FR2885209A1 - Echangeur de chaleur a plaques a intercalaires ameliores - Google Patents

Abstract

Echangeur de chaleur, en particulier pour un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un faisceau constitué par un empilement de plaques principales (7) délimitant des canaux de fluide caloporteur et des espaces de fluide à refroidir. Chaque plaque présente deux orifices (19). Des intercalaires (23) ondulés sont disposés dans les espaces. Ils présentent une allure rectangulaire de dimension voisine des plaques. Chaque intercalaire présente deux ouvertures (33) ménagées en regard chacune d'un orifice. L'intercalaire couvre presque totalement les plaques l'encadrant à l'exception des orifices.

Description

RFRO206.doc Échangeur de chaleur à plaques à intercalaires améliorés

L'invention a trait à un échangeur de chaleur, en particulier pour un véhicule automobile.

Elle concerne plus particulièrement un échangeur dit à plaques, c'est-àdire comprenant un faisceau d'échange de chaleur constitué par un empilement de plaques principales rectangulaires délimitant entre elles alternativement des canaux de circulation de fluide caloporteur et des espaces de circulation de fluide à refroidir. L'échange de chaleur a lieu entre le fluide caloporteur et le fluide à refroidir, par l'intermédiaire des plaques principales.

Pour permettre le passage du fluide caloporteur d'un canal à l'autre, chaque plaque principale présente deux orifices de passage de fluide caloporteur, i.e un orifice d'entrée et un orifice de sortie.

Habituellement, des plaques intercalaires ondulées sont disposées à chaque fois dans les espaces de circulation de fluide à refroidir, en regard des plaques principales les encadrant. Ces plaques sont en contact avec les plaques principales et augmentent ainsi la surface d'échange de chaleur de l'échangeur.

Les plaques intercalaires sont généralement rectangulaires et leurs dimensions sont adaptées de manière à couvrir une zone rectangulaire des plaques principales délimitée par les bords de cette plaques d'une part et par les orifices de passage d'autre part.

Ainsi, il existe des zones de la surface des plaques prin- cipales qui ne sont par couvertes par une plaque interca- laire. Cela constitue d'abord une perte, ou un manque à gagner, en terme de surface d'échange thermique. Ensuite, cela provoque des fuites de fluide à refroidir vers les zones non recouvertes. Le fluide traversant ces zones n'échange que peu de chaleur et il en découle un rendement de l'échangeur moindre.

Pour pallier les inconvénients précités, la demande de brevet français FR 2 855 604 propose de prévoir des moyens d'obturation situés entre une enveloppe logeant l'échangeur et les plaques intercalaires pour empêcher le passage du fluide à refroidir vers la zone non couverte.

La solution précédente n'ayant que partiellement donné satisfaction, la présente invention se propose d'améliorer la situation. L'invention prévoit un échangeur de chaleur à plaques dans lequel les plaques intercalaires présentent une allure généralement rectangulaire de largeur sensible- ment voisine de la largueur des plaques principales et de longueur sensiblement voisine de la longueur des plaques principales, chaque plaque intercalaire présente deux ouvertures ménagées en regard chacune d'un orifice de passage en sorte que la plaque intercalaire couvre presque totalement les plaques principales l'encadrant à l'exception des premiers et seconds orifices.

Ainsi, l'échangeur selon l'invention présente une surface d'échange maximale. Le fluide traversant les zones aupara- vant non couvertes rencontre ici une surface d'échange augmentée. Le rendement d'un tel échangeur est meilleur. On conserve un intercalaire initialement rectangulaire, qui présente des avantages de réalisation (pliage et découpage à partir de feuillard métallique, en particulier d'aluminium, de forme rectangulaire).

Selon un mode de réalisation, l'une au moins des ouvertures d'une plaque intercalaire ondulée comprend une découpe principale perpendiculaire aux ondulations s'étendant depuis un bord de la plaque intercalaire sur une longueur suffisante pour dépasser l'un des orifices d'une plaque principale en regard. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté au cas où l'orifice en question est situé au voisinage du bord.

Dans un variante de ce mode de réalisation, l'ouverture comprend une découpe supplémentaire s'étendant depuis un bord adjacent de la plaque intercalaire jusqu'à rejoindre ladite découpe principale à une distance du bord suffisante pour dépasser l'orifice. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté au cas où l'orifice en question est également situé au voisinage du bord adjacent.

