FR3099240A1 - Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur - Google Patents

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Abstract

Echangeur de chaleur comprenant un faisceau d’échange thermique (3) entre au moins un premier fluide (F1) et un deuxième fluide (F2) composé par :- au moins deux éléments creux (31) présentant une première (33a) et une deuxième (33b) faces configurés pour former au moins un canal (35) présentant un centre (35c) et une périphérie (35p), - au moins une des première (33a) et/ou deuxième (33b) face d’au moins un élément creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) s’étendant dans un espace (37) pour la circulation du deuxième fluide (F2), et- les protubérances (5) sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p). Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur
La présente invention traite du domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour les véhicules automobiles, et des procédés de fabrication de tels échangeurs de chaleur.
De nos jours, les échangeurs de chaleur équipent de grands nombre de véhicules automobiles. Ces échangeurs de chaleur peuvent par exemple être dédiés au refroidissement des moteurs ou des batteries, ou encore au fonctionnement des dispositifs de climatisation.
Les échangeurs de chaleur comprennent généralement un faisceau d’échange thermique constitué par un ensemble d’éléments creux superposés dans lesquels un premier fluide caloporteur, comme par exemple de l’eau glycolée ou un fluide réfrigérant, est destiné à s’écouler. Ce faisceau d’échange thermique présente une pluralité d’ailettes disposées entre ces éléments creux. Ces ailettes sont configurées pour augmenter la surface d’échange thermique entre le premier fluide caloporteur circulant à l’intérieur des éléments creux et un deuxième fluide caloporteur, comme par exemple de l’air, circulant entre ces éléments creux. Toutefois, de tels échangeurs de chaleur présentent un nombre important de pièces et peuvent être complexes à assembler, notamment du fait du montage des ailettes. Un tel échangeur de chaleur est par exemple décrit dans le document EP 2869015.
D’autre part, les échangeurs de chaleur à ailettes génèrent une certaine résistance thermique pour l’échange entre le premier fluide caloporteur, comme par exemple le fluide réfrigérant, et le deuxième fluide caloporteur, comme par exemple l’air. En effet, la surface des ailettes permettant d’augmenter la surface d’échange n’est pas en contact direct avec les deux fluides. Les échanges thermiques entre ces deux fluides avec les échangeurs thermiques de l’art antérieur peuvent donc être améliorés.
On connaît du document US 3757856, un échangeur de chaleur dans lequel les éléments creux du faisceau d’échange thermique présentent des protubérance ou des cavités de manière à améliorer les surfaces d’échanges entre les deux fluides circulant dans cet échangeur de chaleur. Cependant, le faisceau d’échange thermique décrit dans ce document ne permet pas de moduler les échanges thermiques entre les deux fluides à différents endroits des éléments creux.
La présente invention a pour objet de proposer un échangeur de chaleur présentant des capacités d’échange thermique améliorées par rapport à ceux connus de l’art antérieur et présentant une bonne tenue mécanique.
Un autre objectif de la présente invention, différent de l’objectif précédent, est de proposer un échangeur de chaleur dont le nombre de pièces le constituant est limité.
Un autre objectif de la présente invention, différent des objectifs précédents, est de proposer un échangeur de chaleur qui soit simple et rapide à assembler.
Un autre objectif de la présente invention, différent des objectifs précédents, est de proposer un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur qui soit simple, rapide et bon marché.
Afin d’atteindre, au moins partiellement, au moins un des objectifs précités, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d’échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, ledit faisceau d’échange thermique étant composé par :
- au moins deux éléments creux superposés présentant chacun une première et une deuxième faces, lesdits éléments creux étant configurés pour former au moins un canal présentant un centre et une périphérie et à l’intérieur duquel le premier fluide est destiné à circuler et pour permettre la circulation du deuxième fluide dans un espace entre les éléments creux superposés, les circulations des premier et deuxième fluides à l’intérieur du faisceau d’échange thermique étant perpendiculaires l’une par rapport à l’autre,
- au moins une des première et/ou deuxième faces d’au moins un élément creux comporte une pluralité de protubérances s’étendant dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide, et
- les protubérances sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre du canal qu’au niveau de sa périphérie pour permettre une perturbation plus importante de la circulation du deuxième fluide au niveau du centre du canal qu’au niveau de sa périphérie.
La variation de la perte de charge provoquée par les protubérances permet entre autre de modifier les perturbations de la circulation du deuxième fluide afin de moduler la vitesse de circulation de ce deuxième fluide ou encore d’améliorer l’homogénéisation de la température de ce deuxième fluide au fur et à mesure de son déplacement entre les éléments creux du faisceau d’échange thermique. Plus particulièrement, le centre du canal de l’élément creux est la zone du canal au niveau de laquelle les échanges thermiques doivent être les plus importants. Avec une telle conformation des protubérances sur les faces des éléments creux, il est possible de maximiser les pertes de charge et donc les perturbations de ce deuxième fluide au niveau du centre du canal et ainsi d’améliorer les échanges thermiques entre le premier et le deuxième fluides dans le faisceau d’échange thermique, en diminuant la vitesse de circulation de ce deuxième fluide, et/ou en augmentant la perturbation de sa circulation, afin d’améliorer l’homogénéisation thermique de ce deuxième flux.
L’échangeur de chaleur selon la présente invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un aspect, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent être des plaques.
Selon cet aspect, le faisceau d’échange thermique peut être formé par une rangée de plaques superposées.
Selon un autre aspect, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent être des tubes plats.
Selon cet autre aspect, le faisceau d’échange thermique peut être formé par au moins une rangée de tubes plats superposés.
Les éléments creux peuvent être réalisés en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 45 W.m-1.K-1à 20°C.
Selon un mode de réalisation particulier de cet autre aspect, les éléments creux peuvent être réalisés en métal ou en un alliage métallique, notamment en aluminium.
Selon un premier mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être formées directement sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux.
Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être des éléments rapportés aux première et/ou deuxième faces des éléments creux.
Selon ce deuxième mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être formées sur un feuillard distinct de l’élément creux.
Selon un aspect, les protubérances peuvent présenter une forme de section constante dont une première extrémité est disposée au contact de la face de l’élément portant la protubérance et une deuxième extrémité libre, opposée à la première extrémité, au contact de l’élément creux adjacent.
Selon cet aspect, la section de la protubérance peut être de forme circulaire, oblongue, ou encore parallélépipédique.
