FR2991039A1

FR2991039A1 - Echangeur de chaleur, notamment refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2991039A1
Application number: FR1254639A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Vallee; Yoann Naudin
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-29
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: FR2991039B1

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange de chaleur (3) entre un premier et un second fluide, un boîtier (11) dans lequel est disposé le faisceau d'échange de chaleur (3), le boîtier (11) étant apte à guider le premier fluide à travers le faisceau (3), et une boîte collectrice (13) comportant au moins une chambre (31) de passage du second fluide, la boîte collectrice (13) comprenant une plaque collectrice (15) et un couvercle (29) assemblé de façon étanche à la plaque collectrice (15), la plaque collectrice (15) comprenant une paroi de fond (27) permettant le passage du second fluide de ladite chambre (31) audit faisceau (3) et au moins une première paroi latérale (37) définissant au moins une face de ladite chambre (31).

Description

Echangeur de chaleur, notamment refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment refroidisseurs d'air de suralimentation de moteur de véhicule automobile. Dans ce domaine, il est connu des échangeurs, dits refroidisseurs d'air de suralimentation, permettant un échange de chaleur entre de l'air de suralimentation, destiné à alimenter le moteur du véhicule, et un liquide de refroidissement. Ils comprennent un faisceau d'échange de chaleur comportant un empilement de plaques déterminant entre elles des canaux de circulation alternés pour l'air de suralimentation et pour le liquide de refroidissement. Chaque plaque guide le liquide de refroidissement dans un circuit comprenant plusieurs passes. Ces plaques ont la forme générale d'un rectangle allongé ayant deux grands cotés et deux petits cotés, chaque plaque comportant deux bossages, un premier des bossages présentant une entrée du circuit de circulation de liquide de refroidissement et l'autre des bossages présentant une sortie du circuit de circulation du liquide de refroidissement. Les bossages sont situés le long d'un même petit côté de la plaque. Ils sont destinés à venir en contact avec les bossages d'une plaque adjacente pour permettre au liquide de refroidissement de passer d'un canal de circulation à un autre. Ainsi, le fluide de refroidissement est réparti entre les plaques par les bossages d'entrée. Il s'écoule ensuite le long des passes des circuits de circulation du liquide de refroidissement jusqu'à sortir desdites plaques au niveau des bossages de sorties. Chaque plaque comprend de la sorte une zone d'échange de chaleur entre le liquide de refroidissement et l'air de suralimentation, située au niveau des passes, et une zone d'entrée/sortie permettant au liquide de refroidissement d'entrer et de sortir de chaque plaque. Un inconvénient de cette configuration vient du fait que la zone dans laquelle se situent les bossages concentre des contraintes mécaniques pouvant engendrer une rupture des éléments brasés entre eux. Un autre inconvénient vient du fait que cette zone est très préjudiciable pour la performance thermique car l'air de suralimentation traversant cette zone, notamment entre les bossages et la première extrémité longitudinale de la plaque, ne passe pas par la zone d'échange entre les deux fluides et n'échange donc pas ou presque pas de chaleur avec le liquide refroidissement. Il est connu pour contourner cette problématique de modifier les composants de l'échangeur ou d'ajouter une pièce supplémentaire faisant écran et permettant de limiter le passage du fluide à refroidir par cette zone. Mais cela complexifie les composants et/ou le processus de fabrication de l'échangeur, ce qui peut engendrer un surcoût et éventuellement une augmentation du poids de l'échangeur. Pour pallier ces difficultés, il a déjà été envisagé par le déposant, dans une demande de brevet non publiée à la date de dépôt de la présente demande, des échangeurs de chaleur comprenant un collecteur de fluide de refroidissement, extérieur au boîtier. Le fluide de refroidissement alimente alors l'échangeur, depuis le collecteur, par une plaque collectrice du boîtier à travers laquelle des canaux de circulation du fluide de refroidissement du faisceau débouchent dans ledit collecteur. La boîte collectrice définit au moins une chambre de passage du fluide de refroidissement et comporte une paroi de fond, plate, destinée à former la plaque collectrice, et un couvercle de forme conjuguée. Ledit couvercle présente de la sorte une forme relativement complexe et qui est difficile à obtenir par formage de métal, ceci d'autant plus si ledit couvercle doit accueillir une tubulure de passage du fluide de refroidissement.

