Brevet FR2989769A1 — publié le 20131025

Echangeur de chaleur. L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comme par exemple un échangeur destiné à être monté dans le compartiment moteur du véhicule tel qu'un refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) ou un échangeur de recirculation des gaz d'échappement du moteur, appelé également échangeur EGR (Exhaust Gas Recirculation Cooler ou EGRC). Dans ce domaine, il est connu des échangeurs de chaleur comprenant un faisceau d'échange de chaleur comportant une série de plaques empilées parallèlement les unes au dessus des autres. L'empilement de plaques est solidarisé à un couvercle et inséré dans un boîtier auquel il est solidarisé par l'intermédiaire du couvercle. Le boîtier guide un fluide à refroidir à travers le faisceau dans lequel circule un fluide de refroidissement. Le faisceau forme des surfaces d'échange de chaleur, entre lesquelles le fluide à refroidir et le fluide de refroidissement circulent, en couches alternées, dans des circuits de passage des fluides. Les plaques sont empilées entre elles de sorte qu'elles sont regroupées par paires de plaques. Chaque paire de plaque définit une partie du circuit du fluide de refroidissement, le circuit du fluide à refroidir étant défini entre les plaques adjacentes appartenant à deux paires de plaques différentes. Un problème rencontré vient du fait que le boîtier et le couvercle sont amenés à subir des contraintes mécaniques lorsque l'échangeur de chaleur fonctionne. L'origine de ces contraintes vient d'une part de la dilatation thermique que subit le boîtier lorsque le fluide à refroidir traverse le faisceau à de hautes températures. Ces dilatations thermiques du boîtier vont exercer des contraintes mécaniques sur le couvercle et entraîner une déformation de ce dernier, ce qui va à son tour créer un effort de flexion sur le faisceau. D'autre part, le fluide à refroidir traverse le faisceau avec une pression pouvant varier énormément et dans une période très courte, ce qui peut engendrer des variations importantes des contraintes mécaniques exercées dans son circuit de passage, c'est à dire entre deux plaques adjacentes de deux paires de plaques différentes. Ces contraintes mécaniques risquent alors de créer un gonflement du faisceau, une déformation des plaques, du couvercle et/ou du boîtier et une rupture de liaisons entre les plaques et/ou entre les plaques et le couvercle. Dans certaines conditions extrêmes de fonctionnement, on peut aller jusqu'à observer une expulsion du couvercle. Une première solution utilisée consiste à braser le couvercle sur le boîtier. Une telle solution nécessite cependant d'utiliser un boîtier métallique. En outre, le couvercle n'est plus amovible. L'invention vise à améliorer la situation. Ainsi, l'invention concerne un faisceau de plaques d'échangeur de chaleur, comprenant un empilement de plaques destiné à permettre un échange de chaleur entre un gaz et fluide de refroidissement circulant au contact desdites plaques au niveau d'une zone d'échange, lesdites plaques comprenant des moyens de solidarisation entre elles destinée à guider ledit gaz et situés au niveau d'une première et d'une deuxième extrémités opposées entre elles, caractérisé par le fait que le faisceau comprend au moins une barrette s'étendant entre les plaques, la ou lesdites barrettes étant situées au niveau de la zone d'échange, entre les première et deuxième extrémités, de manière à relier un bord périphérique des plaques entre eux. L'invention permet ainsi, grâce à la barrette, d'améliorer la résistance mécanique du faisceau et donc de réduire l'amplitude de la déformation du faisceau lorsque ce dernier subit des contraintes mécaniques. La ou les barrettes sont disposées, par exemple, sur le bord périphérique des plaques. Elles sont disposées, notamment, de manière parallèle à l'empilement de plaque, c'est-à-dire transversalement aux plans dans lesquels s'étendent les plaques et/ou selon toute une hauteur du faisceau. Selon un aspect de l'invention, la ou les barrettes sont situées aux milieux des bords périphériques. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le faisceau comprend deux barrettes, dites première et deuxième barrettes, la première barrette étant disposée sur un premier bord périphérique des plaques et la deuxième barrette étant disposée sur un deuxième bord périphérique des plaques opposé au premier. La première barrette est disposée, par exemple, au milieu du premier bord périphérique des plaques et/ou la deuxième barrette est disposée, notamment, au milieu du deuxième bord périphérique des plaques. Selon une variante de réalisation, le faisceau comprend un couvercle de maintien de l'empilement de plaques, la ou lesdites barrettes étant solidarisées audit couvercle. Selon un aspect de l'invention, ladite barrette est rapportée audit faisceau. On entend par le terme « rapportée » le fait qu'elle est ajoutée au faisceau, c'est-à-dire qu'elle n'est pas issue de matière d'un des composants du faisceau. La ou les barrettes sont, par exemple, brasées au faisceau. Selon un exemple de réalisation, au moins une voir toutes les plaques de l'empilement comprennent au moins une languette solidarisée à une autre plaque de l'empilement, la ou les barrettes étant formées par la ou les languettes. La ou les languettes sont, par exemple, issue de matière desdites plaques de l'empilement. Selon une variante de réalisation de l'invention, les plaques sont agencées par paires, chaque paire de plaques comprenant une première et une deuxième plaques disposées en vis-à-vis, la ou les languettes de la première plaque étant solidarisée à la ou aux languettes de la deuxième plaque. L'invention concerne aussi une plaque pour faisceau d'échangeur de chaleur tel que décrit précédemment. L'invention concerne ainsi une plaque pour faisceau d'échangeur de chaleur, destinée à permettre un échange de chaleur entre un gaz et un fluide de refroidissement circulant au contact de la plaque au niveau d'une zone d'échange, ladite plaque comprenant des moyens de solidarisation destinée à être fixés à une autre plaque de l'échangeur et à guider ledit gaz, lesdits moyens de solidarisation étant situés au niveau d'une première et d'une deuxième extrémités opposées entre elles, caractérisé par le fait que ladite plaque comprend au moins une languette située entre lesdites première et deuxième extrémités, le long d'un bord périphérique de ladite plaque, au niveau de la zone d'échange, ladite languette étant agencée pour être solidarisée à une autre plaque de l'échangeur. La solidarisation de la ou des languettes à une autre des plaques permet ainsi d'améliorer la résistance mécanique du faisceau et donc de réduire l'amplitude de la déformation du faisceau lorsque ce dernier subit des contraintes mécaniques. Selon un aspect de l'invention, la languette se trouve sensiblement au milieu du bord périphérique. Selon une variante de réalisation de l'invention, ladite languette s'étend transversalement à un plan défini par ladite plaque. Selon un exemple de réalisation de l'invention, ladite languette et lesdits moyens de solidarisations s'étendent selon un même sens de manière à pouvoir être assujetti à une même autre plaque de l'échangeur. Alternativement, ladite languette et lesdits moyens de solidarisations s'étendent selon un sens opposé. Selon un aspect de l'invention, une première desdites languettes prend naissance au niveau d'un premier bord périphérique reliant la première et la deuxième extrémités et une deuxième desdites languettes prend naissance au niveau d'un deuxième bord périphérique reliant la première et la deuxième extrémités et opposé au premier bord périphérique. L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur comprenant un faisceau 30 tel que décrit précédemment, et/ou au moins une plaque telle que décrite précédemment. L'invention concerne encore un module d'admission d'air pour moteur thermique de véhicule automobile comprenant un échangeur tel que décrit précédemment. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un échangeur de chaleur selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en perspective de deux plaques selon l'invention. La figure 1 illustre un échangeur de chaleur 1 équipant ici un module d'admission d'air pour moteur thermique de véhicule automobile. Ledit module d'admission d'air présente une sortie 9 de l'air d'admission en direction de la culasse du moteur. Ladite sortie 9 du module divise le flux d'air d'admission, ici en quatre flux distincts. Ledit échangeur 1 permet un échange de chaleur entre un premier fluide, par exemple un fluide de refroidissement et un deuxième fluide, notamment un fluide à refroidir. Cet échangeur est apte à transférer les calories présentes dans le fluide à refroidir vers le fluide de refroidissement. C'est ici un échangeur air/eau, c'est-à-dire que le fluide à refroidir est, par exemple, un flux de gaz d'alimentation du moteur et le fluide de refroidissement est, notamment, de l'eau additionnée de glycol. L'échangeur 1 comprend un boîtier 2 présentant un corps 3 qui prend, par exemple, une forme générale parallélépipédique creuse. La partie creuse de ce corps 3 forme un logement 4 accessible par un orifice 5 délimité par un rebord 6. Le boîtier 2 est ici obtenu par moulage. Il est, par exemple, en matière thermoplastique, en matière thermodure ou en aluminium. L'échangeur 1 comprend également un faisceau 7 destiné à être installé dans le boîtier 2, notamment dans le logement 4. Ce faisceau 7 est inséré par translation au travers de l'orifice 5. Le faisceau 7 comprend ici un empilement de plaques 10 déterminant entre elles des circuits alternés pour le fluide de refroidissement et pour le gaz, une paire de plaques 10 du faisceau 7 étant illustrée de manière plus détaillée à la figure 2. L'empilement de plaques 10 est ainsi destiné à permettre un échange de chaleur entre le fluide de refroidissement et le gaz circulant au contact des plaques 10, notamment au niveau d'une zone d'échange 51. Chaque plaque 10 est de la même manière destinée à permettre un échange de chaleur entre le fluide de refroidissement et le gaz, notamment, au niveau de la zone d'échange 51. Le faisceau 7 est ici de forme globalement parallélépipédique et présente une face d'entrée et une face de sortie opposée 17 du gaz. Le corps 3 présente deux faces latérales 11, 12, reliées par un fond 13 et deux faces longitudinales 14, 15, dites d'entrée 14 et de sortie 15 reliant les faces latérales. Les faces longitudinales 14, 15 comprennent chacune un cadre délimitant une ouverture. Le gaz est ainsi destiné à entrer dans l'échangeur 1 par l'ouverture définie par le cadre de la face longitudinale d'entrée 14 avant de traverser le faisceau 7 et de sortir de l'échangeur 1 par l'ouverture délimitée par le cadre de la face longitudinale de sortie 15. Le gaz sort ensuite du module d'admission par l'intermédiaire de sa sortie 9 comme vu précédemment. Un couvercle 25 du faisceau 7 est solidarisé à l'empilement, au niveau d'une plaque supérieure de l'empilement. Le couvercle 25 est destiné à être solidarisé au boîtier 2. Il comprend une paroi 26 agencée pour obturer l'orifice 5 par lequel on introduit le faisceau 7 dans le boîtier 2. La paroi 26 est, notamment, sensiblement plane et présente ici une périphérie 27, plane, configurée pour autoriser une fixation amovible du couvercle 25 sur le boîtier 2. La périphérie 27 comprend pour cela, notamment, des moyens de fixation au boîtier 2, par exemple des ouvertures 21, en particulier prévues au niveau d'oreilles 20. Il est ainsi possible de visser ou de riveter le couvercle 25 au boîtier 2 et de le désolidariser du boîtier 2 sans destruction du couvercle 25 et/ou du boîtier 2. Le faisceau 7 et le couvercle 25 sont, notamment, en aluminium ou en alliage d'aluminium. La paroi 26 comprend une première face destinée à être dirigée vers l'intérieur du boîtier 2 et une deuxième face 29, opposée à la première et destinée à être dirigée vers l'extérieur du boîtier 2. L'échangeur 1 comprend des tubulures d'entrée et/ou de sortie 18, 19, du fluide de refroidissement, communiquant avec des orifices (non visibles) prévues dans le couvercle 25 et permettant au fluide de refroidissement d'entrer et/ou de sortir du faisceau 7. La figure 2 illustre une paire de plaques 10 du faisceau de l'invention. Les plaques 10 comprennent, par exemple, une première extrémité 81 et une deuxième extrémité (référencée 82 sur la figure 2) opposée à la première extrémité 81. Elles comprennent, notamment, un premier bord périphérique 83 et un deuxième bord périphérique 84 opposé au premier bord périphérique 83. Le premier bord périphérique 83 se situe ici du coté de la face d'entrée du faisceau 7 et le deuxième bord périphérique 84 se situe ici du coté de la face de sortie 17 du faisceau 7. La première et la deuxième extrémités 81, 82 sont des extrémités longitudinales des plaques. Les plaques 10 ont, par exemple, la forme générale d'un rectangle allongé ayant deux grands cotés et deux petits côtés. La première et la deuxième extrémités 81, 82 correspondent ici aux petits cotés du rectangle et le premier et le deuxième bords périphériques 83, 84 correspondent aux grands cotés du rectangle. Les plaques 10 sont solidarisées entre elles, notamment, au niveau de la première et de la deuxième extrémités 81, 82. Chaque plaque 10 comprend dans ce but des moyens de solidarisation 90 agencés pour se solidariser à une autre plaque 10 du faisceau afin de former une paire de plaque 10. Ces moyens de solidarisation 90 prennent la forme d'ailes, s'étendant, notamment, transversalement à un fond 31 des plaques. Les moyens de solidarisation 90 se situent au niveau de la première et de la deuxième extrémités 81, 82 des plaques 10. Ils sont, notamment, destinés à guider le gaz dans le faisceau, c'est-à-dire à le guider entre deux plaques 10 d'une même paire de plaque. Autrement dit, deux plaques 10 d'une même paire de plaques déterminent entre elles le circuit 22 pour le gaz. Le fond 31 des plaques 10 est sensiblement plan et entouré par une bordure périphérique 32 terminée par un méplat 34, permettant le brasage des plaques entre elles. Le circuit 23 de fluide de refroidissement est défini, d'une part, par la bordure périphérique 32 et, d'autre part, par une ou des bordures 60, par exemple issues de matière du fond 31 de la plaque. Les circuits 23 pour la circulation du fluide de refroidissement sont ici prévus entre deux plaques 10 en vis-à-vis appartenant à deux paires de plaques 10 adjacentes. Deux paires de plaques adjacentes sont assemblées entre elles par leurs méplats 34 et/ou leurs bordures 60. De la sorte, les circuits de deux plaques 10 adjacentes appartenant à deux paires de plaques 10 différentes se combinent pour constituer un canal de circulation du fluide de refroidissement. La plaque supérieure de l'empilement de plaques 10 pourra être destinée à être assemblée avec le couvercle 25 pour définir un canal de circulation de fluide de refroidissement. Chaque plaque comporte deux poches embouties 38, une première des poches présentant une entrée 40 du circuit 23 de circulation de fluide de refroidissement et l'autre des poches présentant une sortie 42 du circuit 23 de circulation du fluide de refroidissement. Les poches 38 sont ici percées d'un orifice 50 de passage du fluide de refroidissement orienté perpendiculairement au fond 31 des plaques et sont destinés à venir en contact sur les poches 38 d'une plaque 10 adjacente pour former respectivement un collecteur d'entrée 43 et un collecteur de sortie 44, pour le fluide de refroidissement. Les poches 38 permettent ainsi au fluide de refroidissement de circuler entre toutes les plaques du faisceau. Le collecteur d'entrée 43 débouche, par exemple, dans la tubulure d'entrée 18 par l'orifice d'entrée du couvercle 25 et/ou le collecteur de sortie 44 débouche, par exemple, dans la tubulure de sortie 19 par l'orifice de sortie du couvercle 25. Ainsi, le fluide de refroidissement pénètre dans le faisceau 7 par la tubulure d'entrée 18 puis est réparti entre les plaques 10 dans les circuits 23 de circulation de fluide de refroidissement par le collecteur d'entrée 43. Il s'écoule dans les circuits 23 de circulation de fluide de refroidissement depuis leurs entrées 40 jusqu'au à leurs sorties 42 où il pénètre dans le collecteur de sortie 44. Il sort alors de l'échangeur 1 par la tubulure de sortie 19. Les poches 38 sont situées le long d'un même petit côté des plaques 10 situé à gauche sur la figure 2, c'est-à-dire à proximité de la première extrémité longitudinale 