Brevet FR2973494A1 — publié le 20121005

-1- Plaque de perturbation d'écoulement de fluide, échangeur thermique et procédé de formation de perturbateurs associés L'invention concerne une plaque de perturbation d'écoulement de fluide dans un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne encore un tel échangeur comprenant ces plaques de perturbation. Et, l'invention concerne aussi un procédé de formation de perturbateurs sur les plaques de perturbation. L'invention s'applique plus particulièrement à un échangeur thermique comprenant un empilement alterné de canaux pour la circulation d'un premier fluide et de canaux pour la circulation d'un second fluide. De tels échangeurs thermiques peuvent être utilisés, par exemple, comme condenseurs notamment pour un circuit de climatisation de véhicule automobile. Le premier fluide peut être alors constitué par un fluide réfrigérant, tel qu'un fluide à base de fréon, et le second fluide par un fluide de refroidissement tel que de l'eau glycolée. Un tel circuit comporte généralement un compresseur, un condenseur ou refroidisseur de gaz, un détendeur et un évaporateur. Le condenseur est agencé de façon à condenser et/ou refroidir le premier fluide par échange thermique avec le second fluide, tel que l'eau. La circulation des deux fluides a une importance pour les performances de 20 l'échangeur thermique. Selon une solution connue, on fait circuler un des fluides ou les deux fluides à travers des perturbateurs afin de créer un écoulement turbulent et d'augmenter les surfaces d'échange thermique entre les deux fluides. On peut citer en exemple des perturbateurs sensiblement en forme de créneaux 25 et disposés en quinconce. Ces perturbateurs sont généralement réalisés selon une fabrication longue, par exemple à l'aide de la combinaison de presse et molette. Selon une autre solution connue, on réalise les perturbateurs totalement avec des molettes, mais les possibilités de forme pour les perturbateurs sont réduites. L'invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en 30 permettant une réalisation simple et rapide de perturbateurs tout en offrant une grande 2973494 -2- variété de forme pour les perturbateurs. À cet effet, l'invention a pour objet une plaque de perturbation d'écoulement de fluide dans un échangeur thermique entre au moins un premier fluide et un second fluide, caractérisée en ce que ladite plaque présente des perturbateurs d'écoulement de 5 fluide formant des motifs en relief par rapport au plan général défini par ladite plaque, et disposés sur les deux parois longitudinales opposées de ladite plaque. Ladite plaque peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : lesdits motifs présentent une hauteur inférieure ou égale à 2 mm, de sorte que les 10 motifs n'entraînent pas un allongement matière de ladite plaque supérieur a 20%, lesdits perturbateurs s'étendent sur toute la longueur de ladite plaque, lesdits motifs sont disposés en quinconce, lesdits motifs sont identiques, lesdits motifs présentent au moins l'une des formes du groupe de formes comprenant 15 des formes sensiblement bombées, des formes sensiblement ondulées, des formes sensiblement rectangulaires, des formes sensiblement en créneaux, lesdits motifs présentent au moins une ouverture, lesdits motifs définissent une forme sensiblement oblongue avec : - une première moitié formant relief sur une première paroi longitudinale de ladite 20 plaque, - une deuxième moitié formant relief sur la deuxième paroi longitudinale de ladite plaque opposée à ladite première paroi, et - une ouverture sensiblement au milieu de ladite forme oblongue séparant les deux moitiés. 25 L'invention concerne aussi un échangeur thermique entre au moins un premier fluide et un second fluide, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des plaques de perturbation telles que définies ci-dessus, agencées dans des canaux de circulation de fluide. 30 Selon un mode de réalisation, lesdites plaques s'étendent longitudinalement dans le sens de l'écoulement du fluide. L'invention concerne encore un procédé de formation de motifs de perturbateurs sur une plaque de perturbation pour échangeur thermique, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits motifs par application d'une première partie d'outillage sur une première paroi longitudinale de ladite plaque et d'une seconde partie d'outillage complémentaire à la première partie d'outillage sur la deuxième paroi longitudinale de ladite plaque opposée à ladite première paroi, de façon à former des motifs en relief par rapport au plan général défini par ladite plaque, et disposés sur les deux parois longitudinales opposées de ladite plaque. Selon un mode de réalisation, l'outillage est une presse comportant une première partie supérieure et une deuxième partie inférieure, et ladite première partie supérieure présente des poinçons et des matrices respectivement complémentaires des matrices et des poinçons de la deuxième partie inférieure de ladite presse. Selon une variante de réalisation, on pratique une ouverture desdits motifs lors du croisement des poinçons des deux parties de presse