FR2972524A1 - Echangeur de chaleur et procede de fabrication d'un tel echangeur. - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur configuré pour permettre un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide susceptible d'être porté à ébullition par échange de chaleur avec le premier fluide et comprenant une plaque collectrice (3) présentant une première face destinée à être en contact dudit premier fluide entrant dans l'échangeur et une face opposée. Selon l'invention, ledit échangeur est revêtue, au moins au niveau de ladite face opposée, d'un matériau mou (13) destiné à être en contact avec le deuxième fluide. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur.

Description

Echanqeur de chaleur et procédé de fabrication d'un tel échanqeur. L'invention concerne un échangeur de chaleur et un procédé de fabrication d'un tel échangeur.
Les échangeurs de chaleur dans lesquels elle trouvera ses applications sont, par exemple, des refroidisseurs d'air de suralimentation (RAS), notamment pour véhicule automobile. Dans ce domaine, il est connu des échangeurs de chaleur comprenant un faisceau de tubes disposés parallèlement les uns aux autres sur une ou plusieurs rangées parallèles entre elles, ces tubes étant agencés pour transporter un premier fluide, tandis qu'un deuxième fluide s'écoule entre les tubes et échange de la chaleur avec le premier fluide. Dans l'application évoquée plus haut, le premier fluide est de l'air, comprimé par un turbo compresseur et destiné à l'alimentation du moteur du véhicule, tandis que le second est un liquide caloporteur.
Il est connu un échangeur comportant un carter de réception des tubes. Il est ouvert à ses deux extrémités longitudinales pour que les tubes puissent être reliés à des boîtes collectrices : une boîte collectrice d'entrée et une boîte collectrice de sortie. Le premier fluide s'écoule dans les tubes depuis la boîte collectrice d'entrée vers la boîte collectrice de sortie. Le deuxième fluide s'écoule autour des tubes, depuis un collecteur d'entrée, vers un collecteur de sortie, tous deux situés sur le carter, et échange de la chaleur avec le premier fluide.
Les boîtes collectrices d'entrée et de sortie du premier fluide comportent chacune une plaque collectrice, respectivement d'entrée et de sortie, de maintien des tubes. Les tubes passent au travers d'orifices ménagés dans les plaques collectrices et débouchent dans les boîtes collectrices de fluide. Les plaques collectrices sont métalliques, notamment en aluminium.
Dans le cas où le deuxième fluide s'écoulant autour des tubes est un liquide, si le premier fluide qui arrive au contact de la plaque collectrice d'entrée a une température élevé, ceci peut entraîner un phénomène d'ébullition du deuxième fluide présent à proximité du collecteur, plus communément appelé phénomène de cavitation.
Ce phénomène de cavitation peut entraîner à son tour la création d'une multitude de petites piqûres au niveau de la plaque collectrice accélérant la corrosion et augmentant ainsi le risque de fuite dans l'échangeur.
La présente invention a pour but de remédier au problème précité.
Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur configuré pour permettre un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide susceptible d'être porté à ébullition par échange de chaleur avec le premier fluide et comprenant une plaque collectrice présentant une première face destinée à être en contact dudit premier fluide entrant dans l'échangeur et une face opposée.
Selon l'invention, ledit échangeur est revêtue, au moins au niveau de ladite face opposée, d'un matériau mou destiné à être en contact avec le deuxième fluide.
Autrement dit, le deuxième fluide n'est en contact avec la plaque collectrice qu'au niveau du matériau mou revêtu sur celle-ci. Ainsi, en cas d'ébullition du deuxième fluide à proximité de la plaque collectrice, les bulles de gaz qui se créent, éclatent en superficie du matériau mou qui se déforme localement avant de reprendre sa forme initiale. De cette manière, on empêche la création de petite « piqûre » ou fissure sur la plaque collectrice, évitant ainsi que la corrosion puisse créer des fuites dans l'échangeur.
