EP2638352A1 - Echangeur de chaleur et procede de formation de perturbateurs associe - Google Patents
Echangeur de chaleur et procede de formation de perturbateurs associeInfo
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- EP2638352A1 EP2638352A1 EP11794059.3A EP11794059A EP2638352A1 EP 2638352 A1 EP2638352 A1 EP 2638352A1 EP 11794059 A EP11794059 A EP 11794059A EP 2638352 A1 EP2638352 A1 EP 2638352A1
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Definitions
- the invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle.
- the invention also relates to a formation method.
- a preferred field of application of the invention is that of supercharged heat engines, especially motor vehicles, which use a particular heat exchanger, also called charge air cooler (abbreviated as RAS), for cooling a fluid, to know the air of the engine.
- RAS charge air cooler
- Supercharged or turbocharged heat engines are powered by an underpressure air called charge air from a turbo-compressor powered by the engine exhaust gas.
- charge air an underpressure air
- a turbo-compressor powered by the engine exhaust gas.
- this air is at a temperature too high and it is desirable, for proper operation of the engine, to cool before admission to the latter.
- a cooler called a charge air cooler is used.
- This chiller has the function of cooling the supercharging air by heat exchange with another fluid such as outside air or a liquid such as water in the engine cooling circuit, thus forming an air / air or liquid type exchanger. /air.
- the circulation of the two fluids is important for the performance of the heat exchanger.
- one of the fluids or the two fluids is circulated through disrupters in order to increase the heat exchange surfaces between the two fluids.
- the invention aims to improve the quality of heat exchange between the two fluids.
- the subject of the invention is a heat exchanger between a first and a second fluid, in particular for a motor vehicle, comprising:
- first circulation channels of the first fluid in a first direction of circulation and second channels of circulation of the second fluid
- the perturbation walls respectively comprise at least one separation rib, said at least one rib extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction of circulating the first fluid, and a predefined distance from said bottom wall to the total width of said wall in the second direction, so as to define at least two flow passes of the second fluid substantially perpendicular to the flow of the first fluid.
- said disrupters are made on said wall by folding said wall;
- a disturbance wall comprises a predetermined number of separation ribs arranged head to tail;
- a disturbance wall comprises a predefined number of separation ribs regularly spaced apart
- said disrupters have a generally noisy shape
- said disrupters are arranged in rows arranged in staggered rows
- said separation ribs are formed in one piece with disrupters which extend at the same distance as said separating ribs;
- said exchanger comprises a bundle of tubes forming the first circulation channels of the first fluid and defining between them the second circulation channels of the second fluid;
- said exchanger comprises a bundle of parallel plates arranged in pairs so as to define the first circulation channels of the first fluid between two pairs of plates and the second circulation channels of the second fluid between the plates of a pair;
- said exchanger is configured to cool the charge air of an engine of a motor vehicle
- the invention also relates to a method for forming disrupters on a disturbance wall of a heat exchanger as defined above, comprising the following steps:
- FIG. 1 is an exploded perspective view of elements of a heat exchanger according to a first embodiment
- FIG. 2 represents a perspective view of the exchanger of FIG. 1 assembled
- FIG. 3 is a simplified view of a disturbance wall of the flow of the second fluid of the exchanger of FIGS. 1 and 2,
- FIG. 4 partially represents a detailed view of disrupters formed on the perturbation wall of FIG. 3;
- FIG. 5 partially shows another detail view of disrupters and a separation rib formed on the perturbation wall of FIG. 3,
- FIG. 6 is an exploded perspective view of elements of a heat exchanger according to a second embodiment
- FIG. 7 is an exploded perspective view showing in greater detail two pairs of plates and a perturbation wall between two plates of a pair of plates of an exchange bundle according to the second embodiment
- FIG. 8 is a view from above of a plate of the exchange bundle according to the second embodiment and of a disturbance wall
- FIG. 9a is a partial sectional view showing the pair of plates of FIG. 8 in the assembled state
- FIG. 9b is a partial perspective view showing the pair of plates of Figures 8 in the assembled state.
- the substantially identical elements bear the same references.
- FIG. 1 shows an exploded view of a heat exchanger 1 and in FIG. 2 a view in the assembled state.
- the exchanger 1 described is configured to cool the supercharging air for a heat engine, such as a diesel engine of a motor vehicle.
- Such an exchanger 1 may be an exchanger called "air-water”, that is to say an exchanger in which the fluids that exchange heat are air and water.
- the water is preferably water from the so-called “low temperature” cooling circuit of said engine; it is typically brine.
- This exchanger 1 comprises:
- the exchanger 1 has a generally parallelepipedal general shape, with:
- first direction of circulation D1 a length L which is the largest dimension, and which corresponds to the general direction of circulation of the supercharging air in the exchanger 1, named first direction of circulation D1
- width j the dimensions of length L and of width 1 form a plane parallel to the plane of air circulation in exchanger 1, and
- the heat exchange bundle 3 comprises, according to a first embodiment, a stack of tubes 9 for circulating the first fluid, the air in our example.
- the internal volume of each tube 9 forms a first circulation channel 10 for the first fluid.
- the tubes 9 are generally of substantially parallelepipedal shape and flattened.
- each tube 9 presents:
- this dimension is parallel to the width 1 of the exchanger 1 and substantially equal to the width j_, and
- this dimension is parallel and less than the thickness e of the exchanger 1; the thickness of each tube 9 is very small in our example since the tubes 9 have a flattened shape.