Selon un autre aspect, les protubérances peuvent présenter une forme de section variable dont une première extrémité est disposée au contact de la face de l’élément portant la protubérance et une deuxième extrémité libre, opposée à la première extrémité, disposée au contact de l’élément creux adjacent, ladite première extrémité présentant une section dont l’aire est supérieure à celle de la deuxième extrémité libre.
Selon cet autre aspect, les protubérances peuvent présenter une forme conique présentant une deuxième extrémité libre pointue ou plane, ou une forme de dôme.
Selon une première variante, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par les faces d’éléments creux adjacents disposées en regard l’une de l’autre peuvent être en contact les unes avec les autres à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon une deuxième variante, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par une première face d’un premier élément creux peuvent être en contact avec une deuxième face d’un deuxième élément creux adjacent du faisceau d’échange thermique à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon une troisième variante, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par la première face d’un premier élément creux peuvent être en contact en alternance avec les deuxième extrémités libres des protubérances portées par la deuxième face d’un deuxième élément creux adjacent et avec la deuxième face de ce deuxième élément creux adjacent disposée en regard de la première face du premier élément creux à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon un mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être disposées sur l’au moins première et/ou deuxième face de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique.
Selon une alternative, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par la première face d’un premier élément creux assurent une liaison mécanique par brasage d’un deuxième élément creux adjacent présentant une deuxième face disposée en regard de la deuxième extrémité libre des protubérances portées par la première face du premier élément creux.
Selon un premier aspect, la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation de la densité en surface des protubérances disposées dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide.
Selon ce premier aspect, la densité en surface de protubérances dans un alignement est plus importante au niveau du centre du canal qu’au niveau de sa périphérie.
Selon une variante de ce premier aspect, les protubérances sont disposées sur l’au moins première et/ou deuxième face de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique et la variation de la densité en surface des protubérances peut être réalisée par variation de l’interdistance entre protubérances d’une même rangée transversale.
Selon cette variante, les dimensions des protubérances portées par les faces de deux éléments disposées en regard l’une de l’autre peuvent être identiques.
Selon un deuxième aspect, la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation d’au moins un paramètre géométrique des protubérances disposées dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide.
Selon ce deuxième aspect, le paramètre géométrique variable peut être choisi parmi une taille d’une section de la protubérance, une forme de la protubérance, ou une combinaison de ces paramètres.
Selon un troisième aspect, les protubérances présentent au mois une face allongée et la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation d’une orientation par rapport au sens de circulation du deuxième fluide de la face allongée des protubérances disposées dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide.
Selon un mode de réalisation particulier, le faisceau d’échange thermique peut comporter en outre deux éléments d’extrémités disposés parallèlement aux éléments creux superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux, chaque élément d’extrémité présente une face disposée en regard d’une première ou d’une deuxième face d’un élément creux et définissant un espace entre l’élément d’extrémité et l’élément creux pour permettre la circulation du deuxième fluide et au moins une face d’un élément d’extrémité disposée en regard de la première ou de la deuxième face de l’élément creux comporte une pluralité de protubérances conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au niveau du centre du canal qu’au niveau de sa périphérie.
Selon une première variante, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent comporter deux canaux pour la circulation du premier fluide, lesdits canaux étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation et les protubérances sont disposées sur l’au moins première et/ou deuxième faces de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique, la disposition des protubérances dans chaque rangée transversale portées par chaque canal de l’élément creux peut être symétrique par rapport à la paroi de séparation.
Selon une deuxième variante, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent comporter deux canaux pour la circulation du premier fluide, lesdits canaux étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation et les protubérances sont disposées sur l’au moins première et/ou deuxième faces de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique, la disposition des protubérances dans chaque rangée transversale portées par chaque canal de l’élément creux peut être non-symétrique par rapport à la paroi de séparation.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur tel que défini précédemment. Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
- réalisation de protubérances sur au moins une face d’au moins un élément creux ;
- préparation d’un empilement comprenant au moins deux élément creux superposés dont au moins un présente au moins une face comportant les protubérances ; et
- chauffe et compression de l’empilement afin de permettre le brasage des deuxièmes extrémités libres des protubérances avec l’élément adjacent disposé en regard de ces deuxièmes extrémités libres.
Un tel procédé de fabrication est donc aisé et rapide à mettre en œuvre du fait notamment du nombre limité de composants du faisceau d’échange thermique. De plus, le brasage des différents éléments constitutifs de l’empilement permet de garantir une bonne tenue mécanique du faisceau d’échange thermique de cet échangeur de chaleur.
Le procédé de fabrication selon la présente invention peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon une première variante, les protubérances peuvent être réalisées directement sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux lors de l’étape de réalisation de protubérances.
Selon une deuxième variante, l’étape de réalisation des protubérances peut comprendre une première sous-étape de formation des protubérances sur un feuillard distinct des éléments creux et une deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard présentant les protubérances sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux.
Selon un aspect, les protubérances peuvent être réalisées par déformation d’une surface des première et/ou deuxième faces des éléments creux, et notamment par emboutissage, lors de l’étape de réalisation des protubérances.
Selon un autre aspect, les protubérances peuvent être réalisées par dépôt de matière sur une surface des première et/ou deuxième faces des éléments creux lors de l’étape de réalisation de protubérances.
Selon une première alternative, le dépôt de matière peut être réalisé par un procédé de métallisation à froid.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre l’utilisation d’un masque.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre une première sous-étape de projection de particules composées d’un premier matériau suivie d’une deuxième sous-étape de projection d’un deuxième matériau, différent du premier matériau, sur la face de l’élément ou sur le feuillard.
Le procédé de métallisation à froid met en œuvre un gaz sous une pression pouvant être comprise entre 5 bars et 50 bars et à une température pouvant être inférieure ou égale à 1100°C.
Le gaz utilisé dans le procédé de métallisation à froid peut être choisi parmi l’argon, l’hélium, le dihydrogène, seuls ou en mélange.
Selon une deuxième alternative, le dépôt de matière peut être réalisé par un procédé de dépôt métallique direct.
Le procédé de dépôt métallique direct met en œuvre un laser dont la puissance peut être comprise entre 0,3 kW et 4 kW.