Dans une autre variante, l'ouverture comprend une découpe supplémentaire parallèle à la découpe principale, opposée par rapport à l'orifice, et de longueur sensiblement égale à la longueur de la première découpe, une partie de la plaque intercalaire délimitée par la découpe principale et la découpe supplémentaire étant retassée de manière à ménager l'ouverture. Cette variante est plus particulière-ment adaptée au cas où l'orifice est éloigné des bords de la plaque principale.

Dans une autre variante encore, une partie de la plaque intercalaire délimitée par la découpe principale et un bord de la plaque intercalaire parallèle à la découpe principale est retassée de manière à ménager l'ouverture. Cette va-riante est particulièrement adaptée au cas où l'orifice est proche dudit bord.

Selon un autre mode de réalisation, l'une au moins des ouvertures d'une plaque intercalaire comprend une découpe généralement rectangulaire circonscrivant l'un des orifices d'une plaque principale en regard. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté au cas où l'orifice est éloigné de chacun des bords de la plaque principale.

Dans une configuration de l'échangeur selon l'invention, les orifices d'une plaque principale sont disposés alignés suivant la largeur de la plaque principale. Cette configuration est particulièrement adaptée au cas où l'on souhaite réaliser une circulation du fluide caloporteur selon un nombre de passes pair.

Avantageusement, les orifices d'une plaque principale sont alors disposés en des coins de cette plaque principale axialement opposés l'un de l'autre.

Dans une autre configuration, les orifices d'une plaque principale sont disposés en des coins de cette plaque principale centralement opposés l'un de l'autre. Cette configuration est plus particulièrement adaptée au cas d'une circulation du fluide caloporteur selon un nombre impair de passes.

Dans cette configuration, la plaque intercalaire en regard de la plaque principale présente de préférence une partie principale de largeur sensiblement égale à la largeur de la plaque principale et une partie supplémentaire de largeur sensiblement égale à la distance séparant les orifices, les ouvertures étant formées par différence de largeur entre les parties principale et supplémentaire. La plaque intercalaire peut alors être réalisée à partir de deux éléments de feuillard métallique rectangulaires de largeur différente.

En remplacement, la plaque intercalaire en regard de la plaque principale présente une partie principale de largeur sensiblement égale à la largeur de la plaque principale, une première partie supplémentaire de largeur sensiblement égale à la distance séparant l'un des orifices du bord distal de la plaque principale et une seconde partie supplémentaire de largeur sensiblement égale à a distance séparant l'autre orifice du bord distal de la plaque principale, les ouvertures étant formées par différence de largeur entre la partie principale et chacune des parties supplémentaires. Cette configuration est plus particulière-ment adaptée au cas où les orifices sont disposés au voisi- nage de coins centralement opposés d'une plaque principale.

Dans les deux cas, les parties principale et supplémentaires sont avantageusement obtenues à partir d'éléments de feuillard métallique différents.

De préférence, l'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une enveloppe logeant le faisceau d'échange de chaleur, ladite enveloppe comportant une entrée et une sortie de fluide caloporteur ainsi qu'une entrée et une sortie de fluide à refroidir.

Dans un mode de réalisation avantageux, les orifices de passage de fluide sont bordés d'un bossage et les ouvertures sont alors agencées de manière à se superposer aux bossages et aux orifices. Dans ce cas, les bossages peuvent être mis en contact les uns avec les autres de manière à former des collecteurs pour le fluide de refroidissement. Les ouvertures ainsi adaptées permettent de conserver une surface d'échange thermique maximale.

L'échangeur de chaleur selon l'invention est préférentiellement réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique. Le fluide caloporteur est alors principalement composé d'eau et le fluide à refroidir d'air de suralimentation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention comprenant des plaques principales et des plaques intercalaires, - la figure 2 est une coupe longitudinale partielle de l'échangeur de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'une plaque principale et d'un intercalaire de l'échangeur de la figure 35 1, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 d'une variante de réalisation, et - la figure 5 est une vue en perspective d'une plaque principale et d'une plaque intercalaire dans une autre variante de réalisation.

Les dessins annexés pourront, non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

L'échangeur de chaleur à plaques 1 représenté sur les figures 1 et 2 comprend un faisceau d'échange de chaleur 3 logé à l'intérieur d'une enveloppe 5 encore appelée boîtier. L'échangeur 1 est par exemple un refroidisseur d'air de suralimentation, ou refroidisseur RAS, pour un moteur thermique de véhicule automobile.

Le faisceau 3 est constitué par la superposition d'une pluralité de plaques embouties 7, ou plaques principales, de forme générale rectangulaire. Chaque plaque 7 comporte une paroi de fond 9, sensiblement plane, entourée d'un rebord périphérique 11 terminé par un méplat 13. Le fond 9 et le rebord 11 déterminent une cuvette peu profonde destinée à la circulation d'un fluide caloporteur, aussi appelé fluide de refroidissement. Dans le cas d'un refroidisseur RAS, on utilise fréquemment de l'eau en tant que fluide caloporteur.