L'échangeur de chaleur pourra en outre comprendre des tubes de circulation du premier fluide et un carter entourant lesdits tubes, la plaque collectrice de l'échangeur étant apte à être traversée par lesdits tubes. Selon un aspect de l'invention, le matériau mou est du silicone ou un matériau polymère ou élastomère ou plastique. Tous ces matériaux mous présentent30 l'avantage de se déformer localement au contact des bulles de gaz qui éclatent et de reprendre leurs formes initiales par la suite.
Selon un aspect de l'invention, ledit matériau mou à une épaisseur comprise 5 entre 1 et 10 mm, notamment 5 mm.
Selon un aspect de l'invention, ladite plaque collectrice comprend un bord relevé, ledit bord relevé présentant un premier coté apte à être brasé au carter, et un coté opposé revêtu du matériau mou destiné à être en contact avec ledit deuxième 10 fluide.
Selon un aspect de l'invention, ledit carter possède une face interne destinée à être en contact avec ledit deuxième fluide, une portion de ladite face située proche de la plaque collectrice étant revêtue du matériau mou. Selon un aspect de l'invention, les tubes possèdent une paroi destinée à être en contact avec ledit deuxième fluide, une partie de ladite paroi située proche de la plaque collectrice étant revêtue du matériau mou.
20 En disposant le matériau mou sur la face opposée de la plaque collectrice, sur une portion de la face interne du carter, sur une partie de la paroi des tubes et/ou sur le coté opposé du bord relevé de la plaque collectrice, on assure une protection de l'échangeur contre le phénomène de corrosion, au niveau de la zone où le phénomène de cavitation est susceptible de se produire. 25 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur tel que décrit précédemment et dans lequel : - on brase la plaque collectrice, les tubes et le carter; - on injecte le matériau mou par un orifice prévu sur le carter de sorte que le 30 matériau puisse se répartir sur la face opposée de la plaque collectrice;
Il s'agit par exemple, d'un orifice d'entrée et/ou de sortie du second fluide dans le carter. 15 Le brasage de la plaque collectrice, des tubes et du carter permet de nettoyer et de dégraisser la surface sur laquelle le matériau mou est disposé de sorte que son adhérence est améliorée et qu'il puisse être réparti de façon uniforme. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
10 La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un échangeur de chaleur comprenant une plaque collectrice conformément à l'invention.
La figure 2 est une vue partielle en coupe de l'échangeur de la figure 1 selon un plan perpendiculaire à l'axe longitudinale de l'échangeur, situé à l'intérieur du 15 carter, à proximité de la plaque collectrice.
La figure 3 et une vue en coupe selon la ligne III - III représenté sur la figure 2.
20 Comme illustré sur la figure 1, l'invention concerne un échangeur de chaleur. Cet échangeur est, par exemple, un refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) d'un système d'alimentation en gaz d'admission d'un moteur thermique pour véhicule automobile ou analogue.
25 L'échangeur de chaleur 1 pourra comprendre un faisceau de tubes parallèles 2 de circulation d'un premier fluide, notamment de l'air de suralimentation, un carter 5 de réception ou de logement de ces tubes 2, une boîte collectrice d'entrée 6 du premier fluide munie d'une plaque collectrice d'entrée 3 et d'un couvercle 7 et une boîte collectrice de sortie du premier fluide munie d'une plaque collectrice de sortie 4 30 et d'un couvercle (non représenté). Le couvercle 7 peut être muni d'une tubulure 12 d'entrée du premier fluide. De même pour le couvercle de sortie.5 Le carter 5 comporte, dans la forme de réalisation présentée, deux partie 14, 15 conformées en L et brasées entre elle autour des tubes 2. Il comporte également des ouvertures 8, 9 de connexion à des canalisations d'écoulement d'un deuxième fluide, notamment un liquide caloporteur, reliées à une boucle de circulation du deuxième fluide dans laquelle l'échangeur 1 est monté. Ces ouvertures 8, 9 sont situés respectivement au niveau d'un collecteur de sortie 10 et d'un collecteur d'entrée 11 du deuxième fluide lui permettant de se répartir entre tous les tubes 2 de l'échangeur. Dans la forme de réalisation décrite, les différents éléments de l'échangeur 1 sont brasés les uns aux autres. Ils sont en aluminium et/ou alliages d'aluminium.
