EP2734801A1 - Echangeur thermique, tube plat et plaque correspondants - Google Patents

Echangeur thermique, tube plat et plaque correspondants

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EP2734801A1
EP2734801A1 EP12737293.6A EP12737293A EP2734801A1 EP 2734801 A1 EP2734801 A1 EP 2734801A1 EP 12737293 A EP12737293 A EP 12737293A EP 2734801 A1 EP2734801 A1 EP 2734801A1
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EP
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rib
plate
channel
circulation
fluid
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Withdrawn
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EP12737293.6A
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Inventor
Nicolas Vallee
Yoann Naudin
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique pour refroidissement d'air de suralimentation, ledit échangeur comprenant au moins un tube plat pour la circulation d'un fluide, formé par l'assemblage d'une paire de plaques (7) en délimitant un premier canal (23) et un second canal (25) de circulation, tels que lesdits canaux (23, 25) communiquent entre eux à une extrémité pour définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide. Selon l'invention, au moins une plaque (7) comporte au moins une première nervure (29) et une seconde nervure (31) de forme générale sensiblement en « L »; telles que ladite au moins une première nervure (29), respectivement seconde nervure (31), soit agencée dans ledit premier canal (23), respectivement second canal (25), de circulation. L'invention concerne aussi un tube plat pour un tel échangeur formé par une paire de plaques dont au moins une plaque (7) comporte au moins une première nervure (29) et une seconde nervure (31) de forme générale sensiblement en « L »; telles que ladite au moins une première nervure (29), respectivement seconde nervure (31), soit agencée dans ledit premier canal (23), respectivement second canal (25), de circulation. L'invention concerne encore une telle plaque (7) pour tube plat d'échangeur thermique.

Description

Échangeur thermique, tube plat et plaque correspondants
L'invention concerne un échangeur thermique notamment pour véhicule automobile.
Un échangeur thermique, par exemple utilisé dans l'industrie automobile et plus précisément dans un moteur thermique à combustion interne de véhicule automobile, comprend des éléments d'échange thermique et d'écoulement de fluide dans lesquels circulent des fluides échangeant de la chaleur entre eux.
De nombreuses associations de fluides peuvent être envisagées, qu'il s'agisse de liquides et/ou de gaz. On peut prévoir notamment un échangeur dit « air-eau », tel qu'un refroidisseur d'air de suralimentation.
Les éléments d'échange thermique peuvent par exemple comprendre des tubes plats, des ailettes de perturbation de la circulation de gaz et/ou des perturbateurs d'écoulement de fluide ou autres.
De nombreuses configurations structurelles sont envisageables.
On connaît des échangeurs comprenant un faisceau de plaques disposées par paires parallèlement les unes aux autres sur une ou plusieurs rangées parallèles entre elles. Les paires de plaques sont agencées pour définir d'une part un passage d'écoulement d'un premier fluide et d'autre part un intervalle entre deux paires de plaques voisines à travers lequel un deuxième fluide peut s'écouler en échangeant de la chaleur avec le premier fluide.
Selon une solution connue, chaque plaque peut définir deux ou plusieurs passes de circulation. Chaque passe est définie par un canal de circulation.
À titre d'exemple, une plaque pour tube plat d'échangeur est généralement définie avec quatre passes.
On connaît également des plaques définies avec deux passes.
Cependant, afin de garantir une bonne tenue mécanique, il est nécessaire de densifïer la plaque. Pour cela, il est connu de réaliser une multitude de bossages, par exemple des points de brasage.
L'invention a pour objectif d'améliorer encore les performances des échangeurs thermique connus, en terme de réduction de contraintes mécaniques et de pertes de charge.
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique pour refroidissement d'air de suralimentation, ledit échangeur comprend au moins un tube plat pour la circulation d'un fluide, formé par l'assemblage d'une paire de plaques en délimitant un premier canal et un second canal de circulation, tels que lesdits canaux communiquent entre eux à une extrémité pour définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide, caractérisé en ce que au moins une plaque comporte au moins une première nervure et une seconde nervure de forme générale sensiblement en « L »; et en ce que ladite au moins une première nervure, respectivement seconde nervure, est agencée dans ledit premier canal, respectivement second canal, de circulation.