complémentaires. Selon un autre mode de réalisation, l'outillage comporte une première et une seconde molettes entre lesquelles ladite plaque défile, et ladite première molette présente des parties saillantes et des parties creuses respectivement complémentaires de parties creuses et de parties saillantes de ladite deuxième molette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente schématiquement une plaque de perturbation pour échangeur thermique, la figure 2 illustre une portion zoomée II de la plaque de la figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un perturbateur -3- Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes 2973494 -4- références. On a représenté sur la figure 1, une plaque de perturbation 1 dont une portion référencée II, est zoomée sur la figure 2. Une telle plaque 1 est selon l'exemple illustré de forme générale sensiblement 5 rectangulaire avec une longueur L et une largeur 1. Cette plaque 1 présente des perturbateurs 3 d'écoulement de fluide. Ces perturbateurs 3 présentent une forme créant des turbulences dans l'écoulement d'un fluide passant à travers eux. En effet, une telle plaque 1 est par exemple utilisée dans un échangeur 10 thermique, notamment pour véhicule automobile, pour un échange thermique entre un premier fluide et un second fluide. On peut citer à titre d'exemple un échangeur ou condenseur dans un circuit de climatisation (non représenté), pour un échange thermique entre un premier fluide réfrigérant tel que du fréon notamment, et un second fluide de refroidissement. Le fluide 15 de refroidissement peut comporter de l'eau additionnée d'un antigel, par exemple d'un glycol. À cet effet, l'échangeur thermique comporte des premiers canaux de circulation du premier fluide et des seconds canaux de circulation du second fluide. Selon une première variante de réalisation, l'échangeur peut comporter un 20 empilement de tubes parallèlement les uns aux autres. Le volume intérieur de chaque tube forme un premier canal de circulation pour le premier fluide. Et les seconds canaux de circulation sont définis entre les tubes. Selon une autre variante, l'échangeur thermique comporte un empilement de plaques parallèles. Les plaques sont disposées par paires de façon à délimiter d'une part 25 les premiers canaux pour la circulation du premier fluide, et d'autre part les seconds canaux pour la circulation du second fluide. Les seconds canaux pour la circulation du second fluide sont par exemple définis par deux plaques adjacentes d'une paire, et l'espace aménagé entre deux plaques prévues en vis-à-vis de deux paires de plaques voisines permet de définir les premiers canaux pour la circulation du premier fluide. 30 2973494 -5- Des plaques de perturbation 1 peuvent être aménagées dans les seconds canaux de circulation de l'échangeur de façon à perturber l'écoulement du second fluide et ainsi améliorer l'échange thermique avec le premier fluide. On peut aussi prévoir d'agencer les plaques 1 dans les premiers canaux de 5 circulation pour perturber l'écoulement du premier fluide. La plaque 1 peut par exemple s'étendre sur toute la longueur d'un canal de circulation de fluide. Cette plaque peut aussi s'étendre longitudinalement dans le sens d'écoulement du fluide à perturber. 10 En se référant à nouveau à la figure 1, une plaque 1 présente deux parois longitudinales opposées; une première paroi la et une seconde paroi lb. Chacune de ces parois la,lb présente des perturbateurs 3 formant des motifs sur chaque paroi la,lb. Les perturbateurs 3 s'étendent par exemple sur toute la longueur L de la plaque 15 1, qui peut correspondre au sens d'écoulement du fluide à perturber. On peut aussi prévoir que les motifs s'étendent tant dans la direction de la longueur L de la plaque, que dans la direction de la largeur 1 de la plaque. On augmente ainsi la surface d'échange entre les deux fluides. La plaque de perturbation 1 présentant les perturbateurs 3 sur ses deux parois 20 longitudinales la,lb opposées peut remplir toute l'épaisseur du canal de circulation de fluide dans lequel la plaque 1 est disposée. Les motifs définis par les perturbateurs 3 peuvent être identiques de part et d'autre de la plaque 1. Ces perturbateurs 3 forment des reliefs aussi bien sur la première paroi la que 25 sur la seconde paroi lb. La plaque 1 définit un plan général P, et les perturbateurs 3 sont des surélévations par rapport à ce plan P. Autrement dit, les perturbateurs sont des excroissances situées de part et d'autre de la plaque 1. Ces reliefs ou surélévations ont une hauteur h par exemple inférieure ou égale à 2 mm. On obtient une faible hauteur de la plaque ou les motifs en relief sur les deux 30 parois opposées de la plaque 1 n'entraînent pas un allongement matière supérieur a 20%. 2973494 -6- Il est dans ce cas très intéressant d'utiliser comme outillage pour réaliser les perturbateurs, un outil de presse. Bien sûr l'outillage pour réaliser ces perturbateurs peut comprendre en variante des molettes. 