WO2021116577A1 - Echangeur de chaleur et procédé de fabrication d'un tel échangeur - Google Patents

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WO2021116577A1
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protuberances
heat exchanger
metal plate
exchange surface
fluid
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PCT/FR2020/052304
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Kamel Azzouz
Cédric DE VAULX
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, such as a heat exchanger intended for a motor vehicle.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such an exchanger.
  • a heat exchanger In a heat exchanger, two fluids are placed in a heat exchange relationship via exchange surfaces. In these exchangers, a cooling liquid or a refrigerant passes through the tubes, which are themselves in contact with fins or other disruptors, the latter having an exchange function with the air. Fluids circulate through heat exchangers by dissipating or absorbing thermal energy. The efficiency of heat exchangers and the thermodynamic circuits to which they are attached is mainly determined by the heat exchanges between the fluids passing through them.
  • a first limitation is the thermal contact resistance between the external exchange surface, formed by the fins, and the circulation channels for the second fluid, formed by the tubes or the plates. Even if this is all the more true in the case of exchangers obtained by mechanical assembly, this contact resistance is not negligible in the case of brazed exchangers either. A lever for optimizing performance therefore involves eliminating this contact resistance.
  • a second limitation of this type of exchanger is the handling of a large number of parts during assembly, which makes the manufacture of these exchangers complex.
  • a heat exchanger comprising a heat exchange surface having a thickness of material, said exchange surface being provided with a plurality of protuberances and notches formed hollow in said thickness of material, said protuberances being derived from material at the periphery of said notches.
  • the invention relates to a heat exchanger comprising a heat exchange surface having a material thickness, said exchange surface being provided with protuberances and notches obtained by a structuring process by scratching the material of said exchange surface.
  • protuberance makes it possible to increase the exchange surface and therefore to improve the heat exchange.
  • protuberances act as disturbance devices and thus increase the mixing of fluids.
  • the protuberances being formed directly on the heat exchange surface, the number of elements and the mass of the exchanger do not increase while limiting or even eliminating the contact resistance encountered with the state of the art. .
  • the invention can also include any of the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination
  • the protuberances have a proximal base and a distal end
  • the section of the protuberance at its proximal base is appreciably greater than the section of the protuberance at its distal end
  • the protuberances are of pointed shapes tapering towards their distal end
  • the protuberances have a height of between 0.5mm and 4mm, said height being measured between the proximal base and the distal end of the protuberance,
  • the protuberances have a height of between 0.7mm and 2.5mm, said height being measured between the proximal base and the distal end of the protuberance,
  • the height is significantly greater than the largest dimensions of the proximal base
  • the heat exchanger comprises at least one metal plate shaped so as to form an element of said heat exchanger such as a fluid circulation tube or a fluid circulation plate, the corresponding heat exchange surface on a surface of said metal plate, the protuberances being derived from material of said metal plate,
  • the protuberances are located on both sides of the metal plate
  • the protuberances of a first face of the metal plate are offset from the protuberances of the second face of the metal plate
  • the notches of a first face of the metal plate are offset from the notches of the second face of the metal plate, - the height of the protuberances is less than or equal to ten times the thickness of the metal plate,
  • the height of the protuberances is less than or equal to five times the thickness of the metal plate
  • the protuberances are located on an external and / or internal face of the fluid circulation tube and / or of the fluid circulation plate,
  • the heat exchanger comprises a stack of said fluid circulation plates and / or said fluid circulation tubes,
  • the protuberances have a curved shape
  • the invention relates to a method of manufacturing an exchanger as described above, comprising the following steps:
  • Figure 1 illustrates a heat exchanger according to the invention
  • FIG.2 the figure schematically illustrates a sectional view of part of a metal plate of an exchanger according to the invention
  • FIG.3 Figure 3 is an illustration of a metal plate of an exchanger according to the invention.
  • Figure 4 schematically illustrates a second metal plate of a heat exchanger according to the invention
  • FIG.6a-6e Figures 6a to 6e, schematically illustrate the various stages of manufacturing a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 7 illustrates a plate of an exchanger according to the invention.
  • the invention relates to a heat exchanger 1.
