FR3024771A1 - Faisceau d'echangeur de chaleur et echangeur de chaleur comprenant ledit faisceau - Google Patents

Abstract

Faisceau d'échangeur de chaleur, notamment de refroidisseur d'air de suralimentation, ledit faisceau comprenant une pluralité de plaques (20) empilées selon une direction d'empilement de façon à définir des canaux (22, 24) de circulation pour un premier et un second fluide destinés à échanger de la chaleur entre eux, ledit faisceau comprenant en outre un carter à l'intérieur duquel lesdites plaques (20) sont logées, ledit carter (40) comprenant au moins une paroi (42s), disposée en vis-à-vis de l'une (20s) des plaques de ladite pluralité de plaques, dite plaque supérieure et/ou inférieure, prévue en extrémité de ladite pluralité de plaques (20) selon ladite direction d'empilement, ladite paroi (42s), dite paroi de circulation, étant configurée pour former une lame de passage (41) de l'un, dit premier, des fluides.

Description

1 Faisceau d'échangeur de chaleur et échangeur de chaleur comprenant ledit faisceau L'invention concerne un faisceau pour un échangeur de chaleur et un échangeur de chaleur comprenant ledit faisceau. Elle concerne en particulier le domaine des refroidisseurs d'air de suralimentation et encore plus particulièrement le domaine des modules d'admission d'air pour moteur thermique comprenant un tel refroidisseur. Elle trouvera ses applications, notamment, dans le domaine des véhicules automobiles Il est connu d'effectuer l'alimentation en air d'un moteur à l'aide d'un système de suralimentation utilisant des compresseurs d'air, par exemple des turbocompresseurs. L'air en sortie des compresseurs est échauffé ce qui présente certains inconvénients. Il est ainsi connu de l'art antérieur de refroidir l'air d'alimentation au moyen d'un échangeur de chaleur, aussi appelé refroidisseur d'air de suralimentation (RAS).

Il a tout d'abord été principalement utilisé des refroidisseurs d'air de suralimentation du type tubes et intercalaires permettant un échange de chaleur entre l'air de suralimentation circulant dans les tubes et un flux d'air provenant de l'extérieur du véhicule, circulant entre les tubes.

Il a également été proposé des échangeurs de chaleur comprenant un faisceau formé d'un empilement de plaques superposées, permettant un échange de chaleur entre l'air de suralimentation et un fluide de refroidissement, en général liquide. Les plaques empilées forment alternativement des canaux de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir et des canaux de circulation pour le fluide de refroidissement. Pour définir les canaux de circulation du liquide de refroidissement les plaques sont embouties et définissent chacune des lames de passage dudit liquide de refroidissement. Comme lesdites plaques sont assemblées par paire, la section de passage du liquide de refroidissement correspond à l'addition de la section de passage de chacune des lames 3 0 définie par les plaques d'une même paire. Le faisceau comprend en outre un carter à l'intérieur duquel lesdites plaques sont logées. Ledit carter permet l'accrochage de boîtes collectrices d'entrée ou de sortie de l'air et de différentes tubulures d'entrée ou sortie du liquide de refroidissement ainsi que la 35 fixation de brides d'accrochage. Ledit carter comprend des parois planes fixées aux 3024771 2 plaques supérieure et/ou inférieure du faisceau. Lesdites parois forment de la sorte un couvercle fermant les lames de passage des plaques supérieure et/ou inférieure. Il résulte d'un tel assemblage qu'au niveau du carter, la section de passage du 5 liquide de refroidissement est limitée à la seule lame de passage définie par la plaque située en vis-à-vis. Cette configuration entraine un risque d'échauffement du liquide de refroidissement pouvant aller jusqu'à entrainer son ébullition, ce qui peut avoir des conséquences majeures sur la tenue mécanique des plaques. 10 Afin d'améliorer la situation, l'invention propose un faisceau d'échangeur de chaleur, notamment de refroidisseur d'air de suralimentation, ledit faisceau comprenant une pluralité de plaques empilées selon une direction d'empilement de façon à définir des canaux de circulation pour un premier et un second fluide destinés à échanger de la chaleur entre eux, ledit faisceau comprenant en outre un carter à l'intérieur duquel 15 lesdites plaques sont logées, ledit carter comprenant au moins une paroi, disposée en vis- à-vis de l'une des plaques de ladite pluralité de plaques, dite plaque supérieure et/ou inférieure, prévue en extrémité de ladite pluralité de plaques selon ladite direction d'empilement, ladite paroi, dite paroi de circulation, étant configurée pour former une lame de passage de l'un, dit premier, des fluides. 20 Autrement dit, on se sert d'abord de ladite paroi de circulation pour définir la lame de passage du premier fluide plutôt que de ladite plaque supérieure et/ou inférieure. Ladite paroi étant plus robuste, par exemple plus épaisse, puisqu'il s'agit d'une paroi de carter, les risques de défaillance sont limitées. 25 Selon un aspect de l'invention, lesdites plaques supérieure et/ou inférieure forment également une lame de passage dudit premier fluide, ladite lame de passage définie par la paroi de circulation et ladite lame de passage définie par ladite plaque supérieure et/ou inférieure s'étendant avantageusement en correspondance l'une de l'autre. On augmente de la sorte la section de passage du premier fluide par rapport aux solutions de l'art antérieur évoquées plus haut, ce qui pourra aussi contribuer à limiter les défaillances indiqués plus haut, sans que la paroi de circulation soit nécessairement plus robuste que les plaques du faisceau.