- the thickness of the tubes 9 may be equal to about 7 or 8 mm for each tube 9, the width 1 of the tubes 9 being equal to about 100 mm.
- the tubes 9 are stacked parallel to each other in the thickness dimension, and allow the circulation of air within them, generally in the direction of the length L of the exchanger.
- the exchanger 1 shown in FIG. 1 comprises a bundle 3 of six tubes 9; of course, it could have a lower or higher number; it is noted here that, in certain cases, the thickness e of the exchanger 1 may be greater than its width 1, if the number of tubes 9 is sufficiently large.
- the tubes 9 define, between them, second flow channels 11 of the second fluid, in our example glycol water.
- the space between two tubes makes it possible to define, here, the second flow channels 11 of the second fluid.
- Disturbance walls 13 of the water flow are formed in these second channels 11 between the tubes 9.
- the disturbance walls 13 are for example fixed by soldering to the surfaces of the tubes 9 defining a second channel 11.
- Such a disturbance wall 13 is shown schematically in FIG. 3.
- FIG. 1 Only a disturbing wall portion 13 has been shown to facilitate understanding of the figure.
- the disturbance walls 13 are in the form of plates which extend substantially over the entire lateral surface of the tubes 9.
- lateral surface is meant the surface of the tubes 9 defined by the dimensions parallel to the length L and to the width 1 of the heat exchanger 1.
- a disturbance wall 13 thus has a substantially rectangular general shape with a length L parallel to the length L and width l j _ parallel to the width 1 of the exchanger 1.
- a disturbance wall 13 fills the entire thickness of the second water circulation channel 11 in which it is arranged.
- the disturbance walls 13 are mounted between all the tubes 9. Disturbance walls 13 can also be mounted between the tubes 9 of the ends of the bundle 3 and the walls of the casing 5.
- Disturbance walls 13 have a shape creating turbulence in the flow of water passing through them.
- a disturbance wall 13 has disrupters 15 (more clearly visible in FIGS. 4 and 5) defining substantially crenellated patterns. These substantially crenellated patterns are in the example shown at right angles.
- the disturbance walls 13 have these substantially crenellated patterns in our example both in the direction parallel to the width 1 of the exchanger 1 and in the direction parallel to the length L of the exchanger 1.
- the disrupters 15 are arranged in rows 17, 17 ', these rows 17; 17 'being arranged in staggered rows, each row 17,17' defining the patterns substantially crenellated.
- the perturbation walls 13 respectively comprise one or more separation ribs 19 for defining water circulation passes in our example. These ribs 19 form a blockage of water forcing the passage of water according to the circulation passes.
- These ribs 19 extend in a second direction D2 substantially perpendicular to the first direction D1 of air circulation, and over a predefined distance.
- the ribs 19 extend respectively a predefined distance d in the width direction of the wall 13 but a distance less than the width of the wall 13 in the direction D2.
- the water thus circulates substantially perpendicular to the flow of air.
- these ribs 19 are arranged head to tail, that is to say that in pairs the ribs 19 extend in opposite directions from two opposite edges of the wall 13.
- the water path shown schematically is obtained by the head-to-tail arrangement of the separation ribs.
- these separation ribs 19 are regularly spaced apart and extend respectively over a predefined distance d in the width direction of the wall 13 less than this width 1.
- This predefined distance d is in the embodiment described the same for each rib 19.
- the separating ribs 19 are formed in one piece with disrupters 15, more precisely with simple rows 17 'of disrupters 15.
- the disrupters 15' extend over the same distance d as the separation ribs 19 and not over the entire width of the disturbance wall 13 unlike other disturbers.
- there are zones 20 which are free of disturbers 15 over the rest of the width of the perturbation wall 13. More specifically, a rib 19 extends over the distance d and a free zone 20 extends. over a distance çT, the two distances d and summands being equal to the width J_ 1 of the wall 13.
- grooves 21 are provided on the disturbance walls 13 to allow the folding defining the crenelated patterns of the disrupters 15. These grooves 21 are defined to prevent excess material during folding for the formation of disrupters 15.
- a first embodiment of the beam 3 with a stack of tubes 9 has previously been described. It is also possible, according to a second embodiment, to provide a beam 103 (FIG. 6) with a stack of parallel plates 109 of which a pair of plates 109 is illustrated in Figure 7.
- a plate 109 (better visible in Figure 8) has a generally rectangular shape. These plates 109 are for example stamped plates.
- the plates 109 are arranged in pairs (see Figures 9a, 9b) so as to delimit firstly the first channels 10 for the circulation of the first fluid, and secondly the second channels 11 for the circulation of the second fluid.
- the plates 109 arranged in pairs define a space e (FIG. 9a) making it possible to define a second channel 11 for the circulation of the second fluid, the coolant in our example.
- the second channels 11 for the circulation of the second fluid are thus defined by two adjacent plates of a pair.
- the space arranged between two plates 109 provided vis-à-vis two pairs of neighboring plates makes it possible to define the first channels 10 for the circulation of the first fluid.
- the plates 109 respectively comprise two openings, for example tubings 125, 127, for the passage of the second fluid coming from an inlet pipe 125 a to exit through an outlet pipe. 127a.
- These pipes 125,127 are for example formed near one of the small sides of the plates 109.
