FR3066812A1 - Ailette pour echangeur de chaleur comprenant deux echancrures - Google Patents

Abstract

Ailette (8) pour un échangeur de chaleur, agencée pour perturber la circulation d'un fluide apte à s'écouler dans l'échangeur de chaleur selon un sens d'écoulement, l'ailette (8) s'étendant dans un plan d'extension générale, dit premier plan (OLT), et comprend au moins un flanc (20) qui s'étend dans un deuxième plan transversal au premier plan (OLT), caractérisée en ce que le flanc (20) comprend au moins deux échancrures (25) au travers de laquelle le fluide peut s'écouler, agencées de part et d'autre d'un troisième plan coupant le flanc (20) et parallèle au premier plan (OLT) de l'ailette (8). Application aux véhicules automobiles.

Description

AILETTE POUR ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT DEUX ECHANCRURES

Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile. De tels échangeurs de chaleur sont des échangeurs entre un premier fluide et un deuxième fluide, par exemple un échangeur fluide gazeux-eau ou fluide gazeux-fluide gazeux ou encore fluide gazeux-fluide réfrigérant, tels que les radiateurs, les refroidisseurs d’air suralimenté, les refroidisseurs de gaz d’échappement ou les évaporateurs.

Ces échangeurs de chaleur équipent un circuit de refroidissement, un circuit d’admission d’air, un circuit d’échappement ou une installation de traitement thermique d’un véhicule. Ces échangeurs de chaleur sont agencés pour permettre la circulation adjacente en deux espaces séparés de deux fluides différents, de manière à réaliser un transfert thermique entre les fluides sans les mélanger. L’efficacité des échangeurs de chaleur est principalement déterminée par les échanges thermiques entre les fluides les parcourant. Ces échanges thermiques sont modulés par le brassage interne de chaque fluide et sa faculté à venir au contact de la paroi qui le canalise. Un tel brassage réduit la formation de couches limites, ces dernières agissant comme des isolants entre le fluide et la paroi. Pour mettre en œuvre ce brassage au sein de l’espace dans lequel ce fluide circule, les échangeurs de chaleur sont équipés de dispositifs de perturbation de l’écoulement du fluide.

Pour augmenter ce brassage, une solution consiste à augmenter le nombre de dispositifs de perturbation en les rapprochant les uns des autres. Mais cette solution, si elle permet d’augmenter le brassage, occasionne une perte de charge importante en raison de la concentration des dispositifs de perturbation dans l’espace canalisant le fluide. Ces pertes de charge limitent la circulation du fluide et finalement dégrade l’efficacité de l’échangeur de chaleur.

Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus en concevant un dispositif de perturbation permettant un brassage optimisé d’un fluide, et notamment d’un fluide gazeux tel que de l’air, un flux d’admission ou un flux d’échappement d’un moteur à combustion interne, tout en limitant les pertes de charge liées à ce brassage. L'invention a donc pour objet une ailette pour un échangeur de chaleur, agencée pour perturber la circulation d’un fluide apte à s’écouler dans l’échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement, l’ailette s’étendant dans un plan d’extension générale, dit premier plan, et comprend au moins un flanc qui s’étend dans un deuxième plan transversal au premier plan, le flanc comprenant au moins deux échancrures au travers de laquelle le fluide peut s’écouler, agencées de part et d’autre d’un troisième plan coupant le flanc et parallèle au premier plan de l’ailette.

Cet agencement permet d’améliorer les échanges thermiques entre un premier fluide, par exemple un fluide gazeux, et un deuxième fluide circulant tous deux dans un échangeur de chaleur comprenant au moins une ailette selon l’invention. Plus particulièrement, la présence de deux échancrures permet de créer deux paires de tourbillons. Ces tourbillons lécheront les parois supérieures et inférieures d’un canal où est agencé l’ailette, assurant un meilleur mélange du flux d’air et des courants le composant.

Plus particulièrement, en raison de l’agencement des échancrures, ces tourbillons sont longitudinaux contrarotatifs. Ces tourbillons, par leur composante contrarotative, accélèrent l’écoulement en proche paroi du flux d’air et augmentent la production de turbulences, ce qui assurent ainsi un brassage des courants chauds et froids du flux d’air, perturbe le développement de couches limites et en amincit l’épaisseur.