Selon une variante, l’empilement peut comporter en outre deux éléments d’extrémités disposés respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux et parallèlement à ces éléments creux, chaque élément d’extrémité présente une face disposée en regard d’une première ou d’une deuxième face d’un élément creux, et au moins une face d’un élément d’extrémité présente une pluralité de protubérances, lesdites protubérances étant réalisées directement sur l’élément d’extrémité ou étant rapportées à l’élément d’extrémité avec le feuillard défini précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une représentation schématique en perspective d’un échangeur de chaleur ;
la figure 2 est une représentation schématique en perspective d’un élément creux de l’échangeur de chaleur de la figure 1 selon un mode de réalisation particulier ;
la figure 3 est une représentation schématique en perspective partielle d’un faisceau d’échange thermique de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
la figure 4A est une représentation schématique en perspective d’un feuillard présentant des protubérances;
la figure 4B est une représentation schématique éclatée en perspective d’un faisceau d’échange thermique présentant des protubérance rapportées à des éléments creux de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
la figure 5 est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une première alternative;
la figure 6A est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une deuxième alternative;
la figure 6B est une représentation schématique en perspective en plongée du faisceau thermique d’échange thermique de la figure 6A;
la figure 7 est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une troisième alternative ;
la figure 8 est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon un premier mode de réalisation;
la figure 9A est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon un deuxième mode de réalisation;
la figure 9B est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon une variante du deuxième mode de réalisation;
la figure 10 est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon un quatrième mode de réalisation; et
la figure 11 est une représentation schématique d’un organigramme illustrant un procédé de fabrication de l’échangeur de chaleur de la figure 1.
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 et/ou interchangées 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 deuxième 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 tels ou tels critères.
Dans la description suivante, on entend par « conductivité thermique », l’énergie, ou quantité de chaleur, transférée par unité de surface et de temps, exprimée en watt par mètre-kelvin (W.m-1.K-1).
Ensuite, on entend par « fluide » dans la description suivante, un corps dont les molécules ont peu d’adhésion et peuvent glisser librement les unes par rapport aux autres (dans le cas des liquides) ou se déplacer indépendamment les unes des autres (dans le cas des gaz), de façon que le corps prenne la forme du vase qui le contient.
D’autre part, on entend par « surface » dans la description suivante, une étendue représentant au moins une portion de la première ou de la deuxième face de l’élément creux, de la face du premier ou du deuxième élément d’extrémité disposée en regard des éléments creux, ou encore du feuillard.
En référence à la figure 1, il est représenté un échangeur de chaleur 1 notamment pour véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau d’échange thermique 3 entre au moins un premier fluide F1 caloporteur et un deuxième fluide F2 caloporteur (visibles sur la figure 3). Le faisceau d’échange thermique 3 est composé par au moins deux éléments creux 31 superposés. Chaque élément creux 31 forme au moins un canal 35 (visible sur les figures 2 et 3) à l’intérieur duquel le premier fluide F1 est destiné à circuler. Ce canal 35 présente un centre 35c et une périphérie 35p (visibles également sur les figures 2 et 3). L’échangeur de chaleur 1 comporte en outre une première 11 et une deuxième 13 boites collectrices. Les première 11 et deuxième 13 boites collectrices sont disposées aux extrémités des éléments creux 31 et forment avec le faisceau d’échange thermique 3 l’échangeur de chaleur 1. La première boite collectrice 11 présente par exemple une entrée 11a afin d’alimenter les éléments creux 31 en premier fluide F1 et la deuxième boite collectrice 13 présente par exemple une sortie 13a afin de permettre la circulation du premier fluide F1 dans un circuit (non représenté) permettant le retour de ce premier fluide F1 au niveau de la première boite collectrice 11. Ce premier fluide F1 caloporteur peut notamment être un liquide, comme par exemple de l’eau glycolée ou un fluide réfrigérant. Ces première 11 et deuxième 13 boites collectrices sont rapportées au faisceau d’échange thermique 3 afin de former l’échangeur de chaleur 1. Ces première 11 et deuxième 13 boites collectrices peuvent être fixées au faisceau d’échange thermique 3 par brasage ou par une liaison mécanique, notamment par sertissage, par exemple. Les éléments creux 31 superposés du faisceau d’échange thermique 3 peuvent être des plaques afin de former un échangeur de chaleur 1 à plaques, ou encore être des tubes plats afin de former un échangeur de chaleur 1 à tubes. Le faisceau d’échange thermique 3 peut donc être réalisé par une rangée de plaques superposées ou encore par au moins une rangée de tubes plats superposés. Dans le cas où le faisceau d’échange thermique 3 présente plus d’une rangée de tubes plats, ces rangées sont disposées côte-à-côte dans le sens de circulation du deuxième fluide F2 (représenté sur la figure 3). Les éléments creux 31 superposés du faisceau d’échange thermique 3 peuvent notamment être réalisés en matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 45 W.m-1.K-1à 20°C. Typiquement, ces éléments creux peuvent être réalisés en métal ou en un alliage de métaux, et notamment en aluminium. Une telle conductivité thermique pour le matériau constitutif des éléments creux 31 permet d’assurer de bons transferts thermiques entre le premier F1 et le deuxième F2 fluides dans ce faisceau d’échange thermique 3 afin de permettre notamment les échanges thermiques du premier fluide F1.
En référence aux figures 1 à 3, les éléments creux 31 présentent chacun une première 33a et une deuxième 33b faces. Ces éléments creux sont également configurés pour permettre la circulation du deuxième fluide F2 dans un espace 37 entre les éléments creux 31 afin de permettre un échange thermique entre le premier F1 et le deuxième F2 fluides lors du fonctionnement de cet échangeur thermique 1. Le deuxième fluide F2 caloporteur peut par exemple être de l’air destiné à circuler entre les éléments creux 31 afin d’échanger de l’énergie thermique avec le premier fluide F1 circulant à l’intérieur des éléments creux 31 par exemple. Par ailleurs, et comme cela est représenté en référence à la figure 3, les circulations des premier F1 et deuxième F2 fluides à l’intérieur du faisceau d’échange thermique 3 sont perpendiculaires entre elles.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 2, il est représenté un élément creux 31 présentant un unique canal 35 comportant un centre 35c et une périphérie 35p. Selon d’autres alternatives, l’élément creux 31 peut présenter un nombre supérieur de canaux 35, comme par exemple deux canaux 35, lorsque l’élément creux 31 est un tube plat, les canaux 35 étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36 (notamment visible sur les figures 8 à 10).