Ledit échangeur peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- ladite au moins une plaque comporte une nervure centrale, ladite nervure centrale formant saillie dans ledit au moins un tube plat pour délimiter les premier et second canaux de circulation;
- lesdites au moins une première et une second nervures sont symétriques par rapport à ladite nervure centrale;
- ladite au moins une première nervure s'étend sensiblement au centre de la largeur dudit premier canal, et ladite au moins une seconde nervure s'étend sensiblement au centre de la largeur dudit second canal;
- ladite au moins une plaque comprend un orifice d'entrée de fluide agencé dans ledit premier canal de circulation et un orifice de sortie de fluide agencé dans ledit second canal de circulation, et ladite au moins une première nervure est sensiblement alignée par rapport au centre dudit orifice d'entrée et ladite au moins une seconde nervure est sensiblement alignée par rapport au centre dudit orifice de sortie;
- lesdites nervures sensiblement en « L » présentent des bordures arrondies;
- ladite au moins une plaque présente une pluralité de bossages formant saillies dans le passage d'écoulement dudit fluide;
- ladite au moins une plaque présente une largeur inférieure ou égale à 100mm. L'invention concerne aussi un tube plat pour échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit tube étant formé par l'assemblage d'une paire de plaques en délimitant un premier canal et un second canal de circulation, tels que lesdits canaux communiquent entre eux à une extrémité pour définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide, caractérisé en ce qu'au moins une plaque comporte au moins une première nervure et une seconde nervure de forme générale sensiblement en « L »; ladite au moins une première nervure, respectivement seconde nervure, étant agencée dans ledit premier canal, respectivement second canal, de circulation.
Ledit tube peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- les deux plaques de ladite paire de plaques sont sensiblement identiques;
- lesdites plaques comportent respectivement une nervure centrale, et la nervure centrale d'une première plaque est en contact avec la nervure centrale en vis-à-vis de la deuxième plaque;
- lesdites première et seconde nervures de la première plaque sont respectivement en contact avec lesdites première et seconde nervures en vis-à-vis de la deuxième plaque.
L'invention concerne encore une plaque pour tube plat d'échangeur thermique délimitant un premier canal et un second canal de circulation, lesdits canaux communiquant entre eux à une extrémité de façon à définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide, caractérisée en ce que ladite plaque comporte au moins une première nervure et une seconde nervure de forme générale sensiblement en « L »; ladite au moins une première nervure, respectivement seconde nervure, étant agencée dans ledit premier canal, respectivement second canal, de circulation.
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 à plaques,
- la figure 2 représente une plaque de l'échangeur de la figure 1. Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
L'invention concerne un échangeur thermique, en particulier pour refroidir l'air de suralimentation pour moteur thermique, tel qu'un moteur de véhicule automobile.
Un tel échangeur peut être 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. La figure 1 représente, vu de côté, un échangeur thermique 1.
L'échangeur 1 présente par exemple une forme générale sensiblement parallélépipédique.
L'échangeur 1 comprend un empilement de tubes plats 3.
Les tubes plats 3 peuvent être disposés en alternance avec des intercalaires 5. Un intercalaire 5 est par exemple formé à partir d'une feuille mince ondulée conductrice de la chaleur, dont les crêtes sont en contact alternativement avec les deux tubes plats 3 de part et d'autre de l'intercalaire 5.
Un flux d'air peut circuler à travers les intercalaires 5, pour échanger de la chaleur, avec le fluide circulant dans les tubes plats 3. Les intercalaires 5 perturbent l'écoulement de l'air de façon à augmenter la surface d'échange.
Selon le mode de réalisation décrit, tous les tubes plats 3 sont identiques.
Chaque tube est par exemple formé par l'assemblage d'une paire de plaques 7 en gard. L'échangeur 1 est donc du type à plaques.
Les plaques 7 assemblées définissent entre elles un passage 9 pour l'écoulement d'un fluide, en particulier un fluide de refroidissement. Un tel passage 9 peut présenter une épaisseur sensiblement constante.
Une plaque 7 (mieux visible sur la figure 2) présente une forme générale rectangulaire avec une longueur L et une largeur 1.
À titre d'exemple, la plaque 7 présente une largeur 1 inférieure ou égale à
100mm.
Et, la plaque 7 présente par exemple une longueur L comprise entre 120 mm et 280 mm.
Chaque plaque 7 comporte des orifices formant une entrée de fluide 11 pour introduire du fluide dans le passage 9 d'écoulement du fluide et une sortie de fluide 13 pour évacuer le fluide.
Une plaque 7 comporte de plus au niveau de l'entrée de fluide 11 et de la sortie de fluide 13 des plaques 7 des renflements 15 (cf figure 1). Ces renflements 15 sont orientés vers l'extérieur du passage 9 d'écoulement de fluide.
Les renflements 15 d'une plaque 7 communiquent avec les renflements 15 d'une plaque 7 d'une paire de plaques 7 voisine. Du fait des renflements 15, l'empilement de tubes plats 3 crée, entre deux paires de plaques 7 voisines, un intervalle. Ces intervalles peuvent être garnis d'un intercalaire 5 tel que décrit précédemment.
En outre, comme on le constate sur la figure 1, l'échangeur 1 comporte respectivement deux tubulures d'entrée et de sortie 17, pour le passage d'un fluide. Ces tubulures 17 communiquent respectivement avec les renflements 15 et orifices associés 11,13 des plaques 7, pour permettre la circulation du fluide entre les plaques 7.
