Bande plissée en accordéon pour échangeur de chaleur, procédé de fabrication
et utilisation de cette bande
La présente invention se rapporte à une bande plissée en accordéon pour échangeur de chaleur, par exemple pour radiateur d'automobile, ou réchauffeur et condenseur pour groupe de conditionnement d'air, etc.
Jusqu'à ce jour, et suivant une solution qui s'est affirmée davantage au cours des dernières années, les bandes à ailettes utilisées par exemple dans les radiateurs d'automobiles sont établies suivant la version que l'on peut dénommer serpentin, qui consiste en minces bandes de métal pliées en zigzag et soudées par leurs pliures aux tubes d'eau voisins. Ces bandes divisent l'espace entre deux tubes d'eau voisins en un grand nombre de canaux à air. En principe, les bandes à ailettes de cette classe générale appartiennent à deux types généraux.
Dans le premier de ces types, chaque pli, sensiblement en forme de V, de la bande à ailettes, et deux tubes à eau déterminent un passage fermé, excepté à ses extrémités opposées. L'air pénétrant dans un tel passage, par une extrémité, traverse le radiateur sans quitter le passage. Dans le second type, la bande à ailettes et deux tubes à eau forment une série de passages ou canaux communiquant entre eux. Compte tenu de la disposition générale du radiateur et de ses capacités d'entrée et de sortie, l'air pénétrant dans un de ces canaux se dirige verticalement ou horziontalement, vers une série de tels canaux, lors de son passage à travers le radiateur. Les bandes à ailettes de la première catégorie sont d'un seul tenant et continues.
Dans la seconde catégorie, les bandes à ailettes sont également d'un seul tenant, mais les ailettes situées entre les pliures de la bande à ailettes sont pourvues de fentes longitudinales ou transversales, le métal attenant auxdites fentes étant dévié hors du plan principal ou de base de l'ailette, pour former des ouïes comparables à des lamelles de persienne. Les fentes permettent un flux d'échange d'air entre les canaux, et les ouïes dirigent ce flux. Des bandes à ailettes de la seconde catégorie sont connues. Dans la pratique courante, la tôle employée dans les bandes à ailettes de ce type possède une épaisseur moyenne de 0,076 mm environ, ou plus.
La bande plissée en accordéon selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un ruban de métal d'un seul tenant, qui présente une largeur sensiblement constante, comprise entre environ 12,7mi et environ 63,5 mm et présentant une série ininterrompue de pans sensiblement plans et dans lesquels sont formées une série d'ouïes, que la partie médiane de cette bande présente une épaisseur moyenne comprise entre environ 0,038 mm et environ 0,061 mm, chacun desdits pans présentant une série de fentes sensiblement parallèles, le métal immédiatement attenant auxdites fentes étant défis chi hors du plan de base du pan, et en ce que lesdites parties marginales présentent une épaisseur de bordure sensiblement supérieure à celle de ladite partie médiane,
cette bordure s'étendant vers l'axe longitudinal sur une distance comprise entre 0,38 mm et 1,52 mm.
L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication de cette bande plissée, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on fait passer le ruban entre les rouleaux de trois paires de rouleaux de bordage pour replier l'extrême bord du ruban sur lui-même, ainsi qu'à travers les rouleaux d'une paire de rouleaux de poinçonnage pour découper des fentes dans la partie de la tôle qui conserve son épaisseur initiale et pour former, à proximité desdites fentes, des ouïes destinées à imprimer un changement de direction à l'air passant à travers lesdites fentes.
Enfin, l'invention a également trait à une utilisation de cette bande plissée, dans un radiateur de moteur à explosion.
Les nouvelles bandes plissées sont formées en une tôle plus mince que celle qui pouvait être utilisée à ce jour, les bords orientés longitudinalement de la bande étant bordés par un pli étroit du métal de la bande.
Bien que l'emploi du système à ailettes considéré ici ne soit pas limité à un domaine particulier de l'échange thermique, on notera que ce système convient en particulier en tant que partie du système de refroidissement principal d'un moteur, et c'est pourquoi on s'est référé ci-dessus à cette application aux fins de l'exposé des particularités originales que ce système comporte.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La fig. I est une vue antérieure partielle d'un radiateur d'automobile où l'on voit une forme d'application des bandes à ailettes suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue latérale semi-schématique d'une forme de réalisation de l'appareil destiné à produire les bandes à ailettes suivant l'invention, cet appareil comprenant trois paires complémentaires de rouleaux de bordage de la bande, entre lesquels passe la tôle à travailler, et où l'épaisseur des bords de celle-ci est augmentée, ainsi qu'une paire de rouleaux de poinçonnage complémentaires pour découper des fentes dans la partie de la tôle qui conserve son épaisseur initiale et pour former, à proximité desdites fentes, des ouïes destinées à imprimer un changement de direction à l'air passant à travers lesdites fentes.
