EP3002536A1 - Ensemble comprenant au moins une première et une deuxième plaque permettant de former un faisceau d'echange d'un échangeur de chaleur et un échangeur de chaleur comprenant cet ensemble - Google Patents

Ensemble comprenant au moins une première et une deuxième plaque permettant de former un faisceau d'echange d'un échangeur de chaleur et un échangeur de chaleur comprenant cet ensemble Download PDF

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EP3002536A1
EP3002536A1 EP15187575.4A EP15187575A EP3002536A1 EP 3002536 A1 EP3002536 A1 EP 3002536A1 EP 15187575 A EP15187575 A EP 15187575A EP 3002536 A1 EP3002536 A1 EP 3002536A1
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EP
European Patent Office
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plate
heat exchanger
assembly
tubular element
tubular
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15187575.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean Lavenu
Demetrio ONETTI
Loïc JARDIN
Yoann Naudin
Romain DEHANE
Nicolas Vallee
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F28D1/0325—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D1/0333—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another the plates having integrated connecting members
    • 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
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages

Definitions

  • the present invention relates to an assembly comprising at least a first and a second plate for forming an exchange beam of a heat exchanger. More specifically, the invention relates to an assembly consisting of at least a first and a second plate for forming an exchange beam of a heat exchanger for a combustion engine. Such a heat exchanger allows the exchange of heat between a first and a second fluid used in a motor vehicle.
  • the assembly formed of at least a first and a second plate for forming an exchange bundle, and the exchange bundle for a heat exchanger, are particularly suitable for use within a heat exchanger of the water-cooled charge air cooler type (also referenced in the prior art with the English term Water Charge Air Cooler (WCAC)), using plates to create tubes for the circulation of fluid in exchange for heat.
  • WCAC Water Charge Air Cooler
  • a heat exchanger used in the automotive industry, and more specifically a heat exchanger adapted to cool the compressed air before its introduction into the combustion chamber, provided with an exchange beam comprising a stack of plates.
  • an exchange beam comprising a stack of plates.
  • two adjacent plates together form a channel for guiding a first fluid in exchange for heat in the heat exchanger, for example supercharging air.
  • Each plate is provided with a tubular element forming with another tubular element of a adjacent plate, a guide for a second fluid in exchange for heat in the heat exchanger, for example glycol water.
  • the solution to obtain the final heat exchanger using a brewing process is known from the state of the art.
  • the various stacked plates are subjected to a specific pressure and introduced into an oven in order to expose them to a heat treatment for fixing the different elements of the heat exchanger to each other.
  • a second solution for ensuring the connection of a tubular element of a first plate and a tubular element of a second plate consists in providing the various tubular elements having a conical end, in which the tubular elements present complementary forms ensuring their connection during the brewing procedure.
  • the plates used for the purpose of obtaining a heat exchanger according to the prior art requires a relatively precise production of different elements to ensure sufficiently large contact between the adjacent tubular elements thus achieving, after brazing, a sufficiently sealed connection for optimal operation of the heat exchanger.
  • Another technique which involves subjecting a stack of plates to a determined pressure to ensure that the various elements are sufficiently sunk into each other, before the initiation of a brewing procedure, is known to the state of the technique.
  • An object of the present invention is an optimal assembly in which the compression of a stack of plates, before or during the brewing process, is no longer a primary factor to ensure the seal between the various tubular elements.
  • An assembly composed of at least a first and a second heat exchanger exchange-heat exchanger bundle according to the present invention, is intended to ensure the docking of two tubular elements of adjacent plates and, therefore, optimal brazing, while allowing a certain ease on the assembly.
  • the invention relates to an assembly comprising at least a first and a second plate, adapted to be stacked and making it possible to form an exchange bundle of a heat exchanger, in which the first plate and the second plate respectively comprise a first tubular member and a second tubular member, said first tubular member being provided with an end having straight walls and wherein said second tubular member is provided with a tip with a section which tapers towards its end.
  • tubular element of the second plate facilitates the introduction within it of the tubular element of the first plate.
