FR3049051A1 - Echangeur de chaleur et procede de fabrication associe - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1) comprenant : ○ un faisceau (2) de tubes (20), ○ un collecteur (3) comportant une plaque collectrice (31) comprenant des trous dans lesquelles sont introduits des extrémités des tubes (20), et un couvercle (32) recouvrant ladite plaque collectrice (31), et ○ une paroi séparatrice (33) disposée dans au moins un collecteur, ladite paroi séparatrice (33) définissant deux compartiments (37a, 37b) au sein dudit collecteur (3), ledit couvercle (32) comportant au moins un réducteur de débit (34) venant se positionner au moins partiellement au-dessus de l'extrémité d'au moins un des tubes (20) situés en périphérie directe de la paroi séparatrice (33).

Description

Échangeur de chaleur et procédé de fabrication associé L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, et son procédé de fabrication.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une multiplicité de tubes entre lesquels sont insérés des intercalaires. A chaque extrémité du faisceau, l'échangeur de chaleur comporte un collecteur pour distribuer et/ou réceptionner le fluide circulant au sein des tubes. Dans certains types d'échangeurs de chaleur, un collecteur voir même les deux collecteurs ont une paroi séparatrice qui définie deux compartiments. Cela est notamment le cas pour les échangeurs de chaleur ayant une circulation de fluide en U où un premier collecteur comporte une paroi séparatrice, un premier compartiment pour l'arrivée de fluide et un deuxième compartiment pour l'évacuation du fluide, le deuxième collecteur étant fermé et ne faisant que rediriger le fluide du premier compartiment vers le deuxième compartiment. Cela est également le cas pour les échangeurs de chaleur à double circulation, où deux fluides distincts ou de provenance différentes circulent dans des compartiments différents. Dans ce cas, chaque collecteur comporte une paroi séparatrice et comporte deux compartiments dans lesquels circulent les fluides distincts.
Cependant, que ce soit pour les échangeurs de chaleur en U ou pour les échangeurs de chaleurs à double circulation, il peut y avoir un fort différentiel thermique entre les fluides au niveau des extrémités des tubes situés à la périphérie directe des parois séparatrices. Ce fort différentiel de température entraîne des chocs thermiques au niveau des tubes et des intercalaires, ce qui peut entraîner une détérioration prématurée voir même des casses de ces derniers et donc des fuites.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur amélioré.
La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comprenant : 0 un faisceau de tubes, 0 un collecteur comportant une plaque collectrice comprenant des trous dans lesquelles sont introduits des extrémités des tubes, et un couvercle recouvrant ladite plaque collectrice, et 0 une paroi séparatrice disposée dans au moins un collecteur, ladite paroi séparatrice définissant deux compartiments au sein dudit collecteur, ledit couvercle comportant au moins un réducteur de débit venant se positionner au moins partiellement au-dessus de l'extrémité d'au moins un des tubes situés en périphérie directe de la paroi séparatrice.
Cette réduction du débit du fluide permet une diminution de la différence de température entre les tubes situés de part et d'autre de la paroi séparatrice dans sa périphérie directe. Le choc thermique à ce niveau est donc moins important et l’échangeur thermique est donc moins susceptible de se détériorer au niveau de la paroi séparatrice. Le fait d'intégrer le ou les réducteurs de débit au couvercle permet notamment de faciliter le montage de l'échangeur de chaleur. En effet le ou lesdits réducteurs de débit sont installés par la mise en place du couvercle et ne nécessitent pas une étape de mise en place dédiée.
Selon un aspect de l'invention, le couvercle comporte deux réducteurs de débit disposés de part et d'autre de la paroi séparatrice.
Selon un autre aspect de l'invention, le ou les tubes situés en périphérie directe de la paroi séparatrice ont un débit de fluide compris entre 0 et 20 %, de préférence entre 1 et 10 %, de leur débit théorique.
Selon un autre aspect de l'invention, le réducteur de débit vient de matière avec le couvercle.
Selon un autre aspect de l'invention, la paroi séparatrice vient de matière avec le couvercle.
Selon un autre aspect de l'invention, le couvercle comporte un renfoncement dirigé vers la plaque collectrice, ledit renfoncement formant le ou les réducteurs de débit ainsi que la paroi séparatrice.
Selon un autre aspect de l'invention, le réducteur de débit comprend une projection latérale de la paroi séparative.
Selon un autre aspect de l'invention, le réducteur de débit a une longueur telle qu'il est positionné uniquement au-dessus du tube situé en périphérie directe de la paroi séparatrice.