Ces effets permettent d’accroitre les échanges thermiques entre le flux d’air et l’ailette, améliorant ainsi le rendement de l’échangeur de chaleur dans lequel est installé l’ailette. Il est à noter que ces effets sont supérieurs à ceux obtenus par une ailette dont les flancs ne comportent qu’une seule échancrure. Cette solution a également l’avantage de minimiser les pertes de charges associées à l’implantation d’une telle ailette dans l’échangeur de chaleur. L’ailette selon l’invention, autrement appelé intercalaire ou encore perturbateur, comprend avantageusement l’une quelconque au moins des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : le plan d’extension générale de l’ailette correspond au plan dans lequel s’étend l’ailette dans ses deux plus grandes dimensions. Le premier plan correspond à un plan s’étendant dans les directions longitudinale et transversale de l’ailette. L’ailette comprend une pluralité de bases qui s’inscrivent dans le premier plan, le deuxième plan est par exemple perpendiculaire au premier plan. Le flanc se dresse donc à partir du premier plan. Plus particulièrement, le flanc est incliné par rapport au sens d’écoulement. Incliné signifie que le deuxième plan du flan est agencé par rapport au sens d’écoulement du fluide selon un angle inférieur ou égal à 20°. De façon préférentielle, l’angle a une valeur inférieure ou égale à 10°, le deuxième plan est agencé par rapport au sens d’écoulement du fluide selon un angle compris entre 4 et 20°. Dans le cas d’une ailette comprenant une pluralité de flancs, chaque flanc s’étend dans un deuxième plan qui lui est propre, chacun de ces deuxièmes plans étant agencés par rapport au sens d’écoulement du fluide selon un angle compris entre 4 et 20°, le flanc est caractérisé par une longueur et une hauteur, la longueur étant la dimension s’étendant parallèlement au sens d’écoulement du fluide. La hauteur du flanc est la dimension s’étendant perpendiculairement au sens d’écoulement du fluide et au premier plan, le troisième plan est un plan médian d’une hauteur du flan. Plus particulièrement, le troisième plan du flanc sépare le flanc en deux parties de flanc, chaque partie de flanc étant symétrique à l’autre partie de flanc par rapport au troisième plan du flanc, le premier plan et le troisième plan sont parallèles et distincts, l’ailette comprend une pluralité de créneaux, chaque créneau comprenant au moins deux flancs joints l’un à l’autre par un sommet, l’ailette comprend au moins une base qui joint deux créneaux adjacents, l’ailette comprend une pluralité de créneaux qui forme dans une première direction des lignes et dans une deuxième direction perpendiculaire à la première direction des rangées. La première direction est la direction longitudinale de l’ailette, tandis que la deuxième direction est la direction transversale de l’ailette, les créneaux sont disposés en au moins une rangée, les créneaux d’une première rangée étant agencées avec un décalage transversal par rapport aux créneaux d’une deuxième rangée adjacente à la première rangée de créneaux. Les termes première rangée et deuxième rangée sont ici utilisés pour différencier les rangées adjacentes. Ces termes ne désignent pas un ordre spécifique d’arrangement des rangées par rapport au sens d’écoulement du fluide. Ainsi, la première rangée peut être disposée derrière la deuxième rangée dans le sens de circulation du fluide. Cet agencement a pour effet de limiter la formation de couches limites, en interrompant périodiquement leur développement le long des flancs, les deuxièmes plans des flancs d’une même rangée sont parallèles entre eux. Dans cet agencement, les deuxièmes plans des flancs d’une même rangée sont disposés par rapport au sens d’écoulement du fluide selon un angle ayant une valeur égale pour chacun des flancs, le décalage transversal entre la première rangée et la deuxième rangée est inférieur ou égal à une distance entre deux flancs d’un même créneau, les flancs des créneaux de la première rangée sont orientés dans une direction différente de celle des flancs des créneaux de la deuxième rangée. Plus particulièrement, chaque flanc a un deuxième plan qui lui est propre, le deuxième plan des flancs des créneaux de la première rangée étant orientés par rapport au deuxième plan des flancs des créneaux de la deuxième rangée avec un angle non nul, le deuxième plan des flancs des créneaux de la première rangée sont agencés par rapport au sens d’écoulement du fluide selon un sens horaire, tandis que le deuxième plan des flancs des créneaux de la deuxième rangée est agencé par rapport au sens d’écoulement du fluide selon un sens antihoraire. Le sens horaire est le anti-trigonométrique. Le sens antihoraire est le sens trigonométrique, l’ailette comprend au moins un premier chemin délimité entre deux créneaux adjacents et un deuxième chemin délimité par deux flancs d’un même créneau, chaque chemin étant apte à être emprunté par le fluide selon la direction d’écoulement. De façon plus spécifique, le premier chemin est délimité par un flanc d’un premier créneau et par un flanc d’un deuxième créneau immédiatement adjacent au premier créneau. Les créneaux d’une ailette sont donc disposés en quinconce le long