Brevet FR2985009A1 — publié le 20130628

Tube plat pour échangeur de chaleur. Description. L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur et plus particulièrement les échangeurs de chaleur dits à plaques empilées dans le domaine de l'automobile. On entendra, dans la suite de la description, par l'expression « tube plat » 10 un élément d'un échangeur de chaleur formé d'au moins une plaque comportant un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur et permettant la liaison entre une entrée de fluide et une sortie de fluide pour le fluide caloporteur. Il est connu dans le domaine de l'automobile d'utiliser des échangeurs de 15 chaleurs comprenant un empilement de tubes plats identiques dans lesquels circules un premier fluide. Chaque tube plat est formé de deux plaques de tôle de métal embouties afin de former une cuvette selon un motif prédéfini et agencées de telles façons que leurs concavités sont tournées l'une vers l'autre. Les deux plaques sont alors reliées de façon étanche, formant ainsi un tube plat 20 dans lequel peut circuler un fluide depuis une entrée de fluide vers une sortie de fluide chacune située à une extrémité du tube plat, et plus généralement chacune située sur des cotés opposés de la plaque. Les tubes plats sont empilés les uns sur les autres, les entrées de fluides 25 de chaque tube plat étant reliées entre elles pour former une colonne d'entrée. De même, les sorties de fluides de chaque tube plat sont reliées entre elles pour former une colonne de sortie. Entre chaque tube plat est laissé un espace pour le passage d'un second fluide. L'échange de chaleur entre les deux fluides se faisant ainsi lors du passage du premier fluide dans les tubes plats et du second fluide entre lesdits tubes plats. Il existe également des tubes plats rectilignes qui afin d'augmenter l'efficacité des échanges de chaleurs entre les deux fluides, possèdent en leur sein des inserts permettant d'une part une agitation du fluide circulant dans le tube plat, mais également permettant une augmentation de la surface de contact du fluide avec les parois dudit tube. De tels échangeurs de chaleur sont couramment utilisés comme évaporateur dans un circuit de fluide réfrigérant pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide réfrigérant constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique, ou comme radiateur de chauffage dans un circuit de fluide caloporteur pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ce fluide caloporteur constituant le premier fluide et le second fluide étant de l'air atmosphérique. Il est également connu afin d'augmenter la longueur du circuit ou canal du tube plat et donc la surface d'échange entre les deux fluides, de faire suivre 20 au circuit du tube plat un circuit tortueux en conservant des nervures délimitant le tracé du circuit sur les plaques lors de l'emboutissage. Cependant, du fait du caractère tortueux des circuits dans ce type de tube plat, l'utilisation d'inserts, afin d'augmenter l'efficacité des échanges de chaleurs 25 entre les deux fluides, est difficile car de tels inserts sont unidirectionnels et ne permettent pas une circulation latérale du fluide qui est nécessaire dans les courbes du circuit. Un des buts de la présente invention est donc de proposer un tube plat formant un circuit tortueux pour échangeur amélioré et permettant un échange de chaleur entre deux fluides optimisé. La présente invention concerne donc un tube plat d'échangeur de chaleur formé d'au moins une plaque comportant un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur et permettant la liaison entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, ledit circuit comportant au moins une portion rectiligne et au moins une portion courbe, caractérisé en ce que ladite au moins une portion rectiligne comporte au moins un insert et que ladite au moins une portion courbe comporte des saillies. Une telle invention permet d'optimiser la perte de charge interne du circuit du fluide caloporteur par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Selon un aspect de l'invention, ledit tube plat est formé par l'assemblage de deux plaques réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à l'autre, ledit circuit étant formé par au moins un emboutissage et les cotés emboutis de chaque plaque se faisant face. Selon un autre aspect de l'invention, les saillies au niveau de la au moins une portion courbe viennent de matière avec la au moins une plaque. Selon un autre aspect de l'invention, au niveau de la au moins une portion courbe, la au moins une plaque comporte à la fois des saillies dont la 25 hauteur est inférieure à celle de ses nervures et des saillies dont la hauteur est égale à celle de ses nervures. Selon un autre aspect de l'invention, le au moins un insert est une pièce rapportée fixée à l'intérieur de la au moins une portion rectiligne. Selon un autre aspect de l'invention, l'insert est une pièce métallique fixée à l'intérieur de la au moins une portion rectiligne par brasage. Selon un autre aspect de l'invention, la hauteur de la cavité interne dudit tube plat est comprise entre imm et 3mm. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tube plat d'échangeur de chaleur, comprenant les étapes suivantes : - emboutissage d'au moins une tôle de métal de sorte à former au moins une plaque comportant un circuit reliant une entrée de fluide et une sortie de fluide, ledit circuit comportant au moins une portion rectiligne et au moins une portion courbe, - mise en place de saillies au niveau de la au moins une portion courbe de la au moins une plaque, - mise en place d'au moins un insert au niveau de la au moins une portion rectiligne du circuit d'une plaque, - fermeture du tube plat. Selon un aspect du procédé, l'étape de mise en place de saillies est réalisée par emboutissage de la au moins une plaque. Selon un autre aspect du procédé, l'étape de mise en place de saillies par emboutissage est effectuée simultanément avec l'étape d'emboutissage d'au 25 moins une tôle de métal de sorte à former au moins une plaque. Selon un autre aspect du procédé, la fermeture du tube plat est réalisée par l'assemblage de deux plaques réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à l'autre, les cotés emboutis de chaque plaque se faisant face. Selon un autre aspect du procédé, l'assemblage des plaques entre elles, est réalisée par brasage. Selon un autre aspect du procédé, le au moins un insert est une pièce rapportée fixé à l'intérieur de la au moins une portion rectiligne. Selon un autre aspect du procédé, l'insert est en métal. La présente invention concerne en sus un échangeur de chaleur comportant au moins un tube plat comme décrit si dessus ou obtenu par un procédé de fabrication de tube plat comme décrit si dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 15 clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, parmi lesquelles : - la figure 1 montre une représentation schématique de la face d'une plaque d'un tube plat d'échangeur de chaleur selon l'invention, - la figure 2 montre une représentation schématique d'une section d'un 20 tube plat selon un mode de réalisation de l'invention. La plaque 1 pour tube plat d'échangeur de chaleur, représenté sur la figure 1, peut être réalisée à partir d'une tôle de métal emboutie. Elle comporte une entrée de fluide 3a et une sortie de fluide 3b. L'emboutissage de la plaque 1 25 forme une cavité avec des nervures 7 définissant un circuit (ou canal) d'écoulement de fluide entre l'entrée de fluide 3a et la sortie de fluide 3b. Les nervures 7 donnent au circuit d'écoulement un trajet sinueux entre l'entrée de fluide 3a et la sortie de fluide 3b. Ce trajet sinueux comporte au moins une portion rectiligne 5 et une portion courbe 9 et il permet une augmentation de la longueur du circuit d'écoulement et donc augmente le temps durant lequel le fluide caloporteur s'écoule en son sein, augmentant de fait le temps où il peut y avoir transfert de chaleur avec un second fluide circulant sur la face opposée de la plaque 1. Afin de faciliter cet écoulement du fluide caloporteur, les nervures 7 peuvent avoir des extrémités il arrondies. Dans l'exemple présenté à la figure 1, la plaque 1 comporte quatre portions rectilignes 5 parallèles entre elles et trois portions courbes 5 faisant la liaison entre lesdites portions rectilignes 5. Comme le montre la figure 1, la au moins une portion courbe 9 comporte des saillies 91, 92. Ces saillies 91, 92 peuvent venir de matière avec la au moins une plaque 1, par exemple en étant réalisées par emboutissage, ou bien même être des éléments rapportées et fixés à l'intérieur de la au moins une portion courbe 9 par un moyen quelconque connu de l'homme du métier. Les saillies 91, 92 présentes sur la au moins une plaque 1, peuvent avoir une hauteur égale à celle de ses nervures 7 ou encore une hauteur inférieure à celle de ses nervures 7. Sur une même plaque 1, des saillies 91 ayant une hauteur égale à celle des nervures 7 et des saillies 92 ayant une hauteur inférieure à celle des nervures 7 peuvent être présentes au niveau d'une même portion courbe 9. Les tubes plats loo sont généralement constitués par l'assemblage de deux plaques 1 entre elles, les portions rectilignes 5 et courbes 9 