- the tubings 125, 127 of a plate 109 communicate respectively with the tubings 125, 127 of a plate 109 of a neighboring pair, for example by interlocking, to allow the circulation of the second fluid between the plates 109.
- the beam 103 comprises a first end plate 109a forming a cover and a second opposite end plate 109b.
- the first end plate 109a carries an inlet pipe 125a and an outlet pipe 127a for the second fluid.
- end plates 109a, 109b can form with two side walls 105a, 105b the receiving housing 5 for the beam 103 on which are reported the distribution boxes for the first fluid.
- disturbance walls 13 are arranged in the second circulation channels 11 for the second fluid, so as to improve the heat exchange by defining circulation passes for the second fluid. fluid.
- Disturbance walls 13 are mounted in all second channels 11. These walls 13 are substantially identical to the perturbation walls 13 described in the first embodiment of the beam and are not described again.
- the separation rib 19 is obtained by crushing at least one row of disrupters 15.
- the beam 3,103 comprising the first circulation channels 10 with possibly disturbing fins therein, and the second water circulation channels 11 with the perturbation walls 13 is mounted in a receiving housing 5 (FIGS. , and 6) as mentioned previously.
- the housing 5 comprises two walls 23a, 23b shaped L.
- the casing 5 further comprises inlet ducts 25 and outlet 27 of water in the exchanger 1, more precisely on the wall 23a in the example illustrated, as well as connection orifices 25a, 27a associated with a circuit of water in which the exchanger 1 is mounted.
- the walls 23a, 23b are for example brazed.
- the casing 5 may be formed by end plates 109a, 109b of the beam 103 and two side walls 105a, 105b, such as previously described.
- the exchanger 1 comprises, at each of its ends (in the dimension of its length L), an air distribution box.
- an air inlet distribution box 7 and on the other hand a housing (not shown) air outlet distribution.
- the output distribution box (not shown) is in an embodiment similar to the input box 7 and mounted symmetrically; of course, according to another embodiment, the input and output boxes may be different.
- the ends of the air circulation tubes 9 or plates 109, 109a, 109b are connected to the air distribution boxes 7 so that the tubes 9 or the plates 109, 109a, 109b open into the housings 7, more precisely via collectors 29 (FIG. 1).
- the distribution casings 7 are connected to pipes of an air circuit in which the heat exchanger 1 is mounted and has inlet and outlet pipes 31 respectively.
- the air is introduced into the beam 3,103 via the input distribution box 5 and is collected at the output of the beam 3,103 by the output distribution box (not shown).
- the first fluid here the supercharging air enters the exchanger 1 through the inlet box 7 for the first fluid, circulates in the heat exchange beam 3,103 then leaves the exchanger 1 by the box output (not shown) for the first fluid.
- the second fluid here water
- This water then leaves the heat transfer beam 3,103 through the outlet pipe 27 for the second fluid.
- the disrupters 15 are made by folding the wall 13 so as to form crenellated patterns.
- first crenelated or interfering elements arranged in two rows 17 formed in one piece
- second disrupters 15 arranged in a single row 17 'formed in one piece with a rib 19.
- a first folding 33 of generally "U" -shaped shape having two lateral branches 34 is formed. Then, on each lateral branch 34 of the "U", one makes second bends 35 of substantially L-shaped and third bends 37 of substantially L-shaped and inverted orientation relative to second bends 35 and interposed between the second bends 35 so as to define the crenellated form .
- These double rows 17 are for example formed over the entire width of the wall 13.
- first folding 39 of general shape substantially "U” for example of reduced size relative to the first folding 33 for the formation of double rows 17.
- this folding 39 in "U” forms substantially half of the fold 33.
- the second lateral branch 41b of the "U" due to the first folding 39 forms a separation rib 19.
- the single rows 17 and the ribs 19 formed in one piece with the single rows 17 are for example formed over a distance d less than the width of the wall 13.
- the presence of the perturbation walls 13 in the circulation channels of the second fluid, the water in our example makes it possible to increase the heat exchange surface and the arrangement of the separation ribs 19 allows the second fluid circulates perpendicular to the first fluid in one or more passes, that is to say in the case of an air / water cooler that the water circulates in one or more passes substantially perpendicular to the direction Dl of air circulation in the exchanger 1.
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Abstract
L'invention concerne un échangeur de chaleur entre un premier et un second fluides, notamment pour véhicule automobile, comprenant :- des premiers canaux de circulation du premier fluide selon une première direction de circulation (D1), et des seconds canaux de circulation du second fluide, et - des parois de perturbation (13) agencées dans les seconds canaux de circulation du second fluide et présentant des perturbateurs (15) de l'écoulement du second fluide, Selon l'invention, les parois de perturbation (13) comportent respectivement au moins une nervure de séparation (19), ladite au moins une nervure (19) s'étendant :- selon une deuxième direction (D2) sensiblement perpendiculaire à la première direction de circulation du premier fluide, et - sur une distance prédéfinie de ladite paroi (13) inférieure à la largeur totale de ladite paroi selon la deuxième direction, de façon à définir au moins deux passes de circulation du second fluide sensiblement perpendiculairement à la circulation du premier fluide.
Description
Échangeur de chaleur et procédé de formation de perturbateurs associé
L'invention concerne un échangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne aussi un procédé de formation.