  • said exchanger 1 comprises a bundle of stacked fluid circulation tubes. on top of each other.
  • the ends of the fluid circulation tubes 30 are fixed to manifold plates 50 on which the inlet and outlet manifolds 55 are positioned.
  • a first fluid arrives through the inlet manifold 55, passes through the various fluid circulation tubes 30, then leaves the heat exchanger 1 through the outlet manifold 55.
  • a second fluid passes through said heat exchanger 1 passing between the fluid circulation tubes 30 so as to exchange calories with the first fluid.
  • the fluid circulation tubes 30 are not separated by fluid disturbance fins.
  • the heat exchanger 1 is provided with a heat exchange surface having a plurality of protrusions 10 and notches 20.
  • the presence of protuberances 10 at the level of the exchange surface causes an increase in the surface of the heat exchanger. exchange which improves heat exchange.
  • the protuberances 10 make it possible to disturb the flow of the fluid coming into contact with the exchange surface, which increases the stirring of the fluid.
  • the notches 20 are non-through so that the cooled / heated fluid cannot pass through the heat exchange surface.
  • the protrusions 10 originate from material at the periphery of the notches 20. In other words, part of the material of the heat exchange surface is dislodged from said surface and forms a protuberance 10. Said protuberance 10 is still connected to the heat exchange surface by continuity of matter. As can be seen in FIGS. 2 and 4, the zone from which the dislodged material originates corresponds to notch 20. For each protuberance 10 corresponds a notch 20 from which said protuberance 10 originates.
  • the protuberances 10 being formed directly on the heat exchange surface, the number of elements and the mass of the exchanger 1 do not increase and the handling of the exchanger 1 during its manufacture is thus facilitated.
  • the fact that the protuberances 10 are connected to the heat exchange surface by continuity of material makes it possible to eliminate the thermal contact resistance.
  • the protuberances 10 of the exchanger according to the invention advantageously have a specific shape.
  • the shape of said protuberances can be likened to a hook.
  • the protuberances 10 have a curved shape.
  • the protuberances 10 have a proximal base 11 and a distal end 12.
  • the section of the protuberance 10 at its proximal base 11 is substantially greater than the section of the protuberance 10 at its distal end 12.
  • the width and the depth of the proximal base 11 are substantially greater than the width and the depth of the distal end 12.
  • the protuberance 10 thus has the shape of a point, flared upwards. This pointed shape by tapering upwards makes it possible to improve the thermal exchanges between the two fluids circulating through the heat exchanger 1 by offering progressive thermal conductivity and pressure drop on the fluid.
  • the height of the protrusions 10 may vary depending on the type of heat exchanger and the type of associated fluid.
  • FIG. 5 illustrates various protuberances 10 which may be present on the surface of a heat exchanger 1 according to the invention.
  • the height of said protuberances 10 is between 0.5mm and 4mm, said height being measured between the proximal base 11 and the distal end 12 of the protuberance.
  • the height of said protuberances 10 is between 0.7mm and 2.5mm, said height being measured between the proximal base 11 and the distal end 12 of the protuberance.
  • the heat exchanger comprises at least one metal plate 3 shaped so as to form an element of said heat exchanger 1.
  • Said element formed from said metal plate 3 can in particular be a tube 30 for circulating heat. fluid or a fluid circulation plate 40.
  • the heat exchange surface thus corresponds to a surface of the metal plate 3, the protuberances 10 being derived from material of said metal plate 3.
  • the protuberances 10 and the notches 20 can be located on one of the faces of the plate. metallic 3 or on both sides.
  • FIG. 2 represents a metal plate 3 having protuberances 10 on only one of its faces and
  • FIG. 3 represents a metal plate 3 having protuberances 10 on its two faces. As illustrated in FIG.
  • the presence of the notches 20 on the surface of the metal plate 3 causes a local reduction in the thickness of the metal plate 3 at the level of the notch 20.
  • the protuberances 10 of a first face of the metal plate 3 are offset with respect to the protuberances 10 of the second face of the metal plate 3.
  • the notches 20 of a first face of the metal plate 3 are advantageously offset with respect to the notches 20 of the second face of the metal plate 3.
