Brevet FR2855604A1 — publié le 20041203

-i" 2855604 Echangeur de chaleur à plaques comportant un élément d'obturation des fuites du gaz à refroidir L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, et plus particulièrement aux échangeurs de chaleur à plaques pour les véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un fluide à refroidir et un fluide de refroidissement, comprenant un faisceau d'échange de chaleur constitué d'un empilement de plaques déterminant entre elles des canaux de circulation alternés pour le fluide 15 à refroidir et pour le fluide de refroidissement, des intercalaires étant disposés dans les canaux de circulation du fluide à refroidir, une enveloppe logeant le faisceau d'échange de chaleur, un collecteur d'entrée pour distribuer le fluide à refroidir dans les canaux de circulation du 20 fluide à refroidir et un collecteur de sortie pour évacuer le fluide à refroidir des canaux de circulation du fluide à refroidir. Dans les échangeurs de ce type, les plaques ont le plus 25 souvent la forme générale d'un rectangle allongé ayant deux petits côtés, chaque plaque comportant deux bossages situés le long d'un même petit côté de la plaque, ces bossages étant en appui sur les bossages d'une plaque adjacente pour former respectivement un collecteur d'entrée et un collecteur de 30 sortie pour le fluide de refroidissement. Les intercalaires, qui sont généralement de forme ondulée, forment des surfaces d'échange secondaires et/ou des éléments perturbateurs. Ils sont disposés dans les canaux de circula35 tion du fluide à refroidir, ont une longueur correspondant à la longueur totale des plaques moins l'espace occupé par les bossages qui constituent le collecteur d'entrée et le collecteur de sortie du fluide de refroidissement. En consequence, il existe des fuites de gaz à refroidir entre 40 l'extrémité des intercalaires et l'enveloppe du faisceau d'échange de chaleur. Ces fuites mettent en communication directe le collecteur d'entrée et le collecteur de sortie du fluide à refroidir, sans traverser la surface d'échange de chaleur. Le fluide qui passe par ces fuites n'est pas 5 refroidi, ce qui se traduit par une baisse du rendement d'échange thermique de l'échangeur. L'invention a précisément pour but de réaliser un échangeur de chaleur qui remédie à ces inconvénients. L'échangeur de 10 chaleur de l'invention comporte, à cet effet, des moyens d'obturation situés entre l'enveloppe et les intercalaires pour interdire le passage du fluide à refroidir du collecteur d'entrée au collecteur de sortie. Dans un mode de réalisation particulier, ces moyens d'obturation sont constitués par au moins une cloison disposée entre le collecteur d'entrée et le collecteur de sortie du fluide de refroidissement. Cette cloison peut présenter, notamment, une section en forme de U. Dans une autre réalisation, l'élément d'obturation est constitué par un élément d'obturation ayant une section en forme de U et monté sur le faisceau d'échange de chaleur le long du petit côté des plaques comportant le collecteur 25 d'entrée et le collecteur de sortie du fluide de refroidissement. Dans encore un autre mode de réalisation, les moyens d'obturation sont constitués par un rebord formé à la 30 périphérie des bossages des plaques, ce rebord s'étendant au moins des intercalaires à l'enveloppe du faisceau d'échange de chaleur. Enfin, dans un autre mode de réalisation encore, les moyens 35 d'obturation sont constitués par un embouti formé entre les deux bossages des plaques de l'échangeur de chaleur. Cet embouti peut comporter un bord tombé qui vient en appui contre l'enveloppe afin de faciliter la réalisation d'une liaison étanche pendant l'opération de brasage de l'échangeur. Ces moyens d'obturation permettent ainsi de supprimer la 5 fuite de gaz à refroidir qui existe dans les échangeurs de l'art antérieur. En conséquence, la totalité du fluide à refroidir est contrainte de circuler à travers la surface d'échange de chaleur de sorte que le rendement thermique de l'échangeur de chaleur n'est pas diminué. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: 15 la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en coupe partielle à échelle 20 agrandie de l'échangeur de chaleur de l'art antérieur de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un échangeur de chaleur conforme à un premier mode 25 de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un échangeur de chaleur conforme à la présente invention; - la figure 5 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un troisième mode de réalisation d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention; et - la figure 6 est une vue en perspective, partiellement éclatée d'un faisceau d'échange de chaleur illustrant un troisième mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur les figures 1 et 2 respectivement une vue en perspective et une vue en coupe partielle d'un échangeur de chaleur à plaques, dans l'exemple un refroidisseur d'air de suralimentation d'un véhicule automobile, conforme à l'art 5 antérieur. Il est constitué d'un faisceau d'échange de chaleur, désigné par la référence générale 2, contenu à l'intérieur d'une enveloppe désignée par la référence générale 4. Le faisceau est constitué par la superposition d'une pluralité de plaques embouties 8 de forme générale 10 rectangulaire. Chaque plaque 8 comporte une paroi de fond 10, sensiblement plane, entourée par un rebord périphérique 12 terminé par un méplat 14. Le fond 10 et le rebord 12 déterminent une cuvette peu profonde destinée à la circulation du fluide de refroidissement. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, les plaques 8 sont groupées par paires et assemblées par leurs méplats 14. De la sorte, les cuvettes de la plaque supérieure 8a et de la plaque inférieure 8b d'une paire de 20 plaques s'ajoutent pour constituer un canal 16 de circulation du fluide de refroidissement. Par ailleurs, deux bossages 18 sont formés le long d'un petit côté du rectangle formé par chacune des plaques. Le fond de chaque bossage comporte un passage de circulation 20 pour le fluide de refroidissement. 25 Les bossages d'une paire de plaques 8a, 8b sont en appui sur les bossages des paires de plaques adjacentes. On réalise ainsi un collecteur d'entrée 22 et un collecteur de sortie (non référencé) pour le fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement pénètre dans le faisceau comme schématisé 30 par la flèche 24, puis circule, de gauche à droite selon la figure 2, dans les canaux de circulation 16 comme schématisé par les flèches 26. La sortie du fluide de l'échangeur s'effectue en sens inverse. Les bossages de deux paires de plaques déterminent entre eux des canaux de circulation 30 pour le fluide à refroidir, généralement un gaz. Comme on peut le voir sur la figure 1, les canaux de circulation 30 du gaz à refroidir, l'air de suralimentation dans l'exemple, sont perpendiculaires aux canaux de circulation 16 du liquide de refroidissement, généralement l'eau du circuit de refroidissement du moteur du véhicule. La circulation de ces deux fluides s'effectue ainsi à courants croisés. Afin d'améliorer l'échange de chaleur, 5 des intercalaires 32 sont disposés dans chacun des canaux de circulation 30. Ils se présentent sous la forme d'intercalaires ondulés comportant une paroi inclinée 34 s'étendant obliquement par rapport aux parois de fond 10 des plaques 8 de l'échangeur. Ces intercalaires forment des surface 10 d'échange secondaire et/ou des éléments perturbateurs. L'enveloppe 4 est constituée d'un demi-carter supérieur 5 et d'un demicarter inférieur 6 emboîtés l'un dans l'autre de manière à loger le faisceau d'échange de chaleur. Deux 15 ouvertures 7 (une seule représentée sur la figure 1) sont prévues dans le demi-carter supérieur 5 de l'enveloppe pour l'entrée et la sortie du fluide de refroidissement. Le demicarter supérieur 5 et le demi-carter inférieur 6 ont une forme générale rectangulaire. Leur largeur est légèrement 20 supérieure à la largeur des plaques 8 de manière à ménager, le long de chacun des grands côtés des plaques, respectivement un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie pour le fluide à refroidir. Une boîte collectrice d'entrée et une boîte collectrice de sortie (non représentées) sont adaptées à la périphérie de l'enveloppe 4 pour l'amenée et l'évacuation de l'air de suralimentation. Comme on peut le constater, les intercalaires ondulés 32 s'étendent sur toute la longueur des plaques, 30 à l'exception de la partie qui comporte les bossages 18. Il existe donc entre la paroi verticale de chacun des demicarters 5 et 6 et la paroi inclinée terminale 34 de chacun des intercalaires ondulés, des passages 38 qui mettent directement en communication le collecteur d'entrée et le 35 collecteur de sortie du gaz à refroidir, sans que ce gaz traverse la surface d'échange de chaleur matérialisée par les intercalaires ondulés 32. Les passages 38 constituent donc des fuites préjudiciables au bon fonctionnement de l'échangeur, comme montré par les flèches F de la figure 1. On a représenté sur la figure 3 une vue en perspective partiellement éclatée d'un refroidisseur d'air de suralimentation conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, une découpe 40 est prévue sur chacune des plaques 8 entre les 5 bossages 18 constituant le collecteur d'entrée et les bossages constituant le collecteur de sortie du fluide de refroidissement. Une cloison 42 est insérée dans la découpe 40. Afin d'obturer entièrement les passages de fuites 38, la cloison 42 s'étend des côtés verticaux 9 de chacun des demi10 carters 5 et 6 jusqu'à la paroi terminale inclinée 34 de chacun des intercalaires ondulés 32. Cette cloison peut prendre des formes différentes sans sortir du cadre de l'invention. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la cloison 42 comporte une section transversale en forme de U. 15 Cette section est avantageuse parce qu'elle permet un contact important entre la partie plane du U et la paroi terminale inclinée 34 des intercalaires ondulés, ce qui permet d'assurer une bonne liaison au moment du brasage. De la même manière, la cloison 42 comporte des rebords repliés perpendi20 culairement aux branches du U de manière à assurer une bonne surface de liaison entre les extrémités des branches du U et les parois verticales 9 des carters 5 et 6. On a représenté sur la figure 4 une vue en perspective d'un 25 deuxième mode de réalisation de moyens d'obturation conformes à l'invention. Ces moyens sont constitués par un élément d'obturation, désigné par la référence générale 44, qui présente la forme d'un U. Il comporte une paroi de fond 45 et deux joues 46 sensiblement perpendiculaires à la paroi 45. 