Brevet FR2906017A1 — publié le 20080321

Echangeur de chaleur, en particulier refroidisseur d'air de suralimentation L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de 5 chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comportant un faisceau d'échange de chaleur déterminant de premiers canaux de circulation pour la circulation d'un gaz 10 à refroidir et de seconds canaux de circulation pour la circulation d'un liquide de refroidissement. Un tel échangeur de chaleur peut être réalisé notamment sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation 15 d'un moteur thermique de véhicule automobile, le gaz à refroidir étant alors constitué par l'air de suralimentation du moteur. Des exemples d'échangeurs de chaleur de ce type sont connus 20 notamment d'après les publications de brevet DE 199 02 504, JP 102 38 969, DE 199 27 607, DE 195 11 991, JP 111 93 998 et EP 0 992 756. Toutefois, tous ces échangeurs connus ne permettent pas une 25 adaptation aisée sur un véhicule et/ou semblent difficilement industrialisables en grande série. L'invention a notamment pour but de surmonter ces inconvénients. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur du type précité offrant une grande souplesse d'utilisation et susceptible de s'adapter à de nombreuses architectures du moteur et du véhicule. 30 35 2906017 2 L'invention vise encore à procurer un tel échangeur de chaleur qui convient tout particulièrement comme refroidisseur d'air de suralimentation. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, lequel comprend en outre deux collecteurs assemblés respectivement sur deux faces du faisceau, dans lesquelles débouchent les premiers canaux de circulation, ainsi qu'un boîtier d'entrée de gaz et un boîtier de sortie de gaz présentant chacun une face ouverte délimitée par un rebord périphérique maintenu par sertissage dans un collecteur. Ainsi, l'échangeur de chaleur de l'invention comprend un faisceau encadré, sur deux faces ouvertes de ce dernier par où passe le gaz à refroidir, par deux collecteurs servant respectivement au sertissage d'un boîtier d'entrée de gaz et d'un boîtier de sortie de gaz. Il en résulte qu'avec un même faisceau d'échange de chaleur, il est possible de réaliser une multiplicité d'échangeurs de chaleur dont les boîtiers d'entrée et de sortie de gaz pourront être adaptés à chaque fois en fonction de l'application considérée. Dans ces conditions, l'échangeur de chaleur de l'invention peut être adapté à chaque fois à l'architecture du moteur et/ou du véhicule auquel il est destiné. De préférence, chaque collecteur a la forme générale d'un cadre et comporte un bord périphérique de forme générale rectangulaire délimitant l'ouverture de passage de gaz et présentant d'un côté un rebord en épaulement pour la réception d'une face du faisceau et d'un autre côté un rebord de sertissage entourant une gorge pour la réception du rebord périphérique du boîtier d'entrée de gaz ou du boîtier de sortie de gaz. 2906017 3 Le rebord en épaulement est avantageusement conformé pour permettre un emboîtement du faisceau avec compression. Dans ces conditions, il n'est pas nécessaire d'utiliser un outil 5 de maintien pour le brasage. Les deux collecteurs sont avantageusement assemblés respectivement sur deux faces opposées du faisceau. 10 De préférence, chaque collecteur comporte une partie masquée pour empêcher le passage du gaz dans une région d'extrémité du faisceau qui est dépourvu des premiers canaux. 15 Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le faisceau est constitué par un empilement de plaques embouties disposées par paires en sorte que les premiers canaux sont délimités chacun entre deux paires de plaques et que les seconds canaux sont délimités chacun entre les 20 plaques d'une même paire. Cependant, il est possible de réaliser le faisceau de toute autre manière appropriée, par exemple à partir d'une série de tubes et d'ailettes. 