Il est possible de contourner cette difficulté en utilisant un couvercle de boîte collectrice en matière plastique. Mais cela complexifie les composants et/ou le processus de fabrication de l'échangeur, dans le sens d'imposer un joint étanche entre le couvercle et la plaque collectrice, ce qui peut engendrer un surcoût et une diminution de la fiabilité de l'étanchéité de l'échangeur de chaleur.

L'invention a pour but de résoudre les problèmes précédents et propose un échangeur de chaleur, notamment refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange de chaleur entre un premier et un second fluide, un boîtier dans lequel est disposé le faisceau d'échange de chaleur, le boîtier étant apte à guider le premier fluide à travers le faisceau, et une boîte collectrice comportant au moins une chambre de passage du second fluide, la boîte collectrice comprenant une plaque collectrice et un couvercle assemblé de façon étanche à la plaque collectrice, la plaque collectrice comprenant une paroi de fond, permettant le passage du second fluide de ladite chambre audit faisceau, et au moins une première paroi latérale définissant au moins une face de ladite chambre. Il en résulte que le couvercle, ne comprenant pas de face correspondant à ladite paroi latérale de la chambre de la boîte collectrice, peut être formé en une forme plus simple et qui, dans le cas d'une réalisation en métal, peut être emboutie. Ladite première paroi latérale est munie avantageusement d'au moins un orifice de passage du second fluide, ce qui facilite encore la réalisation du couvercle. L'échangeur de chaleur comporte avantageusement une tubulure de passage du second fluide assemblée de façon étanche à l'orifice de passage du second fluide.

Ledit orifice de passage du second fluide pourra comporter un bord arrondi, notamment interne, configuré pour recevoir en assemblage étanche ladite tubulure de passage du second fluide, de préférence par une collerette d'extrémité de ladite tubulure. Ladite première paroi latérale est avantageusement un côté plié de la plaque collectrice, de préférence à angle droit de ladite paroi de fond. Ladite plaque collectrice comporte avantageusement une deuxième paroi latérale configurée pour coopérer avec le couvercle en vis-à-vis de la première paroi latérale. Ceci simplifie encore la formation du couvercle. La deuxième paroi latérale est avantageusement un côté plié de la plaque collectrice, de préférence à angle droit de ladite paroi de fond. Le couvercle comporte avantageusement un bord replié plan disposé pour venir en contact plan avec ladite plaque collectrice, de préférence un bord plan de ladite plaque collectrice. La première et/ou la deuxième paroi latérale comportent un bord plan venant en contact de liaison étanche avec le bord replié plan correspondant du couvercle. Le bord replié plan du couvercle est en contact plan, continu, sur la périphérie de la plaque collectrice. Ladite boîte collectrice comporte avantageusement deux chambres distinctes de passage du second fluide, pourvues chacune d'un dit orifice de passage du second fluide, dans lesquels, par exemple, respectivement, le second fluide entre et sort. Le couvercle peut comporter une partie excavée, de préférence centrale, disposée de façon étanche sur la plaque collectrice pour délimiter lesdites deux chambres distinctes de passage du second fluide de la boîte collectrice.

La plaque collectrice comprend avantageusement une partie centrale, plane, en liaison étanche avec ladite partie excavée. La plaque collectrice pourra comprendre deux rangs d'orifices destinés à constituer une embouchure de conduits de circulation de l'échangeur de chaleur.

