EP2810009B1 - Radiateur de refroidissement pour vehicule, notamment automobile - Google Patents
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- EP2810009B1 EP2810009B1 EP13705741.0A EP13705741A EP2810009B1 EP 2810009 B1 EP2810009 B1 EP 2810009B1 EP 13705741 A EP13705741 A EP 13705741A EP 2810009 B1 EP2810009 B1 EP 2810009B1
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- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
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- F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
- F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
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- F28F2001/027—Tubular elements of cross-section which is non-circular with dimples
Definitions
- the invention relates to a cooling radiator for a vehicle, in particular an automobile. It may in particular be radiators for cooling the engine of the vehicle.
- An exchanger according to the preamble of claim 1 is known from US 2012/0024510 .
- Cooling radiators are known comprising a bundle of parallel tubes and two collectors (or manifolds) in which the corresponding ends of the tubes are connected in a fixed and sealed manner. A cooling fluid can thus flow through the tubes and exchange heat with an external air flow passing between the tubes. For this, the radiators are placed on the front of the vehicle and the air flow reaches the radiator passing through the calender.
- the invention proposes for this purpose a cooling radiator for a vehicle, in particular an automobile, according to claim 1.
- flat tube is meant a tube comprising two large parallel flat faces connected by lateral sides or radii, the total height of the tube, that is to say, its dimension in the direction perpendicular to the large flat faces, being less than the total width of the tube, that is to say its dimension in the direction perpendicular to the total height of the tube and the longitudinal axis of the tube.
- a particularly advantageous embodiment of the invention is based on the link made by the applicant between the operating characteristics of the pumps used in the cooling loops and the characteristics of the radiator for optimizing their operation.
- the figure 1 illustrates the overall efficiency "e” of a pump according to the flow "D" of fluid it generates. It is observed that the efficiency begins to grow until a certain flow rate before decreasing. In other words, there is a flow rate value for which the efficiency of the pump is maximum, here about 4000 liters per hour.
- the figure 2 illustrates the "P" pressure of the fluid leaving the pump as a function of the flow "D" that it generates. It is observed that the pressure decreases with the flow rate.
- the pressure drop due to the other circuit components such as the engine or the circulation channels between the engine and the cooling radiator being known or specified, it is possible to evaluate a corresponding pressure drop for the radiator.
- a parameter influencing in particular the pressure drop generated by a radiator as defined above is the profile of the tube and even more specifically the internal height h T of the tube.
- Internal height means the distance between the inner walls of the flat faces of the tube or the height of the fluid circulation blade in the tube, such a distance being measured at a portion of the walls not exhibiting corrugations.
- the curves 3 and 4 illustrate in this way the relationship between this parameter and, respectively, the outlet pressure of the pump and the overall efficiency of the latter.
- the invention thus proposes a radiator in which the tubes have an internal height of between 0.6 and 1.5 mm, more particularly between 0.8 and 1.2 mm.
- the pump operates optimally in this value range.
- the invention relates to a cooling radiator 1 for a vehicle, in particular an automobile, comprising a beam for exchanging heat between a first and a second fluid.
- the first fluid consists, for example, of a cooling fluid such as a mixture of water and glycol.
- the second fluid consists, for example, of air.
- Said radiator may be configured to be placed on the front face of a motor vehicle so as to be swept by a flow of ambient air passing through a radiator grille of the vehicle.
- Said beam comprises a row of tubes 2, parallel to each other, for the flow of the first fluid.
- Said tubes 2 extend in a longitudinal direction marked A in the figure.
- Each tube 2 here has two longitudinal ends 2A fixedly and sealingly connected to manifolds 3, 4 of the radiator for the circulation of said first fluid through said radiator.
- Said manifolds 3, 4 comprise, for example, a header plate and a lid defining an interior volume of the box.
- fastening flanges not shown. They may also comprise, respectively, inlet and outlet pipes 5 and 6.
- the collector plates of said collector boxes 3, 4 are, for example metal, including aluminum or aluminum alloys.