Selon des modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris séparément ou en combinaison : 3024771 3 - ladite paroi de circulation comprend des corrugations destinées à perturber l'écoulement dudit premier fluide dans ladite lame de passage du premier fluide, - lesdites corrugations sont localement fixées à ladite plaque supérieure et/ou inférieure, notamment au niveau de corrugations desdites plaques supérieure et/ou 5 inférieure, - ladite paroi de circulation est configurée de manière à ce que ladite lame de passage du premier fluide forme un canal en serpentin, - ladite paroi de circulation présente des orifices d'entrée et de sortie dudit premier fluide, 10 - lesdits orifices d'entrée et/ou de sortie sont disposés à deux extrémités opposées dudit canal, - ladite paroi de circulation comprend des cloisons configurées de façon à ce que ledit canal comprennent des passes, séparées par lesdites cloisons, lesdites passes étant destinées à être parcourues en série par ledit premier fluide selon des sens opposés, 15 d'une passe à l'autre, - ladite paroi de circulation comprend un bord périphérique de fixation à ladite plaque supérieure et/ou inférieure, - ledit bord longe ladite lame de passage du premier fluide, - ladite paroi de circulation définit une face dudit carter et présente un bord 2 0 d'accrochage d'une boîte collectrice de l'autre, dit second, desdits fluides, - ledit bord d'accrochage relie deux autres faces dudit carter, - la paroi de circulation comprend des brides d'accrochage à l'une au moins desdites autres faces du carter, - lesdites brides sont prévues au niveau d'un ou de bords de ladite paroi, dit bords 2 5 d'interface, disposés transversalement audit bord d'accrochage, - ledit carter comprend en outre trois autres parois, deux desdites autres parois définissant respectivement lesdites deux autres faces du carter et la troisième desdites autres parois étant située en vis-à-vis de l'autre des plaques parmi la plaque supérieure et/ou inférieure, ladite paroi de circulation et lesdites autres parois étant assujetties entre 3 0 elles, - ladite troisième des autres parois forme également une paroi de circulation, - la ou lesdites parois de circulation sont formées par emboutissage, par usinage et/ou par formage.

3024771 4 L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur comprenant un faisceau tel que défini ci-dessus. Ledit échangeur pourra être configuré sous la forme d'un module d'admission d'air.

5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit d'exemples de réalisation, donnés à titre non limitatif et faite en regard des figures annexées parmi lesquelles : -la figure 1 illustre en perspective un exemple de réalisation du faisceau d'échange de chaleur conforme à l'invention, 10 - la figure 2 illustre plus en détail une partie coupée transversalement de la figure 1, - la figure 3 illustre une paroi de circulation du faisceau de la figure 1, vue de dessous. Dans ces figures, des références identiques sont données à des objets semblables.

