Brevet FR2986472A1 — publié le 20130809

Radiateur de refroidissement pour véhicule, notamment automobile L'invention concerne un radiateur de refroidissement pour véhicule, notamment automobile. Il pourra en particulier s'agir de radiateurs de refroidissement du moteur du véhicule. Il est connu des radiateurs de refroidissement comprenant un faisceau de tubes parallèles et deux collecteurs (ou boîtes collectrices) dans lesquels sont raccordées, de façon fixe et étanche, les extrémités correspondantes des tubes. Un fluide de refroidissement peut ainsi circuler à travers les tubes et échanger de la chaleur avec un flux d'air externe passant entre les tubes. Pour cela, les radiateurs sont placés en face avant du véhicule et le flux d'air atteint le radiateur en passant à travers la calandre. De nombreuses solutions ont déjà été proposées pour augmenter la performance thermique de tels échangeurs. Il est en particulier connu de munir leurs tubes de corrugations permettant de perturber l'écoulement du fluide. En effet, disposer d'un écoulement turbulent améliore l'échange de chaleur. Cependant, une telle solution augmente les pertes de charges générées par l'échangeur. Elle conduit de la sorte à un surdimensionnement des pompes à utiliser pour assurer la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement du moteur. Parallèlement, il a déjà été proposé des échangeurs de chaleur présentant des pas de tubes, c'est-à-dire un espacement entre les tubes, relativement réduit. Il est à noter qu'une telle caractéristique présente également l'inconvénient de générer des pertes de charge, cette fois sur l'air. Il existe ainsi un besoin d'un radiateur de refroidissement présentant des performances thermiques améliorées tout en maîtrisant les pertes de charges générées, sur le ou les fluides échangeant de la chaleur à travers le radiateur. L'invention propose à cet effet un radiateur de refroidissement pour véhicule, notamment automobile, comprenant un faisceau permettant l'échange de chaleur entre un premier et un second fluide, ledit faisceau comprenant au moins un rang de tubes parallèles pour l'écoulement du premier fluide, lesdits tubes étant prévus plats et espacés entre eux d'un pas, dit pas de tubes, selon une première direction, lesdits tubes étant munis de corrugations configurées pour perturber l'écoulement dudit premier fluide et ledit pas de tubes étant compris entre 5 et 8 mm, particulièrement entre 5,5 et 7,5 mm, encore plus particulièrement entre 6 et 7 mm. Par « tube plat », on comprend un tube comprenant deux grandes faces planes parallèles reliées par des côté latéraux ou rayons, la hauteur total du tube, c'est-à-dire, sa dimension selon la direction perpendiculaire aux grandes faces planes, étant inférieure à la largeur total du tube, c'est-à-dire sa dimension dans la direction perpendiculaire à la hauteur totale du tube et à l'axe longitudinal du tube. Un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux repose sur le lien fait par le déposant entre les caractéristiques de fonctionnement des pompes employées dans les boucles de refroidissement et des caractéristiques du radiateur permettant d'en optimiser le fonctionnement. La figure 1 illustre à ce sujet l'efficacité globale « e » d'une pompe en fonction du débit « D » de fluide qu'elle génère. On observe que l'efficacité commence par croître jusqu'à un certain débit avant de décroître. Autrement dit, il existe une valeur de débit pour laquelle l'efficacité de la pompe est maximale, ici d'environ 4000 litres par heure. La figure 2 illustre la pression « P » du fluide en sortie de la pompe en fonction du débit « D » qu'elle génère. On observe que la pression diminue avec le débit. Dans une optique d'optimisation du rendement énergétique global du véhicule, il est avantageux de faire fonctionner la pompe dans sa zone d'efficacité maximale. En reportant cette valeur sur la courbe de la figure 2, on connait alors la pression correspondante en sortie de la pompe, ce qui permet de déterminer une perte de charge globale optimale pour le circuit de refroidissement. La perte de charge due aux autres composants du circuit tels que le moteur ou les canaux de circulation entre le moteur et le radiateur de refroidissement étant connue ou spécifiée, on peut évaluer une perte de charge correspondante pour le radiateur. Cela étant, il a été mis en évidence par le déposant qu'un paramètre influant en particulier sur la perte de charge générée par un radiateur tel que défini plus haut est le profil du tube et encore plus spécifiquement la hauteur interne hT du tube. Par « hauteur interne », on entend la distance entre les parois internes des faces planes du tube ou encore la hauteur de lame de circulation du fluide dans le tube, une telle distance étant mesurée au niveau d'une partie des parois ne présentant pas de corrugations. Les courbes 3 et 4 illustrent de la sorte les relations entre ce paramètre et, respectivement la pression en sortie de la pompe et l'efficacité globale de cette dernière. L'invention