Brevet FR2854235A1 — publié le 20041029

Ailette ondulée à profil optimisé pour échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement une ailette ondulée pour 10 échangeur de chaleur, formée dans un feuillard métallique et comprenant des zones pliées alternant avec des zones planes pour former une structure en zigzag. De telles ailettes ondulées, que l'on appelle aussi des 15 intercalaires, sont couramment utilisées dans les échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elles remplacent avantageusement les ailettes planes traditionnelles, qui sont traversées par les tubes de l'échangeur 20 de chaleur. Ces ailettes ondulées sont disposées alors en alternance avec des éléments parallèles de circulation de fluide (tubes ou plaques), en sorte que les zones pliées situées d'un côté 25 d'une ailette viennent en appui contre une face plane d'un élément et que les zones pliées situées du côté opposé de l'ailette viennent en appui contre une face plane d'un autre élément. Habituellement, les éléments Les zones pliées sont réalisées habituellement avec un profil 35 choisi, tandis que les zones planes comportent le plus souvent des ajours, encore appelés "persiennes", qui améliorent l'échange de chaleur. En effet, le faisceau ainsi constitué est généralement balayé 40 par un flux d'air qui échange de la chaleur avec un fluide qui circule dans l'échangeur de chaleur, soit pour le refroidir, soit pour le réchauffer. Il existe différents types de profil de zones pliées. L'ailette ondulée traditionnelle comporte un profil du type "radial" constitué par un arc de cercle possédant un rayon important au niveau de la zone pliée. L'importance du rayon limite la longueur des zones planes et des persiennes, ce qui entraîne une zone de contact plus limitée entre le tube ou la plaque et l'ailette, d'o il résulte une efficacité réduite de l'échange de chaleur. Il existe aussi d'autres types de profil, en particulier un profil du type "carré" ou encore un profil du type "magnum" ou "parabolique". Ces profils ont également pour inconvénient de limiter la zone de contact entre le tube ou la plaque et l'ailette, ce qui réduit, là aussi, l'efficacité de l'échange 20 thermique. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle vise en particulier à procurer une ailette ondulée dont les zones pliées ont un profil optimisé afin d'augmenter la zone de contact entre le tube ou la plaque et l'ailette. L'invention vise encore à procurer une ailette ondulée à 30 profil optimisé qui permet, par voie de conséquence, d'augmenter la zone de brasage. Elle vise encore à procurer une ailette du type ci-dessus qui permet d'augmenter la longueur des persiennes et, par consé 35 quent, l'efficacité de l'échange thermique. L'invention vise encore à procurer une ailette ondulée dont le profil des zones pliées permet un parallélisme des zones planes dans lesquelles sont éventuellement formées des persiennes. Il est estimé en effet que l'augmentation de la longueur des persiennes et l'amélioration du contact entre le tube ou la plaque et l'ailette permettent une augmentation de l'échange thermique global de l'échangeur de chaleur. L'invention propose à cet effet une ailette ondulée du type défini en introduction, dans laquelle les zones pliées ont un profil choisi composé de trois arcs de cercle, à savoir un arc de cercle central et deux arcs de cercle latéraux, ces 10 trois arcs de cercle alternant avec deux méplats. Autrement dit, les arcs de cercle latéraux s'étendent chacun entre une zone plane et un méplat, tandis que les deux méplats sont réunis par l'arc de cercle central. 15 Il a été constaté que cette conformation particulière des zones pliées de l'ailette permet d'atteindre les buts mentionnés ci-dessus. Par rapport aux ailettes dont les zones pliées ont un profil conventionnel, l'invention permet d'obtenir une augmentation de la zone de contact entre le tube ou la plaque et l'ailette qui est de l'ordre de 16 %. De façon correspondante, l'augmentation du joint de brasage, du fait de l'augmentation du 25 contact entre le tube ou la plaque et l'ailette, est aussi de l'ordre de 16 %, par rapport aux ailettes traditionnelles. Ce profil particulier permet aussi d'augmenter la longueur de la persienne de l'ordre de 3 à 5 %. En effet, la conformation 30 même de la zone pliée permet une attaque plus rapide de la persienne sur la hauteur de l'ailette, d'o il résulte une augmentation de la longueur disponible pour l'ailette. Enfin, cette conformation particulière de la zone pliée 35 permet de réaliser des ailettes dont les zones planes sont parallèles. Il en résulte également d'autres avantages par rapport au profil du type carré. L'ailette de l'invention, du fait de sa conception même, permet un effet ressort que l'on ne retrouve pas dans les ailettes dont les zones pliées ont un profil carré. En effet, on peut observer une diminution de