En référence aux figures 1 et 3, au moins une des première 33a et/ou deuxième 33b faces d’au moins un élément creux 31 comporte une pluralité de protubérances 5. Les protubérances 5 s’étendent dans l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2. Une telle disposition des protubérances 5 dans l’espace 37 défini pour le passage du deuxième fluide F2 permet de créer des perturbations du flux du deuxième fluide F2 à travers le faisceau d’échange thermique 3, ce qui permet entre autre une meilleure homogénéisation de la température de ce deuxième fluide F2 et une amélioration des échanges thermiques entre le premier F1 et le deuxième F2 fluides circulants dans le faisceau d’échange thermique 3. D’autre part, les protubérances 5 sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Cette conformation des protubérances 5 est destinée à permettre une perturbation plus importante de la circulation du deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. L’augmentation de la perturbation de la circulation du deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 permet d’améliorer les échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides et améliore donc l’efficacité du faisceau d’échange thermique 3. Cette perturbation de l’écoulement du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 peut notamment consister en une diminution de sa vitesse ou encore en une perturbation de sa direction de circulation permettant une meilleure homogénéisation de sa température.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 1, le faisceau d’échange thermique 3 comporte en outre deux éléments d’extrémités 38, 39 disposés parallèlement aux éléments creux 31 superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux 31. Chaque élément d’extrémité 38, 39 présente une face disposée en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31 et définissent un espace 37 entre l’élément d’extrémité 38, 39 et l’élément creux 31 pour permettre la circulation du deuxième fluide F2. Ces éléments d’extrémités 38, 39 peuvent être réalisés par une plaque par exemple en métal ou en alliage métallique comme par exemple en aluminium ou en alliage d’aluminium. Selon un mode de réalisation particulier, le matériau constitutif des éléments d’extrémités 38, 39 est identique à celui formant les éléments creux 31. Par ailleurs la face d’au moins un élément d’extrémité 38, 39 disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b faces de l’élément creux 31 peut comporter une pluralité de protubérances 5. Ces protubérances 5 portées par l’au moins un élément d’extrémité 38, 39 sont également conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Selon cet aspect, la première 33a ou la deuxième 33b face de l’élément creux 31 disposée en regard de l’élément d’extrémité 38, 39 peut comporter des protubérances 5 également. Selon une alternative, cette première 33a ou deuxième 33b face de l’élément creux 31 disposée en regard de l’élément d’extrémité 38, 39 peut ne pas présenter de protubérances 5.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 3, les protubérances 5 sont portées uniquement par les première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31, la face des éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1) disposée en regard des éléments creux 31 présentant une surface lisse, c’est-à-dire que cette face des éléments d’extrémités 38, 39 ne présente pas de protubérances. D’autre part, selon ce mode de réalisation particulier, chaque élément creux 31 du faisceau d’échange thermique 3 présente des protubérances 5 disposées sur leurs première 33a et deuxième 33b faces. Selon une alternative non représentée, les protubérances 5 peuvent être portées par les éléments creux 31 et par la face d’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 disposée en regard des éléments creux 31. Selon un mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être disposées sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce mode de réalisation particulier, les rangées transversales de protubérances 5 s’étendent parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2 dans le faisceau d’échange thermique 3.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 3, les protubérances 5 sont formées directement sur les première 33a et deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Selon ce mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être réalisées par déformation d’une surface des première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31. De manière alternative, ces protubérances 5 peuvent être formées par ajout de matière sur cette surface des première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31 comme cela est plus détaillé ultérieurement. Selon une alternative non représentée ici, les protubérances 5 peuvent être formées directement sur la faces des éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1) disposée en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31 aussi bien par déformation d’une surface de cette face que par dépôt de matière sur cette surface.
Selon une alternative représentée en référence aux figures 4A et 4B, les protubérances 5 peuvent être rapportées aux première 33a et/ou deuxième 33b faces des éléments creux 31. Les protubérances 5 peuvent notamment être formées sur un feuillard 7, représenté sur la figure 4A, distinct de l’élément creux 31. Ce feuillard 7 est ensuite disposé en regard des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 par exemple, comme cela est représenté en référence à la figure 4B, de manière à ce que les protubérances 5 s’étendent dans l’espace 37 (visible notamment sur la figure 3) défini pour la circulation du deuxième fluide F2. La représentation de la figure 4B est une vue éclatée du feuillard 7 et des éléments creux 31, mais cette vue éclatée est uniquement présentée pour bien distinguer le feuillard 7 des éléments creux 31. La fixation de ce feuillard 7 sur la première 33a et/ou deuxième 33b face des éléments creux 31 peut être réalisée par brasage par exemple ou cours d’une étape de brasage du faisceau d’échange thermique 3 comme cela est décrit plus en détail ultérieurement. D’autre part, le feuillard 7 peut être réalisé dans le même matériau que les éléments creux 31. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 4A, le feuillard 7 est réalisé en métal ou en un alliage métallique, comme par exemple en aluminium ou en un alliage d’aluminium. Selon ce mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être formées sur le feuillard 7 par déformation de la surface de ce feuillard 7 ou encore par ajout de matière sur ce feuillard 7. Selon une variante non représentée ici, le feuillard 7 peut être disposé de manière à être porté par la face d’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face d’un élément creux 31 afin que cet au moins un élément d’extrémité 38, 39 présente les protubérances 5.
Les protubérances 5 présentent une première extrémité 51 disposée au contact de la face de l’élément 31, 38, 39 qui porte la protubérance et une deuxième extrémité libre 53, opposée à la première extrémité 51, destinée à être au contact de l’élément creux 31 ou de l’élément d’extrémité 38, 39 adjacent. On entend ici par élément adjacent, un élément du faisceau d’échange thermique disposé en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31. Un élément adjacent peut donc être un autre élément creux 31, ou encore un élément d’extrémité 38, 39. D’autre part, les protubérances 5 peuvent présenter une forme de section constante ou encore une forme de section variable. Par forme de section constante, il est entendu ici que la protubérance 5 présente un diamètre constant sur l’ensemble de sa longueur, c’est-à-dire sur l’ensemble de l’espace 37 disposé entre les éléments 31, 38, 39 pour le passage du deuxième fluide F2 dans lequel elle s’étend. Lorsque les protubérances 5 présentent une section constante, cette section peut être de forme oblongue, parallélépipédique, ou encore circulaire. D’autre part, par forme de section variable, on entend ici que la protubérance 5 présente un diamètre variable sur l’ensemble de sa longueur, c’est-à-dire sur l’ensemble de l’espace 37 disposé entre les éléments 31, 38, 39 pour le passage du deuxième fluide F2 dans lequel elle s’étend. Dans un tel cas, la première extrémité 51 présente une aire supérieure à celle de la deuxième extrémité libre 53. Lorsque les protubérances 5 présentent une forme de section variable, les protubérances 5 peuvent présenter une forme conique présentant une deuxième extrémité libre 53 pointue, plane, ou encore une forme de dôme.