- the covers are, for example, plastic and crimped on the collector plates.
- the collector plates and lids are both metal, especially aluminum or aluminum alloys.
- interlayers 7 increasing the heat exchange surface between the fluid flowing in the tubes 2 and the air flowing between said tubes 2.
- the tubes 2 and the spacers 7 are here stacked alternatively in the direction B, perpendicular to the axis A in the plane of the figure.
- the radiator may also include lateral cheeks 8 protecting the beam on either side of the stack of tubes 2 and tabs 7.
- tubes 2 are flat.
- the tubes 2 comprise two large flat faces 10a, 10b, parallel, connected by lateral sides or radii 12.
- the height of the tubes that is to say that is, their dimension in the direction perpendicular to the planar faces 10a, 10b, which corresponds to the stacking direction B of the tubes 2 and the spacers 7, is smaller than the width L T of said tubes 2, that is to say their dimension in the direction perpendicular to the direction B and the longitudinal axis A of the tubes 2, the latter being orthogonal to the plane of the figure.
- the tubes 2 are, for example, of the type comprising a strip 14, folded on itself so as to define a plurality of channels 16a, 16b for circulating the fluid.
- Said tubes 2 may in particular have a configuration in which said strip 14 has legs 18a, 18b joining a first 10a to the second 10b of said flat faces of the tube so as to define said channels 16a, 16b.
- said strip 14 has legs 18a, 18b joining a first 10a to the second 10b of said flat faces of the tube so as to define said channels 16a, 16b.
- said legs 18a, 18b have, for example, a base formed of a bent portion 20 of the strip 14 connecting them to the first planar face 10a. They are extended here against each other to finish against the second flat face 10b, especially via their edge. Here they define two channels 16a, 16b of substantially equal section. In other words, said legs 18a, 18b are located along a median plane of the tubes 2. The latter substantially have a substantially B-shaped profile in this way.
- Such tubes 2 are sealed, for example, by soldering, the brazing of the tubes 2 of the same exchanger taking place, in particular, simultaneously with the brazing of all the metal parts of the exchanger.
- said sheet of material 14 is, for example, aluminum or aluminum alloy.
- said tubes 2 are provided with corrugations 22 configured to disrupt the flow of said first fluid.
- Corrugations 22 means shapes having a protruding profile towards the channel or channels 16a, 16b defined by said tubes 2. At the figure 6 , some of said corrugations 22 are in the cutting plane while others are located behind.
- the corrugations 22 may be derived from material of a wall of the tube, that is to say, here the strip 14. They are formed, for example, by stamping said strip 14. They are located, in particular, at the planar faces 10a, 10b of the tubes. Said corrugations 22 have, for example, a free end (26). By this is meant that they are not in contact with the opposite planar face 10a, 10b or with any other of said corrugations 22.
- said tubes 2 are furthermore spaced apart in the direction B by a pitch Tp (visible at figure 5 ), said no tubes, between 5 and 8 mm. Said tube pitch is between 6 and 7 mm.
- tubes 2 having an internal height h T of between 0.6 and 1.5 mm, more particularly between 0.8 and 1.2 mm.
- internal height is meant as already said the distance between the inner walls 24a, 24b of the flat faces 10a, 10b of the tubes 2 or the blade height of circulation of the first fluid in said tubes 2, such a distance being measured at the part of the walls showing no corrugations 22.
- Said tubes 2 may have a material thickness e T less than 270 ⁇ m, more particularly 230 ⁇ m, more particularly 200 ⁇ m.
- corrugations 22 may have on the surface of the tube 2 any possible distributions or shapes. They may thus, for example, be arranged in rows or staggered on the same flat face 10a, 10b and / or a flat face 10a, 10b to another. They may also be circular or elongated sections, forming or not at the same angle or different angles relative to the longitudinal axis A of the tubes.
