Brevet FR3003343A1 — publié le 20140919

Echangeur de chaleur à tubes plats Description. La présente invention concerne un échangeur de chaleur à tubes plats et plus particulièrement un échangeur de chaleur à tubes plats dans le domaine automobile permettant un échange thermique entre deux fluides. Il est connu, notamment dans le domaine automobile, d'utiliser des échangeurs de chaleurs à tubes plats afin de permettre des échanges thermiques entre deux fluides. Généralement, un tel échangeur de chaleur comporte une pluralité de tubes plats, empilés et reliés entre eux de sorte à former un circuit de circulation dans lequel circule un premier fluide, entre une entrée et une sortie du premier fluide. Les tubes plats sont également espacés de sorte à permettre le passage d'un second fluide entre eux. Un carter de protection entoure généralement la pluralité de tubes plats et guide le second fluide au travers de cette dernière entre une entrée et une sortie du second fluide. Un échangeur de chaleur à tubes plats peut être par exemple utilisé dans le circuit d'admission d'air afin de refroidir l'air d'admission comprimée, issue d'un ou plusieurs turbocompresseurs. Dans ce cas de figure, le premier fluide peut être un fluide caloporteur réfrigérant issue d'un circuit de refroidissement et le second fluide est l'air d'admission. Un tel échangeur subit néanmoins de grandes variations de températures au cours de son utilisation et de sa vie et qui, du fait de la nature généralement métallique des tubes plats ainsi que du carter, peut entrainer des variations de température conduisant à des dilatations et des rétractions qui peuvent aboutir à une détérioration dudit échangeur et une perte d'étanchéité. Un des buts de l'invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur à tubes plats plus résistant aux variations de température. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comportant : - une pluralité de tubes plats composée de tubes plats empilés et reliés entre eux de sorte à former un circuit de circulation dans lequel circule un premier fluide entre une entrée et une sortie du premier fluide, et espacés de sorte à permettre le passage d'un second fluide entre lesdits tubes plats, - un carter entourant la pluralité de tubes plats et dans lequel circule le second fluide entre les tubes plats, entre une entrée et une sortie du second fluide, ledit échangeur de chaleur comportant un espace de compensation entre les côtés de la pluralité de tubes plats et le carter. L'espace de compensation permet de compenser les variations de taille des tubes plats due à leur dilatation et rétractation lorsqu'ils sont soumis à des 20 variations de température et ainsi améliore la longévité de l'échangeur de chaleur. Selon un aspect de l'invention, l'espace de compensation entre les côtés de la pluralité de tubes plats et le carter est de l'ordre de 1 à 5 mm. 25 Selon un autre aspect de l'invention, les tubes plats sont réalisés par l'assemblage de deux tôles de métal embouties de sorte à former une plaque d'échange, ledit emboutissage permettant la formation d'une cavité sur la tôle de métal faisant la liaison entre une arrivée de fluide et une évacuation de fluide par un circuit dans lequel circule le premier fluide, chacune des deux plaques d'échange se fait face et formant le circuit du tube plat. Selon un autre aspect de l'invention, entre le carter et la surface plane des tubes plats aux extrémités de la pluralité de tubes plats, ledit échangeur de chaleur comporte des perturbateurs du second fluide, les perturbateurs étant en contact à la fois avec lesdits tubes plats aux extrémités de la pluralité de tubes plats et ledit carter. Ces perturbateurs aux extrémités de la pluralité de tubes plats font la 10 liaison entre le carter et ladite pluralité de tubes plats et ils contribuent également à la compensation des variations de taille des tubes plats de part leur déformation lors des variations de température. De plus, les perturbateurs aux extrémités de la pluralité de tubes plats permettent d'économiser deux plaques d'échanges lorsque les tubes plats sont 15 formés par l'assemblage de deux tôles de métal embouties. Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur comporte en outre des perturbateurs entre les tubes plats qui composent la pluralité de tubes plats. 20 Ces perturbateurs perturbent le flux du second fluide entre lesdits tubes plats et ainsi améliorent l'homogénéisation de ce dernier et donc permettre des échanges thermiques optimaux avec le premier fluide circulant dans les tubes plats. 