Brevet FR2700839A1 — publié le 19940729

La présente invention concerne un échangeur thermique. L'invention concerne plus particulièrement une nouvelle conception pour un échangeur thermique pouvant notamment être utilisé dans les circuits thermiques d'un véhicule automobile et par exemple dans le circuit d'eau de refroidissement du moteur thermique du véhicule. On connaît de nombreuses conceptions d'échangeurs thermiques couramment utilisés dans le domaine de la construction des véhicules automobiles dont la plupart font appel à un réseau de tubes de refroidissement, comportant une ou plusieurs couches de tubes combinées à un réseau d'ailettes transversales. Le liquide à refroidir, qui est par exemple l'eau du circuit de refroidissement du moteur, circule dans les tubes tandis qu'un courant d'air circule à travers le réseau de tubes et entre les ailettes pour provoquer un refroidissement du liquide par échange thermique entre l'eau et l'air de refroidissement à travers les tubes, cet effet étant amplifié par les ailettes. Un tel échangeur est associé à un ou plusieurs collecteurs de réception de l'eau à refroidir et un ou plusieurs collecteurs permettant de rassembler le liquide pour le diriger à nouveau vers le moteur et constituer ainsi un radiateur automobile. La série ou batterie d'ailettes, ou de lamelles, qui entoure chaque tube de circulation permet d'augmenter la surface d'échange thermique, et donc la conductibilité par rapport à l'air de refroidissement. Pour augmenter l'efficacité du radiateur, et notamment son pouvoir d'échange thermique, il est possible de modifier les cotes et les dimensions du radiateur, d'augmenter le nombre et de modifier la section des tubes de circulation, de créer plusieurs rangées de tubes et de mettre un maximum d'ailettes de refroidissement tout en visant à conserver une perméabilité à l'air du radiateur qui soit suffisante afin de ne pas créer de perte de charge excessive. Il est enfin possible d'exercer un choix des différents matériaux visant notamment à choisir des matériaux à fort coefficient de conductibilité thermique. Toutefois, étant donné la conception des véhicules modernes dans laquelle la place disponible sous le capot moteur est de plus en plus réduite, afin notamment de permettre de profiler aérodynamiquement les véhicules, les possibilités d'accroissement des dimensions et de l'encombrement du radiateur sont particulièrement réduites. De plus, les radiateurs de grandes dimensions réduisent les possibilités de circulation d'air autour du moteur et l'air de refroidissement qui a traversé les radiateurs atteint des températures couramment voisines de 100"C qui aboutissent, compte tenu des autres éléments chauds agencés sous le capot, à des températures sous ce dernier pouvant atteindre 150 0C. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'échangeur thermique dont les dimensions puissent être particulièrement réduites, à pouvoir d'échange équivalent, dont la conception soit simple et économique et qui permette notamment de se dispenser de l'utilisation de ventilateurs de refroidissement, ou de faire appel à des ventilateurs, ou à des dispositifs équivalents, de petites dimensions et moins bruyants que ceux couramment utilisés. Dans ce but, l'invention propose un échangeur thermique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément allongé comportant des canaux internes pour la circulation d'au moins un fluide à refroidir et comportant sur sa surface périphérique des moyens pour la fixation d'au moins un élément radiant destiné à ac croître la surface d'échange thermique entre l'élément allongé et le fluide qui l'entoure. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - lesdits moyens de fixation sont réalisés venus de matière avec l'élément allongé, par exemple par extrusion; - les canaux internes sont réalisés venus de matière, avec l'élément allongé, par exemple par extrusion - les moyens de fixation comportent au moins une rainure longitudinale qui reçoit une partie complémentaire de l'élément radiant - l'élément radiant présente sensiblement la forme d'une ailette qui s'étend dans un plan parallèle à la direction générale de l'élément allongé - l'élément radiant en forme d'ailette comporte un talon de fixation qui est reçu dans la rainure - le talon est un profilé présentant sensiblement une section transversale en forme de U à l'intérieur duquel est reçue une portion de fixation du corps radiant de l'élément radiant - le corps radiant est constitué d'un ensemble de filaments assemblés à la manière d'une brosse - les filaments sont ondulés - le corps radiant est constitué d'un ensemble de feuilles assemblées à la manière d'un cahier - les feuilles sont ondulées ou plissées et/ou perforées ; - la surface périphérique de l'élément allongé comporte au moins deux nervures parallèles qui délimitent entre elles au moins