de la direction d’écoulement, le flanc étant délimité par un bord d’attaque, au moins l’une des échancrures, est à une distance non nulle du bord d’attaque. Le bord d’attaque est la face du flanc qui est en contact en premier avec le fluide circulant au sein de l’ailette. Chaque échancrure peut être agencée par rapport au bord d’attaque avec une distance non nulle différente. Dans cette configuration, l’échancrure est séparée du bord d’attaque par une distance comprise entre 0,35 et 1,4 millimètre, alternativement ou de manière complémentaire, le flanc étant délimité par un bord d’attaque, au moins l’une des échancrures s’étend depuis le bord d’attaque. Le bord d’attaque est la face du flanc qui est en contact en premier avec le fluide circulant au sein de l’ailette, le troisième plan est un plan équidistant entre un plan passant par des bases de l’ailette et un plan passant par les sommets de l’ailette. Une base de l’ailette est une partie de l’ailette opposée à un sommet de l’ailette par rapport à un flanc de l’ailette. La base de l’ailette relie deux créneaux adjacents. Plus particulièrement, la base de l’ailette relie un flanc d’un premier créneau au flanc d’un deuxième créneau. Le sommet est une portion de l’ailette qui relie deux flancs, de manière à former un créneau, dans une variante de l’invention, le flanc peut comprendre une échancrure centrale, le troisième plan passant par l’échancrure centrale. Dans un tel cas, le flanc comprend une échancrure centrale, disposée entre deux échancrures extérieures, le flanc s’étend perpendiculairement à la base à laquelle il est lié. Alternativement ou additionnellement, le flanc s’étend perpendiculairement au sommet auquel il est lié, l’échancrure délimite au moins une saillie du flanc, l’échancrure et/ou la saillie est de forme triangulaire ou polygonale vue selon une direction perpendiculaire au deuxième plan. Selon cet exemple, la pointe de la forme triangulaire de l’échancrure peut être côté bord d’attaque ou côté flanc. Dans le cas d’une ailette comprenant une pluralité d’échancrures et/ou saillies, les échancrures et/ou saillies peuvent avoir des formes différentes d’un créneau à l’autre, ou au sein d’un même créneau. Une échancrure de forme triangulaire est particulièrement avantageuse pour l’invention, cette forme permettant d’accroître la surface du bord d’attaque de l’ailette, zone où l’échange thermique entre l’ailette et le flux d’air est maximal, l’échancrure et/ou la saillie a une profondeur comprise entre 0,8 et 2 millimètres. La profondeur est mesurée entre un point de l’échancrure le plus proche du bord d’attaque et un point de l’échancrure le plus éloigné du bord d’attaque, le long de la direction longitudinale. La profondeur est la dimension de l’échancrure selon cette direction longitudinale, l’échancrure et/ou la saillie est agencée par rapport au troisième plan avec une distance comprise entre 0 et 1,5 millimètre. La distance est mesurée entre le troisième plan et un point de l’échancrure le plus éloigné du bord d’attaque, le long de la direction longitudinale de l’ailette. A titre d’exemple, ce point le plus éloigné du bord d’attaque est une pointe de l’échancrure considérée, l’échancrure et/ou la saillie est agencée par rapport à une base ou un sommet du créneau de l’ailette avec une distance comprise entre 0 et 1,5 millimètre. La distance est mesurée entre le sommet ou la base de l’ailette et un point de contact entre l’échancrure et le flanc de l’ailette selon une direction perpendiculaire à la base ou au sommet, la distance entre l’échancrure et le troisième plan de l’ailette est égale à la distance entre l’échancrure et le sommet et/ou la base, en fonction de l’échancrure considérée, l’échancrure et/ou la saillie a une hauteur comprise entre 1 et 2,45 millimètres. La hauteur est mesurée entre un point de l’échancrure le plus proche du troisième plan, et un point de l’échancrure le plus proche de la base ou du sommet, en fonction de l’échancrure considérée. La hauteur est la dimension de l’échancrure selon la direction verticale, c’est-à-dire perpendiculairement au premier plan. L’invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant au moins une ailette décrite ci-dessus. L’invention concerne également l’utilisation d’un tel échangeur de chaleur en tant que radiateur destiné à l’échange thermique avec un fluide caloporteur tel que de l’air ou un liquide, un refroidisseur d’air suralimenté, un refroidisseur de gaz d’échappement ou un évaporateur. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’un échangeur de chaleur selon l’invention, - la figure 2 est une vue en perspective d’une ailette selon l’invention, - la figure 3 est une vue de dessus d’une ailette selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 4 est une vue en perspective d’une ailette selon le premier mode de réalisation, - la figure 5 est une vue de côté d’une ailette selon le premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 6 est une vue en perspective d’une ailette selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 7 est une vue de côté d’une ailette selon le deuxième mode de réalisation de l’invention. H faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

