EP2726804A1 - Echangeur thermique notamment pour vehicule automobile - Google Patents

Echangeur thermique notamment pour vehicule automobile

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EP2726804A1
EP2726804A1 EP12730955.7A EP12730955A EP2726804A1 EP 2726804 A1 EP2726804 A1 EP 2726804A1 EP 12730955 A EP12730955 A EP 12730955A EP 2726804 A1 EP2726804 A1 EP 2726804A1
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EP
European Patent Office
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fluid
channels
exchanger
tubes
face
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EP12730955.7A
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German (de)
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EP2726804B1 (fr
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Alan Day
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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Publication of EP2726804A1 publication Critical patent/EP2726804A1/fr
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Publication of EP2726804B1 publication Critical patent/EP2726804B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1653—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape
    • F28D7/1661—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0462—Liquid cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers

Definitions

  • Heat exchanger particularly for a motor vehicle
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle.
  • a preferred field of application of the invention is that of supercharged engines for a motor vehicle, which use a heat exchanger called "charge air cooler” to cool the charge air.
  • supercharged or turbocharged heat engines are powered by an underpressure air called "supercharging air” from a compressor or a turbo-compressor.
  • This air is at a temperature too high and it is desirable for proper operation of the engine to cool before admission to the engine.
  • a charge air cooler is conventionally used.
  • This chiller has the function of cooling the supercharging air by heat exchange with another fluid such as outside air or a cooling liquid such as glycol water.
  • a heat exchanger comprising a heat exchange bundle mounted in a housing or housing.
  • the heat exchange bundle comprises for example a stack of parallel plates or tubes arranged in parallel to transport the first fluid while a second fluid flows between the tubes.
  • the casing receiving this heat exchange bundle is generally open at both ends to be connected to fluid distribution boxes: an input box and an output box.
  • the circulation of the two fluids is important for the performance of the heat exchanger.
  • one of the fluids or the two fluids is circulated through disrupters or turbulators in order to increase the heat exchange surfaces between the two fluids.
  • the invention aims to further improve the quality of heat exchange between the two fluids with a smaller footprint.
  • the subject of the invention is a heat exchanger between a first fluid and a second fluid, said exchanger comprising:
  • a heat exchange bundle for a heat exchange between the first and second fluids, comprising first circulation channels of the first fluid and second circulation channels of the second fluid between said first channels,
  • said inlet and outlet manifolds of the first fluid are fixed on a first face of said bundle and are separated by a partition, and said exchanger further comprises an intermediate manifold communicating with said first channels for a "U" circulation; of the first fluid in said first channels, in that
  • said exchanger comprises at least one wall fixed on a second face of said beam contiguous to said first face, and said inlet and outlet pipes of the second fluid are arranged on one end of said wall, being separated from each other the other and said exchanger comprises an intermediate compartment communicating with said second channels for a "U" circulation of the second fluid in said second channels, and in that
  • said intermediate collecting box and said intermediate compartment are arranged on faces of said beam that are perpendicular to one another.
  • the exchanger may further comprise one or more characteristics following, taken separately or in combination:
  • said exchanger comprises a common header divided by said partition into two compartments so as to form on the one hand said inlet box and on the other hand said outlet box;
  • the inlet manifold and the outlet manifold of the first fluid are made by two separate pieces;
  • said bundle comprises a stack of tubes of which at least two tubes are joined, so that the lateral surfaces of said joined tubes lie substantially opposite the separation between said tubes, and that said partition separating said collecting boxes is located substantially vis-à-vis the junction between said joined tubes;
  • the intermediate manifold communicating with all of said first channels, is disposed on a third face of said beam opposite to said first face, for the circulation "U" of the first fluid;
  • said beam has a generally parallelepipedal general shape with two end faces, two small lateral faces and two large lateral faces, and in that said first face is a small lateral face and said second face is a large lateral face of said beam;
  • said exchanger is configured for cooling charge air of an engine of a motor vehicle
  • the first fluid is the supercharging air and the second fluid is the brine.
  • FIG. 1 represents a side view of a heat exchanger
  • FIG. 2 represents an exploded view of the exchanger of FIG. 1
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of an exchange beam of the exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a side view of the beam of FIG. 3, and
  • FIG. 5 is a view according to section II of FIG. 4.
  • the invention relates to a heat exchanger 1, in particular for cooling the charge air for an engine, such as a diesel engine of a motor vehicle.
  • this exchanger is an exchanger called "air-water”, that is to say an exchanger in which the fluids that exchange heat are air and water.
  • the water is preferably water from the so-called “low temperature” cooling circuit of said engine; it is typically brine.
  • FIG. 1 shows such a heat exchanger 1.
  • This exchanger 1 better visible in the exploded perspective view of Figure 2, has a generally parallelepipedal shape.
  • the exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 between the first fluid such as air and the second fluid such as water.
  • the heat exchanger comprises a first inlet manifold 5 of the first fluid, in this case air, and a second air outlet manifold 7, to allow the circulation of air in the bundle 3; and an inlet pipe 9 of the second fluid, here water, and a water outlet pipe 11, to allow the circulation of water in the beam 3 by exchanging heat with the air.