une rainure longitudinale qui reçoit une partie complémentaire de l'élément radiant;; - ladite partie complémentaire de l'élément radiant est montée sertie entre les deux nervures - le profilé en U constitue la monture ou la reliure de l'élément radiant en forme de brosse ou de cahier, respectivement - l'élément allongé présente sensiblement la forme d'une plaque - l'élément allongé présente sensiblement la forme d'un tube - l'élément allongé comporte des trous transversaux pour permettre le passage du fluide qui entoure l'élément allongé - au moins une des extrémités de l'élément allongé est équipée d'un collecteur d'alimentation et/ou d'évacuation du fluide qui circule à l'intérieur des canaux de l'élément allongé - le collecteur comporte un corps de collecteur auquel est relié un conduit principal et au moins un organe de raccordement qui est reçu dans l'extrémité correspondante d'un canal interne de l'élément allongé;; - l'organe de raccordement comporte un tronçon tubulaire qui est reçu de manière étanche dans ladite extrémité dudit canal - le collecteur comporte des pattes d'accrochage qui coopèrent avec lesdites nervures pour assurer la fixation du collecteur sur l'élément allongé. L'invention propose également une conception d'un dispositif de refroidissement, notamment pour un circuit de refroidissement de moteur à combustion de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un échangeur thermique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et une conduite de circulation forcée débouchant sur ledit échangeur et alimentée par une turbine du type centrifuge à écoulement radial. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - La figure 1 est une vue en section transversale d'un élément d'échangeur thermique de base, de forme générale plane réalisé conformément aux enseignements de l'invention ; invention - la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation des éléments radiants associés à l'élément allongé constituant l'élément d'échangeur thermique illustré à la figure 1 - les figures 3 et 4 sont deux vues schématiques en section transversale illustrant un mode d'assemblage des éléments radiants sur l'élément allongé - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une seconde conception d'un élément d'échangeur thermique selon l'invention de forme générale allongée et tubulaire - la figure 6 est une vue schématique illustrant l'association de l'élément allongé tubulaire de la figure 5 avec ses collecteurs d'entrée et de sortie - la figure 7 est un schéma de détail illustrant le mode de raccordement d'un collecteur avec un canal formé dans l'épaisseur de l'élément allongé de base ; ; - la figure 8 est un schéma illustrant les moyens d'accrochage du collecteur sur l'élément allongé tubulaire. L'échangeur thermique illustré à la figure 1 est pour l'essentiel constitué par un élément allongé 10 de forme générale plane réalisé par exemple en aluminium et par exemple par la technique de l'extrusion. L'élément 10 comporte, dans son épaisseur, et s'étendant selon la direction générale d'extrusion, des canaux internes 12 qui, dans l'exemple illustré sur la figure 1, ont une section dont la forme générale est oblongue. Les canaux 12 sont par exemple prévus pour la circulation de l'eau du circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile. La surface périphérique de l'élément 10 constituée par ses deux faces parallèles et opposées 14 comporte des moyens 16 prévus pour permettre la fixation d'éléments radiants 18. Dans l'exemple illustré à la figure 1, les moyens 16 sont constitués par des séries de paires de nervures 16 qui s'étendent parallèlement entre elles et aux canaux 12 et qui sont, dans l'exemple illustré sur les figures, réalisées venues de matière avec l'élément 10 par extrusion. Chaque paire de nervure 16 définit un logement 20 qui présente, en section transversale, sensiblement la forme d'un U dans lequel peut être reçue une partie de base de fixation d'un élément radiant 18. Comme on peut le constater à la figure 2, un élément radiant 18 est par exemple constitué par un profilé 22 qui présente en section transversale sensiblement la forme d'un U et dans lequel sont agencées une série de feuilles ondulées radiantes 24 qui sont assemblées dans le profilé 22 à la manière d'un cahier. L'élément radiant 18 présente ainsi une forme longitudinale allongée globalement similaire à celle d'une ailette. Le montage de l'élément 18 dans le logement 20 est effectué, comme cela est illustré aux figures 3 et 4, par serrage entre deux nervures 16 dont on rapproche, par exemple sur toute leur longueur, les bords supérieurs 17 de manière à pincer le talon en U 22 et les feuilles ondulées 24. Dans le cas où les feuilles 24 sont pliées en deux, comme dans un cahier d'un livre, il est possible de prévoir un jonc longitudinal central 26 pour accroître la tenue des