La forme des protubérances 5 peut être choisie en fonction des contraintes qu’elles peuvent être amenées à subir au cours du fonctionnement de l’échangeur de chaleur 1 ou encore au cours du brasage du faisceau d’échange thermique 3. La forme de ces protubérances 5 peut également être choisie en fonction des perturbations du flux du deuxième fluide F2 souhaitées dans l’espace 37 (visible notamment sur la figure 3).
Par ailleurs, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a d’un premier élément creux 31a assurent une liaison mécanique par brasage d’un deuxième élément creux 31b adjacent présentant une deuxième face 33b disposée en regard de la deuxième extrémité libre 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a. L’assemblage du faisceau d’échange thermique 3 par brasage permet d’assurer un bon maintien mécanique de ce faisceau d’échange thermique 3. Par ailleurs, ce sont les protubérances 5 qui définissent l’espace 37 pour le passage du deuxième fluide F2. Dans le cas des échangeurs de chaleur de l’art antérieur, cet espace était assuré par la présence d’ailettes disposées entre les éléments creux 31. La présence des protubérances 5 permet donc de limiter le nombre de constituants du faisceau d’échange thermique 3 ce qui permet notamment de simplifier sa structure et son assemblage en supprimant la présence des ailettes connues de l’art antérieur. Un tel faisceau d’échange thermique 3 présente donc des coûts de production assez faibles tout en garantissant une bonne tenue mécanique de celui-ci. De manière alternative ou en complément, une telle liaison mécanique du faisceau d’échange thermique 3 est également réalisable lorsque celui-ci présente les éléments d’extrémités 38, 39 dont l’un et/ou l’autre présente des protubérances 5 disposées sur sa face disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face d’un élément creux 31.
En référence aux figures 5 à 7, il est représenté partiellement le faisceau d’échange thermique 3 selon différentes alternatives de coopération des deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par les faces des deux éléments 31, 38, 39 adjacents disposées en regard l’une de l’autre à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique 3.
Selon une première variante représentée sur la figure 5, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérance 5 portées par les faces de deux éléments adjacents 31, 38, 39 disposées en regard l’une de l’autre sont en contact les unes avec les autres. Plus particulièrement, selon le mode de réalisation particulier de la figure 5, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a et les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b sont en contact les unes avec les autres. Une telle coopération des deuxième extrémités libres 53 des protubérances 5 permet notamment de fabriquer des éléments creux 31 identiques. D’autre part, une telle coopération entre les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 peut être envisagée dans le cas où la face disposée en regard des éléments creux 31 d’au moins un élément d’extrémité 38, 39 (visibles sur la figure 1) présente également des protubérances 5.
Selon une deuxième variante illustrée en référence aux figures 6A et 6B, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par une face d’un élément 31, 38, 39 sont en contact avec une surface d’un élément 31, 38, 39 adjacent. Plus particulièrement selon la mode de réalisation particulier des figures 6A et 6B, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a sont en contact avec la deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b et inversement. Une telle coopération est également envisageable pour la coopération des deuxièmes extrémités 53 des protubérances 5 portées par une face d’un élément creux 31 disposée en regard d’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 dans le cas où la face de cet élément d’extrémité 38, 39 est lisse par exemple.
D’autre part, selon le mode de réalisation particulier de la figure 6B, les protubérances 5 correspondent à des déformations de la première 33a et de la deuxième 33b faces des premier 31a et deuxième 31b éléments creux respectivement. Dans une telle configuration, le premier fluide F1 peut circuler à l’intérieur de ces protubérances 5 ce qui permet encore d’améliorer le coefficient d’échange thermique entre le premier F1 et le deuxième F2 fluides circulants à travers ce faisceau d’échange thermique 3. Dans une telle configuration, le faisceau d’échange thermique 3 offre une surface de contact direct entre les premier F1 et deuxième F2 fluides sur l’ensemble du parcours réalisé par ces premier F1 et deuxième F2 fluides à travers ce faisceau d’échange thermique 3, ce qui permet notamment d’améliorer les échanges thermiques entre ces premier F1 et deuxième F2 fluides et donc les performances de l’échangeur de chaleur 1. De plus, une telle configuration du canal 35 permet également de perturber l’écoulement du premier fluide F1 à l’intérieur de celui-ci ce qui permet notamment une amélioration de l’homogénéisation de la température de ce premier fluide F1 au cours de sa circulation dans les éléments creux 31.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 7, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a peuvent être en contact en alternance avec les deuxième extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par l’élément 31, 38, 39 adjacent et avec la face de l’élément 31, 38, 39 adjacent disposée en regard de la première face 33a du premier élément creux 31a. Une telle configuration des protubérances 5 peut permettre de modifier les perturbations du deuxième fluide F2 au cours de son écoulement à travers le faisceau d’échange thermique 3, et également de jouer sur la vitesse de déplacement de ce deuxième fluide F2 à l’intérieur de l’espace 37 au cours de son passage à travers le faisceau d’échange de chaleur 3.