Ladite partie excavée est disposée de sorte que les rangs d'orifices soient de part et d'autre de la partie excavée, de préférence opposés l'un à l'autre relativement à ladite partie excavée. Ladite boîte collectrice comporte avantageusement deux chambres de fluide de refroidissement identiques, de préférence de forme sensiblement évasée au niveau des tubulures, ce qui facilite la circulation du fluide dans ou de chacune desdites tubulures et dans ou depuis les orifices de la plaque collectrice. La ou lesdites chambres de la boîte collectrices sont ainsi avantageusement définies par ledit couvercle et ladite plaque collectrice, sans qu'il soit besoin de pièce supplémentaire. Ledit couvercle est avantageusement formé en une seule pièce, de préférence issue d'emboutissage. Il en est de même de la paroi de la plaque collectrice. Selon un mode de réalisation non représenté, le couvercle comporte deux parties. Ledit couvercle, ladite plaque collectrice et/ou ladite tubulure de passage de fluide sont en métal, notamment aluminium et/ou alliage d'aluminium, et brasés les uns aux autres, en particulier par leur bord, périphérique, plan. Il en est de même du faisceau d'échange de chaleur et/ou du boîtier. Ainsi, il est possible d'obtenir une liaison par brasage entre ces pièces, qui soit facile à réaliser et particulièrement solide et fiable relativement à l'étanchéité. Enfin, le boîtier de faisceau d'échangeur de chaleur comporte 25 avantageusement au moins une plaque de paroi reliée par son bord à une desdites première et deuxième parois latérales, de préférence par un bord plan de la plaque de paroi à un bord de côté plan desdites première et deuxième parois latérales. Un exemple de réalisation de l'invention est à présent décrit en référence au dessin annexé sur lequel : 30 La figure 1 est une vue en perspective partielle d'un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en éclaté d'après la figure 1.

Sur le dessin des références numériques identiques sont utilisées pour désigner des pièces identiques ou analogues. Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un échangeur de chaleur 1 permettant un échange de chaleur entre un premier fluide, par exemple un gaz A et un deuxième fluide, par exemple un liquide de refroidissement L. Il pourra s'agir d'un refroidisseur d'air de suralimentation dans lequel le fluide à refroidir est un flux d'air comprimé A, destiné à alimenter un moteur thermique, par exemple un moteur de véhicule automobile. Ce flux d'air comprimé A est refroidi par le liquide de refroidissement L, notamment un mélange d'eau et de glycol.

Ledit échangeur 1 comprend un faisceau d'échange de chaleur 3 comprenant ici un empilement de plaques 5 déterminant entre elles des circuits 7, 9 alternés pour le liquide de refroidissement L et pour le fluide à refroidir A. Seules deux plaques 5 de la partie supérieure du faisceau, reliées en vis-à-vis, ont été représentées. Le faisceau 3 est ici de forme globalement parallélépipédique et présente des plaques 5 agencées par paires de sorte que deux plaques 5 d'une même paire déterminent entre elles un canal de circulation 7 pour le liquide de refroidissement. Les circuits 9 pour la circulation du fluide à refroidir A sont prévus entre deux plaques 5 en vis-à-vis de deux paires de plaques adjacentes. L'échangeur comprend également un boîtier 11 dans lequel le faisceau 3 est disposé et une boîte collectrice 13 assemblée latéralement au boîtier. Le boîtier comprend ici une première paroi latérale 15 située à gauche sur la figure 1 et formant, comme développé plus loin, une plaque collectrice de la boîte collectrice 13, une seconde paroi latérale non visible sur la figure, une paroi supérieure 17 (vers le haut sur la figure) et une paroi inférieure 19, reliant les parois latérales entre elles. Le boîtier 11 guide le fluide à refroidir A entre les plaques de faisceau 5, depuis une face d'entrée 21 jusqu'à une face de sortie 23 du faisceau 3. La boîte collectrice 13 de fluide de refroidissement est montée adjacente au boîtier 11, à l'extérieur de ce dernier. L'échangeur 1 pourra aussi comprendre des surfaces d'échange secondaires 25, disposées dans les circuits 9 de circulation du premier fluide. Les surfaces d'échange secondaire 25 s'étendent entre deux plaques 5 en vis-à-vis appartenant à deux paires de plaques 5 adjacentes. Les surfaces d'échange secondaires 25 (représenté de façon partielle au niveau supérieur) comprennent ici des perturbateurs ondulés, rapportés entre les plaques 5 dans les circuits 9 de circulation du fluide A à refroidir. La figure 2 est une vue en éclaté de l'échangeur de chaleur de la figure 1, montrant plus particulièrement la boîte collectrice 13 de l'échangeur conforme à l'invention. Selon l'invention, ladite boîte collectrice 13 comprend au moins une chambre 31 de passage du second fluide, une plaque collectrice 15 et un couvercle 29 assemblé de façon étanche à la plaque collectrice, ladite plaque collectrice 15 comprenant une paroi de fond 27 permettant le passage du second fluide de ladite chambre 31 audit faisceau 3 et au moins une première paroi latérale 37 définissant au moins une face de ladite chambre. On pourra noter que ladite paroi de fond 27 correspond à la première paroi latérale du boîtier. Ladite première paroi latérale 37 de ladite plaque collectrice 15 est munie avantageusement d'au moins un orifice 35 de passage du second fluide.

