FR3030709A1

FR3030709A1 - Echangeur de chaleur

Info

Publication number: FR3030709A1
Application number: FR1462774A
Authority: FR
Inventors: Dawid Szostek; Sylvain Dubois; Benjamin Ferlay
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-24
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: FR3030709B1

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes, ledit faisceau étant adapté pour permettre un échange de chaleur entre un premier fluide circulant dans les tubes (20) et un deuxième fluide circulant entre les tubes (20), l'échangeur de chaleur comprenant en outre un collecteur (7), à travers lequel lesdits tubes (20) débouchent, et au moins une paroi (3), dite première paroi latérale, guidant ledit second fluide entre les tubes (20), ledit collecteur comprenant une gorge (28), apte à recevoir un couvercle pour former une boîte collectrice, un bord latérale (70) de ladite paroi (3) étant pris en sandwich entre une face latérale (50) de ladite gorge (28) et lesdits tubes (20).

Description

ECHANGEUR DE CHALEUR La présente invention concerne un échangeur de chaleur, tel qu'un échangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne un échangeur de chaleur adapté pour être utilisé lors d'un refroidissement d'air de suralimentation ou de gaz d'échappement recirculés. Le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile peut être combiné à un turbocompresseur afin d'améliorer les performances dudit moteur. Ainsi, le moteur à combustion interne est alimenté avec un air comprimé aussi appelé « air de suralimentation ». L'utilisation du turbocompresseur induit une température élevée dudit air de suralimentation introduit au sein du moteur à combustion interne. Il est connu d'associer audit turbocompresseur, un échangeur de chaleur afin de refroidir l'air de suralimentation préalablement à son introduction à l'intérieur du moteur à combustion interne. Selon une première variante, la plus utilisée, il est connu des échangeurs situés en face avant du véhicule et permettant un échange de chaleur entre l'air de suralimentation, chaud, et un flux d'air, à température ambiante, provenant de l'extérieur à travers la calendre du véhicule. Selon une autre variante, il est également connu des échangeurs dans lequel le fluide de refroidissement est constitué d'un liquide. L'échangeur de chaleur comprend un boitier, constitué de parois, et un faisceau d'échange disposé à l'intérieur du boitier. Le faisceau d'échange comprend un assemblage de tubes positionnés parallèlement les uns aux autres. Les tubes forment des conduits permettant de guider l'air de suralimentation, d'une première entrée vers une première sortie. Le boitier est pourvu d'une deuxième entrée et d'une deuxième sortie pour le liquide de refroidissement. Le boitier est adapté pour guide le liquide de refroidissement de la deuxième entrée vers la deuxième sortie. Ledit échangeur comprend également deux collecteurs, chaque collecteur étant adapté pour recevoir les tubes du faisceau d'échange. Il est également connu de se servir de ces collecteurs pour fermer le boîtier à chaque extrémité du faisceau.

Pour faciliter le montage, il peut être avantageux que le boîtier soit réalisé en plusieurs pièces. Il est alors nécessaire d'assembler les parois entre elles et avec les collecteurs, ceci de façon étanche. Selon une première solution, les parois du boîtier recouvrent les collecteurs et il existe alors des points de jonction triple où deux des parois du boîtier et l'un des collecteurs doivent être en contact. Maîtriser de façon fiable et répétitive la réalisation d'un tel point de jonction triple est complexe et l'on observe trop fréquemment la présence de zones de fuite.

Selon une autre solution les parois du boîtier sont situées entre le faisceau et les collecteurs. Cependant, dans les échangeurs exploitant cette solution, les collecteurs présentent une forme complexe et ils sont difficiles à réaliser et à monter, ce qui conduit à nouveau à des risques en termes d'étanchéité.