Selon un autre aspect de l'invention, le réducteur de débit a une longueur telle qu'il est positionné au-dessus d'au moins les deux premiers tubes situés en périphérie directe de la paroi séparatrice.
Selon un autre aspect de l'invention, la distance entre l'extrémité d'un tube au-dessus duquel est positionné le réducteur de débit et ledit réducteur de débit augmente à mesure que ledit tube est éloigné de la paroi séparatrice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une représentation schématique en coupe de la zone du collecteur comportant la paroi séparatrice selon un mode particulier de réalisation, - la figure 3 est une représentation schématique en coupe de la zone du collecteur comportant la paroi séparatrice selon un autre mode particulier de réalisation, - la figure 4 est une représentation schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 5 est une représentation schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon un troisième mode de réalisation, - la figure 6 est une représentation schématique en coupe d'une variant de l'échangeur de chaleur de la figure 5.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tels critères. L'échangeur de chaleur 1 représenté aux figures 1 à 6, comprend un faisceau 2 formé d'une multiplicité de tubes 20 à l'intérieur desquels peut circuler un premier fluide. Les tubes 20 sont disposés parallèlement entre eux. Entre les tubes 20, sont disposées des intercalaires 21 qui agissent comme perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un second fluide passant entre lesdits tubes 20. Les tubes 20 et les intercalaires 21 sont de préférence réalisés dans des matériaux métalliques et sont brasés entre eux afin de former le faisceau 2. Le fait d'avoir un faisceau 2 brasé permet d'améliorer les performances thermiques, c'est à dire les échanges thermiques entre les deux fluides caloporteurs, par rapport à un faisceau assemblé mécaniquement. Les tubes 20 ont de préférence, en section transversale, une forme oblongue et relativement plate ou encore une forme sensiblement rectangulaire avec des angles arrondis. L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux collecteurs 3, ou boites à eau, disposés à chaque extrémités du faisceau 2. Ces collecteurs 3 comportent une plaque collectrice 31 et un couvercle 32, 32' venant recouvrir ladite plaque collectrice 31 et refermer le collecteur 3. L'étanchéité entre le couvercle 32, 32' et la plaque collectrice 31 peut notamment être réalisée par un joint 4. Ces collecteurs 3 permettent la collecte et/ou la distribution du premier fluide afin qu'il circule dans les tubes 20.
La plaque collectrice 31 fait la liaison de façon étanche entre le collecteur 3 et le faisceau 2. Ladite plaque collectrice 31 comprend une âme, pouvant être de forme générale rectangulaire, délimitant une multiplicité de trous de section correspondante à la forme de la section des tubes 20 et propres à recevoir les extrémités desdits tubes 20.
Comme illustré sur les figures 1, 4 à 6 l'échangeur de chaleur 1 comporte deux collecteurs 3, au moins l'un d'eux comporte une paroi séparatrice 33 définissant deux compartiments 37a et/ou 37b au sein dudit collecteur 3. Chaque compartiment 37a, comporte une entrée 30a et chaque compartiment 37b comporte une sortie 30b de fluide. La paroi séparatrice 33 relie le couvercle 32 et la plaque collectrice 31 et vient s'appuyer contre la plaque collectrice 31 entre deux extrémités de tubes 20. L'étanchéité de cet appui peut être assuré par un joint 4'. Ladite paroi séparatrice 33 peut notamment venir de matière avec le couvercle 32.
Le couvercle 32 du collecteur 3 comportant la paroi séparatrice 33, comporte également au moins un réducteur de débit 34 venant se positionner au moins partiellement au-dessus de l'extrémité d'au moins un des tubes 20 situés en périphérie directe de la paroi séparatrice 33, de sorte à réduire le débit de fluide circulant dans lesdits tubes 20. Cette réduction du débit du fluide à ce niveau permet une diminution de la différence de température entre les tubes 20 situés de part et d'autre de la paroi séparatrice 33 dans sa périphérie directe. Le choc thermique à ce niveau est donc moins important et l’échangeur thermique 1 est donc moins susceptible de se détériorer au niveau de la paroi séparatrice 33. Le fait d'intégrer le ou les réducteurs de débit 34 au couvercle 32 permet notamment de faciliter le montage de l'échangeur de chaleur 1. En effet le ou lesdits réducteurs de débit 34 sont installés par la mise en place du couvercle 32 et ne nécessitent pas une étape de mise en place dédiée.