Ledit orifice 35 de passage du second fluide peut être relié à tout moyen de passage du second fluide dans ou depuis ladite chambre de la boîte collectrice, avantageusement une tubulure 33, assemblée de façon étanche à l'orifice 35 de passage du second fluide. La boîte collectrice 13 comprend ici deux chambres distinctes 31, lesdites premières parois latérales correspondantes étant munies chacune d'une dite tubulure 33, reliée par un dit orifice 35 de passage du fluide de refroidissement L à travers la plaque collectrice 15, à une desdites chambres 31 de fluide de refroidissement. Ladite boîte collectrice 13 comporte ici un plan de symétrie médian P. En particulier, les chambres 31 sont identiques, étant de forme évasée vers l'orifice 35 de passage du fluide de refroidissement. La plaque collectrice 15 comprend ici une deuxième paroi latérale inférieure 39, également tournée vers l'extérieur et disposée en vis-à-vis de la paroi latérale supérieure 37.

La paroi de fond 27 définit de la sorte une partie centrale de la plaque collectrice. Elle est ici rectangulaire et percée de deux rangées d'orifices 41 au travers desquels circule le fluide de refroidissement L.

Plus précisément, le fluide de refroidissement entre depuis une tubulure 33 d'entrée du second fluide et par une première desdites chambres 31, dans les conduits définis par les plaques du faisceau 5, par une première rangée d'orifices 41 ménagés dans la paroi de fond, et en ressort par une deuxième rangée d'orifices 41 ménagés dans la paroi de fond dans la deuxième desdites chambres 31, jusque dans l'autre tubulure 33 qui est une tubulure de sortie du fluide. La paroi latérale supérieure 37 est une plaque issue de pliage de la partie centrale 27, ici à angle droit du plan de ladite partie centrale 27, étant découpée pour comporter deux ailes identiques adjacentes 43, percées chacune d'un orifice 35 de passage du fluide de refroidissement. Chacun de ces orifices 35 est relié à une des tubulures 33, par une collerette d'extrémité 45 de la tubulure appliquée sur un bord arrondi interne 47 de l'orifice. La paroi latérale inférieure 39 est également une plaque issue de pliage de la partie centrale 27, à angle droit du plan de cette dernière, et comportant deux ailes 49 identiques et adjacentes disposées chacune au droit d'une aile 43 de la paroi latérales supérieure 37. Le couvercle 29 comporte en outre une partie excavée centrale 51, disposée de façon étanche (après brasage des composants) sur la partie centrale 27. Cette partie excavée 51, disposée entre les deux rangées d'orifices 41, délimite les deux chambres 31 de la boîte collectrice. La forme de la plaque collectrice et du couvercle sont toutes les deux relativement simple. En effet, comme le montre le dessin, si les chambres 31 sont considérées comme présentant chacune six faces, la plaque collectrice et le couvercle définissent chacun complémentairement trois desdites six faces. Il est alors facile de les réaliser par emboutissage. Ledit couvercle 29 comporte ici un bord plan continu 53 configuré pour venir en contact plan sur un bord plan, continu, correspondant 55 de la périphérie de la plaque collectrice, en particulier un bord replié plan supérieur 53a venant sur un bord plan correspondant 55a des ailes 43, un bord plan replié inférieur 53b venant sur un bord plan correspondant 55b des ailes 49 et deux bords plan latéraux 53c venant sur les bords latéraux correspondants 55c de la partie centrale. Les plaques supérieure 17 et inférieure 19 du boîtier sont également reliées par leur bord plan 57, 59, respectivement, à une partie de bord plane droite supérieure 55d et à une partie de bord plane droite inférieure 55e de la plaque collectrice, formées le long du côté intérieur des parois latérales supérieure 37 et inférieure 39 de ladite plaque collectrice, à la base des ailes 43, 49. Comme indiqué précédemment, la jonction des pièces est réalisée de façon étanche, plat contre plat, par brasage de la matière à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium des composants constitutifs de la boîte collectrice. Un assemblage provisoire des composants avant brasage est ici réalisé au moyen de crochets souples 61 issus des parois inférieure et supérieure du boîtier pour venir coopérer ici avec les bords plans de la plaque collectrice et du couvercle.10