  • a contact allowing sealing between the two tubular elements after brazing is provided through the end provided with an increasing section.
  • the tip of the second tubular element of the second plate is provided with a growing section of a first size which is equal to or greater than the size of the section of the end of the first tubular element of the first plate to a second size smaller than the size of the section of the end of the first tubular element of the first plate.
  • the tip of the second tubular element of the second plate has a trumpet shape.
  • the first and second tubular elements of said first and second plates are in the form, in section, of a flattened oval.
  • the invention relates to a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, in particular a heat exchanger for a motor vehicle, said heat exchanger comprising at least one assembly according to the invention.
  • the figure 1 shows an assembly 10 composed of a first plate 1 and a second plate 2, positioned relative to each other so that said plates are substantially parallel.
  • the different plates 1, 2 delimit between them a guide or tube guiding a first fluid, for example supercharging air.
  • the first plate 1, provided with a first tubular element 11, cooperates with a second tubular element 21 of the second plate 2.
  • the first and second tubular elements 11, 21 have, in section, the shape of a flattened oval.
  • the first element 11 has a wall, essentially straight, which extends from its base 12 to the end 13.
  • the second tubular element 21 is provided with a nozzle and has a wall extending from its base 22 towards the end 23, essentially in the form of a trumpet in which the section narrowed from the base 22 towards the end 23.
  • the role of the end of the second tubular element 21 is to maintain contact between the outside of the element 21 and the inside of the first tubular element 11, regardless of the exact distance between the plates 1 and 2. This is specified with reference to Figures 2 and 3 .
  • the figure 2 represents the plates 1 and 2, positioned one on the other, offering a distance d1 between them.
  • the inside of the first tubular element 11 remains in contact with the outside of the second tubular element 21 in the zone A indicated on the figure 2 .
  • the plates 1 and 2 in contact with each other, offer a distance d2 between them.
  • the inside of the first tubular element 11 remains in contact with the outside of the second tubular element 21 in zone B indicated on the figure 3 .
  • the distance d2 according to the figure 3 is greater than the distance d1 according to the figure 2 .
  • the contact between the ends of the first and second tubular elements 11 and 21 is guaranteed, in the two situations represented in the Figures 2 and 3 despite the difference between the distance d1 and the distance d2.
  • the distance d1, d2 between the plates 1, 2 may vary in case of stacking of the plates. This means that said plates 1 and 2 do not have exactly similar dimensions.
  • the figure 4 shows an embodiment of a plate 30 according to the invention.
  • the plate 30 comprises a first tubular element 12 visible on the right side of the plate 30.
  • the plate 30 comprises a second element tubular 21 visible on the left side of the figure 4 .
  • the plate 30 is adapted so that a single plate comprises at least a first tubular element 12 and a second tubular element 21.
  • the plate 30 is adapted for a stack in which a first tubular element 12 and a second element tubular 21 of a first plate cooperate with a second tubular element 21 and a first element 12 of a second plate respectively. This has the advantage of using a single type of plate to obtain a stack of plates and thus create an exchange beam.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne un ensemble comprenant au moins une première (1) et une deuxième (2) plaques, adaptées pour être empilées et permettant de former un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, dans lequel la première plaque (1) et la deuxième plaque (2) comprennent respectivement un premier élément tubulaire (11) et un deuxième élément tubulaire (21), ledit premier élément tubulaire (11) étant pourvu d'une extrémité (13) ayant des parois droites et dans lequel ledit deuxième élément tubulaire (21) est muni d'un embout avec une section qui se rétrécie vers son extrémité (23).

Description

    Domaine de l'invention
  • La présente invention concerne un ensemble comprenant au moins une première et une deuxième plaque permettant de former un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur. Plus précisément, l'invention concerne un ensemble composé d'au moins une première et une deuxième plaque pour former un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur destiné à un moteur à explosion. Un tel échangeur de chaleur permet l'échange de chaleur entre un premier et un deuxième fluide utilisés dans un véhicule automobile.