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Description
- L'invention concerne un radiateur de refroidissement pour véhicule, notamment automobile. Il pourra en particulier s'agir de radiateurs de refroidissement du moteur du véhicule. Un échangeur selon le préambule de la revendication 1 est connu du
US 2012/0024510 . Il est connu des radiateurs de refroidissement comprenant un faisceau de tubes parallèles et deux collecteurs (ou boîtes collectrices) dans lesquels sont raccordées, de façon fixe et étanche, les extrémités correspondantes des tubes. Un fluide de refroidissement peut ainsi circuler à travers les tubes et échanger de la chaleur avec un flux d'air externe passant entre les tubes. Pour cela, les radiateurs sont placés en face avant du véhicule et le flux d'air atteint le radiateur en passant à travers la calandre. - De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour augmenter la performance thermique de tels échangeurs. Il est en particulier connu de munir leurs tubes de corrugations permettant de perturber l'écoulement du fluide. En effet, disposer d'un écoulement turbulent améliore l'échange de chaleur.
- Cependant, une telle solution augmente les pertes de charges générées par l'échangeur. Elle conduit de la sorte à un surdimensionnement des pompes à utiliser pour assurer la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement du moteur.
- Parallèlement, il a déjà été proposé des échangeurs de chaleur présentant des pas de tubes, c'est-à-dire un espacement entre les tubes, relativement réduit. Il est à noter qu'une telle caractéristique présente également l'inconvénient de générer des pertes de charge, cette fois sur l'air.
- Il existe ainsi un besoin d'un radiateur de refroidissement présentant des performances thermiques améliorées tout en maîtrisant les pertes de charges générées, sur le ou les fluides échangeant de la chaleur à travers le radiateur.
- L'invention propose à cet effet un radiateur de refroidissement pour véhicule, notamment automobile, selon la revendication 1. Par « tube plat », on comprend un tube comprenant deux grandes faces planes parallèles reliées par des côté latéraux ou rayons, la hauteur total du tube, c'est-à-dire, sa dimension selon la direction perpendiculaire aux grandes faces planes, étant inférieure à la largeur total du tube, c'est-à-dire sa dimension dans la direction perpendiculaire à la hauteur totale du tube et à l'axe longitudinal du tube.
- Un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux repose sur le lien fait par le déposant entre les caractéristiques de fonctionnement des pompes employées dans les boucles de refroidissement et des caractéristiques du radiateur permettant d'en optimiser le fonctionnement.
- La
figure 1 illustre à ce sujet l'efficacité globale « e » d'une pompe en fonction du débit « D » de fluide qu'elle génère. On observe que l'efficacité commence par croître jusqu'à un certain débit avant de décroître. Autrement dit, il existe une valeur de débit pour laquelle l'efficacité de la pompe est maximale, ici d'environ 4000 litres par heure. - La
figure 2 illustre la pression « P » du fluide en sortie de la pompe en fonction du débit « D » qu'elle génère. On observe que la pression diminue avec le débit. - Dans une optique d'optimisation du rendement énergétique global du véhicule, il est avantageux de faire fonctionner la pompe dans sa zone d'efficacité maximale. En reportant cette valeur sur la courbe de la
figure 2 , on connait alors la pression correspondante en sortie de la pompe, ce qui permet de déterminer une perte de charge globale optimale pour le circuit de refroidissement. - La perte de charge due aux autres composants du circuit tels que le moteur ou les canaux de circulation entre le moteur et le radiateur de refroidissement étant connue ou spécifiée, on peut évaluer une perte de charge correspondante pour le radiateur.
- Cela étant, il a été mis en évidence par le déposant qu'un paramètre influant en particulier sur la perte de charge générée par un radiateur tel que défini plus haut est le profil du tube et encore plus spécifiquement la hauteur interne hT du tube. Par « hauteur interne », on entend la distance entre les parois internes des faces planes du tube ou encore la hauteur de lame de circulation du fluide dans le tube, une telle distance étant mesurée au niveau d'une partie des parois ne présentant pas de corrugations.