81 des plaques 10. Les poches 38 d'une paire de plaques 10 déterminent entre elles la hauteur des circuits 22 de circulation pour le gaz. La zone d'échange 51 de chaleur facilitant l'échange de chaleur entre le fluide de refroidissement et le gaz s'étend entre les poches 38 et la deuxième extrémité longitudinale 82 des plaques. La zone où se situent les poches 38, c'est-à-dire la zone à proximité de la première extrémité longitudinale des plaques 10, dite zone emboutie, est une zone susceptible de permettre au deuxième fluide de contourner la zone d'échange de chaleur. Elle pourra être occultée par un écran, non représenté. Chaque plaque 10 comprend par exemple des corrugations 52 disposées dans les circuits 23 de circulation du fluide de refroidissement. Ces corrugations 52 s'étendent entre les poches 38 constituant le collecteur d'entrée 43 et le collecteur de sortie 44 du fluide de refroidissement et la deuxième extrémité 82 des plaques 10. Les corrugations 52 sont, par exemple, issues de matière du fond 31 des plaques 10, notamment par emboutissage des plaques 10. Le circuit 23 de circulation du fluide de refroidissement défini par les plaques 10 permet de guider le fluide de refroidissement en un nombre n de passes successives, ici deux, dans lequel le fluide circule entre l'entrée 40 et la sortie 42 dudit circuit. Deux passes adjacentes sont séparées, par exemple, par la bordure 60 des plaques 10. 2 989 76 9 10 Les passes sont disposées parallèlement les unes aux autres selon la direction d'extension longitudinale des plaques 10. Elles pourront être prévues en série les unes à la suite des autres. 5 La circulation du gaz dans les circuits 22 de circulation du gaz s'effectue dans une direction globalement perpendiculaire à celle de l'écoulement du fluide de refroidissement, c'est-à-dire de la face d'entrée du faisceau 7 vers sa face de sortie 17. 10 L'échangeur pourra aussi comprendre des surfaces d'échanges secondaires, par exemple, des perturbateurs ondulés rapportés entre les plaques 10 dans les circuits 22 de circulation du gaz. Ces perturbateurs permettent de perturber le flux du gaz de manière à améliorer l'échange thermique entre les deux fluides. 15 Selon l'invention, le faisceau 7 comprend au moins une barrette 100 s'étendant entre les plaques 10, la ou les barrettes 10 étant situées au niveau de la zone d'échange 51, entre les premières et deuxièmes extrémités 81, 82, de manière à relier le bord périphérique 83, 84 des plaques 10 entre eux. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la barrette 100 relie les deuxièmes bords périphériques 84 des plaques 20 10 entre eux. La ou les barrettes 100 les relient, par exemple, au niveau d'une partie médiane du faisceau 7, par exemple sensiblement au milieu du premier et/ou du deuxième bord périphérique 83, 84. Le faisceau 7 pourra comprendre une ou plusieurs barrettes 100 sur le premier 25 bord périphérique 83 et/ou une ou plusieurs barrettes 100 sur le deuxième bord périphérique 84. Selon un exemple particulier de l'invention, le faisceau 7 comprend une barrette 100 au milieu du premier bord périphérique 83 et une barrette 100 au milieu du deuxième bord périphérique 84. La ou les barrettes 100 sont ici solidarisées au couvercle 25, notamment au niveau de la première face du couvercle 30 25. On remarque sur la figure 1 que la barrette 100 est disposée, notamment, de manière parallèle à l'empilement de plaques 10 et par exemple selon toute une hauteur du faisceau 7. Elle est ainsi disposée perpendiculairement aux plaques 10. 2 989 76 9 11 Dans cet exemple de réalisation, la barrette 100 est de forme sensiblement parallélépipédique. Elle comprend une face en contact avec les bords périphériques des plaques. La barrette 100 est ici au contact de et solidarisée à toutes les plaques 10 de l'empilement. Il est entendu que la disposition et la forme de la barrette 100 5 pourra être modifiée, comme, par exemple, être disposée en « V ». Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, la barrette 100 est rapportée au faisceau 7. La barrette est alors, par exemple, brasée au faisceau. 