15 Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un faisceau 10 d'échangeur de chaleur. Ledit faisceau comprend une pluralité de plaques 20 empilées selon une direction d'empilement D, de façon à définir des canaux de circulation pour un premier et un second fluide destinés à échanger de la chaleur entre eux.

20 Ledit premier fluide est, par exemple, un liquide de refroidissement, telle qu'un mélange d'eau et d'antigel, notamment du glycol. Ledit second fluide est, par exemple, de l'air. Ceci n'est pas limitatif de la portée de la présente invention pour laquelle le second fluide pourra être un mélange d'air et de gaz d'échappement, en particulier de gaz 25 d'échappement recirculés, voire un autre gaz ou mélange de gaz. Comme cela est mieux visible figure à la figure 2, lesdites plaques 20 sont avantageusement assemblées par paire pour former lesdits canaux de circulation du premier et du second fluide, deux plaques d'une même paire formant un canal 22 de 3 0 circulation pour le premier fluide et deux plaques de deux paires, différentes et adjacentes, formant un canal 24 de circulation pour le fluide de refroidissement. Lesdites plaques 20 sont avantageusement identiques, lesdites plaques 20 d'un même paire de plaque étant montée de façon symétrique l'une par rapport à l'autre par 35 rapport à un plan de symétrie situé à l'interface entre lesdites plaques 20.

3024771 5 Afin d'améliorer l'échange de chaleur, ledit faisceau pourra comprendre des perturbateurs 25 dans les canaux de circulation pour le second fluide. Autrement dit, les perturbateurs 25 s'étendent entre les plaques de deux paires, différentes et adjacentes, de plaques 20.

5 Lesdites paires de plaques 20 communiquent de façon à permettre une circulation du premier fluide entre elles. Pour cela, elles pourront comprendre des embouties, non visibles sur les dessins, venant en contact des emboutis de la plaque 20 de la paire de plaques voisine. Lesdits emboutis comportent un orifice de passage pour le premier 10 fluide. Compte-tenu de l'empilement des plaques 20, et donc de leur emboutis, on forme de la sorte un collecteur d'entrée 26 et un collecteur de sortie 28 pour le premier fluide avec lesquels communiquent les canaux 22 de circulation du premier fluide, formés par chacune des paires de plaques 20.

15 Autrement dit, si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, on constate que ledit premier fluide rentre dans le faisceau selon une flèche repérée 30 par le collecteur d'entrée 26 du premier fluide et se répartit dans chacun des canaux 22 pour ledit premier fluide. Il passe ensuite dans ledit collecteur de sortie 28 pour le premier fluide pour ressortir du faisceau selon la flèche repérée 32. De son côté le second fluide pénètre 2 0 dans le faisceau en étant réparti entre les différents canaux 24 pour le second fluide selon une flèche repérée 34 pour en ressortir selon un flèche repéré 36. Ledit faisceau comprend en outre un carter 40 à l'intérieur duquel lesdites plaques 20 sont logées. Ledit carter 40 comprend au moins une paroi, disposée en vis-à-vis de 25 l'une des plaques de ladite pluralité de plaques, dite plaque supérieure et/ou inférieure, prévue en extrémité de ladite pluralité de plaques selon ladite direction d'empilement D. Ici, ledit carter comprend une paroi 42s, dite supérieure, disposée en vis-à-vis de plaque 20s prévue en extrémité supérieure dudit faisceau et une paroi 40i, dite inférieure, disposée en vis-à-vis de plaque 20i prévue en extrémité inférieure dudit faisceau. Les 3 0 notions de « supérieure » et « inférieur » utilisées ici ne présagent cependant pas d'une orientation du faisceau mais sont données compte-tenu du sens arbitrairement choisi pour la direction d'empilement D. Selon l'invention, ladite paroi supérieure 42s et/ou ladite paroi inférieure 42s, dites 35 paroi de circulation, sont configurées pour former une lame de passage 41 du premier fluide. Ladite lame de passage 41 s'étend avantageusement sur la majorité de la surface 3024771 6 de la ou des plaques de circulation. Grâce à l'invention, on définit un passage pour le premier fluide dans un élément qui a vocation à être plus robuste que les plaques 20 du faisceau puisqu'il s'agit d'un élément d'un carter. A titre d'exemple, la ou lesdites parois de circulation 42s, 42i pourront présenter une épaisseur supérieure à celles des plaques 5 20. Il s'agit, notamment, d'un épaisseur supérieure à 1 mm, notamment comprise entre 2 et 4 mm. Comme illustré à la figure 3, on décrit dans la suite une paroi de circulation qui pourra aussi bien être ladite paroi supérieure 42s qu'inférieure 42i.