5 On peut prévoir n'importe quelle forme pour les perturbateurs 3 en relief sur les deux parois la,lb. On peut citer comme exemple, des formes sensiblement bombées, des formes sensiblement ondulées, des formes sensiblement rectangulaires, ou encore des formes sensiblement en créneaux, par exemple à angle droit. Ces perturbateurs 3 peuvent encore présenter des ouvertures ou non. 10 Les perturbateurs 3 peuvent être disposés en quinconce. Selon l'exemple illustré, les perturbateurs 3 sont agencés en rangées 5. Ces rangées 5 peuvent être disposées de sorte que les perturbateurs 3 d'une rangée 5 soit en quinconce avec les perturbateurs 3 de la rangée 5 adjacente. 15 On décrit maintenant en particulier le mode de réalisation illustré. Selon ce mode de réalisation, un perturbateur 3 présente un motif définissant une forme sensiblement oblongue. La forme oblongue peut être orientée dans le sens longitudinal de la plaque 1. la longueur de la forme oblongue s'étend donc parallèlement à la dimension de longueur L 20 de la plaque 1. La forme oblongue d'un perturbateur 3 est séparée en deux moitiés 7 et 9 : une première moitié 7 formant relief sur la première paroi longitudinale la de la plaque, et une deuxième moitié 9 formant relief sur la deuxième paroi longitudinale lb de la 25 plaque. La première moitié 7 forme sensiblement un bombement sur la première paroi la. En revanche, la première moitié 7 forme un creux au niveau de la seconde paroi lb. De même, la deuxième moitié 9 forme sensiblement un bombement sur la seconde paroi lb, et forme un creux au niveau de la première paroi la. 30 De plus, les deux moitiés 7 et 9 sont séparées par une ouverture 11 sensiblement 2973494 -7- au milieu de la forme oblongue du perturbateur 3. La plaque 1 présente donc une forme générale sensiblement en râpe de part et d'autre de la plaque 1. Bien entendu, on peut prévoir d'autres formes ouvertes ou non. 5 Pour les formes ouvertes, l'ouverture peut ne pas être disposée au milieu de deux moitiés symétriques comme dans l'exemple illustré. Par ailleurs, les motifs formés par les perturbateurs 3 sont par exemple réalisés par presse. Ceci permet une réalisation rapide des perturbateurs 3. 10 On peut aussi prévoir de réaliser les motifs à l'aide de molettes. Un exemple de procédé de formation des perturbateurs 3 sur la plaque 1 est donné à titre illustratif. On peut prévoir par exemple qu'on réalise les motifs des perturbateurs 3 par 15 application d'une première partie supérieure de presse et d'une seconde partie inférieure de presse, les parties supérieure et inférieure de l'outil de presse étant complémentaires. Chaque partie de presse présente à la fois des poinçons et des matrices. Les poinçons de la première partie de presse sont complémentaires des matrices de la deuxième partie de presse, et les poinçons de la deuxième partie de presse sont 20 complémentaires des matrices de la première partie de presse. La première partie supérieure de presse peut être appliquée sur la première paroi la de la plaque et la deuxième partie inférieure de presse peut être appliquée sur la seconde paroi opposée lb de la plaque 1. Concernant le mode de réalisation illustré, les parties supérieure et inférieure de 25 presse présentent à cet effet des poinçons-matrices adaptés pour réaliser des formes sensiblement bombées. Ainsi, en appliquant la deuxième partie de presse sur la seconde paroi lb, les poinçons de la deuxième partie de presse entraînent respectivement de la matière dans les matrices complémentaires de la première partie de presse. On forme ainsi les 30 bombements des premières moitiés 7 de la forme oblongue des perturbateurs 3 qui 2973494 -8- définissent alors un relief sur la première paroi la de la plaque 1. Et, en appliquant la première partie de presse sur la première paroi la, les poinçons de la première partie de presse entraînent respectivement de la matière dans les matrices complémentaires de la deuxième partie de presse. On forme ainsi les 5 bombements des deuxièmes moitiés 9 de la forme oblongue des perturbateurs 3 qui définissent alors un relief sur la seconde paroi lb de la plaque 1. De plus, lorsque les coups de presse sont donnés sensiblement en même temps, les poinçons des deux parties de presse se croisent. Lors de ce croisement des poinçons, la matière se trouvant à ce croisement est à entraînée d'une part par un poinçon de la 10 première partie de presse selon une première direction A (cf figure 3) et d'autre part par un poinçon de la deuxième partie de presse selon une deuxième direction B opposée à la première direction A. La matière est alors découpée à cet endroit. On réalise ainsi les ouvertures 11 des perturbateurs 3 de forme oblongue. 15 En adaptant la forme des matrices et des poinçons, toute autre forme de perturbateurs peut être envisagée. On a décrit ci-dessus la réalisation des motifs à l'aide d'un outil de presse. On peut prévoir en variante comme outillage pour réaliser les motifs des 20 molettes. À cet effet, on prévoit une première molette supérieure et une seconde molette inférieure, les molettes supérieure et inférieure étant complémentaires. Chaque molette présente à la fois des parties creuses et des parties saillantes. Les parties saillantes de la première molette sont complémentaires des parties creuses de la 25 deuxième molette, et les parties saillantes de la deuxième molette sont complémentaires des parties creuses de la première molette. La plaque métallique 1 peut défiler en continu sous ces molettes; la première molette étant en contact avec la première paroi la de la plaque et la deuxième molette étant en contact avec la seconde paroi opposée lb de la plaque 1. 