FR3073042A1 - Echangeur de chaleur pour moteurs a combustion interne - Google Patents

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Abstract

Ledit échangeur de chaleur (10) est pourvu d'un boîtier (11) composé de plusieurs éléments aplatis (16, 18), une admission (12) et une sortie (14) étant ménagées dans différents éléments aplatis. Ladite admission (12) et/ou ladite sortie (14) est (sont) prévue(s) dans une région protubérante (21) desdits éléments aplatis dont l'étendue présente, le long dudit boîtier (11), une composante perpendiculaire à une ligne droite reliant ladite admission (12) et ladite sortie (14).

Description

Description
Titre de l'invention : Echangeur de chaleur pour moteurs à combustion interne^ [0001] La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur dévolu à des moteurs à combustion interne.
[0002] Dans le domaine des techniques de l’automobile, il est connu d’utiliser des refroidisseurs intermédiaires affectés au refroidissement d’un gaz délivré au moteur à combustion interne, en vue de refroidir l’air fourni à ce moteur. Pour procéder à ce refroidissement, il est fait usage d’un échangeur de chaleur dans lequel l’air peut être refroidi au moyen d’un fluide de refroidissement. Des échangeurs de chaleur correspondants sont décrits, par exemple, dans les documents DE 10 2009 053884 A1, US 2012/0292002 A1, US 2008/0289833 A1, US 2009/0056922 A1, US 2010/0089548 A1, US 2006/0048759 A1, WO 2016/008854 A1, FR 2 968 753 B1, US 2013/0192803 A1,
US 2013/0146267 A1, JP 5856068 B2 et JP 5856067 B2.
[0003] Dans le document précité DE 10 2009 053884 A1, un tel échangeur de chaleur est pourvu de raccords affectés à l’amenée d’un fluide de refroidissement. Ces raccords débouchent dans un boîtier, à la face extérieure duquel des régions protubérantes sont prévues. Ledit boîtier est constitué, en substance, de deux pièces profilées en tôle qui sont assemblées, les deux raccords, et les régions protubérantes associées, étant ménagés dans la même pièce en tôle profilée.
[0004] L’attention des déposants de la présente demande a été attirée sur le fait qu’un tel agencement structurel de l’échangeur de chaleur n’autorise que difficilement une adaptation dudit échangeur à des circonstances différentes. Il a été simultanément constaté que, dans l’art antérieur tel que décrit par exemple dans le document US 2009/0056922 A1, le rendement et la longévité de l’échangeur sont réduits suite à la nécessité de prévoir un élément structurel distinct dédié à la propagation du fluide de refroidissement, alors qu’il serait également souhaitable, dans le même temps, de diminuer la consommation de matière.
[0005] Exposé de l’invention [0006] La présente invention vise à atténuer, au moins en partie, les inconvénients pointés ci-avant.
[0007] Conformément à l’invention, un échangeur de chaleur, dévolu à des moteurs à combustion interne et conçu pour refroidir de l’air au moyen d’un fluide de refroidissement, est équipé d’un boîtier. Ce boîtier comporte, dans son espace interne, des conduits qui sont affectés à la canalisation de l’air à refroidir, et parcourent ledit boîtier. Le fluide de refroidissement susmentionné peut typiquement consister en un liquide de refroidissement, par exemple en de l’eau. Néanmoins, d’autres fluides peuvent également être utilisés. Les conduits, servant à canaliser l’air devant être refroidi, sont séparés physiquement d’avec la zone pouvant être traversée par le fluide de refroidissement, de telle sorte que ledit fluide et l’air à refroidir ne se mélangent pas. Conformément à l’invention, le boîtier est doté d’une admission et d’une sortie qui sont destinées audit fluide de refroidissement et par l’intermédiaire desquelles ce dernier peut pénétrer dans ledit boîtier, et en sortir.
[0008] Le boîtier est muni de plusieurs éléments aplatis qui constituent ledit boîtier, l’admission et la sortie, destinées au fluide de refroidissement, étant ménagées dans différents éléments aplatis. Ces éléments aplatis se présentent comme les éléments structurels de l’échangeur de chaleur qui forment ledit boîtier. Ces éléments aplatis sont constitués, typiquement, par des platines métalliques pouvant être reliées les unes aux autres par brasage dur, respectivement par brasage tendre.