propose ainsi un radiateur dans lequel les tubes présentent une hauteur interne comprise entre 0,6 et 1,5 mm, plus particulièrement entre 0,8 à 1,2 mm. On constate en effet à la figure 4 que la pompe fonctionne de façon optimale dans cette fourchette de valeur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, qui pourront être prise ensemble ou séparément : - une épaisseur de matière des tubes est inférieure ou égale à 270 pm, particulièrement 230 pm, encore plus particulièrement 200 pm, - les corrugations sont configurées de façon à représenter 10 à 50% de la section des tubes, - les corrugations sont configurées de façon à représenter moins de 10% du volume interne des tubes, - les tubes présentent une largeur comprise entre 10 et 45 mm, - les tubes présentent : - soit une largeur inférieure à 24 mm et une hauteur interne supérieure ou égale à 1 mm, - soit une largeur supérieure à 24 mm et une hauteur interne inférieure à 1 mm, - les corrugations sont issues de matière d'une paroi des tubes, - les corrugations présentent une extrémité libre, - lesdits tubes sont formés par pliage d'une feuille de matière. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 déjà évoquée illustre l'efficacité globale d'une pompe en fonction du débit de fluide générée par celle-ci. La figure 2 déjà évoquée illustre la pression du fluide en sortie de la pompe de la figure 1 en fonction du débit de fluide générée par celle-ci. La figure 3 déjà évoquée reprend la figure 2 en l'associant à la hauteur interne d'un tube d'un radiateur de refroidissement. La figure 4 déjà évoquée reprend la figure 1 en l'associant à la même caractéristique que celle utilisée dans la figure 3. La figure 5 est une vue d'ensemble d'un radiateur de refroidissement conforme à l'invention. La figure 6 est une vue de coupe transversale d'un tube de l'échangeur de la figure 5. Comme illustré à la figure 5, l'invention concerne un radiateur de refroidissement 1 pour véhicule, notamment automobile, comprenant un faisceau permettant l'échange de chaleur entre un premier et un second fluide. Le premier fluide est constitué, par exemple, d'un fluide de refroidissement tel qu'un mélange d'eau et de glycol. Le second fluide est constitué, par exemple, d'air. Ledit radiateur pourra être configuré pour être placé en face avant d'un véhicule automobile de façon à être balayé par un flux d'air ambiant traversant une calandre du véhicule. Ledit faisceau comprend un rang de tubes 2, parallèles entre eux, pour l'écoulement du premier fluide. Lesdits tubes 2 s'étendent selon une direction longitudinale repérée A sur la figure. Chaque tube 2 possède ici deux extrémités longitudinales 2A reliées, de manière fixe et étanche, à des boîtes collectrices 3, 4 du radiateur pour la circulation dudit premier fluide à travers ledit radiateur. Lesdites boîtes collectrices 3, 4 comprennent, par exemple, une plaque collectrice et un couvercle définissant un volume intérieur de la boîte. Les tubes 2, notamment les extrémités longitudinales 2A des tubes 2, débouchent dans ledit volume intérieur à travers des orifices prévus dans les plaques collectrices. A ces boîtes collectrices 3, 4 pourront être rapportées des brides d'accrochage, non- représentées. Elles pourront encore comprendre, respectivement, des tubulures d'entrée 5 et de sortie 6. Les plaques collectrices desdites boîtes collectrices 3, 4 sont, par exemple en métal, notamment en aluminium ou alliages d'aluminium. Les couvercles sont, par exemple, en plastique et sertis sur les plaques collectrices. En variante, les plaques collectrices et les couvercles sont tous les deux en métal, notamment en aluminium ou alliages d'aluminium. Entre les tubes 2 pourront être agencés des intercalaires 7 augmentant la surface d'échange thermique entre le fluide circulant dans les tubes 2 et l'air circulant entre lesdits tubes 2. Les tubes 2 et les intercalaires 7 sont ici empilés alternativement selon la direction B, perpendiculaire à l'axe A dans le plan de la figure. Le radiateur pourra encore comprendre des joues latérales 8 protégeant le faisceau de part et d'autre de l'empilement des tubes 2 et des intercalaires 7. Comme illustré à la figure 6, lesdits tubes 2 sont prévus plats. Comme déjà dit, on entend par là que les tubes 2 comprennent deux grandes faces planes 10a, 10b, parallèles, reliées par des côtés latéraux ou rayons 12. On entend encore par là que la hauteur des tubes 2, c'est-à-dire, leur dimension selon la direction perpendiculaire aux faces planes 10a, 10b, qui correspond à la direction B d'empilement des tubes 2 et des intercalaires 7, est inférieure à la largeur LT desdits tubes 2, c'est-à-dire leur dimension selon la direction perpendiculaire à la direction B et à l'axe longitudinal A des tubes 2, ce dernier étant orthogonal au plan de la figure. Les tubes 2 sont, par exemple, du type comprenant un feuillard 14, plié sur lui-même de façon à définir plusieurs canaux 16a, 16b de circulation du fluide. Lesdits tubes 2 pourront en particulier présenter une configuration