Les plaques 7 sont disposées deux par deux en regard et assemblées par leurs méplats 13. Les cuvettes de deux plaques 7 ainsi appariées, ou paire de plaques 7, s'ajou- tent pour former un canal de circulation de fluide caloporteur 15. Les paires de plaques 7 sont parfois désignées "tubes à plaques".

Chaque plaque 7 présente deux bossages 17 bordant chacun un 35 orifice de passage de fluide caloporteur 19.

Dans l'échangeur 1 de la figure 1, les orifices 19 sont disposés au voisinage de coins des plaques 7 axialement opposés l'un de l'autre. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 5, les orifices 19 sont disposés au voisinage de coins de la plaque 7 centralement opposés l'un de l'autre.

Les bossages 17 d'une paire de plaques 7 sont en appui sur les bossages 17 des paires de plaques 7 adjacentes. On réalise ainsi un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie pour le fluide caloporteur. Les fonds 9 de plaques 7 adjacentes mais qui appartiennent à des paires de plaques 7 différentes délimitent des espaces de circulation de fluide à refroidir 21. Dans le cas d'un refroidisseur RAS, le fluide à refroidir est en général de l'air destiné à alimenter un moteur thermique.

Pour améliorer l'échange de chaleur entre le fluide calo-porteur et le fluide à refroidir, des plaques intercalaires ondulées 23 sont disposées à chaque fois dans les espaces 21, en contact avec les plaques 7. Les intercalaires 23 servent à la fois à augmenter la surface d'échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide à refroidir.

L'enveloppe 5 présente un allure générale de parallélépipède et comprend un demi-carter supérieur 25 et un demi- carter inférieur 27, emboîtés l'un dans l'autre. Les termes "inférieur" et "supérieur" font ici référence à la position de l'échangeur 1 sur la figure 1 et non à sa position dans un véhicule.

Deux trous de passage de fluide caloporteur 29 (un seul est représenté sur la figure 1) sont ménagés sur le demi-carter 25 en regard des orifices 19 de la plaque 7 disposée à une extrémité du faisceau 3. Les trous 29 servent d'entrée et de sortie de fluide caloporteur pour l'échangeur 1 et sont reliés au reste d'un circuit de circulation de fluide caloporteur prévu dans le véhicule.

L'enveloppe 5 présente deux faces libres de matière 31 opposées permettant l'entrée et la sortie du fluide à refroidir de manière qu'il traverse transversalement le faisceau 3. Le terme "transversal" se rapporte ici à la largeur d'une plaque 7.

L'intercalaire 23 représenté sur la figure 3 est réalisé à partir d'un feuillard métallique, en particulier d'aluminium, successivement plié de manière à former longitudinalement une série d'ondulations transversales. L'intercalaire 23 se présente initialement sous la forme d'une plaque ondulée généralement rectangulaire dont la largeur et la longueur sont sensiblement voisines de la longueur et la largeur des plaques 7 du faisceau 3.

Deux ouvertures 33 généralement rectangulaires ont été ménagées au niveau de deux coins axialement opposés de cette plaque ondulée rectangulaire en regard des orifices 19 d'une plaque 7.

Chaque ouverture 33 comprend une découpe longitudinale 35, ou découpe principale, suivant la longueur de l'intercalaire 23 depuis le bord transversal proximal de l'intercalaire jusqu'à dépasser au plus juste du bossage 17. La distance de la découpe 35 au bord longitudinal proximal de l'intercalaire 23 est telle que cette découpe passe au plus près du bossage 17.

Chaque ouverture 33 comprend en outre une découpe transversale 37, ou découpe supplémentaire, suivant la largeur de l'intercalaire 23, du bord de l'intercalaire jusqu'à re- joindre la découpe 35 à son extrémité.

Ainsi muni de deux ouvertures 33, l'intercalaire 23 est adapté pour couvrir au maximum la surface extérieure d'une plaque 7. On assure ainsi une surface d'échange de chaleur maximale.

De préférence, les ouvertures 33 sont ménagées dans le feuillard d'aluminium avant pliage. Une ouverture 33 peut 2885209 9 alors être réalisée au moyen d'un poinçon réalisant simultanément une découpe 35 et une découpe 37.

Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 4, l'intercalaire 23 est constitué d'une grande plaque 39, ou partie principale, et d'une petite plaque 41, ou partie supplémentaire. Les plaques 39 et 41 sont réalisées sous la forme de plaques métalliques ondulées rectangulaires.