[0009] Conformément à l’invention, l’admission et/ou la sortie est (sont) prévue(s) dans une région protubérante des éléments aplatis. Cette région protubérante est dirigée vers l’extérieur. La (les) région(s) protubérante(s) présente(nt), le long dudit boîtier, une étendue ou extension qui offre une composante perpendiculaire à une ligne droite reliant ladite admission et ladite sortie. Ladite étendue revêt la forme d’une ligne droite qui s’étend le long de la région protubérante, et longe la cote en longueur maximale de ladite région. En d’autres termes, l’étendue de ladite région longe la direction de la longueur maximale de cette dernière. Lorsque la région protubérante est composée non pas d’un unique élément rectiligne, mais de plusieurs éléments substantiellement rectilignes, elle peut présenter des directions d’étendue différentes dans chacun des éléments individuels. Dans un tel cas, il suffit que l’un desdits éléments s’étende le long de la direction précitée.
[0010] La région protubérante, dans laquelle l’admission et/ou la sortie est (sont) prévue(s), sert à autoriser une répartition du fluide de refroidissement. Cela évite la nécessité de prévoir un dispositif distinct, dévolu à la répartition dudit fluide. Comme déjà mentionné ci-avant, cela se traduit par une organisation structurelle moins compliquée de l’échangeur de chaleur, évitant ainsi les inconvénients relevés à cet égard. Des coûts de matière peuvent, en particulier, être abaissés suite à un moindre nombre d’éléments structurels produits, impliquant une moindre consommation de matière. Par ailleurs, il s’est avéré que des échangeurs de chaleur correspondants sont avantageux pour des espaces longs et étroits dans lesquels ils doivent être intégrés, et qu’ils sont aussi relativement légers au regard de leur rendement d’échange thermique. La puissance de réfrigération est accrue grâce à la répartition bonne et régulière du fluide de refroidissement résultant de la disposition des régions protubérantes. En outre, une répartition régulière dudit fluide évite que ce dernier ne s’immobilise dans des zones déterminées, ou ne se meuve que très lentement. Une telle stagnation impliquerait le risque d’une entrée en ébullition du fluide de refroidissement dans ces zones (dans le cas où il s’agit d’un liquide), ce qui pourrait se traduire, à son tour, par des détériorations et par une baisse de rendement.
[0011] Dans l’art antérieur, à l’inverse de la présente invention, le fluide de refroidissement est réparti par l’intermédiaire d’un répartiteur distinct, tandis qu’il peut y être présentement renoncé.
[0012] Dans le présent cas, de préférence, la direction de l’étendue ou de l’extension susmentionnée est intégralement perpendiculaire à une direction dans laquelle s’étendent les conduits affectés à la canalisation de l’air devant être refroidi. Il en résulte une répartition efficace du fluide de refroidissement par rapport auxdits conduits, de sorte que ceux-ci peuvent être mieux refroidis.
[0013] Le fait que l’admission et la sortie soient ménagées dans différents éléments aplatis autorise une adaptation aisée de l’échangeur de chaleur à des impératifs différents en ce sens que, par exemple, l’un seulement desdits éléments aplatis exige un remplacement.
[0014] De préférence, les conduits débouchent dans des plaques de fond de l’échangeur de chaleur, et l’admission et/ou la sortie, destinée(s) au fluide de refroidissement, est (sont) ménagée(s) dans un élément aplati formant un seul tenant avec la plaque de fond associée. Par l’expression « plaque de fond », il convient alors d’entendre une plaque à travers laquelle l’air peut affluer dans les conduits affectés à la canalisation de cet air à refroidir, c’est-à-dire qu’elle est munie d’orifices qui coïncident avec des orifices correspondants pratiqués dans les plaques de fond, auxquels ils sont reliés. Du fait que l’admission et/ou la sortie est (sont) ménagée(s) dans un élément aplati doté d’une plaque de fond associée, un échangeur de chaleur correspondant peut être aisément fabriqué, et est moins complexe. Cela gouverne des coûts de production réduits.