La fig. 3 est une vue prise le long de la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue prise le long de la ligne 4-4 de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue prise le long de la ligne 5-5 de la fig. 2, et
la fig. 6 est une vue perspective d'une bande à ailettes suivant la présente invention, certaines parties étant représentées à l'état plié et d'autres à l'état non plié, dans le but de représenter la position relative d'ouïes voisines dans les bandes à ailettes suivant la présente invention.
Dans les fig. 1 et 6, le groupe radiateur comprend un corps 11 de dissipation de chaleur, qui comporte, à ses extrémités opposées, une capacité d'entrée 13 et une capacité de sortie 15, appelées à communiquer respectivement avec les canalisations de départ et d'arrivée d'une chemise de refroidissement d'un bloc cylindres.
Pour permettre l'écoulement du fluide de refroidissement d'une capacité à l'autre, le noyau est formé par un certain nombre de canaux à fluide ou tubes à eau 17, qui traversent des plaques d'implantation 19 et 21 et communiquent avec les capacités 13 et 15. Les tubes 17 sont espacés par des bandes à ailettes 23. Les bandes à ailettes 23 représentées dans la fig. 1 et dans la vue à plus grande échelle de la fig. 6, présentent un profil plissé ou ondulé, qui détermine une série d'ailettes 25 entre les pliures 26. Les bandes 23 s'étendent entre parois en regard respectives de tubes voisins, de manière à diviser l'espace en un nombre de cellules ou conduits à air 28, relativement petits.
Ordinairement, les bords opposés ou faces avant et arrière du noyau sont d'abord immergées dans un fondant, puis dans de la soudure fondue, en vue d'assurer l'obturation étanche des parties marginales des parois des tubes à eau là où c'est nécessaire, et de réunir les bandes à ailettes aux parois des tubes. Lorsque les canaux et les bandes à ailettes sont formés d'une façon régulière de manière à permettre un contact continu d'un bord à l'autre, il se produit un écoulement capillaire de la soudure vers le centre du noyau, et il s'établit une adhérence sûre dans toute la profondeur, pratiquement, du noyau, de manière à assurer une transmission libre de la chaleur vers les ailettes.
Il convient de considérer à présent le dessin de la bande à ailettes 23 représentée dans la fig. 6. Préalablement à son incision et à la formation des ouïes, l'ailette 25 est planaire, c'est-à-dire un seul et même plan contient à la fois l'axe longitudinal et l'axe transversal de l'ailette, sur toute la longueur de ces axes. Pour la facilité, ce plan est dénommé dans la suite plan de base .
Dans l'ailette planaire 25 sont formés des groupes de fentes transversales parallèles 27, à travers lesquelles l'air peut passer d'une cellule à l'autre. Les fentes 27 et les ouïes 29, qui leur sont voisines, sont formées en incisant l'ailette planaire et en défléchissant les languettes, ainsi dégagées, hors du plan de base. Ainsi, dans la forme de réalisation représentée, on peut considérer que l'ailette présente deux fenêtres espacées aà persiennes , dont chacune comporte une série d'ouvertures transversales entre les ouïes, lesquelles sont alignées parallèlement aux autres ol ¯s de la même fenêtre, mais sont inclinées, par rapport au plan de base de l'ailette, suivant un angle égal et opposé par rapport à celui des ouïes de la fenêtre voisine la plus proche.
Bien que, dans cette forme de réalisation, l'ailette ne comporte que deux fenêtres de cette sorte, il est bien entendu qu'une ou plusieurs fenêtres supplémentaires peuvent être prévues dans d'autres formes d'exécution, avec un même ordre d'inversion d'ouïes par rapport aux fenêtres voisines ou avec un mode d'alignement différent des ouïes.
Les portions des parties pleines ou supports d'extrémités, qui sont voisines des fentes extrêmes 27-1, forment des ouïes de déviation extérieures 29- ] , qui sont défléchies à partir de leur base, de manière à faire saillie vers l'extérieur à partir d'une face du plan de base de l'ailette.