L'invention cherche à pallier les inconvénient précités et propose en ce sens un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes, ledit faisceau étant adapté pour permettre un échange de chaleur entre un premier fluide circulant dans les tubes et un deuxième fluide circulant entre les tubes, l'échangeur de chaleur comprenant en outre un collecteur, à travers lequel lesdits tubes débouchent, et au moins une paroi, dite première paroi latérale, guidant ledit second fluide entre les tubes, ledit collecteur comprenant une gorge, apte à recevoir un couvercle pour former une boîte collectrice. Selon l'invention, un bord latéral de ladite paroi est pris en sandwich entre une face latérale de ladite gorge et lesdits tubes. Ainsi, selon l'invention, l'on se sert de la gorge du collecteur et des tubes du faisceau pour assembler la ou les parois servant à guider le second fluide, sans modification spécifique d'aucune de ces pièces. Selon des caractéristiques supplémentaires de l'invention, qui pourront être prises ensemble ou séparément : - ledit collecteur comprend des orifices d'introduction des tubes, situés au niveau d'une zone centrale du collecteur, - ledit collecteur comprend un rayon reliant ladite face latérale de la gorge et ladite zone centrale, - ladite zone centrale est sensiblement plane, - ladite zone centrale est munie de collets entourant les orifices d'introduction des tubes, - ledit bord comprend un ergot de blocage adapté pour coopérer avec ledit collecteur afin d'assembler ledit collecteur sur ladite première paroi latérale, selon une position déterminée, - ledit ergot de blocage est en butée contre ledit rayon, - ladite gorge est configurée pour accueillir un pied de couvercle, - ladite gorge est configurée pour accueillir un joint destiné à être compressé entre un fond de ladite gorge et ledit pied de couvercle, - ladite gorge est configurée pour permettre un sertissage dudit couvercle, - ledit échangeur comprend une première paroi de protection au contact d'un desdits tubes formant une face transversale du faisceau, - ladite première paroi latérale et ladite première paroi de protection forment un élément de boîtier, dit premier élément de boîtier - ladite première paroi latérale est située au niveau d'une face latérale du faisceau, - ledit échangeur comprend une seconde paroi latérale guidant le second fluide entre les tubes, ladite seconde paroi latérale étant située au niveau d'une face opposée du faisceau par rapport à la première paroi latérale, - ledit échangeur comprend une seconde paroi de protection au contact d'un des tubes formant une face transversale du faisceau, opposée à la face transversale du faisceau au niveau de laquelle se trouve ladite première paroi de protection, - ladite seconde paroi latérale et ladite seconde paroi de protection forment un autre élément de boîtier, dit second élément de boîtier, - ladite première paroi latérale présente un bord libre, transversale audit bord latéral, ledit bord libre étant situé le long dudit tube au niveau duquel se trouve ladite seconde paroi de protection, ledit bord libre étant situé à distance de ladite seconde paroi de protection, - les premier et second éléments de boîtier sont symétriques.

Les but, objet et caractéristiques de la présente invention ainsi que ses avantages, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, des modes de réalisation préférés d'un échangeur de chaleur selon l'invention, faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 montre, de façon schématique, et selon une vue éclatée, un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 montre, en détail et selon une vue en perspective, des parois d'éléments de boîtier d'un échangeur selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 montre, en détail, et selon une vue en perspective, des parois d'éléments de boîtier d'un échangeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 montre, en détail, et selon une vue en perspective, des parois d'un même élément de boîtier selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 5 montre, en détail, et selon une vue en coupe, la coopération du collecteur, du faisceau d'échange et de l'une des parois servant au guidage du second fluide selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 6 reprend la figure 5 selon une vue en perspective.

La description détaillée ci-après a pour but d'exposer l'invention de manière suffisamment claire et complète, notamment à l'aide d'exemples, mais ne doit pas être considérée comme limitant l'étendue de la protection aux modes de réalisation particuliers et aux exemples présentés. Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un échangeur de chaleur 1. Elle est destinée, par exemple, à être utilisée au sein d'un véhicule automobile pour refroidir de l'air de suralimentation et/ou des gaz d'échappement recirculés. La figure 1 montre, de façon schématique, l'échangeur de chaleur 1, selon une vue éclatée. L'échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau d'échange 2 adapté pour un échange de chaleur entre un premier fluide, tel que l'air de suralimentation, et un deuxième fluide, tel qu'un liquide de refroidissement. Le faisceau d'échange 2 comprend ici une première extrémité 5 et une deuxième extrémité 6. Comme montré sur la figure 1, la première extrémité 5 du faisceau d'échange 2 est destinée à être assemblée avec un premier collecteur 7 et la deuxième extrémité 6 du faisceau d'échange 2 est destinée à être assemblée avec un second collecteur 8. Ledit faisceau 2 a ici une configuration sensiblement parallélépipédique rectangle. L'échangeur 1 pourra en outre comprendre un ou des couvercles 9, 10, respectivement associés aux collecteurs 7, 8 pour former une boîte collectrice 30, 32 pour le premier fluide. Autrement dit, ici, ledit premier fluide rentre par l'une 30 des boîtes collectrices, parcourt longitudinalement le faisceau 2 et ressort par la boîte de sortie opposée 32.

