Brevet FR2977309A1 — publié le 20130104

Lame d'échangeur de chaleur à zone de contournement L'invention concerne une lame pour un échangeur de chaleur d'un véhicule automobile, un faisceau de lames d'un tel échangeur et un échangeur de chaleur muni d'un tel faisceau. Elle concerne en particulier le domaine des refroidisseurs d'air de suralimentation. On connaît un moteur de véhicule automobile comprenant un turbocompresseur et appelé moteur turbocompressé. Pour fonctionner, un tel moteur turbocompressé peut être alimenté par un système d'admission d'air ou par un système d'admission d'un mélange d'air et de gaz d'échappement collectés à l'échappement du moteur, appelés gaz d'échappement recirculés. Dans la suite, on entendra par air de suralimentation du moteur aussi bien l'air provenant d'un système d'admission d'air que le mélange provenant d'un système d'admission d'un mélange d'air et de gaz d'échappement recirculés. Dans le but d'augmenter la densité de l'air de suralimentation du moteur, il est connu de l'art antérieur de refroidir ledit air de suralimentation au moyen d'un échangeur de chaleur, aussi appelé refroidisseur d'air de suralimentation (RAS). Il a tout d'abord été principalement utilisé des refroidisseurs d'air de suralimentation du type tubes et intercalaires permettant un échange de chaleur entre l'air de suralimentation circulant dans les tubes et un flux d'air provenant de l'extérieur du véhicule, circulant entre les tubes. 25 Il a également été proposé des échangeurs de chaleur comprenant un faisceau formé d'un empilement de lames superposées, permettant un échange de chaleur entre l'air de suralimentation et un fluide de refroidissement, en général liquide. Une lame se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire allongée comprenant deux orifices traversants. 3 0 Les lames empilées forment alternativement des canaux de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir et des canaux de circulation pour le fluide de refroidissement. L'air de suralimentation à refroidir entre dans l'échangeur de chaleur par l'une de ses faces latérales, appelée face amont, de sorte à circuler dans les canaux de circulation 35 pour l'air de suralimentation à refroidir pour être refroidis par contact avec les lames situées au-dessus et en-dessous dans lesquelles circule le fluide de refroidissement. L'air20 de suralimentation refroidi sort ensuite de l'échangeur par la face latérale opposée, dite face avale. Les termes « amont » et « aval » désignent aussi dans la suite de la description, respectivement, l'entrée et la sortie du flux d'air de suralimentation dans le faisceau de l'échangeur de chaleur. Afin de faire circuler le fluide de refroidissement dans l'échangeur, des canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement sont ménagés dans une partie du faisceau. Les lames comprennent ainsi des bords relevés, autour de chacun de leurs deux orifices, s'étendant perpendiculairement au plan de la lame de sorte à former ces canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement lorsque les lames sont empilées. La partie du faisceau de l'échangeur correspondant aux canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement ne participe cependant pas à l'échange de chaleur. On observe ainsi une zone d'échange destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide et une zone permettant au fluide de contourner ladite zone d'échange, dite zone de contournement, correspondant à la zone dans laquelle sont formés les canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement. Plus particulièrement, les espaces situés autour des orifices autorisent la circulation d'air de suralimentation non, ou insuffisamment, refroidi de l'amont vers l'aval du faisceau, ce qui présente des inconvénients majeurs en termes de performance thermique. On connaît un dispositif 10, illustré par la figure 1, comprenant une paroi 12 rapportée sur la face latérale amont 14 de l'échangeur et permettant d'empêcher une partie du flux d'air de suralimentation de rentrer dans le faisceau de l'échangeur au niveau de la zone de contournement. Un tel dispositif n'est cependant pas satisfaisant, notamment pour des raisons de montage. Afin d'améliorer la situation, l'invention concerne une lame pour échangeur de chaleur, 3 0 ladite lame étant destinée à être empilée avec une autre lame d'un échangeur de chaleur pour former une paire de lames agencées pour autoriser, entre lesdites lames, la circulation d'un fluide à refroidir, la lame présentant une zone, dite d'échange, destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide et une zone, dite zone de contournement, susceptible