Brevet FR2720489A1 — publié le 19951201

Echangeur de chaleur pour le traitement d'un fluide L'invention concerne un échangeur de chaleur pour le traite- ment d'un fluide, notamment pour le refroidissement d'un flux d'air à haute température issu du turbocompresseur d'un véhicule industriel. On connaît déjà des échangeurs de chaleur qui comprennent deux boîtes à fluide, une multiplicité de barrettes interca- laires disposées par paires, ainsi qu'une multiplicité de plaques disposées par paires pour encadrer lesdites paires de barrettes et former en collaboration avec elles des chambres de circulation du fluide. Un échangeur de ce type est connu notamment d'après le Brevet français No 80 06704 publié sous le No 2 479 438, lequel comprend des paires de barrettes longitudinales et transver- sales, chaque paire de barrettes longitudinales étant encadrée à ses extrémités par deux paires de barrettes transversales, positionnées perpendiculairement à celles-ci. Dans cet échangeur de type connu, les barrettes longitudina- les collaborent avec les plaques pour former des chambres de circulation du fluide, alors que les barrettes transversales servent à la fois d'intercalaires entre deux chambres successives, et de bouches de circulation du fluide entre les boîtes à fluide et la chambre qu'elles encadrent. L'inconvénient majeur de ce type d'échangeur réside dans la complexité de l'assemblage des différents éléments qui le constituent. En effet, afin de rendre rigide cet empilement de plaques et barrettes, on est obligé de visser chaque barrette longitudi- nale sur des cadres métalliques latéraux. On effectue ensuite un brasage des éléments entre eux, puis on visse chaque barrette transversale sur les boîtes à fluide. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvé- nient. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini précédemment dans lequel, selon l'invention, chaque boîte à fluide comprend une plaque collectrice munie d'ouver- tures aptes à recevoir des parties terminales des paires de barrettes, et d'ouvertures aptes à autoriser la libre circulation du fluide entre les chambres et les boîtes à fluide. Par ailleurs, les extrémités des paires de plaques sont repliées et fixées contre les plaques collectrices de telle sorte que deux plaques en regard, appartenant respectivement à deux chambres consécutives, ont leurs extrémités tournées l'une vers l'autre, formant ainsi des conduits dans lesquels peut circuler un flux d'air à traiter. L'échangeur ainsi constitué ne nécessite plus l'utilisation de barrettes transversales qui sont avantageusement rempla- cées par les ouvertures pratiquées dans les plaques collec- trices. L'espace plein entre deux ouvertures sert alors d'intercalaire de séparation entre deux chambres, créant ainsi directement des conduits de circulation d'air. Ces conduits seront par ailleurs rendus plus rigides par la mise en position tête-bêche des extrémités des plaques appartenant à deux chambres consécutives. Les extrémités repliées des paires de plaques sont avantageu- sement tournées l'une vers l'autre. La longueur des ouvertures est notablement inférieure à la largeur d'une plaque collectrice. En conséquence, des barrettes sensiblement linéaires ne pourraient pas se loger dans de telles ouvertures, puisqu'elles ne se trouveraient pas en regard de celles-ci. C'est pourquoi selon une autre caractéristique de l'inven- tion, chaque barrette comprend une partie centrale sensible- ment linéaire, qui s'étend parallèlement au bord longitudinal des plaques et prolongée de part et d'autre par une partie coudée pour autoriser l'encastrement de ladite barrette dans une ouverture, chaque partie coudée étant prolongée par une partie terminale logée dans une boîte à fluide. Dans une première forme de réalisation, chaque paire de barrettes est encastrée dans une même ouverture qui sert à la fois de logement pour barrettes et de bouche de circulation du fluide. Dans cette forme de réalisation, les parties terminales des paires de barrettes sont repliées sur elles-mêmes en formant un arc de cercle, de telle sorte que ces parties terminales soient en contact pour bloquer lesdites barrettes contre les extrémités de l'ouverture dans laquelle elles sont logées. Chaque barrette de la paire ainsi constituée se trouve bloquée transversalement dans l'ouverture puisque les parties terminales de la paire de barrette se repoussent mutuellement par effet de contrainte. Dans une seconde forme de réalisation, chaque barrette d'une paire de barrettes est encastrée dans une ouverture de même section que ladite barrette, formant logement. Chaque logement est positionné sensiblement symétriquement de part et d'autre d'une ouverture centrale formant bouche de circulation du fluide. Dans cette forme de réalisation, chaque barrette est immobi- lisée de façon indépendante. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les plaques collectrices comprennent des pattes de fixation pour maintenir les extrémités repliées appartenant respectivement à une première et une dernière chambre. Ces pattes de fixation autorisent ainsi l'assemblage et l'empilement des chambres successives avant l'introduction de l'échangeur dans un four de brasage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les conduits comprennent de premiers intercalaires formant ailettes, pour augmenter la surface d'échange thermique. Les conduits avantageusement constitués par des plaques, dont les extrémités sont tête-bêche, assurent une protection efficace pour ces fragiles ailettes, et notamment lors de l'étape d'assemblage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les faces externes d'une première et d'une dernière plaque sont aptes à recevoir de seconds intercalaires formant ailettes. Avantageusement, l'invention prévoit que ces seconds interca- laires aient une hauteur sensiblement double de celle des premiers intercalaires, ce qui augmente notablement la surface d'échange thermique. Selon une dernière caractéristique de l'invention, l'échan- geur comprend au moins une joue d'extrémité apte à protéger un second intercalaire et solidaire des deux boîtes à fluide. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique latérale d'une partie de l'échangeur selon l'invention; - la figure 2 est une perspective éclatée et en partie arrachée d'une partie de l'échangeur conformément à une première forme de réalisation de l'invention; et - la figure 3 est une perspective éclatée et en partie arrachée d'une partie de l'échangeur conformément à une seconde forme de réalisation de l'invention. La figure 1 schématise une partie d'un échangeur du type dit à barrettes et à plaques qui comporte des paires de barrettes 1 encadrées par deux plaques 2a et 2b. La plaque 2a est la plaque dite inférieure, la plaque 2b étant la plaque dite supérieure. Chaque barrette 1 définit un niveau, le niveau 1 correspondant à la première barrette et le niveau n à la dernière barrette. Comme cela est schématisé sur la figure 2, à chaque niveau i correspondent deux barrettes la et lb formant paire de barrettes. Chaque paire forme ainsi en collaboration avec la paire de plaques 2a et 2b qui l'encadre, une chambre 3 dans laquelle peut circuler un fluide réfrigérant issu d'une boîte à fluide 4. Ce fluide de refroidissement pourra être par exemple l'eau de refroidissement d'un moteur suralimenté de véhicule indus- triel. Chaque plaque 2 comprend une partie terminale 5 recourbée de telle sorte qu'elle forme un angle droit avec la partie principale de la plaque. Ainsi, chaque plaque inférieure 2a possède une partie terminale 5a recourbée vers le bas, et chaque plaque supérieure 2b possède une partie terminale 5b recourbée vers le haut. Les plaques 2b et 2a, en regard l'une de l'autre et apparte- nant à deux chambres consécutives, ont ainsi leurs parties terminales respectives 5b et 5a positionnées tête-bêche, et s'appuyant l'une sur l'autre. Cette disposition permet avantageusement de réaliser entre deux chambres 3 consécutives un espace libre formant conduit 6 dans lequel pourra circuler le fluide à traiter. Ce fluide est par exemple un flux d'air issu d'un turbocom- presseur de véhicule industriel. Sa température peut être notablement supérieure à 100 C, ce qui nécessite un refroi- dissement efficace, tel que celui réalisé par l'échangeur selon l'invention. Pour augmenter la surface d'échange thermique entre le flux d'air à traiter et le fluide de refroidissement, on loge, à l'intérieur des conduits 6, de premiers intercalaires 7 formant ailettes de dissipation. Les deux parties terminales 5 des plaques sont sensiblement en contact avec une plaque collectrice 8 servant de couvercle à une boîte à fluide 4. Comme indiqué figures 2 