FR2977308A1 - Faisceau d'echangeur de chaleur a zone de contournement - Google Patents

Abstract

Faisceau de lames d'un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de paires de lames (25) empilées les unes sur les autres et agencé pour autoriser, entre les lames de chaque paire, la circulation d'un fluide à refroidir, chaque paire de lame (25) du faisceau présentant une zone, dite d'échange (ZE), destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide, une zone, dite zone de contournement (ZBP), susceptible de permettre au fluide de contourner ladite zone d'échange (ZE), et une paire d'orifices (32, 34) formés dans la zone de contournement (ZBP), faisceau caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre deux orifices (32, 34) d'une même lame (25), des moyens d'orientation (40) du fluide configurés de sorte à bloquer substantiellement la circulation du fluide de la zone d'échange (ZE) vers la zone de contournement (ZBP).

Description

Faisceau d'échangeur de chaleur à zone de contournement

L'invention concerne un faisceau de lames d'un échangeur de chaleur d'un véhicule automobile et un tel échangeur. Elle concerne en particulier un refroidisseur d'air de suralimentation.

On connaît un moteur de véhicule automobile comprenant un turbocompresseur et appelé moteur turbocompressé. Pour fonctionner, un tel moteur turbocompressé peut 10 être alimenté par un système d'admission d'air ou par un système d'admission d'un mélange d'air et de gaz d'échappement collectés en sortie du moteur, appelés gaz d'échappement recirculés. Dans la suite, on entendra par air de suralimentation du moteur aussi bien l'air provenant d'un système d'admission d'air que les gaz provenant d'un système d'admission d'un mélange d'air et de gaz d'échappement recirculés. 15 Dans le but d'augmenter la densité de l'air de suralimentation du moteur, il est connu de l'art antérieur de refroidir ledit air de suralimentation au moyen d'un échangeur de chaleur, aussi appelé refroidisseur d'air de suralimentation (RAS).

2 0 Un tel échangeur de chaleur comprend un faisceau, comportant un empilement de lames superposées, permettant un échange de chaleur entre l'air de suralimentation et un fluide de refroidissement du moteur, en général liquide. Une lame se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire allongée s'étendant suivant un axe longitudinal et comprenant une face supérieure, une face inférieure et deux orifices. Les lames empilées forment 25 alternativement des canaux de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir et des canaux de circulation pour le fluide de refroidissement.

L'air de suralimentation à refroidir entre dans l'échangeur de chaleur par l'une de ses faces latérales, appelée face amont, de sorte à circuler dans les canaux de circulation 3 0 pour l'air de suralimentation à refroidir pour être refroidis par contact avec les lames, situées au-dessus et en dessous, au contact desquelles circule le fluide de refroidissement. L'air de suralimentation refroidi sort ensuite de l'échangeur par la face latérale opposée, dite face avale. Les termes « amont » et « aval » désignent aussi dans la suite de la description, respectivement, l'entrée et la sortie du flux d'air de 35 suralimentation dans le faisceau de l'échangeur de chaleur.5 2 Afin de faire circuler le fluide de refroidissement dans l'échangeur, des canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement sont ménagés dans une partie du faisceau. Les lames comprennent ainsi en outre des collets, autour de chacun de leurs deux orifices, s'étendant perpendiculairement au plan de la lame de sorte à former ces canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement lorsque les lames sont empilées.

La partie du faisceau de l'échangeur correspondant aux canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement ne participe cependant pas à l'échange de chaleur.

Plus particulièrement, les espaces situés autour des orifices autorisent la circulation d'air de suralimentation non, ou insuffisamment, refroidi de l'amont vers l'aval du faisceau, ce qui présente des inconvénients majeurs en terme de performance thermique.

On connaît un dispositif 10, illustré par la figure 1, comprenant une paroi 12 rapportée sur la face latérale amont 14 de l'échangeur et permettant d'empêcher une partie du flux d'air de suralimentation de rentrer dans le faisceau de l'échangeur au niveau des canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement. Elle guide ainsi le flux d'air de suralimentation vers la partie des plaques où l'échange de chaleur a lieu. Un tel dispositif n'est cependant pas satisfaisant car il laisse passer entre les orifices d'admission 17a et 2 0 de collecte 17b, une partie 16 du flux d'air de suralimentation F à travers l'échangeur, impliquant ainsi une performance dégradée de l'échangeur.