[0015] De préférence, la plaque de fond, et l’élément structurel de l’élément aplati dans lequel l’admission ou la sortie débouche, sont pour l’essentiel mutuellement perpendiculaires. Un échangeur de chaleur correspondant peut être fabriqué de manière économique.
[0016] De préférence, par ailleurs, l’élément aplati de la plaque de fond est pourvu, en outre, d’éléments structurels d’entourage qui sont limitrophes de ladite plaque de fond, ces éléments structurels d’entourage entourant alors ladite plaque de fond en association avec l’élément structurel dans lequel l’admission ou la sortie débouche. Ces éléments d’entourage additionnels confèrent, à l’élément aplati de ladite plaque de fond, la configuration d’ensemble d’un tablier pouvant, de façon correspondante, alléger la structure et faciliter la construction de l’échangeur de chaleur, ce qui se répercute, à son tour, dans des coûts réduits.
[0017] L’élément aplati, dans lequel l’admission et/ou la sortie est (sont) prévue(s), se chevauche de préférence avec un autre élément aplati du boîtier, de façon telle que ledit autre élément aplati délimite, en partie, la cavité formée par la région protubérante. Cette zone en chevauchement permet de contrôler le flux de sortie du fluide de refroidissement quittant ladite cavité, car la taille du chevauchement peut être choisie à volonté au stade de la fabrication de l’échangeur de chaleur. Il en résulte une faculté d’adaptation améliorée dudit échangeur à des circonstances variables.
[0018] De préférence, le boîtier revêt pour l’essentiel la forme d’un parallélépipède, l’admission et la sortie étant ménagées dans le même côté dudit parallélépipède. Du fait que ladite admission et ladite sortie sont ménagées du même côté, un échangeur de chaleur de ce type peut être monté avec faible encombrement et avec aisance.
[0019] De préférence, par ailleurs, au moins une, préférentiellement les deux régions protubérantes est (sont) configurée(s) en L. Une réalisation correspondante desdites régions protubérantes autorise une bonne répartition du fluide de refroidissement. Toutefois, des configurations autres peuvent également procurer des avantages correspondants.
[0020] Description succincte des dessins [0021] La figure 1 est une vue en perspective d’un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l’invention ;
[0022] les figures 2(a) et 2(b) sont des illustrations en éclaté de l’échangeur de chaleur selon la figure 1 ;
[0023] la figure 3 montre, par comparaison, une zone d’afflux conforme à l’art antérieur ;
[0024] la figure 4 illustre un principe de fonctionnement d’une zone d’afflux selon la première forme de réalisation ;
[0025] les figures 5(a), 5(b) et 5(c) représentent une deuxième forme de réalisation de l’invention ;
[0026] les figures 6(a), 6(b) et 6(c) montrent une troisième forme de réalisation de l’invention ;
[0027] la figure 7 illustre une quatrième forme de réalisation de l’invention ; et [0028] la figure 8 représente une cinquième forme de réalisation de l’invention.
[0029] La figure 1 est une vue en perspective d’un échangeur de chaleur 10 selon une première forme de réalisation de l’invention. La figure 2a est une illustration en éclaté de l’échangeur selon la figure 1, tandis que la figure 2b représente ledit échangeur par différentes vues.
[0030] L’échangeur de chaleur 10 comporte un boîtier 11 parcouru par des conduits 25 affectés à la canalisation de l’air devant être refroidi. Ces conduits s’achèvent dans des plaques de fond 24 formant un interface avec l’espace environnant l’échangeur. Lesdites plaques 24 sont prévues du côté admission et du côté sortie desdits conduits et constituent, en association avec des platines latérales 16, une platine inférieure 30 et une platine supérieure 18, le boîtier 11 revêtant la forme d’un parallélépipède. Dans le contexte de la présente invention, les platines latérales 16, la platine inférieure 30, la platine supérieure 18 et les plaques de fond 24 sont désignées par « éléments aplatis ». Les conduits 25 renferment des lamelles 25’ fabriquées en un matériau métallique et accroissant la conduction thermique. Ces dernières s’étendent entre les parois desdits conduits 25.