Un domaine d'application préférentiel de l'invention est celui des moteurs thermiques suralimentés, notamment de véhicules automobiles, qui utilisent un échangeur de chaleur particulier, encore appelé refroidisseur d'air de suralimentation (en abrégé RAS), pour refroidir un fluide, à savoir l'air de suralimentation du moteur.
Les moteurs thermiques suralimentés, ou turbo-compressés, en particulier les moteurs diesel, sont alimentés par un air sous-pression appelé air de suralimentation provenant d'un turbo-compresseur actionné par les gaz d'échappement du moteur. Par suite de sa compression, cet air se trouve à une température trop élevée et il est souhaitable, pour un bon fonctionnement du moteur, de le refroidir avant son admission dans ce dernier. On utilise pour cela, de manière classique, un refroidisseur appelé refroidisseur d'air de suralimentation. Ce refroidisseur a pour fonction de refroidir l'air de suralimentation par échange thermique avec un autre fluide comme de l'air extérieur ou un liquide comme l'eau du circuit de refroidissement du moteur, formant ainsi un échangeur du type air/air ou liquide/air.
La circulation des deux fluides a une importance pour les performances de l'échangeur de chaleur.
Selon une solution connue, on fait circuler un des fluides ou les deux fluides à travers des perturbateurs afin d'augmenter les surfaces d'échange de chaleur entre les deux fluides.
L'invention a pour objectif d'améliorer la qualité des échanges thermiques entre les deux fluides.
À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur entre un premier et un second fluides, notamment pour véhicule automobile, comprenant :
- des premiers canaux de circulation du premier fluide selon une première direction de circulation, et des seconds canaux de circulation du second fluide, et
- des parois de perturbation agencées dans les seconds canaux de circulation du
second fluide et présentant des perturbateurs de l'écoulement du second fluide, caractérisé en ce que les parois de perturbation comportent respectivement au moins une nervure de séparation, ladite au moins une nervure s'étendant selon une deuxième direction sensiblement perpendiculaire à la première direction de circulation du premier fluide, et sur une distance prédéfinie de ladite paroi inférieure à la largeur totale de ladite paroi selon la deuxième direction, de façon à définir au moins deux passes de circulation du second fluide sensiblement perpendiculairement à la circulation du premier fluide.
Ledit peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- lesdits perturbateurs sont réalisés sur ladite paroi par pliage de ladite paroi;
- une paroi de perturbation comporte un nombre prédéfini de nervures de séparation disposées tête-bêche;
- une paroi de perturbation comporte un nombre prédéfini de nervures de séparation espacées régulièrement;
- lesdits perturbateurs présentent une forme générale sensiblement en créneaux;
- lesdits perturbateurs sont agencés en rangées disposées en quinconce;
- lesdites nervures de séparation sont formées d'une seule pièce avec des perturbateurs qui s'étendent sur la même distance que lesdites nervures de séparation;
- ledit échangeur comprend un faisceau de tubes formant les premiers canaux de circulation du premier fluide et définissant entre eux les seconds canaux de circulation du second fluide;
- ledit échangeur comprend un faisceau de plaques parallèles disposées par paires de manière à définir les premiers canaux de circulation du premier fluide entre deux paires de plaques et les seconds canaux de circulation du second fluide entre les plaques d'une paire;
- ledit échangeur est configuré pour refroidir l'air de suralimentation d'un moteur d'un véhicule automobile;
- le premier fluide est de l'air de suralimentation et le second fluide est un liquide de refroidissement.
L'invention concerne encore un procédé de formation de perturbateurs sur une paroi de perturbation d'un échangeur de chaleur tel que défini ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
- on réalise d'une seule pièce des rangées doubles de perturbateurs, et
- on réalise des rangées simples de perturbateurs respectivement d'une seule pièce avec des nervures de séparation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'éléments d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation,
- la figure 2 représente une vue en perspective de l'échangeur de la figure 1 assemblé,
- la figure 3 représente de façon simplifiée une paroi de perturbation de l'écoulement du deuxième fluide de l'échangeur des figures 1 et 2,
- la figure 4 représente partiellement une vue en détail de perturbateurs formés sur la paroi de perturbation de la figure 3,
- la figure 5 représente partiellement une autre vue en détail de perturbateurs et d'une nervure de séparation formés sur la paroi de perturbation de la figure 3,
- la figure 6 est une vue en perspective éclatée d'éléments d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 7 est une vue en perspective éclatée représentant plus en détail deux paires de plaques et une paroi de perturbation entre deux plaques d'une paire de plaques d'un faisceau d'échange selon le deuxième mode de réalisation,
- la figure 8 est une vue de dessus d'une plaque du faisceau d'échange selon le deuxième mode de réalisation et d'une paroi de perturbation,
- la figure 9a est une vue partielle en coupe représentant la paire de plaques de la figures 8 à l'état assemblé,
- la figure 9b est une vue partielle en perspective représentant la paire de plaques de la figures 8 à l'état assemblé.
Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
On a représenté sur la figure 1, une vue en éclaté d'un échangeur 1 de chaleur et sur la figure 2 une vue à l'état assemblé.
En particulier, l'échangeur 1 décrit est configuré pour refroidir l'air de suralimentation pour moteur thermique, tel qu'un moteur diesel de véhicule automobile.
Un tel échangeur 1 peut être un échangeur dit « air-eau », c'est-à-dire un échangeur dans lequel les fluides qui échangent de la chaleur sont l'air et l'eau. Dans le cas d'un refroidisseur d'air de suralimentation; l'eau est de préférence de l'eau du circuit de refroidissement dit "basse température" dudit moteur; il s'agit typiquement d'eau glycolée.
