FR3027661A1 - Echangeur de chaleur a brasage integral et procede de fabrication d'un tel echangeur de chaleur. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau (3) d'échange de chaleur formé d'un empilement de plaques permettant la circulation alternée entre deux plaques d'un premier fluide et d'un second fluide, et un carter (2) définissant un volume à l'intérieur duquel ledit faisceau (3) est logé, une partie du volume intérieur du carter (2) formant un premier collecteur d'entrée et un premier collecteur de sortie du premier fluide, ledit carter (2) et ledit empilement étant brasés l'un à l'autre.

Description

Echangeur de chaleur à brasage intégral et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur. L'invention concerne un échangeur de chaleur à brasage intégral, notamment pour véhicule automobile, et un procédé de fabrication d'un tel échangeur. Elle trouvera ses applications dans le domaine des véhicules automobile en particulier sous la forme de refroidisseurs d'air de suralimentation ou de radiateurs de refroidissement du liquide caloporteur refroidissant le moteur. Cependant, d'autres applications de l'invention sont également envisageables. Dans ce domaine, il est connu d'alimenter le moteur d'un véhicule à l'aide d'air ayant été comprimé après passage dans le compresseur d'un turbo compresseur. Il est également connu de refroidir l'air comprimé, chaud, avant de l'envoyer au moteur. On utilise pour cela 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 constitué d'un empilement de plaques déterminant entre elles des canaux de circulation alternés pour l'air de suralimentation et pour le liquide de refroidissement. Ces échangeurs présentent l'intérêt de pouvoir être disposés librement sous le capot, notamment à proximité du moteur du véhicule, contrairement aux échangeurs d'air de suralimentation refroidis à l'aide d'un flux d'air extérieur qui nécessitent d'être disposés en face avant du véhicule ou à tout le moins à proximité d'une arrivée d'air.

Dans de tels échangeurs, le faisceau d'échange de chaleur est logé dans un carter sur lequel sont rapportés des boîtes collectrices permettant de guider l'air de suralimentation en entrée et en sortie du faisceau d'échange de chaleur.

Il est également connu des échangeurs comportant un carter muni d'orifices d'entrée et de sortie d'air, la forme du carter lui permettant de faire office de collecteur d'entrée et de sortie de l'air. Le carter a un volume intérieur destiné à accueillir le faisceau d'échange de chaleur. Il est fermé par un couvercle.

Tous ces types d'échangeurs sont fabriqués de plusieurs façons. Dans le premier cas, la carter et le faisceau sont assemblés par brasage puis, dans un second temps, les boîtes collectrices sont rapportées. Dans le second cas, le faisceau d'échange de chaleur est assemblé de manière isolée. Puis, dans une seconde étape, on assemble le faisceau d'échange au carter. Ainsi, la multiplication d'étapes est pénalisante pour le coût et la rapidité de fabrication des échangeurs de chaleur.

L'invention a pour but d'améliorer la situation et propose à cette fin un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange de chaleur formé d'un empilement de plaques permettant la circulation alternée entre deux plaques d'un premier fluide et d'un second fluide, et un carter définissant un volume à l'intérieur duquel ledit faisceau est logé, une partie du volume intérieur du carter formant un premier collecteur d'entrée et un premier collecteur de sortie du premier fluide, ledit carter et ledit empilement étant brasés l'un à l'autre. On propose ainsi, selon l'invention, une solution dans laquelle le carter de l'échangeur permet d'accueillir avant brasage l'empilement de plaques formant le faisceau tout en définissant par ailleurs un volume collecteur d'entrée et un volume collecteur de sortie. Il suffit de la sorte de pré-assembler les éléments de l'échangeur, puis de braser l'ensemble pour réaliser l'échangeur de chaleur, ceci sans avoir à réaliser une étape préalable d'assemblage du faisceau ou une étape postérieure de fixation de boîtes collectrices.