des circuits et les nervures 7 de chacune des deux plaques 1 se faisant face, formant le trajet dudit tube plat loo. L'assemblage des plaques 1 est réalisé de façon à être étanche, par exemple par brasage, afin d'éviter toutes fuites du fluide caloporteur passant dans le tube plat loo. De tels tubes plats 100 sont relativement fins par exemple leur cavité interne peut avoir une hauteur de imm à 3mm. Un autre mode de réalisation d'un tube plat wo peut être l'assemblage 5 d'une plaque 1 avec une plaque plane reposant sur la périphérie de la plaque 1 et sur les nervures 7, recouvrant le circuit d'écoulement. Comme le montre la figure 2, à l'intérieur du tube plat 100, la au moins une portion rectiligne 5 comporte au moins un insert 51 destiné à perturber la 10 circulation de fluide caloporteur, ainsi qu'augmenter la surface de contact et d'échange entre le fluide caloporteur et le tube plat 100. Le au moins un insert 51 peut être en métal et ainsi être fixé à aux parois du tube plat loo par brasage. L'insert 51 peut avoir une conformation ondulée perpendiculairement au 15 sens de circulation du fluide caloporteur, les extrémités de chaque ondulation étant en contact avec les parois du tube plat loo. L'insert 51 peut également présenter, parallèlement au sens de circulation du fluide caloporteur dans le tube plat loo, des séries de sections ondulées, décalées les une par rapport aux autres perpendiculairement au sens de circulation du fluide caloporteur. Le 20 fluide caloporteur passe alors entre les ondulations de chaque section, augmentant la surface de contact et d'échange entre le fluide et les parois du tube plat wo, et lors du passage d'une section ondulée à une autre, le fluide caloporteur subit une perturbation permettant une homogénéisation de la température et donc un meilleur rendement d'échange de chaleur avec le tube 25 plat 100. Bien entendue, ledit insert 51 peut également avoir d'autres conformations permettant une augmentation de la surface de contact ainsi qu'une homogénéisation du fluide comme par exemple des créneaux, des zigzags ou encore des lamelles. Un échangeur de chaleur à tube plat 100 comporte un empilement de 5 tubes plats 100 reliés entre eux au niveau de leur entrée et sortie de fluide 3a, 3b, et chaque tube plat 100 étant espacé afin de permettre le passage d'un autre fluide entre lesdits tubes plats 100. Les tubes plats 100 sont reliés entre eux au niveau des entrée et sortie de fluide 3a, 3b afin de former une colonne d'entrée de fluide regroupant toutes les entrées de fluide de tout les tubes plats 100 et 10 une colonne de sortie de fluide regroupant toutes les sorties de fluide de tout les tubes plats 100. Afin de faciliter l'échange de chaleur entre le fluide caloporteur circulant dans les tubes plats 100 et le fluide passant entre lesdits tubes plats 100, il est également possible d'ajouter des éléments 102 comme des ailettes dans l'espace entre deux tubes plats loo. 15 L'utilisation de pièces rapportées en guise d'inserts 51 dans les portions rectilignes 5 des tubes plats 100, permet à ce dernier d'avoir une paroi lisse et donc qui facilite la fixation, par exemple par brasage, d'éléments 102 dans l'espace entre deux tubes plats 100. 20 Le procédé de fabrication de tels tubes plats 100 commence par une première étape d'emboutissage d'au moins une tôle métallique afin de former les entrée et sortie de fluide 3a, 3b et le circuit d'écoulement d'une plaque 1, avec au moins une portion rectiligne 5 et au moins une portion courbe 7. 25 La seconde étape du procédé de fabrication, est la mise en place des saillies 91, 92 au niveau de la au moins une portion courbe 9. Comme énoncé auparavant, ces saillies 91, 92 peuvent venir de matière avec la au moins une plaque 1, par exemple en étant réalisées par emboutissage, ou bien même être des éléments rapportés et fixés à l'intérieur de la au moins une portion courbe 9 par un moyen quelconque connu de l'homme du métier. Dans le cas où ces saillies 91, 92 sont réalisées par emboutissage, il peut être avantageux qu'elles soient réalisées lors de la première étape, au moment de l'emboutissage de la tôle métallique en vue de la formation de la plaque 1. La troisième étape du procédé de fabrication, est la mise en place, au niveau de la au moins une portion rectiligne 5 d'une plaque 1, d'au moins un insert 51 comme décrit plus haut. La quatrième étape du procédé de fabrication, est la fermeture du tube plat 10o. Comme montré plus haut, cette étape est préférentiellement réalisé par l'assemblage de deux plaques 1 réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à l'autre, les cotés