L'échangeur 1 décrit est un échangeur dit "air-eau", c'est-à-dire un échangeur dans lequel les fluides qui échangent de la chaleur sont l'air et l'eau. Ledit premier fluide est ici de l'air et ledit deuxième fluide, de l'eau, notamment de l'eau glycolée d'un circuit de refroidissement dit "basse température" du véhicule.
En référence à la figure 1, l'échangeur 1 est globalement de forme parallélépipédique. Par convention et pour simplifier sa description, on définit la direction L par la longueur de l'échangeur 1, qui est sa plus grande dimension, et dans la direction de laquelle s'écoulent les fluides, la direction 1 par la largeur de l'échangeur 1 et la direction h par sa hauteur (ou épaisseur). D'ailleurs, sur les figures, on forme un repère cartésien (L, 1, h) sur la base de ces directions perpendiculaires entre elles.
Toujours en référence à la figure 1, les tubes 2 de circulation du premier fluide sont par exemple de forme aplatie. Leur grande dimension (qui est la direction globale de l'écoulement du premier fluide en leur sein) est parallèle à la direction de la longueur L de l'échangeur 1 et leur section transversalement à cette longueur L est de forme sensiblement rectangulaire, arrondie aux sommets ; le rectangle dont la section de chaque tube 2 a la forme présente une dimension parallèle à la largeur 1 de l'échangeur 1 et une dimension parallèle à la hauteur h de l'échangeur 1. Ils pourront être disposés en un ou plusieurs rangs dans le ou lesquels ils sont empilés, parallèlement les uns aux autres, dans la direction h.
Dans les tubes 2 sont éventuellement montées des intercalaires 16 (représenté sur la figure 2) de perturbation de l'écoulement du premier fluide permettant de faciliter les échanges thermiques entre le premier fluide et le deuxième fluide au travers des parois 2' des tubes 2. Ces intercalaires 16 sont, par exemple, de forme ondulée.
Entre les tubes 2, des canaux d'écoulement du deuxième fluide sont définis. Ils pourront être munis de perturbateurs 20 de l'écoulement du deuxième fluide. 10 Cet écoulement se fait de préférence à contre-courant c'est-à-dire dans le sens contraire du sens d'écoulement du premier fluide. Les perturbateurs sont également de forme ondulée et s'étendent sensiblement sur toute la surface latérale des tubes 2 (on parle, par surface latérale, de la surface des tubes 2 définie par les 15 dimensions parallèles à la longueur L et à la largeur 1 de l'échangeur 1) et dans tout l'espace entre deux tubes 2 successifs auxquels ils sont brasés ; des perturbateurs sont également prévus entre les tubes 2 situés aux extrémités du faisceau et une face interne du carter 5. Les perturbateurs ont une forme créant des turbulences dans l'écoulement du deuxième fluide passant à travers eux pour favoriser les 20 échanges thermiques.
Comme évoqué plus haut, l'échangeur 1 comporte, à chacune de ses extrémités (dans la dimension de sa longueur L), une boîte collectrice du premier fluide. Les extrémités, selon la direction L, des tubes 2 de circulation du premier 25 fluide, traversent les plaques collectrices 3, 4 et sont connectées aux boîtes collectrices du premier fluide, le volume intérieur des tubes 2 étant ainsi en communication fluidique avec le volume intérieur des boîtes collectrices. Autrement dit, les tubes 2 débouchent dans les boîtes collectrices par l'intermédiaire des plaques collectrices 3, 4. 30 Les plaques collectrices se présentent sous la forme d'une plaque montée transversalement à la longueur L de l'échangeur 1 pour recevoir les extrémités des tubes 2. Elles présentent ainsi une première face destinée à se trouver du coté où les tubes débouchent et une face opposée, dirigée vers l'intérieur du carter 5. Les plaques collectrices 3, 4 sont également percées d'une pluralité d'orifices, chaque orifice étant associé à un tube 2 et possédant une forme correspondant à la section d'un tube 2. Les orifices peuvent être bordés par des collets ou rebords de contention de l'extrémité des tubes 2 et de maintien de ces derniers en position. Les collets remplissent par ailleurs une fonction de rigidification des plaques collectrices 3, 4.