de permettre au fluide de contourner ladite zone d'échange, lame 35 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens issus de la lame configurés de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange. Ainsi, la zone de contournement est créée par des moyens issus de la lame. Ces moyens sont donc créés lors de la fabrication de la lame et n'ont donc plus vocation à être rapportés sur le faisceau comme c'était le cas dans les solutions antérieures. De préférence, les moyens issus de la lame s'étendent perpendiculairement au plan de la lame. Une telle configuration facilite la circulation du fluide vers la zone d'échange. Avantageusement, la lame se présente sous la forme d'une plaque comprenant deux 10 bords amont et aval et comprenant, dans la zone de contournement, un orifice d'admission d'un fluide de refroidissement et un orifice de collecte dudit fluide de refroidissement, les moyens issus de la lame comprenant une cloison amont s'étendant depuis le bord amont de la lame et configurée de sorte à bloquer la circulation du fluide au droit de l'orifice d'admission et/ou une cloison avale s'étendant depuis le bord aval de 15 la lame et configurée de sorte à bloquer la circulation du fluide au droit de l'orifice de collecte. Selon un aspect de l'invention, les longueurs de la cloison amont et/ou de la cloison avale sont identiques ou supérieures à la plus grande dimension des orifices selon la direction 20 des bords amonts et/ou aval. Ainsi, l'intégralité du fluide à refroidir est dirigée vers la zone d'échange, ce qui rend l'échangeur de chaleur encore plus efficace. Selon un autre aspect de l'invention, la lame est rectangulaire et présente deux bords longs et deux bords courts, lesdits bords longs définissant lesdits bords amont et aval, 25 l'orifice d'admission et l'orifice de collecte étant percés dans une zone proche de l'un des bords courts. Selon un aspect de l'invention, les cloisons amont et avale sont parallèles. 3 0 Selon un aspect de l'invention, les cloisons amont et aval présentent un bord distal oblique. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens issus de la lame comprennent une cloison centrale s'étendant entre l'orifice d'admission et l'orifice de collecte. 35 4 L'invention concerne aussi un faisceau comprenant une pluralité de lames telles que définies ci-dessus empilées les unes sur les autres de sorte que deux lames adjacentes, formant une paire, définissent un canal de circulation pour le fluide à refroidir et deux lames de deux paires différentes et adjacentes forment un canal de circulation pour le fluide de refroidissement. Selon un aspect de l'invention, les cloisons de deux lames d'une même paire de lames se chevauchent. Avantageusement, un turbulateur est disposé entre deux lames d'une même paire de lames de manière à favoriser l'échange de chaleur entre le fluide à refroidir et le fluide de refroidissement, ledit turbulateur comprenant une hauteur sensiblement identique à celle des cloisons. L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur comprenant un faisceau tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs. Des références identiques sont données à des objets semblables. La figure 1, déjà commentée, est une vue de dessus d'une lame connue d'un faisceau d'un échangeur de chaleur. La figure 2 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un échangeur de chaleur connu. La figure 3 est une vue en perspective d'une lame selon l'invention. La figure 4 est une vue en perspective d'une paire de lames selon l'invention entre lesquelles est inséré un turbulateur. La figure 5 est une vue partielle en coupe transversale d'une paire de lames selon 3 0 l'invention montrant la superposition d'une cloison d'une des lames avec une cloison de l'autre lame. La figure 6 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de paires de lames selon l'invention. La figure 7 est une vue partielle en perspective d'une paire de lames selon l'invention 35 comprenant une cloison entre les orifices d'admission et de collecte du liquide de refroidissement. La figure 2 représente un échangeur de chaleur 20 connu avec un faisceau 21 de lames connues. On notera que les lames selon l'invention peuvent être utilisées dans un échangeur de ce type à la place des lames connues. Un tel échangeur de chaleur 20 permet l'échange de chaleur entre un fluide à refroidir et une fluide de refroidissement. Dans la suite de la description, le fluide à refroidir est l'air. Ceci n'est pas limitatif de la portée de la présente invention pour laquelle, dans un autre type d'échangeur de chaleur, le fluide à refroidir pourrait être un autre gaz. L'échangeur de chaleur 20, illustré par la figure 2, comprend : - une paroi supérieure 22 comprenant une tubulure d'admission 23a d'un fluide de refroidissement et une tubulure de collecte 231) dudit liquide de refroidissement, - deux parois latérales 24a et 24b, - une face latérale amont ouverte (non visible) et une face latérale aval ouverte 26, - une paroi inférieure, et - une faisceau 21 comprenant une pluralité de paires de lames 25 empilées les unes sur les autres entre la paroi inférieure et la paroi supérieure 22. 