Dans la suite de la description, les dénominations longitudinales, verticales ou transversales, dessus, dessous, devant, derrière se réfèrent à l’orientation de l’échangeur de chaleur selon l’invention. La direction longitudinale correspond à l'axe principal de l’échangeur de chaleur ou de l’ailette dans lequel sa plus grande dimension s’étend. La direction verticale correspondant au sens d’empilement des tubes constituant l’échangeur de chaleur, la direction transversale étant la direction perpendiculaire aux deux autres. Les directions longitudinale, transversale et verticale sont également visibles dans un trièdre O, L, V, T représenté sur les figures.

Les termes amont et aval s’apprécient par rapport au sens d’écoulement du fluide circulant au sein de l’ailette de l’invention.

La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1 selon l’invention qui est un composant d’un circuit de fluide qui équipe un véhicule, notamment automobile. Selon l’invention, l’échangeur de chaleur 1 met en œuvre un échange de calories deux fluides. Notamment, l’échangeur de chaleur 1 met en œuvre un échange de calories entre un premier fluide, par exemple un fluide gazeux, et un deuxième fluide. Le premier fluide est celui qui est traverse l’ailette selon l’invention, en venant au contact de celle-ci. Le premier fluide est par exemple un flux d’air, un flux de gaz d’admission ou un flux de gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne. Le deuxième fluide est par exemple un fluide gazeux ou un liquide caloporteur, ou encore un fluide réfrigérant. Il peut ainsi s’agir d’un flux d’air, d’un liquide glycolé. L’ailette objet de l’invention est parcourue par un fluide qui sera désigné ci-après premier fluide. L’échangeur de chaleur 1 illustré à titre d’exemple sur la figure 1 est un échangeur fluide gazeux-fluide gazeux, notamment un refroidisseur d’air suralimenté.

Un tel échangeur de chaleur 1 comprend une pluralité de tubes 2, au sein desquels circule le fluide, notamment le premier fluide, ici un des gaz d’admission. Les tubes 2 sont disposés parallèlement les uns aux autres, et délimite chacun un conduit dans lequel peut circuler le premier fluide. L’espacement entre deux tubes 2 délimite un espace 4 où peut circuler un deuxième fluide avec qui un transfert thermique doit être réalisé. Dans le cas de la figure 1, ce deuxième fluide est un flux d’air qui refroidit le fluide circulant dans les tubes 2. Afin d’augmenter les échanges thermiques entre le premier fluide et le deuxième fluide, au moins une ailette 8 est agencée dans les tubes 2 où circule le premier fluide. Cette ailette 8 a pour rôle d’augmenter la surface de contact entre le premier fluide et une paroi du tube 2, pour augmenter le transfert thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide. L’ensemble des tubes 2 selon l’invention sont connectés à un premier collecteur 7 et à un second collecteur 9. Le premier collecteur 7 est agencé pour répartir le fluide entrant dans l’échangeur de chaleur 1 dans les différents tubes 2 constituant ledit échangeur. Le second collecteur 9 est agencé pour collecter le fluide ayant traversé les tubes 2 pour le faire sortir hors de l’échangeur de chaleur 1. Le premier collecteur 7 est diamétralement opposé au second collecteur 9 par rapport à une direction longitudinale des tubes 2. L’échangeur de chaleur 1 comprend par ailleurs des moyens de mise en relation de ces collecteurs avec un circuit du premier fluide extérieur à l’échangeur de chaleur 1. Bien que l’échangeur de chaleur 1 illustré à la figure 1 soit un échangeur à tubes, on comprendra que d’autres types d’échangeur peuvent être utilisés sans dénaturer le concept inventif de l’invention. Notamment, l’échangeur de chaleur 1 peut être un échangeur à plaques, où l’ailette objet de l’invention sera disposée entre deux plaques.

La figure 2 montre l’agencement de l’ailette 8 disposé dans les tubes de l’échangeur de chaleur, le l’ailette 8 comprenant une pluralité de créneaux 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention. L’ailette 8 s’étend longitudinalement entre une extrémité amont 5 et une extrémité avale 6, selon un sens d’écoulement du premier fluide illustré par une flèche référencée 3. L’ailette 8 s’étend dans un plan d’extension générale, dit premier plan OLT pris dans le repère orthonormé OLVT. L’ailette 8 comprend une pluralité de créneaux 10. Pris dans une coupe selon un plan perpendiculaire au sens d’écoulement du flux d’air, la section de l’ailette 8 comprend une pluralité de formes en « U » alternées, les formes en « U » alternant avec les formes en « U » inversé. Ces formes en « U » sont les créneaux 10 de l’ailette 8. Les créneaux 10 comporte chacun au moins un flanc 20, avantageusement deux flancs parallèles entre eux et inclinés par rapport au sens d’écoulement. L’ailette 8 comprend ainsi une pluralité de bases 12 et de sommets 14, un flanc 20 s’étendant entre une base 12 et un sommet 14. Un sommet 14 relie au moins deux flancs 20 entre eux. Une base 12 relie au moins deux flancs 20 de deux créneaux 10 différents entre eux. Plus particulièrement, une base 12 relie un flanc 20 d’un premier créneau 10 à un flanc 20 d’un deuxième créneau 10 adjacent au premier créneau 10.

Les créneaux 10 de l’ailette 8 sont alignés selon la direction longitudinale OL de l’ailette 8, en une pluralité de lignes 15, chaque ligne 15 comprenant au moins deux créneaux 10.

Les créneaux 10 de l’ailette 8 sont également alignés selon la direction transversale OT de l’ailette 8, en une pluralité de rangées 16, chaque rangée 16 comprenant au moins deux créneaux 10. L’ailette 8 définit au moins un chemin pour l’écoulement du premier fluide le long du sens d’écoulement 3. Plus particulièrement, l’ailette 8 délimite un premier chemin 60 délimité par deux créneaux 10 et un deuxième chemin 62 délimité par deux flancs 20 d’un même créneau 10, chaque chemin étant apte à être emprunté par le premier fluide selon le sens d’écoulement 3. Plus particulièrement, le premier chemin 60 est délimité par un flanc 20 d’un premier créneau 10 et un flanc 20 d’un deuxième créneau 10.

