Brevet FR2738625A3 — publié le 19970314

FR 2738625 A3 19970314 FR 9510490 A 19950907 Changeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur pouvant être utilisé notamment en tant que radiateur de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile ou en tant que radiateur du chauffage de l'habitacle dun véhicule automobile. L'échangeur de chaleur de l'invention est du type comprenant une multiplicité de tubes agencés en faisceau et propres à être parcourus par un premier fluide, ainsi que des éléments conducteurs de la chaleur disposés en contact avec les tubes et propres à être balayés par un second fluide qui est en relation d'échange thermique avec le premier fluide On connaît déjà de nombreux échangeurs de chaleur de ce type. Dans le cas où un tel échangeur de chaleur est utilisé dans un véhicule automobile, le premier fluide est généralement de l'eau additionnée d'un antigel, tandis que le second fluide est généralement un flux d'air qui vient balayer le faisceau. Dans les échangeurs de chaleur connus, les éléments conducteurs de la chaleur sont traditionnellement constitués par des ailettes, c'est-à-dire de fines plaques métalliques, qui sont disposées parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction des tubes du faisceau, des trous étant aménagés dans les ailettes pour le passage des tubes. Il existe aussi des échangeurs de chaleur dans lesquels les éléments conducteurs de la chaleur sont réalisés sous la forme d'intercalaires de forme ondulée qui sont disposés chacun entre deux tubes adjacents. Généralement, les tubes sont des tubes plats, c'est-à-dire de section oblongue, et les intercalaires ondulés ont chacun une première série d'ondulations en contact avec un premier tube et une seconde série d'ondulations en contact avec un second tube adjacent au premier. Ces éléments connus, ailettes ou intercalaires, ont pour inconvénient de présenter un volume et un poids élevé comparativement à la surface d'échange qu'ils procurent. En outre, ces éléments conducteurs de la chaleur doivent être réalisés avec des dimensions très précises correspondant à chaque fois à un type d'échangeur de chaleur déterminé. I1 en résulte qu'il faut à chaque fois changer d'outil de production lorsqu'on doit changer les dimensions des éléments conducteurs de la chaleur, pour passer d'un type d'échangeur de chaleur à un autre. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. C'est en particulier un but de l'invention de procurer un échangeur de chaleur dans lequel les éléments conducteurs de la chaleur procurent une plus grande surface d'échange thermique à volume ou à poids égal par rapport aux élements de la technique antérieure. C'est encore un but de l'invention de procurer un échangeur de chaleur qui peut être obtenu avec une flexibilité accrue de l'outil de production en cas de changement de dimensions des éléments conducteurs de la chaleur. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les éléments conducteurs de la chaleur comprennent au moins un bloc poreux formé d'un matériau conducteur de la chaleur et présentant une multiplicité de cavités communiquant entre elles, de telle sorte que le bloc poreux peut être traversé de part en part par le second fluide. Ainsi, au lieu d'utiliser des ailettes ou des intercalaires ondulés, on prévoit au moins un bloc poreux formé d'un matériau conducteur de la chaleur et disposé en contact avec les tubes du faisceau. Ce bloc poreux comporte une multiplicité de cavités, cest- - dire d'interstices ou d'alvéoles de formes variées, qui communiquent entre elles et permettent au second fluide de traverser le bloc poreux, sur toute son épaisseur, et cela sans subir de pertes de charge notables. Du fait que le bloc poreux présente une structure poreuse, à cavités multiples, il offre une surface d'échange thermique beaucoup plus élevée, à poids ou volume égal, que les éléments conducteurs de la technique antérieure. Dans une forme de réalisation de l'invention, le ou les blocs poreux comprennent un amas de fibres ou de rubans formés dans le matériau conducteur de la chaleur et assemblés de manière lâche pour constituer une laine ou analogue susceptible d'être traversée par le second fluide. On comprendra que les fibres ou les rubans sont enchevêtrés ou entrelacés au hasard pour former un amas lâche définissant des cavités pour le passage du second fluide. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le ou les blocs poreux comprennent une mousse à pores ouverts, formée dans le matériau conducteur de la chaleur. Il est essentiel que les pores soient ouverts pour permettre une communication entre eux et, par suite, le passage du second fluide dans l'épaisseur du ou des blocs. Le matériau conducteur de la chaleur est de préférence un matériau métallique, bien que des matériaux non métalliques puissent être également utilisés. Comme matériaux métalliques, on préfère tout particulièrement l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou encore le cuivre ou un alliage de cuivre. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une multiplicité de blocs poreux dont chacun est intercalé entre deux tubes adjacents. Cette forme de réalisation convient tout particulièrement à un échangeur de chaleur dans lequel les tubes sont des tubes plats à section oblongue. En pareil cas, les blocs poreux sont de configuration générale parallélépipédique et assemblés aux tubes. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un seul bloc poreux comportant une multiplicité de passages propres à être traversés chacun par un tube du faisceau. Ce second mode de réalisation convient tout particulièrement au cas où les tubes sont de section circulaire ou ovale, les passages ayant une section circulaire ou ovale adaptée à celle des tubes. Dans ce dernier cas, le bloc assure en même temps la cohésion et l'assemblage de l'ensemble des tubes du faisceau. Quelle que soit la forme de réalisation choisie, le maintien entre les tubes et le ou les blocs poreux est assuré par une liaison mécanique et/ou une liaison brasée. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue partielle en perspective du corps d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est une vue partielle en perspective du corps d'un échangeur de chaleur selon une seconde forme de réalisation de l'invention. L'échangeur de chaleur représenté partiellement sur la figure 1 comprend un corps 1 formé d'une multiplicité de tubes 2 disposés parallèlement entre eux pour former un faisceau. Dans l'exemple, les tubes 2 sont des tubes dits "plats" et ont une section oblongue délimitée par deux grandes faces 3 parallèles entre elles et deux petites faces arrondies 4 de forme semi-circulaire. Les tubes 2 sont propres à être parcourus par un premier fluide F1 qui peut être, par exemple, de l'eau additionnée d'un antigel et servant au refroidissement du moteur d'un véhicule automobile. L'échangeur de chaleur peut être, soit un radiateur de refroidissement du moteur, soit un radiateur de chauffage de l'habitacle du véhicule. Les tubes 2 ménagent deux à deux un espace intercalaire qui est comblé à chaque fois par un bloc poreux 5 de forme générale parallélépipédique qui présente deux faces opposées 6 en contact avec deux tubes adjacents 2, le contact s'effectuant sur les grandes faces 3 des tubes. Les blocs poreux 5 comprennent chacun, dans l'exemple, un amas de fibres ou de rubans formés dans un matériau conducteur de la chaleur. Dans l'exemple, il s'agit d'un matériau métallique tel que de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou encore du cuivre ou un alliage de cuivre. Les fibres ou rubans sont enchevêtrés ou entrelacés de manière lâche pour constituer une laine ou analogue présentant une multiplicité de cavités qui communiquent entre elles en sorte que chacun des blocs 5 peut être traversé de part en part par un second fluide F2 comme montré par les flèches sur la figure 1. Ce fluide F2 est habituellement un flux d'air, le plus souvent pulsé au moyen d'une turbine de ventilateur ou analogue, non représentée. L'assemblage lâche des fibres ou rubans du matériau conducteur de la chaleur permet au fluide F2 de traverser le corps 1, de part en part, sans subir de pertes de charge notables. Les tubes 2 et les corps poreux 5 sont de préférence réalisés dans le même matériau métallique et leur liaison s'effectue de préférence par brasage dans un four de brasage approprié. Les extrémités des tubes 2 sont propores à être reliées à deux boîtes à fluide qui n'ont pas été représentées pour simplifier le dessin. Dans la forme de réalisation de la figure 2, à laquelle on se réfère maintenant, l'échangeur de chaleur comprend une multiplicité de tubes 7 disposés parallèlement entre eux de manière à former un faisceau. Dans l'exemple, les tubes 