et 3, chaque plaque collectrice 8 comprend des ouvertures 9 de forme sensiblement parallélé- pipédique et parallèles entre elles. Chacune de ces ouvertures 9 est apte à former logement pour recevoir les extrémités C d'une paire de barrettes et/ou former bouche pour autoriser la libre circulation du fluide réfrigérant entre une chambre 3 et une boîte à fluide 4 en regard de laquelle elle se trouve. A cet effet, les ouvertures 9 s'étendent parallèlement à l'un des côtés de la plaque collectrice 8, lequel est parallèle au plan des chambres 3. Pour des raisons évidentes, la longueur d'une ouverture 9 ne peut être qu'inférieure à la distance qui sépare deux barrettes la et lb d'une même paire. En conséquence, chaque barrette comprend une partie centrale A sensiblement linéaire, qui s'étend parallèlement au bord longitudinal des plaques 2, et prolongé de part et d'autre par une partie coudée B, elle-même prolongée par une partie terminale C. Chaque barrette peut ainsi être encastrée grâce à sa partie coudée B dans une ouverture 9, la partie terminale C étant alors logée dans la boîte à fluide 4. Selon une première forme de réalisation de l'invention (figure 2), on fait correspondre une ouverture 9a à une chambre 3. Il y aura donc autant d'ouvertures 9a que de niveaux. Chaque ouverture 9a est apte à la fois à recevoir les extrémités C d'une paire de barrettes, et à autoriser la libre circulation du fluide réfrigérant. En conséquence, la hauteur de l'ouverture 9a est sensiblement égale (par valeur inférieure) à la distance qui sépare deux plaques 2a et 2b d'une même chambre 3 et sa longueur est sensiblement égale (par valeur supérieure) à la distance qui sépare les bords externes des parties coudées C d'une paire de barrettes. Dans cette première forme de réalisation, chaque partie terminale C d'une même paire de barrettes est repliée sur elle-même en formant un arc de cercle orienté vers le centre de l'ouverture 9a. Le rayon de courbure des parties termina- les C est choisi de telle sorte que deux parties terminales C d'une même paire de barrettes soient en contact en une partie terminale 13 et se repoussent mutuellement. Dans ces conditions, chaque barrette 1 se trouve bloquée par contrainte contre les extrémités de l'ouverture 9a dans laquelle elle est encastrée. Selon une seconde forme de réalisation de l'invention (figure 3), on fait correspondre à une chambre 3 trois ouvertures 9b et 9c regroupées en deux catégories selon leur usage. Il y aura donc trois fois plus d'ouvertures que de niveaux. Une première catégorie d'ouvertures 9b, forme bouche pour autoriser la libre circulation du fluide entre la boîte à fluide 4 et la chambre 3 en regard de laquelle elle se trouve. La longueur de ces ouvertures 9b est sensiblement inférieure à l'espace qui sépare les bords internes des deux parties coudées C d'une paire de barrettes, leur hauteur étant sensiblement égale (par valeur inférieure) à l'espace entre deux plaques 2a et 2b d'une même chambre 3. Une seconde catégorie d'ouvertures 9c, formant logement, est apte à recevoir une barrette 1 et une seule. Sa section est donc identique à celle de la barrette 1 (par valeur sensible- ment supérieure). Chaque ouverture 9c formant logement pour barrette est positionnée sensiblement symétriquement de part et d'autre de l'ouverture 9b formant bouche. Chaque barrette 1 d'une paire est donc bloquée de façon indépendante dans une ouverture 9c. En conséquence, dans cette forme de réalisation, les parties terminales C des barrettes 1 sont linéaires et ne constituent qu'un simple prolongement des parties coudées B. L'empilement des chambres, avant brasage, est réalisé grâce à la fixation de deux pattes de fixation 10a et 10b, respec- tivement en dessous de l'emplacement prévu pour la partie terminale 5a de la première plaque 2a et au-dessus de l'emplacement prévu pour la partie terminale 5b de la dernière plaque 2b. De la sorte, les parties terminales 5a et 5b des première et dernière plaques sont maintenues étroitement contre les plaques collectrices 8. Enfin, pour accroître la surface d'échange thermique, on fixe sous la première plaque 5a et sur la dernière plaque 5b de seconds intercalaires 11 formant ailettes. Par ailleurs, afin de mieux protéger les seconds intercalai- res 11 supérieur et inférieur, il pourra s'avérer utile, dans certaines conditions d'encombrement, de loger en dessous de l'intercalaire 11 inférieur, et au-dessus de l'intercalaire 11 supérieur, une plaque dite "joue d'extrémité" 12. Ces joues 12 seront fixées directement sur les boîtes à fluide 4. Ces joues pourront également comporter des boutonnières pour autoriser la fixation de l'échangeur. On procède alors au brasage de l'échangeur tel que décrit, soit au bain de sel, soit au four. Pour cela, on mettra en oeuvre de préférence le procédé de brasage décrit par le Brevet français 69 433 487 déposé par la Société CHAUSSON. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées schématiquement et décrites en détail dans le présent descriptif. Diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications. En particulier, la forme des parties terminales des barrettes pourra être modifiée pour faciliter la circulation du fluide. Revendications 1. Echangeur de chaleur, du type comprenant deux boîtes à fluide (4), une multiplicité de barrettes intercalaires (la, lb) disposées par paires, ainsi qu'une multiplicité de plaques (2a, 2b) disposées par paires pour encadrer les paires de barrettes (la, lb) et former en collaboration avec elles des chambres (3) dans lesquelles peut circuler un fluide, caractérisé en ce que chaque boîte à fluide (4) comprend une plaque collectrice (8) munie d'ouvertures (9a; 9c) aptes à recevoir des parties terminales (C) des paires de barrettes (la, lb) et d'ouvertures (9a; 9b) aptes à autoriser la libre circulation du fluide entre les chambres (3) et les boîtes à fluide (4), et en ce que les extrémités (5) des paires de plaques (2a, 2b) sont repliées et fixées contre les plaques collectrices (8), de telle sorte que deux plaques (2b et 2a) en regard, appartenant respectivement à deux chambres (3) consécutives, ont leurs extrémités (5b et 5a) tournées l'une vers l'autre, formant ainsi des conduits (6) dans lesquels peut circuler un flux d'air à traiter. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités repliées (5a, 5b) des paires de plaques sont tournées l'une vers l'autre. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque barrette (1) comprend une partie centrale (A) sensiblement linéaire qui s'étend parallèlement au bord longitudinal des plaques (2) et prolongée de part et d'autre par une partie coudée (B) pour autoriser l'encastrement de ladite barrette (1) dans une ouverture (9), chaque partie coudée (B) étant prolongée par une partie terminale (C) logée dans une boîte à fluide (8). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque paire de barrettes (la, lb) est encastrée dans une même ouverture (9a) qui sert à la fois de logement pour barrette et de bouche de circulation du fluide. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parties terminales (C) des paires de barrettes (la, lb) sont repliées sur elles-mêmes en formant un arc de cercle, de telle sorte que ces parties terminales (C) soient en contact pour bloquer lesdites barrettes (la et lb) contre les extrémités de l'ouverture (9a) dans laquelle elles sont encastrées. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque barrette (1) d'une paire de barrettes est encastrée dans une ouverture (9c) de même section que ladite barrette (1), formant logement, chaque logement étant positionné sensiblement symétriquement de part et d'autre d'une ouverture centrale (9b) formant bouche de circulation du fluide. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3 et 6, caractérisé en ce que les parties terminales (C) des paires de barrettes sont sensiblement linéaires. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques collectrices (8) comprennent des pattes de fixation (10a, 10b) pour maintenir les extrémités repliées (5a, 5b) appartenant respectivement à une première et une dernière chambre (3). 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduits (6) comprennent de premiers interca- laires (7) formant ailettes, pour augmenter la surface d'échange thermique. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les faces externes d'une première (2a) et d'une dernière (2b) plaque sont aptes à recevoir de seconds intercalaires (11) formant ailettes. 11. Echangeur de chaleur selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il comprend au moins une joue d'extrémité (12) apte à protéger un second intercalaire (11) et solidaire des deux boîtes à fluide (4).