- Les courbes 3 et 4 illustrent de la sorte les relations entre ce paramètre et, respectivement la pression en sortie de la pompe et l'efficacité globale de cette dernière.
- L'invention propose ainsi un radiateur dans lequel les tubes présentent une hauteur interne comprise entre 0,6 et 1,5 mm, plus particulièrement entre 0,8 à 1,2 mm. On constate en effet à la
figure 4 que la pompe fonctionne de façon optimale dans cette fourchette de valeur. - Selon d'autres caractéristiques de l'invention, qui pourront être prise ensemble ou séparément :
- une épaisseur de matière des tubes est inférieure ou égale à 270 µm, particulièrement 230 µm, encore plus particulièrement 200 µm,
- les corrugations sont configurées de façon à représenter moins de 10% du volume interne des tubes,
- les tubes présentent une largeur comprise entre 10 et 45 mm,
- les tubes présentent :
- soit une largeur inférieure à 24 mm et une hauteur interne supérieure ou égale à 1 mm,
- soit une largeur supérieure à 24 mm et une hauteur interne inférieure à 1 mm,
- les corrugations sont issues de matière d'une paroi des tubes,
- les corrugations présentent une extrémité libre,
- lesdits tubes sont formés par pliage d'une feuille de matière.
- Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
- La
figure 1 déjà évoquée illustre l'efficacité globale d'une pompe en fonction du débit de fluide générée par celle-ci. - La
figure 2 déjà évoquée illustre la pression du fluide en sortie de la pompe de lafigure 1 en fonction du débit de fluide générée par celle-ci. - La
figure 3 déjà évoquée reprend lafigure 2 en l'associant à la hauteur interne d'un tube d'un radiateur de refroidissement. - La
figure 4 déjà évoquée reprend lafigure 1 en l'associant à la même caractéristique que celle utilisée dans lafigure 3 . - La
figure 5 est une vue d'ensemble d'un radiateur de refroidissement conforme à l'invention. - La
figure 6 est une vue de coupe transversale d'un tube de l'échangeur de lafigure 5 . - Comme illustré à la
figure 5 , l'invention concerne un radiateur de refroidissement 1 pour véhicule, notamment automobile, comprenant un faisceau permettant l'échange de chaleur entre un premier et un second fluide. Le premier fluide est constitué, par exemple, d'un fluide de refroidissement tel qu'un mélange d'eau et de glycol. Le second fluide est constitué, par exemple, d'air. - Ledit radiateur pourra être configuré pour être placé en face avant d'un véhicule automobile de façon à être balayé par un flux d'air ambiant traversant une calandre du véhicule.
- Ledit faisceau comprend un rang de tubes 2, parallèles entre eux, pour l'écoulement du premier fluide. Lesdits tubes 2 s'étendent selon une direction longitudinale repérée A sur la figure. Chaque tube 2 possède ici deux extrémités longitudinales 2A reliées, de manière fixe et étanche, à des boîtes collectrices 3, 4 du radiateur pour la circulation dudit premier fluide à travers ledit radiateur.
- Lesdites boîtes collectrices 3, 4 comprennent, par exemple, une plaque collectrice et un couvercle définissant un volume intérieur de la boîte. Les tubes 2, notamment les extrémités longitudinales 2A des tubes 2, débouchent dans ledit volume intérieur à travers des orifices prévus dans les plaques collectrices. A ces boîtes collectrices 3, 4 pourront être rapportées des brides d'accrochage, non-représentées. Elles pourront encore comprendre, respectivement, des tubulures d'entrée 5 et de sortie 6.
- Les plaques collectrices desdites boîtes collectrices 3, 4 sont, par exemple en métal, notamment en aluminium ou alliages d'aluminium. Les couvercles sont, par exemple, en plastique et sertis sur les plaques collectrices. En variante, les plaques collectrices et les couvercles sont tous les deux en métal, notamment en aluminium ou alliages d'aluminium.