  • the bundle 3 has a generally parallelepipedal general shape.
  • the beam 3 thus has two faces end 3a, 3b, two small side faces 3c, 3d and two large side faces 3e, 3f.
  • Each large side face 3e, 3f is contiguous to a small side face 3c, 3d.
  • the inlet manifolds 5 and air outlet boxes 7 are attached to a small side face 3c, for example, of the bundle 3.
  • These manifolds 5.7 are connected to pipes of a air circuit in which the exchanger 1 is mounted.
  • the manifolds 5 and 7 are thus arranged one above the other, separated by a partition 13 visible in FIG. 2.
  • the exchanger 1 comprises a sealing means (not shown) between the manifolds and the bundle 3.
  • the exchanger 1 also has a sealing means at the of the partition 13 for separating the manifolds 5.7.
  • the heat exchange bundle 3 comprises, for example, a stack of parallel tubes 15, 15a, 15b, 15 ', 15 "(FIG. 3) for the flow of air, This stack therefore has two end tubes 15a, 15b in the stacking direction of the tubes 15, and these end tubes 15a, 15b delimit the end faces 3a, 3b of the bundle 3.
  • These tubes 15,15a, 15b, 15 ', 15' have for example respectively a generally flattened general shape.
  • the tubes 15, 15a, 15b, 15 ', 15' respectively define first air circulation channels which open into the inlet and outlet boxes 7 (see FIGS. 2 and 3). The air is thus introduced into the tubes via the inlet box 5 and is collected at the outlet of the tubes by the outlet box 7.
  • Disturbing fins 17, for example of substantially corrugated shape, arranged in these tubes 15, 15a, 15b, 15 ', 15' can be provided to disturb the flow of air and to increase the exchange surface to facilitate heat exchange between air and water through the walls of the tubes 15,15a, 15b, 15 ', 15'.
  • the fins 17 may for example be brazed to the tubes 15,15a, 15b, 15 ', 15'. More specifically, in known manner, these fins 17 can be made under the form of corrugated dividers, formed for example from a metal strip which is deformed to form the corrugations. Each corrugated spacer may be arranged to come into respective contact with the inner walls of a tube by the end regions of the corrugations (see FIG. 5).
  • the tubes 15, 15a, 15b also define between them second circulation channels for the flow of water.
  • the second channels are interposed between the tubes 15, 15a, 15b.
  • the beam 3 has an alternating stack of first and second circulation channels.
  • disruptors 19 of the water flow can be provided in these second channels.
  • Such disrupters 19 are shown partially and schematically in FIGS. 3 and 5.
  • These disturbers 19 extend between two tubes, for example over the entire length between two adjacent tubes.
  • disturbers 19 have a shape creating turbulence in the flow of water passing through them.
  • the disrupters 19 may be made in the form of plates having disturbance patterns or, according to the example illustrated, be in the form of two superposed perforated disturbance plates 19.
  • Each plate 19 may be brazed to one of the two adjacent tubes defining a second channel.
  • These disturbance plates 19 form spacers between the tubes 15, 15a, 15b and make it possible to increase the exchange surface by disturbing the flow of water. This facilitates heat exchange between air and water through the walls of the tubes.
  • the beam 3 comprises an alternating stack of tubes and disrupters 19.
  • These two joined tubes 15 ', 15 are for example located substantially in the middle of the stack As is best seen in Figure 5, these two joined tubes 15', 15" delimit a first portion A or first beam half 3, and a second part or half B.
  • the first part A extends from an end tube 15a to a joint tube 15 '.
  • the second part B extends from the second joint tube 15 "to the opposite end tube 15b.
  • the ends of the tubes 15a, 15, 15 'of the first part A open into the outlet manifold 7 air.
  • the ends of the tubes 15 ", 15, 15b of the second part B open into the manifold 5.
  • the junction between the tubes 15 'and 15" is found substantially vis-à-vis of the partition 13 between the two manifolds 5 and 7.
  • This arrangement allows a substantially "U” -circulation of the air in the tubes of the bundle 3.
  • the exchanger 1 comprises an intermediate manifold 21 (see Figures 1 and 2) reported on the second small side face 3d opposite the first small side face 3c.
  • the latter comprises a sealing means (not shown), such as a seal, between this intermediate collecting box 21 and the bundle 3.
  • distribution boxes 5, 7 and 21 are formed together by collectors 23 (FIGS. 2 and 3) and complementary associated covers 25 and 27.
  • the two input and output boxes 7 are formed together with a collector 23 and an associated lid 25.
  • the lid 25 is formed in one piece and comprises the partition 13 dividing the lid 25 into two compartments, so as to form on the one hand the input box 5 and on the other hand the outlet box 7.
  • the manifold 23 is disposed at the end of the assembly of the tubes, at the level of the small lateral face 3c, and allows assembly with the associated cover 25.
  • the manifold 23 is formed in one piece and receives a plurality of tube ends from both the first portion A and the second portion B of the tube bundle.