Cet échangeur 1 comporte :
- un faisceau 3 d'échange de chaleur entre un premier fluide tel que l'air de suralimentation et un deuxième fluide tel que le liquide de refroidissement,
- un carter 5 de réception du faisceau d'échange 3,
- un boîtier 7 d'entrée du premier fluide,
- un boîtier de sortie du premier fluide (non représenté).
En références aux figures 1 et 2, l'échangeur 1 présente une forme générale sensiblement parallélépipédique, avec :
- une longueur L qui est la plus grande dimension, et qui correspond à la direction générale de circulation de l'air de suralimentation dans l'échangeur 1, nommée première direction de circulation Dl,
- une largeur j_, les dimensions de longueur L et de largeur 1 forment un plan parallèle au plan de circulation de l'air dans l'échangeur 1, et
- une épaisseur e pour un empilement de tubes 9 de circulation tel que décrit par la suite.
Le faisceau d'échange
Le faisceau 3 d'échange de chaleur comporte selon un premier mode de réalisation un empilement de tubes 9 de circulation du premier fluide, l'air dans notre exemple. Le volume intérieur de chaque tube 9 forme un premier canal de circulation 10 pour le premier fluide.
Selon ce premier mode de réalisation, les tubes 9 sont de forme générale sensiblement parallélépipédique et aplatie.
En références aux figures 1 et 2, chaque tube 9 présente :
- une longueur qui est la plus grande dimension, cette dimension est parallèle à la longueur L de l'échangeur 1 et sensiblement égale à la longueur L,
- une largeur, cette dimension est parallèle à la largeur 1 de l'échangeur 1 et sensiblement égale à la largeur j_, et
- une épaisseur, cette dimension est parallèle et inférieure à l'épaisseur e de l'échangeur 1; l'épaisseur de chaque tube 9 est très petite dans notre exemple puisque les tubes 9 présentent une forme aplatie.
À titre d'exemple, l'épaisseur des tubes 9 peut être égale à environ 7 ou 8 mm pour chaque tube 9, la largeur 1 des tubes 9 étant égale à environ 100 mm.
Les tubes 9 sont empilés parallèlement les uns aux autres dans la dimension d'épaisseur, et permettent la circulation d'air en leur sein, globalement dans la direction de la longueur L de l'échangeur.
L'échangeur 1 représenté sur la figure 1 comporte un faisceau 3 de six tubes 9; bien entendu, il pourrait en comporter un nombre inférieur ou supérieur; on note ici que, dans certains cas, l'épaisseur e de l'échangeur 1 peut être plus importante que sa largeur 1, si le nombre de tubes 9 est suffisamment important.
En outre, on peut prévoir dans le volume intérieur des tubes 9, définissant les premiers canaux 10, des ailettes de perturbation (non représentées), par exemple de forme sensiblement ondulée, de façon à perturber l'écoulement de l'air dans ces tubes 9. Cette perturbation permet de faciliter les échanges thermiques entre l'air et l'eau au travers des parois des tubes 9. Ces ailettes sont bien connues de l'homme du métier et ne
sont pas décrites plus en détail dans la présente.
Par ailleurs, les tubes 9 définissent, entre eux, des seconds canaux 11 d'écoulement du deuxième fluide, dans notre exemple l'eau glycolée. Autrement dit, l'espace entre deux tubes permet de définir, ici, les seconds canaux 11 d'écoulement du deuxième fluide.
Des parois de perturbation 13 de l'écoulement d'eau sont ménagées dans ces seconds canaux 11 entre les tubes 9.
Les parois de perturbation 13 sont par exemple fixées par brasage aux surfaces des tubes 9 définissant un second canal 11.
Une telle paroi de perturbation 13 est représentée de façon simplifiée sur la figure 3. Sur la figure 1, on n'a représenté qu'une portion de paroi de perturbation 13 pour faciliter la compréhension de la figure.
Les parois de perturbation 13 se présentent sous la forme de plaques qui s'étendent sensiblement sur toute la surface latérale des tubes 9. On entend par surface latérale, la surface des tubes 9 définie par les dimensions parallèles à la longueur L et à la largeur 1 de l'échangeur 1. Une paroi de perturbation 13 présente donc une forme générale sensiblement rectangulaire avec une longueur Li parallèle à la longueur L et une largeur lj_ parallèle à la largeur 1 de l'échangeur 1.
Selon le mode de réalisation décrit, une paroi de perturbation 13 remplit toute l'épaisseur du second canal 11 de circulation d'eau dans lequel il est disposé.
Les parois de perturbation 13 sont montées entre tous les tubes 9. Des parois de perturbation 13 peuvent également être montées entre les tubes 9 d'extrémités du faisceau 3 et les parois du carter 5.
Les parois de perturbation 13 ont une forme créant des turbulences dans l'écoulement d'eau passant à travers eux.
Plus précisément, une paroi de perturbation 13 présente des perturbateurs 15 (mieux visibles sur les figures 4 et 5) définissant des motifs sensiblement en créneaux. Ces motifs sensiblement en créneaux se font dans l'exemple illustré à angles droits.
Ces motifs sont par exemple réalisés par pliage d'une seule pièce : la paroi 13.