Le premier chemin 60 et le deuxième chemin 62 sont interconnectés par des échancrures 25 présentes dans les flancs 20 des créneaux 10. Une partie du premier fluide traversant l’ailette 8 selon l’invention peut ainsi s’écouler indifféremment dans le premier chemin 60 ou le deuxième chemin 62 et passer de l’un à l’autre via les échancrures 25. Bien entendu, le premier fluide ne suit pas un parcours rectiligne au sein de l’ailette 8, puisqu’il est susceptible de rencontrer un créneau 10, puis de passer d’un chemin à l’autre via une échancrure 25, mais la direction générale d’écoulement du premier fluide est celle illustrée par la flèche référencée 3.

En se reportant à la figure 3, deux rangées 16 adjacentes de créneaux 10 sont agencées l’une par rapport à l’autre avec un décalage transversal 19. Le décalage transversal 19 entre une première rangée 17 et une deuxième rangée 18 adjacente à la première rangée 17 a une valeur comprise entre zéro et une valeur égale à la distance entre les deux flancs 20 d’un même créneau 10. Il résulte de cette caractéristique que le premier chemin 60 et le deuxième chemin 62 ne sont pas rectilignes mais forme une série de chicanes. H en découle que, si la direction d’écoulement générale 3 du premier fluide est une droite, ce premier fluide est composé d’une pluralité de courants de fluide dont l’écoulement n’est pas rectiligne. Cette caractéristique améliore le brassage du premier fluide.

La figure 3 illustre notamment les lignes 15 et les rangées 16 de créneaux 10. Les rangées 16 de créneaux 10 sont agencées les unes par rapport aux autres avec le décalage transversal 19 décrit précédemment. La figure 3 illustre aussi la disposition particulière du ou des flancs 20 par rapport au sens d’écoulement 3, en particulier leurs inclinaisons respectives. De plus, cette figure montre des flancs 20 des créneaux 10 de la première rangée 17 qui sont orientés dans une direction différente de celle des flancs 20 des créneaux 10 de la deuxième rangée 18.

Le flanc 20 d’une première rangée 17 s’étend dans un deuxième plan 52 qui est transversal, et avantageusement perpendiculaire, au premier plan d’extension de l’ailette 8. Ce deuxième plan 52 agencé de manière inclinée par rapport au sens d’écoulement 3 du premier fluide au sein de l’ailette 8. Le deuxième plan 52 est agencé par rapport au sens d’écoulement 3 du fluide selon un angle 46 compris entre 4 et 10°. L’angle 46 est également illustré sur la figure 5. Dans l’exemple du premier mode de réalisation, le deuxième plan 52 est agencé par rapport au sens d’écoulement 3 selon un angle 46 de 6°.

Les flancs 20 des créneaux 10 de la première rangée 17 sont orientés dans une direction différente de celle des flancs 20 des créneaux 10 de la deuxième rangée 18. Plus particulièrement, le deuxième plan 52 des flancs 20 des créneaux 10 de la première rangée 17 sont agencés par rapport au sens d’écoulement 3 du fluide selon un angle 46 mesuré dans un sens horaire. Le deuxième plan 52 des flancs 20 des créneaux 10 de la deuxième rangée 18 sont quant à eux agencés par rapport au sens d’écoulement 3 du fluide selon un angle 47 mesurée dans un sens antihoraire.

Selon un exemple de réalisation, l’angle 46 d’inclinaison des flancs 20 de la première rangée 17 est égal à l’angle 47 d’inclinaison des flancs 20 de la deuxième rangée 18. Alternativement, ces deux angles pourraient être différents.

La figure 4 illustre de manière plus spécifique la disposition d’un flanc 20 d’un créneau 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le flanc 20 selon le premier mode de réalisation de l’invention a la forme générale d’une plaque de faible épaisseur.

Le flanc 20 comprend au moins deux échancrures 25, s’étendant depuis un bord d’attaque 24. Plus particulièrement, le flanc 20 comprend une échancrure centrale 26 et deux échancrures extérieures 28, toutes de forme polygonale. Une échancrure extérieure 28 et l’échancrure centrale 26 définissent une saillie 30, de forme triangulaire. Dans l’exemple illustré dur la figure 4, le flanc 20 comprend trois échancrures 25 et consécutivement deux saillies 30 ménagées entre ces échancrures.

Selon le premier mode de réalisation, l’échancrure centrale 26 présente un contour fermé. Quand le flanc 20 est pourvu d’échancrure extérieure 28, l’échancrure extérieure est ouverte au moins sur la base 12, ou le sommet 14, en fonction de la position de l’échancrure extérieure par rapport au troisième plan 32. De manière complémentaire, les échancrures extérieures 28 sont ouvertes également sur le bord d’attaque 24. On comprend ici que son contour n’est donc pas fermé.

