Brevet FR2906019A1 — publié le 20080321

La présente invention concerne une ailette pour échangeur de chaleur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des échangeurs de chaleur utilisés dans l'industrie automobile, tels que les radiateurs de refroidissement des moteurs et les évaporateurs de climatisation. On connaît aujourd'hui des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles constitués par un faisceau de tubes disposés parallèlement sur une ou plusieurs rangées, ces tubes étant destinés à la circulation à travers l'échangeur d'un fluide caloporteur, tel que de l'eau additionnée de glycol dans to le cas des radiateurs de refroidissement de moteurs. L'eau en refroidissant les organes du moteur s'échauffe et doit à son tour être refroidie. C'est le rôle du radiateur d'assurer cette fonction. A cet effet, l'eau à refroidir est mise en circulation dans les tubes du radiateur et se refroidit par échange thermique avec de l'air, l'échange thermique étant réalisé par l'intermédiaire d'éléments 15 d'échange de chaleur disposés entre les tubes. Pour les échangeurs de chaleur à assemblage mécanique, les éléments d'échange de chaleur sont des ailettes parallèles traversées par les tubes de circulation dans des trous pratiqués dans les ailettes. Le maintien de l'ensemble est réalisé mécaniquement par sertissage au moyen d'un outil 20 introduit à l'intérieur des tubes de manière à déformer les parois des tubes et les appliquer à force contre les trous ménagés dans les ailettes. L'échange thermique entre le fluide caloporteur, eau glycolée par exemple, et l'air est réalisé, d'une part, par conduction entre les ailettes et les tubes, l'efficacité de la conduction étant conditionnée par la qualité du contact 25 thermique entre ces deux composants, et, d'autre part, par convection de l'air circulant entre les ailettes, l'efficacité de la convection étant conditionnée par la perméabilité du faisceau de tubes et la turbulence de l'air. Plus précisément, une ailette présente une zone utile centrale comportant une pluralité de trous destinés à recevoir les tubes de circulation 30 sertis. Ces trous sont disposés le long d'une ou plusieurs rangées, selon que le faisceau de tubes est mono-rang ou multi-rang, parallèlement à une direction longitudinale, cette direction correspondant à la grande dimension de l'ailette. La largeur de ladite zone centrale est égale à la projection des trous 2906019 2 sur une direction transversale à ladite direction longitudinale, les tubes et les trous des ailettes pouvant en effet être de forme oblongue avec un grand axe orienté selon un angle e donné par rapport à la direction transversale. La zone centrale comprend également, placés entre deux trous 5 successifs d'une même rangée, des déflecteurs à persiennes aptes à dévier l'air pénétrant latéralement dans l'échangeur suivant la direction transversale, ceci de manière à créer des turbulences dans l'écoulement favorables à l'efficacité de échanges thermiques par convection. De part et d'autre de la zone centrale utile, sont prévus sur les ailettes to des brins de liaison pour assurer le maintien de la matière présente entre les trous de passage pour les tubes de l'échangeur de chaleur et la cohésion mécanique des ailettes. Les brins de liaison sont également utilisés pour implanter des picots réalisés par perforation des ailettes, ces picots permettant de définir le pas 15 des ailettes entre elles lorsqu'elles sont empilées les unes sur les autres. Cette double fonction des brins de liaison implique qu'ils doivent présenter une largeur minimale dans la direction transversale, cette largeur venant s'ajouter à la largeur de la zone centrale pour définir la largeur totale des ailettes. La largeur d'un brin de liaison peut atteindre dans ces conditions 20 plusieurs millimètres. Or, le demandeur a pu montrer que toute la matière d'ailette engagée pour réaliser l'échange de chaleur ne participe pas complètement à la fonction d'échange thermique entre les tubes de circulation du fluide caloporteur et l'air traversant le faisceau de tubes. 25 Par ailleurs, les échangeurs mécaniques présentent la difficulté qu'il n'est pas possible d'avoir une ailette de même largeur que le grand axe du tube, ou sa projection car seul le brin de liaison assure le maintien des tubes et des ailette entre eux. Sans ce brin de liaison, le sertissage des tubes dans les ailettes devient impossible. 30 Aussi, l'invention a pour but de proposer une ailette pour échangeur de chaleur qui permettrait d'obtenir une surface d'échange spécifique la plus grande possible pour l'ailette tout en garantissant les conditions optimales pour le sertissage des tubes. 