Les parois de perturbation 13 présentent ces motifs sensiblement en créneaux dans notre exemple tant dans la direction parallèle à la largeur 1 de l'échangeur 1 que dans la direction parallèle à la longueur L de l'échangeur 1.
Plus précisément, les perturbateurs 15 sont agencés en rangées 17,17', ces rangées 17; 17' étant disposées en quinconce, chaque rangée 17,17' définissant les motifs sensiblement en créneaux.
En outre, en se référant aux figures 3 à 5, les parois de perturbation 13 comportent respectivement une ou plusieurs nervure(s) de séparation 19 permettant de définir des passes de circulation de l'eau dans notre exemple. Ces nervures 19 forment un blocage de l'eau forçant le passage de l'eau selon les passes de circulation.
Le trajet de l'eau selon ces passes de circulation est illustré de façon schématique par la flèche sensiblement ondulée F sur la figure 3.
Dans l'exemple illustré sur la figure 3, quatre nervures 19 de séparation sont représentées. Bien sûr le nombre de nervures 19 est à adapter selon les besoins de performances de l'échangeur 1.
Ces nervures 19 s'étendent selon une deuxième direction D2 sensiblement perpendiculaire à la première direction Dl de circulation de l'air, et sur une distance prédéfinie. Ici, les nervures 19 s'étendent respectivement sur une distance prédéfinie d dans le sens de la largeur de la paroi 13 mais sur une distance inférieure à la largeur de la paroi 13 dans la direction D2.
L'eau circule ainsi de façon sensiblement perpendiculaire à la circulation de l'air.
De plus, ces nervures 19 sont agencées tête-bêche, c'est-à-dire que deux à deux les nervures 19 s'étendent en sens inverse en partant de deux bords opposés de la paroi 13.
Le trajet de l'eau représenté schématiquement est obtenu par la disposition tête- bêche des nervures de séparation.
De plus, ces nervures de séparation 19 sont régulièrement espacées et s'étendent respectivement sur une distance prédéfinie d dans le sens de la largeur de la paroi 13 inférieure à cette largeur l Cette distance prédéfinie d est dans le mode de réalisation décrit la même pour chaque nervure 19.
En outre comme on le remarque sur les figures 4 et 5, les nervures de séparation 19 sont formées d'une seule pièce avec des perturbateurs 15, plus précisément avec des rangées simples 17' de perturbateurs 15. Dans ce cas les perturbateurs 15 s'étendent sur la même distance d que les nervures de séparation 19 et non sur toute la largeur de la paroi de perturbation 13 contrairement aux autres perturbateurs. Il existe donc au niveau de ces nervures 19 des zones 20 dépourvues de perturbateurs 15 sur le reste de la largeur de la paroi de perturbation 13. Plus précisément, une nervure 19 s'étend sur la distance d et une zone libre 20 s'étend sur une distance çT , les deux distances d et d' sommées étant gales à la largeur J_1 de la paroi 13.
Par ailleurs, en se référant à la figure 5 on constate que des rainures 21 sont prévues sur les parois de perturbation 13 pour permettre le pliage définissant les motifs en créneaux des perturbateurs 15. Ces rainures 21 sont définies pour éviter un surplus de matière lors du pliage pour la formation des perturbateurs 15.
Ainsi, dans l'exemple décrit sur les figures 1 à 5, de l'eau circule entre les tubes 9 de circulation d'air et son écoulement est perturbé par les parois de perturbation 13, ce qui facilite les échanges thermiques avec l'air au travers des parois des tubes 9. De plus, l'eau circule sensiblement perpendiculairement en plusieurs passes ce qui augmente encore la qualité des échanges thermiques. On a décrit précédemment un premier mode de réalisation du faisceau 3 avec un empilement de tubes 9. On peut aussi prévoir selon un deuxième mode de réalisation un faisceau 103 (figure 6) avec un empilement de plaques 109 parallèles dont une paire de plaques 109 est illustrée sur la figure 7.
Une plaque 109 (mieux visible sur la figure 8) présente une forme générale rectangulaire. Ces plaques 109 sont par exemple des plaques embouties.
Les plaques 109 sont disposées par paires (cf figures 9a,9b) de façon à délimiter d'une part les premiers canaux 10 pour la circulation du premier fluide, et d'autre part les seconds canaux 11 pour la circulation du second fluide.
En effet, les plaques 109 disposées par paires définissent un espace e (figure 9a) permettant de délimiter un second canal 11 pour la circulation du second fluide, le
liquide de refroidissement dans notre exemple. Les seconds canaux 11 pour la circulation du second fluide sont donc définis par deux plaques adjacentes d'une paire.
L'espace aménagé entre deux plaques 109 prévues en vis-à-vis de deux paires de plaques voisines permet de définir les premiers canaux 10 pour la circulation du premier fluide.
En outre, comme on le constate sur les figures 6 et 7, les plaques 109 comportent respectivement deux ouvertures, par exemple des tubulures 125,127, pour le passage du second fluide provenant d'une tubulure d'entrée 125a pour ressortir par une tubulure de sortie 127a. Ces tubulures 125,127 sont par exemple formées à proximité d'un des petits cotés des plaques 109.
Les tubulures 125,127 d'une plaque 109 communiquent respectivement avec les tubulures 125,127 d'une plaque 109 d'une paire voisine, par exemple par emboîtement, pour permettre la circulation du second fluide entre les plaques 109.
De plus, dans ce second mode de réalisation, on peut prévoir que le faisceau 103 comprenne une première plaque d'extrémité 109a formant couvercle et une deuxième plaque d'extrémité opposée 109b. Selon l'exemple de réalisation illustré, la première plaque d'extrémité 109a porte une tubulure d'entrée 125a et une tubulure de sortie 127a pour le second fluide.
Ces plaques d'extrémité 109a, 109b peuvent former avec deux parois latérales 105a, 105b le carter de réception 5 pour le faisceau 103 sur lequel sont rapportées les boîtiers de distribution pour le premier fluide.
Par ailleurs, comme l'illustrent les figures 7 à 9b, des parois 13 de perturbation sont agencées dans les seconds canaux 11 de circulation pour le second fluide, de manière à améliorer l'échange de chaleur en définissant des passes de circulation pour le second fluide. Les parois de perturbation 13 sont montées dans tous les seconds canaux 11. Ces parois 13 sont sensiblement identiques aux parois 13 de perturbation décrites dans le premier mode de réalisation du faisceau et ne sont pas décrites à nouveau. Un autre mode de réalisation particulier non illustré propose que les parois de
perturbation 13 de l'écoulement d'eau ménagées dans les seconds canaux 11 entre les tubes 9 présentent des perturbateurs et au moins une nervure de séparation 19 permettant de définir au moins passes de circulation de l'eau dans notre exemple. Dans ce mode de réalisation particulier, la nervure de séparation 19 est obtenue par écrasement d'au moins une rangée de perturbateurs 15.
Carter
Le faisceau 3,103 comprenant les premiers canaux de circulation 10 avec éventuellement des ailettes de perturbation en leur sein, et les seconds canaux de circulation 11 de l'eau avec les parois de perturbation 13 est monté dans un carter de réception 5 (figures 1,2, et 6) comme mentionné précédemment.
Bien sûr on peut prévoir en variante que ces éléments soient montés dans un boîtier ou encore dans deux demi-carters.
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2 concernant le premier mode de réalisation du faisceau d'échange 3, le carter 5 comporte deux parois 23a,23b conformées en L.
Le carter 5 comporte en outre des canalisations d'entrée 25 et de sortie 27 d'eau dans l'échangeur 1, plus précisément sur la paroi 23a dans l'exemple illustré, ainsi que des orifices de connexion 25a,27a associés à un circuit d'eau dans lequel l'échangeur 1 est monté.
Pour former le carter 5 sous sa forme définitive, les parois 23a,23b sont par exemple brasées.
Dans l'exemple illustré sur la figure 6 concernant le deuxième mode de réalisation du faisceau d'échange 103, le carter 5 peut être formé par des plaques d'extrémité 109a, 109b du faisceau 103 et deux parois latérales 105a, 105b, tel que décrit précédemment.
Boîtier de distribution d'air
Comme évoqué précédemment, l'échangeur 1 comporte, à chacune de ses extrémités (dans la dimension de sa longueur L), un boîtier de distribution d'air. D'une part un boîtier 7 de distribution d'entrée d'air et, d'autre part un boîtier (non représenté)
de distribution de sortie d'air. Le boîtier de distribution de sortie (non représenté) est selon un mode de réalisation semblable au boîtier d'entrée 7 et monté de manière symétrique; bien entendu, selon une autre forme de réalisation, les boîtiers d'entrée et de sortie peuvent être différents.
Les extrémités des tubes 9 de circulation d'air ou des plaques 109, 109a, 109b sont connectées aux boîtiers 7 de distribution d'air de sorte que les tubes 9 ou les plaques 109, 109a, 109b débouchent dans les boîtiers 7, plus précisément via des collecteurs 29 (figure 1). Le volume intérieur des tubes 9 ou défini entre deux plaques 109 d'une paire de plaques 109, étant ainsi en communication avec le volume intérieur des boîtiers 7 de distribution.
Les boîtiers 7 de distribution sont reliés à des canalisations d'un circuit d'air dans lequel est monté l'échangeur 1 et présente des tubulures respectivement d'entrée 31 et de sortie. L'air est introduit dans le faisceau 3,103 par l'intermédiaire du boîtier 5 de distribution d'entrée et est recueilli en sortie du faisceau 3,103 par le boîtier de distribution de sortie (non représenté).
La structure des boîtiers de distribution est connue de l'homme du métier et n'est pas décrite plus en détail dans la présente.
Ainsi, le premier fluide, ici l'air de suralimentation pénètre dans l'échangeur 1 par la boîte d'entrée 7 pour le premier fluide, circule dans le faisceau 3,103 d'échange de chaleur puis sort de l'échangeur 1 par la boîte de sortie (non représentée) pour le premier fluide.
Quant au second fluide, ici l'eau, elle pénètre dans le faisceau 3,103 d'échange de chaleur, par la canalisation d'entrée 25 pour le second fluide, circule dans les seconds canaux 11 de circulation du faisceau 3 d'échange de chaleur selon une ou plusieurs passes de circulation définies par les parois de perturbations 13, pour échanger de la chaleur avec l'air de suralimentation à refroidir. Cette eau quitte ensuite le faisceau 3,103 d'échange de chaleur par la canalisation de sortie 27 pour le second fluide. Procédé de formation des perturbateurs
On décrit maintenant un procédé de formation des perturbateurs 15 et des
nervures de séparation 19 sur les parois de perturbation 13.
De façon connue, les perturbateurs 15 sont réalisés par pliage de la paroi 13 de façon à former des motifs en créneaux.
Selon le mode de réalisation décrit on réalise :
- d'une part des premiers éléments crénelés ou perturbateurs 15 agencés selon deux rangées 17 formées d'une seule pièce, et
- d'autre part des seconds perturbateurs 15 agencés selon une rangée 17' simple formée d'une seule pièce avec une nervure 19.
Concernant les doubles rangées 17 de perturbateurs 15, formées d'une seule pièce, on réalise par exemple un premier pliage 33 de forme générale sensiblement en « U » présentant deux branches latérales 34. Puis sur chaque branche latérale 34 du « U », on réalise des seconds pliages 35 de forme sensiblement en « L » et des troisièmes pliages 37 de forme sensiblement en « L » et d'orientation inversée par rapport aux seconds pliages 35 et intercalés entre les seconds pliages 35 de façon à définir la forme en créneaux.
Ces doubles rangées 17 sont par exemple formées sur toute la largeur de la paroi 13.
Et, concernant la formation des rangées simples 17' de perturbateurs 15 respectivement formées d'une seule pièce avec les nervures 19, on réalise par exemple d'une part des rainures 21 puis de façon centrée par rapport aux rainures 21 un premier pliage 39 de forme générale sensiblement en « U » par exemple de taille réduite par rapport au premier pliage 33 pour la formation des doubles rangées 17. Dans l'exemple illustré ce pliage 39 en « U » forme sensiblement la moitié du pliage 33.
Ensuite de façon similaire aux doubles rangées 17 de perturbateurs 15, on réalise sur une première branche latérale 41a du « U » des seconds pliages 35' de forme sensiblement en « L » et des troisièmes pliages 37' de forme sensiblement en « L » et d'orientation inversée par rapport aux seconds pliages 35' et intercalés entre les premiers pliages 35' de façon à former une rangée 17' simple avec des perturbateurs 15 sensiblement en créneaux.
La deuxième branche latérale 41b du « U » dû au premier pliage 39 forme une
nervure de séparation 19.
Les rangées simples 17 et les nervures 19 formées d'une seule pièce avec les rangées simples 17 sont par exemple formées sur une distance d inférieure à la largeur de la paroi 13.
Ainsi, la présence des parois de perturbation 13 dans les canaux de circulation du deuxième fluide, l'eau dans notre exemple, permet d'augmenter la surface d'échange de chaleur et l'agencement des nervures de séparation 19 permet que le deuxième fluide circule perpendiculairement au premier fluide en une ou plusieurs passes, c'est-à-dire dans le cas d'un refroidisseur air/eau que l'eau circule en une ou plusieurs passes sensiblement perpendiculairement à la direction Dl de circulation de l'air dans l'échangeur 1.
On favorise encore les échanges thermiques et ceci sans nécessiter de pièce supplémentaire aux parois de perturbation 13.
Claims
1. Échangeur de chaleur entre un premier et un second fluides, notamment pour véhicule automobile, comprenant :
- des premiers canaux (10) de circulation du premier fluide selon une première direction de circulation (Dl), et des seconds canaux (11) de circulation du second fluide, et
- des parois de perturbation (13) agencées dans les seconds canaux (11) de circulation du second fluide et présentant des perturbateurs (15) de l'écoulement du second fluide, caractérisé en ce que les parois de perturbation (13) comportent respectivement au moins une nervure de séparation (19), ladite au moins une nervure (19) s'étendant :
- selon une deuxième direction (D2) sensiblement perpendiculaire à la première direction (Dl) de circulation du premier fluide, et
- sur une distance prédéfinie de ladite paroi (13) inférieure à la largeur totale de ladite paroi selon la deuxième direction, de façon à définir au moins deux passes de circulation du second fluide sensiblement perpendiculairement à la circulation du premier fluide.
2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits perturbateurs (15) sont réalisés sur ladite paroi (13) par pliage de ladite paroi (13).
3. Échangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi de perturbation (13) comporte un nombre prédéfini de nervures de séparation (19) disposées tête-bêche.
4. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi de perturbation (13) comporte un nombre prédéfini de nervures de séparation (19) espacées régulièrement.
5. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits perturbateurs (15) présentent une forme générale sensiblement en créneaux.
6. Échangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits perturbateurs (15) sont agencés en rangées (17,17') disposées en quinconce.
7. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites nervures de séparation (19) sont formées d'une seule pièce avec des perturbateurs (15) qui s'étendent sur la même distance que lesdites nervures de séparation (19).
8. Échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes (9) formant les premiers canaux (10) de circulation (10) du premier fluide et définissant entre eux les seconds canaux (11) de circulation du second fluide.
9. Échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que qu'il comprend un faisceau de plaques (109) parallèles disposées par paires de manière à définir les premiers canaux (10) de circulation du premier fluide entre deux paires de plaques (109) et les seconds canaux (11) de circulation du second fluide entre les plaques (109) d'une paire.
10. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour refroidir l'air de suralimentation d'un moteur d'un véhicule automobile.
11. Procédé de formation de perturbateurs (15) sur une paroi de perturbation (13) d'un échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on réalise d'une seule pièce des rangées doubles (17) de perturbateurs (15), et - on réalise des rangées simples (17') de perturbateurs (15) respectivement d'une seule pièce avec des nervures de séparation (19).
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