En référence aux figures 8 à 10, il est représenté différentes dispositions des protubérances 5 sur les éléments creux 31 pour modifier les pertes de charge du deuxième fluide F2 au cours de sa circulation entre les éléments creux 31 du faisceau d’échange thermique 3. Selon les différents modes de réalisation représentés en référence aux figures 8 à 10, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 pour la circulation du premier fluide F1. Un tel élément creux 31 peut par exemple correspondre à un tube plat présentant une paroi de séparation 36 des deux canaux 35.Sur ces différentes figures les protubérances 5 sont représentées de manière séparée des éléments creux 31 et de face, mais cette représentation est uniquement réalisée pour une meilleure vision de ces protubérances 5 qui sont disposée avec le première extrémité 51 représentée sur ces différentes figures au contact de la première 33a ou de la deuxième 33b face de l’élément creux 31.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, la variation de la perte de charge est provoquée par une variation de la densité en surface des protubérances 5 disposées dans l’espace 37 (visible sur la figure 3) défini pour la circulation du deuxième fluide F2. Dans la présente description, le terme densité en surface doit être interprété comme le nombre de protubérances 5 pour une surface donnée, cette surface donnée pouvant notamment correspondre à différentes zones disposées entre les extrémités périphériques 35p du canal 35 comprenant une surface particulière pour le centre 35c du canal 35. La température de la surface de l’élément creux 31 est plus élevée au centre 35c du canal 35 qu’au niveau de la périphérie 35p de ce canal 35. Ainsi, les échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides doivent être plus importants au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Afin de permettre une telle augmentation des échanges thermiques entre ces premier F1 et deuxième F2 fluides selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, la densité en surface de protubérances 5 est plus importante au niveau du centre 35c du canal 35 de l’élément creux 31 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Une telle modification de la densité des protubérances 5 permet d’augmenter le nombre d’obstacles rencontrés par le deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 et donc de ralentir la circulation de ce deuxième fluide F2 au centre 35c du canal 35 et également de perturber sa circulation afin de permettre une bonne homogénéisation de sa température liée à l’agitation de ce deuxième fluide F2 provoquée par les protubérances 5 et donc d’améliorer les échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides au niveau du centre 35c du canal 35.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, les protubérances 5 sont disposées sur l’au moins première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 selon des rangées transversales, c’est-à-dire s’étendant parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2, dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce cas particulier, la variation de la densité en surface des protubérances 5 est réalisée par variation de l’interdistance entre protubérances 5 d’une même rangée transversale. Plus particulièrement, l’interdistance entre protubérances 5 d’une même rangée transversale est plus petite au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. D’autre part selon ce mode de réalisation particulier, les dimensions des protubérances 5 portées par les faces des deux éléments 31, 38, 39 disposées en regard l’une de l’autre sont identiques. Ensuite, selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, l’élément creux 31 présente deux canaux 35, les besoins d’échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides sont différents selon le positionnement du canal 35 dans le sens de circulation du deuxième fluide F2. Selon ce mode de réalisation particulier, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 est non-symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non-représentée ici, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peut être symétrique par rapport à la paroi de séparation 36.
Selon les modes de réalisation particulier des figures 9A et 9B, il est représenté une autre variante de la disposition des protubérances 5 permettant la variation de la perte de charge. Selon cette autre variante, la variation de la perte de charge est provoquée par une variation d’au moins un paramètre géométrique des protubérances 5 s’étendant dans l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 9A, le paramètre géométrique variable est la taille des protubérances 5. En effet, comme cela est représenté sur la figure 9A, les protubérances 5 disposées au niveau du centre 35c du canal 35 présentent un diamètre supérieur à celui des protubérances disposées au niveau de la périphérie 35p du canal 35. En jouant sur la taille des protubérances 5, il est possible de modifier les perturbations de la circulation du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 défini entre les éléments creux 31. En effet, au niveau du centre 35c du canal 35, les protubérances 5 freinent la circulation du deuxième fluide F2 et provoquent des perturbations plus importantes à sa circulation qu’au niveau de la périphérie 35p de ce canal 35.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 9A, les protubérances 5 sont disposées sur l’au moins première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 selon des rangées transversales, disposées parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2, dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce mode de réalisation particulier, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par la paroi de séparation 36. D’autre part, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 est symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non-représentée ici, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peut être non-symétrique par rapport la paroi de séparation 36.
D’autre part, selon le mode de réalisation particulier de la figure 9B, le paramètre géométrique variable est la forme des protubérances 5. En effet, comme cela est représenté sur la figure 9B, les protubérances 5 disposées sur la première 33a ou la deuxième 33b face de l’élément creux 31 présentent des formes différentes selon leur position dans l’alignement de protubérances 5 sur le canal 35. Plus particulièrement, les protubérances 5 disposées au niveau de la périphérie 35p du canal 35 présentent une forme sensiblement triangulaire afin de diriger le deuxième fluide F2 dans l’espace 37 défini pour sa circulation et les protubérances 5 suivantes présentent des formes de section différentes, et notamment sensiblement parallélépipédiques et sensiblement circulaires, afin d’augmenter la concentration de la perte de charge, et donc la perturbation de la circulation du deuxième fluide F2, au niveau du centre 35c du canal 35 de manière à augmenter les échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides. De plus, selon ce mode de réalisation particulier, l’élément creux 31 comporte deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36. Selon ce mode de réalisation particulier, les alignements de protubérances 5 portés par chaque canal 35 de l’élément creux 31 sont symétriques par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non-représentée ici, les alignements de protubérances 5 portés par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peuvent être non-symétriques par rapport à la paroi de séparation 36.
Ensuite, selon une alternative de cette autre variante non représentée ici, la variation de la concentration de la perte de charge provoquée par la conformation des protubérances 5 peut être provoquée par une modification de la taille et de la forme des protubérances 5, ces protubérances 5 pouvant être disposées dans des rangées transversales ou non.
Par ailleurs, selon le mode de réalisation particulier de la figure 10, les protubérances 5 présentent au moins une face allongée. Selon ce mode de réalisation particulier, la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation d’une orientation par rapport au sens de circulation du deuxième fluide F2 de la face allongée des protubérances 5 disposées dans l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2. Les protubérances 5 peuvent correspondre par exemple à des parois reliant la première face 33a d’un premier élément creux 31a à une deuxième face 31b d’un deuxième élément creux 31b. Ces parois présentent des orientations différentes dans le sens de circulation du deuxième fluide F2 dans l’espace 37. Plus particulièrement selon le mode de réalisation particulier de la figure 10, les parois présentent des orientations configurées pour perturber au maximum la circulation du deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 en ayant une orientation opposée à la circulation du deuxième fluide F2, et perturber au minimum la circulation du deuxième fluide F2 au niveau de la périphérie 35p du canal 35.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 10, les protubérances 5 sont disposées dans des rangées transversales, disposées parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2, dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce mode de réalisation particulier, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36 et la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 est non-symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non représentée ici, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangées transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peut être symétrique par rapport à la paroi de séparation 36.
Selon les différents modes de réalisation particuliers représentés en référence aux figures 8 à 10, il est possible d’améliorer les échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides au niveau du centre 35c du canal 35. Par ailleurs, selon le mode de réalisation particulier des figures 8 à 10, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36. La température au niveau de cette paroi de séparation 36 diminue du fait notamment de l’absence de premier fluide F1 circulant à ce niveau de l’élément creux 31. Ainsi, la conformation des protubérances 5 permet d’améliorer les capacités d’échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides au sein du faisceau d’échange thermique 3 représenté en référence à la figure 3 et donc de l’échangeur de chaleur 1 représenté en référence à la figure 1. Cette amélioration des capacités d’échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides est notamment due à la variation des perturbations de l’écoulement du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 ce qui permet une meilleure homogénéisation de sa température et permet donc une amélioration de ses capacités d’échanges thermiques. De plus, cette variation de la perte de charge du deuxième fluide F2 due à la conformation des protubérances 5 permet également de moduler la vitesse de passage du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 défini entre les éléments creux 31, et en particulier de ralentir cette vitesse de circulation au niveau du centre 35c du canal 35 ce qui contribue également à l’amélioration des échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides. Un tel faisceau d’échange thermique 3 permet donc une meilleure régulation de la température du premier fluide F1 dans les exemples particuliers des figures 8 à 10 dans lesquels la température du premier fluide F1 est supérieure à la température du deuxième fluide F2, l’échange thermique se faisant donc du premier fluide F1 vers le deuxième fluide F2.