2 0 Un tel faisceau 21 permet un échange de chaleur entre l'air de suralimentation et le fluide de refroidissement, en général liquide. Pour cela, les lames 25 empilées forment alternativement des canaux de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir et des canaux de circulation pour le fluide de refroidissement. Plus précisément, deux lames 25 d'une même paire forment un canal de circulation pour l'air de suralimentation à refroidir 25 et deux lames 25 de deux paires, différentes et adjacentes, forment un canal de circulation pour le fluide de refroidissement. Afin de faire circuler le fluide de refroidissement entre les lames 25 du faisceau 21 de l'échangeur 20, des canaux d'admission et de collecte du fluide de refroidissement sont 3 0 ménagés dans une partie du faisceau 21. La tubulure d'admission 23a et la tubulure de collecte 23b de l'échangeur 20 permettent respectivement l'admission et la collecte du fluide de refroidissement dans les canaux de circulation du fluide de refroidissement. 5 35 Afin d'admettre l'air à refroidir, un boîtier d'admission 28 d'air à refroidir peut être monté sur la face latérale amont ouverte de l'échangeur de chaleur 20. De même, afin de collecter l'air refroidi par son passage entre les lames de l'échangeur de chaleur 20, un boîtier collecteur 29 de l'air refroidi peut être monté sur la face latérale avale ouverte 26 de l'échangeur de chaleur 20. Ainsi, le fluide de refroidissement pénètre dans l'échangeur de chaleur par la tubulure d'admission, circule dans le canal d'admission, circule entre les paires de lames empilées dans les canaux de circulation du fluide puis quitte l'échangeur par le canal de collecte puis la tubulure de collecte. Afin d'éliminer une partie des inconvénients de l'art antérieur cités précédemment, l'invention concerne une lame 30 d'un faisceau pour échangeur de chaleur, illustrée par la figure 3. Une telle lame 30 se présente ici sous la forme d'une plaque rectangulaire, allongée, s'étendant dans un plan P suivant un axe longitudinal X et comprenant une face supérieure (31a), une face inférieure (non visible), deux extrémités 31b et 31c, un orifice d'admission 32 du fluide de refroidissement et un orifice de collecte 34 du fluide de refroidissement, ménagés dans une zone proche de l'une 31b des extrémités de la lame 30. La lame présente une forme de cuvette (renversée à la figure 3), les orifices 2 0 d'admission 32 et de collecte 34 communiquant avec le fond de la cuvette pour définir un ou des canaux de circulation de fluide de refroidissement. La lame 30 comprend, autour de l'orifice d'admission 32 du fluide de refroidissement, un bord 33 s'étendant perpendiculairement au plan P de la lame 30. De même, la lame 30 25 comprend, autour de l'orifice de collecte 34 du fluide de refroidissement, un bord 35 s'étendant perpendiculairement au plan P de la lame 30. Les bords 33 et 35 permettent de former respectivement le canal d'admission et le canal de collecte du fluide de refroidissement, perpendiculaires au plan P de la lame, sur la hauteur du faisceau formé par l'empilement de lames 30. 30 La lame 30 présente une zone, dite d'échange, ZE destinée à favoriser l'échange de chaleur entre l'air et le fluide de refroidissement et une zone, dite zone de contournement ZBP, susceptible de permettre à l'air de contourner ladite zone d'échange ZE. Dans la lame 30 selon l'invention illustrée par la figure 3, des moyens issus de la lame sont configurés de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange ZE. Ils se présentent ici sous la forme : - d'une cloison amont 36 de longueur L s'étendant du bord de la lame 30, substantiellement perpendiculairement au plan P de la lame 30, au droit de l'orifice 32 suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la lame 30, et, - d'une cloison avale 37 de longueur L s'étendant du bord de la lame 30, substantiellement perpendiculairement au plan P de la lame 30 au droit de l'orifice 34 suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la lame 30. La zone de contournement ZBP s'étend ainsi entre la cloison amont 36 et la cloison avale 37. La zone