Par ailleurs, selon le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, les plaques 7 sont réalisées à partir de tôle embouties.
De telles plaques 7 embouties présentent une forme sensiblement de cuvette. Chaque plaque 7 comporte un bord périphérique 19 formant un contour de la plaque 7.
Les plaques 7 d'une même paire sont réunies entre elles de façon étanche sur tout leur contour au niveau de leur bord périphérique 19 respectif pour définir un passage 9 pour l'écoulement du fluide. Les plaques 7 sont agencées de sorte que leurs concavités soient tournées l'une vers l'autre.
On pourrait prévoir en variante une telle plaque emboutie 7 assemblée avec une plaque plane qui repose sur le contour périphérique 19 de la plaque 7 emboutie pour définir le passage 9 d'écoulement du fluide.
Les plaques 7 sont reliées de façon étanche par exemple par brasage.
De plus, une plaque 7 emboutie, telle que l'illustre la figure 2, définit deux passes de circulation.
A cet effet, la plaque 7 comporte une nervure centrale 21. Cette nervure centrale
21 est disposée sensiblement au centre de la largeur 1 d'une plaque 7.
Cette nervure centrale 21 est agencée sur la surface intérieure de la plaque, c'est- à-dire en regard du passage 9 d'écoulement de fluide, de sorte que la nervure centrale 21 forme une saillie dans le passage 9 d'écoulement du fluide.
La nervure centrale 21 est une nervure longitudinale joignant deux plaques 7 d'une paire de manière à définir des passes de circulation pour le fluide.
Dans le cas d'un tube plat 3 formé par l'assemblage de deux plaques 7 embouties, la nervure centrale 21 de la première plaque 7 est maintenue en contact avec la nervure centrale 21 en regard de la deuxième plaque 7.
Selon la variante avec une plaque 7 emboutie assemblée avec une plaque plane, cette dernière repose contre la nervure centrale 21 de la plaque 7 emboutie.
On crée ainsi une séparation dans le passage 9 d'écoulement du fluide.
Cette séparation délimite un premier canal de circulation 23 et un second canal de circulation 25 formant ainsi deux passes avec une circulation en « U » entre l'entrée 11 et la sortie 13 de fluide. La première passe est définie par le premier canal de circulation 23 et la deuxième passe est définie par le second canal de circulation 25.
De plus, cette nervure centrale 21 peut présenter une extrémité arrondie 27.
Une telle plaque 7 comporte en outre au moins une première nervure 29 secondaire et au moins une seconde nervure 31 secondaire. Ces deux nervures secondaires 29 et 31 assurent une fonction de renfort mécanique de la plaque 7.
La première nervure 29 est agencée dans le premier canal de circulation 23 de façon à le diviser en deux sous-canaux 23 a et 23b.
De façon similaire, la seconde nervure 31 secondaire est agencée dans le second canal de circulation 25 de fluide, de façon à le diviser en deux sous-canaux 25 a et 25b.
Un tel agencement des nervures secondaires 29 et 31 dans les canaux de circulation en « U » permet de canaliser l'écoulement du fluide dans le passage 9 d'écoulement de fluide.
En outre, les nervures secondaires 29,31 présentent une forme générale sensiblement en « L ». Cette forme en « L » permet d'allier tenue mécanique et diminution de pertes de charge. En effet, en utilisant des nervures secondaires sensiblement en « L », la Demanderesse a constaté un meilleur compromis entre contrainte mécanique et perte de charges.
Par ailleurs, les nervures secondaires 29,31 sensiblement en « L » peuvent présenter des bordures arrondies, de façon à ne pas avoir d'angle vif, pour mieux équilibrer l'écoulement du fluide.
De plus, ces deux nervures sont donc agencées de part et d'autre de la nervure centrale 21.
Plus précisément, la première nervure 29 et la seconde nervure 31 secondaires sont symétriques par rapport à la nervure centrale 21.
En outre, pour un meilleur équilibrage du débit, les nervures secondaires 29 et 31 sont respectivement agencées sensiblement au centre, dans le sens de la largeur, du canal de circulation 23,25 associé. En effet, la première nervure 29 s'étend sensiblement au centre de la largeur du premier canal 23, et la seconde nervure 31 s'étend sensiblement au centre de la largeur du second canal 25.
Par ailleurs, la première nervure est selon le mode de réalisation illustré sensiblement alignée par rapport au centre de l'orifice d'entrée 11.
De même la seconde nervure est sensiblement alignée par rapport au centre de l'orifice de sortie 13. Enfin, la plaque 7 peut encore présenter une multitude de bossages 33 sur sa surface intérieure. Ainsi, ces bossages 33 forment saillie dans le passage 9 d'écoulement du fluide.
Les bossages 33 sont par exemple des points de brasage.