En référence à la figure 11, il est représenté un procédé de fabrication 100 d’un échangeur de chaleur 1 tel que décrit précédemment. Le procédé de fabrication 100 comprend une étape de réalisation E1 de protubérances 5 sur au moins une face d’au moins un élément creux 31. Ces protubérances 5 peuvent être réalisées directement sur l’au moins une face de l’au moins un élément creux 31 ou être réalisées en amont sur le feuillard 7 (visible sur les figures 4A et 4B).
Lorsque les protubérances 5 sont réalisées directement sur l’élément creux 31, celles-ci peuvent être réalisées par déformation, et notamment par emboutissage, d’une surface des première 33a et/ou deuxième 33b face de l’élément creux 31. Une telle préparation des protubérances 5 est rapide à mettre en œuvre et permet également au premier fluide F1 de passer à l’intérieur de ces protubérances 5, ce qui permet d’améliorer les échanges thermiques entre les premier F1 et deuxième F2 fluides lorsqu’ils traversent le faisceau d’échange thermique 3.
Selon une alternative, les protubérances 5 peuvent être réalisées sur l’élément creux 31 par ajout de matière sur une surface des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. De tels ajouts de matière peuvent par exemple être réalisés par un procédé de métallisation à froid, ou encore par un procédé de dépôt métallique direct, sur cette surface et en particulier sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces des éléments creux 31. De telles réalisations des protubérances par des procédés additifs permettent d’avoir par exemple accès à des formes complexes pour ces protubérances qui ne seraient que difficilement accessibles par un procédé d’emboutissage, ou encore de conférer aux protubérances 5 ainsi réalisées des propriétés particulières.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre l’utilisation d’un masque afin de pouvoir définir des sections de formes particulières pour ces protubérances. Le procédé de métallisation à froid correspond à la projection d’un matériau sur la surface afin de permettre la formation des protubérances 5. Le procédé de métallisation à froid met en œuvre un gaz sous une pression pouvant être comprise entre 5 bars et 50 bars et à une température pouvant être inférieure ou égale à 1100°C. La température de projection du matériau doit être inférieure à la température de fusion de ce matériau afin d’éviter toute modification cristalline ou encore toute oxydation de celui-ci. Par ailleurs, l’utilisation de gaz sous pression permet de donner une vitesse suffisante à ce matériau pour qu’il subisse une déformation plastique au moment de son impact sur l’élément creux 31 et forme la protubérance 5 par accumulation de matière liée à cette déformation plastique. Le gaz utilisé pour ce procédé de métallisation à froid peut par exemple être choisi parmi l’argon, l’hélium, le dihydrogène, seuls ou en mélange. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre une première sous-étape de projection de particules composées d’un premier matériau suivie d’une deuxième sous-étape de projection d’un deuxième matériau, différent du premier matériau, sur la surface des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Selon cet aspect, le deuxième matériau peut présenter des propriétés de brasage supérieures à celles du premier matériau afin de faciliter une étape ultérieure de ce procédé de fabrication 100. Par ailleurs, les premier et deuxième matériaux destinés à former les protubérances 5 doivent présenter une compatibilité chimique suffisante pour assurer le maintien mécanique du faisceau d’échange thermique 3. Il est ainsi possible de modifier certaines propriétés physico-chimiques des protubérances 5.
Le procédé de dépôt métallique direct quant à lui met en œuvre un laser dont la puissance peut être comprise entre 0,3 kW et 4 kW. En effet, le procédé de dépôt métallique direct correspond à la projection d’une poudre sur la surface de la première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 puis à l’irradiation de cette poudre à l’aide du laser afin de permettre la fusion de cette dernière. Ce procédé de dépôt métallique direct permet de réaliser des protubérances 5 sur la première 33a et/ou la deuxième 33b faces de l’élément creux 31 présentant de faibles épaisseurs, et pouvant notamment atteindre des épaisseurs de l’ordre de 0,2 mm.
Selon une variante, les protubérances 5 peuvent être réalisées sur le feuillard 7 (représenté en référence aux figures 4A et 4B) distinct de l’élément creux 31. Pour cela, l’étape de réalisation E1 des protubérances 5 comprend une première sous-étape de formation des protubérance sur le feuillard 7 puis une deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard 7 présentant les protubérances 5 sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces des éléments creux 31. Les différentes techniques de formation des protubérances 5 décrites précédemment, aussi bien en ce qui concerne la déformation d’une surface du feuillard 7 qu’en ce qui concerne le dépôt de matériau sur la surface du feuillard 7 afin de former les protubérances 5, peuvent également être utilisées au cours de la première sous-étape de formation des protubérances 5 sur le feuillard 7. Par ailleurs, la deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard 7 correspond à la disposition de ce feuillard 7 en regard des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Ce feuillard 7 est donc disposé en regard de l’au moins une face de l’au moins un élément creux 31 destinée à présenter les protubérances 5 et de manière à ce que les protubérances 5 s’étendent dans l’espace 37 défini pour le passage du deuxième fluide F2.
Le procédé de fabrication 100 met ensuite en œuvre une étape de préparation d’un empilement E2. Cet empilement comprend au moins deux élément creux 31 superposés. Cet empilement comprend au moins un élément creux 31 présentant au moins une face comportant une pluralité de protubérances 5. De plus, lorsque les protubérances 5 ont été réalisées sur le feuillard 7, cet empilement comprend en outre le feuillard 7 disposé entre les éléments creux 31 destinés à présenter les protubérances 5.
Le procédé de fabrication 100 met ensuite en œuvre une étape de chauffe et compression E3 de l’empilement afin de permettre le brasage des deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 avec l’élément creux 31 adjacent disposé en regard de ces deuxièmes extrémités libres 53. Ainsi, le procédé de fabrication 100 est simple et rapide à mettre en œuvre, notamment du fait de la diminution des éléments constitutifs du faisceau d’échange thermique 3 de l’échangeur de chaleur 1. De plus, le feuillard 7 présentant les protubérances 5, lorsqu’il est présent, est brasé sur les faces des éléments creux 31 le présentant lors de cette étape de chauffe et compression E3.