2906019 3 Ce but est atteint, conformément à l'invention, au moyen d'une ailette pour échangeur de chaleur, présentant : - une zone centrale comportant une pluralité de trous destinés à recevoir une pluralité de tubes, lesdits trous étant disposés le long d'au moins une rangée 5 parallèlement à une direction longitudinale, la largeur de la zone centrale étant égale à la largeur de la projection des trous sur une direction transversale, perpendiculaire à la direction longitudinale, -deux brins de liaison latéraux de part et d'autre de la zone centrale, remarquable en ce que la largeur de chaque brin de liaison dans la direction io transversale est telle que ledit brin de liaison présente une résistance minimale au sertissage pour une contrainte de sertissage donnée. Ainsi, la quantité de matière impliquée dans les brins de liaison est réduite au minimum, à savoir celle nécessaire pour réaliser le sertissage des tubes sans rupture des brins de liaison. Dans ces conditions, la surface 15 spécifique de l'ailette conforme à l'invention est optimale. Il en résulte que la largeur des ailettes peut être limitée à des valeurs plus faibles que dans l'état de la technique pour une meilleure utilisation de la matière constituant l'ailette. Au besoin, si la largeur des brins de l'ailette conforme à l'invention est insuffisante pour supporter la réalisation des picots de pas, ces derniers 20 peuvent être pratiqués à un autre endroit de l'ailette, par exemple dans la zone centrale au niveau des déflecteurs à persiennes. L'invention présente en outre bien d'autres avantages. La largeur des ailettes étant diminuée, le faisceau de tubes est moins épais et l'échangeur de chaleur moins encombrant. 25 La résistance des ailettes aux impacts est améliorée car les brins de liaison situés de part et d'autre des tubes sont moins flexibles du fait de la réduction de leur longueur libre. L'optimisation de la surface des ailettes par réduction de l'épaisseur de faisceau traversée par l'air améliore la perméabilité de l'échangeur. En effet, la 30 perte de charge de l'air est diminuée grâce à une épaisseur de faisceau moindre. Il est donc possible d'augmenter la densité des ailettes, ce qui a pour conséquence d'augmenter la performance thermique de l'échangeur. On peut donc ainsi obtenir une performance équivalente à un faisceau plus épais, et 2906019 4 par conséquent, moins cher avec une quantité moindre de matière engagée pour les ailettes. L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur comportant au moins une ailette telle que décrite précédemment. 5 La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue de dessus schématique d'une ailette conforme à l'invention. to La figure 2 est une vue de dessus schématique d'une variante de l'ailette de la figure 1. Sur la figure 1 est montrée une ailette 10 pour un échangeur de chaleur du type à assemblage mécanique. Cette ailette présente une zone centrale utile Z comportant une pluralité de trous 11 disposés le long d'une rangée ts parallèlement à une direction longitudinale Y-Y de l'ailette 10. Les trous 11 sont destinés à recevoir des tubes, non représentés, de circulation d'un fluide caloporteur. Dans l'exemple de la figure 1, les trous 11 sont conformés pour des tubes dits plats dont la longueur du grand axe est supérieure à la longueur du 20 petit axe. En conséquence, les trous 11 ont une longueur B supérieure à leur largeur L. Cette disposition permet de placer côte à côte un plus grand nornbre de tubes que dans le cas de tubes cylindriques, avec l'avantage d'améliorer le rendement de l'échangeur. Comme le montre la figure 1, la zone centrale Z est bordée de part et 25 d'autre par des brins de liaison latéraux, B1 et B2, dont on a vu plus haut qu'ils ne jouaient pas un rôle déterminant dans les échanges thermiques avec l'air circulant dans la direction transversale X-X et que, par conséquent, leur largeur C pouvait être limitée à la liaison mécanique entre les trous 11. La largeur totale A de l'ailette 10 vaut donc : 30 B + 2.0 2906019 5 On a pu ainsi constater que pour un tube de longueur 12 mm de grand axe et une contrainte de sertissage de 150 Mpa par exemple, l'ailette doit avoir au minimum une largeur de 14 mm. Dans ce cas, les brins de liaison BI, B2 doivent donc avoir une largeur minimale C de 1 mm. En deçà de cette 5 valeur, les brins de liaison ne sont pas assez résistants pour supporter l'effort de sertissage des tubes et l'échange de chaleur chute. On peut donc formuler une condition sur la largeur A des ailettes par la double inégalité exprimée en mm : B+1 REVENDICATIONS 1. Ailette (10) pour échangeur de chaleur, présentant : - une zone centrale (Z) comportant une pluralité de trous (11) destinés à recevoir une pluralité de tubes, lesdits trous (11) étant disposés le long d'au moins une rangée parallèlement à une direction longitudinale (Y-Y), la largeur to de la zone centrale étant égale à la largeur de la projection des trous sur une direction transversale (X-X), perpendiculaire à la direction longitudinale (Y-Y), - deux brins (BI, B2) de liaison latéraux de part et d'autre de la zone centrale (Z), caractérisée en ce que la largeur (C) de chaque brin (BI, B2) de liaison dans 15 la direction transversale (X-X) est telle que ledit brin de liaison présente une résistance minimale au sertissage d'undit tube sur ladite ailette pour une contrainte de sertissage donnée. 2. Ailette selon la revendication 1, dans laquelle la largeur (C) de chaque brin 20 (BI, B2) de liaison vérifie la double inégalité exprimée en mm : 0,5 _ 3. Ailette selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la largeur (C) d'un brin de liaison est sensiblement égale à 1 mm. 4. Ailette selon la revendication 2, dans laquelle la largeur (A) de l'ailette (10) vérifie la double inégalité exprimée en mm : (B.cose) + 1 _ 5. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ailette selon l'une des revendications 1 à 4.