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"Perfectionnements aux radiateurs ou échangeurs de chaleur"
La présente invention concerne les radiateurs et autres échangeurs de chaleur, qui seront tous compris ci-après sous le terme "radiateurs", et plus spécialement les radiateurs du genre utilisé pour refroidir des liquides, comme,par exemple, , dans les moteurs à combustion interne. Elle a pour objet une construction de radiateur qui assure.un meilleur échange de cha- leur, pour un poids et une surface donnés, que les radiateurs connus. Elle a, en outre, pour objet une construction perfection- née d'élément de rayonnement de chaleur, faite de bandes métal- liques et un procédé et une machine pour la fabrication d'éléments de ce genre.
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Jusqu'à ce jour, les radiateurs étaient habituel- lement construits à l'aide de paires de bandes métallique,les bandes de chaque paire présentant entre elles des passais lon- gitudinaux et les paires de bandes étant séparées les unes des autres par des bandes ondulées de telle manière que des passages transversaux se trouvaient constitués entre deux paires séparées consécutives. Normalement, un fluide (tel que l'eau), destiné à être refroidi, circule le long des passages longitudinaux et l'air circule dans les passages transversaux. Les bandes assem- blées sont construites sous forme d'une unité et sont fixées en place par soudure, la soudure rendant l'unité étanche à l'eau.
Un inconvénient de cette disposition réside dans le fait que les bandes qui constituent les passages à eau sont séparées des ban- desondulées placées entre elle et que l'effet de chauffage de l'eau est transmis aux bandes ondulées uniquement par le contact des crêtes des ondulations desdites bandes avec les bandes droi- tes, c'est-à-dire par des lignes de contact. De plus, bien qu'il soit désirable que toutes les bandes soient en cuivre, il a été nécessaire, jusqu'à ce jour ( dans le but d'assurer la rigidité requise), de faire les bandes droites en laiton et plus épaisses que les bandes ondulées, ce qui augmente le prix de revient.
On a aussi proposé d'établir un radiateur à l'ai- de de bandes ondulées auxquelles sont incorporées des ailettes, alternant avec d'autres bandes ondulées, des passages à eau étant aussi constitués par les bandes. Dans cette construction encore seuls des contacts linéaires constituent, à certaines positions, le moyen de transmission de l'effet de chauffage de l'eau, outre que les passages à eau s'obstruent après un certain temps de service.
L'invention vise à surmonter les inconvénients ci-dessus et a pour objet un procédé relativement simple et par conséquent peu coûteux pour construire un radiateur ou échangeur de chaleur qui possède un rendement et une résistance mécanique élevés.
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Suivant une caractéristique de l'invention, un élément de construction de radiateur consiste en une bande de métal ayant au moins une ondulation longitudinale et des ailet- tes transversales espacées. Suivant une autre caractéristique, cette bande métallique est établie de façon à présenter au moins une ondulation longitudinale et est plissée de manière à former des ailettes transversales espacées, dont chacune est constituée par une épaisseur double du métal de la bande, et des canaux transversaux intermédiaires.
Les éléments de ce genre sont,de préférence, façonnés sous forme de cellules, plusieurs de ces cellules étant assemblées pour constituer un noyau de radiateur ou appareil analogue, et une autre caractéristique de l'inven- tion réside dans une cellule de ce genre comprenant deux éléments 'f" disposés tels que ceux spécifiés ci-dessus/de manière que les ailettes de chacun d'eux pénètrent dans les canaux constitués entre les ailettes de l'autre élément, de telle sorte que chaque canal se trouve subdivisé en deux passages transversaux allant de l'un à l'autre des bords de la cellules Dans une telle cellule, les deux éléments peuvent être d'une seule pièce, étant constitués par un élément unique replié sur lui-même.
Une caractéristique secondaire de l'invention réside dans une section d'échangeur de chaleur comprenant deux éléments du genre ci-dessus, placés dos à dos avec leurs ondula- tions en coïncidence de manière qu'elles délimitent des passages longitudinaux. Plus particulièrement, un noyau d'échangeur de chaleur peut comprendre une série de cellules telles que colles ci-dessus, fixées les unes aux autres, avec les ondulations des cellules successives de la série en coïncidence pour constituer des passages s'étendant à l'intérieur de l'épaisseur du noyau d'un des bords au bord opposé.