Les boîtes collectrices 3, 4 sont reliées à des canalisations (non représentées) d'un circuit du premier fluide dans lequel est monté l'échangeur 1. Le premier fluide est introduit dans les tubes 2 par l'intermédiaire de la boîte collectrice 6 d'entrée du premier fluide et est recueilli en sortie des tubes 2 par la boîte collectrice de sortie du premier fluide.
Selon l'invention, la face opposée de la plaque collectrice d'entrée 3, représentée à la figure 2, est revêtue d'un matériau mou 13 destiné à être en contact avec le deuxième fluide circulant dans l'échangeur de chaleur.
Comme illustré sur la figure 2, le matériau mou 13 recouvre toute la face opposée de la plaque collectrice d'entrée 3 selon un plan parallèle au plan défini par les directions 1 et h et épouse ainsi les contours extérieur des tubes 2 traversant la plaque collectrice d'entrée 3. De cette manière, le deuxième fluide est en contact avec la plaque collectrice d'entrée 3 seulement par l'intermédiaire du matériau mou 13. Ainsi, dans le cas où i1 y aurait ébullition du deuxième fluide à proximité de la plaque collectrice d'entrée 3, les risques que les bulles de gaz qui éclatent endommagent la plaque collectrice d'entrée 3 sont diminués.
De manière avantageuse, mais non exclusivement, le matériau mou 13 est du silicone. Il peut également être un matériau polymère, élastomère ou encore plastique. Le matériau mou 13 peut avoir une épaisseur selon la direction L, comprise entre 1 et 10 mm et notamment 5 mm.30 La figure 3 représente un tube 2, la plaque collectrice d'entrée 3, le carter 5 et le matériau mou 13. Cette figure illustre un mode de réalisation selon lequel la plaque collectrice d'entrée 3 est munie d'un bord relevé 3' (représenté sur la figure 3 mais pas sur la figure 2 car situé derrière le matériau mou) présentant un coté brasé sur une face interne 5' du carter 5. Le bord relevé 3' ou bord plié est dirigé vers l'extérieur de l'échangeur selon une direction parallèle à L. Il est notamment présent sur l'intégralité de la périphérie de la plaque collectrice d'entrée 3, c'est-à-dire sur tout son contour, pour assurer un bon brasage avec le carter 5 et ainsi une bonne étanchéité de la plaque collectrice d'entrée 3 et du carter 5 avec le deuxième fluide.
Le bord relevé 3' permet en outre un positionnement plus simple de la plaque collectrice d'entrée 3 avant son brasage mais aussi un meilleur maintien après le brasage, puisque la surface de contact (et donc de brasage) est plus importante que si la plaque collectrice d'entrée 3 était brasée le long d'une tranche. Sur l'exemple illustré, il s'agit de la plaque collectrice d'entrée 3, mais il est bien évident que la plaque collectrice de sortie 4 peut également être munie d'un bord relevé tel que décrit précédemment.
Une portion 5" de la face interne du carter 5, située près de la plaque collectrice d'entrée 3 est par exemple revêtue du matériau mou 13. De cette manière, le matériau mou présent sur la plaque collectrice d'entrée 3 selon un plan parallèle au plan défini par les directions 1 et h, se prolonge, de manière continue et étanche par rapport au deuxième fluide, le long de la face interne 5' du carter 5, c'est-à-dire vers l'intérieur de l'échangeur 1 selon la direction L.
De la même façon, et toujours représenté sur la figure 3, une partie 2" de la paroi 2' du tube 2 située près de la plaque collectrice d'entrée 3 est notamment revêtue du matériau mou 13. De cette manière, le matériau mou 13 présent sur la plaque collectrice d'entrée 3 selon un plan parallèle au plan définis par les directions 1 et h, se prolonge, de manière continue et étanche par rapport au deuxième fluide, le long de la paroi 2' du tube 2, c'est-à-dire vers l'intérieur de l'échangeur 1 selon la direction L.
Ainsi, le matériau mou 13 permet de protéger, en plus de la plaque collectrice d'entrée 3, une zone proche d'elle qui s'étend vers l'intérieur de l'échangeur en étant disposé sur le carter 5 et/ou sur le tube 2.
