WO2021014094A1 - Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur - Google Patents

Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur Download PDF

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WO2021014094A1
WO2021014094A1 PCT/FR2020/051325 FR2020051325W WO2021014094A1 WO 2021014094 A1 WO2021014094 A1 WO 2021014094A1 FR 2020051325 W FR2020051325 W FR 2020051325W WO 2021014094 A1 WO2021014094 A1 WO 2021014094A1
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WO
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protuberances
hollow
elements
face
heat exchange
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/051325
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English (en)
Inventor
Kamel Azzouz
Cédric DE VAULX
Xavier Marchadier
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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Priority to EP20754338.0A priority Critical patent/EP4004473A1/fr
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    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0131—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
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    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
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    • F28F1/424—Means comprising outside portions integral with inside portions
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    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • Heat exchanger in particular for a motor vehicle and method of manufacturing such a heat exchanger
  • the present invention relates to the field of heat exchangers, in particular for motor vehicles, and to methods of manufacturing such heat exchangers.
  • heat exchangers equip a large number of motor vehicles. These heat exchangers can for example be dedicated to cooling motors or batteries, or to the operation of air conditioning devices.
  • Heat exchangers generally include a heat exchange bundle consisting of a set of superimposed hollow elements in which a first heat transfer fluid, such as glycol water or a refrigerant fluid, is intended to flow.
  • This heat exchange bundle has a plurality of fins arranged between these hollow elements. These fins are configured to increase the heat exchange surface between the first coolant circulating inside the hollow elements and a second coolant, such as air, circulating between these hollow elements.
  • a heat exchangers have a large number of parts and can be complex to assemble, in particular due to the mounting of the fins.
  • Such a heat exchanger is for example described in document EP 2869015.
  • finned heat exchangers generate a certain thermal resistance for the exchange between the first coolant, such as refrigerant, and the second coolant, such as air.
  • the surface of the fins allowing to increase the exchange surface is not in direct contact with the two fluids. The heat exchanges between these two fluids with the heat exchangers of the prior art can therefore be improved.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger having improved heat exchange capacities compared to those known from the prior art and having good mechanical strength.
  • Another objective of the present invention is to provide a heat exchanger of which the number of parts constituting it is limited.
  • Another objective of the present invention is to provide a heat exchanger which is simple and quick to assemble.
  • Another objective of the present invention is to provide a method of manufacturing a heat exchanger which is simple, fast and inexpensive.
  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a heat exchange bundle between at least a first fluid and a second fluid.
  • the heat exchange bundle is made up of at least two superimposed hollow elements each having a first and a second face, said hollow elements being configured to form a channel inside which the first fluid is intended to circulate and to allow circulation. of the second fluid in a space between the superimposed hollow elements,
  • At least one of the hollow elements comprises a plurality of protrusions arranged on at least one of the first or second faces of the hollow element, said protuberances extending in the space defined for the circulation of the second fluid and the protuberances provide a mechanical connection.
  • protuberances arranged directly on the hollow elements of the heat exchange bundle makes it possible to dispense with the use of fins between the hollow elements in order to promote thermal exchanges between the first and second fluids.
  • these protuberances make it possible to reduce the number of constituents of this heat exchanger.
  • these protuberances are configured to disturb the flow of the second fluid between the hollow elements, which also makes it possible to contribute to the improvement of the heat exchanges between the first and second fluids thanks to a better homogenization of the temperature of the second fluid linked to the disturbance of its flow.
  • the assembly by brazing of the various constituent elements of the heat exchange bundle makes it possible to ensure good mechanical strength of this heat exchange bundle.
  • the brazing is carried out at the level of the protuberances which makes it possible to guarantee easy compliance with the spacing between the hollow elements to ensure the passage of the second fluid between the constituent elements of the heat exchange bundle.
  • the heat exchanger according to the present invention may further include one or more of the following features taken alone or in combination.
  • the heat exchange bundle may further comprise two end elements arranged parallel to the superimposed hollow elements and respectively on either side of the superposition of hollow elements, each end element having a face disposed opposite a first or a second face of a hollow element and defining a space between the end element and the hollow element to allow the circulation of the second fluid, the face of at least an end element disposed opposite the first or the second face of the hollow element and / or the face of the hollow element disposed opposite the end element comprises a plurality of protuberances, and the protuberances carried by the end element and / or the hollow element provide a mechanical connection by brazing with the face of the adjacent element arranged opposite the protuberances.
  • the superimposed hollow elements of the heat exchange bundle can be plates.
  • the superimposed hollow elements of the heat exchange bundle can be flat tubes.
  • the protuberances can be formed directly on the first and / or second faces of the hollow elements and / or on the face of at least one end element arranged opposite the hollow elements.
  • the protuberances can be attached to the first and / or second faces of the hollow elements and / or of the face of at least one end element arranged opposite the hollow elements.
  • the protuberances may have a shape of constant section, a first end of which is placed in contact with the face of the element which carries the protuberance and a second free end, opposite the first end, in contact with the adjacent element.
  • the section of the protuberance can be circular, oblong, or even parallelepiped.
  • the protuberances may have a shape of variable cross section, a first end of which is placed in contact with the face of the element which carries the protuberance, said first end having an area greater than that of a second free end, opposite the first end, in contact with the adjacent element.
  • the protuberances can have a conical shape having a pointed or planar second free end, or a dome shape.
  • the protuberances may have a cone angle which is a function of a distance between two adjacent elements of the heat exchange bundle and of a contact diameter of the second free end of the protuberance with the adjacent element of the bundle. heat exchange disposed opposite this second free end of the protuberance.
  • the cone angle can be between 10 ° and 40 °.
  • the second free ends of the protuberances carried by the faces of two adjacent elements arranged opposite one another can be in contact with each other in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the second free ends of the protuberances carried by a face of an element can be in contact with a surface of an adjacent element of the heat exchange bundle in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the second free ends of the protuberances carried by the first face of the first hollow element may be in contact alternately with the second free ends of the protuberances carried by one face of the adjacent element and with the face of the adjacent element arranged opposite the first face of the first hollow element in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the protuberances can be arranged on the faces of the elements so as to form a network in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the network formed by the protuberances in the assembled state of the heat exchange beam can correspond to a rectilinear network, a staggered network, a chevron network, a hexagonal network, or even a corrugated network.
  • each node of the network is formed by at least one protuberance.
  • the network can be configured to orient the second fluid as it passes between the superimposed hollow elements.
  • the superimposed hollow elements can be made of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 45 W.nrbK- 1 at 20 ° C.
  • the superimposed hollow elements can be made of metal or of a metal alloy, in particular of aluminum.
  • the protuberances can be carried by the hollow elements and by the face of the first and second end elements, respectively, arranged opposite the hollow elements.
  • the protuberances can be carried only by the first and second faces of the hollow elements, the face respectively first and second end elements arranged opposite the hollow elements having a smooth surface.
  • a subject of the present invention is also a method of manufacturing a heat exchanger as defined above.
  • the process comprises the following steps:
  • Such a method is therefore easy and quick to implement due in particular to the limited number of components of the heat exchange bundle.
  • the brazing of the various constituent elements of the stack makes it possible to guarantee good mechanical strength of the heat exchange bundle of this heat exchanger.
  • the manufacturing method according to the present invention may further comprise one or more of the following characteristics taken alone or in combination.
  • the stack may further comprise two end elements arranged respectively on either side of the superposition of hollow elements and parallel to these hollow elements, said end elements having a face arranged facing a first or a second face of a hollow element, and the face of at least one of the end elements arranged facing the first or the second face of the hollow element and / or the face of the hollow element arranged opposite the end element comprises a plurality of protuberances.
  • the protuberances can be produced directly on the first and / or second faces of the hollow elements or on the face respectively of the first and second end elements placed opposite the hollow elements during the step of producing the protuberances.
  • the step of producing protuberances may comprise a first sub-step of forming protuberances on a strip distinct from the element and a second sub-step of positioning this strip having the protuberances on the first and / or or second faces of the hollow elements or on the face respectively of the first and / or of the second end elements arranged opposite the hollow elements.
  • the protuberances can be produced by deformation of a surface of the first and / or second faces of the hollow elements or of the face respectively of the first and second end elements arranged opposite the hollow elements, and in particular by stamping , during the stage of realization of
  • the protuberances can be produced by depositing material on a surface of the first and / or second faces of the hollow elements or of the face respectively of the first and second end elements arranged opposite the hollow elements during the step of making the protuberances.