L'invention réside, en outre, dans un procédé de fabrication d'éléments de construction pour échangeurs de cha- leur, qui consiste à soumettre une bande métallique à une opéra- tion de plissage, progressivement suivant sa longueur en formant ainsi une série d'ailettes transversales, - constituées chacune
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par une double épaisseur du métal de la, bande-, espacées sui- vant sa longuer par des canaux transversaux, et à soumettre la matière de la bande formant le dos des canaux à une opération d'ondulation effectuée progressivement dans la direction de la longueur de l'élément.
L'invention a, en outre, pour objet une machine permettant de fabriquer des éléments de construction pour échangeurs de chaleur à l'aide d'une bande métallique, laquelle machine comprend un mécanisme plisseur servant à plisser la ban- de transversalement et un mécanisme ondulour servant à onduler longitudinalement.
Dans les dessins annexés:
Figure 1 est une vue perspective d'un élément de construction conforme à l'invention.
Figure 2 est une vue analogue d'une partie d'une cellule entièrement établie à l'aide d'un tel élément.
Figure 3 est une vue analogue d'une partie d'un noyau de radiateur obtenu par l'assemblage d'un certain nombre de cellules de ce genre.
Figure 4 est une vue perspective d'une partie du radiateur résultant.
Les figures 5 à 26 représentent d'une manière détaillée divers stades de la fabrication d'un noyau de radia- teur à partir de plusieurs sections. Dans ce groupe de figure: figura 5 est une vue perspective d'un élément de c ons truc ti on.
Figure 6 et 7 représentent un montage servant à couper une des extrémités de cet élément.
Fig. 8 représente l'extrémité coupée.
Figure 9 et 10 représentent un autre montage servant à couper l'autre extrémité de l'élément.
Figure 11 est une vue en élévation, en regar- dant le bord dudit élément, cette figure montrant les deux extrémités coupées.
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Figure 12 illustre un stade initial de la fabri- cation d'une cellule à l'aide de l'élément de la figure 11.
Figure 13 représente une opération de sertissage réalisée sur un des bords d'une cellule en formation.
Figures 14, 15 et 16 montrent un montage destiné à une autre opération de sertissage.
Figuresl7 à 23 illustrent certains stades du sertissage.
Figures 24 et 25 représentent le sertissage réalisé au bord opposé de la cellule.
Figure 26 représente l'opération de soudure d'un bloc de cellules destiné à constituer un noyau de radiateur.
Figure 27 est une vue de coté des pièces, ayant trait à l'invention, d'une machine permettant de fabriquer des éléments de construction à partir d'une bande de métal par un procédé continu.
Figure 28 est une vue de c8té à plus grande échelle donnant des détails du mécanisme plisseur et onduleur de la machine.
Figure 29 est une vue partiellement coupée d'un transporteur servant à fermer les plis de la bande.
Figure 30 est une vue en bout de ce transporteur et représente le mécanisme ondulateur.
Figure 31 est une vue de côté à plus grande échelle d'une partie du transporteur.
On se référera d'abord aux figures 1 à 5 de ces dessins. Les éléments de construction 1 sont en cuivre et pré- sentent des ondulations ou dépressions longitudinales 1 dispo- sées de telle sorte que, lorsque deux éléments ont été assemblés dos à dos avec les ondulations mutuellement en coïncidence, on obtient une sé'rie de passageslongitudinaux(habituellement appelés "tubes").
Au cours de la fabrication des éléments, la bande de métal est repliée sur elle-même, ou plissée faibles
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intervalles de sa longueur, de manière à constituer des ailettes transversales 3 séparées par des canaux transversaux en forme d'auge . En d'autres termes, la bande est coudée à angle droit aux points et, à une courte distance de ces points 5, elle est repliée sur elle-même, en 6; elle est aussi de nouveau coudée à angle droit, en 7, de telle sorte qu'elle se prolonge dans le plan initial, et les ailettes transversales 12 sont ainsi consti- tuées par une double épaisseur de métal. L'opération est répétée sur toute la longueur de chaque bande.