  • the offset of the protuberances 10, and therefore of the notches 20, on the opposite faces of the metal plate 3 makes it possible to distribute the decreases in thickness of said metal plate 3 and to maintain a minimum thickness of metal plate 3. If the notches 20 of the two faces were aligned, this could result in an excessive reduction in the thickness of the metal plate 3 and therefore a weakening of said plate.
  • the height of the protuberances also depends on the thickness of the metal plate 3.
  • the height of the protuberances is less than or equal to ten times the thickness of the metal plate 3.
  • the height of the protuberances is less than or equal to five. times the thickness of the metal plate 3. This ratio makes it possible to confer satisfactory mechanical properties on the protuberances 10 while retaining sufficient resistance to the metal plate 3 at the level of the notches 20.
  • the metal plate 3 carrying the notches 20 and the protuberances 10 forms at least one of the elements of the heat exchanger 1.
  • the protuberances 10 are located on the tube 30 for circulating fluid from the exchanger 1.
  • the protuberances 10 and the notches 20 are located both on the internal face and on the internal face. the outer face of the fluid circulation tube 30.
  • the heat exchanges between the two fluids are improved.
  • the protuberances 10 are located on a plate 40 of the fluid circulation of the exchanger 1.
  • the protuberances 10 here make it possible to improve the disturbance of the flow of the fluid flowing through the heat exchanger. long of the fluid flow plate 40 and improve the disturbance of the flow of said fluid.
  • the embodiments presented above do not constitute a limitation.
  • the protuberances 10 and the notches 20 can thus be located on any one of the faces or on both faces of one and / or the other of the elements of the heat exchanger 1.
  • the metal plate 3 is partially covered with material, for example during the formation of one of the elements of the heat exchanger 1, and that the notches 20 are partially or totally filled with said material. Such an embodiment is also within the scope of the present invention. Even if the notches 20 are no longer visible on the surface of the metal plate 3, they nevertheless remain present.
  • the present invention also relates to a heat exchanger 1 comprising a heat exchange surface having a material thickness, said exchange surface being provided with protuberances 10 and notches 20 obtained by a structuring process by scratching the material. of said exchange surface.
  • a surface treatment is a mechanical, chemical, electrochemical or physical operation which has the effect of modifying the appearance or function of the surface of a material in order to adapt it to given conditions of use.
  • the surface structure is created, for example, with a chisel point or chisel roller.
  • a chisel point or chisel roller When the chisel-tipped roller is in contact with the heat exchange surface, in particular the metal plate 3 of the heat exchanger 1, small protuberances 10 having the shape of hooks are dislodged from said metal plate 3.
  • the The protrusions 10 formed are always connected to the metal plate 3.
  • the size of the protrusions 10 obtained depends on the size of the chisels.
  • the invention relates to a method of manufacturing an exchanger as described above. Said manufacturing process comprises the following steps: - surface treatment by scratching at least one face of a metal plate 3, - transformation of the metal plate 3 into an exchange surface of the exchanger such as a tube 30 for fluid circulation, a plate 40 for fluid circulation.
  • FIGS. 6a to 6e schematically illustrate the various stages in the manufacture of a heat exchanger according to the invention.
  • the surface treatment of the metal plate 3 is represented by vertical arrows.
  • the surface treatment by scratching corresponds to the process described above.
  • the surface treatment is here carried out on both sides of the metal plate 3.
  • FIG. 6b shows the metal plate 3 after the surface treatment by scratching.
  • the notches 20 are not shown here.
  • the fluid circulation tube 30 has protuberances 10 on its external face and on its internal face.
  • a plurality of fluid circulation tubes 30 having undergone a surface treatment by scratching are then stacked and are fixed to collecting plates 50.
  • Inlet and outlet manifolds 55 are then positioned on said collector plates 50 so as to obtain a heat exchanger 1 according to the invention as shown in FIG. 1.
  • the distal ends 12 of the protuberances 10 of a first heat exchange surface are brazed to a second heat exchange surface facing them.
  • the outer protrusions 10 of a given fluid circulation tube 30 are thus brazed to the outer surface of an adjacent fluid circulation tube 30 and the inner protrusions 10 of a given fluid circulation tube 30 are brazed. opposite internal face of the same adjacent fluid circulation tube 30.
  • the protuberances 10 thus make it possible to reinforce the mechanical structure of the exchanger 1, in particular to increase the resistance to internal pressure.
  • This technique makes it possible to reduce the number of elements used in the heat exchanger 1. This results in a reduction in the mass of the heat exchanger, a reduction in manufacturing time and easier handling.

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Abstract

Echangeur de chaleur comprenant une surface d'échange de chaleur présentant une épaisseur de matière, ladite surface d'échange étant munie d'une pluralité de protubérances et d'encoches formées en creux dans ladite épaisseur de matière, lesdites protubérances étant issues de matière en périphérie desdites encoches.

Description

Echangeur de chaleur et procédé de fabrication d'un tel échangeur
La présente invention concerne un échangeur de chaleur, tel qu'un échangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur.
Dans un échangeur de chaleur, deux fluides sont mis en relation d'échange thermique via des surfaces d'échange. Dans ces échangeurs, un liquide de refroidissement ou un réfrigérant parcourt des tubes, qui sont eux même en contact avec des ailettes ou autres perturbateurs, ces derniers ayant une fonction d'échange avec l'air. Les fluides circulent au sein des échangeurs de chaleur en dissipant ou en absorbant de l’énergie thermique. L’efficacité des échangeurs de chaleur et des circuits thermodynamiques auxquels ils sont rattachés est principalement déterminée par les échanges thermiques entre les fluides les parcourant.
Dans ce type d'échangeur, une première limitation est la résistance de contact thermique entre la surface d'échange extérieure, constituée par les ailettes, et les canaux de circulation du deuxième fluide, constitués par les tubes ou les plaques. Même si cela est d'autant plus vrai dans le cas des échangeurs obtenus par assemblage mécanique, cette résistance de contact n'est pas non plus négligeable dans le cas des échangeurs brasés. Un levier d'optimisation de la performance passe donc par la suppression de cette résistance de contact.
Une deuxième limitation de ce type d'échangeur est la manipulation d'un nombre important de pièces lors de l'assemblage, qui rend la fabrication de ces échangeurs complexe.
L'invention a pour but de résoudre au moins en partie les problèmes précédents et propose à cet effet, selon un premier aspect, un échangeur de chaleur comprenant une surface d'échange de chaleur présentant une épaisseur de matière, ladite surface d'échange étant munie d'une pluralité de protubérances et d'encoches formées en creux dans ladite épaisseur de matière, lesdites protubérances étant issues de matière en périphérie desdites encoches.
Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant une surface d'échange de chaleur présentant une épaisseur de matière, ladite surface d'échange étant munie de protubérances et d'encoches obtenues par un procédé de structuration par griffage de la matière de ladite surface d'échange.
La présence de protubérance permet d'augmenter la surface d'échange et donc d'améliorer l'échange thermique. De plus, les protubérances agissent comme des dispositifs de perturbation et augmentent ainsi le brassage des fluides. Enfin, les protubérances étant formées directement sur la surface d'échange thermique, le nombre d'élément et la masse de l'échangeur n'augmentent pas tout en limitant voire en éliminant la résistance de contact rencontrée avec l'état de l'art.
L'invention peut également comprendre l'une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible
- les protubérances présentent une base proximale et une extrémité distale,
- base proximale est liée par continuité de matière à ladite à la surface d'échange de chaleur,
- la section de la protubérance au niveau de sa base proximale est sensiblement supérieure à la section de la protubérance au niveau de son extrémité distale,
- les protubérances sont de formes pointues en s'effilant vers leur extrémité distale,
- les protubérances présentent une hauteur comprise entre 0,5mm et 4mm, ladite hauteur étant mesurée entre la base proximale et l'extrémité distale de la protubérance,
- les protubérances présentent une hauteur comprise entre 0,7mm et 2,5mm, ladite hauteur étant mesurée entre la base proximale et l'extrémité distale de la protubérance,
- la hauteur est sensiblement plus importante que les plus grandes dimensions de la base proximale,
- l'échangeur de chaleur comprend au moins un plaque métallique mise en forme de sorte à former un élément dudit échangeur de chaleur tel qu'un tube de circulations de fluide ou une plaque de circulations de fluide, la surface d'échange de chaleur correspondant à une surface de ladite plaque métallique, les protubérances étant issues de matière de ladite plaque métallique,
- les protubérances sont situées sur les deux faces de plaque métallique,
- les protubérances d'une première face de la plaque métallique sont décalées par rapport aux protubérances de la deuxième face de la plaque métallique,
- les encoches d'une première face de la plaque métallique sont décalées par rapport aux encoches de la deuxième face de la plaque métallique, - la hauteur des protubérances est inférieure ou égale à dix fois l'épaisseur de la plaque métallique,
- la hauteur des protubérances est inférieure ou égale à cinq fois l'épaisseur de la plaque métallique,
- les protubérances sont situées sur une face externe et/ou interne du tube de circulations de fluide et/ou de la plaque de circulations de fluide,
- l'échangeur de chaleur comprend un empilement desdites plaques de circulations de fluide et/ou desdits tubes de circulations de fluide,
- les protubérances présentent une forme incurvée,
- les protubérances sont pleines,
- les extrémités distales des protubérances d'une première surface d'échange de chaleur sont brasées à une deuxième surface d'échange de chaleur leur faisant face de sorte à renforcer la structure mécanique de l'échangeur.
Enfin, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur tel que décrit plus haut, comprenant les étapes suivantes :
- traitement de surface par griffage d'au moins une face d'une plaque métallique,
- transformation de la plaque métallique en une surface d'échange de l'échangeur tel qu'un tube de circulations de fluide ou une plaque de circulations de fluide.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- [Fig.1] la figure 1, illustre un échangeur de chaleur selon l'invention,
- [Fig.2] la figure, illustre de façon schématique une vue en coupe d'une partie d'une plaque métallique d'un échangeur selon l'invention,
- [Fig.3] la figure 3, est une illustration d'une plaque métallique d'un échangeur selon l'invention,
- [Fig.4] la figure 4, illustre de façon schématique une seconde plaque métallique d'un échangeur selon l'invention,
- [Fig.5] la figure 5, illustre de façon schématique différentes protubérances,
- [Fig.6a-6e] les figures 6a à 6e, illustrent de façon schématique les différentes étapes de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'invention,
- [Fig.7] la figure 7, illustre une plaque d'un échangeur selon l'invention. Comme représenté à la figure 1, l'invention concerne un échangeur de chaleur 1. Comme visible notamment aux figures 1 et 6, selon un mode de réalisation de l'invention, ledit échangeur 1 comprend un faisceau de tubes 30 de circulation de fluide empilés les uns sur les autres. Les extrémités des tubes 30 de circulation de fluide sont fixées à des plaques collectrices 50 sur lesquelles viennent se positionner des collecteurs 55 d'entrée et de sortie. Un premier fluide arrive par le collecteur 55 d'entrée, passe dans les différents tubes 30 de circulation de fluide, puis ressort de l'échangeur de chaleur 1 par le collecteur 55 de sortie. Un second fluide traverse ledit échangeur de chaleur 1 en passant entre les tubes 30 de circulation de fluide de sorte à échanger des calories avec le premier fluide.
Avantageusement, les tubes 30 de circulation de fluide ne sont pas séparés par des ailettes de perturbation de fluide.
L'échangeur de chaleur 1 est muni d'une surface d'échange de chaleur présentant une pluralité de protubérances 10 et d'encoches 20. La présence de protubérance 10 au niveau de la surface d'échange entraîne une augmentation de la surface d'échange ce qui améliore l'échange thermique. De plus, les protubérances 10 permettent de perturber l'écoulement du fluide venant au contact de la surface d'échange ce qui augmente le brassage du fluide.
Comme illustré aux figures 2 à 4, les encoches 20 sont non traversantes de sorte que le fluide refroidi/chauffé ne puisse pas traverser la surface d'échange de chaleur. Les protubérances 10 sont issues de matière en périphérie des encoches 20. En d'autres termes, une partie de la matière de la surface d'échange de chaleur est délogée de ladite surface et forme une protubérance 10. Ladite protubérance 10 est toujours connectée à la surface d'échange de chaleur par continuité de matière. Comme visible aux figures 2 et 4, la zone d'où provient la matière délogée correspond à l'encoche 20. Pour chaque protubérance 10 correspond une encoche 20 d'où ladite protubérance 10 est issue.
Les protubérances 10 étant formées directement sur la surface d'échange thermique, le nombre d'élément et la masse de l'échangeur 1 n'augmentent pas et la manipulation de l'échangeur 1 lors de sa fabrication en est ainsi facilitée. De plus, le fait que les protubérances 10 soient connectées à la surface d'échange de chaleur par continuité de matière permet d'éliminer la résistance thermique de contact. Les protubérances 10 de l'échangeur selon l'invention présentent avantageusement une forme spécifique. Avantageusement, la forme desdites protubérances peut être assimilée à un crochet. Avantageusement encore, les protubérances 10 présentent une forme incurvée.
Les protubérances 10 présentent une base proximale 11 et une extrémité distale 12. Avantageusement, la section de la protubérance 10 au niveau de sa base proximale 11 est sensiblement supérieure à la section de la protubérance 10 au niveau de son extrémité distale 12. En d'autres termes, la largeur et la profondeur de la base proximale 11 sont sensiblement supérieure à la largeur et à la profondeur de l'extrémité distale 12. La protubérance 10 a ainsi une forme de pointe, évasée vers le haut. Cette forme pointue en s'effilant vers le haut permet d'améliorer les échanges thermiques entre les deux fluides circulant au travers de l'échangeur de chaleur 1 en offrant une conductivité thermique et une perte de charge sur le fluide progressives.
La hauteur des protubérances 10 peut varier en fonction du type d'échangeur de chaleur et du type de fluide associé. La figure 5 illustre différentes protubérances 10 pouvant être présentes sur la surface d'un échangeur de chaleur 1 selon l'invention. Avantageusement, la hauteur desdites protubérances 10 est comprise entre 0,5mm et 4mm, ladite hauteur étant mesurée entre la base proximale 11 et l'extrémité distale 12 de la protubérance. Avantageusement encore, la hauteur desdites protubérances 10 est comprise entre 0,7mm et 2,5mm, ladite hauteur étant mesurée entre la base proximale 11 et l'extrémité distale 12 de la protubérance.
Avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend au moins une plaque métallique 3 mise en forme de sorte à former un élément dudit l'échangeur de chaleur 1. Ledit élément formé à partir de ladite plaque métallique 3 peut notamment être un tube 30 de circulations de fluide ou une plaque 40 de circulations de fluide. La surface d'échange de chaleur correspond ainsi à une surface de la plaque métallique 3, les protubérances 10 étant issues de matière de ladite plaque métallique 3. Les protubérances 10 et les encoches 20 peuvent être localisées sur l'une des faces de la plaque métallique 3 ou sur ses deux faces. La figure 2 représente une plaque métallique 3 présentant des protubérances 10 sur une seule de ses faces et la figure 3 représente une plaque métallique 3 présentant des protubérances 10 sur ses deux faces. Comme illustré à la figure 4, la présence des encoches 20 à la surface de la plaque métallique 3 entraîne une diminution locale de l'épaisseur de la plaque métallique 3 au niveau de l'encoche 20. Avantageusement, les protubérances 10 d'une première face de la plaque métallique 3 sont décalées par rapport aux protubérances 10 de la deuxième face de la plaque métallique 3. De la même manière, les encoches 20 d'une première face de la plaque métallique 3 sont avantageusement décalées par rapport aux encoches 20 de la deuxième face de la plaque métallique 3. Le décalage des protubérances 10, et donc des encoches 20, sur les faces opposées de la plaque métallique 3 permet de répartir les diminutions d'épaisseur de ladite plaque métallique 3 et de conserver une épaisseur minimale de plaque métallique 3. Si les encoches 20 des deux faces étaient alignées, il pourrait en résulter une diminution trop importante de l'épaisseur de la plaque métallique 3 et donc une fragilisation de ladite plaque métallique 3, notamment en termes mécanique ou de résistance à la corrosion.
La hauteur des protubérances dépend également de l'épaisseur de la plaque métallique 3. Avantageusement la hauteur des protubérances est inférieure ou égale à dix fois l'épaisseur de la plaque métallique 3. Avantageusement encore, la hauteur des protubérances est inférieure ou égale à cinq fois l'épaisseur de la plaque métallique 3. Ce ratio permet de conférer des propriétés mécaniques satisfaisantes aux protubérances 10 tout en conservant une résistance suffisante à la plaque métallique 3 au niveau des encoches 20.
La plaque métallique 3 portant les encoches 20 et les protubérances 10 forme l'un au moins des éléments de l'échangeur de chaleur 1.
Selon un mode de réalisation illustré à la figure 6, les protubérances 10 sont situées sur le tube 30 de circulations de fluide de l'échangeur 1. Avantageusement, les protubérances 10 et les encoches 20 sont situées à la fois sur la face interne et sur la face externe du tube 30 de circulations de fluide. Ainsi, les échanges thermiques entre les deux fluides sont améliorés.
Selon un mode de réalisation illustré à la figure 7, les protubérances 10 sont situées sur une plaque 40 de circulations de fluide de l'échangeur 1. Les protubérances 10 permettent ici d'améliorer la perturbation de l’écoulement du fluide s'écoulant le long de la plaque 40 de circulations de fluide et d'améliorer la perturbation de l’écoulement dudit fluide.
Les modes de réalisation présentés ci-dessus ne constituent nullement une limitation. Les protubérances 10 et les encoches 20 peuvent ainsi être situées sur l'une quelconque des faces ou sur les deux faces de l'un et/ou l'autre des éléments de l'échangeur de chaleur 1.
Il est possible que la plaque métallique 3 soit partiellement recouverte de matière, par exemple lors de la formation d'un des éléments de l'échangeur de chaleur 1, et que les encoches 20 soient partiellement ou totalement remplies par ladite matière. Un tel mode de réalisation entre également dans la portée de la présente invention. Même si les encoches 20 ne sont plus visibles à la surface de la plaque métallique 3, elles n'en demeurent pas moins présentes.
La présente invention concerne également un échangeur de chaleur 1 comprenant une surface d'échange de chaleur présentant une épaisseur de matière, ladite surface d'échange étant munie de protubérances 10 et d'encoches 20 obtenues par un procédé de structuration par griffage de la matière de ladite surface d'échange.
Un traitement de surface est une opération mécanique, chimique, électrochimique ou physique qui a pour conséquence de modifier l’aspect ou la fonction de la surface d'un matériau afin de l’adapter à des conditions d’utilisation données.
Lors d'un traitement de surface par griffage, la structure de la surface est créée par exemple avec un rouleau à pointe biseautée ou à burins. Lorsque le rouleau à pointe biseautée est en contact avec la surface d'échange thermique, notamment la plaque métallique 3 de l'échangeur de chaleur 1, des petites protubérances 10 présentant une forme de crochets sont délogées de ladite plaque métallique 3. Cependant, les protubérances 10 formées sont toujours connectées à la plaque métallique 3. La taille des protubérances 10 obtenues dépend de la taille des burins.
Cette technique de traitement de surface par griffage a initialement pour but de former des surfaces d'attache pour lier 2 éléments entre eux. Le demandeur à découvert de manière inattendue que les protubérances ainsi formées peuvent servir de perturbateur de fluide et de surface d'échange de chaleur. Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur tel que décrit plus haut. Ledit procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : - traitement de surface par griffage d'au moins une face d'une plaque métallique 3, - transformation de la plaque métallique 3 en une surface d'échange de l'échangeur tel qu'un tube 30 de circulations de fluide, une plaque 40 de circulations de fluide.