  • the material can be deposited by a cold metallization process on the surface.
  • the cold metallization process can involve the use of a mask.
  • the cold metallization process can implement a first sub-step of spraying particles composed of a first material followed by a second sub-step of spraying a second material, different from first material, on the surface.
  • the cold metallization process uses a gas under a pressure which may be between 5 bars and 50 bars and at a temperature which may be less than or equal to 1100 ° C.
  • the gas used in the cold metallization process can be chosen from argon, helium and dihydrogen, alone or as a mixture.
  • the protuberances can be produced by a direct metal deposition process on the surface.
  • the direct metal deposition process uses a laser whose power can be between 0.3 kW and 4 kW.
  • Figure 1 is a schematic perspective representation of a heat exchanger
  • Figure 2 is a partial perspective schematic representation of a heat exchange bundle of the heat exchanger of Figure 1;
  • Figure 3A is a schematic perspective representation of a strip having protrusions
  • Figure 3B is an exploded schematic perspective view of a heat exchange bundle with protuberances attached to hollow elements of the heat exchanger of Figure 1;
  • Figure 4A is a schematic perspective representation of a set of protuberances according to a first variant
  • Figure 4B is a schematic perspective representation of a set of protuberances according to a second variant
  • Figure 4C is a schematic perspective representation of a set of protuberances according to a third variant
  • Figure 5A is a schematic perspective representation of a set of protrusions according to a fourth variant
  • Figure 5B is a schematic perspective representation of a set of protuberances according to a fifth variant
  • Figure 5C is a schematic representation of a set of
  • Figure 6 is a schematic perspective representation of a set of protuberances according to a particular embodiment
  • Figure 7 is a schematic partial front perspective representation of a heat exchange bundle according to a first alternative
  • Figure 8A is a schematic partial front perspective representation of a heat exchange bundle according to a second alternative
  • Figure 8B is a perspective schematic view from above of the heat exchange heat bundle of Figure 8A;
  • Figure 9 is a schematic perspective view of a partial face of a heat exchange beam according to a third alternative
  • Figure 10A is a schematic representation of a first arrangement of protrusions between two elements of the heat exchange bundle of Figure 2;
  • Figure 10B is a schematic representation of a second
  • Figure 10C is a schematic representation of a third arrangement of protrusions between two elements of the heat exchange bundle of Figure 2;
  • Figure 10D is a schematic representation of a fourth arrangement of protrusions between two elements of the heat exchange bundle of Figure 2;
  • Figure 10E is a schematic representation of a fifth arrangement of protuberances between two elements of the heat exchange bundle of Figure 2; and [Figure 11] Figure 11 is a schematic representation of a flowchart illustrating a method of manufacturing the heat exchanger of Figure 1.
  • first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion etc.
  • first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion etc.
  • indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion over another and such names can easily be interchanged without departing from the scope of the present description.
  • This indexation does not imply an order in time, for example, to assess such and such criteria.
  • thermal conductivity is understood to mean the energy, or quantity of heat, transferred per unit of area and time, expressed in watts per meter-Kelvin (W.nrLK ⁇ 1 ).
  • fluid in the following description, a body whose molecules have little adhesion and can slide freely with respect to each other (in the case of liquids) or move independently of one another (in the case of liquids). the case of gases), so that the body takes the form of the vessel which contains it.
  • a heat exchanger 1 in particular for a motor vehicle.
  • This heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 between at least a first heat transfer fluid Fl and a second heat transfer fluid F2 (visible in FIG. 2).
  • the heat exchange bundle 3 is composed of at least two hollow elements 31 superimposed.
  • Each hollow element 31 forms a channel 35 (visible in FIG. 2) inside which the first fluid F1 is intended to circulate.
  • the heat exchanger 1 further comprises a first 11 and a second 13 manifold boxes.
  • the first 11 and second 13 manifolds are arranged at the ends of the hollow elements 31 and wheat with the heat exchange bundle 3 the heat exchanger 1.
  • the first manifold 11 has for example an inlet 11a and the second manifold 13 has for example an outlet 13a in order to supply the hollow elements 31 with the first fluid F1.
  • This first heat transfer fluid F1 can in particular be a liquid, such as for example glycol water or a refrigerant fluid.
  • These first 11 and second 13 header boxes are attached to the heat exchange bundle 3 in order to form the heat exchanger 1.
  • These first 11 and second 13 header boxes for the first fluid F1 can be attached to the heat exchange bundle 3 by brazing or by a mechanical connection, in particular by crimping, for example.
  • the hollow elements 31 superimposed on the heat exchange bundle 3 may be plates in order to form a plate heat exchanger 1, or else be flat tubes in order to form a tube heat exchanger 1.
  • the hollow elements 31 superimposed on the heat exchange bundle 3 can in particular be made of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 45 W.nrbK ⁇ 1 at 20 ° C.
  • these hollow elements can be made of metal or of a metal alloy, and in particular of aluminum.
  • Such thermal conductivity for the material constituting the hollow elements 31 makes it possible to ensure good heat transfers between the first F1 and the second F2 fluids in this heat exchange bundle 3 in order in particular to allow heat exchanges of the first fluid F1.
  • the hollow elements 31 each have a first 33a and a second 33b faces (visible in FIG. 2). These hollow elements are also configured to allow the circulation of the second fluid F2 in a space 37 (better visible in FIG. 2) between the hollow elements 31 in order to allow heat exchange between the first F1 and the second F2 fluids during the operation of this heat exchanger 1.
  • the second coolant F2 may for example be air intended to circulate between the hollow elements 31 in order to exchange thermal energy with the first fluid F1 circulating inside the hollow elements 31 for example.
  • At least one hollow element 31 comprises a plurality of protuberances 5 arranged on at least one of the first 33a and / or second 33b face of the hollow element 31.
  • the protuberances 5 extend into the space 37 defined for the circulation of the second fluid F2.
  • Such an arrangement of the protuberances 5 in the space 37 defined for the passage of the second fluid F2 makes it possible to create disturbances in the flow of the second fluid F2 through the heat exchange bundle 3, which allows, among other things, better homogenization of the temperature of this second fluid F2 and an improvement in the heat exchanges between the first F1 and the second F2 fluids circulating in the heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 can be carried by the first face 33a of a first hollow element 31a arranged opposite the second face 33b of a second hollow element 31b.
  • the second face 33b of the second hollow element 31b has no protuberance 5.
  • the space 37 then comprises protuberances 5 coming from a single hollow element 31.
  • the protuberances 5 can be carried by the first 33a and second 33b faces of each hollow element 31 constituting the heat exchange bundle 3.
  • the space 37 then comprises protuberances 5 coming from two adjacent hollow elements 31.
  • the protuberances 5 provide a mechanical connection by brazing with the adjacent hollow element 31 having a face disposed opposite the protuberances 5 carried by the at least one hollow element 31.
  • the term adjacent element is understood here to mean an element. of the heat exchange bundle 3 arranged opposite a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31.
  • the assembly of the heat exchange bundle 3 by brazing makes it possible to ensure good mechanical retention of this heat exchange bundle 3.
  • it is the protuberances 5 which define the space 37 for the passage of the second fluid F2. In the case of heat exchangers of the prior art, this space was provided by the presence of fins arranged between the hollow elements 31.
  • the presence of the protuberances 5 therefore makes it possible to limit the number of constituents of the heat exchange bundle 3, which in particular makes it possible to simplify its structure and its assembly by eliminating the presence of fins known from the prior art.
  • Such a heat exchange bundle 3 therefore has relatively low production costs while ensuring good mechanical strength thereof.
  • the heat exchange bundle 3 can further include two end elements 38, 39.
  • the end elements 38, 39 of the heat exchange bundle 3 are arranged parallel to the ends. hollow elements 31 superimposed and respectively on either side of the superposition of hollow elements 31.
  • These end elements 38, 39 have a face disposed facing a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31.
  • These end elements 38, 39 may in particular define a space 37 'between the end element 38, 39 and the adjacent hollow element 31 to allow the circulation of the second fluid F2.
  • the second fluid F2 is intended to pass at the level of the first 33a and second 33b faces of each hollow element 31.
  • These end elements 38, 39 can be produced by a plate, for example of metal, of a metal alloy, as per example in aluminum or aluminum alloy.
  • the material constituting the end elements 38, 39 is identical to that forming the hollow elements 31.
  • the face of this at least one end element 38, 39 disposed opposite the first 33a or the second 33b face of the hollow element 31 may include a plurality of protuberances.
  • the protuberances define the space 37 ’for the circulation of the second fluid F2 between the hollow member 31 and the adjacent end member 38, 39.
  • one, the other or both end elements 38, 39 may have protuberances arranged on the face of these end elements 38, 39 arranged respectively facing the first 33a or the second face 33b of a hollow element 31.
  • the first 33a or second 33b faces of the hollow elements 31 arranged opposite the end elements 38, 39 may be planar, that is to say not present no protuberance.
  • the space 37 'for the circulation of second fluid F2 is defined by the protuberances carried by the at least one end element 38, 39.
  • the end element 38, 39 having no protuberances can be placed in contact with the adjacent hollow element 31.
  • the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31 arranged facing the end elements 38, 39 have protrusions 5.
  • the space 37, 37 'for the circulation of the second fluid F2 is defined between the different elements 31, 38, 39 constituting the heat exchange bundle 3.
  • the faces of the end elements 38, 39 arranged opposite the first 33a or the second 33b face of the adjacent hollow element 31 are smooth, that is to say they do not have no protrusions, and the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31 have protrusions 5 (as shown with reference to Figure 2) in order to ensure the formation of the space 37, 37 'for the circulation of the second fluid F2 in the assembled state of the heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 carried by the face of the hollow element 31 or by the end element 38, 39 provide a mechanical connection by brazing with the face of the adjacent element 31, 38, 39 arranged opposite the protrusions 5.
  • adjacent element 31, 38, 39 is meant an element arranged facing a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31.
  • An adjacent element can therefore be another hollow element 31 or one of the end elements 38, 39.
  • the protuberances 5 are formed directly on the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31.
  • the protuberances can be formed on the face of the end elements 38, 39 disposed opposite the hollow elements 31.
  • the protuberances 5 can be produced by deformation of a surface of the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31 or of the face of the end elements 38, 39 disposed opposite the hollow elements 31. So alternatively, these protuberances 5 can be formed by adding material to this surface as is more detailed later.
  • the protuberances 5 may be attached to the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31 or to at least one of the end elements 38, 39 intended to present protuberances 5 when they are present.
  • the protuberances 5 can in particular be formed on a strip 7, shown in FIG. 3A, distinct from the hollow elements 31 or else from the end elements 38, 39. This strip 7 is then placed opposite the first 33a and / or second 33b. faces of the hollow element 31 for example, as shown with reference to FIG. 3B, or of the face of at least one end element 38, 39 intended to include protuberances.
  • 3B is an exploded view of the strip 7 and of the hollow elements 31, but this exploded view is only presented to clearly distinguish the strip 7 from the hollow elements 31.
  • the fixing of this strip 7 on the surface of the elements 31, 38, 39 may be produced by brazing during a step of brazing the heat exchange bundle 3, for example as described in more detail
  • the strip 7 can be made of the same material as the hollow elements 31.
  • the strip 7 can in particular be made of metal or a metal alloy, such as for example aluminum or an aluminum alloy.
  • the protuberances 5 can be formed on the strip 7 by deformation of the surface of this strip 7 or even by adding material to this strip 7.
  • the protuberances 5 may have a shape of constant section.
  • shape of constant section it is understood here that the protuberance 5 has a constant diameter over the whole of its length, that is to say over the whole of the space 37, 37 'disposed between the elements 31 , 38, 39 for the passage of the second fluid F2 in which it extends.
  • the protuberances 5 have a first end 51 disposed in contact with the face of the element 31, 38, 39 which carries the protuberance 5 and a second free end 53, opposite the first end 51, in contact with the hollow element 31. or the adjacent end member 38, 39.
  • two free end 53 opposite the first end 51, in contact with the hollow element 31. or the adjacent end member 38, 39.
  • the protuberances 5 the second free ends 53 of which are disposed respectively in contact with one another.
  • Such an arrangement of the protuberances 5 can offer a resistance to deformations associated with the passage of the second fluid F2 in the space 37, 37 'high.
  • the section of the protuberance 5 may be oblong (FIG. 4A), parallelepiped (FIG. 4B), or even circular (FIG. 4C).
  • the protuberances 5 may have a shape of variable section.
  • shape of variable section is meant here that the protuberance 5 has a variable diameter over the whole of its length, that is to say over the whole of the space 37, 37 'disposed between the elements 31, 38, 39 for the passage of the second fluid F2 in which it extends.
  • the protuberances 5 have a first end 51 disposed in contact with the face of the element 31, 38, 39 which carries the protuberance 5 and a second free end 53, opposite the first end 51, in contact with the hollow member 31 or the adjacent end member 38, 39.
  • the first end 51 has an area greater than that of the second free end 53.
  • protuberances 5 the second free ends 53 of which are disposed respectively in contact with one another.
  • Such protuberances 5 can make it possible to limit the reduction in the flow speed of the second fluid F2 in the space 37, 37 'defined between a hollow element 31 and an adjacent element 31, 38, 39 while disturbing the circulation of this. second fluid F2 in space 37, 37 '.
  • the protuberances 5 may have a conical shape having a second free end 53 which is pointed (FIG. 5A), flat (FIG. 5B), or else a dome shape (FIG. 5C).
  • the shape of the protuberances 5 can be chosen as a function of the stresses which they may be subjected to during the operation of the heat exchanger 1 or even during the brazing of the exchange bundle. thermal 3.
  • the shape of these protuberances 5 can also be chosen according to the disturbances of the flow of the second fluid F2 desired in the space 37, 37 '(visible in particular in FIG. 1) ⁇
  • protuberances 5 can be carried respectively by two adjacent elements 31, 38, 39, such as for example two adjacent hollow elements 31 or else by a hollow element 31 and the end element 38, 39 (visible in FIG. 1) adjacent.
  • the protuberances 5 are carried by the first face 33a of a first hollow element 31a and by the second face 33b of a second hollow element 31b.
  • the first surface 33a of the first hollow element 31a is separated from the second surface 33b of the second hollow element 31b by a distance D.
  • This distance D may for example be less than or equal to 20 mm, and in particular included between 0.5 mm and 11 mm.
  • the first 31a and second 31b hollow elements are connected to each other by the second end 53 of the protuberances 5 carried respectively by these first 31a and second 31b hollow elements.
  • the first end 51 of these protuberances 5 has a diameter d which may be less than or equal to 10 mm, and in particular between 1 mm and 5 mm.
  • the second free ends 53 (visible in Figures 4A to 5C) of the protuberances 5 have a contact diameter d.
  • This contact diameter d may for example be less than or equal to 10 mm, and in particular between 0 mm for a point contact and 5 mm.
  • the protuberances 5 correspond to protrusions 5 having a conical shape having a second free end 53 planar as shown with reference to Figure 5B.
  • the protuberances 5 have a cone angle ⁇ .
  • This cone angle a is a function of the contact diameter d of the second free end 53 of the protuberance 5 with the adjacent element 31, 38, 39 of the heat exchange bundle 3 placed opposite this second free end 53 and of the distance D between two adjacent elements 31, 38, 39.
  • the protuberance 5 is carried by the first face 33a of the first hollow element 31a and is disposed opposite the second face 33b of the second hollow element 31b.
  • the distance D therefore corresponds to the distance between the first face 33a of the first hollow element 31a and the second face 33b of the second hollow element 31b.
  • the contact diameter d corresponds to the diameter of the second ends 53 of the protuberances carried respectively by the first 33a and second 33b faces of the first 31a and second 31b hollow elements.
  • the cone angle ⁇ may be between 5 ° and 45 °.
  • a cone angle a included between these values makes it possible to give the protuberance 5 a sufficient resistance to the deformations that it may be caused to undergo during the passage of the second fluid F2 and also during the brazing of the heat exchange bundle 3.
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the faces of two adjacent elements 31, 38, 39 arranged facing each other are in contact with each other.
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a and the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the second face 33b of the second element hollow 31b are in contact with each other.
  • Such cooperation of the second free ends 53 of the protuberances 5 makes it possible in particular to manufacture identical hollow elements 31.
  • such cooperation between the second free ends 53 of the protuberances 5 can be envisaged in the case where the face arranged opposite the hollow elements 31 of the first 38 or of the second 39 end element also has protrusions 5.
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by one face of an element 31, 38, 39 are in contact with a surface of an adjacent element 31, 38, 39 . More particularly according to the particular embodiment of FIGS. 8A and 8B, the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a are in contact with the second face 33b of the second hollow element 31b and vice versa.
  • Such cooperation is also conceivable for the cooperation of the second ends 53 of the protuberances 5 carried by a face of a hollow element 31 arranged opposite the end element 38, 39 (visible in FIG. 1) adjacent in the case of where the face of this end element 38, 39 is smooth.
  • the protuberances 5 correspond to deformations of the first 33a and of the second 33b faces of the first 31a and second 31b hollow elements respectively.
  • the first fluid Fl can circulate inside these protuberances 5 which further improves the heat exchange coefficient between the first Fl and the second F2 fluids circulating through this heat exchange bundle 3.
  • the heat exchange bundle 3 offers a direct contact surface between the first Fl and second F2 fluids over the entire path made by these first Fl and second F2 fluids through this exchange bundle.
  • thermal 3 which makes it possible in particular to improve the thermal exchanges between these first fluid F1 and second F2 and therefore the performance of the heat exchanger 1.
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a may be in contact alternately with the second free ends 53 of the
  • the adjacent element corresponds to a second hollow element 31b, the second face 33b of which has protuberances 5 configured to have their second ends 53 placed in contact with certain protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a and zones devoid of protrusions configured to be in contact with the second end 53 of protrusions 5 having a size equal to a height of the space 37 defined for the circulation of the second fluid F2 between the first 31a and second 31b hollow elements.
  • Such a configuration of the protuberances 5 can make it possible to modify the disturbances of the second fluid F2 during its flow through the heat exchange bundle 3, and also to play on the speed of movement of this second fluid F2 inside it. space 37 during its passage through the heat exchange bundle 3.
  • the protrusions 5 can be disposed on the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31, or also on the face arranged opposite the hollow elements 31 of the first 38 and second 39 end elements so as to form a network 55 in the assembled state of the heat exchange bundle 3.
  • the network 55 formed by the protuberances 5 can be configured to orient the second fluid F2 during its passage through the space 37, 37 '(visible in FIG. 1) between the superimposed hollow elements 31 in order to promote heat exchange between the first Fl and second F2 fluids .
  • the network 55 formed by the protuberances 5 in the assembled state of the heat exchange bundle 3 can correspond to a rectilinear network (FIG. 10A), to a staggered network (FIG. 10B), to a chevron network ( FIG. 10C), to a corrugated network (FIG. 10D), or even to a hexagonal network (FIG. 10E).
  • each node 57 of the network 55 is formed by at least one protuberance 5. More particularly, when the hollow elements 31 have protrusions 5, the second free end 53 of which is intended to come into contact with one face of an element 31. , 38, 39 adjacent, as shown with reference to Figure 8A, the nodes 57 of the network 55 are formed by a single protuberance 5.
  • the second free end 53 is intended to come into contact with a second free end 53 carried by another adjacent element 31, 38, 39, as shown with reference to FIG. 7, the nodes 57 of the network 55 are formed by two protuberances 5.
  • the protuberances 5 are arranged so as to form a network 55 in a staggered or chevron pattern.
  • the protrusions 5 are arranged so as to form a rectilinear network 55.
  • the manufacturing process 100 comprises a step of producing E1 protuberances 5 on at least one face of at least one hollow element 31. These protuberances 5 can be produced directly on the hollow element 31 or be produced upstream on the strip 7. (visible in Figures 3A and 3B).
  • the protuberances 5 When the protuberances 5 are produced directly on the hollow element 31, they can be produced by deformation, and in particular by stamping, of a surface of the first 33a and / or second 33b face of the hollow element 31. Such a face preparation of the protuberances 5 is quick to implement and also allows the first fluid F1 to pass inside these protuberances 5, which makes it possible to improve exchanges between the first Fl and second F2 fluids when they pass through the heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 can be made on the hollow element 31 by adding material to a surface of the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31.
  • Such additions of material can for example be made by a cold metallization process, or even by a direct metal deposition process, on this surface and in particular on the first 33a and / or second 33b faces of the hollow elements 31.
  • Such embodiments of the protuberances by additive processes make it possible to for example have access to complex shapes for these protuberances which would only be difficult to access by a stamping process, or else to give the protuberances 5 thus produced particular properties.
  • the cold metallization process can implement the use of a mask in order to be able to define sections of particular shapes for these protuberances.
  • the cold metallization process corresponds to the projection of a material on the surface in order to allow the formation of protuberances 5.
  • the cold metallization process uses a gas under a pressure which may be between 5 bars and 50 bars and at a temperature which may be less than or equal to 1100 ° C.
  • the projection temperature of the material must be lower than the melting point of this material in order to avoid any crystalline modification or even any oxidation thereof.
  • the use of pressurized gas makes it possible to give a sufficient speed to this material so that it undergoes a plastic deformation at the time of its impact on the hollow element 31 and forms the protuberance 5 by accumulation of material linked to this. plastic deformation.
  • the gas used for this cold metallization process can for example be chosen from argon, helium and dihydrogen, alone or as a mixture.
  • the cold metallization process can implement a first sub-step of spraying particles composed of a first material followed by a second sub-step of spraying a second material, different from first material, on the surface of the hollow elements 31.
  • the second material may have brazing properties superior to those of the first material in order to facilitate a subsequent step of this manufacturing process 100.
  • the first and second materials intended to form the protuberances 5 must have sufficient chemical compatibility to ensure the mechanical retention of the beam heat exchange 3. It is thus possible to modify certain physicochemical properties of the protuberances 5.
  • the direct metal deposition process uses a laser whose power can be between 0.3 kW and 4 kW.
  • the direct metal deposition process corresponds to the projection of a powder on the surface of the desired hollow element 31 and then to the irradiation of this powder with the aid of the laser in order to allow the latter to melt.
  • This direct metal deposition process makes it possible to produce protuberances 5 on the first 33a and / or the second 33b faces of the hollow element 31 having small thicknesses, and in particular being able to reach thicknesses of the order of 0.2 mm.
  • the protuberances 5 can be produced on the strip 7 (shown with reference to FIGS. 3A and 3B) distinct from the hollow elements 31.
  • the production step E1 of the protuberances 5 comprises a first formation sub-step protrusions on the strip 7 then a second sub-step of
  • this strip 7 having the protuberances 5 on the first 33a and / or second 33b faces of the hollow elements 31.
  • the various techniques for forming the protuberances 5 described above, as well as regards the deformation of a surface of the strip 7 that as regards the deposit of material on the surface of the strip 7 in order to form the protuberances 5, can also be used during the first sub-step of forming the protuberances 5 on the strip 7.
  • the second sub-step of positioning this strip 7 corresponds to the arrangement of this strip 7 facing the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31. This strip 7 is therefore placed opposite the face of the element hollow 31 intended to present the
  • the manufacturing process 100 then implements a step of preparing a stack E2.
  • This stack comprises at least two hollow elements 31, at least one of which has at least one face comprising the protuberances 5. Furthermore, when the
  • this stack further comprises the strip 7 arranged between the hollow elements 31.
  • the stack may also include two end elements 38, 39. These end elements 38, 39 are arranged on either side of the superposition. Hollow elements 31 and parallel to these hollow elements 31. These end elements 38, 39 respectively have a face arranged opposite a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31. On the other hand part, at least one of the elements
  • ends 38, 39 may include a plurality of protuberances 5 on its face disposed opposite the first 33a or the second 33b face of the hollow element 31.
  • these protuberances 5 can be produced directly on the end element 38, 39 by deformation of a surface of this end element 38, 39 or by depositing material on this surface as described above.
  • the protuberances 5 can be produced directly on the end element 38, 39 by deformation of a surface of this end element 38, 39 or by depositing material on this surface as described above.
  • protrusions 5 can be attached to the end element 38, 39 with the strip 7 described above.
  • the manufacturing process 100 then implements a step of heating and compressing E3 of the stack in order to allow brazing of the second free ends 53 of the protuberances 5 with the adjacent hollow element 31 placed opposite these second free ends 53.
  • the manufacturing method 100 is simple and quick to implement, in particular due to the reduction in the constituent elements of the heat exchange bundle 3 of the heat exchanger 1.
  • the strip 7 having the protuberances 5 when it is present, is brazed on the faces of the hollow elements 31 presenting it during this heating and compression step E3.
  • the heat exchange bundle 3 presents the end elements 38, 39
  • these end elements 38, 39 are brazed with the hollow elements 31 during this heating and compression step E3.
  • the manufacturing method 100 may include a final step of fixing (not shown) of the inlet 11 and outlet 13 (visible in FIG. 1) for the first fluid F1.
  • the heat exchanger 1 having a heat exchange bundle 3 as defined above.
  • the presence of protuberances 5 allows the joining of the various adjacent hollow elements 31 of the heat exchange bundle 3 and allows an increase in the heat exchange surface improving the exchanges between the first F1 and second F2 fluids.
  • the joining of the various adjacent hollow elements 31 of this heat exchange bundle 3 by brazing at the level of the protuberances 5 makes it possible to simplify the structure of the heat exchange bundle 3 and also to ensure good mechanical strength of this heat exchange bundle 3 and therefore the heat exchanger 1.

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Abstract

La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant un faisceau d'échange thermique (3) entre un premier fluide (F1) et un deuxième fluide (F2), ledit faisceau d'échange thermique (3) étant composé par : - au moins deux éléments creux (31) configurés pour former un canal (35) de circulation du premier fluide (F1) et pour permettre la circulation du deuxième fluide (F2) entre les éléments creux (31), et au moins deux éléments (31) comportant une pluralité de protubérances (5) s'étendant dans l'espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2) et les protubérances (5) assurant une liaison mécanique par brasage des éléments (31) adjacents présentant une surface disposée en regard de ces protubérances (5). La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur.

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 nécessite au moins un peigne afin de maintenir les différents éléments constituant ce faisceau d’échange thermique ensembles. La disposition de ce peigne peut être complexe et ce dernier peut être amené à bouger, notamment du fait de vibrations liées au fonctionnement du véhicule automobile. Ainsi, la tenue mécanique de ce faisceau d’échange thermique peut être améliorée. D’autre part, le procédé de fabrication du faisceau d’échange thermique peut être simplifié.
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. Le faisceau d’échange thermique est composé par au moins deux éléments creux superposés présentant chacun une première et une deuxième faces, lesdits éléments creux étant configurés pour former un canal 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,
Au moins un des éléments creux comporte une pluralité de protubérances disposées sur au moins une des première ou deuxième face de l’élément creux, lesdites protubérances s’étendant dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide et les protubérances assurent une liaison mécanique par brasage avec l’élément creux adjacent présentant une face disposé en regard des protubérances portées par l'au moins un élément creux.
La présence des protubérances disposées directement sur les éléments creux du faisceau d’échange thermique permet de s’affranchir de l’utilisation d’ailettes entre les éléments creux afin de favoriser les échanges thermiques entre les premier et deuxième fluides. Ainsi, ces protubérances permettent de réduire le nombre de constituants de cet échangeur de chaleur. D’autre part, ces protubérances sont configurées pour perturber l’écoulement du deuxième fluide entre les éléments creux, ce qui permet également de contribuer à l’amélioration des échanges thermiques entre les premier et deuxième fluides grâce à une meilleure homogénéisation de la température du deuxième fluide liée à la perturbation de son écoulement. Par ailleurs, l’assemblage par brasage des différents éléments constitutifs du faisceau d’échange thermique permet d’assurer la bonne tenue mécanique de ce faisceau d’échange thermique. De plus, le brasage est réalisé au niveau des protubérances ce qui permet de garantir le respect aisé de l’espacement entre les éléments creux pour assurer le passage du deuxième fluide entre les éléments constitutifs du faisceau d’échange thermique.
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 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, la face d’au moins un élément d’extrémité disposée en regard de la première ou de la deuxième face de l’élément creux et/ou la face de l’élément creux disposée en regard de l’élément d’extrémité comporte une pluralité de protubérances, et les protubérances portées par l’élément d’extrémité et/ou l’élément creux assurent une liaison mécanique par brasage avec la face de l’élément adjacent disposée en regard des protubérances.
Selon une première variante, les éléments creux superposés du faisceau d’échange thermique peuvent être des plaques.
Selon une autre variante, les éléments creux superposés du faisceau d’échange thermique peuvent être des tubes plats. Selon un premier mode de réalisation, les protubérances peuvent être formées directement sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux et/ou sur la face d’au moins un élément d’extrémité disposée en regard des éléments creux.
Selon un deuxième mode de réalisation, les protubérances peuvent être rapportées aux première et/ou deuxième faces des éléments creux et/ou de la face d’au moins un élément d’extrémité disposée en regard des éléments creux.
Selon une première alternative, les protubérances peuvent présenter une forme de section constante dont une première extrémité est disposée au contact de la face de l’élément qui porte la protubérance et une deuxième extrémité libre, opposée à la première extrémité, au contact de l’élément adjacent.
Selon cette première alternative, la section de la protubérance peut être de forme circulaire, oblongue, ou encore parallélépipédique.
Selon une deuxième alternative, les protubérances peuvent présenter une forme de section variable dont une première extrémité est disposée au contact de la face de l’élément qui porte la protubérance, ladite première extrémité présentant une aire supérieure à celle d’une deuxième extrémité libre, opposée à la première extrémité, au contact de l’élément adjacent.
Selon cette deuxième alternative, les protubérances peuvent présenter une forme conique présentant une deuxième extrémité libre pointue ou plane, ou une forme de dôme.
Selon cette deuxième alternative, les protubérances peuvent présenter un angle de cône fonction d’une distance entre deux éléments adjacents du faisceau d’échange thermique et d’un diamètre de contact de la deuxième extrémité libre de la protubérance avec l’élément adjacent du faisceau d’échange thermique disposé en regard de cette deuxième extrémité libre de la protubérance.
L’angle de cône peut être compris entre 10° et 40°.
Selon un aspect, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par les faces de deux éléments 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 un autre aspect, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par une face d’un élément peuvent être en contact avec une surface d’un élément adjacent du faisceau d’échange thermique à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon encore un autre aspect, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par la première face du premier élément creux peuvent être en contact en alternance avec les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par une face de l’élément adjacent et avec la face de l’élément 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 les faces des éléments de manière à former un réseau à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Le réseau formé par les protubérances à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique peut correspondre à un réseau rectiligne, à un réseau en quinconce, à un réseau en chevron, à un réseau hexagonal, ou encore à un réseau ondulé.
Selon ce mode de réalisation particulier, chaque nœud du réseau est formé par au moins une protubérance.
Le réseau peut être configuré pour orienter le deuxième fluide lors de son passage entre les éléments creux superposés.
Selon un aspect, les éléments creux superposés peuvent être réalisés en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 45 W.nrbK-1 à 20°C.
Selon cet aspect, les éléments creux superposés peuvent être réalisé en métal ou en un alliage métallique, notamment en aluminium.
Selon un mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être portées par les éléments creux et par la face respectivement des premier et deuxième éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux.
Selon un autre mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être portées uniquement par les première et deuxième faces des éléments creux, la face respectivement des premier et deuxième éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux présentant une surface lisse.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur tel que défini précédemment. Le procédé comprend les étapes suivantes :
réalisation de protubérances sur au moins une première ou une deuxième face d’au moins un éléments creux ;
préparation d’un empilement comprenant au moins deux élément creux 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 creux adjacent disposé en regard de ces deuxièmes extrémités libres.
Un tel procédé 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 comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation particulier, 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, lesdits éléments d’extrémités présentant une face disposée en regard d’une première ou d’une deuxième face d’un élément creux, et la face d’au moins un des éléments d’extrémités disposée en regard de la première ou de la deuxième face de l’élément creux et/ou la face de l’élément creux disposée en regard de l’élément d’extrémité comporte une pluralité de protubérances.
Selon une première variante, les protubérances peuvent être réalisées directement sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux ou sur la face respectivement des premier et deuxième éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux lors de l’étape de réalisation des protubérances. Selon une deuxième variante, l’étape de réalisation de protubérances peut comprendre une première sous-étape de formation des protubérances sur un feuillard distinct de l’élément et une deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard présentant les protubérances sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux ou sur la face respectivement du premier et/ou du deuxième éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux.
Selon une première alternative, les protubérances peuvent être réalisées par déformation d’une surface des première et/ou deuxième faces des éléments creux ou de la face respectivement des premier et deuxième éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux, et notamment par emboutissage, lors de l’étape de réalisation des
protubérances.
Selon une deuxième alternative, les protubérances peuvent être réalisées par dépôt de matière sur une surface des première et/ou deuxième faces des éléments creux ou de la face respectivement des premier et deuxième éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux lors de l’étape de réalisation des protubérances.
Selon cette deuxième alternative, le dépôt de matière peut être réalisé par un procédé de métallisation à froid sur la surface.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre l’utilisation d’un masque.
De manière alternative ou en complément, 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.
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.
Selon un mode de réalisation particulier, 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 variante de cette deuxième alternative, les protubérances peuvent être réalisées par un procédé de dépôt métallique direct sur la surface.
Le procédé de dépôt métallique direct met en œuvre un laser dont la puissance peut être comprise entre 0,3 kW et 4 kW.
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 :
[Figure 1] la figure 1 est une représentation schématique en perspective d’un échangeur de chaleur ;
[Figure 2] la figure 2 est une représentation schématique en perspective partielle d’un faisceau d’échange thermique de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[Figure 3A] la figure 3A est une représentation schématique en perspective d’un feuillard présentant des protubérances;
[Figure 3B] la figure 3B est une représentation schématique éclatée en perspective d’un faisceau d’échange thermique présentant des protubérances rapportées à des éléments creux de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[Figure 4A] la figure 4A est une représentation schématique en perspective d’un ensemble de protubérances selon une première variante ;
[Figure 4B] la figure 4B est une représentation schématique en perspective d’un ensemble de protubérances selon une deuxième variante ;
[Figure 4C] la figure 4C est une représentation schématique en perspective d’un ensemble de protubérances selon une troisième variante ;
[Figure 5A] la figure 5A est une représentation schématique en perspective d’un ensemble de protubérances selon une quatrième variante ;
[Figure 5B] la figure 5B est une représentation schématique en perspective d’un ensemble de protubérances selon une cinquième variante; [Figure 5C] la figure 5C est une représentation schématique d’un ensemble de
protubérances selon une sixième variante;
[Figure 6] la figure 6 est une représentation schématique en perspective d’un ensemble de protubérances selon un mode de réalisation particulier;
[Figure 7] la figure 7 est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une première alternative;
[Figure 8A] la figure 8A est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une deuxième alternative;
[Figure 8B] la figure 8B est une représentation schématique en perspective en plongée du faisceau thermique d’échange thermique de la figure 8A;
[Figure 9] la figure 9 est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une troisième alternative ;
[Figure 10A] la figure 10A est une représentation schématique d’une première disposition de protubérances entre deux éléments du faisceau d’échange thermique de la figure 2;
[Figure 10B] la figure 10B est une représentation schématique d’une deuxième
disposition de protubérance entre deux éléments du faisceau d’échange thermique de la figure 2;
[Figure 10C] la figure 10C est une représentation schématique d’une troisième disposition de protubérances entre deux éléments du faisceau d’échange thermique de la figure 2;
[Figure 10D] la figure 10D est une représentation schématique d’une quatrième disposition de protubérances entre deux éléments du faisceau d’échange thermique de la figure 2;
[Figure 10E] la figure 10E est une représentation schématique d’une cinquième disposition de protubérances entre deux éléments du faisceau d’échange thermique de la figure 2; et [Figure 11] 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 second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier 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.nrLK·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 Fl caloporteur et un deuxième fluide F2 caloporteur (visibles sur la figure 2). Le faisceau d’échange thermique 3 est composé par au moins deux éléments creux 31 superposés. Chaque élément creux 31 forme un canal 35 (visible sur la figure 2) à l’intérieur duquel le premier fluide Fl est destiné à circuler. 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 froment avec le faisceau d’échange thermique 3 l’échangeur de chaleur 1. La première boite collectrice 11 présente par exemple une entrée lia et la deuxième boite collectrice 13 présente par exemple une sortie 13a afin d’alimenter les éléments creux 31 en premier fluide Fl. Ce premier fluide Fl 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 pour le premier fluide Fl 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. 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.nrbK·1 à 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 Fl et le deuxième F2 fluides dans ce faisceau d’échange thermique 3 afin de permettre notamment les échanges thermiques du premier fluide Fl.
Les éléments creux 31 présentent chacun une première 33a et une deuxième 33b faces (visibles sur la figure 2). Ces éléments creux sont également configurés pour permettre la circulation du deuxième fluide F2 dans un espace 37 (mieux visible sur la figure 2) entre les éléments creux 31 afin de permettre un échange thermique entre le premier Fl 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 Fl circulant à l’intérieur des éléments creux 31 par exemple.
En référence aux figures 1 et 2, au moins un élément creux 31 comporte une pluralité de protubérances 5 disposées sur au moins une des première 33a et/ou deuxième 33b face de l’élément creux 31. 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 Fl et le deuxième F2 fluides circulants dans le faisceau d’échange thermique 3.
Selon un premier mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être portées par la première face 33a d’un premier élément creux 31a disposée en regard de la deuxième face 33b d’un deuxième élément creux 31b. La deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b ne présente aucune protubérance 5. Dans un tel cas, l’espace 37 comporte alors des protubérances 5 venant d’un seul élément creux 31.
Selon une variante et comme représenté en référence à la figure 2, les protubérances 5 peuvent être portées par les première 33a et deuxième 33b faces de chaque élément creux 31 constitutif du faisceau d’échange thermique 3. L’espace 37 comporte alors des protubérances 5 venant de deux élément creux 31 adjacents.
D’autre part, les protubérances 5 assurent une liaison mécanique par brasage avec l’élément creux 31 adjacent présentant une face disposée en regard des protubérances 5 portées par l’au moins un élément creux 31. On entend ici par élément adjacent, un élément du faisceau d’échange thermique 3 disposé en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31. 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.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 1, le faisceau d’échange thermique 3 peut comporter en outre deux éléments d’extrémités 38, 39. Les éléments d’extrémités 38, 39 du faisceau d’échange thermique 3 sont disposés parallèlement aux éléments creux 31 superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux 31. Ces éléments d’extrémité 38, 39 présentent une face disposée en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31. Ces éléments d’extrémités 38, 39 peuvent notamment définir un espace 37’ entre l’élément d’extrémité 38, 39 et l’élément creux 31 adjacent pour permettre la circulation du deuxième fluide F2. Ainsi, le deuxième fluide F2 est destiné à passer au niveau des première 33a et deuxième 33b faces de chaque élément creux 31. Ces éléments d’extrémités 38, 39 peuvent être réalisés par une plaque par exemple en métal, en alliage métallique, comme par exemple en aluminium ou en alliage d’aluminium. Selon une variante, le matériau constitutif des éléments d’extrémités 38, 39 est identique à celui formant les éléments creux 31.
D’autre part, la face de cet au moins un élément d’extrémité 38, 39 disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face de l’élément creux 31 peut comporter une pluralité de protubérances. Ainsi, et comme précédemment, les protubérances définissent l’espace 37’ pour la circulation du deuxième fluide F2 entre l’élément creux 31 et l’élément d’extrémité 38, 39 adjacent. Ces protubérances permettent donc de limiter le nombre de pièces de ce faisceau d’échange thermique 3 par rapport à ceux connus de l’art antérieur présentant des ailettes par exemple.
Selon un premier aspect, l’un, l’autre ou les deux éléments d’extrémités 38, 39 peuvent présenter des protubérances disposées sur la face de ces éléments d’extrémités 38, 39 disposées respectivement en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face d’un élément creux 31. Selon ce premier aspect, les première 33a ou deuxième 33b faces des éléments creux 31 disposées en regard des éléments d’extrémités 38, 39 peuvent être planes, c’est-à-dire ne présenter aucune protubérance. Dans ce cas, l’espace 37’ pour la circulation du deuxième fluide F2 est défini par les protubérances portées par l’au moins un élément d’extrémité 38, 39. Dans le cas où seul l’un ou l’autre des éléments d’extrémités 38, 39 présente les protubérances, alors l’élément d’extrémité 38, 39 ne présentant pas de protubérances peut être disposé au contact de l’élément creux 31 adjacent.
Selon une variante de ce premier aspect et comme représenté en référence à la figure 2, les première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31 disposés en regard des éléments d’extrémités 38, 39 présentent des protubérances 5. Dans ce cas, l’espace 37, 37’ pour la circulation du deuxième fluide F2 est défini entre les différents éléments 31, 38, 39 constitutifs du faisceau d’échange thermique 3.
Selon un deuxième aspect, les faces des éléments d’extrémités 38, 39 disposées en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face de l’élément creux 31 adjacent sont lisses, c’est-à-dire qu’elles ne présentent pas de protubérances, et les première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31 présentent des protubérances 5 (comme représenté en référence à la figure 2) afin de garantir la formation de l’espace 37, 37’ pour la circulation du deuxième fluide F2 à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique 3.
Par ailleurs, les protubérances 5 portées par la face de l’élément creux 31 ou par l’élément d’extrémité 38, 39 assurent une liaison mécanique par brasage avec la face de l’élément 31, 38, 39 adjacent disposée en regard des protubérances 5. On entend par élément 31, 38, 39 adjacent, un élément 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 l’un des éléments d’extrémités 38, 39.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 2, les protubérances 5 sont formées directement sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Selon la variante dans laquelle le faisceau d’échange thermique 3 présente les éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1), les protubérances peuvent être formées sur la face des éléments d’extrémités 38, 39 disposée en regard des éléments 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 ou de la face des éléments d’extrémités 38, 39 disposée en regard des éléments creux 31. De manière alternative, ces protubérances 5 peuvent être formées par ajout de matière sur cette surface comme cela est plus détaillé ultérieurement.
Selon une alternative représentée en référence aux figures 3A et 3B, les protubérances 5 peuvent être rapportées aux première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31 ou à l’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 destiné à présenter des protubérances 5 lorsqu’ils sont présents. Les protubérances 5 peuvent notamment être formées sur un feuillard 7, représenté sur la figure 3A, distinct des éléments creux 31 ou encore des éléments d’extrémités 38, 39. 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 3B, ou de la face de l’au moins un élément d’extrémité 38, 39 destinée à comporter des protubérances. La représentation de la figure 3B 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 surface des éléments 31, 38, 39 peut être réalisée par brasage au cours d’une étape de brasage du faisceau d’échange thermique 3 par exemple 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. Le feuillard 7 peut notamment être réalisé en métal ou en un alliage métallique, comme par exemple en aluminium ou en un alliage d’aluminium. Par ailleurs, 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.
En référence aux figures 4A à 4C, il est représenté les protubérances 5 selon une première variante. Selon cette première variante, les protubérances 5 peuvent présenter une forme de section constante. 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, 37’ disposé entre les éléments 31, 38, 39 pour le passage du deuxième fluide F2 dans lequel elle s’étend. Les protubérances 5 présentent une première extrémité 51 disposée au contact de la face de l’élément 31, 38, 39 qui porte la protubérance 5 et une deuxième extrémité libre 53, opposée à la première extrémité 51, au contact de l’élément creux 31 ou de l’élément d’extrémité 38, 39 adjacent. Selon les différents modes de réalisations représentés en référence aux figures 4A à 4C, il est représenté deux
protubérances 5 dont les deuxièmes extrémités libres 53 sont disposées respectivement au contact les unes des autres. Une telle disposition des protubérances 5 peut offrir une résistance aux déformations liées au passage du deuxième fluide F2 dans l’espace 37, 37’ importante. Plus particulièrement selon cette première variante, la section de la protubérance 5 peut être de forme oblongue (figure 4A), parallélépipédique (figure 4B), ou encore circulaire (figure 4C).
En référence aux figures 5A à 5C, il est représenté les protubérances selon une deuxième variante. Selon cette deuxième variante, les protubérances 5 peuvent présenter une forme de section variable. 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, 37’ disposé entre les éléments 31, 38, 39 pour le passage du deuxième fluide F2 dans lequel elle s’étend. Dans un tel cas, les protubérances 5 présentent une première extrémité 51 disposée au contact de la face de l’élément 31, 38, 39 qui porte la protubérance 5 et une deuxième extrémité libre 53, opposée à la première extrémité 51, au contact de l’élément creux 31 ou de l’élément d’extrémité 38, 39 adjacent. La première extrémité 51 présente une aire supérieure à celle de la deuxième extrémité libre 53. Selon les différentes réalisations représentées en référence aux figures 5A à 5C, il est représenté deux
protubérances 5 dont les deuxièmes extrémités libres 53 sont disposées respectivement au contact les unes des autres. De telles protubérances 5 peuvent permettre de limiter la diminution de la vitesse d’écoulement du deuxième fluide F2 dans l’espace 37, 37’ défini entre un élément creux 31 et un élément adjacent 31, 38, 39 tout en perturbant la circulation de ce deuxième fluide F2 dans l’espace 37, 37’. Plus particulièrement selon cette deuxième variante, les protubérances 5 peuvent présenter une forme conique présentant une deuxième extrémité libre 53 pointue (figure 5 A), plane (figure 5B), ou encore une forme de dôme (figure 5C).
En référence aux figures 4A à 5C, 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, 37’ (visible notamment sur la figure 1)·
En référence aux figures 2 et 6, il est représenté la jonction de deux protubérances 5 entre elles à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique 3. Ces protubérances 5 peuvent être portées respectivement par deux éléments 31, 38, 39 adjacents, comme par exemple deux éléments creux 31 adjacents ou encore par un élément creux 31 et l’élément d’extrémité 38, 39 (visibles sur la figure 1) adjacent. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 6, les protubérances 5 sont portées par la première face 33a d’un premier élément creux 31a et par la deuxième face 33b d’un deuxième élément creux 31b. Selon ce mode de réalisation particulier, la première surface 33a du premier élément creux 31a est séparée de la deuxième surface 33b du deuxième élément creux 31b par une distance D. Cette distance D peut par exemple être inférieure ou égale à 20 mm, et notamment comprise entre 0.5 mm et 11 mm. D’autre part, selon ce mode de réalisation particulier, les premier 31a et deuxième 31b éléments creux sont raccordés l’un à l’autre par la deuxième extrémité 53 des protubérances 5 portées respectivement par ces premier 31a et deuxième 31b éléments creux. La première extrémité 51 de ces protubérances 5 présente un diamètre d pouvant être inférieur ou égal à 10 mm, et notamment compris entre 1 mm et 5 mm. Ensuite, les deuxième extrémités libres 53 (visibles sur les figures 4A à 5C) des protubérances 5 présentent un diamètre de contact d. Ce diamètre de contact d peut par exemple être inférieur ou égal à 10 mm, et notamment compris entre 0 mm pour un contact ponctuel et 5 mm. Selon le mode de réalisation particulier des figures 2 et 6, les protubérances 5 correspondent à des protubérances 5 présentant une forme conique présentant une deuxième extrémité libre 53 plane telle que représentée en référence à la figure 5B. Selon ce mode de réalisation particulier, les protubérances 5 présentent un angle de cône a. Cet angle de cône a est fonction du diamètre de contact d de la deuxième extrémité libre 53 de la protubérance 5 avec l’élément adjacent 31, 38, 39 du faisceau d’échange thermique 3 disposé en regard de cette deuxième extrémité libre 53 et de la distance D entre deux éléments adjacents 31, 38, 39. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 6, la protubérance 5 est portée par le première face 33a du premier élément creux 31a et est disposée en regard de la deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b. La distance D correspond donc à la distance entre la première face 33a du premier élément creux 31a et la deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b. D’autre part, selon ce mode de réalisation particulier, le diamètre de contact d correspond au diamètre des deuxièmes extrémités 53 des protubérances portées respectivement par les première 33a et deuxième 33b faces des premier 31a et deuxième 31b éléments creux. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 6, l’angle de cône a peut être compris entre 5° et 45°. Un angle de cône a compris entre ces valeurs permet de conférer à la protubérance 5 une résistance suffisante aux déformations qu’elle peut être amenée à subir au cours du passage du deuxième fluide F2 et également lors du brasage du faisceau d’échange thermique 3.
En référence aux figures 7 à 9, 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 7, 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 7, 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 du premier 38 ou du deuxième 39 élément d’extrémité présente également des protubérances 5.
Selon une deuxième variante illustrée en référence aux figures 8A et 8B, 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 le mode de réalisation particulier des figures 8A et 8B, 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 de l’élément d’extrémité 38, 39 (visibles sur la figure 1) adjacent dans le cas où la face de cet élément d’extrémité 38, 39 est lisse.