d'échange s'étend sur le reste de la lame 30. Et le passage de l'air au niveau de ladite zone de contournement ZBP est bloqué. Deux lames 30 selon l'invention peuvent être assemblées l'une sur l'autre, comme illustré par la figure 4, en une paire de lames 30 de sorte à former un canal de circulation pour le flux d'air F à refroidir. Plus précisément, une lame 30 telle qu'illustrée par la figure 3 peut être retournée et disposée sur une autre lame 30 non retournée, telle qu'illustrée par la figure 3 de sorte à former ladite paire. On notera que la taille des bords 33 et 35 s'étendant du contour des orifices perpendiculairement au plan P de la lame 30 peut être différente entre les deux lames d'une même paire de lames de sorte qu'ils soient complémentaires et s'emboîtent pour former les canaux d'admission et de collecte lorsque les deux lames sont assemblées en une paire. Comme illustré par la figure 4, un intercalaire interne ou turbulateur 40 peut être inséré, par exemple avant assemblage, entre deux lames 30 d'une paire de lames 30. Un tel turbulateur 40 permet d'améliorer l'échange de chaleur. La zone de contournement ZBP est définie substantiellement par l'espace créé entre la 3 0 cloison amont 36, la cloison avale 37 et les deux lames 30 assemblées en une paire de lames 30. La zone d'échange ZE est définie substantiellement, entre les deux lames 30 assemblées en une paire de lames 30, par l'espace de circulation de l'air, dans lequel est inséré le turbulateur 40. 35 Comme illustré par la figure 5, qui est une vue en coupe transversale perpendiculaire à l'axe longitudinal X de la lame 30 d'une paire de lames 30 assemblées, les extrémités distales 36' et 37', respectivement des cloisons 36 et 37, peuvent être configurées de sorte que les cloisons 36 et 37 se superposent, se chevauchent ou s'emboîtent facilement. Dans ce but, les cloisons 36 et 37 peuvent par exemple présentés des bords distaux obliques. Sur la figure 5, l'extrémité distale 36' est courbée vers l'intérieur de l'espace défini par l'assemblage de deux lames 30 et l'extrémité distale 37' est courbée vers l'extérieur de l'espace défini par l'assemblage de deux lames 30. Ainsi, lorsque les deux lames sont superposées pour être assemblées en une paire de lames 30, les courbures opposées des extrémités distales 36' et 37' rendent l'assemblage des deux lames 30 aisé. Dans le même but, les cloisons 36 et 37 d'une même lame 30 ne sont pas symétriques par rapport à l'axe longitudinal X de ladite lame 30. Ainsi, lorsque deux même lames 30 d'une même paire de lames sont en vis-à-vis l'une de l'autre, l'une des lames étant tournée à 180° autour de l'axe longitudinal X par r apport à l'autre, la cloison 36 de l'une des lames se trouve décalée, selon la direction des petits côtés des lames 30, par rapport à la cloison 37 de l'autre lame, ce qui facilite leur chevauchement. Comme illustré par la figure 6, lorsque la paire de lames 30 est montée dans un échangeur de chaleur 50, le flux d'air F traverse le faisceau 52, entre chaque paire de lames 30 définissant un canal de circulation d'air à refroidir, de l'amont vers l'aval, de sorte à être refroidi par le fluide de refroidissement circulant, dans chaque canal de circulation du fluide de refroidissement, entre les lames 30 de deux paires différentes. Les cloisons 36 et 37 issus de matière de la lame 30 forment, par empilement des lames 30, une paroi amont (non visible) permettant de bloquer le flux d'air F au niveau de la face latérale amont de l'échangeur de chaleur 50 et une paroi avale 54 permettant de bloquer le flux d'air F au niveau de la face latérale avale de l'échangeur de chaleur 50. Les parois amont et avale 54 empêchent donc la circulation d'air au niveau de la zone de 3 0 contournement du faisceau. La zone d'échange ZE est définie entre les portions amont et avale du faisceau qui sont ouvertes à la circulation de l'air à refroidir. On notera que, sur la figure 6, la tubulure d'admission 23a et la tubulure de collecte 23b sont partiellement représentées, ceci pour des raisons de clarté, et que la paroi inférieure 35 51 de l'échangeur de chaleur 50 est visible. Dans la forme de réalisation décrite, les moyens issus de la lame configurés de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange ZE sont disposés aussi bien sur la face amont que sur la face avale 26 de l'échangeur de chaleur 50. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens issus de la lame pourraient n'être disposés par exemple que sur la face amont de l'échangeur de chaleur 50. Dans une forme de réalisation illustrée par la figure 7, la lame 70 comprend une cloison centrale s'étendant entre l'orifice d'admission 74 et l'orifice de collecte 76 formant les canaux de circulation pour le fluide de refroidissement. Cette cloison centrale est ici issue de matière des deux lames 70a et 70b et comprend deux rebords relevés 71a et 71b s'étendant substantiellement perpendiculairement aux lames 70a et 70b de sorte à bloquer le flux d'air entre la zone d'échange ZE et la zone de contournement ZBP. La cloison centrale comprend en outre des rebords relevés 72a et 72b pour augmenter le blocage du flux entre la zone d'échange ZE et la zone de contournement ZBP entre les orifices d'admission 74 et l'orifice de collecte 76. On visualisera par ailleurs à cette figure la forme de cuvette 73 de la lame 70b, agencée pour guider le fluide de refroidissement entre l'orifice d'admission 74 et l'orifice de collecte 76. Avantageusement, les lames 30 comme le reste du faisceau est en métal, par exemple en aluminium et/ou alliages d'aluminium. 25 REVENDICATIONS1. Lame (30) pour échangeur de chaleur (50), ladite lame (30) étant destinée à être empilée avec une autre lame (30) d'un échangeur de chaleur (50) pour former une paire de lames (30) agencées pour autoriser, entre lesdites lames (30), la circulation d'un fluide à refroidir, la lame (30) présentant une zone, dite d'échange (ZE), destinée à favoriser l'échange de chaleur avec le fluide et une zone, dite zone de contournement (ZBP), susceptible de permettre au fluide de contourner ladite zone d'échange, lame (30) caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (36, 37) issus de la lame (30) configurés de sorte à forcer une circulation du fluide dans la zone d'échange (ZE). 2. Lame selon la revendication 1, dans laquelle les moyens (36, 37) issus de la lame (30) s'étendent perpendiculairement à un plan (P) de la lame (30) . 3. Lame selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, ladite lame (30) se présentant sous la forme d'une plaque comprenant deux bords amont et aval et comprenant, dans la zone de contournement, un orifice d'admission (32) d'un fluide de refroidissement et un orifice de collecte (34) dudit fluide de refroidissement, les moyens issus (36, 37) de la lame (30) comprenant une cloison amont (36) s'étendant depuis le bord amont de la lame (30) et configurée de sorte à bloquer la circulation du fluide au droit de l'orifice d'admission (32) et/ou une cloison avale (37) s'étendant depuis le bord aval de la lame (30) et configurée de sorte à bloquer la circulation du fluide au droit de l'orifice de collecte (34). 4. Lame selon la revendication 3, dans laquelle la lame (32) est rectangulaire et présente deux bords longs et deux bords courts, lesdits bords longs définissant lesdits bords amont et aval, l'orifice d'admission (32) et l'orifice de collecte (34) étant percés dans une zone proche de l'un des bords courts. 3 0 5. Lame selon la revendication 4, dans laquelle les longueurs (L) de la cloison amont (36) et/ou de la cloison avale (37) sont identiques ou supérieures à la plus grande dimension des orifices (32, 34) selon la direction des bords longs. 6. Lame selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle les cloisons 35 amont (36) et avale (37) sont parallèles. 7. Lame selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans laquelle les cloisons amont et aval (36, 37) présentent un bord distal oblique. 8. Lame selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans laquelle les moyens issus de la lame comprennent alternativement ou cumulativement une cloison centrale (71a, 71b) s'étendant entre l'orifice d'admission (74) et l'orifice de collecte (76). 9. Faisceau (52) de lames comprenant une pluralité de lames (30, 70a, 70b), selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, empilées les unes sur les autres de sorte que deux lames (30, 70a, 70b) adjacentes, formant une paire, définisse un canal de circulation pour le fluide à refroidir et deux lames (30, 70a, 70b) de deux paires différentes et adjacentes forment un canal de circulation pour le fluide de refroidissement. 10. Faisceau selon la revendication 9, dans lequel les cloisons (36, 37) de deux lames (30, 70) d'une même paire de lames se chevauchent. 11. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel un turbulateur (40) est disposé entre deux lames (30, 70a, 70b) d'une même paire de lames (30, 70) de manière à favoriser l'échange de chaleur entre le fluide à refroidir et le fluide de refroidissement, ledit turbulateur (40) comprenant une hauteur sensiblement identique à celle des cloisons (36, 37, 71a, 71b). 12. Echangeur de chaleur (50) comprenant un faisceau (52) selon l'une quelconque des revendications 9 à 11.