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Echangeur de chaleur d'appoint pour véhicules automobiles. "
La présente invention se rapporte, {Puna manière générale, aux échangeurs de chaleur., et elle concerne plus
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parbieulieremest un émhangeur de chaleur d'appo3.nt des"Gin6 à être incorporé dans l'installation de chauffage et de dégivrage d'un véhicule automobile.
Dans certains véhicules automobiles,on utilise des échangeurs de chale'ur pour produire, à partir de la cha- leur .:.les gaz d'échappement, de l'air chaud destiné au chauf- rage et au dégivrage de l'habitacle. Par exemple, demis un type de voiture connu, l'air est chauffé dans deux échangeas utilisant la chaleur des .gaz d'échappement qui sont relies aux moitiés opposées du moteur, et cet air est transmis suivant deux circuits indépendants à l'habitacle. L'un des inconvénients de cette Installation de chauffage réside en ce que, dans certaines conditions de conduite, le moteur du
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véhicule n'engendre pas suffisamment de chaleur pour assurer le confort des passagers à basse température ambiante.
En conséquence, il est nécessaire, dans les climats froids, de compléter l'installation de chauffage normale par un appareil de chauffage d'appoint.
Dans une disposition particulière, l'appareil de chauffage d'appoint comporte un ensemble brûleur-échangeur de chaleur qui comprend un boîtier et une âme de transmission calorifique et qui est incorporé directement à l'installation de chauffage normale. De l'air provenant des échangeurs de chaleur normaux utilisant la chaleur des gaz d'échappement, qui peut être complété par de l'air fourni par un ventilateur auxiliaire, est dirigé à travers le boîtier de l'échangeur de chaleur d'appoint autour de l'âme. Le brûleur fournit des produits de combustion très chauds à l'âme de transmission calorifique dont la chaleur est échangée avec l'air traversant le bottier.
L'air chauffé quittant l'échangeur de chaleur d'appoint est dirigé suivant deux circuits vers l'habitacle, tandis que les produits de combustion refroidis s'échappent de l'âme de transmission calorifique et du bottier à travers une tubulure d'échappement. Le brûleur de combustion, le ventilateur d'air auxiliaire et le débit d'air alimentant l'échangeur de chaleur d'appoint à partir des échangeurs de chaleur normaux chauffés par les gaz d'échappement, sont de préférence soumis à une régulation automatique permettant de contrôler avec précision la température de l'air pénétrant dans l'habitacle. Les détails de construction et de fonction- nement d'une installation de chauffage de véhicule modifiée du type défini ci-dessus sont décrits dans le brevet belge n 668.275 de la Demanderesse.
Dans l'échangeur de chaleur d'appoint classique incorporé à une installation de chauffage de véhicule du type
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décrit ci-dessus, l'âme de transmission calorifique comprend concentriques au moins deux tubes cylindriques/qui définissent un espace annulaire à travers lequel les produits de combustion très chauds du brûleur sont transmis. Le coefficient de transmis- sion calorifique effectif de cette âme est fonction de la superficie du tube extérieur et de la vitesse du gaz de com- bustion qui traverse l'âme. Le tube extérieur est choisi de manière à présenter une superficie qui permette d'assurer la transmission calorifique désirée.
Le tube intérieur est nécessaire pour augmenter la vitesse d'écoulement à travers l'âme de manière à donner à cette vitesse la valeur qui con- vient, compte tenu de la superficie du tube extérieur, pour obtenir la transmission calorifique désirée. Deux circonstan- ces défavorables principales accompagnent l'utilisation du tube intérieur. Tout d'abord, du fait que ce tube intérieur n'est pas refroidi, il doit être fabriqué en acier inoxydable de haute qualité, ou similaire et, par conséquent, il est coûteux. En second :Lieu, le volume intérieur du tube intérieur qui est sans utilité, augmente de façon indésirable l'encombre- ment total de l'échangeur de chaleur. De plus, l'échangeur de chaleur d'appoint cla.ssique était jusqu'à présent fabriqué en au moins six pièces ou parties séparées.
En conséquence, son assemblage demande du, temps et est coûteux.
L'invention a par conséquent pour objet de fournir un échangeur de chaleur perfectionné : - pouvant être utilisé, par exemple, en tant que partie d'un appareil de chauffage d'appoint incorporé à une installa.. tion de chauffage de véhicule, et qui est à la fois plus compact et moins coûteux que les échangeurs de chaleur d'appoint de-la technique antérieure; - comportant un unique tube de transmission calorifique dont le périmètre de la section droite extérieure est en corré-
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lation aveo la superficie de la section droite intérieu- re de manière à assurer un coefficient de transmission calorifique effectif désiré prédéterminé.