  • the manifold 23 has a plurality of orifices 29 for receiving the ends of the tubes 15, 15a, 15b and has a larger orifice 31 for receiving at the same time the ends of the two joined tubes 15 ', 15 ".
  • the larger orifice 31 has twice the dimensions of an orifice 29 of a single tube end.
  • the two manifolds 5 and 7 can also be made separately with two manifolds 23 and two associated lids.
  • the intermediate box 21 is formed together with a collector 23 disposed at the end of the set of tubes, at the level of the small lateral face
  • the collector 23 is here identical to the collector 23 of the input and output boxes 5 and 7.
  • the cover 27 differs from the cover 25 in that it does not delimit two compartments separated by a partition 13.
  • the cover 27 has a shape complementary to the shape of the collector 23 so as to define an air collection chamber in which open the ends of all the tubes.
  • the exchanger 1 comprises two lateral walls 33 for closing the beam 3.
  • These walls 33 are for example reported on the two large side faces 3e, 3f opposite the beam 3 ( Figure 3). The walls 33 are therefore opposite the lateral surfaces of the stacked tubes of the bundle 3.
  • Fixing the walls 33 to the beam 3 may for example be done by soldering.
  • the opposite lateral walls 33 are of generally rectangular shape so as to delimit together with the end tubes 15a, 15b an open parallelepiped shape to which the boxes of input 5 and output 7, and secondly the intermediate box 21 for the distribution of air.
  • the two walls 33 may respectively have fixing means 34 on the end tubes 15a, 15b.
  • the inlet 9 and outlet 11 of the water pipes allow the circulation of water in the beam 3.
  • these inlet pipes 9 and outlet 11 are formed on one of the walls 33. More specifically, to allow a flow "U" of water, the two pipes 9,11 are arranged at the level of a first end of a wall 33, being separated from one another.
  • the pipes 9, 11 are for example formed near the inlet boxes 5 and outlet 7 of the air.
  • the wall 33 may have apertures 35, for example of substantially circular shape, for the entry and the exit, and at the right of this opening 35, a bulge 37 oriented towards the outside of the exchanger 1, as illustrated in Figures 2 and 3.
  • This bulge 37 is for example made by stamping.
  • the pipes 9 and 11 are respectively connected at the openings 35, and the wall 33 extending between the bulges 37 form a sealed separation between the inlet pipe 9 and outlet 11 (see Figures 3 and 5).
  • this separation formed by the wall 33 extending between the two bulges 37 is located substantially vis-à-vis the side surfaces of the two joined tubes 15 'and 15 "(see Figure 5).
  • This arrangement allows a substantially "U” circulation of the water.
  • the second fluid, here water, introduced into the beam 3 via the inlet pipe 9 circulates in the second channels interposed between the tubes 15a, 15,15 'of the first part A, and the water circulates in the second channels interposed between the tubes 15 ", 15, 15b before exiting via the outlet pipe 11.
  • an intermediate compartment 39 which communicates with both the second channels of the first part A with the second channels of the second part B of the beam 3, so as to receive the water having circulated in the first part A, then redistribute it to the second part B for evacuation.
  • This intermediate compartment 39 therefore participates in the "U" circulation of the water in the bundle 3.
  • the intermediate compartment 39 is arranged on a face of the beam 3 perpendicular to the face 3d on which the intermediate manifold 21 is arranged.
  • This particular arrangement allows the double "U” circulation of the two fluids.
  • this intermediate compartment 39 is located on the same wall 33 as the inlet and outlet pipes 9 and 11, but at the opposite end.
  • this compartment 39 is for example in the form of a bulge of a wall 33, similarly to the bulges 37 to receive the inlet pipes 9 and output 11.
  • This bulge is for example made by stamping. Furthermore, according to the embodiment described, the two fluids flow against the current. This countercurrent circulation further increases the performance of the heat exchanger 1.
  • the air inlet box 5 is substantially in the same plane as the outlet pipe 11 of the water; and the air outlet box 7 is substantially in the same plane as the inlet pipe 9 of the water.
  • the air inlet box 5 and the outlet pipe 11 communicate with the second part B of the bundle 3, and the air outlet box 7 and the water inlet pipe 9 communicate with the first part A of beam 3.
  • Such an exchanger 1 allowing a flow "U" of both the first fluid and the second fluid, increases the heat exchange surface by extending the flow path of the two fluids.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique entre un premier et un second fluides, comprenant : un faisceau (3) d'échange thermique, comprenant des premiers canaux de circulation du premier fluide et des seconds canaux de circulation du second fluide, une boîte collectrice d'entrée (5) et une boîte collectrice de sortie (7) du premier fluide, dans lesquelles les extrémités desdits premiers canaux débouchent, et - une tubulure d'entrée (9) et une tubulure de sortie (11) du second fluide. Lesdites boîtes collectrices d'entrée (5) et de sortie (7) du premier fluide sont fixées sur une première face (3c) dudit faisceau (3) et sont séparées par une cloison (13), et ledit échangeur comporte en outre une boîte collectrice intermédiaire (21) communiquant avec lesdits premiers canaux pour une circulation en « U » du premier fluide dans lesdits premiers canaux. Ledit échangeur comporte au moins une paroi (33) fixée sur une deuxième face (3e) dudit faisceau (3) contiguë à ladite première face (3c), et lesdites tubulures d'entrée (9) et de sortie (11) du second fluide sont agencées sur une extrémité de ladite paroi (33), en étant séparées l'une de l'autre, et ledit échangeur comporte un compartiment intermédiaire (39) communiquant avec lesdits seconds canaux pour une circulation en « U » du second fluide dans lesdits seconds canaux. Selon l'invention, ladite boîte collectrice intermédiaire (21) et ledit compartiment intermédiaire (39) sont agencés sur des faces (3d,3e) dudit faisceau (3) perpendiculaires l'une par rapport à l'autre.