Afin d'améliorer la situation, l'invention concerne un faisceau de lames d'un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de paires de lames empilées les unes sur les autres et 25 agencé pour autoriser, entre les lames de chaque paire, la circulation d'un fluide à refroidir, chaque paire de lame du faisceau présentant une zone, dite d'échange, destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide, une zone, dite zone de contournement, susceptible de permettre au fluide de contourner ladite zone d'échange, et une paire d'orifices formés dans la zone de contournement, faisceau caractérisé en ce qu'il 3 0 comprend en outre, entre les deux orifices d'une même lame, des moyens d'orientation du fluide configurés de sorte à bloquer substantiellement la circulation du fluide de la zone d'échange vers la zone de contournement.

En guidant ainsi le fluide circulant dans la partie de la zone d'échange située à proximité 35 des orifices des plaques, on s'assure qu'il est maintenu dans ladite zone d'échange lorsqu'il traverse l'échangeur, ce qui améliore les performances. 3 De préférence, les moyens d'orientation du fluide s'étendent perpendiculairement au plan des lames. Une telle configuration facilite la circulation du fluide vers la zone d'échange.

Selon un aspect de l'invention, les moyens d'orientation du fluide se présentent sous la forme d'un peigne apte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange au droit de l'espace situé entre les deux orifices. Un tel peigne peut être rapporté sur un faisceau existant afin d'isoler la zone de contournement et d'améliorer ainsi l'efficacité du faisceau.

Avantageusement, le peigne présente une section transverse substantiellement en forme de U de manière à fermer la zone de contournement entre les faces amont et avale du faisceau. II force ainsi une circulation du fluide dans la zone d'échange.

Selon un aspect de l'invention, le peigne comprend une pluralité de fentes, chaque fente étant apte à recevoir deux lames en vis-à-vis définissant un canal de circulation d'un fluide de refroidissement de sorte que les lames soient superposées les unes au-dessus des autres. Ceci permet de construire aisément le faisceau de lames tout en créant les moyens d'orientation aptes à bloquer substantiellement la circulation du fluide de la zone d'échange vers la zone de contournement.

Selon un autre aspect de l'invention, les moyens d'orientation du fluide sont issus de la lame. Ceci permet de ne pas avoir de pièce à rapporter pour former les moyens d'orientation, facilitant ainsi la construction du faisceau de lames qui est réalisée par un simple empilement de lames. En outre, au moins un turbulateur peut être disposé entre les paires de lames du faisceau de manière à favoriser l'échange de chaleur entre le fluide à refroidir et le fluide de refroidissement.

3 0 L'invention concerne aussi un peigne, d'orientation d'un flux d'air, d'un faisceau tel que défini ci-dessus, ledit peigne étant apte à isoler la zone de contournement de la zone d'échange des lames du faisceau de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange.25 4 Avantageusement, le peigne, prévu de section transverse en forme de U, comprend une partie centrale rectangulaire de laquelle s'étendent perpendiculairement des parois, la partie centrale comprenant une pluralité de fentes aptes à recevoir les lames du faisceau.

L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de lames tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs.

Des références identiques sont données à des objets semblables.

La figure 1, déjà commentée, est une vue de dessus d'une lame connue d'un faisceau d'un échangeur de chaleur. La figure 2 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un échangeur de chaleur connu. La figure 3 est une vue partielle en perspective d'une première forme de réalisation de l'échangeur selon l'invention. La figure 4 est une vue partielle en perspective du faisceau de l'échangeur de la figure 3, coupé selon un plan parallèle aux lames. 2 0 La figure 5 est une vue partielle en perspective d'une paire de lames d'une deuxième forme de réalisation de l'invention.