Avantageusement, le carter est configuré pour maintenir les plaques du faisceau dans au moins une direction perpendiculaire à une direction d'empilement des plaques, avant et/ou pendant brasage. Cela permet d'éviter un mauvais positionnement des plaques lors des manipulations de l'échangeur intervenant avant que le brasage n'est permis de les solidariser définitivement. Ledit carter pourra en outre être configuré pour laisser les plaques libres de déplacement dans ladite direction d'empilement avant et/ou pendant le brasage. Cela facilite leur empilement dans le carter, par un effet de guidage. On facilite de la sorte la formation du faisceau. Il est en outre à noter que le processus de brasage, notamment à cause de la migration de la brasure, engendre un déplacement des éléments les uns par rapport aux autres, par exemple par tassement de l'empilement de plaques. Grâce à l'invention, on évite les risques de déplacements latéraux des plaques les unes par rapport aux autres lors de ce phénomène de tassement, les plaques étant guidées par le carter de l'échangeur. On assure ainsi un bon alignement des plaques pour garantir une résistance mécanique suffisante et une bonne étanchéité du faisceau et de l'échangeur. L'invention pourra présenter les caractéristiques complémentaires suivantes, prises ensemble ou séparément : - ledit carter comprend deux faces opposées configurées pour maintenir les plaques dans une première direction, les faces opposées étant espacées d'une dimension sensiblement égale à une dimension des plaques dans la même direction, - ledit carter comprend des parois latérales reliant les deux faces opposées et formant des jonctions à l'interface de chaque face opposée et de chaque paroi latérale, - les parois latérales comprennent des butées de maintien latéral des plaques, - lesdites butées sont formées par les jonctions des faces opposées et des parois latérales, les faces opposées étant d'une dimension sensiblement égale à celle des plaques selon une seconde direction, transversale à ladite première direction, les parois latérales étant en outre plus épaisses que les faces opposées, - lesdites parois latérales définissent les premiers collecteurs d'entrée et de sortie du premier fluide, - le carter comprend des orifices d'entrée et de sortie du premier fluide, - les parois latérales comportent des orifices d'entrée et de sortie du deuxième fluide, - ledit échangeur comprend un deuxième collecteur d'entrée et un deuxième collecteur de sortie pour le deuxième fluide, - les deuxièmes collecteurs sont fixés sur l'une et/ou l'autre desdites faces opposées du côté extérieur du carter, - la ou lesdites faces opposées comportent des ouvertures pour le passage du deuxième fluide entre les deuxièmes collecteurs et le faisceau, - le carter comprend un fond sur lequel repose une plaque inférieure du faisceau, - ledit échangeur comprend un couvercle apte à fermer le carter, - le faisceau comprend un intercalaire en contact avec le couvercle et avec une plaque supérieure dudit faisceau, - ledit couvercle est brasé au carter et/ou audit intercalaire, - ledit échangeur comprend des moyens de pré-assemblage du carter et du carter, permettant avantageusement de comprimer ledit intercalaire, - ledit faisceau comprend des intercalaires disposés entre chaque paire de plaques du faisceau, - ledit carter est monobloc, par exemple issu de fonderie, - le premier fluide est de l'air et le second fluide est un liquide de refroidissement.

