WO2014096105A1 - Tube plat pour échangeur de chaleur d'air de suralimentation et échangeur de chaleur d'air de suralimentation correspondant - Google Patents

Tube plat pour échangeur de chaleur d'air de suralimentation et échangeur de chaleur d'air de suralimentation correspondant Download PDF

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Abstract

Tube plat (100) d'échangeur de chaleur d'air de suralimentation réalisé à partir d'au moins une tôle de métal emboutie de sorte à former une plaque d'échange (1), ledit emboutissage permettant la liaison entre une entrée de fluide et une sortie de fluide par un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur, ledit circuit comportant au moins un insert (51) métallique placé en son sein et réalisé dans une matière créant une différence de potentiel supérieure ou égale à 30mV avec la matière du tube plat (100).

Description

Tube plat pour échangeur de chaleur d'air de suralimentation et échangeur de chaleur d'air de suralimentation correspondant.
Description
L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur et plus particulièrement les échangeurs de chaleur d'air de suralimentation dans le domaine de l'automobile.
Il est connu dans le domaine de l'automobile d'utiliser des échangeurs de chaleur comprenant un empilement de tubes plats identiques dans lesquels circule un premier fluide. Chaque tube plat est généralement formé de deux plaques de tôle de métal embouties afin de former une cuvette selon un motif prédéfini et agencées de telle façon que leurs concavités sont tournées l'une vers l'autre. Les deux plaques sont alors reliées de façon étanche, formant ainsi un tube plat dans lequel peut circuler le premier fluide depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide, chacune située à une extrémité du tube plat et plus généralement chacune située sur des cotés opposés de la plaque.
Les tubes plats sont empilés les uns sur les autres, les entrées de fluides de chaque tube plat étant reliées entre elles pour former une colonne d'entrée. De même, les sorties de fluides de chaque tube plat sont reliées entre elles pour former une colonne de sortie. Entre chaque tube plat est laissé un espace pour le passage d'un second fluide. L'échange de chaleur entre les deux fluides se faisant ainsi lors du passage du premier fluide dans les tubes plats et du second fluide entre lesdits tubes plats. De tels échangeurs de chaleur sont couramment utilisés comme évaporateur dans un circuit de fluide réfrigérant pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide réfrigérant constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique, ou comme radiateur de chauffage dans un circuit de fluide caloporteur pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide caloporteur constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique.
Néanmoins, de tels échangeurs peuvent ne pas être adaptés pour une utilisation dans un circuit d'admission d'air de suralimentation où les paramètres thermiques sont particuliers. En effet, avant d'entrer dans les cylindres de combustion, l'air d'admission comprimée et chauffée, doit être refroidie suffisamment au moyen d'un échangeur de chaleur afin de diminuer les risques d'auto-allumage, ce qu'un échangeur de chaleur classique peut ne pas être en mesure de réaliser efficacement. Généralement pour plus d'efficacité ce type d'échangeur pour air de suralimentation utilise comme premier fluide un liquide comme par exemple de l'eau afin de refroidir le second fluide qu'est l'air de suralimentation.
L'utilisation d'un liquide comme premier fluide à comme inconvénient de diminuer la tenue dans le temps de l'échangeur, en effet est plus susceptible d'être détérioré par la corrosion.
Ainsi, un des buts de l'invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur d'air de suralimentation amélioré.
La présente invention concerne donc un tube plat d'échangeur de chaleur d'air de suralimentation réalisé à partir d'au moins une tôle de métal emboutie de sorte à former une plaque d'échange, ledit emboutissage permettant la liaison entre une entrée de fluide et une sortie de fluide par un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur, ledit circuit comportant au moins un insert métallique placé en son sein et réalisé dans une matière créant une différence de potentiel supérieure ou égale à 30mV avec la matière du tube plat. Selon un aspect de l'invention, le tube plat est formé par l'assemblage de deux plaques d'échange réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à l'autre, les cotés emboutis de chaque plaque d'échange se faisant face. Selon un autre aspect de l'invention, insert est réalisé en alliage métallique comportant en proportion 0.7 à 1.5% de zinc.