l'effet poutre/mur liée à ce dernier. Les éventuelles variations dimensionnelles des composants environnants (tubes ou plaque, collecteurs et ailettes elles-mêmes) peuvent ainsi être facilement tolérés et "absorbés" par l'ailette, si bien que le joint de 10 brasage ne s'en trouve pas altéré, aussi bien d'un point de vue quantitatif que qualitatif. De même, la dilatation des composants environnants, lors de la montée en température dans le four de brasage, est 15 "absorbée" sans détérioration (écrasement) de l'ailette, ce qui permet de conserver un joint de brasage optimal. D'autres caractéristiques complémentaires ou alternatives de l'invention sont les suivantes 20 - les arcs de cercle ont chacun un rayon Ri fonction de l'épaisseur E du feuillard tel que 1 x E - L'arc de cercle central à un rayon R2 supérieur au rayon Ri ou R3 de chaque arc de cercle latéral. - L'arc de cercle central a une ouverture angulaire A2 infé rieure à 600, tandis que chaque arc de cercle latéral a une 30 ouverture angulaire Ai ou A3 supérieure à 600. - L'ailette présente un pas P, tel que défini par la demi distance séparant deux zones pliées successives d'un même côté de l'ailette, qui est compris entre 0,5mm et 2mm. 35 - L'ailette présente une hauteur H, telle que définie par la distance extérieure entre les zones pliées d'un côté et les zones pliées du côté opposé, qui est comprise entre 4mm et lOmm. - L'ailette présente une largeur L, telle que définie dans une direction parallèle aux zones pliées, qui est comprise entre lOmm et 12Omm. - Les zones planes comportent des persiennes. - Les persiennes ont un angle d'ouverture A, en partant d'une zone pliée, qui est compris entre 200 et 40 . - Le feuillard dont est formée l'ailette est à base d'aluminium. Enfin, l'invention concerne, sous un autre aspect, un échangeur de chaleur comprenant au moins une rangée d'élémen15 ts parallèles de circulation de fluide (tubes ou plaques) qui alternent avec des ailettes ondulées telles que définies cidessus. Dans la description qui suit, faite seulement à titre 20 d'exemples, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur comportant un faisceau d'éléments parallèles de circulation de fluide et d'ailettes ondulées; 25 - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'une ailette ondulée selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'une ailette 30 ondulée selon l'invention; et - la figure 4 est un détail à échelle agrandie de la figure 3 montrant plus particulièrement le profil d'une zone pliée de l'ailette ondulée. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, qui comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité d'éléments parallèles 12 de circulation de fluide qui alternent avec des ailettes ondulées 14, encore appelées intercalaires. Les éléments 12 sont des tubes plats ou des plaques et ils 5 comportent chacun deux grandes faces parallèles contre lesquelles viennent s'appuyer les ondulations ou plis des ailettes. Dans l'exemple représenté, les extrémités du faisceau sont 10 reçues dans deux plaques collectrices 16 et 18 fermées respectivement par des boîtiers 20 et 22 pour former des boîtes collectrices ou collecteurs. Les éléments 12 du faisceau sont parcourus par un fluide qui 15 échange de la chaleur avec un flux d'air qui balaye le faisceau. Un tel échangeur de chaleur peut être réalisé par exemple sous la forme d'un radiateur de refroidissement du moteur du 20 véhicule, sous la forme d'un radiateur de chauffage de l'habitacle du véhicule, sous la forme d'un condenseur d'une installation de climatisation, ou encore sous la forme d'un évaporateur d'une installation de climatisation. Comme on le voit sur la figure 2, une ailette 14 est formée à partir d'un feuillard métallique, généralement à base d'aluminium, qui est conformé par des outils de formage classiques pour lui donner une structure en zigzag. Cette structure résulte d'une alternance de zones pliées 24 (encore 30 appelée "plis") et de zones planes 26 qui, le plus souvent, sont parallèles en elles. Dans l'exemple de réalisation représenté, chacune des zones planes 26 comporte des persiennes 28, c'est à dire des ajours 35 aménagés dans l'épaisseur du feuillard pour faciliter la circulation du flux d'air qui balaye le faisceau et améliorer ainsi l'échange thermique. L'invention porte pour l'essentiel sur le profil particulier des zones pliées 24, que l'on voit mieux sur la figure 3 et tout particulièrement sur le détail de la figure 4. Chacune des zones pliées 24 a un profil choisi composé de trois arcs de cercle, à savoir un arc de cercle central 30 et deux arcs de cercle latéraux 32 disposés symétriquement par rapport à un plan de symétrie P (figures 3 et 4). Ces trois arcs de cercles alternent avec deux méplats 34. Autrement dit, les arcs de cercle latéraux 32 s'étendent chacun entre une zone plane 26 et un méplat 34, tandis que ces deux méplats 34 sont réunis par l'arc de cercle central 30. Ces arcs de cercle ont chacun un rayon Ri qui est 15 fonction de l'épaisseur E du feuillard. Ce rayon Ri doit satisfaire la relation suivante: 1 x E Les rayons sont considérés ici au niveau de la fibre neutre du feuillard, c'est-à-dire généralement à mi-distance entre le rayon intérieur et le rayon extérieur de la zone pliée. 