Comme cela est mieux visible aux figures 2 à 4, ledit faisceau 2 comprend des tubes 20. L'échangeur 1 est adapté pour permettre la circulation du premier fluide dans les tubes 20 et la circulation du deuxième fluide entre les tubes 20. Lesdits tubes 20 sont, par exemple, des tubes pliés, c'est-à-dire, formé à partir d'une tôle enroulée sur elle-même. Ils sont ici munis de turbulateurs 22 destinés à améliorer l'échange de chaleur et/ou à renforcer la résistance à la pression interne desdits tubes. En variante, lesdits tubes pourront être formés de plaques, par exemple de plaques embouties, assemblées deux à deux pour définir un ou des canaux de circulation du premier fluide. Lesdits tubes 20 sont ici des tubes plats, c'est-à-dire des tubes présentant deux grandes faces planes opposées 21, 23, reliés par des petits côtés 25. Une section droite desdits tubes 20 est, par exemple, sensiblement rectangulaire. Ledit faisceau 2 pourra encore comprendre des intercalaires, non représentés, situés entre les tubes pour améliorer l'échange de chaleur avec le second fluide. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, on constate que l'échangeur comprend en outre au moins une paroi, ici deux 3, 4, respectivement dites première et seconde parois latérales, guidant ledit second fluide dans le faisceau entre les tubes. Lesdites première et seconde parois latérales sont situées au niveau de faces latérales du faisceau 2. Lesdites parois latérales 3, 4 comprennent avantageusement un collecteur d'entrée/sortie du second fluide, par exemple formé par emboutissage. Ici, un collecteur d'entrée 32 est situé sur la première paroi latérale 3 et un collecteur de sortie 34 est situé sur la seconde paroi latérale. Autrement dit, ledit second fluide pénètre par le collecteur d'entrée 32, parcourt transversalement le faisceau et sort par le collecteur de sortie 34.

Comme illustré à la figure 5, lesdits tubes 3 débouchent à travers le premier collecteur 7. Bien que cela ne soit pas illustré, il en est de même de leur extrémité opposé à travers le second collecteur 8. Pour cela, lesdits collecteurs 7, 8 comprennent avantageusement des orifices 24 d'introduction des tubes 20. Lesdits orifices d'introduction 24 présentent un contour correspondant à celui d'une section droite des tubes. Autrement dit, ici, ils sont de forme allongée, sensiblement rectangulaire.

Selon l'invention, lesdits collecteurs 7, 8 comprennent une gorge 28, apte à recevoir les couvercles correspondants. Ladite gorge 28 comprend une face latérale 50, orientée sensiblement parallèlement aux tubes 20. Elle pourra comprendre en outre un fond 52, relié à ladite face latérale et orienté sensiblement perpendiculairement à cette dernière, et une face externe 54, orientée sensiblement parallèlement à ladite face latérale 50. Ladite gorge 28 est préférentiellement périphérique. Autrement dit, la gorge 28 fait le tour du ou desdits collecteurs 7, 8 correspondants.

Avantageusement, ladite gorge 28 est configurée pour accueillir un pied de couvercle, c'est-à-dire, un bord libre, élargi, des couvercles, non détaillé sur les figures. Ladite gorge 28 est en outre configurée pour accueillir un joint, non illustré, destiné à être compressé entre le fond 52 de ladite gorge 28 et ledit pied de couvercle. Lesdits collecteurs 7, 8 pourront en outre être configurés pour permettre un sertissage dudit pied de couvercle 9, 10 dans ladite gorge 28. Pour cela, ladite face externe de la gorge 54 comprend un bord 56, destiné à être plié, comme représenté, sur une face supérieure dudit pied de couvercle. Un tel assemblage permet d'obtenir un bon niveau d'étanchéité à l'intérieur des boîtes collectrices où circule le premier fluide. En variante, une fixation des couvercles 9, 10 sur les collecteurs 7, 8 par soudure est possible. Lesdits orifices 24 d'introduction des tubes 20 sont avantageusement situés au niveau d'une zone centrale 26 du collecteur 7. Ladite zone centrale 26 est, par exemple, sensiblement plane, ladite zone centrale 26 étant munie de collets entourant les orifices 24 d'introduction des tubes 20.