Description

Échangeur thermique notamment pour véhicule automobile
L'invention concerne un échangeur thermique notamment pour véhicule automobile.
Un domaine d'application préférentiel de l'invention est celui des moteurs suralimentés, pour véhicule automobile, qui utilisent un échangeur thermique appelé « refroidisseur d'air de suralimentation » pour refroidir l'air de suralimentation.
En effet, les moteurs thermiques suralimentés ou turbo-compressés, en particulier les moteurs diesel, sont alimentés par un air sous-pression appelé « air de suralimentation » provenant d'un compresseur ou d'un turbo-compresseur. Par suite de sa compression, cet air se trouve à une température trop élevée et il est souhaitable pour un bon fonctionnement du moteur de le refroidir avant son admission dans le moteur.
On utilise pour cela de manière classique un refroidisseur d'air de suralimentation. Ce refroidisseur a pour fonction de refroidir l'air de suralimentation par échange thermique avec un autre fluide comme de l'air extérieur ou encore un liquide de refroidissement comme de l'eau glycolée.
On connaît plusieurs structures pour de tels échangeurs ou refroidisseurs. Notamment, on connaît un échangeur thermique comportant un faisceau d'échange thermique monté dans un boîtier ou carter. Le faisceau d'échange thermique comporte par exemple un empilement de plaques parallèles ou de tubes agencés parallèlement pour transporter le premier fluide tandis qu'un deuxième fluide s'écoule entre les tubes. Le carter recevant ce faisceau d'échange thermique est généralement ouvert à ses deux extrémités pour être reliés à des boîtiers de distribution de fluide : un boîtier d'entrée et un boîtier de sortie.
La circulation des deux fluides a une importance pour les performances de l'échangeur thermique.
Selon une solution connue, on fait circuler un des fluides ou les deux fluides à travers des perturbateurs ou turbulateurs afin d'augmenter les surfaces d'échange thermique entre les deux fluides.
Par ailleurs, la tendance actuelle dans le domaine automobile, est de diminuer l'encombrement de tels échangeurs thermiques. Cependant, la diminution de taille de l'échangeur peut réduire la surface d'échange entre les deux fluides et donc altérer la performances de l'échangeur.
L'invention a pour objectif d'améliorer encore la qualité des échanges thermiques entre les deux fluides avec un moindre encombrement.
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique entre un premier fluide et un second fluide, ledit échangeur comprenant :
- un faisceau d'échange thermique, pour un échange thermique entre les premier et second fluides, comprenant des premiers canaux de circulation du premier fluide et des seconds canaux de circulation du second fluide entre lesdits premiers canaux,
- une boîte collectrice d'entrée du premier fluide et une boîte collectrice de sortie du premier fluide, dans lesquelles les extrémités desdits premiers canaux débouchent, et
- une tubulure d'entrée du second fluide et une tubulure de sortie du second fluide, caractérisé en ce que :
- lesdites boîtes collectrices d'entrée et de sortie du premier fluide sont fixées sur une première face dudit faisceau et sont séparées par une cloison, et ledit échangeur comporte en outre une boîte collectrice intermédiaire communiquant avec lesdits premiers canaux pour une circulation en « U » du premier fluide dans lesdits premiers canaux, en ce que
- ledit échangeur comporte au moins une paroi fixée sur une deuxième face dudit faisceau contiguë à ladite première face, et lesdites tubulures d'entrée et de sortie du second fluide sont agencées sur une extrémité de ladite paroi, en étant séparées l'une de l'autre et ledit échangeur comporte un compartiment intermédiaire communiquant avec lesdits seconds canaux pour une circulation en « U » du second fluide dans lesdits seconds canaux, et en ce que
- ladite boîte collectrice intermédiaire et ledit compartiment intermédiaire sont agencés sur des faces dudit faisceau perpendiculaires l'une par rapport à l'autre.
La circulation en « U » des deux fluides permet d'améliorer les performances d'échange thermique avec un échangeur d'encombrement réduit.