Pour construire un radiateur à l'aide de tels élé- ments 1, on prévoit le nombre nécessairade longueurs de ces éléments, chaque longueur étant en substance le double de la longueur du radiateur. Chaque élément . est alors replié sur lui-même corme représenté sur la figure 2, le pli . étant soigneu- sament aplati, comme représenté, et les ailettes transversales étant placées dans des positions mutuellement intermédiaires de manière à constituer des passais à air transversaux 9; les deux extrémités de l'élément sont assemblées par un joint à recouvrement 10. On obtient ainsi une unité qu'on peut appeler et appellera par la suite une "cellule", celle-ci ayant été désignée généralement par 11 sur les figures 2, 3 et 4.
Plusieurs de ces cellules 11 sont assemblées pour constituer un noyau de radiateur, ces cellules étant à cet effet disposées en série, côte à côte, comme représenté sur la figure 3, avec les ondula- 'liions 2, placées en coïncidence de manière à former des "tubes" ou passages 12 régnant à l'intérieur de l'épaisseur du noyau, d'un des bords au bord opposé, Le bloc ou noyau ainsi constitué est alorsplacé dans une presse qui est ajustée de manière 4, presser les éléments 1 et les cellules 11 étroitement l'un contre l'autre. On soude alors les éléments 1 en plongeant les faces avant et arrière du bloc dans un bain de soudure.
On enlève alors le bloc ou noyau de la presse et on l'assemble dans une enveloppe de radiateur 13, comme représenté sur la figure 4.
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On se rend compte que, étant donné que les ailettes font corps avec les ondulations, la chaleur de l'eau circulant dans les passages .12 se transmet, aisément aux ailettes qui constituent les passages à air 2. et que, étant donné que les. passages à eau 12 sont rectilignes, ils sont peu sujets à s'ob- struer. De plus, la disposition à angle droit des portions des éléments est telle qu'un degré élevé de résistance mécanique se trouve conféré au radiateur.
Divers stades de la fabrication de noyaux de radia- teur à partir d'éléments tels que 1 seront décrits ci-après en se référant aux figures 5 à 26. Les éléments 1 sont découpés en longueurs convenables dont l'une est représentée en perspective.
Comme représenté clairement sur la figure .5,le découpage est effectué dans une paroi de base 4'. à une position voisine d'une des ailettes 3, de telle sorte qu'on obtient une ailette complète 3 à l'une des extrémités de la longueur de l'élément et une paroi de base sensiblement complète 4' à l'autre extrémité.
Un montage tel que celui représenté sur la figure 6, comprenant une barre de repérage 14 fixée à un support 15 et une lame de cisaille à guillotine pivotante 16, est prévu dans le but de sectionner en son milieu la paroi extérieure 3' de celle des ailettes extrêmes qui est adjacente à la paroi de base complète 4'. On place, par conséquent, l'élément dans le montage de telle manière que le canal approprié (c'est-à-dire le canal situé à l'extrémité de droite de la figure 5) embrasse la barre 14. On déploie alors l'ailette extrême et on la rabat par la pression de la main jusqu'à ce que sa paroi extérieure ' ait été disposée horizontalement (figure 7), avec une moitié de cette paroi en saillie au delà du bord du support 15.
On fait alors pivoter la lame de ci- saille 16 vers le bas et, étant donné que cette lame coopère avec ledit bord du support 15 de manière à effectuer la coupe en ce point, la paroi 3' de l'ailette se trouve découpée en
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son milieu, comme représenté à l'extrémité de droite de la fi- gure 8, en 3a.
A l'autre extrémité de l'élément, c'est la paroi intérieure de l'ailette extrême 3 qui doit être coupée en son milieu. A cet effet, on coupe l'ailette entière au milieu de sa hauteur et, dans ce but, on utilise un montage à coupe horizontale (figure 9 et 10), qui comporte une lame de cisaille pivotante 17 coopérant avec une barre évidée ces deux or- ganes étant montés sur un support 19 présentant une ouverture 20. La barre 16 reçoit le canal extrême 4 et, lorsque l'élément occupe cette position, on manoeuvre la lame 17 de manière à sectionner les deux parois de l'ailette extrême. On a ainsi obtenu une longueur d'élément à, extrémités coupées, comme repré- senté sur la figure 11, la portion de paroi formée par l'opé- ration mentionnée en dernier lieu étant indiquée en 3b.