L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur tel que décrit précédemment. Le procédé comprend une première étape de pré-assemblage, puis une étape de brasage de l'échangeur de chaleur pré-assemblé. De préférence, le procédé comprend une étape de brasage des plaques du faisceau, ladite étape de brasage des plaques du faisceau ayant lieu de manière simultanée à une étape de brasage du faisceau et dudit carter. De la sorte, il n'y pas besoin de braser une première fois le faisceau de plaques seul, puis d'assembler le faisceau et le carter ensemble pour finir le montage de 30 l'échangeur. 302 7 6 6 1 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la figure 1 est une vue en perspective illustrant un échangeur de chaleur 5 conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective illustrant un carter vide de l'échangeur de chaleur de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus illustrant le carter de la figure 2 dans lequel est agencé un faisceau d'échange de chaleur muni de plaques. 10 Comme illustré aux figures 1 et 2, l'invention concerne un échangeur de chaleur 1, notamment pour véhicule automobile, entre un premier fluide, par exemple de l'air, et un second fluide, par exemple un liquide de refroidissement. L'échangeur de chaleur 1 comprend un carter 2 muni d'un fond 19. Un couvercle 8 ferme ledit carter 2. Le carter 15 2 définit un volume intérieur apte à accueillir un faisceau 3 d'échange de chaleur. Le carter 2 comprend en outre des orifices d'entrée 4 et de sortie 5 du premier fluide. Une partie du volume intérieur forme un premier collecteur d'entrée et un premier collecteur de sortie du premier fluide. Cette partie est définie par la forme du carter et par le volume que prend le faisceau 3 dans le carter 2. Ainsi, les collecteurs d'entrée et de 20 sortie sont formés par le volume du carter 2 qui n'est pas occupé par le faisceau 3, et sont agencés de part et d'autre du faisceau 3. Le carter 2 est avantageusement métallique monobloc, par exemple issu de fonderie. Il comprend deux faces opposées 9, 10 et des parois latérales 11, 12 reliant 25 les deux faces opposées 9, 10, le carter 2 formant des jonctions à l'interface de chaque face opposée 9, 10 et de chaque paroi latérale 11, 12. La forme des parois latérales 11, 12 définit le volume des premiers collecteurs d'entrée et de sortie du premier fluide, les parois latérales 11, 12 comportant les orifices d'entrée 4 et de sortie 5 du premier fluide. Ici, les parois latérales 11, 12 ont des formes trapézoïdales à trois cloisons, à savoir une cloison centrale et deux cloisons latérales. Les cloisons latérales sont reliées aux faces opposées 9, 10 et s'étendent de part et d'autre de la cloison centrale. Ladite cloison centrale comporte l'orifice d'entrée 4 ou de sortie 5. Les deux cloisons centrales des deux parois latérales sont sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires au flux d'air circulant dans l'échangeur de chaleur 1. L'échangeur de chaleur 1 comprend un deuxième collecteur d'entrée 6 et un deuxième collecteur de sortie 7 pour le deuxième fluide. Les deuxièmes collecteurs 6, 7 sont fixés sur l'une desdites faces opposées 9,10, ici la face 10, dite face collectrice, du côté extérieur du carter 2. La face collectrice 10 comporte des ouvertures 18 pour permettre le passage du deuxième fluide entre le deuxième collecteur d'entrée 6 et le faisceau disposé à l'intérieur du carter 2, ainsi qu'entre le faisceau et le collecteur de sortie 7. Ici, les ouvertures 18 ont une section de forme sensiblement rectangulaire aplatie. Les ouvertures 18 sont notamment agencées en série de deux rangées sensiblement parallèles, chaque rangée correspondant à l'un des collecteurs 6,7. La figure 3 montre la configuration et l'agencement d'un faisceau 3 d'échange de chaleur logé à l'intérieur du volume du carter 2 de l'échangeur 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Le faisceau 3 est formé d'un empilement de plaques 17, les plaques ayant des dimensions sensiblement égales. Une plaque inférieure 17 du faisceau 3 repose sur le fond 19 du carter 2. La circulation du premier fluide et du second fluide dans le faisceau 3 est alternée entre deux plaques. Ainsi, l'air circulant entre les plaques 17 est refroidit, de part et d'autre, par le liquide de refroidissement qui circule de façon sensiblement perpendiculaire au flux d'air, ici en deux passes. Les plaques 17 sont assemblées par paire, chaque paire formant un conduit de circulation pour le second fluide, tandis que le premier fluide circule entre deux paires de plaques voisines. Ici, chaque plaque 17 est munie de nervures 30 permettant de guider le second fluide et de lui faire suivre un trajet en U du collecteur d'entrée 6 au collecteur de sortie 7. Elles pourront aussi être munies, à l'intérieur desdits conduits, de bossages 40 destinés à les renforcer, par assemblage avec les bossages 40 de la plaque 17 de la même paire de plaques. Les conduits de circulation définis par chaque paire de plaque communiquent avec les ouvertures 18 de la plaque collectrice 10 pour permettre au second fluide provenant du collecteur d'entrée 6 de pénétrer dans chaque conduit, de suivre le trajet en U défini par celui-ci puis de passer dans le collecteur de sortie 7. Autrement dit, un orifice 18 d'entrée du second fluide et un orifice 18 de sortie du second fluide, situés au même niveau, communique avec le conduit de circulation défini par une même paire de plaques 17. Pour assurer un bon contact entre les plaques 17 du faisceau et la plaque collectrice 10, lesdites plaques 17 pourront présenter un bord plié, positionné entre deux orifices 18 voisins.

Le faisceau 3 est doté d'intercalaires, non représentés sur les figures, qui sont disposés entre deux plaques 17 de deux paires de plaques voisines. Les intercalaires ont pour fonction d'améliorer l'échange thermique entre les deux fluides. Les intercalaires sont par exemple des tôles ondulées en forme d'accordéon, chaque sommet d'ondulation étant en contact avec une plaque 17 du faisceau 3. Un intercalaire est en outre disposé sur la plaque supérieure du faisceau 3, entre la dernière plaque et le couvercle. Cet intercalaire est simultanément en contact, d'une part avec le couvercle, et d'autre part avec la plaque supérieure du faisceau.