25 Dans le cas d'un faisceau à plaques embouties, il est avantageux que chacune de celles-ci présente une forme générale rectangulaire et comporte une paroi de fond sensiblement plane limitée par un rebord périphérique et deux bossages d'extrémité dotés d'ouvertures pour le 30 passage du liquide de refroidissement d'un second canal à un autre second canal. La paroi de fond de chacune des plaques embouties comporte de préférence une nervure pour définir un second canal de 35 circulation avec un parcours en U. 2906017 4 Selon encore une autre caractéristique, le rebord périphérique de chacune des plaques embouties est aménagé pour définir des agrafes servant au maintien provisoire de deux plaques d'une même paire en vue de leur liaison par 5 brasage. L'une des plaques embouties, disposée en extrémité du faisceau, porte avantageusement deux tubulures pour l'entrée et la sortie du liquide de refroidissement. Le faisceau peut comporter en outre des intercalaires ondulés disposés respectivement dans les premiers canaux. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le 15 boîtier d'entrée de gaz et le boîtier de sortie de gaz sont réalisés chacun par moulage avec une forme choisie, avantageusement par moulage d'une matière plastique. Cependant, il entre également dans le cadre de l'invention 20 de réaliser ces deux boîtiers par moulage d'une matière métallique, par exemple d'un alliage d'aluminium. Dans une application préférentielle de l'invention, l'échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un 25 refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique de véhicule automobile, les premiers canaux de circulation servant à la circulation de l'air à refroidir. Le boîtier d'entrée de gaz et le boîtier de sortie de gaz 30 peuvent être munis chacun d'une tubulure venue de moulage. Le refroidisseur d'air de suralimentation est dans ce cas indépendant. En variante, le boîtier d'entrée de gaz peut être muni 35 d'une tubulure venue de moulage, tandis que le boîtier de sortie de gaz peut constituer un diffuseur d'admission d'air pour le moteur thermique du véhicule. En ce cas, le 10 2906017 5 refroidisseur d'air de suralimentation est lié au diffuseur d'admission d'air du moteur. Dans la description qui suit, faite seulement à titre 5 d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du faisceau de l'échangeur de chaleur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne IIIIII 15 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2 ; 20 - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 2 ; - la figure 6 est une vue en perspective montrant le faisceau de la figure 2 avant assemblage des collecteurs ; la figure 7 est une vue en perspective analogue à la figure 6 montrant le faisceau équipé des deux collecteurs et de deux tubulures d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement ; 30 - la figure 8 est une vue en perspective éclatée montrant le faisceau de la figure 7 avant assemblage des boîtiers d'entrée et de sortie d'air ; et 35 - la figure 9 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon une deuxième forme de réalisation de l'invention. 10 25 2906017 6 L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend un faisceau 10 d'échange de chaleur qui, dans l'exemple, est formé par un assemblage de plaques empilées, comme cela 5 sera décrit plus loin. Le faisceau 10 est muni de deux tubulures 12 et 14 servant respectivement à l'entrée et à la sortie d'un liquide de refroidissement. Le faisceau est encadré, sur deux faces ouvertes opposées, respectivement par un boîtier d'entrée de gaz 16 et un boîtier de sortie 10 de gaz 18 munis respectivement d'une tubulure d'entrée de gaz 20 et d'une tubulure de sortie de gaz 22. Les boîtiers 16 et 18 et leurs tubulures respectives 20 et 22 sont réalisés par moulage à la forme voulue et sont 15 assemblés de part et d'autre du faisceau par l'intermédiaire de deux collecteurs 24, 26. Les boîtiers 16 et 18 sont assemblés par sertissage dans les collecteurs 24 et 26. 20 Le gaz à refroidir pénètre dans le boîtier d'entrée de gaz 16 au travers de la tubulure 20, traverse ensuite de premiers canaux de circulation (décrits plus loin) du faisceau 10 pour gagner le boîtier de sortie de gaz 18 et quitter ce dernier par la tubulure 22. Le gaz est refroidi 25 par un liquide de refroidissement qui pénètre dans le faisceau 10 par la tubulure 12, circule dans de seconds canaux (décrits plus loin) du faisceau pour échanger de la chaleur avec le gaz à refroidir et quitte ensuite le faisceau par la tubulure 14. 