Les bords du support médian 31, voisins des fentes extrêmes médianes 27-2, forment des ouïes de déviation intérieures ou médianes 29-2. Le terme extrême est employé ici en considérant une fenêtre donnée, c'està-dire un groupement d'ouïes, et, par conséquent, peut être extrême ou non par rapport à l'ensemble de l'ailette.
Les ailettes 29-2 sont également défléchies à partir de leur base de manière à s'avancer en saillie à partir du plan de base, sur le côté opposé à celui des ouïes 29-1.
On notera que chacune des ouïes de déviation extérieures 29-1 est alignée parallèlement à l'ouïe de déviation intérieure ou médiane la plus proche 29-2. Le reste de l'ailette constitue un support central 31, situé entre ces fenêtres, des supports latéraux 33 et des supports d'extrémités 35.
Les languettes entre les fentes 27 et les languettes entre les fentes 27 et les fentes extrêmes 27-1 et 27-2, sont déviées chacune du plan de base par pivotement autour de son axe longitudinal, de telle manière que les ouïes 29 s'avancent en saillie, à partir du plan de base, dans deux sens opposés. Outre que les ouïes 29 sont alignées parallèlement entre elles dans chaque série, elles sont également parallèles aux ouïes de déviation 29-1 et 29-2, avec lesquelles elles sont groupées. Dans une ailette de ce type, on doit prévoir au moins 5 - de préférence 6 ou plus - ouïes par centimètre d'ailette, mesuré suivant l'axe longitudinal de l'ailette proprement dite.
Il est bien entendu qu'une telle mesure doit s'effectuer le long d'une ligne transversale à la dimension longitudinale de la bande à ailettes dont les ailettes individuelles forment des parties constitutives.
Il s'ensuit que l'ailette suivant l'invention a été conçue en vue d'accroître le flux laminaire et de permettre le contact entre une plus grande quantité d'air non réchauffé et légèrement réchauffé, d'une part, et une plus grande zone d'une surface non colmatée d'échange de chaleur, par unité de temps ou par unité de volume d'air en circulation, d'autre part. Le terme colmatage employé ici est relatif au phénomène où une surface d'échange de chaleur est obstruée par un film d'air adhérent.
Les supports d'extrémités 35 présentent une épaisseur sensiblement double de celle de la portion à ouïes de l'ailette. Dans cette forme de réalisation, une bordure ou pli 35-1 de métal, formé le long des bords de la bande, améliore la rigidité mécanique de la mince ailette à ouïes. Les supports d'extrémités peuvent être formés, ainsi qu'il sera décrit dans la suite, en rabattant une faible portion du bord de la bande et en la comprimant contre la tôle de l'ailette, ou en opérant par des procédés classiques du travail des métaux, qui peuvent comprendre l'emploi de la chaleur et qui permettent de réaliser une bande, telle que décrite ci-dessus, qui présente une bordure ou un rabat d'une épaisseur notablement supérieure à celle de la partie médiane de la bande.
La bordure 35-1 s'étend vers l'intérieur, à partir der bords longitudinaux de la bande à ailettes, sur une distance comprise enttre 0,381 mm environ et 1,524 mm environ, de préférence entre 0,508 mm environ et 1,016 mm environ. La tôle à travailler a une épaisseur moyenne comprise entre 0,0381 mm environ et 0,0609 mm environ, de préférence entre 0,0457 mm environ et 0,0584mm environ. La largeur de la bande est ordinairement, dans les applications appropriées mentionnées ci-dessus, comprise entre 12,7mm environ et 63,5mm environ, plus souvent entre 19,050mm environ et 50,8 mm environ. Les ailettes à ouïes pour radiateurs ont souvent une largeur comprise entre 31,75 mm environ et 50,8 mm environ.
Les bordures de plus grandes largeurs comprises dans les limites indiquées plus haut sont pratiquées dans le cas de bandes à ailette plus larges, tandis que les bordures moins larges sont pratiquées là où l'on utilise des bandes à ailettes plus étroites. Dans les formes de réalisation particulièrement favorables, les deux bordures représentent moins de 5 % environ de la largeur totale de la bande à ailettes.