Les échancrures extérieures 28 et l’échancrure centrale 26 s’étendent directement depuis le bord d’attaque 24 du flanc 20, sans qu’une bande de matière ne subsiste entre l’échancrure et le bord d’attaque dans la direction longitudinale OL.

Alors qu’une échancrure est un trou emprunté par le premier fluide, la saillie est une portion de matière du flanc qui contraint le premier fluide à poursuivre son chemin le long du flanc. Le bord d’attaque 24 est la face du flanc 20 en regard de l’écoulement du premier fluide.

La figure 5 offre une vue de côté du flanc 20 selon le premier mode de l’invention. Plus particulièrement, la figure 5 illustre la disposition des échancrures 25 et des saillies 30 de l’ailette 8.

Le flanc 20 est caractérisé par une hauteur référencée 90 et une longueur référencée 92.

La hauteur 90 du flanc est la dimension du flanc 20 selon une direction perpendiculaire au premier plan OLT, c’est-à-dire une direction OV du repère orthonormé. La hauteur 90 du flanc 20 est comprise entre 2 et 10 millimètres. Dans l’exemple décrit ici, le flanc 20 a une hauteur 90 de 5 millimètres.

Le troisième plan 32 est formé par un plan médian qui passe par le milieu de la hauteur 90 du flanc 20.

La longueur 92 du flanc est la dimension du flanc 20 selon le sens d’écoulement 3 du fluide, c’est-à-dire mesurée le long de la direction OL du repère orthonormé entre le bord d’attaque 24 et une extrémité longitudinale du flanc 20. La longueur 92 du flanc 20 est comprise entre 2 et 30 millimètres. Dans l’exemple décrit ici, le flanc 20 a une longueur 92 de 6,5 millimètres.

Une saillie 30 est définie par une hauteur 40, une longueur 38, une première distance 42 au troisième plan 32 et une deuxième distance 43 à un sommet 14 ou une base 12.

La hauteur 40 de la saillie 30 correspond à la dimension verticale de la saillie 30, prise au niveau du contact entre la saillie 30 et le flanc 20 de l’ailette 8. La hauteur 40 de la saillie 30 est comprise entre 0,8 et 2 millimètres. Dans l’exemple exposé ici, la saillie 30 a une hauteur 40 de 1,4 millimètre. Les deux saillies 30 de l’ailette 8 ont une hauteur 40 égale.

La longueur 38 de la saillie 30 correspond à la dimension longitudinale de la saillie 30, prise entre une pointe 44 de la saillie 30 et le contact entre la saillie 30 et le flanc 20 de l’ailette 8, selon une direction perpendiculaire au contact entre la saillie 30 et le flanc 20 de l’ailette 8. La longueur 38 de la saillie est comprise entre 1 et 2,45 millimètres. Dans cet exemple, la saillie 30 a une longueur 38 de 1,4 millimètre. Les deux saillies 30 du créneau 10 ont une longueur 38 égale.

La saillie 30 est agencée par rapport au troisième plan 32 avec une première distance 42. Cette première distance 42 est mesurée entre le contact entre la saillie 30 et le flanc 20 de l’ailette 8 et le troisième plan 32, selon une direction perpendiculaire au troisième plan 32. La première distance 42 présente une valeur comprise entre zéro, les deux saillies 30 étant en contact l’une de l’autre, et 1,5 millimètre, où les deux saillies sont séparées d’une distance égale à 3 millimètres.

Le troisième plan 32 est un plan équidistant entre un plan passant par les bases 12 de l’ailette 8 et un plan passant par les sommets 14 des créneaux 10 de l’ailette 8.

La saillie 30 est agencée par rapport à la base 12 ou le sommet 14 de l’ailette 8 avec une deuxième distance 43. Cette deuxième distance 43 est mesurée entre le contact entre la saillie 30 et le flanc 20 de l’ailette 8 et la base 12 ou le sommet 14, selon une direction perpendiculaire à l’un ou l’autre de ces éléments. La deuxième distance 43 a une valeur comprise entre zéro et 1,5 millimètre.

Dans un deuxième mode de réalisation de l’invention, illustrée par les figures 6 et 7, l’ailette 8 comprend seulement deux échancrures 25 de forme triangulaire.

Selon ce deuxième mode de réalisation, les deux échancrures 25 présentent un contour fermé.

La figure 6 illustre un flanc 20 d’un créneau 10 selon le deuxième mode de réalisation. Le deuxième plan 52 dans lequel s’étend majoritairement le flanc 20 est incliné par rapport au sens d’écoulement 3 du premier fluide au travers de l’ailette 8.

Le créneau 10 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention est agencé de manière similaire au créneau 10 selon le premier mode de réalisation de l’invention. Le créneau 10 comprend au moins un flanc 20 de la forme générale d’une plaque, s’étendant dans un deuxième plan 52. Comme pour le premier mode de réalisation, le créneau 10 comprend deux flancs 20 joint par un sommet. Le deuxième plan 52 est agencé par rapport au sens d’écoulement 3 du flux d’air selon un angle 46 compris entre 4 et 20°. Dans l’exemple décrit ici, le deuxième plan 52 est agencé par rapport au sens d’écoulement 3 du flux d’air selon un angle 46 égal à 6°.