  • L'ensemble, formé d'au moins une première et une deuxième plaque pour former un faisceau d'échange, et le faisceau d'échange pour un échangeur de chaleur, sont particulièrement adaptés pour leur utilisation au sein d'un échangeur de chaleur du type refroidisseur d'air de suralimentation refroidi à eau (aussi référencé dans l'art antérieur avec les termes anglais Water Charge Air Cooler (WCAC)), utilisant des plaques pour créer des tubes pour la circulation de fluide en échange de chaleur.
    • Etat de la technique
  • Il est connu un échangeur de chaleur, utilisé dans l'industrie automobile, et plus précisément un échangeur de chaleur adapté pour refroidir l'air comprimé avant son introduction dans la chambre de combustion, pourvu d'un faisceau d'échange comprenant un empilement de plaques. Lorsque les différentes plaques sont positionnées les unes sur les autres, deux plaques adjacentes forment ensemble un canal permettant de guider un premier fluide en échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur, par exemple de l'air de suralimentation. Chaque plaque est pourvue d'un élément tubulaire formant avec un autre élément tubulaire d'une plaque adjacente, un guide pour un deuxième fluide en échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur, par exemple de l'eau glycolée.
  • La solution visant à obtenir l'échangeur de chaleur final en utilisant un processus de brassage est connu de l'état de la technique. Les différentes plaques empilées sont soumises à une pression déterminée et introduites dans un four afin de les exposer à un traitement thermique permettant de fixer les différents éléments de l'échangeur de chaleur les uns aux autres.
  • Il est aussi connu l'utilisation de plaques pourvues d'un élément tubulaire à leur extrémité, ledit élément tubulaire étant lui-même pourvu d'un élément ou d'un collier plat. Cela permet de connecter les différents éléments tubulaires les uns aux autres en utilisant ces colliers plats.
  • Une deuxième solution permettant d'assurer la connexion d'un élément tubulaire d'une première plaque et d'un élément tubulaire d'une deuxième plaque consiste à prévoir les différents éléments tubulaires présentant une extrémité de forme conique, dans laquelle les éléments tubulaires présentent des formes complémentaires assurant leur liaison lors de la procédure de brassage.
  • Les plaques utilisées dans le but d'obtenir un échangeur de chaleur selon l'art antérieur impose une production relativement précise de différents éléments permettant d'assurer un contact suffisamment important entre les éléments tubulaires adjacents réalisant ainsi, après brasage, une connexion suffisamment étanche pour un fonctionnement optimal de l'échangeur de chaleur.
  • Une autre technique, qui consiste à soumettre un empilement de plaques à une pression déterminée pour s'assurer que les différents éléments sont suffisamment enfoncés les uns dans les autres, avant le lancement d'une procédure de brassage, est connue de l'état de la technique.
  • En considération des critères de production imposés par les plaques pour obtenir un échangeur de chaleur selon l'art antérieur, il paraît nécessaire de prévoir une solution permettant une certaine aisance lors de l'assemblage d'un échangeur de chaleur, et ce dans le but de limiter les coûts liés à la production dudit échangeur de chaleur.
    • Objet de l'invention
  • Un but de la présente invention consiste en un assemblage optimal dans lequel la compression d'un empilement de plaques, avant ou pendant le processus de brassage, n'est plus un facteur primordial permettant d'assurer l'étanchéité entre les différents éléments tubulaires. Un ensemble, composé d'au moins une première et une deuxième plaques formant un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur selon la présente invention, vise à garantir l'accostage de deux éléments tubulaires de plaques adjacentes et, de ce fait, un brasage optimal, tout en permettant une certaine aisance sur l'assemblage.
  • Ainsi, l'invention concerne un ensemble comprenant au moins une première et une deuxième plaques, adaptées pour être empilées et permettant de former un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, dans lequel la première plaque et la deuxième plaque comprennent respectivement un premier élément tubulaire et un deuxième élément tubulaire, ledit premier élément tubulaire étant pourvu d'une extrémité ayant des parois droites et dans lequel ledit deuxième élément tubulaire est muni d'un embout avec une section qui se rétrécie vers son extrémité.
  • L'effet technique de ces mesures réside en ce que l'élément tubulaire de la deuxième plaque facilite l'introduction en son sein de l'élément tubulaire de la première plaque. De plus, un contact permettant l'étanchéité entre les deux éléments tubulaires après brasage est assuré grâce à l'extrémité pourvue d'une section croissante.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'embout du deuxième élément tubulaire de la deuxième plaque est pourvu d'une section croissante d'une première taille qui est égale ou supérieure à la taille de la section de l'extrémité du premier élément tubulaire de la première plaque vers une deuxième taille inférieure à la taille de la section de l'extrémité du premier élément tubulaire de la première plaque.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'embout du deuxième élément tubulaire de la deuxième plaque présente une forme de trompette.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les premier et deuxième éléments tubulaires desdites première et deuxième plaques se présentent sous la forme, en coupe, d'un ovale aplati.
  • Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur permettant un échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, notamment un échangeur de chaleur pour un véhicule automobile ledit échangeur de chaleur comprenant au moins un ensemble selon l'invention.
    • Brève description des dessins
  • Les but, objet et caractéristique de la présente invention ainsi que ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous des modes de réalisation préférés d'un ensemble formé d'au moins une première et une deuxième plaques formant un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, faite en référence aux dessins dans lesquels :
    • la figure 1 montre, de façon schématique, l'insertion des extrémités d'un élément tubulaire d'une première plaque et d'une deuxième plaque l'une dans l'autre, selon un mode de réalisation de la présente invention,
    • la figure 2 montre l'insertion des éléments tubulaires d'une première plaque et d'une deuxième plaque, selon une première réalisation, avec une distance d1 existant entre la première plaque et la deuxième plaque,
    • la figure 3 montre l'insertion des éléments tubulaires d'une première plaque et d'une deuxième plaque avec une distance d2 existant entre la première plaque et la deuxième plaque, et
    • la figure 4 montre une plaque permettant d'obtenir l'ensemble selon l'invention, ledit ensemble étant pourvu d'un premier élément et d'un deuxième élément et utilisant un empilement de plaques similaires.
  • La figure 1 montre un ensemble 10 composé d'une première plaque 1 et d'une deuxième plaque 2, positionnées l'une par rapport à l'autre afin que lesdites plaques soient essentiellement parallèles. Lors de l'utilisation, plusieurs ensembles 10 sont empilés afin d'obtenir un faisceau d'échange pour un échangeur de chaleur. Les différentes plaques 1, 2 délimitent entre elles un guide ou tube guidant un premier fluide, par exemple de l'air de suralimentation. La première plaque 1, pourvue d'un premier élément tubulaire 11, coopère avec un deuxième élément tubulaire 21 de la deuxième plaque 2. Comme montré sur la figure 4, les premier et deuxième éléments tubulaires 11, 21 présentent, en section, la forme d'un ovale aplati. Le premier élément 11 dispose d'une paroi, essentiellement droite, qui s'étend de sa base 12 vers l'extrémité 13. Le deuxième élément tubulaire 21 est pourvu d'un embout et présente une paroi qui s'étend de sa base 22 vers l'extrémité 23, essentiellement sous la forme d'une trompette dans laquelle la section rétrécie à partir de la base 22 en direction de l'extrémité 23.
  • Le rôle de l'extrémité du deuxième élément tubulaire 21 consiste à maintenir un contact entre l'extérieur de l'élément 21 et l'intérieur du premier élément tubulaire 11, indépendamment de la distance exacte existant entre les plaques 1 et 2. Ceci est précisé en faisant référence aux figures 2 et 3.
  • La figure 2 représente les plaques 1 et 2, positionnées l'une sur l'autre, offrant une distance d1 entre elles. L'intérieur du premier élément tubulaire 11 reste en contact avec l'extérieur du deuxième élément tubulaire 21 dans la zone A indiquée sur la figure 2.