Dans les fig. 2 à 5 auxquelles on se reportera ciaprès, une bande 23 de tôle à travailler est avancée entre une première paire de rouleaux à border 40, qui comprend un rouleau de poinçonnage femelle 41 et un rouleau de poinçonnage mâle 42. Le rouleau de poinçonnage femelle 41 comprend un élément cylindrique médian 41-1 et des éléments d'extrémités circulaires 41-2 et 41-3, dont chacun présente une face tournée vers l'élément médian 41-1 et normale par rapport à la surface de l'arbre 43 aux points où l'élément médian 41-1 rejoint ces éléments d'extrémités. Le rouleau mâle 42 consiste en un élément de rouleau cylindrique ayant une longueur inférieure à celle de l'élément médian 41-1, la différence de longueur étant sensiblement égale à l'épaisseur de la tôle à travailler.
Le rouleau 42 tourne entre les éléments d'extrémités 41-2 et 41-3, parallèlement à l'élément médian 41-1 et est situé, par rapport à l'élément médian 41, à une distance sensiblement égale à l'épaisseur de la tôle à travailler 23.
Les rouleaux 41 et 42 sont supportés respectivement par les arbres 43 et 44 et tournent solidairement avec ceux-ci. Après le passage de la tôle à travailler entre les rouleaux 41 et 42, les bords longitudinaux 23-1 et 23-2 de la bande 23 se trouvent défléchis, sous un angle de 900, hors du plan de base de la bande.
Après avoir quitté les rouleaux à border 40 sous la forme d'un U allongé, la bande 23 passe entre une seconde paire de rouleaux à border 50, qui comprend un rouleau d'appui 51 et un rouleau de façonnage 52.
Les rouleaux 51 et 52 sont supportés respectivement par des arbres 53 et 54, et tournent solidairement avec ces derniers. Le rouleau de support 51 comprend un élément médian cylindrique 51-1 et deux éléments d'extrémités circulaires 51-2 et 51-3, analogues aux éléments d'extrémités 41-2 et 41-3 du rouleau 41, mais dont ils diffèrent en ce qu'ils ne s'avancent en saillie à partir de l'élément médian 51-1 que d'une distance suffisante pour fixer la position de la bande 23. Le rouleau 52 comprend un élément médian 52-1 qui n'entre pas en contact avec la bande 23, ainsi que deux éléments d'extrémités 52-2 et 52-3. Les portions extérieures 52-21 et 52-31 des éléments d'extrémités 52-2 et 52-3 roulent sur les éléments d'extrémités 51-2 et 51-3 du rouleau 51.
Entre ces portions extérieures et l'élément médian 52-1 se trouvent des portions intérieures 52-22 et 52-32, qui vont en se rétrécissant, ou présentent une forme convergente, en partant des portions extérieures 52-21 et 52-31, en direction de l'élément médian 52-1, suivant un angle de 45O approximativement.
Après avoir quitté les rouleaux à border 40, la bande 23 passe entre les rouleaux à border 50, à la suite de quoi les bords relevés 23-1 et 23-2 sont rabattus plus fortement vers la bande primitive, suivant un angle correspondant aux angles des surfaces des portions intérieures 52-22 et 52-32 des éléments d'extrémités 52-2 et 52-3 du rouleau 52.
Après avoir quitté les rouleaux à border 50 dans un état où les bords 23-t et 23-2 forment un angle inférieur à 900 avec la portion non pliée de la bande 23, cette dernière passe entre une troisième paire de rouleaux à border 60, qui comprend un rouleau d'appui 61 et un rouleau presseur 62. Les rouleaux 61 et 62 sont supportés par les arbres 63 et 64, respectivement, et tournent solidairement avec ceux-ci. Les arbres 63 et 64, de même que les arbres 43, 44, 53 et 54, mentionnés ci-dessus, sont entraînés en rotation à l'aide d'un système moteur non représenté. Le rouleau d'appui 61 est profilé de la même manière que le rouleau d'appui 51 mentionné plus haut. Le rouleau presseur 62 présente, ainsi qu'on le voit, un diamètre réduit dans sa partie médiane; il peut cependant présenter un diamètre constant sur toute sa longueur.
Il est séparé du rouleau 61 d'une distance correspondant à l'épaisseur désirée des supports d'extrémités 35, lorsque les bords 23-1 et 23-2 sont pressés contre la bande primitive 23. Une fois que l'extrémité de la bande 23 a été enfilée entre les rouleaux 61 et 62 par le rabattement des bords 23-1 et 23-2, à l'extrémité avant de la bande primitive 23, sur la partie médiane de cette bande, d'une quantité suffisante pour que l'extrémité de la bande 23 puisse s'introduire entre ces rouleaux, la bande 23 est attirée entre les rouleaux 61 et 62, et les extrémités défléchies 23-1 et 23-2 sont pressées contre la bande primitive 23, ce qui a pour effet d'augmenter l'épaisseur des supports d'extrémités 35.