Le flanc 20 comprend deux échancrures 25 qui s’étendent chacune à une distance non-nulle du bord d’attaque 24, mesurée le long de la direction longitudinale OL de l’ailette 8. Plus particulièrement, les deux échancrures 25 sont de forme triangulaire, avec une pointe 45 tournée vers une partie du flanc 20 opposée au bord d’attaque 24.

La figure 7 offre une vue de côté de l’ailette 8 selon le deuxième mode de l’invention.

Une échancrure 25 est définie par une hauteur 70, une profondeur 72 et une première distance 74 au troisième plan 32 et une deuxième distance 76 à la base 12, au sommet 14, respectivement.

La hauteur 70 de l’échancrure 25 correspond à la dimension verticale de l’échancrure 25, prise dans la partie la plus grande de l’échancrure 25 parallèlement au bord d’attaque 24. La hauteur 70 de l’échancrure 25 est mesurée entre un premier point 78 et un deuxième point 79 formant un côté de l’échancrure 25, le premier point 78 et le deuxième point 79 délimitant tous deux une portion rectiligne de l’échancrure qui parallèle au bord d’attaque 24. Pris dans un autre repère, cette hauteur s’évalue selon une direction perpendiculaire au troisième plan 32. La hauteur 70 de l’échancrure 25 est comprise entre 1 et 2,45 millimètres. Dans cet exemple de réalisation, la hauteur 70 de l’échancrure 25 est égale à 1,4 millimètre.

La profondeur 72 de l’échancrure 25 est la dimension de l’échancrure 25 selon la direction longitudinale OL de l’ailette 8. La profondeur 72 de l’échancrure 25 est mesurée entre une pointe 45 de l’échancrure 25 la plus éloignée du bord d’attaque 24 du flanc 20 porteur de l’échancrure 25 et un deuxième point 73 de l’échancrure 25 le plus proche du bord d’attaque 24. La profondeur 72 de l’échancrure 25 est comprise entre 0,8 et 2 millimètres. Dans cet exemple de réalisation, la profondeur 72 de l’échancrure 25 a une valeur de 1,4 millimètre. L’échancrure 25 est agencée par rapport au troisième plan 32, qui forme un plan médian du flanc 20 entre sa base 12 et son sommet 14, avec une première distance 74. Cette première distance 74 est mesurée entre la pointe 45 de l’échancrure 25 concernée et le troisième plan 32, mesurée selon une direction perpendiculaire au troisième plan 32. La première distance 74 a une valeur comprise entre zéro, les deux échancrures 25 étant en contact, et 1,5 millimètre, les deux échancrures étant alors éloignée l’une de l’autre de 3 millimètres. L’échancrure 25 est agencée par rapport à la base 12 ou le sommet 14 de l’ailette 8 avec une deuxième distance 76. Cette deuxième distance 76 est mesurée entre la pointe 45 de l’échancrure 25 et la base 12 ou le sommet 14, prise dans une direction perpendiculaire au sommet 14 ou à la base 12. La deuxième distance 76 a une valeur comprise entre zéro, et 1,5 millimètre.

Le ou les flancs 20 des ailettes 8 du premier mode de réalisation ou du deuxième mode de réalisation sont donc symétriques par rapport au troisième plan 32 qui partage chaque flanc 20.

Dans ce deuxième mode de réalisation de l’invention, l’échancrure 25 est agencée par rapport au bord d’attaque 24 avec une troisième distance non nulle référencée 80. Cette troisième distance 80 est mesurée entre l’échancrure 25 et le bord d’attaque 24, le long d’une direction perpendiculaire au bord d’attaque 24 et passant par la pointe 45 de l’échancrure concernée. Cette troisième distance 80 est comprise entre 0,35 et 1,4 millimètre. Dans l’exemple exposé ici, la troisième distance 80 est égale à 0,35 millimètre.

Une ailette 8 est fabriquée selon le procédé suivant. Cet exemple de procédé n’est pas limitatif. L’ailette 8 est emboutie ou pliée ou roulée à partir d’une feuille d’un matériau agencé pour autoriser des échanges thermiques suffisant pour permettre à l’échangeur de chaleur 1 de remplir son rôle. H peut notamment s’agir d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium. Préalablement à cette étape d’emboutissage, de pliage ou de roulage, les échancrures 25 de l’ailette 8 sont découpées par une étape d’estampage, par exemple. Les ailettes 8 sont ensuite enfilées dans les tubes 2, fabriqués au cours d’une étape préalable, puis l’ensemble de l’échanger de chaleur 1 est brasé. L’échangeur de chaleur 1 ainsi agencé est apte à fonctionner selon l’exemple suivant. Cet exemple n’est pas limitatif, d’autres fonctionnements pouvant être envisagés.