La figure 2 représente un échangeur de chaleur 20 connu comprenant un faisceau 21 de lames. On notera que les lames selon l'invention peuvent être utilisées dans un 25 échangeur de ce type à la place des lames connues ou que dans une autre forme de réalisation, le peigne selon l'invention peut être utilisé dans un échangeur de ce type.

Un tel échangeur de chaleur 20 permet l'échange de chaleur entre un fluide à refroidir et un fluide de refroidissement. Dans la suite de la description, le fluide à refroidir est l'air. 3 0 Ceci n'est pas limitatif de la portée de la présente invention pour laquelle, dans un autre type d'échangeur de chaleur, le fluide à refroidir pourrait être tout autre type de gaz.

L'échangeur de chaleur 20, illustré par la figure 2, comprend : - une paroi supérieure 22 comprenant une tubulure d'admission 23a d'un fluide de 35 refroidissement et une tubulure de collecte 2313 dudit liquide de refroidissement, - deux parois latérales 24a et 24b, - une face latérale amont ouverte (non visible) et une face latérale avale ouverte 26, - une paroi inférieure (non visible), et - une faisceau 21 comprenant une pluralité de paires de lames 25 empilées les unes sur les autres entre la paroi inférieure et la paroi supérieure 22 de manière à former, entre deux paires différentes de lames 25, un canal de circulation d'un fluide de refroidissement et, entre les lames 25 d'une même paire et entre les faces latérales amont (non représentée) et avale 26 ouvertes, un canal de circulation d'air de suralimentation à refroidir.

Une lame se présente, par exemple, sous la forme d'une plaque rectangulaire, allongée, s'étendant suivant un axe longitudinal et comprenant une face supérieure, une face inférieure, deux extrémités, un orifice d'admission du fluide de refroidissement et un orifice de collecte du fluide de refroidissement, ménagés dans une zone proche de l'une des extrémités de la lame.

Le faisceau 21 permet ainsi un échange de chaleur entre l'air de suralimentation et le fluide de refroidissement, en général liquide. Les lames 25 empilées forment ainsi alternativement les canaux de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir et les canaux de circulation pour le fluide de refroidissement. Plus précisément, deux lames 25 d'une même paire forment un canal de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir et deux lames 25 de deux paires, différentes et adjacentes, forment un canal de circulation pour le fluide de refroidissement, par exemple obtenu par emboutissage des plaques.

Afin de faire circuler le fluide de refroidissement entre les lames 25 du faisceau 21 de l'échangeur 20, des canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement sont ménagés dans une partie du faisceau 21 à travers les orifices d'admission et de collecte du fluide de refroidissement.

3 0 La tubulure d'admission 23a et la tubulure de collecte 23b de l'échangeur 20 permettent respectivement l'admission et la collecte du fluide de refroidissement dans les canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement.

Ainsi, le fluide de refroidissement pénètre dans l'échangeur de chaleur par la tubulure 35 d'admission, circule dans la canal d'admission, circule entre les paires de lames empilées 6 dans le canal de circulation du fluide puis quitte l'échangeur par le canal de collecte puis la tubulure de collecte.

Afin d'admettre l'air à refroidir, un boîtier d'admission 28 d'air à refroidir peut être monté sur la face latérale amont ouverte de l'échangeur de chaleur 20. De même, afin de collecter l'air refroidi par son passage entre les lames de l'échangeur de chaleur 20, un boîtier collecteur 29 de l'air refroidi peut être monté sur la face latérale avale ouverte 26 de l'échangeur de chaleur 20.

Selon la présente invention, chaque paire de lame du faisceau présente une zone, dite d'échange ZE, destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide et une zone, dite zone de contournement ZBP, susceptible de permettre au fluide de contourner ladite zone d'échange ZE et où les orifices d'admission et de collecte sont formés.

Ces derniers se rejoignent, pour deux orifices superposés d'une même paire de lames, par un bord 33, 35 s'étendant substantiellement perpendiculairement au plan des lames. Ces bords 33, 35 peuvent être par exemple issus d'une ou des deux lames de la paire de lames et servent à créer les canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement du faisceau de l'échangeur.