7 sont de section circulaire et sont disposés en quinconce sur quatre rangées. Les tubes 7 sont destinés à être parcourus par un fluide F1 tel que le fluide de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, par exemple de l'eau additionnée d'un antigel. Les tubes 7 sont entourés par un seul bloc poreux 8 de forme générale parallélépipédique qui ménage une multiplicité de passages 9 de section circulaire qui s'étendent parallèlement entre eux et qui débouchent sur deux faces opposées 10 et 11 du bloc 8. Le bloc poreux 8 est avantageusement un bloc fibreux de constitution identique ou analogue à celle des blocs 5 de la figure 1. Ce bloc est propre à être traversé par un fluide F2, de préférence un flux d'air en relation d'échange thermique avec le fluide F1 parcourant les tubes 7. Dans la forme de réalisation de la figure 2, le bloc poreux 8 et les tubes 7 sont maintenus par liaison mécanique. Le cas échéant, cette liaison peut être complétée par une liaison brasée, l'ensemble formé par les tubes 7 et le bloc 8 étant passé dans un four approprié. Les blocs 5 (figure 1) ou le bloc 8 (figure 2) offrent une plus grande surface d'échange avec le fluide F2, pour un même volume ou un même poids, que les éléments conducteurs de la chaleur utilisés de façon traditionnelle. Ils permettent en outre d'abaisser les coûts de production du fait d'une flexibilité accrue de l'outil de production en cas de changement de dimensions. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple. Ainsi, le ou les blocs fibreux pourraient être réalisés sous la forme d'une mousse à pores ouverts formée du matériau conducteur de la chaleur. Le matériau conducteur de la chaleur n'est pas nécessairement un matériau métallique, et il pourrait être constitué par exemple par un matériau de type céramique possédant de bonnes propriétés de conduction de la chaleur. On comprendra également que l'invention peut être appliquée à des échangeurs de chaleur possédant une ou plusieurs rangées de tubes et que ces tubes peuvent avoir des sections transversales de formes variées. Revendications 1.- Echangeur de chaleur du type comprenant une multiplicité de tubes (2; 7) agencés en faisceau et propres à être parcourus par un premier fluide (F1), ainsi que des éléments conducteurs de la chaleur (5; 8) disposés en contact avec les tubes et propres à être balayés par un second fluide (F2) qui est en relation d'échange thermique avec le premier fluide, caractérisé en ce que les éléments conducteurs de la chaleur comprennent au moins un bloc poreux (5; 8) formé d'un matériau conducteur de la chaleur et présentant une multiplicité de cavités communiquant entre elles, de telle sorte que le bloc poreux peut être traversé de part en part par le second fluide (F2). 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les blocs poreux (5; 8) comprennent un amas de fibres ou de rubans formés dans le matériau conducteur de la chaleur et assemblés de manière lâche pour constituer une laine ou analogue susceptible d'être traversée par le second fluide (F2). 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les blocs poreux (5; 8) comprennent une mousse à pores ouverts, formée dans le matériau conducteur de la chaleur. 4.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau conducteur de la chaleur est métallique. 5.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau métallique est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau métallique est du cuivre ou un alliage de cuivre. 7.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une multiplicité de blocs poreux (5) dont chacun est intercalé entre deux tubes (2) adjacents. 8.- Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes (2) sont des tubes plats à section oblongue et en ce que les blocs poreux (5) sont de configuration généralement parallélépipédique. 9.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un seul bloc poreux (8) comportant une multiplicité de passages (9) propres à être traversés chacun par un tube (7) du faisceau. 10.- Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les tubes (7) sont des tubes de section circulaire ou ovale et en ce que les passages (9) ont une section circulaire ou ovale adaptée. 11.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le maintien entre les tubes (2; 7) et le ou les blocs poreux (5; 8) est assuré par une liaison mécanique et/ou une liaison brasée.