Avantageusement, le ou lesdits collecteurs comprennent un rayon 60 reliant ladite face latérale 50 de la gorge 28 et ladite zone centrale 26. Selon l'invention, un bord latéral 70 de ladite première paroi latérale 3 est pris en sandwich entre la face latérale 50 de ladite gorge 28 et lesdits tubes 20. Autrement dit, selon l'invention, on se sert du collecteur 7, plus particulièrement de la face latérale 50 de sa gorge 28, d'une part, et du faisceau, plus particulièrement desdits tubes 20, et encore plus particulièrement de leur petit côté, pour former une fente, située de l'autre côté de la gorge 28 par rapport à sa paroi latérale 50, ladite fente servant à loger ledit bord latéral 70 de la première paroi latérale 3. On ferme ainsi un volume de circulation du second fluide au niveau du collecteur 7, ceci d'un premier côté du faisceau.

II pourra en être de même de l'autre côté du faisceau à l'aide de la seconde paroi latérale 4. Il pourra aussi en être de même avec chacune des plaques latérales 3, 4 au niveau de l'autre collecteur 8. Quant aux tubes 20, ils définissent entre eux autant de canaux de circulation du second fluide, à l'unité près.

La fente formée entre la paroi latérale 50 de la gorge 28 et les tubes 20 est préférentiellement configurée pour permettre, avant brasage, un assemblage de ladite première paroi latérale 3 par emmanchage à force ou selon un très léger jeu.

Si l'on se reporte aux figures 1 et 4, on constate que ledit échangeur pourra en outre comprendre une première paroi de protection 3' au contact de l'un des tubes 20 formant une face transversale du faisceau 2.

Au niveau des collecteurs 7, 8, un bord latéral 71 de ladite paroi de protection 3' pourra être pris en sandwich entre la face latérale 70 de la gorge 28 et ledit tube 20. En variante, la face latérale 70 de la gorge 28 pourra être directement en contact dudit tube 20. Ladite première paroi latérale 3 et ladite première paroi de protection 3' forment ici un élément de boîtier, dit premier élément de boîtier. Ils sont avantageusement pour cela en continuité de matière en étant formé, par exemple, à partir d'une tôle pliée. Ils présentent ici une configuration en L. Ils viennent au contact des faces latérale et transversale respectives du faisceau.

Ledit échangeur pourra aussi comprendre une seconde paroi de protection 4' au contact du tube 20 formant la face transversale du faisceau, opposée à la face transversale du faisceau au niveau de laquelle se trouve ladite première paroi de protection 3'. Ladite seconde paroi latérale 4 et ladite seconde paroi de protection 4' forment un élément de boîtier, dit second élément de boîtier, ici symétrique audit premier élément de boîtier et de constitution identique. Comme illustré figure 6, ladite première paroi latérale 3 présente un bord libre 80, transversale audit bord latéral 70, ledit bord libre 80 étant situé le long dudit tube 20 au niveau duquel se trouve ladite seconde paroi de protection 4', plus particulièrement le long du petit côté de ce tube. Avantageusement, ledit bord libre 80 est situé à distance de ladite seconde paroi de protection 4'. De façon symétrique, il pourra en être de même entre un bord libre de la seconde paroi latérale et la première paroi de protection 3'. Une telle configuration permet de facilité l'assemblage de l'échangeur sans nuire à son étanchéité. En effet, on se sert des premiers et derniers du tube 20 du faisceau pour fermer longitudinalement les premier et dernier canaux de circulation du second fluide. Selon cet aspect de l'invention, il n'est pas nécessaire de chercher à obtenir un ajustement précis des éléments de boîtier entre eux.

Comme illustré aux figures 2 à 6, selon un autre aspect de l'invention, ledit bord 70 des première et/ou second parois latérales comprend un ou plusieurs ergots de blocage 13, 14, 16, 42 adapté pour coopérer avec le ou lesdits collecteurs 7, 8 afin d'assembler lesdits collecteurs sur ladite première paroi latérale 3, selon une position déterminée, en particulier en venant en blocage contre le fond de la fente formée entre la paroi latérale 50 de la gorge 28 et les tubes 20. Comme plus particulièrement illustré à la figure , ledit ergot de blocage 13 est en butée contre ledit rayon 60.