Un mode de réalisation particulier du tube de transmission calorifi- que satisfaisant à ces exigences comprend un tube présen- tant un corps allongé de section droite ayant une forme générale oblongue, avec des faces opposées sensiblement parallèles et de préférence obtenues par aplatissement d'une ébauche tubulaire cylindrique.
Cette construction élimine l'utilisation d'un tube intérieur dans l'âme de transmission calorifique, la conséquence en étant que les prix de revient des pièces et de l'assemblage sont réduits et les dimensions globales sont réduites au minimum; - dont la fabrication n'exige que quatre pièces, à savoir un boîtier en deux parties, une âme formée d'un unique tube de transmission calorifique, et un déflecteur, ce qui permet de réduire au minimum les prix de revient des pièces et de l'assemblage ; - dont les éléments sont agencés de telle manière qu'ils puissent aisément être incorporés à une installation-nor- male de chauffage de véhicule, telle que celle qui est utilisée dans le type de voiture connu déjà cité, sans modification importante de cette installation.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée, les particu- larités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
Sur ce dessin : - La figure 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur auquel sont appliqués les principes de l'invention.
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- La figure 2 est une vue de coté de l'échange de chaleur de la figure 1, sensiblement suivant la ligne 2 - 2 dans le sens indiqué par les flèches-.- --- - z- ¯ - La figure 3 est-une vue en bout de l'échangeur de chaleur de la figure 1, sensiblement suivant la ligne 3 - 3 de la figure, 1, dans le sens indiqué par les floches.
- La figure 4 est¯une vue-en bout de l'échangeur de chaleur de la figure 1, sensiblement suivant la ligne
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4-4 de la figure 1, ilanq 1-= ,,::.;;: indiqué par les .c-s - La figure 5 est une vue en perspective d'un tube de transmission calorifique auquel sont appliqués les principes de l'invention.
- La figure 6 est une vue latérale raccourcie du tube de transmission calorifique de la figure 5, avec une partie arrachée et représentée en coupe.
- La figure 7 est une vue en bout de l'extrémité de gauche du tube de transmission calorifique de la figure 6, et - La figure 8 est une vue en bout de l'extrémité de droite du tube de transmission calorifique de la figure 6.
On va tout d'a.bord examiner les figures 1 à 4 sur lesquelles est représenté un ensemble d'échangeur de cha- leur suivant l'invention, désigné par la référence générale 10. L'ensemble 10 comprend une enveloppe ou bottier 12 formée de deux parties 14 et 16. L'enveloppe 12 comporte un corps allongé 18, de section droite ayant une forme géné- rale oblongue aplatie. Sur la figure 3, le point A indique l'axe longitudinal du, corps 18 ; ligne imaginaire hori- zontale passant par l'axe longitudinal correspond au grand axe de la section droite et une ligne imaginaire verticale passant par l'axe léngiludinal correspond au petit axe de la section droite.
L'enveloppe 12 comporte une partie d'admission 20
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en saillie latéralement vers l'extérieur adjacente à l'une des extrémités du corps 18, et une partie d'échappement 22 en saillie latérale vers l'extérieur adjacente à l'autre extré- mité du corps 18. La partie d'admission 20 présente deux tubulures 24 et 26 qui définissent, respectivement, un premier et un second passage d'admission, et la partie d'échap- pement 22 présente deux tubulures 28 et 30 qui définis- sent, respectivement, un premier et un second passage d'échap- pement, tous ces passages communiquant avec l'intérieur du corps 18.
L'enveloppe 12 présente également une partie 32 formant col coaxiale à l'une des extrémités du corps 18 et une partie transversale 34 munie d'un rebord formant embou- chure à l'autre extrémité du corps 18. En outre, la partie 16 du boîtier comporte des languettes latérales 36 et la partie 14 du bottier, des languettes latérales 38 qui, lors de l'assemblage, sont repliées ou rabattues sur les re- bords latéraux 36 pour assembler les deux parties le long de leurs zones marginales adjacentes. Les deux parties 14 et 16 du boîtier, qui sont complémentaires, définissent chacune une partie du corps 18, une partie des tubulures d'admis- sion 20 et d'échappement 22, une partie du collier 32, et une partie de l'embouchure 34.