feuilles en place. Chaque élément radiant 18 constitue ainsi un ensemble qui possède une très grande surface d'échange avec l'air qui environne la totalité des feuilles ondulées de grande surface 24, ces dernières pouvant également comporter des trous 28 pour faciliter la circulation de l'air et la perméabilité globale de l'échangeur à l'air. La constitution de l'élément d'échangeur thermique 10 illustré à la figure 1 permet ainsi d'obtenir de manière très simple, un réseau très serré de canaux 12, de formes appropriées, et une très grande surface d'échange avec l'air grâce à la multiplicité des éléments radiants et à la grande surface d'échange avec l'air de ces éléments radiants. Des éléments radiants 18 peuvent être agencés sur les deux faces 14 de l'échangeur 10. A titre de variante, et comme cela est illustré à la partie de droite de la figure 1, l'élément radiant 18 peut être constitué par une série de filaments ondulés 28 assemblés à la manière d'une brosse et serrés, avec ou sans interposition d'un talon en U, entre deux nervures adjacentes 16 d'une même paire. Comme cela est illustré à la figure 5, l'élément 10 peut être réalisé, venu de matière par extrusion, sous la forme d'un élément tubulaire 10 comportant des canaux longitudinaux 12 et des nervures 16, comme dans le cas d'un élément plan. A la figure 5, seule la surface périphérique cylindrique extérieure 14 comporte des nervures 16 mais il est bien entendu possible d'en prévoir sur la surface cylindrique interne 14 pour équiper également cette dernière d'éléments radiants 18. Comme cela est illustré à la figure 5, il est également possible de prévoir des trous transversaux 30 dans l'épaisseur de l'élément 10, entre des canaux adjacents 12, de manière à faciliter la circulation de l'air environnant autour et à travers l'élément 10. On a schématisé à la figure 6 un échangeur thermique complet, également appelé radiateur, constitué par un élément d'échangeur thermique cylindrique 10 du type de celui illustré à la figure 5 dont les faces annulaires d'extrémité 32 sont équipées chacune respectivement d'un collecteur d'entrée 34 et d'un collecteur de sortie 36, également appelés boîtes à eau. Chaque collecteur 34 est par exemple une pièce de forme annulaire réalisée par moulage en matière plastique qui comporte un carter 38 auquel est reliée une conduite principale 40 et qui comporte une série de tubes ou tuyaux secondaires 42 (voir figure 7) dont chacun est reçu à l'intérieur d'un canal 12 avec interposition ou non d'un joint torique d'étanchéité 44. Comme cela est illustré en détail sur la figure 7, l'entrée de chaque canal 12 a pu préalablement être légèrement évasée de manière à constituer un chanfrein d'appui 46. La forme particulière de la section de chaque canal 12 permet, par simple déformation pour y former un chanfrein 46, de loger un joint 44 et il n'est donc plus nécessaire d'effectuer aucune soudure ou collage complémentaire pour assurer 11 étanchéité des collecteurs sur l'élément échangeur 10. Dans le cas où l'échangeur est alimenté en fluide à basse pression, il est possible de renoncer à l'utilisation des joints 44. De même, la fixation des collecteurs 34 et 36 peut être assurée, sans vis ni opération de soudage, à l'aide de pattes d'accrochage 48 qui s'étendent, à l'extérieur, longitudinalement entre deux nervures adjacentes 16 entre lesquelles la patte est serrée et pénètre à la manière d'une griffe. Il est également possible d'assurer la fixation finale lors du sertissage des nervures 16 qui viennent alors pincer la griffe ou patte d'accrochage 48. L a solidarisation des collecteurs est alors assurée sur l'élément d'échangeur 10 en même temps que le serrage des éléments radiants 18 dans les logements 20. Chaque collecteur 34 ou 36 peut être creux en son centre de manière à constituer un échangeur thermique qui se prête particulièrement à son association avec une turbine soufflante du type centrifuge à écoulement radial agencée devant le collecteur d'entrée 34, ou à distance de celui-ci avec interposition d'une conduite pour forcer l'air de refroidissement à l'intérieur et/ou autour de l'échangeur cylindrique 10. L'utilisation d'une telle turbine de petites dimensions permet de réduire notamment les coûts si on les compare avec ceux des ventilateurs couramment utilisés dans le domaine de la construction automobile et également de réduire de manière importante les bruits inhérents à ce type de dispositif de ventilation. La réalisation d'échangeurs en forme de plaques permet notamment de concevoir un radiateur pour motocyclette qui entoure le bloc-moteur sous la forme d'une coquille qui protège latéralement le moteur, ainsi que sa face inférieure. Les éléments radiants sont prévus sur les faces internes de la coque et s'étendent longitudinalement selon la direction de roulage. Cette conception permet également d'insonoriser au moins en partie le moteur. L'invention n'est pas limitée à la production par extrusion de l'élément d'échangeur allongé, ce dernier pouvant par exemple être réalisé par moulage. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément allongé (10) comportant des canaux internes (12) pour la circulation d'au moins un fluide à refroidir et comportant sur sa surface périphérique des moyens (16) pour la fixation d'au moins un élément radiant (18) destiné à accroître la surface d'échange thermique entre l'élément allongé (10) et le fluide qui l'entoure. 2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation (16, 17) sont réalisés venus de matière avec l'élément allongé (10). 3. Echangeur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux internes (12) sont réalisés venus de matière avec l'élément allongé (10). 4. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation (16) comportent au moins une rainure longitudinale (20) qui reçoit une partie complémentaire (22) de l'élément radiant (18). 5. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément radiant (18) présente sensiblement la forme d'une ailette qui s'étend dans un plan parallèle à la direction générale de l'élément allongé (10). 6. Echangeur thermique selon la revendication 5 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément radiant (18) en forme d'ailette comporte un talon (22) de fixation qui est reçu dans la rainure (20). 7. Echangeur thermique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le talon (22) est un profilé présentant sensiblement une section transversale en forme de U à l'intérieur duquel est reçue une portion de fixation du corps radiant de l'élément radiant (18). 8. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le corps radiant est constitué d'un ensemble de filaments (28) assemblés à la manière d'une brosse. 9. Echangeur thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les filaments (28) sont ondulés. 10. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le corps radiant est constitué d'un ensemble de feuilles (24) assemblées à la manière d'un cahier. 11. Echangeur thermique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les feuilles (24) sont ondulées ou plissées et/ou perforées (29). 12. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que la surface périphérique (14) de l'élément allongé comporte au moins deux nervures parallèles (16), qui délimitent entre elles au moins une rainure longitudinale (20) qui reçoit une partie complémentaire de l'élément radiant (18). 13. Echangeur thermique selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite partie complémentaire de l'élément radiant est montée sertie entre les deux nervures (16). 14. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, prises en combinaison avec la revendication 7, caractérisé en ce que le profilé en U (22) constitue la monture ou la reliure de 1 'élément radiant (18) en forme de brosse ou de cahier, respectivement. 15. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément allongé (10) présente sensiblement la forme d'une plaque. 16. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'élément allongé présente sensiblement la forme d'un tube. 17. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément allongé comporte des trous transversaux (30) pour permettre le passage du fluide qui entoure l'élément allongé (10). 18. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins une des extrémités (32) de l'élément allongé est équipée d'un collecteur d'alimentation (34) et/ou d'évacuation (38) du fluide qui circule à l'intérieur des canaux (12) de l'élément allongé (10). 19. Echangeur thermique selon la revendication 18, caractérisé en ce que le collecteur (34) comporte un corps de collecteur (38) auquel est relié un conduit principal (40) et au moins un organe de raccordement (42) qui est reçu dans l'extrémité correspondante d'un canal interne (12) de l'élément allongé. 20. Echangeur thermique selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'organe de raccordement comporte un tronçon tubulaire (42) qui est reçu de manière étanche (44) dans ladite extrémité (46) dudit canal (12). 21. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 18 à 20 prises en combinaison avec la revendication 12, caractérisé en ce que le collecteur comporte des pattes d'accrochage (48) qui coopèrent par friction avec lesdites nervures (16) pour assurer la fixation du collecteur (34) sur l'élément allongé (10). 22. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément allongé (10) est réalisé par extrusion. 23. Dispositif de refroidissement caractérisé en ce qu'il comporte au moins un échangeur thermique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et une conduite de circulation forcée débouchant sur ledit échangeur et alimentée par une turbine du type centrifuge à écoulement radial.