Brevet FR2923589A1 — publié le 20090515

Echangeur de chaleur brasé de type fluide/fluide L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur brasé, notamment pour véhicules automobiles, du 5 type fluide/fluide. L'invention concerne plus spécifiquement le coeur de l'échangeur de chaleur, à savoir là où a lieu les échanges de chaleur (dénommé classiquement le � faisceau d'échange 10 thermique �) entre les deux fluides circulant dans l'échangeur. On connaît à l'heure actuelle ce type d'échangeurs de chaleur notamment par les documents FR 2852383 et 15 JP 200717133. L'échangeur de chaleur divulgué par le document FR 2852383 est un échangeur à tubes plats dans lesquels circule un gaz sous haute pression tandis qu'entre ces tubes plats circule 20 un liquide. Ces types d'échangeurs de chaleur nécessitent des intercalaires/perturbateurs/turbulateurs disposés et fixés entre les tubes de manière perturber la circulation du fluide et ainsi augmenter les échanges thermiques. L'utilisation de perturbateurs ou analogues est coûteuse, 25 tant par la réalisation d'éléments complémentaires que par le délicat procédé de mise en place et de fixation de ces éléments, elle limite la hauteur minimum de la surface d'échange secondaire et elle ne permet pas d'assurer une résistance mécanique satisfaisante pour le faisceau 30 d'échange de chaleur car ces perturbateurs sont généralement fins et fragiles. 2 L'échangeur de chaleur divulgué dans le document JP 200717133 illustre un dispositif classique d'échange entre deux fluides gazeux. Ce type de structure nécessite des conduits spécifiques pour véhiculer et perturber chacun des deux fluides, et en particulier le fluide ne circulant pas dans les canaux des tubes. Ce type de structures sont beaucoup plus complexes et donc coûteuses. Ainsi, l'invention concerne un échangeur de chaleur, destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides, comportant un faisceau d'échange de chaleur constitué d'une pluralité de tubes longitudinaux comportant une pluralité de canaux, lesdits tubes étant empilés les uns en dessous des autres, caractérisé en ce que lesdits tubes sont ondulés. D'autres aspects avantageux de l'invention sont présentés ci-après . -lesdits tubes sont empilés en contact les uns en-dessous 20 des autres ; -la ligne d'ondulation s'étend obliquement par rapport à l'axe longitudinal du tube ; - Avantageusement, la ligne d'ondulation s'étend avec un angle supérieur à 50° par rapport à l'axe longitudinal du 25 tube ; - de préférence, lesdites plaques comportent une pluralité de lignes d'ondulation ; - un des deux fluides est un liquide et l'autre fluide est un gaz sous haute pression. 30 - la ou les ligne(s) d'ondulation s'étend(ent) avec un angle compris entre 10° et 30° par rapport à l'axe longitudinal du tube. - Avantageusement, les tubes sont brasés entre eux, au niveau de leurs parties en contact ; - les deux fluides circulent à contre courant, ou à contresens, dans le faisceau d'échange de chaleur. L'invention concerne un échangeur de chaleur caractérisé en 5 ce qu'il comprend une pluralité de tubes tels que définis ci-dessus. 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 en perspective d'un tube utilisé dans l'échangeur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective de deux tubes 15 contigus destinés à venir se fixer l'un à l'autre par contact puis brasage ; - la figure 3 est une vue de face de l'échangeur de chaleur selon l'invention, les deux tubulures d'entrée et de sortie 20 du liquide s'étendant dans le plan horizontal tandis que les deux tubulures d'entrée et de sortie du gaz s'étendant verticalement ; - la figure 4 est une vue de côté de l'échangeur de chaleur 25 selon l'invention représenté sur la figure 3 ; - la figure 5 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de l'invention représenté sur les figures 3 et 4 ; 30 - la figure 6 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 3, selon la coupe CC ; 10 - la figure 7 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 4, selon la coupe DD ; - La figure 8 est une vue en coupe de l'échangeur de 5 chaleur représenté sur la figure 3, selon la coupe EE. La figure 1 présente un tube 1 selon l'invention. Ce tube 1 est initialement un tube plat classique, issu d'extrusion, disposant d'une pluralité de canaux 2 pour la circulation 10 interne d'un fluide, généralement d'un gaz. Ce tube plat se présente sous la forme d'un rectangle avec deux grands côtés 3, 3' s'étendant dans le sens longitudinal du tube 1 et deux petits côtés 4, 4', s'étendant en largeur, perpendiculairement aux deux grands côtés 3, 3'. 15 Ce tube plat 1 est ensuite frappé/stampé pour former une pluralité de lignes d'ondulation 5. Une ligne d'ondulation 5 présente une coupe sensiblement sinusoïdale, plus ou moins aplatie en fonction de la hauteur entre tubes 1 20 recherchée. Dans l'exemple choisi pour représenter l'invention, les tubes plats 1 comportent quatorze lignes d'ondulation 5 (en considérant les sommets 6 de chaque ligne d'ondulation). 25 Par ailleurs, ces lignes d'ondulation 5 présentent toutes des formes et dimensions identiques et s'étendent parallèlement les unes aux autres ; ceci pour faciliter et standardiser la production des tubes 1, 1'. 