FR2936043A1

FR2936043A1 - Echangeur de chaleur a tubes

Info

Publication number: FR2936043A1
Application number: FR0805026A
Authority: FR
Inventors: Cathenod Anne Sylvie Magnier; Carlos Martins
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-19
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: FR2936043B1

Abstract

Echangeur (10) de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant une pluralité de tubes (100) destinés à la circulation dudit premier fluide, et un carter (300) de réception desdits tubes (100). Selon l'invention, lesdits tubes (100) de circulation dudit premier fluide sont formés par deux plaques (101, 102) et ledit carter (300), lesdites deux plaques (101, 102) étant brasés sur ledit carter (300). Application aux refroidisseurs d'air de suralimentation.

Description

i ECHANGEUR DE CHALEUR A TUBES L'invention concerne un échangeur de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant une pluralité de tubes destinés à la circulation dudit premier fluide et un carter de réception desdits tubes. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile pour refroidir l'air de suralimentation des moteurs turbocompressés ou les gaz d'échappement récupérés en sortie du moteur dans les véhicules équipés du système EGR ( Exhaust Gas Recirculation ) de recirculation des gaz d'échappement. On connaît de la demande internationale n° WO2006/102736 un to échangeur de chaleur entre deux fluides comprenant un faisceau de tubes à travers lesquels circule le fluide à refroidir. Les tubes sont empilés les uns sur les autres de sorte que l'espace ménagé entre deux tubes successifs constitue un passage pour la circulation du fluide de refroidissement. Les tubes mis en oeuvre dans cet échangeur de chaleur connu sont des 15 tubes dits plats formés de deux plaques en U, une des plaques étant emboîtée dans l'autre. Les branches du U d'une plaque sont en contact avec les branches du U de l'autre plaque de sorte qu'elles puissent être brasées ou soudées et constituer un tube plat étanche. Les tubes ainsi réalisés sont assemblés par brasage en un faisceau unique qui est ensuite intégré à la 20 structure de l'échangeur de chaleur. On peut observer que dans cette réalisation les tubes présentent deux parois latérales formées par recouvrement des branches des U de chaque plaque. II résulte de cet assemblage par accostage que les parois latérales des tubes présentent au moins localement une double épaisseur inutile et 25 pénalisante en termes de coût de matière et en poids. De plus, si l'on veut augmenter la longueur des tubes pour l'adapter à l'échange thermique recherché, il est nécessaire d'augmenter la longueur des parois latérales et donc les branches du U des plaques, ce qui entraîne une augmentation correspondante du coût et du poids de l'échangeur. Aussi, un but de l'invention est de proposer un échangeur de chaleur qui permettrait de réduire le coût et le poids de l'ensemble de l'échangeur. s Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un échangeur de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide comprenant une pluralité de tubes destinés à la circulation du premier fluide et un carter de réception des tubes, échangeur dans lequel les tubes de circulation du premier fluide sont formés par le carter et deux plaques, les deux plaques étant brasés sur le io carter. Ainsi, comme on le verra en détail plus loin, les tubes de l'échangeur de chaleur selon l'invention peuvent être constitués par des plaques identiques, alors que dans l'échangeur connu du document de l'état de la technique cité plus haut, les plaques d'un même tube sont nécessairement différentes 15 puisque l'une doit être emboîtée dans l'autre. La fabrication de l'échangeur de chaleur selon l'invention se trouve alors considérablement simplifiée puisqu'il suffit de réaliser un seul type de plaques au lieu de deux. Selon un mode de réalisation particulier, le carter présente une base et deux flasques latéraux et les deux plaques sont brasées sur les flasques 20 latéraux du carter. Selon une variante de réalisation, les deux plaques comportent chacune une assise et deux flancs et les flans sont brasés respectivement sur les flasques latéraux du carter. Ainsi, un aspect de l'invention réside dans le fait que les tubes sont 25 fermés par les flasques latéraux du carter, ce qui permet de faire varier la longueur des tubes simplement en faisant varier la distance entre les deux plaques, sans avoir à les modifier, contrairement à l'échangeur connu de la demande internationale n° WO2006/102736 précitée. En résumé, le carter de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention 30 joue un double rôle, à savoir celui de fermer les tubes par les flasques latéraux et de réaliser l'assemblage des tubes en un même faisceau. Selon un mode de réalisation de l'invention, deux tubes successifs définissent un passage pour la circulation dudit deuxième fluide et ledit carter comporte une pluralité de lumières d'entrée et une pluralité de lumières de sortie ménagées sur au moins un flasque latéral du carter, une lumière d'entrée et une lumière de sortie communiquant avec un passage de circulation du deuxième fluide.