10 Ladite paroi de circulation 42s, 42i comprend avantageusement des corrugations 44 destinées à perturber l'écoulement dudit premier fluide dans ladite lame de passage 41 du premier fluide. Lesdites corrugations 44 s'étendent ici de façon sensiblement rectiligne, parallèlement les unes aux autres et transversalement à une direction d'écoulement dudit 15 premier fluide dans ladite lame 41. Lesdites corrugations 44 pourront en outre être localement fixées à ladite plaque supérieure 20s et/ou inférieure 20i, notamment au niveau de leur sommet, comme cela est mieux visible figure 2.

20 Un mode de réalisation non représenté propose que la paroi de circulation 42s, 42i ne comprenne pas des corrugations 44 destinées à perturber l'écoulement dudit premier fluide dans ladite lame de passage 41 du premier fluide mais que que la paroi soit lisse. Dans un tel cas, des moyens destinées à perturber l'écoulement dudit premier fluide dans 25 ladite lame de passage 41 du premier fluide distincts 42s, 42i de la dite paroi de circulation pourront être prévu sous la forme, par exemple, d'une ailette ondulée. Ladite paroi de circulation 42s, 42i est configurée de manière à ce que ladite lame de passage 41 du premier fluide forme un canal en serpentin. Plus précisément, ladite 30 paroi de circulation 42s, 42i comprend ici des cloisons 46 configurées de façon à ce que ledit canal comprennent des passes 48a, 48b, 48c, 48d, séparées par lesdites cloisons 46. Lesdites passes 48a, 48b, 48c, 48d, sont destinées à être parcourues en série par ledit premier fluide selon des sens opposés, d'une passe à l'autre, selon les flèches illustrés 50. Autrement dit, entre chacune desdites passes 48a, 48b, 48c, 48d, le premier 35 fluide change de sens.

3024771 7 Lesdites corrugations 44 sont ici disposées transversalement à la direction d'extension des passes, lesdites corrugations se succédant par paire le long de ladite direction d'extension, dans une même passe.

5 Ladite paroi de circulation 42s, 42i présentent des orifices d'entrée 50 et de sortie 52 dudit premier fluide disposées à deux extrémités opposées dudit canal de circulation du premier fluide. Comme cela est mieux visible figure 1, lesdits orifices d'entrée 50 et/ou de sortie 52 sont disposés dans le prolongement des boîtes collectrices 26, 28 pour le premier fluide. Ici lesdits orifices d'entrée 50 et/ou de sortie 52 sont disposés sur la paroi 10 de circulation supérieure 42s et les orifices d'entrée 50 et/ou de sortie 52 de la paroi de circulation inférieure 42i sont destinés à être bouchés ou absents. Ladite paroi de circulation 42s, 42i pourra comprendre un bord périphérique 60 de fixation à ladite plaque supérieure 20s et/ou inférieure20i. Ledit bord de fixation 60 longe 15 ladite lame de passage 41 du premier fluide, ici lesdites première et dernière passes 48a, 48d ainsi que les extrémités longitudinales desdites passes 48a, 48b, 48c, 48d. Ladite paroi de circulation 42s, 42i définit une face 70 dudit carter 40 et présente des bords d'accrochage 72 d'une boîte collectrice, non illustré du second fluide. Lesdits 2 0 bords d'accrochage 72 relient deux autres faces 74, 76 dudit carter 40 (voir figure 1). La paroi de circulation 42s, 42i comprend des brides d'accrochage 80 à l'une au moins desdites autres faces 74, 75 du carter, ici à chacune des autres faces 74, 76 dudit carter 40. Lesdites brides 80 sont prévues au niveau d'un ou de bords 82 de ladite paroi 25 de circulation 42s, 42i, dit bords d'interface, disposés transversalement audit bord d'accrochage 72. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, en considérant que la paroi de circulation 42s supérieure est la première évoquée, on constate que ledit carter 40 comprend en 3 0 outre trois autres parois. Deux 90, 92 desdites autres parois sont des parois latérales et définissent respectivement lesdites deux autres faces 74, 76 du carter. La troisième desdites autres parois est la paroi de circulation inférieure 42i. Lesdites parois de circulation 42s, 42i et latérales 90, 92 sont assujetties entre elles.