30 Concernant le mode de réalisation de motifs 3 illustré, les molettes présentent à 2973494 -9- cet effet des parties saillantes et des parties creuses adaptées pour réaliser des formes sensiblement bombées et présentant par exemple des ouvertures 11. Encore, en adaptant la forme des parties saillantes et creuses des molettes, toute autre forme de perturbateurs peut être envisagée. 5 Ainsi, la présence des plaques de perturbation 1 dans des canaux de circulation de fluide, par exemple le deuxième fluide tel que l'eau pour un condenseur, permet d'augmenter la surface d'échange thermique. La distribution de perturbateurs 3 formant des reliefs de part et d'autre de la 10 plaque permet une réalisation rapide par exemple par presse ou encore à l'aide de molettes, qui offre une grande possibilité de géométrie pour les perturbateurs 3 en adaptant simplement les matrices de l'outil de presse à appliquer de part et d'autre de la plaque ou encore en adaptant la forme des molettes. REVENDICATIONS1. Plaque de perturbation d'écoulement de fluide dans un échangeur thermique entre au moins un premier fluide et un second fluide, caractérisée en ce que ladite plaque présente des perturbateurs (3) d'écoulement de fluide formant des motifs en relief par rapport au plan général (P) défini par ladite plaque, et disposés sur les deux parois longitudinales (1a,lb) opposées de ladite plaque. 2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits motifs présentent une hauteur (h) inférieure ou égale à 2 mm. 3. Plaque selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits perturbateurs (3) s'étendent sur toute la longueur (L) de ladite plaque. 4. Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits motifs sont disposés en quinconce. 5. Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits motifs sont identiques. 6. Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits motifs présentent au moins l'une des formes du groupe de formes comprenant des formes sensiblement bombées, des formes sensiblement ondulées, des formes sensiblement rectangulaires, des formes sensiblement en créneaux. 7. Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits motifs présentent au moins une ouverture (11). 8. Plaque selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits motifs définissent une forme sensiblement oblongue avec : une première moitié (7) formant relief sur une première paroi (la) longitudinale de ladite plaque, une deuxième moitié (9) formant relief sur la deuxième paroi (lb) longitudinale 2973494 -11- de ladite plaque opposée à ladite première paroi (la), et une ouverture (11) sensiblement au milieu de ladite forme oblongue séparant les deux moitiés (7,9). 9. Échangeur thermique entre au moins un premier fluide et un second fluide, 5 notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des plaques (1) de perturbation selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencées dans des canaux de circulation de fluide. 10. Échangeur thermique selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites plaques (1) s'étendent longitudinalement dans le sens de l'écoulement du fluide. 10 11. Procédé de formation de motifs de perturbateurs (3) sur une plaque (1) de perturbation pour échangeur thermique, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits motifs par application d'une première partie d'outillage sur une première paroi (la) longitudinale de ladite plaque (1) et d'une seconde partie d'outillage complémentaire à la première partie d'outillage sur la deuxième paroi (lb) longitudinale de ladite 15 plaque (la) opposées à ladite première paroi (la), de façon à former des motifs en relief par rapport au plan général (P) défini par ladite plaque, et disposés sur les deux parois longitudinales (la,lb) opposées de ladite plaque (1). 12. Procédé de formation selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'outillage est une presse comportant une première partie supérieure et une deuxième partie 20 inférieure, et en ce que ladite première partie supérieure présente des poinçons et des matrices respectivement complémentaires des matrices et des poinçons de la deuxième partie inférieure de ladite presse. 13. Procédé de formation selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on pratique une ouverture (11) desdits motifs lors du croisement des poinçons des deux parties de 25 presse complémentaires. 14. Procédé de formation selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'outillage comporte une première et une seconde molettes entre lesquelles ladite plaque (11) 2973494 -12- défile, et en ce que ladite première molette présente des parties saillantes et des parties creuses respectivement complémentaires de parties creuses et de parties saillantes de ladite deuxième molette.