FR3040478A1 - Echangeur de chaleur - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur comprenant : ○ une multiplicité de tubes plats (2) disposés parallèlement les uns des autres, et dans lesquels circulent un premier fluide, ○ des intercalaires (3) disposés entre lesdits tubes plats (2), lesdits intercalaires (3) ayant un profil périodique dont les extrémités (30) sont en contact avec la surface externe desdits tubes plats (2), lesdits intercalaires (3) étant traversés par un deuxième fluide, les tubes plats (2) comportant sur leur surface externe des sillons (20), les extrémités (30) des intercalaires (3) et lesdits sillons (20) ayant une forme et une longueur complémentaire de sorte que lesdites extrémités (30) des intercalaires (3) s'insèrent à l'intérieur desdits sillons (20).

Description

L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile.
Les échangeurs de chaleur, notamment dans le domaine automobile, sont généralement composés de tubes plats regroupés en faisceau et entre les lesquels sont placés des intercalaires. Un premier fluide, par exemple un liquide caloporteur tel que de l'eau glycolée ou un gaz, passe à l'intérieur des tubes plats et un deuxième fluide, par exemple de l'air, passe entre lesdits tubes plats au travers des intercalaires. Les tubes plats peuvent être sous forme de tubes allongés empilés ou alors de paires de plaques à l’intérieur desquelles est formé un circuit de circulation du premier fluide.
La surface d'échange entre le premier et le deuxième fluide est augmentée du fait de la présence des intercalaires mais la conductivité thermique entre ces deux fluides est également conditionnée par la qualité du pont thermique entre les intercalaires et les tubes plats. En effet, si ce pont thermique au niveau du contact entre les intercalaires et les tubes plats n'est pas bon, l'efficacité de l'échangeur thermique sera moindre.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur amélioré.
La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comprenant : ° une multiplicité de tubes plats disposés parallèlement les uns des autres, et dans lesquels circulent un premier fluide, ° des intercalaires disposés entre lesdits tubes plats, lesdits intercalaires ayant un profil périodique dont les extrémités sont en contact avec la surface externe desdits tubes plats, lesdits intercalaires étant traversés par un deuxième fluide, les tubes plats comportant sur leur surface externe des sillons, les extrémités des intercalaires et lesdits sillons ayant une forme et une longueur complémentaire de sorte que lesdites extrémités des intercalaires s’insèrent à l'intérieur desdits sillons.
La présence de ces sillons permet de faciliter le montage du faisceau en procurant un logement où peuvent venir s'insérer les extrémités des intercalaires. De plus, ces sillons améliorent le contact entre la surface externe des tubes plats et des intercalaires, ce qui améliore les échanges thermiques entre ces deux éléments. A taille équivalente, l'échangeur de chaleur selon l'invention est plus performant grâce à ces sillons.
Selon un aspect de l'invention, les extrémités des intercalaires ont le profil d'une ligne continue sur toute la largeur des tubes plats et qu'un sillon sur la surface externe des tubes plats forme une seule ligne continue sur la largeur dudit tube plat.
Selon un autre aspect de l'invention, les intercalaires comportent au moins deux bandes de profil périodique décalées l'une par rapport aux autres et que, sur leur largeur, les tubes plats comportent sur leur surface externe des sillons segmentés complémentaires des extrémités des bandes de profil périodique.
Selon un autre aspect de l'invention, les sillons sur la surface externe des tubes plats forment également une protubérance sur la surface interne desdits tubes plats.
Selon un autre aspect de l'invention, les sillons et les protubérances des deux parois des tubes plats sont disposés à l’aplomb les uns des autres.
Selon un autre aspect de l'invention, les sillons et les protubérances des deux parois des tubes plats sont décalés les un par rapport aux autres.
Selon un autre aspect de l'invention, la profondeur des sillons est inférieure à 50 % de la hauteur de la lumière du tube plat, de préférence comprise entre 40 % et 30%.
Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats comportent chacun une paire des plaques à l'intérieure de laquelle est formé un circuit de circulation du premier fluide.
Selon un autre aspect de l'invention, le profil périodique des intercalaires est un profil sinusoïdale.
Selon un autre aspect de l'invention, les extrémités des intercalaires sont arrondies.
Selon un autre aspect de l'invention, les extrémités des intercalaires sont plates.
Selon un autre aspect de l'invention, le profil périodique des intercalaires est un profil crénelé.