Selon un autre aspect de l'invention, la au moins une plaque d'échange est réalisée en alliage d'aluminium de série 3000 et que l'insert est réalisé en alliage d'aluminium 6815 ou 6807.
L'invention concerne également un échangeur de chaleur d'air de suralimentation comprenant au moins un tube plat comme décrit précédemment. 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, parmi lesquelles :
la figure 1 montre une représentation schématique d'une plaque d'échange,
la figure 2 montre une représentation schématique en coupe d'un tube plat selon l'invention.
Les éléments identiques portent des références similaires sur les différentes figures. La plaque d'échange 1 pour tube plat 100 d' échangeur de chaleur, représenté sur la figure 1, peut être réalisée à partir d'une tôle de métal emboutie. Elle comporte une entrée de fluide 3a et une sortie de fluide 3b. L'emboutissage de la plaque d'échange 1 forme une cavité avec des nervures 7 définissant un circuit d'écoulement de fluide entre l'entrée de fluide 3a et la sortie de fluide 3b. Les nervures 7 donnent au circuit d'écoulement un chemin de circulation d'un premier fluide caloporteur entre l'entrée de fluide 3a et la sortie de fluide 3b. Ce chemin de circulation comporte au moins deux passes 5 rectilignes reliées par une portion courbe 9. Ce chemin de circulation permet une augmentation de la longueur du circuit d'écoulement et donc augmente le temps durant lequel le premier fluide caloporteur s'écoule en son sein, augmentant de fait le temps où il peut y avoir transfert de chaleur avec un second fluide circulant sur la face opposée de la plaque d'échange 1. Afin de faciliter cet écoulement du premier fluide caloporteur, les nervures 7 peuvent avoir des extrémités 11 arrondies.
Dans l'exemple présenté à la figure 1, la plaque d'échange 1 comporte quatre passes 5 parallèles entre elles et trois portions courbes 9 faisant la liaison entre lesdites passes 5. Comme le montre la figure 1, la au moins une portion courbe 9 peut comporter des saillies 91. Ces saillies 91 peuvent venir de matière avec la au moins une plaque d'échange 1, par exemple en étant réalisées par emboutissage, ou bien même être des éléments rapportées et fixés à l'intérieur de la au moins une portion courbe 9 par un moyen quelconque connu de l'homme du métier.
Les tubes plats 100 sont généralement constitués par l'assemblage de deux plaques d'échange 1 entre elles, les passes 5 et courbes 9 des circuits et les nervures 7 de chacune des deux plaques d'échange 1 se faisant face, formant le chemin de circulation dudit tube plat 100. L'assemblage des plaques d'échange 1 est réalisé de façon à être étanche, par exemple par brasage, afin d'éviter toutes fuites du fluide caloporteur passant dans le tube plat 100. De tels tubes plats 100 sont relativement fins par exemple leur chemin de circulation peut avoir une hauteur de 1mm à 3mm. Un autre mode de réalisation d'un tube plat 100 peut être l'assemblage d'une plaque d'échange 1 avec une plaque plane reposant sur la périphérie de la plaque d'échange 1 et sur les nervures 7, recouvrant le circuit d'écoulement. Comme le montre la figure 2, à l'intérieur du tube plat 100, le circuit comporte au moins un insert 51 destiné à perturber la circulation du premier fluide caloporteur et créant des turbulences, ainsi qu'augmenter la surface de contact avec le premier fluide caloporteur et donc d'augmenter les échanges entre ledit premier fluide et le tube plat 100.
Le au moins un insert 51 est réalisé dans une matière métallique créant une différence de potentiel supérieure ou égale à 30mV avec la matière du tube plat 100. Cette différence de potentiel permet audit insert d'être une anode sacrificielle qui est corrodé préférentiellement à la place de la matière du tube plat 100, ce dernier acquérant de fait une meilleure tenue à la corrosion dans le temps.