25 Selon un autre aspect de l'invention, le carter, au moins les tubes plats aux extrémités de la pluralité de tubes plats et au moins les perturbateurs situés entre les tubes plats aux extrémités de la pluralité de tubes plats et le carter, sont réalisés en métal. Selon un autre aspect de l'invention, les perturbateurs situés entre les tubes plats aux extrémités de la pluralité de tubes plats et le carter sont brasés à la fois avec le carter et les tubes plats aux extrémités de la pluralité de tubes plats. Selon un autre aspect de l'invention, l'entrée et la sortie du premier fluide sont situées sur une même face de la pluralité de tubes plats, et que les tubes plats sont reliés en parallèle à une colonne d'entrée et une colonne de sortie de premier fluide, le tube plat terminal situé à l'extrémité opposée de l'entrée et de la sortie du premier fluide refermant lesdites colonnes d'entrée et de sortie du premier fluide. L'invention concerne également un dispositif de refroidissement d'air de suralimentation comportant un échangeur de chaleur comme décrit 15 précédemment et dont le second fluide est l'air de suralimentation et le premier fluide un fluide caloporteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple 20 illustratif et non limitatif, parmi lesquelles : - la figure 1 montre une représentation schématique en perspective d'un échangeur de chaleur à tubes plats, et - la figure 2 montre une représentation schématique en vue de coupe de l'échangeur de chaleur à tubes plats de la figure 1. 25 Les éléments identiques portent des références similaires sur les différentes figures. 3003 3 4 3 5 La figure 1 montre une représentation schématique en perspective d'un échangeur de chaleur 1 comprenant une pluralité de tubes plats 3 composée de tubes plats 5 empilés et reliés entre eux de sorte à former un circuit de circulation dans lequel circule un premier fluide entre une entrée 7a et une 5 sortie 7b du premier fluide. Les tubes plats 3 sont espacés de sorte à permettre le passage d'un second fluide entre lesdits tubes plats 5. Ce passage du second fluide est symbolisé par les flèches blanches sur la figure 1. Un carter 9, par exemple métallique, entoure la pluralité de tubes plats 3 10 et à l'intérieur de ce dernier circule le second fluide entre les tubes plats 5, entre une entrée et une sortie du second fluide (non représentées). Les tubes plats 5 peuvent, par exemple, être réalisés par l'assemblage de deux tôles de métal embouties de sorte à former une plaque d'échange. Ledit emboutissage permet la formation d'une cavité sur la tôle de métal faisant la liaison entre une arrivée de fluide et une évacuation de fluide par un circuit dans lequel circule le premier fluide. Chacune des deux plaques d'échange se fait face et forme le circuit dudit tube plat 5. L'assemblage des plaques d'échange est réalisé de façon à être étanche, par exemple par brasage, afin d'éviter toutes fuites du premier fluide caloporteur. La figure 2 montre une représentation schématique en vue de coupe de l'échangeur de chaleur 1 de la figure 1, qui permet d'illustrer plus en détail la structure interne dudit échangeur de chaleur 1. L'échangeur de chaleur 1 comporte ainsi un espace de compensation e entre les côtés de la pluralité de tubes plats 3 et le carter 9. L'espace de compensation e peut être de l'ordre de 1 à 5 mm et il permet de compenser les variations de taille des tubes plats 3 due à leur dilatation et rétractation lorsqu'ils sont soumis à des variations de température et ainsi améliore la longévité de l'échangeur de chaleur 1. Comme le montre la figure 2, entre le carter 9 et la surface plane des tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3, ledit échangeur de chaleur 1 comporte des perturbateurs il du flux du second fluide, les 5 perturbateurs 11 étant en contact à la fois avec lesdits tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 et ledit carter 9. Ces perturbateurs 11 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 font la liaison entre le carte 9 et ladite pluralité de tubes plats 3 et ils contribuent également à la compensation des variations de taille des tubes plats 3 de part leur déformation lors des 10 variations de température. De plus, les perturbateurs 11 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 permettent d'économiser deux plaques d'échanges lorsque les tubes plats 5 sont formés par l'assemblage de deux tôles de métal embouties. En effet, 15 classiquement dans ce cas, les tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 sont formé par une plaque d'échange accolée et brasée directement sur le carter 9 pour former le circuit de circulation du premier fluide. Du fait que les tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 20 ne sont plus formé par une plaque d'échange accolée et brasée directement sur le carter 9, mais sont espacés dudit carter 9, la liaison entre l'entrée 7a et la sortie 7b du premier fluide avec l'arrivée et l'évacuation de fluide des tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 est réalisée par un conduit 7o, par exemple métallique, traversant le carter 9 et fixé de façon étanche à l'arrivée 25 et l'évacuation de fluide desdits tubes plats 5. L'étanchéité entre ledit conduit 7o et le carter 9 peut être réalisée par un collet 72, lui aussi pouvant être métallique. Préférentiellement la liaison étanche entre ces éléments est réalisée par brasage. L'échangeur de chaleur 1 peut également comporter des perturbateurs 11 entre les tubes plats 5 qui composent la pluralité de tubes plats 3, dans le but de perturber le flux du second fluide entre lesdits tubes plats 5 et ainsi améliorer l'homogénéisation de ce dernier et donc permettre des échanges thermiques optimaux avec le premier fluide circulant dans les tubes plats 5. De préférence, le carter 9, au moins les tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 et au moins les perturbateurs 11 situés entre les tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 et le carter 9, sont réalisés en