Un premier fluide circule au sein des tubes 2 formant l’échangeur de chaleur 1. Dans cet exemple de fonctionnement, le fluide circulant est un flux de gaz d’admission. Ces gaz d’admission sont admis dans le premier collecteur 7. A partir du premier collecteur 7, les gaz d’admission sont répartis et circulent au sein des différents tubes 2 de l’échangeur de chaleur 1. Après sa circulation dans les tubes 2, les gaz d’admission sont collectés par le deuxième collecteur 9, puis envoyé vers un collecteur d’admission du moteur à combustion interne. Au cours de sa circulation au sein de ces tubes 2, les gaz d’admission vont céder des calories à un flux d’air ou un fluide caloporteur qui circule dans l’espace 4 entre les parois des tubes 2.

Des ailettes 8 conformes à l’invention sont quant à elles disposées à l’intérieur des tubes 2. Le premier fluide traverse les ailettes 8 selon le sens de circulation 3, entre l’extrémité amont 5 et l’extrémité avale 6. Au cours de sa circulation au sein de l’ailette 8, le premier fluide est brassé par les différentes dispositions inventives de l’ailette 8. Notamment, l’inclinaison du flanc 20 perturbe l’écoulement du premier fluide et limite le développement de couches limites au sein de ce premier fluide, en interrompant périodiquement la formation de telles couches limites. Les échancrures 25 contribuent au développement de tourbillons tridimensionnels longitudinaux assurant un brassage optimal du premier fluide. La présence de deux échancrures permet de former des tourbillons contre-rotatifs, c’est-à-dire qui tournent en des sens opposés l’une par rapport à l’autre. Le transfert thermique entre le premier fluide et les parois du tube 2 est ainsi amélioré sans pour autant augmenter les pertes de charge sur le premier fluide.

La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixé et notamment de proposer une ailette pour échangeur de chaleur comprenant au moins un flanc, et avantageusement deux flancs et un sommet formant, au moins un des flancs comprenant au moins deux échancrures agencées de part et d’autre d’un plan parallèle au plan général d’extension de l’ailette.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’échangeur de chaleur qui vient d’être décrit à titre d’exemple non limitatif, dès lors que l’on met en œuvre une ailette comprenant au moins un flanc comprenant au moins deux échancrures agencées de part et d’autre d’un plan médian du flanc.

En tout état de cause, l’invention ne saurait se limiter au mode de réalisation spécifiquement décrit dans ce document, et s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Ailette (8) pour un échangeur de chaleur (1), agencée pour perturber la circulation d’un fluide apte à s’écouler dans l’échangeur de chaleur (1) selon un sens d’écoulement (3), l’ailette (8) s’étendant dans un plan d’extension générale, dit premier plan (OLT), et comprend au moins un flanc (20) qui s’étend dans un deuxième plan (52) transversal au premier plan (OLT), caractérisée en ce que le flanc (20) comprend au moins deux échancrures (25, 26, 28) au travers de laquelle le fluide peut s’écouler, agencées de part et d’autre d’un troisième plan (32) coupant le flanc (20) et parallèle au premier plan (OLT) de l’ailette (8).
2. 2. Ailette (8) selon la revendication précédente, dans laquelle le troisième plan (32) est un plan médian d’une hauteur (90) du flanc (20).
3. 3. Ailette (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le deuxième plan (52) est agencé par rapport au sens d’écoulement (3) du fluide selon un angle (46) compris entre 4 et 20°.
4. 4. Ailette (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une pluralité de créneaux (10), chaque créneau (10) comprenant au moins deux flancs (20) joints l’un à l’autre par un sommet (14).
5. 5. Ailette (8) selon la revendication précédente, dans laquelle les créneaux (10) sont disposés en au moins une rangée (16) de créneaux (10) le long d’une direction transversale (OT) au sens d’écoulement (3), les créneaux (10) d’une première rangée (17) étant agencés avec un décalage transversal (19) par rapport aux créneaux (10) d’une deuxième rangée (18) adjacente à la première rangée (17).
6. 6. Ailette (8) selon la revendication précédente, dans laquelle les flancs (20) des créneaux (10) de la première rangée (17) sont orientés dans une direction différente de celle des flancs (20) des créneaux (10) de la deuxième rangée (18).
7. 7. Ailette (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le flanc (20) est délimité par un bord d’attaque (24), au moins une des échancrures (25, 26, 28) est à une distance (80) non nulle du bord d’attaque (24).
8. 8. Ailette (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le flanc (20) est délimité par un bord d’attaque (24), au moins une des échancrures (25, 26, 28) s’étendant depuis le bord d’attaque (24).
9. 9. Ailette (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un premier chemin (60) délimité par deux créneaux (10) et un deuxième chemin (62) délimité par deux flancs (20) d’un même créneau (10), chaque chemin étant apte à être emprunté par le fluide selon le sens d’écoulement (3).
10. 10. Echangeur de chaleur (1) comprenant au moins une ailette (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes.