Brevet FR2657422A1 — publié le 19910726

Echangeur de chaleur à lames, en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur à lames, en particulier pour véhicule automobile. Elle concerne, plus particulièrement, un échangeur de chaleur du type comprenant un empilage de lames de forme allongée, dont chacune est formée par l'assemblage de deux demi-lames en vis-à-vis pour délimiter entre elles au moins un passage d'écoulement d'un premier fluide et dans lequel chaque lame comporte deux extrémités reliées respectivement à deux collecteurs, les lames étant espacées entre elles pour permettre le passage d'un second fluide réalisant un échange thermique avec le premier. On connait déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui sont utilisés notamment comme radiateurs pour refroidir, par de l'air frais, l'huile de lubrification d'un moteur à combustion interne. Cette huile constitue alors -le premier fluide précité qui circule à l'intérieur des lames du collecteur, tandis que l'air frais constitue le second fluide précité qui circule dans les espaces ménagés entre les lames. Dans les échangeurs de chaleur à lames connus de ce type, chaque lame est formée à partir de deux demi-lames en tôle emboutie qui sont disposées à distance l'une de vautre par l'intermédiaire d'une barrette et la lame ainsi formée est écartée de la suivante également par des barrettes disposées rjrthogonalement aux précédentes. Ces échangeurs de chaleur sont délicats à fabriquer. En effet les barrettes sont des pièces de petites dimensions qui doivent nécessairement être bien positionnées de manière à rendre l'échangeur de chaleur aussi efficace que possible. Comme, de plus, les échangeurs de chaleur doivent être réalisés avec différentes dimensions, il faut prévoir des pièces d'emboutissage spécifiques pour réaliser les demi-lames d'un échangeur de chaleur de configuration donnée. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle propose, à cet effet, un échangeur de chaleur à lames du type mentionné en introduction et dans lequel, conformément à l'invention, chaque demi-lame est une pièce métallique filée possédant une face interne dans laquelle sont formées une multiplicité de rainures parallèles, de sorte que, lorsque deux demi-lames sont assemblées par leurs faces internes, en vis-à-vis, elles délimitent entre elles une multiplicité de canaux d'écoulement. Ainsi, à partir d'une même pièce métallique filée, qui constitue en fait un profilé, on peut réaliser l'ensemble des demi-lames d'un même échangeur. De plus, à partir d'un même type de profilé, on peut réaliser toute une gamme d'échangeurs de chaleur qui possèdent des lames de longueurs différentes. L'assemblage des demi-lames par paires et le montage de leurs extrémités sur les deux collecteurs peut se faire facilement, par exemple par brasage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un élément perturbateur intercalé à chaque fois entre les deux demi-lames en vis-à-vis d'une même lame, pour modifier l'écoulement du premier fluide dans les rainures respectives des deux demi-lames. Un tel élément perturbateur permet d'augmenter le trajet de circulation du premier fluide au sein même de l'échangeur et, par conséquent, d'améliorer l'échange thermique entre ce premier fluide et le second fluide. Avantageusement, chaque demi-lame est de forme générale rectangulaire avec une longueur et une largeur données et l'élément perturbateur est une plaque rectangulaire, de même longueur et de même largeur que les deux demi-lames, possédant des parties en relief propres à faire saillie dans les rainures respectives des deux demi-lames. Selon une autre caractéristique de l'invention, les parties en relief de l'élément perturbateur sont disposées en rangées de même écartement que celui des rainures et font saillie à partir des deux faces rectangulaires de la plaque. De préférence, les rainures des demi-plaques ont une section en U limitée par une paroi de fond et par deux parois latérales et les parties en relief sont des languettes rectangulaires de largeur inférieure à celle des rainures et de longueur suffisante pour affleurer la paroi de fond des rainures. Avantageusement, les languettes sont embouties dans la plaque, font un angle défini par rapport au plan de la plaque et sont toutes orientées dans une même direction. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend des éléments intercalaires, encore appelés "barrettes", disposés alternativement entre les lames, s'étendant sur toute la longueur des lames entre les deux collecteurs et propres à être traversés par le second fluide pour réaliser un échange thermique avec le premier fluide. Avantageusement, chaque élément intercalaire comporte une partie centrale de forme ondulée, comprise entre deux parties d'extrémité ayant la forme de barrettes pleines. Le passage du second fluide s'effectue alors au travers des ondulations de la partie centrale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux collecteurs sont de forme cylindrique, possédant une face ouverte propre à recevoir, de manière alternée, les extrémités de lame et les barrettes. De préférence, les extrémités de lames et les barrettes sont brasées sur les collecteurs pour assurer l'assemblage de l'échangeur de chaleur. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se refère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur à lames selon l'invention - la figure 2 est une vue latérale gauche de l'échangeur de chaleur de la figure 1 - la figure 3 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2 - la figure 4 représente, en coupe, un détail de l'échangeur de la figure 1 à échelle agrandie - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 4 ; et - la figure 6 est une vue en coupe éclatée et à échelle agrandie correspondant à une partie de la figure 5. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 à 3 comprend un corps d'échangeur 10 monté entre deux collecteurs, encore appelés "boite à fluide", 12 et 14. Le corps 10 comprend un empilage de lames 16 identiques et de forme allongée. Chacune des lames 16 comporte une première extrémité 18 reliée de façon étanche au collecteur 12 et une seconde extrémité 20 reliée de façon étanche au collecteur 14. En outre, chacune des lames est creuse pour définir intérieurement au moins un passage de circulation de fluide. Les collecteurs 12 et 14 sont munis respectivement d'une tubulure 22 d'entrée de fluide et d'une tubulure 24 de sortie de fluide. Un premier fluide, par exemple de l'huile de lubrification d'un moteur à combustion interne, peut pénétrer dans le collecteur 12 par l'embout 22, circuler ensuite en parallèle à l'intérieur des lames 16 pour gagner le collecteur 14 et quitter enfin ce dernier par la tubulure 24. Les lames 16 présentent des directions générales parallèles et sont espacées entre elles. Dans l'espace ménagé entre deux lames 16 adjacentes, est disposé un élément intercalaire 26, encore appelé "barrette", assurant une liaison mécanique entre les deux lames et permettant en outre le passage d'un second fluide pour réaliser un échange thermique avec le premier fluide. Par exemple, ce second fluide peut être de l'air destiné à refroidir le premier fluide précité. Le corps 10 de l'échangeur de chaleur comprend en outre deux traverses d'extrémité 32 et 34 à section en U et de même longueur que les lames 16 de l'échangeur de chaleur. Les traverses 32 et 34 contribuent, avec les éléments intercalaires 26, à la bonne tenue mécanique des lames 16 du corps 10. Les traverses 32 et 36 comportent avantageusement, dans l'une au moins de leurs ailes, des ouvertures 36, de forme carrée, servant à la fixation de l'échangeur de chaleur ou à la fixation d'accessoires sur ce dernier. Comme on peut le voir sur la figure 3, le collecteur 12 comprend une paroi 38 généralement cylindrique, à section semi-circulaire, délimitant une face ouverte 40. De même, le collecteur 14 comprend une paroi cylindrique 42, de section générale semi-circulaire, formant une face ouverte 44. Les extrémités des lames 16 et des éléments intercalaires 26 sont reliées aux faces ouvertes 40 et 44, par exemple par soudage pour assurer une communication étanche entre les extrémités 18 des lames 16 et le collecteur 12 et entre les extrémités 20 des lames 16 et le collecteur 14. Comme montré à la figure 4, chacune des lames 16 est formée par la réunion de deux demi-lames 16a et 16b qui sont raccordées par leurs extrémités respectives 18a et 18b au collecteur 12 et par leurs extrémités respectives 20a et 20b au collecteur 14. Les demi-lames 16a et 16b ont une forme générale rectangulaire et présentent la même longueur et la même largeur. Elles sont obtenues à partir d'une pièce métallique filée constituant un profilé et dont la forme de la section transversale apparat sur les figures 5 et 6. Les demi-lames 16a et 16b comportent une face externe plate 46a, respectivement 46b, et une face interne plate 48a, respectivement 48b, parallèle à la face externe. Dans les faces internes 48a et 48b, sont ménagées une multiplicité de rainures parallèles 50a, respectivement 50b. Les rainures 50a et 50b ont une section en forme de U. Chacune des rainures 50a comporte deux parois latérales parallèles 52a et une paroi de fond plane 54a. De façon correspondante, les rainures 50b présentent chacune deux parois latérales 52b parallèles et une paroi de fond plane 54b. Les canaux 50a sont à égale distance entre eux, étant séparés à chaque fois par une partie intercalaire 56a. De façon correspondante, les canaux 50b sont séparés entre eux par des parties intercalaires 56b. Les demi-lames 16a et 16b comportent des bords d'extrémité 58a et 58b formant les bords longitudinaux des deux demi-lames. Ainsi, ces deux demi-lames présentent chacune une section qui ressemble à un peigne. Lorsque ces deux demi-lames sont disposées en vis-à-vis (comme montré aux figures 5 et 6), chacune des rainures 50a d'une demi-lame 16a vient en vis-à-vis d'une rainure 50b de la demi-lame 16b correspondante, de manière à constituer ainsi une multiplicité de canaux d'écoulement. Dans une forme de réalisation simplifiée, on pourrait simplement réunir les deux demi-lames en vis-à-vis pour former une multiplicité de canaux d'écoulement ayant chacun une section rectangulaire. Toutefois, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, comme montré aux figures 4 à 6, on intercale entre les faces internes en vis-à-vis 48a et 48b des deux demi-lames un élément perturbateur, désigné dans son ensemble par la référence 60, pour modifier l'écoulement du premier fluide dans les rainures respectives des deux demi-lames. L'élément perturbateur 60 est une plaque rectangulaire 62 de même longueur et de même largeur que les deux demi-lames 58a et 58b. La plaque 62, qui est une plaque métallique de faible épaisseur à revêtement de brasure comporte des parties en relief 64a propres à faire saillie dans les rainures 50a de la demi-lame 16a et des parties en relief 64b propres à faire saillie dans les rainures 50b de la demi-lame 16b. Les parties en relief 64a font saillie à partir d'une des faces de la plaque 62 et les parties en relief 64b font saillie à partir de la face opposée de la plaque 62. Les parties en relief 64a, d'une part, et 64b, d'autre part, sont disposées en rangées de même écartement que celui des rainures des deux demi-lames.Dans l'exemple, les parties en relief 64a et 64b sont des languettes rectangulaires embouties dans la plaque 62 et faisant un angle défini par rapport au plan de la plaque et orientées dans une même direction (figure 4). Ces languettes rectangulaires ont une largeur inférieure à celle des rainures et une longueur suffisante pour affleurer la paroi de fond 54a, respectivement 54b, des rainures 50a et 50b. Comme les parties en relief 64a et 64b sont embouties dans la plaque 62, elles forment, dans cette dernière, une série d'ouvertures 66 (figure 4). De ce fait, une partie du fluide qui circule dans deux rainures 50a et 50b, en vis-à-vis, passe alternativement de part et d'autre du plan de la plaque 62, comme montré par les flèches sur la figure 4. De ce fait, on augmente le trajet de circulation du premier fluide à l'intérieur des lames, ce qui favorise l'échange thermique avec le second fluide. Comme indiqué plus haut, un élément intercalaire 26 est prévu à chaque fois entre deux lames 16 adjacentes. Comme montré à la figure 4, l'élément intercalaire 26 comprend une partie centrale 68, de forme ondulée, comprise entre deux parties d'extrémité 70 ayant chacune la forme d'une barrette pleine. Dans l'exemple (figure 4), chaque barrette comporte une face 72 dirigée vers le collecteur 12 ou le collecteur 14, deux faces parallèles 74 et 76 propres à venir en appui respectivement contre deux demi-lames adjacentes et deux faces inclinées 78 et 80 raccordées suivant une arête arrondie 82 formant appui pour l'une des extrémités de la partie centrale 68. Les faces 74 et 76 comportent chacune une gorge recevant un fil de brasure 84, respectivement 86. Dans les faces ouvertes respectives 40 et 44 des collecteurs 12 et 14, sont introduites les extrémités des lames et les barrettes et les collecteurs sont ensuite soudés avec lesdites extrémités et barrettes de manière à obtenir un raccordement étanche entre les extrémités des lames et les deux collecteurs. L'échangeur de chaleur de l'invention peut être utilisé tout particulièrement pour le refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur à combustion interne. Revendications 1. - Echangeur de chaleur comprenant un empilage de lames (16) de forme allongée, dont chacune est formée par assemblage de deux demi-lames (16a,16b) en vis-à-vis pour délimiter entre elles au moins un passage d'écoulement d'un premier fluide et dans lequel chaque lame comporte deux extrémités (18,20) reliées respectivement à deux collecteurs (12,14), les lames étant espacées entre elles pour permettre le passage d'un second fluide réalisant un échange thermique avec le premier, caractérisé en ce que chaque demi-lame (16a,16b) est une pièce métallique filée possédant une face interne (48a,48b) dans laquelle sont formées une multiplicité de rainures parallèles (50a,50b), de sorte que, quand deux demi-lames sont assemblées par leurs faces internes en vis-à-vis, elles délimitent entre elles une multiplicité de canaux d'écoulement. 2. - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément perturbateur (60) intercalé à chaque fois entre les deux demi-lames (16a,16b) en vis-à-vis d'une même lame (16) pour modifier l'écoulement du fluide dans les rainures respectives (50a,50b) des deux demi-lames. 3. - Echangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel chaque demi-lame (16a,16b) est de forme générale rectangulaire avec une longueur et une largeur données, caractérisé en ce que l'élément perturbateur (60) comprend une plaque rectangulaire (62) de même longueur et de même largeur que les deux demi-lames et possédant des parties en relief (64a,64b) propres à faire saillie dans les rainures respectives (50a,50b) des deux demi-lames. 4. - Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties en relief (64a,64b) sont disposées en rangées de même écartement que celui des rainures (50a,50b) et font saillie à partir des deux faces rectangulaires de la plaque (62). 5. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les rainures (50a,50b) ont une section en U limitée par une paroi de fond (54a,54b) et deux parois (52a,52b), caractérisé en ce que les parties en relief sont des languettes rectangulaires (64a,64b) de largeur inférieure à celle des rainures et de longueur suffisante pour affleurer la paroi de fond (54a,54b) des rainures. 6. - Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties en relief (64a,64b) en forme de languette sont embouties dans la plaque (62), font un angle défini par rapport au plan de cette plaque. 7. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments intercalaires (26) disposés alternativement entre les lames (16), s'étendant sur toute la longueur des lames entre les deux collecteurs (12,14) et propres à être traversés par le second fluide pour réaliser un échange thermique avec le premier fluide. 8. - Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque élément intercalaire (26) comprend une partie centrale (68) de forme ondulée, comprise entre deux parties d'extrémité (72) ayant chacune la forme d'une barrette pleine. 9. - Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caracté risé en ce que les deux collecteurs (12,14) sont de forme cylindrique et possèdent une face ouverte (40,44) propres à recevoir, de façon alternée, les extrémités des lames (16) et les barrettes (70). 10. - Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités des lames (16) et les barrettes (70) sont soudées sur les collecteurs (12,14).