30 Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, l'échangeur est réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique de véhicule 2906017 7 automobile. Dans ce cas, le gaz à refroidir est l'air de suralimentation qui provient du turbo-compresseur et qui doit être admis dans le moteur thermique au travers d'un diffuseur d'admission d'air. Le liquide de refroidissement 5 est généralement le liquide servant au refroidissement du moteur. On se réfère maintenant aux figures 2 à 5 pour décrire la structure du faisceau 10. Dans l'exemple, ce faisceau est 10 formé par un assemblage de plaques embouties 28, encore appelées demi-lames, selon une technique en soi connue. Cependant, l'invention s'applique également à d'autres types de faisceaux, et notamment à des faisceaux comportant des tubes et des ailettes. 15 Comme le montre la figure 2, le faisceau 10 est formé par un empilement de plaques embouties 28 disposées par paires, réalisées identiques, à l'exception des deux plaques d'extrémité, à savoir la plaque 28A qui reçoit les 20 tubulures 12 et 14 précitées et la plaque opposée 28B. Chacune des plaques embouties 28 présente une forme générale rectangulaire et comporte une paroi de fond 30 sensiblement plane limitée par un rebord périphérique 32 de 25 forme générale rectangulaire, qui est surélevé par rapport à la paroi de fond pour former une cuvette peu profonde. En outre, chacune des plaques 28 comporte deux bossages d'extrémité 34 et 36 munis d'ouvertures respectives 38 et de forme circulaire (figure 5). Comme on le voit plus 30 particulièrement sur les figures 3 et 4, les plaques embouties 28 sont disposées par paires et les bossages respectifs d'une plaque appartenant à une paire sont en communication avec les bossages respectifs d'une plaque 2906017 8 voisine appartenant à une paire de plaques voisines. Ceci permet d'établir une communication de fluide entre les chambres que délimitent les paires respectives de plaques. 5 Le faisceau 10 comporte en outre des intercalaires ondulés 42 (figure 3) disposés à chaque fois entre des paires de plaques voisines. Ces intercalaires ondulés 42 ont leurs ondulations respectives brasées sur les parois de fond 30 respectives de deux plaques 28 en vis-à-vis. Les rebords 10 périphériques respectifs 32 de deux plaques appartenant à une même paire sont brasés sur toute leur périphérie pour définir des canaux ou lames de circulation du liquide de refroidissement, qui communiquent entre eux au travers des bossages respectifs. Par ailleurs, les petits côtés des 15 plaques ont à chaque fois un bord 44 replié en U, ce qui permet d'assembler les paires de plaques entre elles en délimitant des canaux de circulation pour le gaz à refroidir (voir les régions entourées par un ovale sur la figure 3). Ainsi, le faisceau délimite des premiers canaux 20 46 pour le gaz à refroidir, dans lesquels sont présents les intercalaires ondulés 42, et des seconds canaux 48 pour la circulation du liquide de refroidissement (figures 3 et 4). Du fait que les bords 44 des plaques sont jointifs, on 25 définit ainsi une veine de gaz pour le gaz à refroidir qui traverse simultanément l'ensemble des premiers canaux 46 pour être refroidis par le liquide de refroidissement qui circule dans les seconds canaux 48. 30 Comme on le voit sur la figure 4, des agrafes 45 sont formées sur le rebord périphérique 32 des plaques 28 pour permettre un assemblage provisoire des plaques de chaque paire avant leur assemblage définitif par brasage. 2906017 9 La figure 5 montre que les plaques 28 sont symétriques et que leurs bossages respectifs forment des collets permettant un auto-centrage des plaques entre elles de 5 manière à garantir un bon assemblage par brasage. Les bossages 34A et 36A de la plaque 28A sont différents et des bossages 34 et 36 des plaques courantes et ont des ouvertures respectives 38A et 40A adaptées pour la 10 réception des tubulures respectives 14 et 16. De même, la plaque 28B a des bossages 34B et 36B différents puisqu'ils comportent à chaque fois une paroi fermée donc dépourvue d'ouverture. 15 La paroi de fond 30 de chacune des plaques embouties 28 comporte une nervure 50 qui s'étend parallèlement aux grands côtés, sur une longueur inférieure à celle d'un grand côté, pour définir un parcours de circulation en U dans chaque second canal (figure 2). 