25 Il est avantageux aussi que l'arc de cercle central R2 ait une ouverture angulaire A2 inférieure à l'ouverture angulaire Ai ou A3 de chaque arc de cercle latéral 32. Dans l'exemple, l'arc de cercle central 30 a une ouverture angulaire A2 30 inférieure à 600, tandis que chaque arc de cercle latéral 32 a une ouverture angulaire Ai ou A3 supérieure à 600. L'ailette de l'invention peut être réalisée en différentes dimensions. Comme on le voit sur la figure 2, elle présente un pas P, tel que défini par la demi distance séparant deux zones pliées 24 successives d'un même côté de l'ailette, qui est compris entre 0,5mm et 2mm. * 2854235 L'ailette présente également une hauteur H, telle que définie par la distance extérieure entre les zones pliées d'un côté et les zones pliées du côté opposé, qui est comprise entre 4mm et 10mm. Elle présente aussi une largeur L, telle que définie dans une direction parallèle aux zones pliées, qui est comprise entre lOmm et 12Omm. Les persiennes 28 ont un angle d'ouverture A (figure 3), en partant d'une zone pliée, qui est compris entre 200 et 40 . Comme indiqué précédemment, ce profil particulier constitue un profil optimisé qui présente de nombreux avantages, 15 notamment l'augmentation de la zone de contact entre le tube et l'ailette, ce qui permet d'augmenter aussi le joint de brasage et d'augmenter globalement l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur. Ce profil particulier de la zone de plis permet aussi d'augmenter la longueur de la persienne, et d'améliorer l'échange thermique global de l'échangeur de chaleur, comme déjà mentionné. L'ailette de l'invention est susceptible de nombreuses variantes, notamment en ce qui concerne ses formes et dimensions. La présence de persiennes ne constitue bien entendu qu'une caractéristique optionnelle. L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur des véhicules automobiles. Revendications 1. Ailette ondulée pour échangeur de chaleur, formée dans un feuillard métallique et comprenant des zones pliées (24) 5 alternant avec des zones planes (26) pour former une structure en zigzag, caractérisée en ce que les zones pliées (24) ont un profil choisi composé de trois arcs de cercle, à savoir un arc de 10 cercle central (30) et deux arcs de cercle latéraux (32), et en ce que ces trois arcs de cercle alternent avec deux méplats (34). 2. Ailette ondulée selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que les arcs de cercle latéraux (32) s'étendent chacun entre une zone plane (26) et un méplat (34), tandis que les deux méplats (34) sont réunis par l'arc de cercle central (30). 3. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les arcs de cercle (30, 32) ont chacun un rayon (Ri) fonction de l'épaisseur (E) du feuillard, tel que 1 x E 4. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'arc de cercle central (30) a un rayon (R2) supérieur ou égal au rayon (Ri, R3)) de chaque arc de cercle latéral (32). 5. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'arc de cercle central (30) a une ouverture angulaire (A2) inférieure à 600, tandis que chaque arc de cercle latéral (32) a une ouverture angulaire (Ai, A3) supérieure à 600. 6. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle présente un pas (P), tel que défini par la demi distance séparant deux zones pliées (24) successives d'un même côté de l'ailette, qui est compris entre 0,5mm et 2mm. 7. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 6, 5 caractérisée en ce qu'elle présente une hauteur (H), telle que définie par la distance extérieure entre les zones pliées (24) d'un côté et les zones pliées (24) du côté opposé, qui est comprise entre 4mm et lOmm. 8. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente une largeur (L), telle que définie dans une direction parallèle aux zones pliées, qui est comprise entre 10mm et 120mm. 9. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les zones planes (26) comportent des persiennes (28). 10. Ailette ondulée selon la revendication 9, caractérisée 20 en ce que les persiennes (28) ont un angle d'ouverture (A), en partant d'une zone pliée (24), qui est compris entre 200 et 400. 11. Ailette ondulée selon l'une des revendications 1 à 10, 25 caractérisée en ce que le feuillard dont elle est formée est à base d'aluminium. 12. Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rangée d'éléments parallèles (12) de circulation 30 de fluide qui alternent avec des ailettes ondulées (14) telles que définies dans l'une des revendications 1 à 11.