Une opération subséquente du procédé de formation d'une cellule 11 consiste à replier la longueur d'élément coupée 1 sur elle-même, comme représenté sur la figure 12, de manière que les extrémités coupées 3a, 3b soient placées l'une contre l'autre, cette extrémité de l'élément plié étant appelée ci- après "extrémité coupée". L'élément plié est maintenant posé à plat, comme représenté sur la figure l@, et la moitié de paroi d'ailette extrême 3b est progressivement rabattue par dessus l'extrémité 2a par une pression exercée à l'aide d'un outil 21. en vue de l'obtention d'un demi serti 10'.
La cellule partiellement établie est maintenant trans férée au montage desfigures 14, 15 et 16, lequel montage com- prend un support 22 destiné à supporter en porte-à-faux un cor- tain nombre de barres parallèles horizontales 23, dont la supé- rieure 3µ'est un peu plus mince que les autres. Deux plaques de serrage 24, 25, dont les nervures 26 correspondent aux on- dulations de faible profondeur 2,, sont articulées en 27. 28 sur le support 22, et l'une d'ellesest pourvue d'une poignée
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@ à came 29 articulée à ladite plaque par une biellette 30. Les plaques 24, 25 étant séparées l'une de l'autre, ou dans la position d'ouverture , on insère la cellule en bout de manière à l'emboîter sur les barres 23, le demi-serti 10' étant placé au sommet et à droite (figure 14 et 17).
On referme maintenant @ les plaques 24, 25 l'une contre l'autre et on fait pivoter la poignée 29 jusqu'à la position de la figure 16, ce qui a pour ef- fet qu'une face formant came de ladite poignée oblige les plaques à serrer fermement la cellule sur les barres 23. Le demi-serti 10', disposé verticalement, est d'abord aplati pour par faire le pli aux trois points 32 de la figure 14 (déterminés par les nervures 26) à l'aide de l'outil 21 qui, à chacun de ces points en succession, est d'abord poussé vers le bas et vers la gauche, comme dans la figure 18, et est ensuite poussé vers le bas et vers la droite, comme dans la figure 19.
Le résultat de cette action est qu'un pli serré est constitué en ces trois points 32 et, étant donné que la barre de repérage supérieure 23' est moins épaisse que les autres, la matière des parois de la cellule, à l'extrémité, se trouve étalée uniformément de chaque côté, comme représenté sur les figures 19 et 20.
La figure 21. représente la section de l'extrémité de la cellule dans les zones 33 intermédiaires entre les points 32; et l'opération suivante consiste à aplatir le demi-serti 10' à l'endroit de ces zones, 'ce qui s'effectue, dans ce cas encore, à l'aide de l'outil 21, qu'on fait passer d'une ex- trémité à l'autre en exerçant une poussée vers le bas, comme indiqué sur la figure 20. La section qui en résulte à l'endroit des zones .33.. est représentée par la figure 22, et l'extrémité finie est représentée en perspective par la figure 23.
On enlève alors la cellule du montage et on la - retourne bout pour bout, c'est-à-dire qu'on emboîte maintenant l'extrémité pliée de la cellule (par opposition à l'extré- mité coupée) sur les barres 23, comme représenté par la fi-
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gure 24. Comme on le voit aussi sur cette figure, on utilise de nouveau l'outil 21 de la même manière que précédemment pour presser d'abord les plis 8' aux points 32 et les presser ensuite dans les zones 33 de manière à donner aux sertis une forme correc- te, comme représenté en 8 sur les figures 2, 3 et 25.
On assemble maintenant une série de cellules ter- minées 11 cote à cote dans un montage, représenté sur la figure 26, avec des ondulations en coïncidence. Le bloc de cellules est serré entre des barres de poussée 34 coulissnnt le long de barres de bâti 35, @ l'aide d'un @écanisse de serrage à genouillères 36, 37, des pièces d'espacement 38 étant prévues pour limiter la dimension jusqu'à laquelle le bloc de cellules peut être compri- mé.
Les barres 34 entrent en contact avec les faces des cellules extérieures à l'endroit où les ondulations sont présentées, de sorte que les extrémités des cennaux 9 sont présentées dans des plans horizontaux situés au sommet et à la, base du montage et que lesdites extrémités peuvent être immergées dans un bpin de sou- dure 39.