Le deuxième fluide est donc introduit directement dans le faisceau de tubes par les lumières d'entrée et en ressort par les lumières de sortie après avoir traversé le faisceau d'échange de chaleur par les passages de circulation entre les tubes de circulation pour le premier fluide. Avantageusement, l'invention prévoit que lesdits flancs sont reliés à io l'assise des plaques par un profil en pente. On obtient ainsi que les ouvertures latérales des passages de circulation du deuxième fluide présentent un profil en entonnoir apte à faciliter l'introduction et l'évacuation du deuxième fluide de l'échangeur de chaleur et à limiter les pertes de charge à l'entrée et à la sortie du faisceau de tubes. 15 Dans une forme de réalisation particulière, lesdites lumières d'entrée et lesdites lumières de sortie communiquent respectivement avec une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie pour le deuxième fluide. De préférence, l'échangeur selon l'invention comporte une boîte d'entrée et une boîte de sortie pour ledit premier fluide, disposées 20 respectivement à une extrémité dudit carter. Dans ce cas, il est prévu par l'invention qu'une tubulure d'entrée ou de sortie du deuxième fluide est intégrée à une boîte d'entrée ou de sortie du premier fluide. On obtient de cette façon une structure d'échangeur très compacte comprenant un composant unique à chaque extrémité du carter, ce 25 composant unique assurant l'entrée et la sortie du premier et du deuxième fluides. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites plaques comportent des protubérances faisant saillie à l'intérieur dudit passage. Ces protubérances sont destinées à perturber et rallonger l'écoulement du 30 deuxième fluide dans les passages de circulation dans le but d'améliorer l'échange thermique avec le premier fluide De même, l'invention prévoit que deux plaques définissant un passage de circulation présentent des emboutis aptes à réaliser un cloisonnement en chicanes dudit passage. . La structure de tubes proposée par l'invention en plaques assemblées sur le carter se prête bien à la réalisation de tels protubérances et emboutis, ces derniers pouvant être obtenus, au moyen d'une molette par exemple ou par emboutissage, avant intégration des plaques dans le carter. On notera que des échangeurs de chaleur comme celui décrit dans la demande internationale WO2007/031274 ne présentent pas le même avantage, les io tubes étant préformés avant intégration dans l'échangeur. Tout embouti ou protubérance dans les parois des tubes ne peut plus alors être réalisé. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 15 La figure la est une vue en perspective éclatée d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention. La figure lb est une vue de face de l'échangeur de chaleur de la figure la. La figure 1c est une vue en coupe selon la ligne D-D de l'échangeur de 20 chaleur de la figure 1 b. La figure 2a est une vue en perspective d'un faisceau de tubes pour un échangeur de chaleur conforme à l'invention. La figure 2b est une vue de côté d'une ouverture latérale du faisceau de tubes de la figure 2a. 25 La figure 3a est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention. La figure 3b est une vue éclatée de l'échangeur de chaleur de la figure 3a. Sur la figure la est représenté un échangeur 10 de chaleur entre deux 30 fluides, par exemple un refroidisseur d'air de suralimentation dans lequel circule de l'air de suralimentation refroidi par un liquide de refroidissement du moteur. Ce liquide de refroidissement pourra être, par exemple, de l'eau glycolée.

