FR2785978A1 - Echangeur de chaleur multiple a intercalaires communs - Google Patents

Abstract

Cet échangeur comprend deux faisceaux juxtaposés de tubes parallèles plats (10, 20) reliés à deux circuits de fluide distincts. Chaque faisceau comprend entre tubes adjacents des intercalaires formant ailettes de refroidissement. Ces intercalaires se présentent sous la forme d'éléments monoblocs (14) communs aux deux faisceaux. Chaque élément monobloc est formé par une feuille de métal comportant deux régions ondulées situées entre les tubes d'un même faisceau et une région de limitation de transfert thermique située dans l'intervalle entre les deux faisceaux. Les profils d'ondulation (16, 26) des régions ondulées respectives sont décalés l'un par rapport à l'autre de manière à ne se croiser qu'en des points localisés, et les régions de limitation de transfert thermique comportent une fente longitudinale (28) réalisée sans enlèvement de matière et interrompue par des ponts de matière étroits (30) en certains au moins des points de croisement.

Description

Échancreur de chaleur multiple à intercalaires communs
La présente invention concerne la technologie des échangeurs de chaleur notamment pour véhicules automobiles.

Elle concerne plus précisément les organes dits"multi- échangeurs", c'est-à-dire les échangeurs de chaleur doubles (ou parfois mme triples) comportant un bloc unique, brasé en une seule fois, remplissant plusieurs fonctions, par exemple radiateur de refroidissement + condenseur (pour un véhicule climatisé), ou radiateur de refroidissement + refroidisseur d'air de suralimentation (pour un véhicule à moteur turbocompressé).

Dans ce type d'échangeur, qui est d'apparition récente, deux fluides différents circulent dans deux faisceaux distincts de tubes parallèles, ces fluides échangeant chacun de la chaleur avec un flux d'air balayant simultanément les deux faisceaux de tubes.

Les faisceaux comportent des"intercalaires"formant ailettes de refroidissement, et destinés à augmenter la surface d'échange entre les fluides et le flux d'air. Ces intercalaires se présentent sous forme de feuilles métalliques ondulées interposées entre les tubes d'un mme faisceau.

Dans un échangeur multiple, il est avantageux de pouvoir utiliser des intercalaires communs aux deux faisceaux de tubes, afin de simplifier le montage d'ensemble et réduire le nombre de pièces nécessaires. L'utilisation d'intercalaires communs est possible dès lors que les tubes des différents faisceaux ont la mme épaisseur et sont empilés selon le mme pas.

Mais dans ce cas il est indispensable de limiter les échanges entre les deux parties de l'intercalaire affectées aux deux faisceaux de tubes différents, afin d'éviter des interféren- ces entre les échangeurs élémentaires. En effet, compte tenu en particulier des différences de température qui peuvent tre importantes entre les deux échangeurs, il est indispensable de réduire au minimum toute transmission de chaleur entre ces deux échangeurs.

Il est connu à cet effet de réaliser des découpes par enlèvement de matière dans la feuille métallique ondulée, dans la région située dans l'intervalle entre les deux faisceaux, de manière à limiter, voire interdire, le transfert thermique entre les parties de l'intercalaire affectées aux différents faisceaux.

La réalisation de ces découpes nécessite cependant un outillage relativement complexe à mettre en oeuvre et délicat à régler, si l'on veut parfaitement contrôler l'enlèvement de matière sans déformer la feuille ondulée, que l'on à obtenir la plus mince possible.

Le but de l'invention est de réaliser une structure d'échan- geur de chaleur multiple, et plus précisément d'intercalaire pour un tel échangeur, qui évite d'avoir recours à l'outillage nécessaire pour réaliser ces découpes.

Ainsi, l'invention propose un échangeur de chaleur multiple comprenant au moins deux faisceaux juxtaposés de tubes pa rallèles reliés à deux circuits de fluide distincts, les tubes de chaque faisceau étant empilés en alternance avec des intercalaires formant ailettes de refroidissement qui se présentent sous la forme d'éléments monoblocs communs aux deux faisceaux, chaque élément monobloc étant formé par une feuille de métal comportant deux régions ondulées dont les crtes d'ondulation sont situées dans les mmes plans, définissant respectivement des intercalaires pour les deux faisceaux, et une région de limitation de transfert thermique située dans l'intervalle entre les deux faisceaux.

Selon l'invention, les profils d'ondulation des régions ondulées respectives sont décalés l'un par rapport à l'autre de manière à ne se croiser qu'en des points localisés, et les régions de limitation de transfert thermique comportent une fente longitudinale réalisée sans enlèvement de matière et interrompue par des ponts de matière étroits en certains au moins des points de croisement.

Typiquement, les deux profils d'ondulation des régions ondulées respectives sont des courbes périodiques identiques mutuellement décalées d'une demi-période.

De préférence, l'échangeur ne comporte de ponts de matière que pour une partie des points de croisement, par exemple un point de croisement sur trois.