Les figures 27 à 31 représentent un exemple d'une machine établie de manière à fabriquer des éléments plissés et ondulés conformes à l'invention, sous une forme continue, à par- tir d'une longueur continue de bande métallique plate, et à tronçonner le produit en longueurs désirées.
Comme/présenté sur la figure 27, une provision de métal en bande plate continue 40, sous forme d'une bobine 41, est montée de façon rotative dans des paliers 42 fixés à une charpen- te 43, la bande étant déroulée de la bobine d'alimentation par deux roues plisseuses rotatives 44, 45., pourvues de dents entrant mutuellement en prise et serrant la bande entre elles.
Ces roues sont toutes deux entraînées positivement, la roue inférieure 45 étant fixée directement sur un arbre d'entrainement principal 46, monté dans des paliers convenables du bâti de la machine et re- cevant sa commande de toute source appropriée de force motrice, alors que la , roue supérieure 44 est fixée sur un arbre ìl.. monté
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dans des paliers 48 assujettis à la charpente et est entraînée par l'intermédiaire de pignons engrenants 49, 50, fixés l'un sur l'arbre l'autre sur l'arbre 47.
La bande de métal 40 est amenée aux roues plisseuses 44, 45 en passant dans un guide 51. Ces roues ont principalement pour-rôle de plisser la bande 40 dans son passage entre lesdites roues de telle manière que les ailettes transversales à soient formées partiellement. Cette opération est représentée sur la figure 28, où l'on voit que les ailettes à sortant des roues pos- sèdent la forma d'un V en section. A cet effet, les roues sont pourvues de dents 44a et 45a, respectivement, les dents de chacune d'elles s'engageant dans les creux 45b ( suivant le cas) de la roue opposée. Les dents 44a enfoncent la bande dans les creux 45b. Par conséquent, ces dents sont relativement minces, alors que les creux 45b ont une largeur plus grande que l'épaisseur d'une ailette, afin de permettre aux dents 44a d'enfoncer la bande de métal dans lesdits creux et de l'en retirer.
La largeur que pos- sèdent les dents 45a à leur sommât est égale à la largeur de chaque canal 4, mais on se rend compte que le pas de ces dents est supérieur au pas (distance d'axe en axe) des ailettes à dans la pièce finie. Les dents 44a peuvent être montées de façon amo- vible sur la roue 44 et, dans ce cas, il serait nécessaire de rectifier la périphérie de la roue après l'insertion des dents.
En quittant les roues 44, 45. le métal en bande plissé passe au mécanisme servant à refermer les plis pour termi- ner la formation des ailettes à et au mécanisme qui forme des ondulations longitudinales dans les parois 4' constituant le dos des canaux. Plus particulièrement, ces mécanismes comprennent des se mâchoires 59 qui/meuvent suivant une trajectoire sans fin, et des moyens pour obliger ces mâchoires à s'ouvrir à un stade, et à se refermer à un autre stade de leur parcours. Dans la construction représentée, ces mâchoires sont montées sur un organe flexible sans fin qui est guidé de manière à suivre une trajectoire com- prenant une portion courbe et une portion rectiligne.
A cet effet,
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on a prévu un transporteur sans fin, désigné d'une manière géné- ra,le par 52. passant sur des pignons à chaîne ou organes équiva- lents 53, 53' et 54, 54'. Ces pignons reçoivent leur commande de . l'arbre principal 14 à l'aide de roues dentées 55, 56, 57 et 58.
Le transporteur 52 est pourvu de palettes 59, et il ressort des figures 28 et 31 que, au moment où les palettes tournent autour des pignons à chaîne 53, elles se séparent l'une de l'autre de telle sorte qu'elles peuvent recevoir entre elles les ailettes partiellement formées 3, mais que, au moment où elles passent dans le brin supérieur du transporteur, elles se referment l'une contre l'autre et, de cette manière, resserrent l'une contre l'au- tre les deux parois de chaque ailette.