Ainsi, de telles plaques 7 avec les nervures secondaires 29,31 sensiblement en « L » sensiblement au milieu de chaque canal de circulation 23,25 de fluide permettent de renforcer la tenue mécanique de la plaque 7 tout en équilibrant l'écoulement du fluide.
Cet agencement est en particulier adapté pour les plaques 7 de largeur inférieure à 100mm.
En effet, pour de telles plaques, la Demanderesse a constaté que l'utilisation de plaques en deux passes présente un meilleur compromis que l'utilisation de plaques en plusieurs passes; chaque passe étant formée par un canal de circulation. Et, la séparation des deux canaux de la plaque en deux passes à l'aide des nervures secondaires en « L » permet d'augmenter encore les performances en termes de tenue mécanique et pertes de charges.
En outre, la Demanderesse a constaté une réduction des contraintes mécaniques pouvant atteindre 35% en utilisant de telles plaques 7 selon l'invention, par rapport à des plaques embouties définissant deux passes mais ne présentant pas les nervures secondaires en « L » sensiblement au milieu des deux passes.
Ce nouveau type de plaques 7 en deux passes subdivisées par des nervures en « L » permet donc d'augmenter encore les performances thermiques de l'échangeur 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur thermique pour refroidissement d'air de suralimentation, ledit échangeur comprend au moins un tube plat (3) pour la circulation d'un fluide, formé par l'assemblage d'une paire de plaques (7) en délimitant un premier canal (23) et un second canal (25) de circulation, tels que lesdits canaux (23,25) communiquent entre eux à une extrémité pour définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide, caractérisé en ce que: - au moins une plaque (7) comporte au moins une première nervure (29) et une seconde nervure (31) de forme générale sensiblement en « L »; et en ce que
- ladite au moins une première nervure (29), respectivement seconde nervure (31), est agencée dans ledit premier canal (23), respectivement second canal (25), de circulation.
2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une plaque (7) comporte une nervure centrale (21), ladite nervure centrale (21) formant saillie dans ledit au moins un tube plat (3) pour délimiter les premier (23) et second (25) canaux de circulation.
3. Échangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites au moins une première (29) et seconde (31) nervures sont symétriques par rapport à ladite nervure centrale (21).
4. Échangeur selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une première nervure (29) s'étend sensiblement au centre de la largeur dudit premier canal (23), et en ce que ladite au moins une seconde nervure (31) s'étend sensiblement au centre de la largeur dudit second canal (25).
5. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une plaque (7) : - comprend un orifice d'entrée (11) de fluide agencé dans ledit premier canal (23) de circulation, et un orifice de sortie (13) de fluide agencé dans ledit second canal (25) de circulation, et en ce que
- ladite au moins une première nervure (29) est sensiblement alignée par rapport au centre dudit orifice d'entrée (11), et ladite au moins une seconde nervure (31) est sensiblement alignée par rapport au centre dudit orifice de sortie (13).
6. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites nervures (29,31) sensiblement en « L » présentent des bordures arrondies.
7. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une plaque (7) présente une pluralité de bossages (33) formant saillies dans le passage d'écoulement dudit fluide.
8. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une plaque (7) présente une largeur (1) inférieure ou égale à 100mm.
9. Tube plat pour échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit tube (3) étant formé par l'assemblage d'une paire de plaques (7) en délimitant un premier canal (23) et un second canal (25) de circulation, tels que lesdits canaux (23,25) communiquent entre eux à une extrémité pour définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide, caractérisé en ce qu'au moins une plaque (7) comporte au moins une première nervure (29) et une seconde nervure (31) de forme générale sensiblement en « L »; ladite au moins une première nervure (29), respectivement seconde nervure (31), étant agencée dans ledit premier canal (23), respectivement second canal (25), de circulation.
10. Tube plat selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux plaques (7) de ladite paire de plaques sont sensiblement identiques.
11. Tube plat selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites plaques (7) comportent respectivement une nervure centrale (21), et en ce que la nervure centrale (21) d'une première plaque (7) est en contact avec la nervure centrale (21) en vis-à-vis de la deuxième plaque (7).
12. Tube plat selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que lesdites première (29) et seconde (31) nervures de la première plaque (7) sont respectivement en contact avec lesdites première (29) et seconde (31) nervures en vis-à-vis de la deuxième plaque (7).
13. Plaque pour tube plat d'échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, délimitant un premier canal (23) et un second canal (25) de circulation, lesdits canaux (23,25) communiquant entre eux à une extrémité de façon à définir une circulation sensiblement en « U » dudit fluide, caractérisée en ce que ladite plaque (7) comporte au moins une première nervure (29) et une seconde nervure (31) de forme générale sensiblement en « L »; ladite au moins une première nervure (29), respectivement seconde nervure (31), étant agencée dans ledit premier canal (23), respectivement second canal (25), de circulation.
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