Dans la tubulure d'échap- pement 22, comme représenté sur les figures 1 et 4, sont prévus des moyens de déviation sous la forme d'une cloison déflectrice 40. La fonction de la cloison déflectrice 40 sera expliquée plus loin.
On va maintenant examiner les figures 5 à 8 et décrire l'âme ou tube 48 de transmission calorifique sui- vant l'invention qui est montée à l'intérieur du boîtier 12.
Le tube 48, à travers lequel les gaz de combustion très chauds sont dirigés, comporte un corps allongé 50 de section
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droite ayant une forme générale oblongue ou aplatie, et pré- sentant des faces opposées 52 et 54 sensiblement paral- lèles. Le périmètre de la section droite extérieure du corps 50 est en corrélation avec l'aire de sa section droite inté- rieure, de manière à établir à travers le tube, la vitesse d'écoulement convenable, correspondant à la superficie, qui procure le coefficient de transmission calorifique désiré ef- fectif. Sur la figure 7, le point B indique l'axe longi- tudinal du corps 50; une ligne imaginaire horizontale pas- sant par l'axe longitudinal correspond au grand axe.de la sec- tion droite et une ligne imaginaire verticale passant par l'axe longitudinal correspond au petit axe de la section droi- te.
Un tube dans lequel la dimension du corps 50 suivant la direction du grand axe de la section droite est sensiblement huit fois plus grande que la dimension suivant la direction du petit axe de la section droite s'est avéré satisfaisant au point de vue transmission calorifique. Pour créer une turbu- lence dans les gaz qui circulent à travers le tube 48 afin d'obtenir la transmission calorifique optimale, des jeux de nervures 56 et 58 transversales dirigées vers l'intérieur sont prévues dans les faces opposées 52 et 54, et elles sont disposées en quinconce.
Un prolongement 60 à col évasé vers l'extérieur est formé à l'une des extrémités du corps 50 et une tubulure d'échappement 62 est formée à son autre extrémité. Le tube de transmission calorifique 46 peut être fabriqué d'une seule pièce et est de préférence découpé dans une ébauche tubulaire cylindrique. Lors de l'assemblage du bottier 12 et du tube 48 (figures 1 et 2), le col 60 du tube est fixé au col 32 du boîtier, et le corps 50 du tube adjacent à la tubulure d'échappement 62 est fixé dans l'embouchure transversale 34 du bottier.
Etant donné que l'échangeur de chaleur d'appoint
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est formé de quatre pièces seulement, à savoir un boîtier en deux parties, une âme constituée par un unique tube de trans- mission calorifique et un déflecteur, le prix de revient des pièces et de l'assemblage est réduit au minimum. En outre, l'utilisation d'un unique tube de transmission calorifique 48 réduit au minimum les dimensions totales de l'échangeur de chaleur. Un brûleur classique est normalement monté à l'inté- rieur du col tubulaire 60 du tube ; et il comprend un ajuta- ge de pulvérisation de combustible et des éléments d'allumage à étincelles.
Etant donné que le brûleur ne fait pas partie de l'invention, le brûleur, le système d'alimentation en com- bustible', le système d'alimentation en air de combustion, le système électrique et le circuit de commande ne sont pas re- présentés. Un tuyau d'échappement (non représenté) est fixé à la tubulure d'échappement 62 par un boulon traversant des ouvertures 66 sur le côté de cette tubulure.
L'ensemble 10 d'échangeur de chaleur décrit ci- dessus est particulièrement bien adapté en vue de son incorpo- ration directe, avec un brûleur convenable, dans une installa- tion de chauffage de véhicule normale, par exemple du genre utilisé dans le'type de voiture connu déjà mentionné, où l'air chauffé est transmis suivant des circuits indépendants à des orifices débouchant dans l'habitacle. Dans cette installation normale, l'air est normalement chauffé dans deux échangeurs de chaleur alimentés par les gaz d'échappement et connectés aux moitiés opposées du moteur.
Sur la figure 1, on peut voir encore que, lorsqu'on incorpore l'ensemble 10 à l'installa- tion normale décrite, la tubulure d'échappement 24 est reliée à l'un des échangeurs de chaleur à gaz d'échappement, la tubu- lure d'admission 26 à l'autre échangeur de chaleur à gaz d'échappement, et les tubulures d'échappement 28 et 30, séparément, aux orifices débouchant dans l'habitacle. Les
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liaisons mentionnées ci-dessus sont assurées par des condui- tes ou des tuyaux classiques.