Il serait possible, dans le cadre de cette inven- tion, de monter chacune des palettes 59 sur un seul maillon de chacune des chaînes d'une paire de chaînes d'entraînement 60, 60' passant sur les pignons à chaîne sus-mentionnés, mais ceci obligerait à utiliser des chaînes d'un pas si petit que leur résistance mécanique serait insuffisante. C'est pourquoi l'on a adopté la disposition suivante. Chacune des palettes 59 est montée par une de ses extrémités sur un maillon unique de cha- cune des deux chaînes intérieures 61, 61' qui possèdent le petit pas nécessaire. Ces chaînes sont composées de maillons tels que 61a, 61b, 61'a, 61'b pourvus de pattes 62 qui sont fixées aux extrémités des palettes par des clavettes 63 et des vis 65, Les maillons successifs de chaque chaîne 61, 61' sont reliés par des axes d'articulation 65, 66.
Les axes 65 sont aussi reliés aux chaînas d'en- trainement 60, 60' passant autour des pignons à chaîne. Ces chat- nes 60, 60' sont composées de maillons alternants 60a, 60b,60'a, 60'b, les axes 65 constituant les axes d'articulation des maillons successifs. Chacun des maillons des chaînes 60, 60' correspond à deux maillons du transporteur 60, 60', 61, 61'. Par conséquent, pour qu'on soit sûr que les palettes 59 s'ouvriront convenablement lorsqu'elles passeront autour des pignons à chaîne,'les
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deux chaînes 60, 60' sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une demi-longueur de maillon.
La bande plissée est guidée jusqu'au transporteur par des plaques latérales 67 et, pour qu'on soit sûr que les ai- lettespartiellement forméesseront enfoncées à fond entre les palettes 59 au moment où celles-ci passent autour des pignons
53, 53' ladite bande passe au-dessous d'une lame de ressort qui pivote en 69 zur des oonsoles 70 du bâti de la machine et qui est maintenue abaissée par une entretoise 91. Lorsqu'on veut avoir accès aux palettes ou aux chaînes (par exemple en vue d'insérer l'extrémité menante d'une nouvelle bande ou pour la visite), on retire l'entretoise 91 et la lame 68 pivote vers le haut.
Dans son passage le long du brin supérieur du transporteur 52, le dos 4' des canaux (dans lesquels s'ajustent les palettes 59) de la bande est déformé de manière à constituer les ondulations longitudinales . A cet effet, les faces exté- rieures des palettes sont rainurées, comme indiqué en 71 (figure 30), et il est prévu un rouleau presseur 72 qui com- porte des nervures périphériques correspondantes 73 destinées à exercer une poussée vers le bas sur la partie supérieure du transporteur, cette poussée étant supportée par un rouleau d'appui 74. Le rouleau 72 est monté dans les consoles 70 à l'aide d'un dispositif d'ancrage 75 dont la position verticale peut étre réglée à l'aide d'un mécanisme 76.
Il est suivi par un rouleau 77 possédant une forme périphérique similaire, ce rouleau ?7. exerçant une poussée sur la bande sous l'action de la pesanteur et étant porté par des bras 78 pivotant autour de l'axe 79 du rouleau 72.
Lorsque les palettes 59 commencent à passer du brin supérieur rectiligne autour des pignons 54,54' elles se séparent l'une de l'autre, ou s'entrouvrent, ce qui diminue l'action de serrage qu'elles exerçaient sur les ailettes 1.
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Ceci permet à l'élément 1 d'être détaché du transporteur à l'aide d'un guide en forme de soc 80 (figure 28). La bande passe alors (figure 27) au-dessous d'un guide 81 et au-dessus d'une lame coupante 82 qui reçoit périodiquement un mouvement d'élévation pour sectionner l'élément en tronçons de longueur appropriée, tels que ceux représentés sur la figure 5. Cha- que fois que la lame 82 s'élève, elle pénètre dans une fente 83 du guide 81 et interrompt ainsi le mouvement de l'élément à. cet endroit. Bien que l'élément continue à sortir du tra,ns- porteur , cette interruption n'a pas d'effet préjudiciable parce que l'excédent peut se recourber sous forme d'une boucle entre le transporteur et la lame, comme représenté sur la figure 27.
La lame 82 est entraînée en synchronisme avec le mouvement du mécanisme plisseur et onduleur, grâce à une came 84 portée par un arbre 85 qui est relié à l'aide d'orga- nes de transmission 86 à l'arbre 46.