35 Autrement dit, le carter comprend quatre parois 42s, 42i, 90, 92 entourant les plaques empilées 20, à savoir la paroi de circulation supérieure 42s, les deux parois 3024771 8 latérales 90, 92, et la paroi de circulation inférieure 42i qui est située de façon opposée à la paroi de circulation supérieure 42s, lesdites parois de circulation étant reliées par lesdites parois latérales. Lesdites parois sont assujetties entre elles par les brides 80 prévues au niveau des bords d'interface 82 des parois de circulation 42s, 42i. Les parois 5 latérales 90, 92 comprennent un bord tombé 94 sur lequel lesdites brides 80 sont serties. Lesdites parois du carter 40 définissent un orifice d'entrée, non visible, et un orifice de sortie 100 du second fluide dans le faisceau. Le contour desdites orifices est délimité par les bords d'accrochage 72 desdites parois de circulation 42s, 42i et des bords 10 d'accrochage 102 des plaques latérales 90, 92. Avantageusement, lesdites plaques supérieure 20s et/ou inférieure 20i pourront elles aussi former une lame de passage 200 dudit premier fluide. Ceci est plus particulièrement visible à la figure 2 pour ladite plaque supérieure 20s. On augmente de la 15 sorte la section de passage du premier fluide ce qui est également favorable au bon fonctionnement du faisceau. Lesdites autres plaques 20 de l'empilement de plaques pourront présenter la même lame de passage 200 du premier fluide, lesdites lames de passage formant alors le canal 20 22 de passage du premier fluide. Ladite lame de passage 200 du premier fluide formés dans lesdites plaques 20, en particulier dans lesdites plaques supérieure et/ou inférieure, pourra présenter une forme similaire à celle 41 de la ou des parois de circulation 42s, 42i, en particulier une forme de 25 canal en serpentin. Lesdits canaux pourront ainsi présentent à leur extrémité les orifices de passage entre les paires de plaques situés au niveau des collecteurs pour le premier fluide. Lesdits canaux pourront en outre être munis de corrugations 202. Pour ce qui est des plaques supérieure et/ou inférieure, lesdites corrugations 202 pourront être fixées aux corrugations 44 des parois de circulation 42s, 42i par leur sommet, comme déjà évoqué.

30 Autrement dit, ladite lame de passage 41 définie par la ou les parois de circulation 42s, 42i et ladite lame de passage 200 définie par ladite plaque supérieure 20s et/ou inférieure 20i s'étendent avantageusement en correspondance l'une de l'autre.

35 Avantageusement, les plaques 20 comme le carter 40 est en métal, par exemple en aluminium et/ou alliages d'aluminium.

3024771 9 La ou lesdites parois de circulation 42s, 42i sont formées, par exemple, par emboutissage, par usinage et/ou par formage.