Selon un autre aspect de l'invention, le profil périodique des intercalaires est un profil en dent de scie
Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats et les intercalaires sont réalisés en matériau métallique et fixés entre eux par brasage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un tube plat comportant des intercalaires sur ses deux faces selon un premier mode de réalisation, la figure 2 est une représentation schématique en vue de dessus d'un tube plat selon le premier mode de réalisation, la figure 3 est une représentation schématique en perspective d’un intercalaire selon un deuxième mode de réalisation, la figure 4 est une représentation schématique en vue de dessus d'un tube plat selon le deuxième mode de réalisation, les figures 5a et 5b sont des représentations schématiques en coupe d'un tube plat comportant des intercalaires sur ses deux faces selon deux modes de réalisation différents, la figure 6 est une représentation schématique en coupe de la liaison entre un tube plat et un intercalaire, les figures 7a à 7c sont des représentations schématiques en coupe d'un tube plat comportant des intercalaires selon des modes de réalisation alternatifs.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tels critères.
Un échangeur de chaleur, notamment dans le domaine automobile, comprend généralement: ° une multiplicité de tubes plats 2 disposés parallèlement les uns des autres, et dans lesquels circulent un premier fluide, et ° des intercalaires 3 disposés entre lesdits tubes plats 2.
Ces intercalaires 3 ont généralement un profil périodique dont les extrémités 30 sont en contact avec la surface externe desdits tubes plats 2. Lesdits intercalaires 3 sont traversés par un deuxième fluide.
Les tubes plats 2 et les intercalaires 3 forment généralement un faisceau et les extrémités des tubes plats sont reliées à des collecteurs du premier fluide. Les tubes plats 2 peuvent par exemple être des tubes ayant, en section transversale, une forme oblongue et relativement plate. Ils peuvent également être sous forme d'une paire de plaques formant un circuit de circulation du premier fluide. Dans ce cas, les paires de plaques sont superposées pour former le faisceau, le deuxième fluide circulant entre les paires de plaques.
Comme cela est illustré sur les figures 1 et 2, les tubes plats 2 comportent sur leur surface externe des sillons 20 (celle en contact avec le deuxième fluide). Les extrémités 30 des intercalaires 3 et lesdits sillons 20 ont une forme et une longueur complémentaire de sorte que lesdites extrémités 30 des intercalaires 3 s’insèrent à l'intérieur desdits sillons 20.
La présence de ces sillons 20 permet de faciliter le montage du faisceau en procurant un logement où peuvent venir s'insérer les extrémités des intercalaires 3. De plus, ces sillons 20 améliorent le contact entre la surface externe des tubes plats 2 et des intercalaires, ce qui améliore les échanges thermiques entre ces deux éléments. A taille équivalente, l'échangeur de chaleur selon l'invention est plus performant grâce à ces sillons 20.
Comme illustré sur la figure 1, les extrémités 30 des intercalaires 3 peuvent avoir le profil d'une ligne continue sur toute la largeur des tubes plats 2. Ainsi, un sillon 20 correspondant sur la surface externe des tubes plats 2 forme une seule ligne continue sur la largeur dudit tube plat 2, comme le montre la figure 2. A contrario, et comme illustré à la figure 3, les intercalaires 3 peuvent comporter au moins deux bandes 31 de profil périodique décalées l'une par rapport aux autres. Ainsi, comme le montre la figure 4, les tubes plats 2 comportent sur leur surface externe, sur leur largeur, des sillons 20 segmentés complémentaires des extrémités 30 des bandes 31 de profil périodique.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 5a et 5b, un sillon 20 sur la surface externe des tubes plats 2 forme également une protubérance 21 sur la surface interne (celle en contact avec le premier fluide) des tubes plats 2. Cette protubérance 21 permet une perturbation du premier fluide et une homogénéisation de ce dernier, ce qui améliore les échanges thermiques et donc la performance de l'échangeur de chaleur grâce aux turbulences créées.
Selon un premier mode de réalisation, les sillons 20 et les protubérances 21 des deux parois des tubes plats 2 sont disposés à l’aplomb les un des autres, comme illustré sur la figure 5 a.
Selon un deuxième mode de réalisation, les sillons 20 et les protubérances 21 des deux parois des tubes plats 2 sont décalés les uns par rapport aux autres, comme illustré à la figure 5b. Ce deuxième mode de réalisation permet une meilleure agitation et une meilleure homogénéisation du premier fluide et donc permet de meilleures performances.