La plaque 39 présente une largeur voisine de celle d'une plaque 7, et une longueur voisine de la distance séparant les bossages 17 du bord transversal distal de la plaque 7.

La plaque 41 présente une longueur voisine de la distance séparant le bord transversal proximal de la plaque 7 de l'extrémité distale des bossages 17, et une largeur voisine de la distance séparant les deux bossages 17.

Les termes "largeur" et "longueur" associés aux plaques 39 et 41 font ici référence à leur dimension suivant les directions transversale et longitudinale de l'intercalaire 23 dans son ensemble: la longueur de la plaque 41 représente sa dimension suivant la direction longitudinal de l'intercalaire 23.

Les plaques 39 et 41 peuvent être réalisées par pliage de deux feuillards d'aluminium de largeur différente de manière à former deux éléments intercalaires différents. Dans ce mode de réalisation, les ouvertures 33 sont formées par la différence de largeur des plaques 39 et 41.

Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 5, l'intercalaire 23 est destiné à couvrir l'essentiel de la surface d'une plaque 7 dont les orifices 19 sont disposés en des coins centralement opposés.

Comme précédemment, l'intercalaire 23 est initialement réalisé sous la forme d'une plaque rectangulaire ondulée dont la largeur et la longueur sont voisines des dimensions de la plaque 7. Dans cette plaque rectangulaire sont ménagés deux ouverture 33 en regard des orifices 19.

Chaque ouverture 33 est réalisée par une découpe longitudi- nale 43, ou découpe principale, à partir du bord proximal de l'intercalaire, sur une longueur dépassant largement l'orifice 19 (et le bossage 17).

Chaque découpe 43 passe à proximité du bossage 17 de l'orifice 19 en regard. Chaque découpe 43 délimite une partie allongée 45 de l'intercalaire couvrant le bossage 17. De préférence, la largeur de la partie 45 est voisine de l'encombrement du bossage 17 en largeur. La partie 45 est retassée, c'est-à-dire qu'un effort longitudinal 47 est exercé de manière à comprimer la partie et à la replier à la manière d'un accordéon. L'espace libéré par le retassement de la partie 45 forme l'ouverture 33.

De préférence, les découpes 43 sont réalisées dans le 20 feuillard d'aluminium avant pliage de l'intercalaire 23.

Dans un mode de réalisation non illustré, un orifice 19 est situé au voisinage d'un bord transversal d'une plaque en une position médiane. Une seconde découpe longitudinale 43 est alors réalisée en sorte que les découpes 43 encadrent le bossage 17. La partie de l'intercalaire délimitée par les découpes 43 peut être retassée comme précédemment pour former une ouverture 33. En remplacement, l'ouverture 33 peut être obtenue à partir de deux découpes 35 encadrant au plus juste le bossage 17 et reliées par une découpe transversale. Comme précédemment, les découpes formant l'ouverture 33 peuvent être réalisées avant pliage de l'intercalaire 23 au moyen d'un poinçon. La plaque 7 peut être enfin couverte par une plaque principale 39 et deux plaques supplémentaires disposées chacune entre un bord longitudinal de la plaque 7 et un bossage 17.

Dans un autre mode de réalisation non illustré, un orifice 19 est éloigné de chacun des bords d'une plaque 17.

2885209 11 L'intercalaire 23 est alors réalisé à partir d'une plaque ondulée rectangulaire aux dimensions de la plaque 7, l'ouverture 33 en regard de l'orifice 19 étant alors réalisé par une découpe de l'intercalaire 23 circonscrivant le bossage 17. Cette découpe est de préférence réalisée avant pliage de l'intercalaire 23 et au moyen d'un poinçon par exemple.

Selon la position des orifices 19, les modes de réalisation 10 précédemment décrits peuvent être combinés.

Tous les modes de réalisation exposés ci-dessus permettent de couvrir au maximum les plaques 7 par les intercalaire 23 afin d'améliorer les performances de l'échangeur 1.

Dans le cas où les orifices 19 ne sont pas bordés de bossages 17, i.e lorsque les collecteurs sont réalisés différemment, les modes de réalisation précédents restent applicables. Dans ce cas, les ouvertures 33 sont réalisées de manière à laisser libre de matière une partie de la plaque 7 couvrant au plus juste les orifices 19.

Dans certains modes de réalisation de l'invention, il a été décrit un retassement d'une partie allongée 45 d'un inter- calaire 43 de manière à former une ouverture 33. Il pour-rait être envisagé, à la place ou en complément, d'étirer la partie de l'intercalaire 23 opposée à la partie 45 par rapport à la découpe 43 de manière à former cette ouverture.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple, mais en-globe toutes les variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre des revendications ciaprès.