emboutis de chaque plaque 1 se faisant face. Lors de cette quatrième étape, les plaques 1 sont fixées entre-elles de façons étanche, par exemple par brasage. Ce mode de fixation par brasage permet également, à l'intérieur du tube plat loo, la fixation du au moins un insert 51 contre les parois internes du tube plat 100 et également la fixation des saillies 91 dont la hauteur est égale à celle des nervures 7 d'une plaque 1 avec les saillies 91 dont la hauteur est égale à celle des nervures 7 de l'autre plaque, lorsque lesdites saillies 91 sont en contact. Ainsi, on voit bien que le tube plat selon l'invention permet un échange optimale de chaleur entre un fluide caloporteur circulant en sont sein avec un second fluide extérieur et cela du fait de la combinaison des avantages de tubes sinueux, de l'utilisation d'insert dans ses portions rectilignes et de l'utilisation de saillies dans ses portions courbes. REVENDICATIONS1. Tube plat (100) d'échangeur de chaleur formé d'au moins une plaque (i) comportant un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur et permettant la liaison entre une entrée de fluide (3a) et une sortie de fluide (3b), ledit circuit comportant au moins une portion rectiligne (5) et au moins une portion courbe (9), caractérisé en ce que ladite au moins une portion rectiligne (5) comporte au moins un insert (51) et que ladite au moins une portion courbe (9) comporte des saillies (91, 92). 2. Tube plat (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit tube plat (100) est formé par l'assemblage de deux plaques (i) réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à l'autre et en ce que ledit circuit est formé par au moins un emboutissage, les cotés emboutis de chaque plaque (i) se faisant face. 3. Tube plat (ioo) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les saillies (91, 92) au niveau de la au moins une portion courbe (9) viennent de matière avec la au moins une plaque (i). 4. Tube plat (ioo) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au niveau de la au moins une portion courbe (9), la au moins une plaque (i) comporte à la fois des saillies (92) dont la hauteur est inférieure à celle de ses nervures (7) et des saillies (91) dont la hauteur est égale à celle de ses nervures (7). 5. Tube plat (ioo) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un insert (51) est une pièce rapportée fixée à l'intérieur de la au moins une portion rectiligne (5). 6. Tube plat (ioo) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (51) est une pièce métallique fixée à l'intérieur de la au moins une portion rectiligne (5) par brasage. 7. Tube plat (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur de la cavité interne dudit tube plat (100) est comprise entre imm et 3mm. 8. Procédé de fabrication d'un tube plat (100) d'échangeur de chaleur, comprenant les étapes suivantes : - emboutissage d'au moins une tôle de métal de sorte à former au moins une plaque (i) comportant un circuit reliant une entrée de fluide (3a) et une sortie de fluide (3b), ledit circuit comportant au moins une portion rectiligne (5) et au moins une portion courbe (9), - mise en place de saillies (91, 92) au niveau de la au moins une portion courbe (9) de la au moins une plaque (i), - mise en place d'au moins un insert (51) au niveau de la au moins une portion rectiligne (9) du circuit d'une plaque (i), - fermeture du tube plat (ioo). 9. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mise en place de saillies (91, 92) est réalisée par emboutissage de la au moins une plaque (i). 10. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mise en place de saillies (91, 92) par emboutissage est effectuée simultanément avec l'étape d'emboutissage d'au moins une tôle de métal de sorte à former au moins une plaque (i). 11. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la fermeture du tube plat (100) est réalisée par l'assemblage de deux plaques (1) réalisées à partir d'une tôle de métal emboutie et assemblées l'une à 5 l'autre, les cotés emboutis de chaque plaque (1) se faisant face. 12. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'assemblage des plaques (1) entre elles, est réalisée par brasage. 10 13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le au moins un insert est une pièce rapportée fixé à l'intérieur de la au moins une portion rectiligne. 14. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en 15 ce que l'insert est en métal. 15. Echangeur de chaleur comportant au moins un tube plat (100) selon l'une des revendications 1 à 7 ou obtenu par un procédé de fabrication de tube plat (100) selon l'une des revendications 8 à 14.