métal. Ainsi, les perturbateurs 11 situés entre les tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3 et le carter 9 peuvent être brasés à la fois avec le carter 9 et les tubes plats 5 aux extrémités de la pluralité de tubes plats 3. Cela permet ainsi une bonne fixation de la pluralité de tubes plats 3 au sein du carter 9 qui lui permet de résister aux vibrations extérieures, par exemple si l'échangeur de chaleur 1 est utilisé dans un dispositif de refroidissement d'air de suralimentation dont le second fluide est l'air de suralimentation et le premier fluide un fluide caloporteur. Bien entendu, les perturbateurs 11 présents entre les tubes plats 5 ainsi 20 que les autres tubes plats 5 peuvent également être réalisés en métal et être brasés ensemble afin d'amélioré la solidité de l'échangeur de chaleur 1. Dans l'exemple présenté par les figures 1 et 2, l'entrée 7a et la sortie 7b du premier fluide sont situées sur une même face de la pluralité de tubes plats 3. 25 Les tubes plats 5 sont reliés en parallèle à une colonne d'entrée 13 et une colonne de sortie (non représentée) de premier fluide, le tube plat terminal 5' situé à l'extrémité opposée de l'entrée 7a et de la sortie 7b du premier fluide refermant lesdites colonnes d'entrée 13 et de sortie du premier fluide. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer, sans sortir du cadre de l'invention, d'autres types de configurations de positionnement de l'entrée 7a et de la sortie 7b du premier fluide qui peuvent être par exemple sur des faces opposés de la pluralité de tubes plats 3. De même, les tubes plats 5 peuvent être empilés mais reliés en séries les unes aux autres. Ainsi, on voit bien que l'échangeur de chaleur 1 selon l'invention, du fait de la présence d'un espace de compensation e, ainsi que de perturbateurs 11 entre le carter 9 et la pluralité de tubes plats 3, permet une meilleur résistance aux variations de tailles des tubes plats 5 du fait des variations de températures qu'ils subissent et donc permet une meilleur longévité dudit échangeur de chaleur. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1) comportant : - une pluralité de tubes plats (3) composée de tubes plats (5) empilés et reliés entre eux de sorte à former un circuit de circulation dans lequel circule un premier fluide entre une entrée (7a) et une sortie (7b) du premier fluide, et espacés de sorte à permettre le passage d'un second fluide entre lesdits tubes plats (5), - un carter (9) entourant la pluralité de tubes plats (3) et dans lequel circule le second fluide entre les tubes plats (5), entre une entrée et une sortie du second fluide, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur (1) comporte un espace de compensation (e) entre les côtés de la pluralité de tubes plats (3) et le carter (9). 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'espace de compensation (e) entre les côtés de la pluralité de tubes plats (3) et le carter (9) est de l'ordre de 1 à 5 mm. 3. Echangeur de chaleur (1) selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (5) sont réalisés par l'assemblage de deux tôles de métal embouties de sorte à former une plaque d'échange, ledit emboutissage permettant la formation d'une cavité sur la tôle de métal faisant la liaison entre une arrivée de fluide et une évacuation de fluide par un circuit dans lequel circule le premier fluide, chacune des deux plaques d'échange se fait face et formant le circuit du tube plat (5). 4. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre le carter (9) et la surface plane des tubes plats (5) auxextrémités de la pluralité de tubes plats (3), ledit échangeur de chaleur (1) comporte des perturbateurs (11) du second fluide, les perturbateurs (n) étant en contact à la fois avec lesdits tubes plats (5) aux extrémités de la pluralité de tubes plats (3) et ledit carter (9). 5. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte en outre des perturbateurs (n) entre les tubes plats (5) qui composent la pluralité de tubes plats (3). 6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le carter (9), au moins les tubes plats (5) aux extrémités de la pluralité de tubes plats (3) et au moins les perturbateurs (n) situés entre les tubes plats (5) aux extrémités de la pluralité de tubes plats (3) et le carter (9), sont réalisés en métal. 7. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les perturbateurs (n) situés entre les tubes plats (5) aux extrémités de la pluralité de tubes plats (3) et le carter (9) sont brasés à la fois avec le carter (9) et les tubes plats (5) aux extrémités de la pluralité de tubes plats (3). 8. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (7a) et la sortie (7b) du premier fluide sont situées sur une même face de la pluralité de tubes plats (3), et que les tubes plats (5) sont reliés en parallèle à une colonne d'entrée (13) et une colonne de sortie de premier fluide, le tube plat terminal (5') situé à l'extrémité opposée de l'entrée (7a) et de la sortie (7b) du premier fluide refermant lesdites colonnes d'entrée (13) et de sortie du premier fluide. 9. Dispositif de refroidissement d'air de suralimentation comportant un échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 1 à 8 et dont le second fluide est l'air de suralimentation et le premier fluide un fluide caloporteur.5