Comme illustré sur les figures 1 à 4, le couvercle 32 peut comporter deux réducteurs de débit 34 disposés de part et d'autre de la paroi séparatrice 33. Le fait d'avoir un réducteur de débit 34 de chaque côté de la paroi séparatrice 33 permet une meilleure diminution du débit du fluide au sein des tubes 20 situés de part et d'autre de la plaque séparatrice 33 et au-dessus desquels est positionné un réducteur de débit 34. A contrario, il est tout à fait possible d'imaginer un couvercle 32 ne comportant qu'un seul réducteur de débit 34 situé sur un seul des côtés de la parois collectrice 33, comme cela est illustré aux figures 5 et 6.
Le ou les réducteurs de débit 34 peuvent également venir de matière avec le couvercle 32, de même que la paroi séparatrice 33. De ce fait le couvercle 32, la paroi séparatrice 31 et le ou les réducteurs de débit 34 peuvent être formés en une seule fois, par exemple par moulage. Il est cependant également possible, sans sortir du cadre de l'invention, que le ou les réducteurs de débit 34 viennent de matière avec uniquement le couvercle 32, la paroi séparatrice 33 étant un pièce rapportée et installée lors du montage afin de séparer les compartiments 37a et/ou 37b .
Comme illustré sur les figures 1, 2 et 4, le couvercle 32 peut comporter un renfoncement 35 dirigé vers la plaque collectrice 31. Ce renfoncement 35 permet un rapprochement de la paroi du couvercle 32 vers la plaque collectrice 31 de sorte à former le réducteur de débit 34. Ledit renfoncement 35 se prolonge jusqu’à prendre appui sur la plaque collectrice 31 de sorte à former également la paroi séparatrice 33, comme cela est illustré aux figures 1, 2 et 4.
Le réducteur de débit 34 peut comprendre une projection latérale de la paroi séparatrice 33 comme cela est illustré aux figures 3, 5 et 6.
Le réducteur de débit 34 s'étend d'une longueur L à partir de la paroi séparatrice 33. Cette longueur L peut être telle qu'au moins les deux premiers tubes 20 situés en périphérie directe de la paroi séparatrice 33 ont un réducteur de débit 34 positionné au-dessus d'eux, comme cela est illustré à la figure 2. La longueur L peut au contraire être telle que seul le premier tube 20 situé en périphérie directe de la paroi séparatrice 33 a un réducteur de débit 34 positionné au-dessus de lui, comme cela est illustré à la figure 3.
Le ou les tubes 20 ayant un réducteur de débit 34 positionné au-dessus d'eux, plus particulièrement les tubes 20 situés en périphérie directe de la paroi séparatrice 33, peuvent avoir un débit de fluide compris entre 0 et 20 %, de préférence entre 1 et 10 %, de leur débit théorique. Par débit théorique, on entend le débit correspondant au débit de fluide entre l'entrée de fluide 30a et la sortie de fluide 30b, divisé par le nombre de tubes 20 dans lesquels le fluide circule dans le même sens, (dans l'exemple d’échangeur de chaleur 1 illustré à la figure 1, ce nombre est de trois). Un premier moyen de contrôle du débit est de jouer sur la distance D entre l'extrémité d'un tube 20 ayant un réducteur de débit 34 positionné au-dessus de lui et ledit réducteur de débit 34. Plus cette distance D est faible, plus le débit sera faible lui aussi. Dans le cas particulier où le débit est de 0, le réducteur de débit 34 bouche le tube 20, la distance D sera alors de 0, et empêche toute circulation du fluide en son sein.
Un autre moyen de contrôler le débit est de faire varier la longueur L du réducteur de débit 34. En effet, plus un réducteur de débit 34 est positionné au-dessus d'une extrémité de tube 20, plus le débit de fluide traversant ledit tube 20 sera faible. Ainsi, lorsque d'un réducteur de débit 34 est positionné partiellement au-dessus d'un tube 20, ledit tube 20 aura un débit de fluide plus important qu'un tube 20 où un réducteur de débit 34 est positionné au-dessus de toute l'extrémité de tube 20.
Comme illustré sur la figure 2, il est également possible d'imaginer un réducteur de débit 34 dont la distance D avec l'extrémité d'au moins un tube 20 augmente à mesure que ledit tube 20 est éloigné de la paroi séparatrice 33. Dans l'exemple illustré à la figure 2, un réducteur de débit 34 est positionné au-dessus de deux tubes 20 simultanément. Le tube 20 le plus proche de la paroi séparatrice 33 a une distance D avec le réducteur de débit 34 plus faible que le tube 20 le plus éloigné de la paroi séparatrice 33. Ces deux tubes 20 ont alors tout deux un débit réduit mais différent l'un de l'autre.
Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, l'échangeur de chaleur 1 peut être un échangeur de chaleur 1 ayant une circulation de fluide en U. Seul un des deux collecteurs 3 comporte une paroi séparatrice 33, l'autre collecteur 32' comportant quant à lui un seul compartiment 37c fermé qui ne permet la circulation du fluide qu'entre les tubes 20. Cet échangeur de chaleur 1 peut par exemple être un échangeur de chaleur 1 de type air/air.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 4 à 6, l'échangeur de chaleur 1 peut être un échangeur de chaleur 1 ayant une double circulation de fluide. Dans ce mode de réalisation, chaque collecteur 3 comporte une paroi séparatrice 33 définissant deux compartiments 37a et/ou 37b au sein dudit collecteur 3. Chaque collecteur 3 comporte ainsi un compartiment 37a comportant une entrée 30a et/ou un compartiment 37b comportant une sortie 30b de fluide. Dans cet échangeur de chaleur 1 à double circulation, deux fluides arrivent chacun à une entrée de fluide 30a différentes, circulent dans les tubes 20 et ressortent chacun à une sortie de fluide 30b différentes située sur le collecteur 3 opposé celui portant sont entrée de fluide 30a.
Dans l'exemple présenté aux figures 4 et 5, la circulation du fluide se fait à contre sens, c'est à dire que les collecteurs 3 comportent tout deux un compartiment 37a comprenant une entrée de fluide 30a et un autre compartiment 37b comprenant une sortie de fluide 30b. Π est néanmoins tout à fait possible d'imaginer un échangeur de chaleur 1 où la circulation des fluides se fait dans le même sens et où un collecteur 3 comporte deux compartiments 37a comportant tout deux une entrée de fluide 30a et où l'autre collecteur 3 comporte deux compartiments 37b comportant tout deux une sortie de fluide 30b, comme illustré à la figure 6.
Ainsi, du fait que le ou les réducteurs de débit 34 soient portés par le couvercle 32, on comprend que l'échangeur de chaleur 1 selon l’invention permet un montage plus économique car nécessitant peut d'étapes de montage tout en permettant une diminution du débit de fluide au sein des tubes 20 situés de part et d'autre de la paroi séparatrice 33, ce qui diminue l'intensité des chocs thermiques à cet endroit et donc augmente la durabilité de l'échangeur thermique.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Échangeur de chaleur (1) comprenant : ° un faisceau (2) de tubes (20), ° un collecteur (3) comportant une plaque collectrice (31) comprenant des trous dans lesquelles sont introduits des extrémités des tubes (20), et un couvercle (32) recouvrant ladite plaque collectrice (31), et 0 une paroi séparatrice (33) disposée dans au moins un collecteur, ladite paroi séparatrice (33) définissant deux compartiments (37a, 37b) au sein dudit collecteur (3), caractérisé en ce que ledit couvercle (32) comporte au moins un réducteur de débit (34) venant se positionner au moins partiellement au-dessus de l'extrémité d'au moins un des tubes (20) situés en périphérie directe de la paroi séparatrice (33).
  2. 2. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (32) comporte deux réducteurs de débit (34) disposés de part et d'autre de la paroi séparatrice (33).
  3. 3. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les tubes (20) situés en périphérie directe de la paroi séparatrice (33) ont un débit de fluide compris entre 0 et 20 %, de préférence entre 1 et 10 %, de leur débit théorique.
  4. 4. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur de débit (34) vient de matière avec le couvercle (32).
  5. 5. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi séparatrice (33) vient de matière avec le couvercle (32).
  6. 6. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle (32) comporte un renfoncement (35) dirigé vers la plaque collectrice (31), ledit renfoncement (35) formant le ou les réducteurs de débit (34) ainsi que la paroi séparatrice (33).
  7. 7. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réducteur de débit (34) comprend une projection latérale de la paroi séparative (33).
  8. 8. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur de débit (34) a une longueur (L) telle qu'il est positionné uniquement au-dessus du tube (20) situé en périphérie directe de la paroi séparatrice (33).
  9. 9. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réducteur de débit (34) a une longueur (L) telle qu'il est positionné au dessus d'au moins les deux premiers tubes (20) situés en périphérie directe de la paroi séparatrice (33).
  10. 10. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la distance (D) entre l'extrémité d'un tube (20) au-dessus duquel est positionné le réducteur de débit (34) et ledit réducteur de débit (34) augmente à mesure que ledit tube (20) est éloigné de la paroi séparatrice (33).
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