5 L'invention concerne encore un échangeur de chaleur comprenant un faisceau tel que décrit plus haut. Ledit échangeur comprend des boîtes collectrices pour le second fluide, non illustrées. Lesdites boîtes collectrices sont assujetties audit carter, notamment, au niveau 10 dudit bord d'accrochage 72 102 de ses parois 42s, 42, 90, 92. Ladite boîte de sortie pourra être configurée de façon à ce que ledit échangeur forme un module d'admission d'air d'un moteur thermique. Ledit échangeur de chaleur pourra encore comprendre des tubulures d'entrée et/ou 15 de sortie du premier fluide, non illustrées. Lesdites tubulures sont fixées, par exemple, à ladite paroi de circulation supérieure 42s, au niveau desdits orifices d'entrée 50 et/ou de sortie 52 dudit premier fluide.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Faisceau d'échangeur de chaleur, notamment de refroidisseur d'air de suralimentation, ledit faisceau comprenant une pluralité de plaques (20) empilées selon une direction d'empilement de façon à définir des canaux (22, 24) de circulation pour un premier et un second fluide destinés à échanger de la chaleur entre eux, ledit faisceau comprenant en outre un carter (40) à l'intérieur duquel lesdites plaques (20) sont logées, ledit carter (40) comprenant au moins une paroi (42s, 42i), disposée en vis-à-vis de l'une des plaques de ladite pluralité de plaques, dite plaque supérieure (20s) et/ou inférieure (20i), prévue en extrémité de ladite pluralité de plaques (20) selon ladite direction d'empilement, ladite paroi (42s, 42i), dite paroi de circulation, étant configurée pour former une lame de passage (41) de l'un, dit premier, des fluides.
2. 2. Faisceau selon la revendication 1 dans lequel ladite paroi de circulation (42s, 42i) comprend des corrugations (44) destinées à perturber l'écoulement dudit premier fluide dans ladite lame de passage (41) du premier fluide.
3. 3. Faisceau selon la revendication 2 dans lequel lesdites corrugations (44) sont localement fixées à ladite plaque supérieure (20s) et/ou inférieure (20i).
4. 4. Faisceau selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite paroi de circulation (42s, 42i) est configurée de manière à ce que ladite lame de passage (41) du premier fluide forme un canal en serpentin. 2 5
5. 5. Faisceau selon la revendication précédente dans lequel ladite paroi de circulation (42s, 42i) présente des orifices d'entrée (50) et de sortie (52) dudit premier fluide disposées à deux extrémités opposées dudit canal.
6. 6. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 dans lequel ladite 30 paroi de circulation (42s, 42i) comprend des cloisons (46) configurées de façon à ce que ledit canal comprennent des passes (48a, 48b, 48c, 48d) séparées par lesdites cloisons (46), lesdites passes étant destinées à être parcourues en série par ledit premier fluide selon des sens opposés, d'une passe à l'autre. 35
7. 7. Faisceau selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite paroi de circulation (42s, 42i) comprend un bord périphérique (60) de fixation à 3024771 11 ladite plaque supérieure (20s) et/ou inférieure (20i), ledit bord (60) longeant ladite lame (41) de passage du premier fluide.
8. 8. Faisceau selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel 5 ladite paroi de circulation (42s, 42i) définit une face (70) dudit carter (40) et présente un bord d'accrochage (72) d'une boîte collectrice de l'autre, dit second, desdits fluides, ledit bord d'accrochage (72) reliant deux autres faces (74, 76) dudit carter.
9. 9. Faisceau selon la revendication précédente dans lequel la paroi de circulation 10 (42s, 42i) comprend des brides d'accrochage (80) à l'une au moins desdites autres faces (74, 76) du carter.
10. 10. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 dans lequel ledit carter (40) comprend en outre trois autres parois, deux (90, 92) desdites autres parois 15 définissant respectivement lesdites deux autres faces (74, 76) du carter et la troisième desdites autres parois étant située en vis-à-vis de l'autre des plaques parmi la plaque supérieure (20s) et/ou inférieure (20i), ladite paroi de circulation et lesdites autres parois étant assujetties entre elles. 20
11. 11. Faisceau selon la revendication 9 dans lequel ladite troisième des autres parois forme également une paroi de circulation.
12. 12. Faisceau selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la ou lesdites paroi de circulation (42s, 42i) sont formées par emboutissage, par usinage et/ou par formage.
13. 13. Faisceau selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdites plaques supérieure (20s) et/ou inférieure (20i) forment également une lame (200) de passage dudit premier fluide.
14. 14. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau selon l'une quelconque des revendications précédentes.
15. 15. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente configuré pour former un module d'admission d'air d'un moteur thermique.