Ledit échangeur peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- lesdits premier et second fluides circulent à contre-courant;
- ledit échangeur comporte une boîte collectrice commune divisée par ladite cloison en deux compartiments de façon à former d'une part ladite boîte d'entrée et d'autre part ladite boîte de sortie;
- la boîte collectrice d'entrée et la boîte collectrice de sortie du premier fluide sont réalisées par deux pièces distinctes;
- ledit faisceau comporte un empilement de tubes dont au moins deux tubes sont joints, de sorte que les surfaces latérales desdits tubes joints se situent sensiblement en vis-à-vis de la séparation entre lesdites tubulures, et que ladite cloison séparant lesdites boîtes collectrices se situe sensiblement en vis-à-vis de la jonction entre lesdits tubes joints;
- la boîte collectrice intermédiaire communiquant avec l'ensemble desdits premiers canaux, est disposée sur une troisième face dudit faisceau opposée à ladite première face, pour la circulation en « U » du premier fluide;
- ledit compartiment intermédiaire communiquant avec l'ensemble desdits seconds canaux, pour la circulation en « U » du second fluide, est disposé sur une extrémité de ladite paroi, opposée auxdites tubulures;
- ledit faisceau présente une forme générale sensiblement parallélépipédique avec deux faces d'extrémité, deux petites faces latérales et deux grandes faces latérales, et en ce que ladite première face est une petite face latérale et ladite deuxième face est une grande face latérale dudit faisceau;
- ledit échangeur est configuré pour le refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur d'un véhicule automobile, et
- le premier fluide est l'air de suralimentation et le second fluide de l'eau glycolée.
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 représente une vue de côté d'un échangeur thermique, - la figure 2 représente une vue éclatée de l'échangeur de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en perspective éclatée d'un faisceau d'échange de l'échangeur de la figure 1 ,
- la figure 4 est une vue de côté du faisceau de la figure 3, et
- la figure 5 est une vue selon la coupe II de la figure 4.
Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. L'invention concerne un échangeur thermique 1, en particulier pour refroidir l'air de suralimentation pour moteur, tel qu'un moteur diesel de véhicule automobile.
Selon le mode de réalisation décrit cet échangeur 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. Dans le cas d'un refroidisseur d'air de suralimentation; l'eau est de préférence de l'eau du circuit de refroidissement dit "basse température" dudit moteur; il s'agit typiquement d'eau glycolée.
On a représenté sur la figure 1 un tel échangeur 1 thermique. Cet échangeur 1 mieux visible sur la vue en perspective éclatée de la figure 2, présente une forme générale sensiblement parallélépipédique.
L'échangeur 1 comporte un faisceau 3 d'échange thermique entre le premier fluide tel que l'air et le second fluide tel que l'eau.
A cet effet, l'échangeur comporte une première boîte collectrice d'entrée 5 du premier fluide, ici de l'air, et une seconde boîte collectrice 7 de sortie de l'air, pour permettre la circulation de l'air dans le faisceau 3; ainsi qu'une une tubulure d'entrée 9 du second fluide, ici de l'eau, et une tubulure de sortie d'eau 11, pour permettre la circulation de l'eau dans le faisceau 3 en échangeant de la chaleur avec l'air.
Comme on le remarque sur les figures 2 à 4, le faisceau 3 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique. Le faisceau 3 présente donc deux faces d'extrémité 3a,3b, deux petites faces latérales 3c,3d et deux grandes faces latérales 3e,3f. Chaque grande face latérale 3e,3f est contiguë à une petite face latérale 3c,3d.
Selon le mode de réalisation illustré, les boîtes collectrices d'entrée 5 et de sortie 7 d'air sont rapportées sur une petite face latérale 3c par exemple, du faisceau 3. Ces boîtes collectrices 5,7 sont reliées à des canalisations d'un circuit d'air dans lequel est monté l'échangeur 1.
En référence aux figures 1 et 2, les boîtes collectrices 5 et 7 sont donc disposées l'une au-dessus de l'autre en étant séparées par une cloison 13 visible sur la figure 2.
Afin d'assurer l'étanchéité de l'échangeur 1, ce dernier comprend un moyen d'étanchéité (non représenté) entre les boîtes collectrices et le faisceau 3. Bien entendu, l'échangeur 1 présente également un moyen d'étanchéité au niveau de la cloison 13 de séparation des boîtes collectrices 5,7. À titre d'exemple, on peut prévoir un joint d'étanchéité. Le faisceau 3 d'échange thermique comporte par exemple un empilement de tubes 15,15a,15b,15',15" (figure 3) parallèles pour l'écoulement de l'air. Cet empilement présente donc deux tubes d'extrémité 15a, 15b dans le sens de l'empilement des tubes 15; et ces tubes d'extrémité 15a, 15b délimitent les faces d'extrémité 3a,3b du faisceau 3.
Ces tubes 15,15a,15b,15',15' présentent par exemple respectivement une forme générale sensiblement aplatie.
Les tubes 15,15a,15b,15',15' définissent respectivement des premiers canaux de circulation pour l'air qui débouchent dans les boîtes d'entrée 5 et de sortie 7 (cf figures 2 et 3). L'air est donc introduit dans les tubes par l'intermédiaire de la boîte d'entrée 5 et est recueilli en sortie des tubes par la boîte de sortie 7.