Afin de maintenir les éléments de l'échangeur ensemble de façon définitive, le carter 2 et l'empilement, c'est-à-dire le faisceau 3, sont brasés l'un à l'autre, notamment à l'aide d'un placage de brasage prévu sur les plaques 17, les intercalaires, le carter et/ou le couvercle.

Avant brasage, le procédé conforme à l'invention comprend une première étape de pré-assemblage de l'échangeur de chaleur 1 dans le carter 2. Ainsi, le procédé selon l'invention ne nécessite qu'une étape d'assemblage, puis une seule étape de brasage, pour réaliser l'échangeur de chaleur 1. Le brasage des plaques 17 du faisceau 3, ainsi que le brasage du faisceau 3 au carter 2, ont lieu simultanément pendant cette étape. Pour éviter les risques de déplacement transversal des plaques 17 lors du tassement du faisceau provenant de la fonte du placage de brasage intervenant lors de l'étape de brasage, les dimensions du carter 2 sont configurées pour maintenir longitudinalement et latéralement les plaques 17 du faisceau 3 pendant le brasage, tout en laissant les plaques libres de déplacement dans ladite direction d'empilement. Une fois le brasage réalisé, le carter 2 et le faisceau 3 sont liés de façon définitive de sorte que les caractéristiques exposées ci-après sont présentes dans l'échangeur de chaleur 1 achevé. Pour permettre le blocage évoqué plus haut, les deux faces opposées 9, 10 sont espacées d'une distance sensiblement égale à la longueur des plaques 17, de manière à maintenir les plaques 17 longitudinalement. Autrement dit, les plaques 17 ne peuvent pas bouger longitudinalement, car elles sont maintenues par les faces opposées 9, 10 disposées de chaque côté de l'empilement.

Pour maintenir les plaques 17 latéralement, le carter 2 comprend des butées 13, 14, 15, 16 de maintien latéral des plaques 17, deux paires de butées étant en contact avec les plaques 17 à chaque extrémité longitudinale du faisceau 3. Elles sont ici disposées au niveau des deux bords latéraux des faces opposées 9, 10, les faces opposées 9, 10 étant de largeur sensiblement égale à celle des plaques 17. Autrement dit, les butées 13, 14, 15, 16 d'une paire sont éloignées l'une de l'autre d'une distance sensiblement égale à la largeur des plaques 17, de manière à permettre l'insertion des plaques entre elles, tout en les maintenant latéralement. Ainsi, les butées 13, 14, 15, 16 sont disposées aux quatre jonctions des parois latérales 11, 12 et des faces opposées 9, 10.

De plus, les butées 13, 14, 15, 16 sont dimensionnées pour maintenir l'ensemble des plaques 17 du faisceau 3. Autrement dit les butées 13, 14, 15, 16 ont une hauteur sensiblement égale à la hauteur du faisceau.

Plus précisément, ici, les parois latérales 11, 12 sont plus épaisses que les faces opposées 9, 10 de sorte que les butées 13, 14, 15, 16 sont formées par l'épaisseur des parois latérales 11, 12. En effet, l'épaisseur des parois latérales 11, 12 s'étend au-delà de l'épaisseur des faces opposées 9, 10, car les faces opposées 9, 10 et les parois latérales 11, 12 sont ajustées au niveau du contour extérieur du carter 2.

Pour le pré-assemblage, on peut effectuer l'empilage des plaques 17 avec les intercalaires, une par une directement dans le carter 2. Dans une variante, l'empilage des plaques est réalisé en dehors du carter 2, puis le faisceau pré-assemblé est inséré dans le carter 2. Avantageusement, les plaques 17 sont maintenues transversalement avant et pendant le brasage, et elles sont libres en translation selon la direction d'empilement avant et pendant le brasage. Lors du procédé de brasage, l'intercalaire disposé entre le couvercle 8 et la plaque supérieure du faisceau a pour fonction de compenser le tassement du faisceau 3 verticalement pendant le pré-assemblage. En effet, cet intercalaire, initialement comprimé entre le couvercle 8 et le faisceau 3 permet de bloquer verticalement l'empilement de plaques 17 du faisceau 3, grâce au couvercle 8 qui exerce une pression verticale sur l'empilement. Le faisceau 3 subit de la sorte une pression de maintien verticale lors du pré-assemblage, avant le brasage. Pendant le brasage, le faisceau 3 se tasse, et l'intercalaire se détend tout en restant au contact du faisceau 3 et du couvercle 8. Pour assurer un pré-assemblage du couvercle 8, le carter 2 pourra être muni d'agrafes 50 coopérant avec des languettes 60 du couvercle 8, ou inversement.