Comme le montre plus particulièrement la figure 1 c, le refroidisseur 10 est du type à tubes plats empilés 100 à l'intérieur desquels circule un premier fluide, ici de l'air de suralimentation à refroidir, et dans lequel deux tubes successifs définissent un passage 200 pour la circulation d'un deuxième fluide, ici de l'eau glycolée. D'une manière générale, un tube d'ordre n, désigné 100, est formé de deux plaques parallèles 101 n et 102n entre lesquelles est disposé un dispositif turbulateur 110n destiné à favoriser l'échange thermique entre l'air de suralimentation et l'eau glycolée. io Selon l'invention, les tubes 100 de circulation pour l'air de suralimentation sont formés par les deux plaques 101 et 102 et un carter 300 de réception des tubes 100, les deux plaques 101 et 102 étant brasés sur le carter. Le carter 300 présente une base et deux flasques latéraux 310 et 320. 15 Autrement dit, le carter 300 présente, ici, une forme en U. Dans ce mode de réalisation, les deux plaques 101 et 102 sont brasées sur aux flasques latéraux 310 et 320 du carter 300. Ici, la plaque 101 n est pourvue de flancs 111 n, 121 n qui sont respectivement brasés ou soudés sur le premier flasque latéral 310 et le 20 deuxième flasque latéral 320 du carter 300 en U du refroidisseur 10. Autrement dit, la plaque 101 comporte une forme en U avec une assise et deux flancs. De même, la plaque 102n est pourvue de flancs 112n, 122n qui sont respectivement brasés ou soudés sur le premier flasque latéral 310 et le 25 deuxième flasque latéral 320 du carter 300 en U du refroidisseur 10. En fait, ce sont les flasques latéraux 310, 320 du carter 300 qui ferment les tubes 100 à leurs extrémités au niveau des flancs des plaques. En d'autres termes, ici les tubes de circulation pour l'air sont formés par les plaques 101 et 102 et par le carter 300. 30 Les plaques 101 et 102 sont identiques mais sont montées tête-bêche dans le carter 300. II en résulte une grande simplification de fabrication en comparaison du refroidisseur de la demande internationale n° WO2006/102736 où il est nécessaire de réaliser deux types de plaques différentes. De même, on peut observer qu'il est possible de faire varier à volonté la longueur des tubes simplement en faisant varier la distance entre les plaques 101 et 102, sans avoir pour cela à modifier les plaques elles-mêmes, contrairement à la demande internationale précitée. L'eau glycolée circule dans des passages 200, un passage 200n étant défini par les plaques 102n et 101n-1. Comme on peut le voir sur la figure la, des protubérances 130 faisant saillie à l'intérieur des passages 200 sont io réalisés à la molette sur les plaques 101, 102. Ces protubérances permettent également d'assurer un meilleur contact thermique ente l'eau glycolée et l'air de suralimentation et sont aussi connues sous leur dénomination anglaise dimples . Par ailleurs, les plaques 101, 102 portent des emboutis 140 qui forment 15 de cloisons intérieures dans les passages 200 après que les plaques aient été assemblées tête-bêche. Ces cloisons forment des chicanes permettant de rallonger la distance d'écoulement de l'eau glycolée à l'intérieur du refroidisseur 10 pour encore un meilleur échange thermique entre les deux fluides. 20 Les protubérances 130 et les emboutis 140 peuvent être réalisées sur les parois 101, 102 avant leur intégration dans le carter 300. Conformément aux figures la et 1c, l'eau glycolée est introduite, ou évacuée, à travers des lumières 311, 312 d'entrée ou de sortie qui, dans le mode de réalisation des figures la à 1c, sont ménagées sur le flasque latéral 25 310 du carter 300. On conviendra dans la suite de prendre pour lumières d'entrée les lumières 311 et pour lumières de sortie les lumières 312. Ainsi que le montre la figure 2b, les lumières sont disposées de sorte qu'une lumière 311n communique avec le passage 200n de circulation compris entre les plaques 102n et 101 n_I. Ainsi, l'eau glycolée pénètre dans le 30 refroidisseur 10 par la lumière 311 n d'entrée, s'écoule à travers le passage 200n en suivant le trajet en chicanes imposé par les protubérances 140 et ressort du refroidisseur par la lumière 312ä de sortie.