dans laquelle ledit feuillard 14 présente des jambes 18a, 18b joignant une première 10a à la seconde 10b desdites faces planes du tube de façon à définir lesdits canaux 16a, 16b. On entend par là que les extrémités libres desdites jambes 18a, 18b sont au contact de ladite seconde face plane 10b. Comme cela est plus facilement visible à la figure 6, lesdites jambes 18a, 18b présentent, par exemple, une base formée d'une portion coudée 20 du feuillard 14 les reliant à la première face plane 10a. Elles se prolongent ici l'une contre l'autre pour finir contre la seconde face plane 10b, notamment par l'intermédiaire de leur tranche. Elles définissent ici deux canaux 16a, 16b de section sensiblement égale. Autrement dit, lesdites jambes 18a, 18b se trouvent le long d'un plan médian des tubes 2. Ces derniers présentent sensiblement de la sorte un profil sensiblement en forme de B. De tels tubes 2 sont rendus étanches, par exemple, par brasage, le brasage des tubes 2 d'un même échangeur ayant lieu, notamment, de façon simultanée au brasage de l'ensemble des parties métalliques de l'échangeur. A ce sujet, ladite feuille de matière 14 est, par exemple, en aluminium ou alliage d'aluminium. Cela étant, selon l'invention, lesdits tubes 2 sont munis de corrugations 22 configurées pour perturber l'écoulement dudit premier fluide. Par corrugations 22, on entend des formes présentant un profil saillant en direction du ou des canaux 16a, 16b définis par lesdits tubes 2. A la figure 6, certaines desdites corrugations 22 se trouvent dans le plan de coupe alors que d'autres sont situées en arrière. Les corrugations 22 pourront être issues de matière d'une paroi du tube, c'est- à-dire, ici, du feuillard 14. Elles sont formées, par exemple, par emboutissage dudit feuillard 14. Elles sont situées, notamment, au niveau des faces planes 10a, 10b des tubes. Lesdites corrugations 22 présentent, par exemple, une extrémité libre (26). On entend par là qu'elles ne sont en contact ni avec la face plane 10a, 10b opposée, ni avec une autre desdites corrugations 22. Pour chaque tube, lesdites corrugations 22 sont configurées, par exemple, de façon à représenter 10 à 50% de la section du tube. Autrement dit, soit: - Sfd la section frontale des corrugations, c'est-à-dire, la surface de la partie de la section du ou des canaux de circulation 16a, 16b du tube obstruée par les corrugations 22, - St' la section interne du tube lisse (St1), c'est-à-dire, la section qu'aurait le tube sans ses corrugations 22, le ratio Sfd / St' est compris entre 10 et 50%, de préférence entre 10 et 40%, et encore de préférence entre 20 et 40%. Une telle relation est vérifiée, par exemple, tout au long du tube ou à tout le moins pour toutes sections du tube coupant une ou des corrugations. Pour chaque tube, lesdites corrugations 22 pourront encore être configurées de façon à représenter moins de 10% du volume interne du tube. Autrement dit, soit : - Vtd, le volume total des corrugations 22 à l'intérieur du tube, - Vtl, le volume interne total du tube, le ratio Vtd / Vtl est inférieure à 0,1, de préférence à 0,05. Toujours selon l'invention, lesdits tubes 2 sont en outre espacés entre eux selon la direction B d'un pas Tp (visible à la figure 5), dit pas de tubes, compris entre 5 et 8 mm. Ledit pas de tubes pourra plus particulièrement être compris entre 5,5 et 7,5 mm, et encore plus particulièrement entre 6 et 7 mm. En utilisant des tubes 2 munis de telles corrugations 22 et présentant un tel pas de tubes, on optimise déjà les performances du radiateur. Pour améliorer encore ce résultat, on pourra en outre choisir des tubes 2 présentant une hauteur interne hT comprise entre 0,6 et 1,5 mm, plus particulièrement entre 0,8 et 1,2 mm. Par hauteur interne, on entend comme déjà dit la distance entre les parois internes 24a, 24b des faces planes 10a, 10b des tubes 2 ou encore la hauteur de lame de circulation du premier fluide dans lesdites tubes 2, une telle distance étant mesurée au niveau d'une partie des parois ne présentant pas de corrugations 22. Lesdits tubes 2 pourront présenter une épaisseur de matière e-r inférieure à 270 pm, plus particulièrement 230 pm, encore plus particulièrement 200 pm. Différentes largeurs de faisceau pourront être employées. Les tubes 2 présentent ainsi, par exemple, une largeur LT comprise entre 10 et 40 mm, notamment entre 14 et 34 mm. Plus particulièrement, les tubes 2 pourront présenter: - soit une largeur LT inférieure à 24 mm et une hauteur interne eT supérieure à 1 MM, - soit une largeur LT supérieure à 24 mm et une hauteur interne e-r inférieure à 1 MM. Il est à noter que lesdites corrugations 22 pourront présenter à la surface du tube 2 toutes distributions ou formes possibles. Elles pourront ainsi, par exemple, être disposées en rang ou en quinconce sur la même face plane 10a, 10b et/ou d'une face plane 10a, 10b à l'autre. Elles pourront encore être circulaires ou de sections allongées, formant ou non un même angle ou des angles différents par rapport à l'axe longitudinal A des tubes.