30 Bien entendu, on pourra prévoir que toutes ces lignes d'ondulation 5 ne sont parallèles entre elles, ni même qu'elles présentent toutes des formes et des dimensions identiques. L'important réside dans la complémentarité lors de l'association ou de la fixation de deux tubes 1, 1' contigus de sorte que les sommets 6 des lignes d'ondulation 5 en regard, lors de l'assemblage du faisceau d'échange de l'échangeur de chaleur, sont en contact afin d'être fixés ensemble par brasage. On pourra également envisager que tous les sommets des lignes d'ondulation 5 ne sont pas en contact ou fixés entre eux ou également que seulement une partie de ces sommets 6 de lignes d'ondulation 5 sont fixés entre eux, dans le cas où la structure du faisceau d'échange de chaleur n'est pas nécessairement optimisé du point de vue de la tenue/résistance mécanique. Comme illustré sur la figure 2, les tubes 1, 1' sont placés tête-bêche, c'est-à-dire que l'on tourne un tube sur deux afin de croiser les lignes d'ondulation 5 de chacun des tubes 1, 1'. En effet, dans cet exemple, les tubes 1, 1' et leurs lignes d'ondulation 5 sont tous et toutes identiques, même longueur, largeur, ainsi que même alignement oblique pour les lignes d'ondulation 5. Il est avantageux de croiser les lignes d'ondulation 5 des tubes contigus 1 et 1' pour créer des conduits sinueux entre les tubes afin de perturber le trajet du liquide circulant entre les tubes de manière à améliorer les échanges thermiques. Plus l'inclinaison oblique des lignes d'ondulation 5 est importante (proche de 90° par rapport à l'axe longitudinal des tubes 1, 1'), plus le trajet pour le fluide circulant entre les tubes devient sinueux. Un compromis avantageux entre perte de charge et efficience des échanges thermiques a été constaté pour un angle oblique supérieur à 50°, plus précisément compris entre 60° et 80°. On notera que l'orientation des lignes d'ondulation 5 détermine le ou les circuits de circulation d'un des fluides, à savoir celui circulant entre les tubes 1, 1', qui est idéalement un liquide. Ce faisceau d'échange de chaleur constitué des tubes 1, 1' selon l'invention est logé dans un carter 7 destiné à sceller de façon étanche la chambre dans laquelle circule l'un des fluides (celui circulant entre les tubes). Ce carter 7 comporte deux orifices pour la mise en place et la fixation de deux tubulures 8 et 9, d'entrée 8 et de sortie 9 pour le fluide circulant entre les tubes 1, 1'. Les autres figures 3 à 8 montrent différentes vues d'un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention, sans que cette réalisation soit limitative ou obligatoire. Ainsi, cet échangeur de chaleur est classique. Le faisceau d'échange de chaleur étant réalisé par l'assemblage des tubes 1, 1' les uns en dessous (ou dessus) des autres. Les faces externes des tubes 1, 1' comportent au moins en partie une couche de brasage qui est utilisée ici pour fixation des parties en contact des tubes contigus 1, 1'. Ainsi, cette couche de brasage peut être seulement présente sur les sommets 6 des lignes d'ondulation 5, c'est-à-dire sur les seules parties des tubes 1, 1' entrant en contact les unes avec les autres. L'échangeur comprend également deux collecteurs 10 et 11, situés opposés l'un à l'autre, pour la fixation des extrémités des tubes 1, 1' des figures 1 ou 2. Ces collecteurs 10, 11 peuvent être formés par l'assemblage et la fixation d'une pluralité de plaques disposant d'un orifice ou par tout autres structures bien connues de l'homme du métier. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, ainsi que sur la coupe de la figure 8, les extrémités des tubes 1, 1' sont planes afin de faciliter leurs liaisons et leurs fixations respectivement aux deux collecteurs latéraux 10, 11. Comme illustré notamment sur la figure 7, ces collecteurs latéraux disposent d'orifices, ici situés sur leurs faces supérieures, pour communiquer respectivement avec deux tubulures lé et 13, d'entrée 12 et de sortie 13 du fluide circulant dans les canaux 2 des tubes 1, 1'. L'échangeur de chaleur de la présente invention est idéalement utilisé avec un fluide gazeux à haute pression (supérieure à 40 bars) circulant dans les canaux 2 des tubes 1, 1' et avec un fluide liquide circulant entre les tubes 1, 1'. Le fluide gazeux pourra ainsi être du dioxyde ou du monoxyde de carbone tandis que le fluide liquide pourra être du liquide de refroidissement moteur. Les surfaces externes et internes des tubes pourront idéalement comprendre une couche anti-corrosion apte à rendre ses faces ou parois résistantes à la corrosion respectivement par l'un ou l'autre des deux fluides. Revendications 1. Echangeur de chaleur, destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides, comportant un faisceau d'échange de chaleur constitué d'une pluralité de tubes longitudinaux comportant une pluralité de canaux, lesdits tubes étant empilés les uns en dessous des autres, caractérisé en ce que lesdits tubes sont ondulés. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits tubes sont empilées en contact les uns en-dessous des autres. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, 15 caractérisé en ce que la ligne d'ondulation s'étend obliquement par rapport à l'axe longitudinal du tube. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ligne d'ondulation s'étend avec un 20 angle supérieur à 50° par rapport à l'axe longitudinal du tube. 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits 25 tubes comportent une pluralité de lignes d'ondulation. 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce l'un des deux fluides est un liquide et l'autre fluide est un gaz sous 30 haute pression. 7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les ligne(s) d'ondulation s'étend(ent) avec un angle compris 35 entre 60° et 80° par rapport à l'axe longitudinal du tube. 8 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes sont brasés entre eux, au niveau de leurs parties en contact. 9. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux fluides circulent à contre courant, ou à contresens, dans le faisceau d'échange de chaleur.10