Les figures 6a à 6e illustrent de façon schématique les différentes étapes de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'invention. A la figure 6a, le traitement de surface de la plaque métallique 3 est représenté par des flèches verticales. Le traitement de surface par griffage correspond au procédé décrit plus haut. Le traitement de surface est ici réalisé sur les deux faces de la plaque métallique 3. La figure 6b représente la plaque métallique 3 après le traitement de surface par griffage. Les encoches 20 ne sont ici pas représentées. Une fois que la plaque métallique 3 a subit le traitement de surface par griffage, ladite plaque métallique 3 est repliée sur elle-même comme cela est représenté par une flèche circulaire à la figure 6c. La plaque métallique est ainsi transformée en un tube 30 de circulations de fluide, comme représenté à la figure 6d. Comme le traitement de surface par griffage a été réalisé sur les deux faces de la plaque métallique 3, le tube 30 de circulations de fluide présente des protubérances 10 sur sa face externe et sur sa face interne. Comme illustré à la figure 6e, une pluralité de tubes 30 de circulations de fluide ayant subi un traitement de surface par griffage sont alors empilés et sont fixées à des plaques collectrices 50. Des collecteur 55 d'entrée et de sortie viennent alors se positionner sur lesdites plaques collectrices 50 de sorte à obtenir un échangeur de chaleur 1 selon l'invention tel que représenté à la figure 1.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les extrémités distales 12 des protubérances 10 d'une première surface d'échange de chaleur sont brasées à une deuxième surface d'échange de chaleur leur faisant face. Ceci s'applique à la fois aux tubes 30 de circulation de fluide et aux plaques 40 de circulation de fluide. Les protubérances 10 externes d'un tube 30 de circulation de fluide donné sont ainsi brasées à la surface externe d'un tube 30 de circulation de fluide adjacent et les protubérances 10 internes d'un tube 30 de circulation de fluide donné sont brasées à la face interne opposée du même tube 30 de circulation de fluide adjacent. Les protubérances 10 permettent ainsi de renforcer la structure mécanique de l'échangeur 1, en particulier d'augmenter la résistance à la pression interne.
Cette technique permet de réduire le nombre d'éléments utilisés dans l'échangeur de chaleur 1. Il en résulte une diminution de la masse de l'échangeur de chaleur, une réduction du temps de fabrication et une manipulation facilitée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Echangeur de chaleur (1) comprenant une surface d'échange de chaleur présentant une épaisseur de matière, ladite surface d'échange étant munie d'une pluralité de protubérances (10) et d'encoches (20) formées en creux dans ladite épaisseur de matière, lesdites protubérances (10) étant issues de matière en périphérie desdites encoches (20).
2. Echangeur de chaleur (1) comprenant une surface d'échange de chaleur présentant une épaisseur de matière, ladite surface d'échange étant munie de protubérances (10) et d'encoches (20) obtenues par un procédé de structuration par griffage de la matière de ladite surface d'échange.
3. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les protubérances (10) présentent une base proximale (11) et une extrémité distale (12), ladite base proximale (11) étant liée par continuité de matière à ladite à la surface d'échange de chaleur.
4. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 3, dans lequel la section de la protubérance (10) au niveau de sa base proximale (11) est sensiblement supérieure à la section de la protubérance (10) au niveau de son extrémité distale (12).
5. Echangeur de chaleur (1) selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel les protubérances (10) présentent une hauteur comprise entre 0,7mm et 2,5mm, ladite hauteur étant mesurée entre la base proximale et l'extrémité distale de la protubérance
(10).
6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un plaque métallique (3) mise en forme de sorte à former un élément dudit échangeur de chaleur (1) tel qu'un tube (30) de circulations de fluide ou une plaque (40) de circulations de fluide, la surface d'échange de chaleur correspondant à ladite plaque métallique (3), les protubérances (10) étant issues de matière de ladite plaque (3).
7. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 6, dans lequel les protubérances (10) sont situées sur une face externe et/ou interne du tube (30) de circulations de fluide et/ou de la plaque (40) de circulations de fluide.
8. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 6 et 7, comprenant un empilement desdites plaques (40) de circulations de fluide et/ou desdits tubes (30) de circulations de fluide.
9. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les protubérances (10) présentent une forme incurvée.
10. Procédé de fabrication d'un échangeur (1) selon l'une des précédentes revendications, comprenant les étapes suivantes :
- traitement de surface par griffage d'au moins une face d'une plaque métallique (3), - transformation de la plaque métallique (3) en une surface d'échange de l'échangeur tel qu'un tube (30) de circulations de fluide ou un plaque (40) de circulations de fluide.
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