Les dimensions et la disposition du faisceau 3 et des ouvertures 18 de la face opposée 10 sont choisies de sorte que les plaques 17 et les ouvertures 18 soient en regard après le brasage et le tassement qui lui est associé.

Une étape supplémentaire du pré-assemblage consiste à rapporter sur le carter 2 les deuxièmes collecteurs d'entrée 6 et de sortie 7 du deuxième fluide. Les collecteurs 6, 7 sont par exemple fixés au carter par sertissage. En variante, elles pourront être fixées après brasage, par exemple par soudage.

Les faces du carter 2 et/ou du couvercle 8 pourront en outre être munies de nervures 70 et/ou d'emboutis 80 destinés à renforcer sa résistance mécanique, en particulier à la pression présente dans le carter 2. Lesdites nervures et/ou emboutis sont situés avantageusement au niveau des collecteurs d'entrée 6 et de sortie 7 du second fluide.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau (3) d'échange de chaleur formé d'un empilement de plaques (17) permettant la circulation alternée entre deux plaques (17) d'un premier fluide et d'un second fluide, et un carter (2) définissant un volume à l'intérieur duquel ledit faisceau (3) est logé, une partie du volume intérieur du carter (2) formant un premier collecteur d'entrée et un premier collecteur de sortie du premier fluide, ledit carter (2) et ledit empilement étant brasés l'un à l'autre.
2. 2. Echangeur selon la revendication 1 dans lequel le carter (2) est configuré pour maintenir les plaques (17) du faisceau (3) avant et/ou pendant brasage, dans au moins une direction perpendiculaire à une direction d'empilement des plaques (17), et/ou pour laisser les plaques (17) libres de déplacement dans ladite direction d'empilement avant et/ou pendant le brasage.
3. 3. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel ledit carter (2) comprend deux faces opposées (9, 10) configurées pour maintenir les plaques (17) dans une première direction, les faces opposées (9, 10) étant espacées d'une dimension sensiblement égale à une dimension des plaques (17) dans la même direction.
4. 4. Echangeur selon la revendication 3 dans lequel ledit carter (2) comprend des parois latérales (11, 12) reliant les deux faces opposées (9, 10) et formant des jonctions à l'interface de chaque face opposée (9, 10) et de chaque paroi latérale (11, 12).
5. 5. Echangeur selon la revendication 4, dans lequel les parois latérales (11, 12) comprennent des butées (13, 14, 15, 16) de maintien latéral des plaques (17).
6. 6. Echangeur selon la revendication 5, dans lequel lesdites butées (13, 14, 15, 16) sont formées par les jonctions des faces opposées (9, 10) et des parois latérales (11, 12), les faces opposées (9, 10) étant d'une dimension sensiblement égale àcelle des plaques (17) selon une seconde direction, transversale à ladite première direction, les parois latérales (11, 12) étant en outre plus épaisses que les faces opposées (9, 10).
7. 7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel lesdites parois latérales (11, 12) définissent les premiers collecteurs d'entrée et de sortie du premier fluide.
8. 8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 dans lequel les parois latérales (11, 12) comportent des orifices d'entrée (4) et de sortie (5) du deuxième fluide.
9. 9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, comprenant un deuxième collecteur d'entrée (6) et un deuxième collecteur de sortie (7) pour le deuxième fluide.
10. 10. Echangeur selon la revendication 9, dans lequel les deuxièmes collecteurs (6, 7) sont fixés sur l'une et/ou l'autre desdites faces opposées (9, 10) du côté extérieur du carter (2).
11. 11. Echangeur selon la revendication 10, dans lequel la ou lesdites faces opposées (9, 10) comportent des ouvertures (18) pour le passage du deuxième fluide entre les deuxièmes collecteurs (6, 7) et le faisceau (3).
12. 12. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le carter (2) comprend un fond (19) sur lequel repose une plaque inférieure du faisceau (3).
13. 13. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un couvercle (8) apte à fermer le carter (2).
14. 14. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant une première étape de pré-assemblage, puis une étape de brasage de l'échangeur de chaleur (1) pré-assemblé.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, comprenant une étape de brasage des plaques (17) du faisceau (3), ladite étape de brasage des plaques (17) du faisceau (3) ayant lieu de manière simultanée à une étape de brasage du faisceau (3) et dudit carter (2).10