Claims

REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur, notamment refroidisseur d'air de suralimentation de moteur de véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange de chaleur (3) entre un premier et un second fluide, un boîtier (11) dans lequel est disposé le faisceau d'échange de chaleur (3), le boîtier (11) étant apte à guider le premier fluide à travers le faisceau (3), et une boîte collectrice (13) comportant au moins une chambre (31) de passage du second fluide, la boîte collectrice (13) comprenant une plaque collectrice (15) et un couvercle (29) assemblé de façon étanche à la plaque collectrice (15), la plaque collectrice (15) comprenant une paroi de fond (27) permettant le passage du second fluide de ladite chambre (31) audit faisceau (3) et au moins une première paroi latérale (37) définissant au moins une face de ladite chambre (31).
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel la première paroi latérale (37) est munie d'au moins un orifice (35) de passage du second fluide.
3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel ledit orifice (35) 20 de passage du fluide de refroidissement comporte un bord arrondi (47) configuré pour recevoir en assemblage étanche ladite tubulure (33) de passage du second fluide.
4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendication 2 ou 3, 25 dans lequel l'échangeur de chaleur comporte une tubulure (33) de passage du second fluide, assemblée de façon étanche à l'orifice (35) de passage du second fluide.
5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (29) comporte un bord replié plan (53) disposé 30 pour venir en contact plan avec un bord plan (55) de la plaque collectrice (15).
6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel le bord replié plan (53) du couvercle est en contact plan, continu, sur la périphérie de la plaque collectrice (15).
7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite première paroi latérale (37) est un côté plié de la plaque collectrice (15).
8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque collectrice (15) comporte une deuxième paroi latérale (39) configurée pour coopérer avec le couvercle (29) en vis-à-vis de la première paroi latérale (37).
9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, dans lequel la deuxième paroi latérale (39) comporte un bord plan (55b) venant en contact avec le bord replié plan correspondant (53b) du couvercle.
10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconques des revendications 8 ou 9, dans lequel la deuxième paroi latérale (39) est un côté plié de la plaque collectrice (15).
11. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel ladite boîte collectrice (13) comporte deux chambres distinctes (31) de passage du fluide de refroidissement, pourvues chacune d'un dit orifice (35) de passage du fluide de refroidissement.
12. Echangeur de chaleur selon la revendication 11, dans lequel le couvercle (29) comporte une partie excavée (51) en contact avec la plaque collectrice (15) pour délimiter lesdites deux chambres distinctes (31) de la boîte collectrice.
13. Echangeur de chaleur selon la revendication 12, dans lequel la plaque collectrice (15) comprenant deux rangs d'orifices (41) destinés à constituer une embouchure de conduits de circulation de l'échangeur de chaleur, ladite partieexcavée (51) est disposée de sorte que les rangs d'orifices (41) soient de part et d'autre de la partie excavée (51).
14. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (11) de faisceau d'échangeur de chaleur comporte au moins une plaque (17, 19) de paroi, reliée par son bord à une desdites première et deuxième parois latérales (37, 39).
15. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel la plaque (17, 19) de paroi est reliée par un bord plan (57, 59) à un bord de côté plan (55d, 55e) desdites première et deuxième parois latérales (37, 39).