mais ne se prolonge dans le sens (5) de la circulation de l'air que jusqu'à une profondeur (d) du bloc tubulaire (1) à laquelle l'air atteint une température qui ne provoque pas une dilatation thermique des ailettes ondulées (12) ayant pour conséquence une surcharge du matériau. 2. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint de dilatation (8) est formé par la distance séparant deux ailettes ondulées (14) et n'ayant qu'une fraction (b) de la largeur (a) séparant deux tubes voisins (7), chacune de ces ailettes étant en appui contre la paroi d'un tube et soudée à celle-ci. 3. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur (b) des ailettes ondulées (14) correspond à peu près à un tiers de la distance (a) séparant les parois de tubes voisins. 4. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que des ailettes ondulées (11), dont la capacité de transfert thermique est inférieure à celle des ailettes ondulées de préférence fendues (12) qui font suite, sont prévues dans la zone d'entrée de l'air entre tubes voisins (7). 5. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ailettes 1 1 ondulées (11) qui sont prévues sont des bandes métalliques unies, repliées en zigzag. 6. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 1, comprenant des canaux de refroidissement disposés dans les éléments latéraux, caractérisé en ce que les canaux de refroidissement (15) avoisinent immédiatement les ailettes ondulées (12') associées à ces éléments latéraux (4). 7. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les canaux de refroidissement (15) sont délimités sur le côté tourné vers les ailettes ondulées (12') par des cloisons de tôle mince (16) qui sont soudées à ces dernières. 8. Radiateur d'air de suralimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les canaux de refroidissement (15) font partie des éléments latéraux.