- Entre les tubes 2 pourront être agencés des intercalaires 7 augmentant la surface d'échange thermique entre le fluide circulant dans les tubes 2 et l'air circulant entre lesdits tubes 2. Les tubes 2 et les intercalaires 7 sont ici empilés alternativement selon la direction B, perpendiculaire à l'axe A dans le plan de la figure.
- Le radiateur pourra encore comprendre des joues latérales 8 protégeant le faisceau de part et d'autre de l'empilement des tubes 2 et des intercalaires 7.
- Comme illustré à la
figure 6 , lesdits tubes 2 sont prévus plats. Comme déjà dit, on entend par là que les tubes 2 comprennent deux grandes faces planes 10a, 10b, parallèles, reliées par des côtés latéraux ou rayons 12. On entend encore par là que la hauteur des tubes 2, c'est-à-dire, leur dimension selon la direction perpendiculaire aux faces planes 10a, 10b, qui correspond à la direction B d'empilement des tubes 2 et des intercalaires 7, est inférieure à la largeur LT desdits tubes 2, c'est-à-dire leur dimension selon la direction perpendiculaire à la direction B et à l'axe longitudinal A des tubes 2, ce dernier étant orthogonal au plan de la figure. - Les tubes 2 sont, par exemple, du type comprenant un feuillard 14, plié sur lui-même de façon à définir plusieurs canaux 16a, 16b de circulation du fluide.
- Lesdits tubes 2 pourront en particulier présenter une configuration dans laquelle ledit feuillard 14 présente des jambes 18a, 18b joignant une première 10a à la seconde 10b desdites faces planes du tube de façon à définir lesdits canaux 16a, 16b. On entend par là que les extrémités libres desdites jambes 18a, 18b sont au contact de ladite seconde face plane 10b.
- Comme cela est plus facilement visible à la
figure 6 , lesdites jambes 18a, 18b présentent, par exemple, une base formée d'une portion coudée 20 du feuillard 14 les reliant à la première face plane 10a. Elles se prolongent ici l'une contre l'autre pour finir contre la seconde face plane 10b, notamment par l'intermédiaire de leur tranche. Elles définissent ici deux canaux 16a, 16b de section sensiblement égale. Autrement dit, lesdites jambes 18a, 18b se trouvent le long d'un plan médian des tubes 2. Ces derniers présentent sensiblement de la sorte un profil sensiblement en forme de B. - De tels tubes 2 sont rendus étanches, par exemple, par brasage, le brasage des tubes 2 d'un même échangeur ayant lieu, notamment, de façon simultanée au brasage de l'ensemble des parties métalliques de l'échangeur. A ce sujet, ladite feuille de matière 14 est, par exemple, en aluminium ou alliage d'aluminium.
- Cela étant, selon l'invention, lesdits tubes 2 sont munis de corrugations 22 configurées pour perturber l'écoulement dudit premier fluide. Par corrugations 22, on entend des formes présentant un profil saillant en direction du ou des canaux 16a, 16b définis par lesdits tubes 2. A la
figure 6 , certaines desdites corrugations 22 se trouvent dans le plan de coupe alors que d'autres sont situées en arrière. - Les corrugations 22 pourront être issues de matière d'une paroi du tube, c'est-à-dire, ici, du feuillard 14. Elles sont formées, par exemple, par emboutissage dudit feuillard 14. Elles sont situées, notamment, au niveau des faces planes 10a, 10b des tubes. Lesdites corrugations 22 présentent, par exemple, une extrémité libre (26). On entend par là qu'elles ne sont en contact ni avec la face plane 10a, 10b opposée, ni avec une autre desdites corrugations 22.