Claims (15)

Revendications

1. Échangeur de chaleur (1) comprenant un faisceau d'échange de chaleur (3) constitué par un empilement de plaques principales (7) rectangulaires délimitant entre elles alternativement des canaux de circulation de fluide caloporteur (15) et des espaces de circulation de fluide à refroidir (21), chaque plaque principale (7) présentant deux orifices de passage de fluide caloporteur (19), et des plaques intercalaires (23) ondulées disposées à chaque fois dans les espaces de circulation (21), en regard des plaques principales (7) les encadrant, caractérisé en ce que les plaques intercalaires (23) présentent une allure générale-ment rectangulaire de largeur sensiblement voisine de la largueur des plaques principales (7) et de longueur sensiblement voisine de la longueur des plaques principales (7), chaque plaque intercalaire (7) présentant deux ouvertures (33) ménagées en regard chacune d'un orifice de passage (19) en sorte que la plaque intercalaire (23) couvre pres- que totalement les plaques principales (7) l'encadrant à l'exception des orifices (19).

2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins des ouvertures (33) d'une plaque intercalaire (23) ondulée comprend une découpe principale (35, 43) perpendiculaire aux ondulations s'étendant depuis un bord de la plaque intercalaire (23) sur une longueur suffisante pour dépasser l'un des orifices (19) d'une plaque principale (7) en regard.

3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (33) comprend une découpe supplémentaire (37) s'étendant depuis un bord adjacent de la plaque intercalaire (7) jusqu'à rejoindre ladite découpe principale (35) à une distance du bord suffisante pour dépasser l'orifice (19).

4. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (33) comprend une découpe sup- 2885209 13 plémentaire parallèle à la découpe principale (35), opposée par rapport à l'orifice (19), et de longueur sensiblement égale à la longueur de la découpe principale (35), une partie de la plaque intercalaire (23) délimitée par la découpe principale (35) et la découpe supplémentaire étant retassée de manière à ménager l'ouverture (33).

5. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie de la plaque intercalaire (23) délimitée par la découpe principale (43) et un bord de la plaque intercalaire (23) parallèle à la découpe principale (35) est retassée de manière à ménager l'ouverture (33) .

6. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une au moins des ouvertures (33) d'une plaque intercalaire (23) comprend une découpe généralement rectangulaire circonscrivant l'un des orifices (19) d'une plaque principale (7) en regard.

7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices (19) d'une plaque principale (7) sont disposés alignés suivant la largeur de la plaque principale (7).

8. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les orifices (19) d'une plaque principale sont disposés en des coins de la plaque principale (7) axialement opposés l'un de l'autre.

9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les orifices (19) d'une plaque principale sont disposés en des coins de la plaque principale (7) centralement opposés l'un de l'autre.

10. Échangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque intercalaire (23) en regard de la plaque principale (7) présente une partie principale (39) de largeur sensiblement égale à la largeur de la plaque principale et une partie supplémentaire (41) de largeur sensiblement égale à la distance séparant les orifices (19), les ouvertures (33) étant formées par différence de largeur entre les parties principale (39) et supplémentaire (41).

11. Échangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque intercalaire (23) en regard de la plaque principale (7) présente une partie principale (39) de largeur sensiblement égale à la largeur de la plaque principale (7), une première partie supplémentaire (41) de largeur sensiblement égale à la distance séparant l'un des orifices (19) du bord distal de la plaque principale (7) et une seconde partie supplémentaire (41) de largeur sensible-ment égale à la distance séparant l'autre orifice (19) du bord distal de la plaque principale (7), les ouvertures (33) étant formées par différence de largeur entre la partie principale (39) et chacune des parties supplémentaires (41).

12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les parties principale (39) et supplémentaires (41) sont obtenues à partir d'éléments de feuillard métallique différents.

13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (5) logeant le faisceau d'échange de chaleur (3), ladite enveloppe (5) comportant une entrée (29) et une sortie (29) de fluide caloporteur ainsi qu'une entrée (31) et une sortie (31) de fluide à refroidir.

14. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que:Les orifices de passage de fluide (19) sont bordés d'un bossage (17) et en ce que les ouvertures sont agencées de manière à se superposer aux bossages (17) et aux orifices (19).

15. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la 2885209 15 forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, que le fluide caloporteur est principale-ment composé d'eau et que le fluide à refroidir est essentiellement composé d'air de suralimentation.

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