[0031] Les platines latérales 16 possèdent une forme rectangulaire simple, cependant que la platine inférieure 30 revêt la forme d’un rectangle à arêtes latérales débordantes qui se chevauchent avec lesdites platines latérales 16.
[0032] La platine inférieure 30 et les platines latérales 16 sont reliées au niveau de ces zones en chevauchement. La platine supérieure 18 présente, pour l’essentiel, une configuration en H et est reliée aux platines latérales 16 sur ses côtés longitudinaux. Des éléments 20 de la plaque de fond 24 sont mis en place au niveau des ouvertures du H, et sont reliés à ladite platine supérieure 18. Ces éléments 20 sont pourvus, à chaque fois, d’une région protubérante 21 s’étendant perpendiculairement à la direction de l’étendue des conduits 25 affectés à la canalisation de l’air à refroidir.
[0033] Une admission 12 et une sortie 14, dédiées au fluide de refroidissement (de l’eau, par exemple), sont respectivement prévues dans ces régions protubérantes 21. Le fluide de refroidissement pénètre par l’admission 12 et se propage dans la région 21, perpendiculairement à la direction de circulation de l’air canalisé devant être refroidi, tout en s’écoulant simultanément entre les conduits tubulaires, en direction de la platine inférieure 30. Ledit fluide quitte ensuite de nouveau l’échangeur de chaleur 10 en empruntant la sortie 14 prévue dans ladite région 21. Des adaptateurs respectifs 26 et 28 sont en outre prévus, à l’admission et à la sortie dévolues à l’air à refroidir, en vue de la liaison avec l’arrivée de fluide de refroidissement.
[0034] Comme l’atteste une observation de la figure 4, un chevauchement a est instauré entre la platine supérieure 18 et la cavité délimitée par la région protubérante 21. Ce chevauchement permet de piloter la surface par l’intermédiaire de laquelle le fluide de refroidissement peut sortir. Ledit fluide doit ensuite s’écouler, comme cela est illustré par un pointillé sur la figure 4. Etant donné que ledit chevauchement a peut être modifié de manière simple, un échangeur de chaleur correspondant peut être aisément adapté à différentes applications. Cela se différencie de l’exemple d’après l’art antérieur qui est représenté sur la figure 3, et dans lequel une telle adaptation variable n’est pas possible. Le fluide de refroidissement afflue dans ce cas, par l’intermédiaire d’une admission 12’, dans la cavité délimitée par une région protubérante 21’.
[0035] Une deuxième forme de réalisation de l’invention est à présent décrite en faisant renvoi aux figures 5a à 5c. La différence essentielle, par rapport à la première forme de réalisation, consiste alors en ce qu’une plaque de fond 124 est munie d’éléments structurels 120’ additionnels qui, en association avec un élément structurel 120, entourent ladite plaque de fond 124 à la manière d’un tablier. Les éléments structurels restants d’un boîtier 111 peuvent être insérés dans ce tablier, lequel stabilise ces éléments structurels. Un tel boîtier parallélépipédique 111 peut, de la sorte, être fabriqué plus aisément. Sur les côtés entourant ladite plaque de fond 124 et limitrophes d’une région protubérante 121, l’élément structurel 120’ est réalisé moins haut que sur des côtés autres. Du fait que l’expérience a attesté que les forces agissantes sont relativement modestes dans ces zones, de la matière peut ainsi être économisée sans porter atteinte à la stabilité d’un échangeur de chaleur 110. L’agencement structurel du boîtier est pour le reste identique, abstraction faite des différences relevées. Sur les figures 5a et 5b, les références 126 et 128 désignent des adaptateurs correspondants, de même que 112 et 114 se rapportent à une admission et à une sortie correspondantes.