Dans le faisceau selon l'invention, des moyens d'orientation du fluide sont configurés de sorte à bloquer substantiellement la circulation du fluide de la zone d'échange ZE vers la zone de contournement ZBP.

Plus précisément, les moyens d'orientation sont configurés de sorte à bloquer une circulation du fluide entre la zone d'échange ZE et la zone de contournement ZBP en forçant la circulation du fluide dans la zone d'échange ZE.

Comme illustrés sur les figures 3 à 5, les moyens d'orientation du fluide s'étendent 3 0 perpendiculairement au plan des lames et sont rectilignes. Cela étant, les moyens d'orientation peuvent être de toute forme et de toute nature, par exemple, ils peuvent être plans, courbés, obliques, en zig-zag, issus d'une ou des deux lames d'une même paire de lame et/ou rapportés sous la forme d'une pièce additionnelle tel que, par exemple, une plaque, un peigne etc. 35 Les figures 3 et 4 illustrent une première forme de réalisation de l'invention. Dans cette forme de réalisation, les moyens d'orientation du fluide se présentent sous la forme d'un peigne 40 apte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange ZE le long de l'espace situé entre les deux orifices 32, 34.

Comme illustré par la figure 3, le peigne 40 se présente sous la forme d'une structure en forme d'échelle de section transverse, dans le plan des lames du faisceau, en forme de U. Cette structure comprend une partie centrale, présentant des fentes, et deux parois latérales 43a et 4311 Chaque fente est agencée pour recevoir deux lames en vis-à-vis définissant un canal de circulation d'un fluide de refroidissement de sorte que les lames soient superposées les unes au-dessus des autres et s'étendent substantiellement perpendiculairement à ladite paroi centrale.

Dans cette exemple, le peigne 40 est formé d'une partie avale et d'une partie amont, comprenant chacune une des deux parois latérales 43a, 43b et des éléments de blocage 42a, 42b se trouvant dans une partie centrale du peigne, entre chaque fente. Les éléments de blocages 42a et 42b des parties amont et avale s'étendent dans un plan perpendiculaire aux lames et sont aptes à se rejoindre de sorte à bloquer substantiellement le flux d'air entre les orifices 32 et 34.

Les moyens d'orientation selon l'invention comprennent ainsi ici les éléments de blocages 42a et 42b et les parois latérales 43a et 43b et permettent de la sorte de constituer une barrière isolant substantiellement la zone d'échange ZE de la zone de contournement ZBP. Les parois latérales 43a et 43b sont ici disposées aussi bien sur la face amont que sur la face avale 26 de l'échangeur de chaleur 50. Dans une forme de réalisation simplifiée, le peigne pourrait n'être plié que sur son bord amont, lui conférant ainsi une section transverse en forme de L. 30 Le peigne 40 peut être en métal, comme le reste du faisceau. Ledit métal peut être, notamment, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, permettant un brasage du faisceau. Le peigne 40 est obtenu, par exemple, par découpage et/ou pliage.25 8 Une telle structure permet ainsi de construire aisément le faisceau de lames tout en obtenant des moyens d'orientation aptes à bloquer substantiellement la circulation du fluide de la zone d'échange vers la zone de contournement.

La figure 5 illustre une seconde forme de réalisation de l'invention dans laquelle les moyens d'orientation du fluide sont issus de la lame.

A cette figure, deux lames 51a et 51b sont assemblées l'une sur l'autre en une paire de lames 50 de sorte à former un canal de circulation pour le flux d'air F à refroidir. Plus précisément, une lame 51a peut être disposée sur une autre lame 51b identique et tournée de 180° par rapport à son axe longitudinal de sorte à former ladite paire. On notera que la taille, en particulier le diamètre, des collets 53a et 53b s'étendant du contour des orifices respectivement 52a et 52b perpendiculairement au plan P des lames 51a et 51b peut être différente entre les deux orifices d'une même lame de sorte qu'ils soient complémentaires et s'emboîtent pour former les canaux d'admission et de collecte lorsque deux lames sont assemblées en une paire 50. On peut également visualiser sur cette figure la partie des plaques 51a, 51b emboutie pour définir le canal 100 de circulation du fluide de refroidissement. Il est ici muni de corrugations 101 ponctuelles ou allongées destinées à perturber l'écoulement du fluide de refroidissement. Ces caractéristiques ne sont d'ailleurs pas spécifiques de ce nouveau mode de réalisation de l'invention et pourraient également se trouver dans le précédent mode de réalisation, comme dans d'autres.