Selon une variante de l'invention (non représentée), le bord relevé 3' est dirigé toujours selon la direction L mais vers l'intérieur de l'échangeur 1. Il peut également comprendre plusieurs plis parallèle entre eux, un coté du dernier plis étant apte à être brasé sur le carter 5. Dans ce mode de réalisation, le matériau mou 13, présent sur la plaque collectrice d'entrée 3 selon un plan parallèle au plan défini par les directions I et h, peut être prolongé, de manière continue et étanche par rapport au deuxième fluide, le long du bord relevé 3', puis éventuellement le long de la face 5' du carter 5 pour étendre la zone de protection vers l'intérieur de l'échangeur.
L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un échangeur 1 tel que décrit précédemment. Le procédé comprend les étapes selon lesquelles on brase la plaque collectrice d'entrée 3, les tubes 2 et le carter 5. Par exemple, on brase les tubes 2 à la plaque collectrice d'entrée 3 au niveau des collets des orifices ménagés dans la plaque collectrice d'entrée 3 pour laisser passer les tubes 2 et on brase la plaque collectrice d'entrée 3 au carter 5, notamment sur toute sa périphérie et en particulier sur une surface du bord relevé 3'.
Selon l'invention, on injecte ensuite un matériau mou 13 par un orifice prévu sur le carter 5, par exemple les ouvertures 8, 9 des collecteurs 10, 11 du deuxième fluide, notamment située proche de la plaque collectrice d'entrée 3, de sorte que le matériau mou 13 puisse se répartir sur la face de la plaque collectrice d'entrée 3 dirigée vers l'intérieur du carter 5 de manière continue, étanche et uniforme. On s'assure ainsi que le deuxième fluide ne sera en contact avec la plaque collectrice d'entrée 3 qu'au niveau du matériau mou 13.30

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1) configuré pour permettre un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide susceptible d'être porté à ébullition par échange de chaleur avec le premier fluide et comprenant une plaque collectrice (3) présentant une première face destinée à être en contact dudit premier fluide entrant dans l'échangeur et une face opposée, caractérisée par le fait que ledit échangeur (1) est revêtue, au moins au niveau de ladite face opposée, d'un matériau mou (13) destiné à être en contact avec le deuxième fluide.
  2. 2. Echangeur (1) selon la revendication 1, dans lequel le matériau mou (13) est du silicone ou un matériau polymère ou élastomère ou plastique.
  3. 3. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications, dans lequel ledit matériau mou (13) à une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.
  4. 4. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications, dans lequel ledit matériau mou (13) à une épaisseur de 5 mm.
  5. 5. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des tubes de circulation du premier fluide, un carter (5) entourant les tubes (2), et dans lequel la plaque collectrice (3) est apte à être traversée par lesdits tubes (2) et comprend un bord relevé (3'), ledit bord relevé (3') présentant un premier coté apte à être brasé au carter, et un coté opposé revêtu du matériau mou (13) destiné à être en contact avec ledit deuxième fluide.
  6. 6. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant des tubes de circulation du premier fluide, un carter (5) entourant les tubes (2), et dans lequel la plaque collectrice est apte à être traversée par lesdits tubes, ledit carter (5) possédant une face interne (5') destinée à être en contact avec ledit deuxième fluide, une portion (5") de ladite face interne (5') située proche de la plaque collectrice (3) étant revêtue du matériau mou (13).
  7. 7. Echangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel les tubes (2) possèdent une paroi (2') destinée à être en contact avec ledit deuxième fluide, une partie (2") de ladite paroi (2') située proche de la plaque collectrice (3) étant revêtue du matériau mou (13).
  8. 8. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendication 5 à 7 dans lequel : - on brase la plaque collectrice (3), les tubes (2) et le carter (5); - on injecte le matériau mou (13) par un orifice de passage prévu au niveau du carter 10 de sorte que le matériau mou (13) puisse se répartir sur la face opposée de la plaque collectrice (3).
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit orifice est un orifice de passage du deuxième fluide. 15 20 25 30
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