Selon une alternative, l’empilement peut comporter en outre deux éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1) disposés de part et d’autre de la superposition d’éléments creux 31 et parallèlement à ces éléments creux 31. Chaque élément d’extrémité 38, 39 présente une face disposée en regard d’une première 33a ou deuxième 33b face d’un élément creux 31. Par ailleurs, au moins un élément d’extrémité 38, 39 peut présenter une pluralité de protubérances 5 disposée sur la face disposée en regard d’un élément creux 31. Les protubérances 5 peuvent être réalisées directement sur l’élément d’extrémité 38, 39 ou être rapportées à l’élément d’extrémité 38, 39 avec le feuillard 7 décrit précédemment par exemple. Lorsque les protubérances 5 sont réalisées directement sur l’élément d’extrémité 38, 39, ces protubérances 5 peuvent être réalisées par déformation d’une surface de la face de l’élément d’extrémité 38, 39 disposée en regard des éléments creux 31 ou encore par dépôt de matière sur cette surface comme décrit précédemment.
Le procédé de fabrication 100 peut comprendre une dernière étape de fixation (non représentée) des entrée 11 et sortie 13 (visibles sur la figure 1) pour le premier fluide F1.
Les différents modes de réalisation décrits précédemment sont des exemples fournis à titre illustratif et non limitatif. En effet, il est tout à fait possible pour l’homme de l’art d’envisager d’autres formes pour les protubérances 5 que celles décrites précédemment sans sortir du cadre de la présente description. D’autre part, l’homme de l’art pourra utiliser d’autres procédés de dépôt afin de former les protubérances par dépôt de matière sur la surface des éléments 31, 38, 39 ou du feuillard 7 sans sortir du cadre de la présente description. Ensuite, l’homme de l’art pourra combiner les non-uniformités des protubérances 5, comme par exemple une variation de l’orientation des protubérances 5 et une variation d’une propriété géométrique des protubérances 5 sans sortir du cadre de la présente description.
Ainsi, l’obtention d’un échangeur de chaleur 1 présentant des capacités d’échanges thermiques améliorées par rapport à ceux connus de l’art antérieur et présentant une bonne tenue mécanique tout en présentant un nombre de pièces limité est possible grâce à l’échangeur de chaleur 1 présentant un faisceau d’échange thermique 3 tel que défini précédemment. En particulier, la présence de protubérances 5 permet la solidarisation au moins des différents éléments creux 31 adjacents du faisceau d’échange thermique 3 et permet une augmentation de la surface d’échange thermique améliorant les échanges entre les premier F1 et deuxième F2 fluides. D’autre part, la solidarisation des différents éléments creux 31 adjacents de ce faisceau d’échange thermique 3 par brasage au niveau des protubérances 5 permet de simplifier la structure du faisceau d’échange thermique 3 et également d’assurer une bonne tenue mécanique de ce faisceau d’échange thermique 3 et donc de l’échangeur de chaleur 1.

Claims (10)

  1. Echangeur de chaleur (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d’échange thermique (3) entre au moins un premier fluide (F1) et un deuxième fluide (F2), ledit faisceau d’échange thermique (3) étant composé par au moins deux éléments creux (31) superposés présentant chacun une première (33a) et une deuxième (33b) faces, lesdits éléments creux (31) étant configurés pour former au moins un canal (35) présentant un centre (35c) et une périphérie (35p) et à l’intérieur duquel le premier fluide (F1) est destiné à circuler et pour permettre la circulation du deuxième fluide (F2) dans un espace (37) entre les éléments creux (31) superposés, les circulations des premier (F1) et deuxième (F2) fluides à l’intérieur du faisceau d’échange thermique (3) étant perpendiculaires l’une par rapport à l’autre,
    caractérisé en ce que
    - au moins une des première (33a) et/ou deuxième (33b) face d’au moins un élément creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) s’étendant dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2), et en ce que
    - les protubérances (5) sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p) pour permettre une perturbation plus importante de la circulation du deuxième fluide (F2) au niveau du centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p).
  2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de la concentration de la perte de charge est provoquée par une variation de la densité en surface des protubérances (5) disposées dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2).
  3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la densité en surface de protubérances (5) est plus importante au niveau du centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p).
  4. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les protubérances (5) sont disposées sur l’au moins première (33a) et/ou deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique (3), et en ce que la variation de la densité en surface des protubérances (5) est réalisée par variation de l’interdistance entre protubérances (5) d’une même rangée transversale.
  5. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation de la perte de charge est provoquée par une variation d’au moins un paramètre géométrique des protubérances (5) disposées dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2).
  6. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre géométrique variable est choisi parmi une taille d’une section de la protubérance (5), une forme de la protubérance (5), ou une combinaison de ces paramètres.
  7. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (5) présentent au moins une face allongée et en ce que la variation de la perte de charge est provoquée par une variation d’une orientation par rapport au sens de circulation du deuxième fluide (F2) de la face allongée des protubérances (5) disposées dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2).
  8. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d’échange thermique (3) comporte en outre deux éléments d’extrémités (38, 39) disposés parallèlement aux éléments creux (31) superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux (31), chaque élément d’extrémité (38, 39) présente une face disposée en regard d’une première (33a) ou d’une deuxième (33b) face d’un élément creux (31) et définissant un espace (37) entre l’élément d’extrémité (38, 39) et l’élément creux (31) pour permettre la circulation du deuxième fluide (F2) et en ce que la face de l’élément d’extrémité (38, 39) disposée en regard de la première (33a) ou de la deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au niveau du centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p).
  9. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments creux (31) du faisceau d’échange thermique (3) comportent deux canaux (35) pour la circulation du premier fluide (F1), lesdits canaux (35) étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation (36) et en ce que les protubérances (5) sont disposées sur l’au moins première (33a) et/ou deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique (3), la disposition des protubérances (5) dans chaque rangée transversale portées par chaque canal (35) de l’élément creux (31) étant symétrique par rapport à la paroi de séparation (36).
  10. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments creux (31) du faisceau d’échange thermique (3) comportent deux canaux (35) pour la circulation du premier fluide (F1), lesdits canaux (35) étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation (36) et en ce que les protubérances (5) sont disposées sur l’au moins première (33a) et/ou deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique (3), la disposition des protubérances (5) dans chaque rangée transversale portées par chaque canal (35) de l’élément creux (31) étant non-symétrique par rapport à la paroi de séparation (36).
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