La profondeur des sillons 20, et donc par conséquence la hauteur des protubérances 21, est de préférence inférieure à 50 % de la hauteur de la lumière 22 du tube plat 2. Cette profondeur peut notamment être comprise entre 40 % et 30 % de la hauteur de la lumière 22 du tube plat 2.
Les tubes plats 2 et les intercalaires 3 sont réalisés en matériau métallique et fixés entre eux par brasage. Une bande de brasage 40 est alors présente entre les extrémités 30 des intercalaires 3 et les sillons 20 comme illustré sur la figure 6.
Le profil périodique des intercalaires 3 peut être un profil sinusoïdal comme illustré aux figures 1 à 7a. Selon un premier mode de réalisation, les extrémités 30 des intercalaires 3 sont arrondies, comme illustré aux figures 1 à 6. Par correspondance, les sillons 20 ont également un fond arrondi pour recevoir convenablement lesdites extrémités 30 des intercalaires 3.
Selon un deuxième mode de réalisation, les extrémités 30 des intercalaires 3 ayant un profil sinusoïdal sont plates, comme illustré à la figure 7a. Par correspondance, les sillons 20 ont également un fond plat pour recevoir convenablement lesdites extrémités 30 des intercalaires 3.
Selon d'autres modes de réalisations, les intercalaires 3 peuvent avoir un profil en dent de scie, comme illustré à la figure 7b, ou bien encore crénelé, comme illustré à la figure 7c. Quelque soit la forme des extrémités 30 des intercalaires 3 ou bien le profil desdits intercalaires, les sillons 20 ont une forme adaptée et correspondante pour recevoir convenablement les extrémités 30 des intercalaires 3 afin de maximiser les échanges thermiques.
Ainsi, on voit bien que l'échangeur de chaleur, du fait de la présence des sillons 20 et de la liaison améliorée entre les intercalaires 3 et les tubes plats 2, est plus performant.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS
    1. Échangeur de chaleur comprenant : ° une multiplicité de tubes plats (2) disposés parallèlement les uns des autres, et dans lesquels circulent un premier fluide, ° des intercalaires (3) disposés entre lesdits tubes plats (2), lesdits intercalaires (3) ayant un profil périodique dont les extrémités (30) sont en contact avec la surface externe desdits tubes plats (2), lesdits intercalaires (3) étant traversés par un deuxième fluide, caractérisé en ce que les tubes plats (2) comportent sur leur surface externe des sillons (20), les extrémités (30) des intercalaires (3) et lesdits sillons (20) ayant une forme et une longueur complémentaire de sorte que lesdites extrémités (30) des intercalaires (3) s’insèrent à l'intérieur desdits sillons (20).
  2. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités (30) des intercalaires (3) ont le profil d'une ligne continue sur toute la largeur des tubes plats (2) et qu'un sillon (20) sur la surface externe des tubes plats (2) forme une seule ligne continue sur la largeur dudit tube plat (2).
  3. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les intercalaires (3) comportent au moins deux bandes (31) de profil périodique décalées l'une par rapport aux autres et que, sur leur largeur, les tubes plats (2) comportent sur leur surface externe des sillons (20) segmentés complémentaires des extrémités (30) des bandes (31) de profil périodique.
  4. 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sillons (20) sur la surface externe des tubes plats (2) forment également une protubérance (21) sur la surface interne desdits tubes plats (2).
  5. 5. Échangeur de chaleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les sillons (20) et les protubérances (21) des deux parois des tubes plats (2) sont disposés à l’aplomb les un des autres.
  6. 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les sillons (20) et les protubérances (21) des deux parois des tubes plats (2) sont décalés les un par rapport aux autres.
  7. 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la profondeur des sillons (20) est inférieure à 50 % de la hauteur de la lumière (22) du tube plat (2), de préférence comprise entre 40 % et 30 %.
  8. 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (2) comportent chacun une paire de plaques à l’intérieure de laquelle est formé un circuit de circulation du premier fluide.
  9. 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil périodique des intercalaires (3) est un profil sinusoïdal.
  10. 10. Échangeur de chaleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les extrémités (30) des intercalaires (3) sont arrondies.
  11. 11. Échangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités (30) des intercalaires (3) sont plates.
  12. 12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le profil périodique des intercalaires (3) est un profil crénelé.
  13. 13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le profil périodique des intercalaires (3) est un profil en dent de scie
  14. 14. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (2) et les intercalaires (3) sont réalisés en matériau métallique et fixés entre eux par brasage.
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