  • Selon la figure 3, les plaques 1 et 2, en contact l'une avec l'autre, offre une distance d2 entre elles. L'intérieur du premier élément tubulaire 11 reste en contact avec l'extérieur du deuxième élément tubulaire 21 dans la zone B indiquée sur la figure 3. La distance d2 selon la figure 3 est supérieure à la distance d1 selon la figure 2. Comme indiqué sur les figures 2 et 3, le contact entre les extrémités des premier et deuxième éléments tubulaires 11 et 21 est garanti, dans les deux situations représentées dans les figures 2 et 3, et ce malgré la différence entre la distance d1 et la distance d2.
  • En pratique, il convient de noter que, lors de la production des plaques 1 et 2, les dimensions finales des plaques 1 et 2 présentent des tolérances. Ces différences sont nécessaires pour permettre une certaine aisance lors de la production des plaques 1 et 2.
  • Selon les dimensions exactes de la plaque 1 ou de la plaque 2, utilisées pour obtenir un ensemble 10, la distance d1, d2 entre les plaques 1, 2 peut varier en cas d'empilement des plaques. Cela signifie que lesdites plaques 1 et 2 ne présentent pas exactement des dimensions similaires.
  • Comme indiqué ci-dessus, et grâce à la forme spécifique de l'embout du deuxième élément tubulaire 21 entre sa base 22 et son extrémité 23, une telle différence de distance d1, d2 n'a aucun effet sur l'étanchéité entre les extrémités des premier et deuxième éléments tubulaires 11 et 21.
  • La figure 4 montre un mode de réalisation d'une plaque 30 selon l'invention. Tout d'abord, la plaque 30 comprend un premier élément tubulaire 12 visible sur le côté droit de la plaque 30. Ensuite, la plaque 30 comprend un deuxième élément tubulaire 21 visible sur le côté gauche de la figure 4. La plaque 30 est adaptée de manière à ce qu'une seule plaque comprenne au moins un premier élément tubulaire 12 et un deuxième élément tubulaire 21. Ainsi, la plaque 30 est adaptée pour un empilement dans lequel un premier élément tubulaire 12 et un deuxième élément tubulaire 21 d'une première plaque coopèrent avec un deuxième élément tubulaire 21 et un premier élément 12 d'une deuxième plaque respectivement. Cela présente l'avantage de pouvoir utiliser un seul type de plaque afin d'obtenir un empilement de plaques et créer ainsi un faisceau d'échange.

Claims (5)

  1. Ensemble (10) comprenant au moins une première (1) et une deuxième (2) plaques, adaptées pour être empilées et permettant de former un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur, dans lequel la première plaque (1) et la deuxième plaque (2) comprennent respectivement un premier élément tubulaire (11) et un deuxième élément tubulaire (21), ledit premier élément tubulaire (11) étant pourvu d'une extrémité (13) ayant des parois droites et dans lequel ledit deuxième élément tubulaire (21) est muni d'un embout avec une section qui se rétrécie vers son extrémité (23).
  2. Ensemble (10) selon la revendication 1, dans lequel l'embout du deuxième élément tubulaire (21) de la deuxième plaque (2) est pourvu d'une section croissante d'une première taille qui est égale ou supérieure à la taille de la section de l'extrémité du premier élément tubulaire (11) de la première plaque (1) vers une deuxième taille inférieure à la taille de la section de l'extrémité (13) du premier élément tubulaire (11) de la première plaque (1).
  3. Ensemble (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'embout du deuxième élément tubulaire de la deuxième plaque présente une forme de trompette.
  4. Ensemble (10) selon les revendications précédentes, dans lequel les premier (11) et deuxième (21) éléments tubulaires desdites première (1) et deuxième (2) plaques se présentent sous la forme, en coupe, d'un ovale aplati.
  5. Echangeur de chaleur permettant un échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, notamment un échangeur de chaleur pour un véhicule automobile, ledit échangeur de chaleur comprenant au moins un ensemble (10) selon une des revendications 1 à 4.
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