On peut prévoir des ailettes 17 de perturbation, par exemple de forme sensiblement ondulée, agencées dans ces tubes 15,15a,15b,15',15' pour perturber l'écoulement de l'air et augmenter la surface d'échange pour faciliter les échanges thermiques entre l'air et l'eau au travers des parois des tubes 15,15a,15b,15',15'.
Les ailettes 17 peuvent par exemple être brasées aux tubes 15,15a,15b,15',15'. Plus précisément, de façon connue, ces ailettes 17 peuvent être réalisées sous la forme d'intercalaires ondulés, formés par exemple à partir d'un feuillard métallique qui est déformé pour constituer les ondulations. Chaque intercalaire ondulé peut être disposé de façon à venir au contact respectif des parois internes d'un tube par les régions d'extrémité des ondulations (cf figure 5).
Les tubes 15, 15a, 15b définissent également entre eux des seconds canaux de circulation pour l'écoulement de l'eau.
Les seconds canaux sont donc intercalés entre les tubes 15, 15a, 15b. Et, le faisceau 3 présente un empilement alterné de premiers et de seconds canaux de circulation.
On peut prévoir par exemple des perturbateurs 19 de l'écoulement d'eau montées dans ces seconds canaux. De tels perturbateurs 19 sont représentés de façon partielle et schématique sur les figures 3 et 5.
Ces perturbateurs 19 s'étendent entre deux tubes, par exemple sur toute la longueur entre deux tubes adjacents.
Ces perturbateurs 19 présentent une forme créant des turbulences dans l'écoulement d'eau passant à travers eux. À cet effet, les perturbateurs 19 peuvent être réalisés sous la forme de plaques présentant des motifs de perturbation ou encore selon l'exemple illustré, être réalisés sous forme de deux plaques de perturbation 19 ajourées superposées.
Chaque plaque 19 peut être brasée à un des deux tubes adjacents définissant un second canal.
Ces plaques de perturbation 19 forment entretoises entre les tubes 15, 15a, 15b et permettent d'augmenter la surface d'échange en perturbant l'écoulement de l'eau. Ceci facilite les échanges thermiques entre l'air et l'eau au travers des parois des tubes.
Dans ce cas, le faisceau 3 comporte un empilement alterné de tubes et de perturbateurs 19.
De plus, dans cet empilement, au moins deux tubes 15' et 15" sont joints qui ne sont donc pas séparés par un second canal ou une plaque 19. Selon le mode de réalisation illustré, deux tubes 15' et 15" sont joints.
Ces deux tubes joints 15', 15" sont par exemple situés sensiblement au milieu de l'empilement. Comme cela est mieux visible sur la figure 5, ces deux tubes joints 15', 15" délimitent une première partie A ou première moitié de faisceau 3, et une deuxième partie ou moitié B.
La première partie A s'étend d'un tube d'extrémité 15a jusqu'à un tube joint 15'. La deuxième partie B s'étend du deuxième tube joint 15" jusqu'au tube d'extrémité 15b opposé.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 5, du côté de la petite face latérale 3c du faisceau 3, les extrémités des tubes 15a, 15, 15' de la première partie A débouchent dans la boîte collectrice 7 de sortie d'air. Les extrémités des tubes 15", 15, 15b de la deuxième partie B débouchent quant à elles dans la boîte collectrice 5 d'entrée d'air. La jonction entre les tubes 15' et 15" se retrouve sensiblement en vis-à-vis de la cloison 13 séparant les deux boîtes collectrices 5 et 7.
Cet agencement permet une circulation sensiblement en « U » de l'air dans les tubes du faisceau 3.
En outre, l'échangeur 1 comporte une boîte collectrice intermédiaire 21 (cf figures 1 et 2) rapportée sur la deuxième petite face latérale 3d opposée à la première petite face latérale 3c.
Afin d'assurer l'étanchéité de l'échangeur 1, ce dernier comprend un moyen d'étanchéité (non représenté), tel qu'un joint d'étanchéité, entre cette boîte collectrice intermédiaire 21 et le faisceau 3.
Les extrémités de l'ensemble des tubes 15,15a,15b,15',15" du côté de la deuxième petite face latérale 3d débouchent dans cette boîte collectrice intermédiaire 21 (cf figures 2 et 3).
Ainsi, l'air ayant circulé dans les tubes de la deuxième partie B est collecté dans cette boîte collectrice intermédiaire 21 avant de circuler dans les tubes de la première partie A jusqu'à être évacué par la boîte de sortie 7.
Cette boîte collectrice intermédiaire 21 opposée aux boîtes collectrices d'entrée 5 et de sortie 7 participe donc à la circulation en « U » de l'air dans le faisceau 3.
En outre, les boîtes de distribution 5, 7 et 21 sont formées conjointement par des collecteurs 23 (figures 2 et 3) et des couvercles associés complémentaires 25 et 27.
Selon le mode de réalisation illustré, les deux boîtes d'entrée 5 et de sortie 7 sont formées conjointement d'un collecteur 23 et d'un couvercle associé 25.
Le couvercle 25 est formé d'une seule pièce et comporte la cloison 13 divisant le couvercle 25 en deux compartiments, de façon à former d'une part la boîte d'entrée 5 et d'autre part la boîte de sortie 7.