Dans ce cas, à l'endroit de ceux des points de croisement qui ne comportent pas de pont de matière, les bords en vis-à-vis des régions ondulées sont avantageusement déformés de manière à s'éloigner l'un de l'autre, vers le mme côté ou vers les côtés opposés de la feuille.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur multiple du type précité, dans lequel les intercalaires sont réalisés par formage sans enlèvement de matière d'un ruban de métal, ce formage consistant, de préférence au cours d'une mme passe de formage, à découper le long du ruban une fente longitudinale en laissant subsister des ponts de matière étroits à intervalles réguliers, et à onduler le ruban de part et d'autre de la fente avec décalage des profils d'ondulation.

Un mode de réalisation particulièrement simple du procédé utilise des roues dentées dont les dents définissent lesdits profils d'ondulation, lesdites roues attaquant simultanément les deux faces du ruban de manière à réaliser la fente par un effort de cisaillement.

On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention, en référence aux dessins annexés.

La figure 1 est une vue en perspective montrant la structure de 1'6changeur de chaleur multiple auquel s'applique l'invention, illustrant la circulation des différents fluides et de l'air de refroidissement.

La figure 2 est une vue de face partielle, selon II-II de la figure 3, des régions ondulées de l'un des éléments monoblocs formant les intercalaires du multi-échangeur.

La figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figu re 2.

La figure 4 est une coupe, selon IV-IV de la figure 3, des régions ondulées représentées figure 2 et 3.

Les figures 5 et 6 illustrent deux variantes possibles des replis en persienne à l'endroit des points de croisement ne comportant pas de pont de matière.

La figure 7 illustre schématiquement la manière simple dont peuvent tre fabriqués les intercalaires d'un multi-échangeur selon l'invention.

Les figures 8 à 10 sont des schémas illustrant différents modes de décalage des profils d'ondulation des intercalaires.

La figure 1 illustre de façon schématique un échangeur de chaleur double, comportant deux faisceaux de tubes 10,20 juxtaposés utilisant les mmes groupes 14 d'intercalaires faisant fonction d'ailettes de refroidissement.

Le faisceau de tubes 10 correspond à un premier échangeur. Un premier fluide est introduit (flèche 12) dans ces tubes, y circule dans un sens puis dans l'autre. Entre deux tubes 10 voisins est prévu un intercalaire 16 permettant d'augmenter la surface d'échange thermique entre le premier fluide et un flux d'air transversal 18 traversant le faisceau de tubes 10.

Les tubes 20 sont ceux d'un second échangeur de chaleur recevant un second fluide (flèche 22) qui échangera de la chaleur avec le flux d'air 18 après que ce dernier ait traversé le premier échangeur, pour tre évacué (flèche 24) vers l'extérieur.

Le second faisceau de tubes 20 comporte également, entre deux tubes voisins, un intercalaire 26 configuré de la mme manière que l'intercalaire 16 du premier faisceau.

Ces deux intercalaires 16,26 constituent deux parties d'un seul et mme élément 14 commun aux deux échangeurs, ce qui permet de simplifier grandement la fabrication de ce dernier, l'ensemble étant brasé en une seule fois.

Les deux intercalaires 16,26 sont séparés par une fente 28 ne laissant subsister que quelques étroits ponts de matière 30 pour assurer la mécanique entre les deux parties 16 et 26 avant et pendant le brasage de l'échangeur.

De façon caractéristique de l'invention, la fente 28 est réalisée sans enlèvement de matière. Pour réduire au minimum le contact entre les deux parties 16,26 et donc minimiser les transferts thermiques entre les intercalaires de chacun des deux échangeurs, ces deux parties 16,26 sont ondulées en opposition, c'est-à-dire que leurs profils P1, P2 (figure 8), constitués par des courbes périodiques ayant l'allure générale de sinusoïdes, sont symétriques l'un de l'autre par rapport à leur axe commun A (ou, en d'autres termes, mutuellement décalés d'une demi-période), les ponts de matière 30 étant situés aux points de croisement C.

Avantageusement, on ne prévoit de laisser subsister des ponts de matière 30 que pour une partie seulement des points de croisement, par exemple un point sur deux (figure 2 à 4) ou un point sur trois (figure 5 et 6).

Cette configuration permet d'éloigner les bords respectifs 32,34 et 36,38 de part et d'autre du pont de matière 30 situé au point de croisement, et donc d'éviter tout contact mutuel et tout transfert de chaleur entre ces bords.

Aux autres points de croisement 40, pour éviter que les bords en vis-à-vis 42,44 des deux parties 16,26 ne puissent se toucher, ces bords sont légèrement repliés en persienne dans la région du point de croisement 40.

Les repliements peuvent tre réalisés dans un mme sens comme illustré figures 3,4 et 6, c'est-à-dire d'un mme côté de la feuille constituant les intercalaires (vers la droite de la figure 3). Ils peuvent tre également, comme illustré figure 6, repliés en sens opposés. Pour un mme intercalaire, le sens de repliement peut éventuellement changer entre deux points de croisement 40 consécutifs.