[0036] Une troisième forme de réalisation de l’invention est décrite avec renvoi aux figures 6a à 6c. Il s’agit, dans ce cas, d’une variante de la deuxième forme de réalisation illustrée sur les figures 5a et 5b. Alors que, dans cette deuxième forme de réalisation, les éléments structurels 120’ additionnels s’étendaient avec hauteur variable par rapport à la plaque de fond 124, des éléments structurels correspondants 220’ ont une hauteur constante par rapport à une plaque de fond 224 dans la troisième forme de réalisation. Un tel agencement structurel d’un élément aplati 220 se traduit par une stabilité accrue d’un échangeur de chaleur 210, car il ne se produit pas de variations de hauteur. Dans cette forme de réalisation, une admission 212 et une sortie sont pareillement prévues sur des surfaces du parallélépipède, respectivement dans des régions protubérantes 221 qui sont tournées à l’opposé, ce qui diminue la résistance à l’écoulement et peut, de ce fait, gouverner une potentielle vitesse d’écoulement accrue. L’efficacité du refroidissement peut être améliorée de la sorte.
[0037] Une quatrième forme de réalisation d’un échangeur de chaleur 310 selon l’invention est décrite en faisant renvoi à la figure 7. Dans ce cas, au sein de régions protubérantes 321, il est prévu une unique région protubérante 321’ configurée en L. Un tel agencement structurel de la région protubérante se solde par une meilleure répartition du fluide de refroidissement, et donc par une moindre résistance à l’écoulement. Cela s’avère avantageux, en particulier, lorsque cette région protubérante est prévue au niveau de l’admission destinée audit fluide de refroidissement.
[0038] La figure 8 montre une cinquième forme de réalisation de l’invention. Dans ce cas, des régions protubérantes 421’ de l’admission et de la sortie sont configurées en L à chaque fois. Un tel agencement structurel diminue davantage encore la résistance à l’écoulement.
[0039] Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’échangeur de chaleur tel que décrit et représenté, sans s’écarter du cadre de la présente invention.]

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Echangeur de chaleur (10) dévolu à des moteurs à combustion interne et conçu pour refroidir de l’air au moyen d’un fluide de refroidissement, comprenant un boîtier comportant, dans son espace interne, des conduits (25) qui sont affectés à la canalisation de l’air à refroidir, et parcourent ledit boîtier ; et une admission (12) et une sortie (14) destinées audit fluide de refroidissement et ménagées dans ledit boîtier, échangeur caractérisé par le fait que le boîtier est muni de plusieurs éléments aplatis (16, 18, 30) qui constituent ledit boîtier, l’admission et la sortie étant ménagées dans différents éléments aplatis ; et par le fait que ladite admission et éventuellement, ou en variante, ladite sortie est (sont) prévue(s) dans une région protubérante (21) desdits éléments aplatis, la (les) région(s) protubérante(s) présentant, le long dudit boîtier, une étendue ou extension qui offre une composante perpendiculaire à une ligne droite reliant ladite admission et ladite sortie.
    [Revendication 2] Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les conduits débouchent dans des plaques de fond (24) dudit échangeur de chaleur ; et par le fait que l’admission et éventuellement, ou en variante, la sortie destinée(s) au fluide de refroidissement est (sont) ménagée(s) dans un élément aplati formant un seul tenant avec la plaque de fond associée.
    [Revendication 3] Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la plaque de fond, et l’élément structurel de l’élément aplati dans lequel l’admission ou la sortie débouche, sont pour l’essentiel mutuellement perpendiculaires.
    [Revendication 4] Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l’élément aplati de la plaque de fond comporte, en outre, des éléments structurels d’entourage (120’) qui sont limitrophes de ladite plaque de fond (124) ; et par le fait que ces éléments structurels d’entourage entourent ladite plaque de fond en association avec l’élément structurel (120) dans lequel l’admission ou la sortie débouche.
    [Revendication 5] Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l’élément aplati (20), dans lequel l’admission et éventuellement, ou en variante, la sortie est (sont) prévue(s), se chevauche avec un autre élément aplati (18) du boîtier, de façon telle que ledit autre élément aplati (18) délimite, en partie, la cavité formée par la région protubérante (21).
    [Revendication 6] Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boîtier revêt, pour l’essentiel, la forme d’un parallélépipède ; et par le fait que l’admission et la sortie sont ménagées dans le même côté dudit parallélépipède.
    [Revendication 7] Echangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’une, de préférence les deux régions protubérantes (32T) est (sont) configurée(s) en L.
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