20 Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 2, le faisceau 10 comporte deux faces ouvertes opposées : une face ouverte 52 du côté de l'entrée des gaz et une' face ouverte 54 du côté de la sortie des gaz. Les premiers canaux 46 25 débouchent à la fois dans les faces 52 et 54 précitées. Sur les faces ouvertes 52 et 54 sont assemblés respectivement les collecteurs 24 et 26 comme on le voit sur la vue éclatée de la figure 6. Les collecteurs 24 et 26 30 sont identiques et sont réalisés sous la forme d'un cadre de forme générale rectangulaire. Chaque collecteur comporte un bord périphérique 56 de forme générale rectangulaire délimitant une ouverture de passage de gaz 58 en vis-à-vis 2906017 10 de la face ouverte 52 ou 54 du faisceau. On notera que chaque collecteur 24 ou 26 comporte une partie masquée 60 (figures 6 et 7) pour empêcher le passage du gaz dans une région d'extrémité du faisceau qui est dépourvue des 5 premiers canaux. Cette région d'extrémité correspond à la partie du faisceau qui est dépourvue d'intercalaires ondulés et qui comporte des bossages. Ainsi, le gaz à refroidir est canalisé dans la partie utile du faisceau, c'est à dire celle qui correspond aux premiers canaux et 10 qui comporte des intercalaires ondulés. Le bord périphérique 56 de chaque collecteur présente, du côté tourné vers le faisceau, un rebord en épaulement 62 pour la réception de la face ouverte 52 ou 54 du faisceau 15 et de l'autre côté un rebord de sertissage 64 entourant une gorge 66 pour la réception d'un rebord périphérique 68 respectivement 70 du boîtier 16 ou du boîtier 18 (figure 8). Le rebord en épaulement 62 est conformé pour permettre un emboîtement du faisceau avec compression, ce qui permet 20 de se passer d'un outil de maintien pour le brasage. Le rebord périphérique 68 ou 70 du boîtier 16 ou 18 peut être reçu dans la gorge 66 du collecteur correspondant 24 ou 26 et être serti par le rebord de sertissage 64 correspondant. Ce rebord de sertissage peut être constitué de manière 25 conventionnelle par un rebord crénelé à languettes repliables, par un rebord à ondulations, etc. L'ensemble des constituants du faisceau, à savoir les plaques embouties, les intercalaires ondulés, les 30 collecteurs et les tubulures d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement sont avantageusement réalisés dans un alliage d'aluminium, assemblés entre eux et brasés en une seule opération dans un four de brasage. Le faisceau 2906017 11 ainsi obtenu est ensuite assemblé par sertissage à un boîtier d'entrée de gaz et à un boîtier de sortie de gaz de forme voulue. 5 Dans l'exemple représenté sur les figures 1 à 8, les boîtiers 16 et 18 sont munis chacun d'une tubulure 20 ou 22, ce qui permet de réaliser un échangeur de chaleur indépendant. Il peut s'agir d'un refroidisseur d'air de suralimentation qui peut être placé en un endroit choisi 10 sous le capot moteur du véhicule. Dans ce cas, des conduites appropriées sont fixées sur les tubulures 20 et 22. L'invention permet de conformer les boîtiers 16 et 18 en 15 fonction de l'architecture du véhicule et/ou de l'architecture du moteur. Ces boîtiers d'entrée et de sortie d'air peuvent être réalisés en matière plastique, ou en une autre matière 20 appropriée, par exemple en un alliage métallique tel qu'un alliage d'aluminium. Dans l'exemple représenté sur la figure 9, le boîtier d'entrée de gaz 116 est muni d'une tubulure d'entrée de gaz 25 120 qui est disposée avec une orientation différente de celle de la tubulure 20 de l'exemple de réalisation précédent. Egalement, le boîtier de sortie de gaz 118 constitue un 30 diffuseur d'admission d'air pour le moteur thermique du véhicule. Ceci permet de relier l'échangeur de chaleur, ici le refroidisseur d'air de suralimentation, directement au 2906017 12 moteur, sans avoir à prévoir une conduite intermédiaire comme dans le cas du mode de réalisation des figures 1 à 8. L'invention trouve une application particulière aux 5 refroidisseurs d'air de suralimentation pour véhicules automobiles. Revendications 1. Echangeur de chaleur comportant un faisceau d'échange de chaleur (10) déterminant de premiers canaux de circulation (46) pour la circulation d'un gaz à refroidir et de seconds canaux de circulation (48) pour la circulation d'un liquide de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre deux collecteurs (24, 26) assemblés respectivement sur deux faces (52, 54) du faisceau, dans lesquelles débouchent les premiers canaux de circulation, ainsi qu'un boîtier d'entrée de gaz (16) et un boîtier de sortie de gaz (18) présentant chacun une face ouverte délimitée par un rebord périphérique (68, 70) maintenu par sertissage dans l'un desdits collecteurs. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque collecteur (24, 26) a la forme générale d'un cadre et comporte un bord périphérique (56) de forme générale rectangulaire délimitant une ouverture (58) de passage de gaz et présentant d'un côté un rebord en épaulement (62) pour la réception d'une face du faisceau et d'un autre côté un rebord de sertissage (64) entourant une gorge (66) pour la réception du rebord périphérique (68, 70) du boîtier d'entrée de gaz (16) ou du boîtier de sortie de gaz (18). 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rebord en épaulement (62) est conformé pour permettre un emboîtement du faisceau avec compression. 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux collecteurs (24, 26) sont assemblés respectivement sur deux faces opposées (52, 54) du faisceau. 13 2906017 14 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque collecteur (24, 26) comporte une partie masquée (60) pour empêcher le passage du gaz dans une région d'extrémité du faisceau (10) qui est 5 dépourvue des premiers canaux (46). 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le faisceau (10) est constitué par un empilement de plaques embouties (28) disposées par 10 paires en sorte que les premiers canaux (46) sont délimités chacun entre deux paires de plaques et que les seconds canaux (48) sont délimités chacun entre les plaques d'une même paire. 15 7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des plaques embouties (28) du faisceau présente une forme générale rectangulaire et comporte une paroi de fond (30) sensiblement plane limitée par un rebord périphérique (32) et deux bossages 20 d'extrémité (34, 36) dotés d'ouvertures (38, 40) pour le passage du liquide de refroidissement d'un second canal à un autre second canal. 8. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, 25 caractérisé en ce que la paroi de fond (30) de chacune des plaques embouties (28) comporte une nervure (50) pour définir un second canal de circulation avec un parcours en U. 30 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le rebord périphérique (32) de chacune des plaques embouties (28) est aménagé pour définir des agrafes (35) servant au maintien provisoire de deux plaques d'une même paire en vue de leur liaison par 35 brasage. 2906017 15 10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'une (28A) des plaques embouties disposée en extrémité du faisceau porte deux tubulures (12, 14) pour l'entrée et la sortie du liquide de 5 refroidissement. 11. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le faisceau (10) comporte en outre des intercalaires ondulés (42) disposés 10 respectivement dans les premiers canaux (46). 12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le boîtier d'entrée de gaz (16) et le boîtier de sortie de gaz (18) sont réalisés chacun 15 par moulage avec une forme choisie. 13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le boîtier d'entrée de gaz (16) et le boîtier de sortie de gaz (18) sont réalisés chacun 20 par moulage d'une matière plastique. 14. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur 25 thermique de véhicule automobile, les premiers canaux de circulation (46) servant à la circulation de l'air à refroidir. 15. Échangeur de chaleur selon la revendication 14, 30 caractérisé en ce que le boîtier d'entrée de gaz (16) et le boîtier de sortie de gaz (18) sont munis chacun d'une tubulure (20, 22) venue de moulage. 16. Échangeur de chaleur selon la revendication 14, 35 caractérisé en ce que le boîtier d'entrée de gaz (116) est muni d'une tubulure (120) venue de moulage, tandis que le 2906017 16 boîtier de sortie de gaz (118) constitue un diffuseur d'admission d'air pour le moteur thermique du véhicule.