Cela étant, selon le mode de réalisation illustré par la figure 5, les moyens d'orientation issus de la lame sont situés entre les orifices 52a et 5213 au niveau desquelles se trouve la zone de contournement et sont configurés de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange ZE. Les moyens d'orientation se présentent sous la forme d'ailes longitudinales 55a et 55b de longueur L s'étendant substantiellement perpendiculairement au plan de la lame 51a, 51b suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la lame 3 0 51a, 51b. Les plaques sont aussi munies ici d'ailes latérales 54a, 5413 s'étendant de la lame 51a, 51b, substantiellement perpendiculairement au plan P de la lame 51a, 51b suivant un axe parallèle à l'axe longitudinal de la lame 51a, 51b.

On notera que, dans une autre forme de réalisation de l'invention, les ailes latérales 54a 35 et longitudinales 55a, d'une part, et 54b et 551), d'autre part, peuvent se rejoindre.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Faisceau de lames d'un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de paires de lames (25 ; 51a, 51b) empilées les unes sur les autres et agencé pour autoriser, entre les lames de chaque paire, la circulation d'un fluide à refroidir, chaque paire de lame (25 ; 51a, 51b) du faisceau présentant une zone, dite d'échange (ZE), destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide, une zone, dite zone de contournement (ZBP), susceptible de permettre au fluide de contourner ladite zone d'échange (ZE), et une paire d'orifices (32, 34; 52a, 521)) formés dans la zone de contournement (ZBP), faisceau caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre les deux orifices (32, 34; 52a, 52b) d'une même lame (25), des moyens d'orientation (40 ; 55a, 55b) du fluide configurés de sorte à bloquer substantiellement la circulation du fluide de la zone d'échange (ZE) vers la zone de contournement (ZBP).
2. 2. Faisceau selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'orientation (40 ; 55a, 5513) du fluide s'étendent perpendiculairement au plan des lames (25 ; 51a, 51b).
3. 3. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens d'orientation du fluide se présentent sous la forme d'un peigne (40) apte à forcer 2 0 une circulation du fluide dans la zone d'échange (ZE) au droit de l'espace situé entre les deux orifices (32, 34).
4. 4. Faisceau selon la revendication 3, dans lequel le peigne (40) présente une section transverse substantiellement en forme de U de manière à forcer une circulation 25 du fluide dans la zone d'échange (ZE).
5. 5. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel le peigne (40) comprend une pluralité de fentes, chaque fente étant apte à recevoir deux lames (25) en vis-à-vis définissant un canal de circulation d'un fluide de refroidissement de sorte 3 0 que les lames (25) soient superposées les unes au-dessus des autres.
6. 6. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens d'orientation (55a, 5513) du fluide sont issus de la lame. 35
7. 7. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins un turbulateur est disposé entre les paires de lames (25 ; 51a, 51b) du faisceau de 10 manière à favoriser l'échange de chaleur entre le fluide à refroidir et le fluide de refroidissement.
8. 8. Peigne, d'orientation d'un flux d'air, d'un faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou 7, ledit peigne (40) étant apte à isoler la zone de contournement (ZBP) de la zone d'échange (ZE) des lames (25) du faisceau de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange (ZE).
9. 9. Peigne selon la revendication 8, prévu de section transverse en forme de U, comprenant une partie centrale (42a, 42b) rectangulaire de laquelle s'étendent perpendiculairement des parois (43a, 43b), la partie centrale (42a, 421)) comprenant une pluralité de fentes aptes à recevoir les lames (25) du faisceau.
10. 10. Echangeur de chaleur (30) comprenant un faisceau de lames selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.