- Pour chaque tube, lesdites corrugations 22 sont configurées, par exemple, de façon à représenter 10 à 50% de la section du tube. Autrement dit, soit:
- Sfd la section frontale des corrugations, c'est-à-dire, la surface de la partie de la section du ou des canaux de circulation 16a, 16b du tube obstruée par les corrugations 22,
- Stl la section interne du tube lisse (Stl), c'est-à-dire, la section qu'aurait le tube sans ses corrugations 22,
- Pour chaque tube, lesdites corrugations 22 pourront encore être configurées de façon à représenter moins de 10% du volume interne du tube. Autrement dit, soit :
- Vtd, le volume total des corrugations 22 à l'intérieur du tube,
- Vtl, le volume interne total du tube,
- Toujours selon l'invention, lesdits tubes 2 sont en outre espacés entre eux selon la direction B d'un pas Tp (visible à la
figure 5 ), dit pas de tubes, compris entre 5 et 8 mm. Ledit pas de tubes est compris entre 6 et 7 mm. - En utilisant des tubes 2 munis de telles corrugations 22 et présentant un tel pas de tubes, on optimise déjà les performances du radiateur.
- Pour améliorer encore ce résultat, on pourra en outre choisir des tubes 2 présentant une hauteur interne hT comprise entre 0,6 et 1,5 mm, plus particulièrement entre 0,8 et 1,2 mm.
- Par hauteur interne, on entend comme déjà dit la distance entre les parois internes 24a, 24b des faces planes 10a, 10b des tubes 2 ou encore la hauteur de lame de circulation du premier fluide dans lesdites tubes 2, une telle distance étant mesurée au niveau d'une partie des parois ne présentant pas de corrugations 22.
- Lesdits tubes 2 pourront présenter une épaisseur de matière eT inférieure à 270 µm, plus particulièrement 230 µm, encore plus particulièrement 200 µm.
- Différentes largeurs de faisceau pourront être employées. Les tubes 2 présentent ainsi, par exemple, une largeur LT comprise entre 10 et 40 mm, notamment entre 14 et 34 mm. Plus particulièrement, les tubes 2 pourront présenter:
- soit une largeur LT inférieure à 24 mm et une hauteur interne eT supérieure à 1 mm,
- soit une largeur LT supérieure à 24 mm et une hauteur interne eT inférieure à 1 mm.
- Il est à noter que lesdites corrugations 22 pourront présenter à la surface du tube 2 toutes distributions ou formes possibles. Elles pourront ainsi, par exemple, être disposées en rang ou en quinconce sur la même face plane 10a, 10b et/ou d'une face plane 10a, 10b à l'autre. Elles pourront encore être circulaires ou de sections allongées, formant ou non un même angle ou des angles différents par rapport à l'axe longitudinal A des tubes.
Claims (9)
- Radiateur de refroidissement pour véhicule, notamment automobile, comprenant un faisceau permettant l'échange de chaleur entre un premier et un second fluide, ledit faisceau comprenant au moins un rang de tubes (2) parallèles pour l'écoulement du premier fluide, lesdits tubes (2) étant prévus plats et espacés entre eux d'un pas Tp, dit pas de tubes, selon une première direction, lesdits tubes (2) étant munis de corrugations (22) configurées pour perturber l'écoulement dudit premier fluide et ledit pas de tubes étant compris entre 6 et 7 mm caractérisé en ce que les corrugations (22) sont configurées de façon à représenter 20 à 40% de la section des tubes (2).
- Radiateur selon la revendication 1 dans lequel les tubes (2) présentent une hauteur interne comprise entre 0,6 et 1,5 mm.
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les tubes (2) présentent une largeur LT comprise entre 10 et 45 mm.
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les tubes présentent :- soit une largeur LT inférieure à 24 mm et une hauteur interne hT supérieure ou égale à 1 mm,- soit une largeur LT supérieure à 24 mm et une hauteur interne hT inférieure à 1 mm.
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les corrugations (22) sont issues de matière d'une paroi des tubes (2).
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les corrugations (22) présentent une extrémité libre (26).
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits tubes (2) sont formés par pliage d'une feuille de matière (14).
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel une épaisseur de matière eT des tubes (2) est inférieure ou égale à 270 µm.
- Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les corrugations (22) sont configurées de façon à représenter moins de 10% du volume interne des tubes (2).
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