Il convient de remarquer sur la figure 2b que les flancs 112n et 111 n_1 sont respectivement reliés aux plaques 102, et 101,_1 par un profil 152n, 151,1_1 en pente. On obtient ainsi une ouverture latérale des passages 200 en forme d'entonnoir facilitant l'entrée et la sortie de l'eau glycolée dans le faisceau de tubes et limitant ainsi les pertes de charges dans le refroidisseur 10. L'eau glycolée est amenée aux lumières 311 d'entrée par une tubulure 411 d'entrée reliée à une conduite 411a d'arrivée. De même, à l'autre extrémité du carter 300, l'eau glycolée provenant des lumières 312 de sortie est collectée par une tubulure 421 de sortie reliée à une conduite 421a io d'évacuation. De manière avantageuse, les tubulures 411 d'entrée et 421 de sortie pour l'eau glucolée sont intégrées respectivement à une boîte 410 d'entrée de l'air de suralimentation à refroidir et à une boîte 420 de sortie de l'air de suralimentation refroidi, chaque boîte étant située à une extrémité du carter is 300. Les boîtes 410 et 420 sont reliées à des conduites 421 et 422 d'entrée et de sortie d'air de suralimentation. Bien entendu, les fonctions des boîtes 410, 420 peuvent être inversées, la boîte 410 étant alors la boîte de sortie et la boîte 420 la boîte d'entrée. On peut voir sur la figure 1 b en particulier que le refroidisseur 10 a une 20 structure très compacte et très simple de fabrication puisqu'il ne comporte comme seuls éléments que le carter 300 constituant à la fois le faisceau de tubes et les parois latérales du refroidisseur, les deux boîtes 410 et 420 intégrant les tubulures 411, 421 d'entrée et de sortie, et un capot 500 venant recouvrir l'ensemble. 25 Les figures 3a et 3b montrent une variante du refroidisseur 10 qui vient d'être décrit en référence aux figures la à 1c. Dans le refroidisseur 10' représenté sur ces figures, les lumières d'entrée et de sortie sont ménagées sur respectivement chacun des flasques latéraux 310', 320' du carter 300', et non sur le même flasque 310, de sorte 30 que les tubulures 411', 422' d'entrée et de sortie d'eau glycolée sont situées de part et d'autre du carter 300' en regard des lumières 311' d'entrée et des lumières 322' de sortie.

D'autre part, on peut observer que les boîtes 410', 420' d'entrée et de sortie sont disposées de manière à introduire et à extraire l'air de suralimentation dans la même direction que la direction de circulation de l'air dans le faisceau de tubes, et non selon un angle de 90° comme dans le refroidisseur 10 des figures la à 1c. Le choix entre l'un ou l'autre de ces deux refroidisseurs 10, 10', ou encore entre d'autres variantes équivalentes, dépend de l'environnement dans lequel le refroidisseur doit se trouver à l'intérieur du moteur en termes de disposition relative du refroidisseur avec le compresseur, le circuit io d'admission, le circuit d'eau glycolée, etc.

Claims

REVENDICATIONS1. Echangeur (10 ; 10') de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide comprenant une pluralité de tubes (100) destinés à la circulation dudit premier fluide et un carter (300, 300') de réception desdits tubes (100), caractérisé en ce que lesdits tubes (100) de circulation dudit premier fluide sont formés par deux plaques (101, 102) et ledit carter (300, 300'), lesdites io deux plaques (101, 102) étant brasés sur ledit carter.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel ledit carter (300 ; 300') présente une base et deux flasques latéraux (310, 320 ; 310', 320') et dans lequel lesdites deux plaques (101, 102) sont brasées sur les 15 flasques latéraux dudit carter (300, 300').
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel lesdites deux plaques (101, 102) comportent chacune une assise et deux flancs (111, 121, 112, 122), lesdits flans (111, 121, 112, 122) étant brasés respectivement sur 20 lesdits flasques latéraux (310, 320 ; 310', 320') dudit carter (300, 300').
4. Echangeur selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel deux tubes successifs définissent un passage (200) pour la circulation dudit deuxième fluide,et dans lequel ledit carter (300 ; 300') comporte une pluralité de lumières 25 (311 ; 311') d'entrée et une pluralité de lumières (312 ; 322') de sortie ménagées sur au moins un flasque latéral (310 ; 310', 320') du carter, une lumière d'entrée et une lumière de sortie communiquant avec un passage (200) de circulation du deuxième fluide. 30
5. Echangeur selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel lesdits flancs (111, 112) desdites plaques (101, 102) sont reliés à l'assise par un profil (151, 152) en pente. 15 2936043 io
6. Echangeur selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel lesdites lumières (311 ; 311') d'entrée et lesdites lumières (312 ; 322') de sortie communiquent respectivement avec une tubulure (411 ; 411') d'entrée et une s tubulure (421 ; 422') de sortie pour le deuxième fluide.
7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant une boîte (410 ; 410') d'entrée et une boîte (420 ; 420') de sortie pour ledit premier fluide, disposées respectivement à une extrémité dudit carter (300 ; io 300').
8. Echangeur selon les revendications 6 et 7, dans lequel une tubulure d'entrée (411) ou de sortie (421) du deuxième fluide est intégrée à une boîte d'entrée (410) ou de sortie (420) du premier fluide.
9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel au lesdites plaques (101, 102) comportent des protubérances (130) faisant saillie à l'intérieur dudit passage (200). 20
10. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel deux plaques (101, 102) définissent un passage (200) de circulation présentent des emboutis (140) aptes à réaliser un cloisonnement en chicanes dudit passage. 25