L'enfilement de la bande 23 entre les rouleaux 61 et 62 s'effectue bien entendu en soulevant le rouleau 62 de dessus du rouleau 61, en appliquant l'extrémité avant de la bande 23 sur le rouleau 61 et en abaissant ensuite le rouleau 62 jusqu'à une distance fonctionnelle du rouleau 61. Comme le métal employé pour de telles bandes à ailettes est habituel lement un métal ou un alliage doux - par exemple le cuivre, l'aluminium et leurs alliages - les bords 23-1 et 23-2, ainsi que la portion de la bande primitive, sur laquelle ils sont rabattus, peuvent être comprimés jusqu'à une épaisseur légèrement supérieure au double de l'épaisseur de la matière formant la bande.
La bordure 35-1 est représentée dans les fig. 3 à 5 d'une façon grossie, mais il est bien entendu que, dans les bandes à ailettes suivant la présente invention, les bords bordés peuvent être difficilement discernés à l'oeil nu.
L'opération de bordage étant achevée, la bande bordée 23 est amenée à passer entre deux rouleaux de poinçonnage complémentaires 70, qui produisent des fentes dans la partie non bordée de la bande à ailettes, défléchissent les ouïes précitées hors du plan de base de chaque ailette et amorcent le pliage des bandes à ailettes.
Le pliage est parachevé, conformément à la pratique courante, par un des nombreux dispositifs de pliage ou fronçage connus dans ce domaine. La construction des rouleaux de poinçonnage 70 ne fait pas partie de la présente invention, ces rouleaux pouvant affecter une quelconque des nombreuses formes connues dans le domaine en question. Une paire de rouleaux de poinçonnage complémentaires, qui conviennent particulièrement à la mise en pratique de la présente invention, sont décrits d'une manière détaillée dans le brevet américain No 3214954, aux données duquel on se reporte dans la présente description.
Les bandes à ailettes décrites ci-dessus permettent de réaliser une économie importante de métal employé pour former ces bandes à ailettes.
REVENDICATION I
Bande plissée en accordéon pour échangeur de chaleur, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un ruban de métal d'un seul tenant, qui présente une largeur sensiblement constante, comprise entre environ 12,7 mm et environ 63,5 mm et présentant une série ininterrompue de pans sensiblement plans et dans lesquels sont formées une série d'ouïes, en ce que la partie médiane de cette bande présente une épaisseur moyenne comprise entre environ 0,038 mm et environ 0,061 mm, chacun desdits pans présentant une série de fentes sensiblement parallèles, le métal immédiatement attenant auxdites fentes étant défléchi hors du plan de base du pan, et en ce que lesdites parties marginales présentent une épaisseur de bordure sensiblement supérieure à celle de ladite partie médiane, cette bordure s'étendant vers l'axe longitudinal sur une distance comprise entre 0,38 mm et 1,52 mm.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Bande selon la revendication I, caractérisée en ce que la largeur de ladite bande est comprise entre environ 31,75 mm et environ 50,8 mm.
2. Bande selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties marginales occupent ensemble moins de 5 % de la largeur totale de ladite bande.
3. Bande selon la revendication I, caractérisée en ce que l'épaisseur moyenne de ladite partie médiane est comprise entre environ 0,046 mm et environ 0,058 mm.
4. Bande selon la revendication I, caractérisée en ce que lesdites parties marginales s'étendent sur une distance comprise entre environ 0,508 mm et environ ] ,016 min.
5. Bande selon la revendication I, caractérisée en ce que lesdites parties marginales présentent une épaisseur moyenne sensiblement égale au double de l'épaisseur de ladite partie médiane.
REVENDICATION Il
Procédé de fabrication de la bande plissée selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on fait passer le ruban entre les rouleaux de trois paires de rouleaux de bordage pouf replier l'extrême bord du ruban sur luimême, ainsi qu'à travers les rouleaux d'une paire de rouleaux de poinçonnage pour découper des fentes dans la partie de la tôle qui conserve son épaisseur initiale et pour former, à proximité desdites fentes, des ouïes destinées à imprimer un changement de direction à l'air passant à travers lesdites fentes.
SO US-REVENDICATION
6. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce que les bandes sont formées à partir de feuillards ayant une épaiseur moyenne inférieure à 0,065 mm.
REVENDICATION III
Utilisation de la bande plissée selon la revendication I, dans un radiateur de moteur à explosion.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.