D’autre part, selon le mode de réalisation particulier de la figure 8B, 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 Fl peut circuler à l’intérieur de ces protubérances 5 ce qui permet encore d’améliorer le coefficient d’échange thermique entre le premier Fl 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 Fl et deuxième F2 fluides sur l’ensemble du parcours réalisé par ces premier Fl et deuxième F2 fluides à travers ce faisceau d’échange thermique 3, ce qui permet notamment d’améliorer les échanges thermiques entre ces premier Fl et deuxième F2 fluides et donc les performances de l’échangeur de chaleur 1.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 9, 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. Plus particulièrement selon le mode de réalisation représenté en référence à la figure 9, l’élément adjacent correspond à un deuxième élément creux 31b dont la deuxième face 33b présente des protubérances 5 configurées pour avoir leurs deuxième extrémités 53 disposées au contact de certaines protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a et des zones dépourvues de protubérances configurées pour être en contact avec la deuxième extrémité 53 de protubérances 5 présentant une taille égale à une hauteur de l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2 entre les premier 31a et deuxième 31b éléments creux. 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 10A à 10E, il est représenté différentes dispositions possibles des protubérances 5 sur les faces des éléments 31, 38, 39. Selon ces différents modes de réalisation, les protubérances 5 peuvent être disposées sur les première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31, ou encore sur la face disposée en regard des éléments creux 31 des premier 38 et deuxième 39 éléments d’extrémités de manière à former un réseau 55 à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique 3. Le réseau 55 formé par les protubérances 5 peut être configuré pour orienter le deuxième fluide F2 au cours de son passage dans l’espace 37, 37’ (visibles sur la figure 1) entre les éléments creux 31 superposés afin de favoriser les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides. Plus particulièrement, le réseau 55 formé par les protubérances 5 à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique 3 peut correspondre à un réseau rectiligne (figure 10A), à un réseau en quinconce (figure 10B), à un réseau en chevron (figure 10C), à un réseau ondulé (figure 10D), ou encore à un réseau hexagonal (figure 10E). Par ailleurs, chaque nœud 57 du réseau 55 est formé par au moins une protubérance 5. Plus particulièrement, lorsque les éléments creux 31 présentent des protubérances 5 dont la deuxième extrémité libre 53 est destinée à venir en contact avec une face d’un élément 31, 38, 39 adjacent, comme cela est représenté en référence à la figure 8A, les nœuds 57 du réseau 55 sont formés par une seule protubérance 5. D’autre part, lorsque les éléments creux 31 présentent des protubérances 5 dont la deuxième extrémité libre 53 est destinée à venir en contact avec une deuxième extrémité libre 53 portée par un autre élément 31, 38, 39 adjacent, comme cela est représenté en référence à la figure 7, les nœuds 57 du réseau 55 sont formés par deux protubérances 5.
Plus particulièrement, selon le mode de réalisation particulier représenté en référence aux figures 7, 10B et 10C, les protubérances 5 sont disposées de manière à former un réseau 55 en quinconce ou en chevron. D’autre part, selon le mode de réalisation particulier des figures 8A, 8B et 10A, les protubérances 5 sont disposées de manière à former un réseau 55 rectiligne.
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 El de protubérances 5 sur au moins une face d’au moins un élément creux 31. Ces protubérances 5 peuvent être réalisées directement sur l'élément creux 31 ou être réalisées en amont sur le feuillard 7 (visible sur les figures 3A et 3B).
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 Fl de passer à l’intérieur de ces protubérances 5, ce qui permet d’améliorer les échanges thermiques entre les premier Fl 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 éléments 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 l’élément creux 31 souhaitée 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 3A et 3B) distinct des éléments creux 31. Pour cela, l’étape de réalisation El des protubérances 5 comprend une première sous-étape de formation des protubérances 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 la face de l’élément creux 31 destinée à présenter les
protubérances 5.
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 dont au moins un présente au moins une face comportant les 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.
Selon une variante, l’empilement peut comporter en outre deux éléments d’extrémités 38, 39. Ces éléments d’extrémités 38, 39 sont disposés de part et d’autre de la superposition d’éléments creux 31 et parallèlement à ces éléments creux 31. Ces éléments d’extrémités 38, 39 présentent respectivement une face disposée en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31. D’autre part, au moins un des éléments
d’extrémités 38, 39 peut comporter une pluralité de protubérances 5 sur sa face disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face de l’élément creux 31. D’autre part, ces protubérances 5 peuvent être réalisées directement sur l’élément d’extrémité 38, 39 par déformation d’une surface de cet élément d’extrémité 38, 39 ou encore par dépôt de matériau sur cette surface comme cela est décrit précédemment. De manière alternative, les
protubérances 5 peuvent être rapportées à l’élément d’extrémité 38, 39 avec le feuillard 7 décrit précédemment.
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. De plus, lorsque le faisceau d’échange thermique 3 présente les éléments d’extrémités 38, 39, ces éléments d’extrémités 38, 39 sont brasés avec les éléments creux 31 lors de cette étape de chauffe et compression E3.
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 Fl.
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, comme par exemple des sections de forme triangulaire ou encore des protubérances 5 de forme pyramidale, 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. 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 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 Fl 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

Revendications
1. Echangeur de chaleur (1) notamment pour véhicule automobile comprenant un
faisceau d’échange thermique (3) entre au moins un premier fluide (Fl) 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 un canal (35) à l’intérieur duquel le premier fluide (Fl) est destiné à circuler et pour permettre la circulation du deuxième fluide (F2) dans un espace (37) entre les éléments creux (31) superposés,
caractérisé en ce que au moins un des éléments creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) disposées sur au moins une des première (33a) ou deuxième (33b) face de l’élément creux (31), lesdites protubérances (5) s’étendant dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2) et en ce que les protubérances (5) assurent une liaison mécanique par brasage avec l’élément creux (31) adjacent présentant une face disposée en regard des protubérances (5) portées par l’au moins un élément creux (31).
2. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, 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), en ce que la face d’au moins un élément d’extrémité (38, 39) disposée en regard de la première (33a) ou de la deuxième (33b) face de l’élément creux (31) et/ou la face (33a, 33b) de l’élément creux (31) disposée en regard de l’élément d’extrémité (38, 39) comporte une pluralité de protubérances (5), et en ce que les protubérances (5) portées par l’élément d’extrémité (38, 39) et/ou l’élément creux (31) assurent une liaison mécanique par brasage avec la face de l’élément (31, 38, 39) adjacent disposée en regard des protubérances (5).
3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les protubérances (5) sont formées directement sur les première (33a) et/ou deuxième (33b) faces des éléments creux (31) ou sur la face respectivement des premier (38) et deuxième (39) éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux (31).
4. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les
protubérances (5) sont rapportées aux première (33a) et/ou deuxième (33b) faces des éléments creux (31) ou à la face respectivement des premier (38) et deuxième (39) éléments d’extrémités disposée en regard des éléments creux (31).
5. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les protubérances (5) présentent une forme de section constante dont une première extrémité (51) est disposée au contact de la face de l’élément (31, 38, 39) qui porte la protubérance (5) et une deuxième extrémité libre (53), opposée à la première extrémité (51), au contact de l’élément (31, 38, 39) adjacent.
6. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les protubérances (5) présentent une forme de section variable dont une première extrémité (51) est disposée au contact de la face de l’élément (31, 38, 39) qui porte la protubérance (5), ladite première extrémité (51) présentant une aire supérieure à celle d’une deuxième extrémité libre (53), opposée à la première extrémité (51), au contact de l’élément (31, 38, 39) adjacent.
7. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les
protubérances (5) présentent un angle de cône (a) fonction d’une distance (D) entre deux éléments (31, 38, 39) adjacents du faisceau d’échange thermique (3) et d’un diamètre de contact (d) de la deuxième extrémité libre (53) de la protubérance (5) avec l’élément (31, 38, 39) adjacent du faisceau d’échange thermique (3) disposé en regard de cette deuxième extrémité libre (53) de la protubérance (5).
8. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les deuxièmes extrémités libres (53) des protubérance (5) portées par les faces de deux éléments (31, 38, 39) adjacents disposées en regard l’une de l’autre sont en contact les unes avec les autres à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique (3).
9. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que 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 du faisceau d’échange thermique (3) à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique (3).
10. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les deuxièmes extrémités libres (53) des protubérances (5) portées par la première face (33a) d’un premier élément creux (31a) sont 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) à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique (3).
11. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les protubérances (5) sont disposées sur les faces des éléments (31, 38, 39) de manière à former un réseau (55) à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique (3).
12. Procédé de fabrication (100) d’un échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : réalisation (El) de protubérances (5) sur au moins une première (33a) ou une deuxième (33b) face d’au moins un élément creux (31) ;
préparation d’un empilement (E2) comprenant au moins deux élément creux (31) dont au moins un présente au moins une face comportant les protubérances (5) ; et 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).
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