Afin que insert 51 soit une anode sacrificielle efficace, ledit insert peut être réalisé en alliage métallique comportant en proportion 0.7 à 1.5% de zinc. On peut ainsi imaginer un tube plat 100 réalisé à partir de plaques d'échange 1 en alliage d'aluminium de série 3000, par exemple en alliage d'aluminium 3003 ou 3916, et comportant un insert réalisé en alliage d'aluminium 6815 ou 6807 qui comportent du zinc dans les proportions optimales. L'insert 51 peut avoir une conformation ondulée perpendiculairement au sens de circulation du premier fluide caloporteur, les extrémités de chaque ondulation étant en contact avec les parois du tube plat 100. L'insert 51 peut également présenter, parallèlement au sens de circulation du fluide caloporteur dans le tube plat 100, des séries de sections ondulées, décalées les unes par rapport aux autres perpendiculairement au sens de circulation du fluide caloporteur. Le premier fluide caloporteur passe alors entre les ondulations de chaque section, augmentant la surface de contact et d'échange entre le fluide et les parois du tube plat 100, et lors du passage d'une section ondulée à une autre, le premier fluide caloporteur subit une perturbation permettant une homogénéisation de la température et donc un meilleur rendement d'échange de chaleur avec le tube plat 100.
Bien entendue, ledit insert 51 peut également avoir d'autres conformations permettant une augmentation de la surface de contact ainsi qu'une homogénéisation du fluide comme par exemple des créneaux, des zigzags ou encore des lamelles.
Un échangeur de chaleur à tube plat 100 comporte un empilement de tubes plats 100 reliés entre eux au niveau de leur entrée et sortie de fluide 3a, 3b, et chaque tube plat 100 étant espacé afin de permettre le passage d'un second fluide entre lesdits tubes plats 100. Les tubes plats 100 sont reliés entre eux au niveau des entrée et sortie de fluide 3a, 3b afin de former une colonne d'entrée de fluide regroupant toutes les entrées de fluide de tout les tubes plats 100 et une colonne de sortie de fluide regroupant toutes les sorties de fluide de tout les tubes plats 100. Afin de faciliter l'échange de chaleur entre le premier fluide caloporteur circulant dans les tubes plats 100 et le second fluide passant entre lesdits tubes plats 100, il est également possible d'ajouter de part et d'autre du tube plat 100, des perturbateurs 102 comme des ailettes dans l'espace entre deux tubes plats 100.
L'utilisation de pièces rapportées en guise d'inserts 51 dans les passes 5 des tubes plats 100, permet à ce dernier d'avoir une paroi lisse et donc qui facilite la fixation, par exemple par brasage, des perturbateurs 102 dans l'espace entre deux tubes plats 100.
Ainsi, on voit bien que le tube plat 100 du fait de la présence d'un insert 51 métallique réalisé dans une matière créant une différence de potentiel supérieure ou égale à 30mV avec la matière du tube plat 100 et jouant le rôle d'anode sacrificielle, a une meilleur tenue à la corrosion, notamment issue du premier fluide et donc a une durée de vie plus importante.

Claims

REVENDICATIONS
1. Tube plat (100) d'échangeur de chaleur d'air de suralimentation réalisé à partir d'au moins une tôle de métal emboutie de sorte à former une plaque d'échange (1), ledit emboutissage permettant la liaison entre une entrée de fluide (3a) et une sortie de fluide (3b) par un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur, caractérisé en ce que ledit circuit comporte au moins un insert (51) métallique placé en son sein et réalisé dans une matière créant une différence de potentiel supérieure ou égale à 30mV avec la matière du tube plat (100).
2. Tube plat (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit tube plat (100) est formé par l'assemblage de deux plaques d'échange (1) réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à l'autre, les cotés emboutis de chaque plaque d'échange (1) se faisant face.
3. Tube plat (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (51) est réalisé en alliage métallique comportant en proportion 0.7 à 1.5% de zinc.
4. Tube plat (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une plaque d'échange (1) est réalisée en alliage d'aluminium de série 3000 et que l'insert (51) est réalisé en alliage d'aluminium 6815 ou 6807.
5. Echangeur de chaleur d'air de suralimentation comprenant au moins un tube plat (100) selon l'une des revendications 1 à 4.
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