Le collecteur 23 est disposé en bout de l'ensemble des tubes, au niveau de la petite face latérale 3c, et permet l'assemblage avec le couvercle 25 associé.
Le collecteur 23 est formé d'une seule pièce et reçoit une pluralité d'extrémités des tubes aussi bien de la première partie A que de la deuxième partie B du faisceau de tubes.
Pour ce faire, le collecteur 23 présente une pluralité d'orifices 29 de réception des extrémités des tubes 15, 15a, 15b et présente un orifice 31 plus grand pour recevoir en même temps les extrémités des deux tubes joints 15', 15". Cet orifice 31 plus grand présente par exemple deux fois les dimensions d'un orifice 29 d'une simple extrémité de tube.
Bien entendu, on peut aussi réaliser les deux boîtes collectrices 5 et 7 de façon distincte avec deux collecteurs 23 et deux couvercles associés.
De façon similaire, la boîte intermédiaire 21 est formée conjointement d'un collecteur 23 disposé en bout de l'ensemble des tubes, au niveau de la petite face latérale
3d et d'un couvercle associé 27.
Le collecteur 23 est ici identique au collecteur 23 des boîtes d'entrée 5 et de sortie 7.
Le couvercle 27 se distingue du couvercle 25 en ce qu'il ne délimite pas deux compartiments séparés par une cloison 13. Le couvercle 27 présente une forme complémentaire de la forme du collecteur 23 de façon à définir une chambre de collection de l'air dans laquelle débouchent les extrémités de l'ensemble des tubes. Par ailleurs, selon le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, l'échangeur 1 comporte deux parois 33 latérales pour fermer le faisceau 3.
Ces parois 33 sont par exemple rapportées sur les deux grandes faces latérales 3e,3f opposées du faisceau 3 (figure 3). Les parois 33 sont donc en vis-à-vis des surfaces latérales des tubes empilés du faisceau 3.
La fixation des parois 33 au faisceau 3 peut par exemple se faire par brasage.
Selon l'exemple représenté sur la figure 2, les parois latérales opposées 33 sont de forme générale rectangulaire de manière à délimiter conjointement avec les tubes d'extrémité 15a, 15b une forme parallélépipédique ouverte à laquelle se rattachent d'une part les boîtes d'entrée 5 et de sortie 7, et d'autre part la boîte intermédiaire 21 pour la distribution de l'air.
Pour cela, les deux parois 33 peuvent respectivement présenter des moyens de fixation 34 sur les tubes d'extrémité 15a,15b.
Comme mentionné précédemment, des tubulures d'entrée 9 et de sortie 11 de l'eau permettent la circulation de l'eau dans le faisceau 3.
Pour cela, ces tubulures d'entrée 9 et de sortie 11 sont ménagées sur une des parois 33. Plus précisément, afin de permettre une circulation en « U » de l'eau, les deux tubulures 9,11 sont agencées au niveau d'une première extrémité d'une paroi 33, en étant séparées l'une de l'autre.
Les tubulures 9,11 sont par exemple ménagées à proximité des boîtes d'entrée 5 et de sortie 7 de l'air.
Comme on le remarque sur la figure 3, la paroi 33 peut présenter des ouvertures 35 par exemple de forme sensiblement circulaire, pour l'entrée et la sortie, et au droit de cette ouverture 35, un bombement 37 orienté vers l'extérieur de l'échangeur 1, comme l'illustre les figures 2 et 3.
Ce bombement 37 est par exemple réalisé par emboutissage.
Les tubulures 9 et 11 sont respectivement connectées au niveau des ouvertures 35, et la paroi 33 s'étendant entre les bombements 37 forment une séparation étanche entre les tubulures d'entrée 9 et de sortie 11 (cf figures 3 et 5). De plus, cette séparation formée par la paroi 33 s'étendant entre les deux bombements 37 se situe sensiblement en vis-à-vis des surfaces latérales des deux tubes joints 15' et 15" (cf figure 5).
Cet agencement permet une circulation sensiblement en « U » de l'eau.
Ainsi, le second fluide, ici l'eau, introduit dans le faisceau 3 via la tubulure d'entrée 9 circule dans les seconds canaux interposés entre les tubes 15a,15,15' de la première partie A, puis l'eau circule dans les seconds canaux interposés entre les tubes 15", 15, 15b avant de sortir via la tubulure de sortie 11. En outre, on prévoit un compartiment intermédiaire 39 (figures 1 à 4) qui communique aussi bien avec les seconds canaux de la première partie A qu'avec les seconds canaux de la deuxième partie B du faisceau 3, de façon à recevoir l'eau ayant circulé dans la première partie A, puis la redistribuer vers la deuxième partie B pour évacuation.
Ce compartiment intermédiaire 39 participe donc à la circulation en « U » de l'eau dans le faisceau 3.
Le compartiment intermédiaire 39 est agencé sur une face du faisceau 3 perpendiculaire à la face 3d sur laquelle la boîte collectrice intermédiaire 21 est agencée.
C'est agencement particulier permet la double circulation en « U » des deux fluides.