Lorsque l'ensemble 10 est incorporé dans l'installation décrite dans le brevet belge précité, l'une des tubulures d'admission, de préférence la tubulure 24, est également reliée à un ventilateur d'air auxiliaire. @
L'air s'échappant de l'un des échangeurs de cha- leur à gaz d'échappement et l'air additionnel s'échappant du ventilateur auxiliaire, pénètrent dans la partie d'admission 20 à travers la tubulure (l'admission 24, tandis que l'air émanant de l'autre échangeur de chaleur à gaz d'échappement pénètre dans la partie d'admission 20 à travers la tubulure d'admission 26. Cet air entrant se mélange et est dirigé à --- travers le bottier 12 aui;our de l'âme 48 dans la direction de la partie d'échappement 22.
Le brûleur monté à l'inté- rieur du col 60 du tube est capable d'introduire sélective- ment des produits de combustion très chauds à l'intérieur de l'âme 48, où sa chaleur est échangée avec l'air traversant le bottier 12. L'air chauffé quittant l'ensemble 10 à travers les tubulures d'échappement 28 et 30 est dirigé vers les orifices de l'habitacle, tandis que les produits de combustion refroidis :)'échappent de l'âme de transmission ca- lorifique à travers la tubulure d'échappement 62.
Pour éga- liser l'écoulement de l'air à travers les deux passages d'é- chappement, de façon que la. chaleur soit équilibrée aux orifices de l'habitacle, il est: nécessaire d'incorporer des moyens de déviation tels que la cloison déflectrice 40, dans la partie d'échappement 30. En l'absence de moyens déflecteurs, davan- tage d'air passerait , travers la tubulure d'échappement 30 qu'à travers la tubulure d'échappement 28, du fait que le parcours de l'air à travers la première de ces tubulures est plus rectiligne et que cette tubulure offre en outre moins de
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résistance à l'écoulement de l'air.
Le brûleur, le ventilateur auxiliaire, et l'écoulement de l'air venant des échangeurs de chaleur à gaz d'échappement vers l'ensemble 10 de chauffage d'appoint, peuvent être automatiquement contrôlés de la maniè- re décrite dans le brevet belge précité.
L'échangeur de chaleur suivant l'invention peut être utilisé, comme indiqué, en tant que partie d'un appareil de chauffage d'appoint incorporé à une installation de chauf- fage de véhicule. Grâce à sa construction relativement plate et en quatre pièces seulement, l'échangeur de chaleur est plus compact et moins coûteux que les échangeurs de chaleur de la technique antérieure. En outre, dans l'échangeur de chaleur décrit, les plans des extrémités extérieures des tubu- lures d'admission 24 et 26 sont obliques par rapport au plan défini par l'axe longitudinal et le petit axe de section droite du corps du bottier, tandis que les plans des extrémi- tés extérieures des tubulures d'échappement 28 et 30 sont perpendiculaires au plan ci-dessus mentionné.
En outre, les tubulures d'échappement 28 et 30 sont montées en opposi- tion sur un axe commun parallèle à l'axe longitudinal du corps 18 du boîtier 12. Ces configurations permettent d'incorporer aisément l'échangeur de chaleur dans une instal- lation de chauffage de véhicule normale, par exemple du genre utilisé dans le type de voiture connu déjà mentionné, sans modification considérable de l'installation et °'une manière qui permet une disposition compacte et efficace des conduites d'air associées. Enfin, les parties du boîtier et le tube de transmission calorifique peuvent être fabriqués à peu de frais en acier au carbone laminé à froid, en acier inoxydable de qualité moyenne, etc...
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être dé-
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crits, notamment par substitution de moyens techniques équi- valents, sans que l'eu sorte pour cela du cadre de la présente Invention.
-REVENDICATIONS. -
1.- Echangeur de chaleur comportant un bottier et un unique tube de transmission calorifique fixé dans ce boîtier, le périmètre de la section droite extérieure dudit tube de transmission calorifique étant en corrélation avec la superficie de sa section droite intérieure, de manière à assu- rer l'obtention d'un coefficient de transmission calorifique effectif désiré prédéterminé.
2. - Echangeur de chaleur comportant un boîtier dont une partie forme un corps allongé et un unique tube de transmission calorifique fixé dans ce boîtier, ledit tube comprenant un corps allongé de section droite ayant une forme générale oblongue.