10 Selon une variante de l'invention illustrée à la figure 2, au moins une plaque 10 de l'empilement comprend au moins une languette 101 solidarisée à une autre plaque 10 de l'empilement. Toutes les plaques 10 de l'empilement comprennent, par exemple une ou 15 plusieurs languettes 101. Ici, les deux plaques 10 de la paire de plaque 10 illustrée, dite première et deuxième plaques 10, comprennent une languette 101. Les languettes 101 sont, par exemple, solidarisées entre elles. La barrette 100 est dans ce cas formée par l'empilement des languettes 101. 20 La languette 101 est située entre les première et deuxième extrémités 81, 82 de la plaque 10, le long d'un des bords périphériques de la plaque 10 ici le premier bord périphérique 83 de la plaque 10. Elle se situe au niveau de la zone d'échange 51, et est agencée pour être solidarisée à une autre plaque 10 de l'échangeur. 25 La languette 101 est, par exemple, issue de matière des plaques 10 de l'empilement. Les plaques 10 comprennent, notamment, une languette 101 au niveau du premier bord périphérique 83 et/ou une languette 101 au niveau du deuxième bord périphérique 84. Les languettes 101 prennent alors naissances au niveau du premier et/ou du deuxième bords périphériques 83, 84 des plaques. Elles 30 sont situées, par exemple, au milieu du premier bord périphérique 83 et/ou du deuxième bord périphérique 84. La languette 101 s'étend transversalement à un plan défini par ladite plaque 10, notamment, transversalement au fond 31 de la plaque 10. Elle a une extension longitudinale très inférieure à l'extension longitudinale de la plaque 10, notamment dix fois moins longue. On remarque ici que la languette 101 et les moyens de solidarisations 90 s'étendent selon un même sens de manière à pourvoir être assujetti à une même autre plaque 10 de l'échangeur. En particulier, la languette 101 est sensiblement de la même dimension que les ailes selon leur direction d'extension transversale au fond 31 des plaques 10. Les plaques 10 d'une même paire de plaques 10 sont ainsi solidarisées entre elles grâce à leurs moyens de solidarisation 90 et de leurs languettes 101. 20 25 30 REVENDICATIONS1. Plaque (10) pour faisceau (7) d'échangeur de chaleur (1), destinée à permettre un échange de chaleur entre un gaz et un fluide de refroidissement circulant au contact de la plaque (10) au niveau d'une zone d'échange (51), ladite plaque (10) comprenant des moyens de solidarisation (90) destinés à être fixés à une autre plaque (10) de l'échangeur et à guider ledit gaz, lesdits moyens de solidarisation étant situés au niveau d'une première et d'une deuxième extrémités (81, 82) opposées entre elles, caractérisé par le fait que ladite plaque (10) comprend au moins une languette (101) située entre lesdites première et deuxième extrémités (81, 82), le long d'un bord périphérique (83, 84) de ladite plaque (10), au niveau de la zone d'échange (51), ladite languette (101) étant agencée pour être solidarisée à une autre plaque (10) de l'échangeur (1). 2. Plaque (10) selon la revendication 1, dans laquelle la languette (101) se trouve sensiblement au milieu du bord périphérique (83, 84). 3. Plaque (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite languette (101) s'étend transversalement à un plan défini par ladite plaque (10). 4. Plaque (10) selon la revendication 3, dans laquelle ladite languette (101) et lesdits moyens de solidarisations (90) s'étendent selon un même sens de manière à pouvoir être assujetti à une même autre plaque (10) de l'échangeur (1). 5. Plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle une première desdites languettes (101) prend naissance au niveau d'un premier bord périphérique (83) reliant la première et la deuxième extrémités (81, 82) et une deuxième desdites languettes (101) prend naissance au niveau d'un deuxième bord périphérique (84) reliant la première et la deuxième extrémités (83, 84) et opposé au premier bord périphérique (83). 6. Echangeur (1) de chaleur comprenant au moins une plaque (10) selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Module d'admission d'air pour moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend un échangeur (1) selon la revendication 6.