Ici, le ou lesdits ergots de blocage sont à proximité d'un coin de ladite première ou seconde paroi latérale 3, 4. Ils pourra également être prévu de telles ergots au niveau de l'une ou des deux parois de protection 3', 4' ou encore à la jonction desdites paroi latérale et de protection.

Lesdits ergots se présentent sous la forme de protubérances réalisées en continuité de matière du reste des plaques. Il s'agit, notamment, de languettes au contour arrondi, comme aux figures 3, 5 et 6 ou droit, éventuellement chanfreiné au niveau de leur bord libre, comme aux figures 2 et 4.

Lesdits tubes 20, turbulateurs 22, intercalaires, éléments de boîtier et/ou collecteurs 7, 8 sont, par exemple, en aluminium et/ou alliage d'aluminium. Ils sont avantageusement brasés entre eux après avoir été pré assemblés.

L'épaisseur des parois latérales 3, 4 et/ou de protection 3', 4' est comprise, notamment, entre environ 0,5 et 1,5 millimètres (mm). En variante, ledit échangeur pourra être muni, à la place des parois de protection 3', 4' de simples retours permettant aux parois latérale 3, 4, au moment du préassemblage de prendre appui sur les premier et dernier tubes 20 de façon à les positionner par rapport au faisceau dans la direction perpendiculaire aux faces planes desdits tubes.

Claims

REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1) comprenant un faisceau (2) de tubes (20), ledit faisceau (2) étant adapté pour permettre un échange de chaleur entre un premier fluide circulant dans les tubes (20) et un deuxième fluide circulant entre les tubes (20), l'échangeur de chaleur (1) comprenant en outre un collecteur (7, 8), à travers lequel lesdits tubes (20) débouchent, et au moins une paroi (3), dite première paroi latérale, guidant ledit second fluide entre les tubes (20), ledit collecteur comprenant une gorge (28), apte à recevoir un couvercle (9, 10) pour former une boîte collectrice (30, 32), un bord latérale (70) de ladite paroi (3) étant pris en sandwich entre une face latérale (50) de ladite gorge (28) et lesdits tubes (20).
2. Echangeur selon la revendication 1 dans lequel ledit collecteur (7, 8) comprend des orifices (24) d'introduction des tubes (20), situés au niveau d'une zone centrale (26) du collecteur (7, 8), ledit collecteur (7, 8) comprenant un rayon (60) reliant ladite face latérale (50) de la gorge (28) et ladite zone centrale (26).
3. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ledit bord (70) comprend un ergot de blocage (16) adapté pour coopérer avec ledit collecteur (7, 8) afin d'assembler ledit collecteur sur ladite première paroi latérale (3), selon une position déterminée.
4. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ledit ergot de blocage (16) est en butée contre ledit rayon (60).
5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une première paroi de protection (3') au contact d'un desdits tubes (20), formant une face transversale du faisceau, ladite première paroilatérale (3) et ladite première paroi de protection (3') formant un élément de boîtier, dit premier élément de boîtier.
6. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ladite première paroi latérale (3) est située au niveau d'une face latérale du faisceau.
7. Echangeur selon la revendication précédente comprenant une seconde latérale (4) paroi guidant le second fluide entre les tubes, ladite seconde paroi latérale (4) étant située au niveau d'une face opposée du faisceau par rapport à la première paroi latérale (3).
8. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ledit échangeur comprend une seconde paroi de protection (4') au contact d'un des tubes (20) formant une face transversale du faisceau, opposée à la face transversale du faisceau au niveau de laquelle se trouve ladite première paroi de protection (3'), ladite seconde paroi latérale (4) et ladite seconde paroi de protection (4') formant un autre élément de boîtier, dit second élément de boîtier.
9. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ladite première paroi latérale (3) présente un bord libre (80), transversale audit bord latéral (70), ledit bord libre (80) étant situé le long du tube (20) au niveau duquel se trouve ladite seconde paroi de protection (4').
10. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ledit bord libre (80) est situé à distance de ladite seconde plaque de protection (4').