La figure 7 illustre un procédé préférentiel de réalisation d'un intercalaire selon les enseignements de l'invention.

Un ruban métallique 46 est introduit entre deux roues dentées 48,50 dont chacune présente des séries de dents 52,54 et 56,58 décalées entre elles d'une demi-période. Les bords de ces dents sont avantageusement des bords tranchants, de manière à réaliser en une seule et mme étape la découpe de la fente et la formation des ondulations 16,26 directement à la sortie 60 de l'outil de formage.

La figure 8 montre les profils d'ondulation P1 et P2 de deux intercalaires formés par un mme élément monobloc tel que ceux décrits précédemment. Ces deux profils sont des courbes périodiques identiques décalées lune par rapport à l'autre d'une demi-période, autrement dit symétriques l'une de l'autre par rapport à leur axe commun A. Ces deux profils se croisent en des points C situés sur l'axe A et distants les uns des autres d'une demi-période.

Bien que cette disposition soit la plus facile à réaliser, d'autres peuvent également tre envisagées.

Dans la disposition de la figure 9, les deux profils P1 et P2 sont des courbes périodiques identiques à celles de la figure 8, mais leur décalage mutuel est inférieur à une demipériode. Les points de croisement C sont toujours écartés les uns des autres d'une demi-période dans la direction de l'axe
A, mais sont situés hors de celui-ci, alternativement d'un côté et de l'autre.

Dans la disposition selon la figure 10, les profils P1 et P2 sont des courbes périodiques non identiques, qui se croisent en des points Cl situés sur leur axe commun A. Entre deux points Cl consécutifs, c'est-à-dire sur une demi-période, les courbes P1 et P2 sont situées du mme côté de l'axe, mais, du fait de leur configuration différente, ne sont pas en coïncidence, sauf en un point de croisement intermédiaire C2.
Les points de croisement intermédiaires C2 sont également écartés les uns des autres d'une demi-période dans la direction de l'axe A. Dans ce cas, les ponts de matière entre les deux intercalaires doivent tre formés en des points choisis parmi, soit les points Cl, soit des points C2 écartés les uns des autres d'une période ou d'un multiple de la période, car la distance développée entre deux points C2 consécutifs est différente le long de l'un et de l'autre des deux profils P1 et P2.

Claims (10)

1. Revendications 1. Échangeur de chaleur multiple notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux faisceaux juxtaposés de tubes parallèles (10,20) reliés à deux circuits de fluide distincts, les tubes de chaque faisceau étant empilés en alternance avec des intercalaires formant ailettes de refroidissement qui se présentent sous la forme d'éléments monoblocs (14) communs aux deux faisceaux, chaque élément monobloc étant formé par une feuille de métal comportant deux régions ondulées dont les crtes d'ondulation sont situées dans les mmes plans, définissant respectivement des intercalaires pour les deux faisceaux, et une région de limitation de transfert thermique située dans l'intervalle entre les deux faisceaux, caractérisé en ce que les profils d'ondulation (P1, P2) des régions ondulées respectives sont décalés l'un par rapport à l'autre de manière à ne se croiser qu'en des points localisés, et en ce que les régions de limitation de transfert thermique comportent une fente longitudinale (28) réalisée sans enlèvement de matière et interrompue par des ponts de matière étroits (30) en certains au moins des points de croisement.
2. 2. Échangeur multiple selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux profils d'ondulation (Pi, P2) des régions ondulées respectives sont des courbes périodiques identiques mutuellement décalées d'une demi-période.
3. 3. Échangeur multiple selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ne comporte des ponts de matière (30) que pour une partie des points de croisement.
4. 4. Échangeur multiple selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il ne comporte des ponts de matière que pour un point de croisement sur trois.
5. 5. Échangeur multiple selon la revendication 4, caractérisé en ce que, à l'endroit de ceux (40) des points de croisement qui ne comportent pas de pont de matière, les bords en vis-à vis (42,44) des régions ondulées sont déformés de manièreà s'éloigner l'un de l'autre.
6. 6. Échangeur multiple selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits bords sont déformés vers le mme côté de la feuille.
7. 7. Échangeur multiple selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits bords sont déformés respectivement vers les côtés opposés de la feuille.
8. 8. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les intercalaires sont réalisés par formage sans enlèvement de matière d'un ruban (46) de métal, ce formage comportant les étapes consistant à :

   a) découper le long du ruban une fente longitudinale (28) en laissant subsister des ponts de matière étroitsà intervalles réguliers, et

   b) onduler le ruban de part et d'autre de la fente avec décalage des profils d'ondulation.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les étapes a) et b) sont réalisées ensemble au cours d'une mme passe de formage.
10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les étapes a) et b) sont réalisées au moyen de roues dentées dont les dents définissent lesdits profils d'ondulation, lesdites roues attaquant simultanément les deux faces du ruban de manière à réaliser la fente par un effort de cisaillement.