Selon le mode de réalisation illustré, ce compartiment intermédiaire 39 se situe sur la même paroi 33 que les tubulures d'entrée 9 et de sortie 11, mais à l'extrémité opposée.
De plus, de manière à former une chambre de collection de l'eau, ce compartiment 39 se présente par exemple sous la forme d'un bombement d'une paroi 33, de façon similaire aux bombements 37 pour recevoir les tubulures d'entrée 9 et de sortie 11.
Ce bombement est par exemple réalisé par emboutissage. Par ailleurs, selon le mode de réalisation décrit, les deux fluides circulent à contre courant. Cette circulation à contre-courant augmente encore les performances de l'échangeur thermique 1.
Pour cela, en se référant à la figure 2, la boîte d'entrée d'air 5 se trouve sensiblement dans le même plan que la tubulure 11 de sortie de l'eau; et la boîte de sortie d'air 7 se trouve sensiblement dans le même plan que la tubulure d'entrée 9 de l'eau.
Ainsi, la boîte d'entrée d'air 5 et la tubulure 11 de sortie communiquent avec la deuxième partie B du faisceau 3, et la boîte de sortie d'air 7 et la tubulure 9 d'entrée de l'eau communiquent avec la première partie A du faisceau 3.
Un tel échangeur 1 permettant une circulation en « U » à la fois du premier fluide et du second fluide, permet d'augmenter la surface d'échange thermique en allongeant le trajet de circulation des deux fluides.
En outre, pour une même capacité d'échange thermique par rapport à un échangeur de l'art antérieur sans double circulation en « U », on obtient un échangeur 1 moins encombrant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur thermique entre un premier fluide et un second fluide, ledit échangeur comprenant :
- un faisceau (3) d'échange thermique, pour un échange thermique entre les premier et second fluides, comprenant des premiers canaux de circulation du premier fluide et des seconds canaux de circulation du second fluide entre lesdits premiers canaux, - une boîte collectrice d'entrée (5) du premier fluide et une boîte collectrice de sortie (7) du premier fluide, dans lesquelles les extrémités desdits premiers canaux débouchent, et
- une tubulure d'entrée (9) du second fluide et une tubulure de sortie (11) du second fluide, caractérisé en ce que :
- lesdites boîtes collectrices d'entrée (5) et de sortie (7) du premier fluide sont fixées sur une première face (3c) dudit faisceau (3) et sont séparées par une cloison (13), et ledit échangeur comporte en outre une boîte collectrice intermédiaire (21) communiquant avec lesdits premiers canaux pour une circulation en « U » du premier fluide dans lesdits premiers canaux, en ce que
- ledit échangeur comporte au moins une paroi (33) fixée sur une deuxième face (3e) dudit faisceau (3) contiguë à ladite première face (3c), et lesdites tubulures d'entrée (9) et de sortie (11) du second fluide sont agencées sur une extrémité de ladite paroi (33), en étant séparées l'une de l'autre, et ledit échangeur comporte un compartiment intermédiaire (39) communiquant avec lesdits seconds canaux pour une circulation en « U » du second fluide dans lesdits seconds canaux, et en ce que - ladite boîte collectrice intermédiaire (21) et ledit compartiment intermédiaire (39) sont agencés sur des faces (3d,3e) dudit faisceau (3) perpendiculaires l'une par rapport à l'autre.
2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une boîte collectrice commune divisée par ladite cloison (13) en deux compartiments de façon à former d'une part ladite boîte d'entrée (5) et d'autre part ladite boîte de sortie (7).
3. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte collectrice d'entrée (5) et la boîte collectrice de sortie (7) du premier fluide sont réalisées par deux pièces distinctes.
4. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit faisceau comporte un empilement de tubes (15,15a,15b,15',15") dont au moins deux tubes (15', 15") sont joints, de sorte que :
- les surfaces latérales desdits tubes joints (15', 15") se situent sensiblement en vis- à-vis de la séparation entre lesdites tubulures (9,11), et que - ladite cloison (13) séparant lesdites boîtes collectrices (5,7) se situe sensiblement en vis-à-vis de la jonction entre lesdits tubes joints (15', 15").
5. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte collectrice intermédiaire (21) communiquant avec l'ensemble desdits premiers canaux, est disposée sur une troisième face (3d) dudit faisceau (3) opposée à ladite première face (3c), pour la circulation en « U » du premier fluide.
6. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compartiment intermédiaire (39) communiquant avec l'ensemble desdits seconds canaux, pour la circulation en « U » du second fluide, est disposé sur une extrémité de ladite paroi (33), opposée auxdites tubulures (9,11).
7. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit faisceau (3) présente une forme générale sensiblement parallélépipédique avec deux faces d'extrémité (3a,3b), deux petites faces latérales (3c,3d) et deux grandes faces latérales (3e,3f), et en ce que ladite première face (3 c) est une petite face latérale et ladite deuxième face (3e) est une grande face latérale dudit faisceau.
Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour le refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur d'un véhicule automobile.
Échangeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier fluide de suralimentation et le second fluide de l'eau glycolée.
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