30 L'élément d'obturation 44 vient s'appliquer sur l'extérieur du faisceau. La paroi de fond 45 est plaquée contre le petit côté des plaques 8 comportant les bossages 18. Les joues latérales 46 possèdent une longueur telle qu'elles s'étendent sensiblement jusqu'aux parois terminales inclinées 34 des 35 intercalaires ondulés 32. Les joues latérales 46 sont en outre de préférence raccordées au fond 44 par un rayon de courbure égal à celui des plaques 18. Ainsi, l'élément d'obturation 44 empêche l'air de suralimentation à refroidir de traverser l'échangeur en dehors de la zone d'échange de chaleur comprise entre les intercalaires ondulés. Les fuites sont ainsi éliminées. On a représenté sur la figure 5 une vue en perspective d'un 5 troisième mode de réalisation de l'invention. Chacune des plaques 8 comporte un bord tombé 48 qui entoure partiellement les bossages 18. Les bords tombés sont réalisés de préférence par emboutissage en même temps que les autres reliefs de la plaque 8. Les bords tombés 48 sont de préférence limités à la 10 partie arrière des bossages pour ne pas engager un surplus de matière. Toutefois, il est nécessaire, conformément à l'invention, qu'ils s'étendent au minimum, dans le sens de la longueur des plaques, de la paroi intérieure de l'enveloppe 4 jusqu'aux parois terminales inclinées 34 des intercalaires 15 ondulés. Les bords tombés 48 constituent ainsi un moyen simple et peu coûteux d'obturer les passages de fuite 38 (figure 2). On a représenté sur la figure 6 une vue en perspective d'un 20 quatrième mode de réalisation de l'invention. Chacune des plaques 8 comporte un embouti 50 formé entre deux bossages 18. Ces emboutis sont situés du même côté, par rapport à la paroi de fond 10 de la plaque, que les bossages 18. Les faces planes des emboutis 50 sont liées de manière étanche les unes 25 aux autres par brasage. Dans le sens de la longueur des plaques, chaque bossage 50 s'étend sensiblement depuis l'extrémité terminale des intercalaires ondulés 32 jusqu'à la paroi interne 9 des demi30 carters 5 et 6 de manière à obturer aussi complètement que possible les passages de fuites 38. Les emboutis 50 constituent ainsi un moyen simple et peu coûteux d'obturer ces passages de fuite. En effet, ils peuvent être réalisés de manière simple, par emboutissage, en même temps que les 35 autres reliefs de la plaque. D'autre part, ils ne nécessitent pas l'adjonction d'une pièce supplémentaire ni un apport de matière, étant donné qu'ils sont réalisés dans la surface de la plaque elle-même. L'invention ne se limite pas à des refroidisseurs d'air de suralimentation et s'applique aussi à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Revendications 1. Echangeur de chaleur, pour l'échange de chaleur entre un fluide à refroidir et un fluide de refroidissement, compre5 nant un faisceau d'échange de chaleur (2) constitué d'un empilement de plaques (8, 8a, 8b) déterminant entre elles des canaux de circulation alternés pour le fluide à refroidir (30) et pour le fluide de refroidissement (16), des intercalaires (32) étant disposés dans les canaux de circulation 10 (30) du fluide à refroidir, une enveloppe (4) logeant le faisceau d'échange de chaleur, un collecteur d'entrée pour distribuer le fluide à refroidir dans les canaux de circulation du fluide à refroidir, et un collecteur de sortie pour évacuer le fluide à refroidir, caractérisé en ce qu'il 15 comporte des moyens d'obturation (42, 44; 48, 50) situés entre l'enveloppe et les intercalaires pour interdire le passage du fluide à refroidir du collecteur d'entrée au collecteur de sortie. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques (8) ont la forme générale d'un rectangle allongé ayant deux petits côtés, chaque plaque (8) comportant deux bossages (18) situés le long d'un même petit côté de la plaque, les bossages (18) d'une plaque étant en 25 appui sur les bossages (18) d'une plaque adjacente pour former respectivement un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie pour le fluide de refroidissement. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, 30 caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont constitués par au moins une cloison (42) disposée entre le collecteur d'entrée et le collecteur de sortie du fluide de refroidissement. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cloison (42) possède une section en forme de U. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, et caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont constitués par une cloison (44) ayant une section en forme de U montée à l'extérieur d'une pièce d'échange de chaleur (2) le long du 5 petit côté des plaques (8) comportant les collecteurs d'entrée et de sortie (18) du fluide de refroidissement. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont 10 constitués par un bord tombé (48) formé à la périphérie des bossages (18) des plaques (8), ce bord tombé s'étendant au moins du générateur de turbulences (32) à l'enveloppe (4). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracté15 risé en ce que les moyens d'obturation sont constitués par un embouti (50) formé entre les deux bossages (18) d'une plaque. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un 20 refroidisseur d'air de suralimentation.