Brevet FR3039264A1 — publié le 20170127

Domaine de l'invention La présente invention concerne un échangeur de chaleur, tel qu'un échangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne un échangeur de chaleur adapté pour être utilisé lors du refroidissement de l'air de suralimentation ou des gaz d'échappement recirculés. L'invention concerne également un boitier adapté pour ledit échangeur de chaleur. Etat de la technique De nos jours, au sein d'un véhicule automobile, le moteur à combustion interne dudit véhicule automobile peut être combiné à un turbocompresseur afin d'améliorer les performances dudit moteur. Ainsi, le moteur à combustion interne est alimenté avec un air comprimé aussi appelé « air de suralimentation >>. L'utilisation du turbocompresseur induit une température élevée dudit air de suralimentation introduit au sein du moteur à combustion interne. Par conséquent, il est connu d'associer audit turbocompresseur, un échangeur de chaleur afin de refroidir l'air de suralimentation préalablement à son introduction à l'intérieur du moteur à combustion interne. Un tel échangeur de chaleur comprend généralement un boitier, constitué de parois, et un faisceau d'échange disposé à l'intérieur du boitier. Le faisceau d'échange comprend un assemblage de plaques positionnées les unes au- dessus des autres et formant en combinaison un conduit permettant de guider un premier fluide destiné à être refroidi, tel que l'air de suralimentation, d'une première entrée vers une première sortie. Le boitier du faisceau d'échange est généralement pourvu d'une deuxième entrée et d'une deuxième sortie pour un deuxième fluide, tel qu'un liquide de refroidissement. Le boitier du faisceau d'échange est adapté pour guider le deuxième fluide de la deuxième entrée vers la deuxième sortie. Afin d'améliorer l'échange de chaleur entre le premier fluide et le deuxième fluide, l'assemblage des plaques peut être complété par des éléments intercalaires ondulés. 3039264 2 L'échangeur de chaleur est également connecté à un boitier d'entrée afin d'acheminer l'air de suralimentation au sein de l'échangeur de chaleur et à un boitier de sortie afin d'évacuer l'air de suralimentation refroidi vers l'extérieur de 5 l'échangeur de chaleur. Le boitier d'entrée et le boitier de sortie sont adaptés pour être connectés aux extrémités du faisceau d'échange, notamment au moyen d'un procédé de soudage. Cependant, la position des boitiers d'entrée et de sortie est définie en fonction du 10 volume disponible au sein du véhicule automobile. Ainsi, de manière fréquente, l'espace disponible pour souder le boitier d'entrée et le boitier de sortie sur le boitier du faisceau d'échange est relativement limité. En effet, l'espace disponible ne permet pas un passage aisé de la torche de soudure pour connecter les extrémités du boitier du faisceau d'échange avec le boitier d'entrée ou le boitier 15 de sortie. Les extrémités du boitier du faisceau d'échange sont donc difficilement atteignables. Il est alors possible d'incliner la torche de soudure de manière à atteindre lesdites extrémités à souder. Cependant, une telle inclinaison produit des coulées de la matière à souder, ce qui dégrade l'aspect de l'échangeur de chaleur. 20 Par conséquent, il existe un besoin d'améliorer les techniques de conception d'un échangeur de chaleur, selon l'art antérieur, notamment concernant l'assemblage du boitier du faisceau d'échange avec les boitiers d'entrée et de sortie. 25 Obiet de l'invention L'échangeur de chaleur selon la présente invention vise à remédier notamment aux inconvénients des échangeurs de chaleur, tels que divulgués dans l'état de 30 la technique, en proposant une conception améliorée d'un boitier pour un échangeur de chaleur destiné à refroidir l'air de suralimentation ou les gaz d'échappement recirculés. 3039264 3 Un premier objet de l'invention concerne un boitier adapté pour un premier fluide, destiné à circuler au sein d'un faisceau d'échange d'un échangeur de chaleur pour échanger une quantité déterminée de chaleur avec un deuxième fluide circulant au sein dudit faisceau d'échange, ledit boitier comprenant un boitier 5 d'entrée pour guider ledit premier fluide vers l'intérieur de l'échangeur de chaleur, et un boitier de sortie pour guider ledit premier fluide vers l'extérieur de l'échangeur de chaleur, le faisceau d'échange comprenant une première extrémité latérale et une deuxième extrémité latérale, ledit boitier d'entrée comprenant au moins une paroi, le boitier de sortie comprenant au moins une 10 paroi, de sorte que la paroi du boîtier d'entrée et la paroi du boîtier de sortie coopèrent le long d'une ligne de jonction pour recouvrir la première extrémité latérale du faisceau d'échange. De manière avantageuse, au moins une paroi comprend un moyen de maintien. 15 De manière avantageuse, la paroi du boîtier d'entrée et la paroi du boîtier de sortie sont soudées sur la ligne de jonction par une torche de soudure. De manière avantageuse, un espacement est laissé entre le faisceau d'échange 20 et les parois des boîtiers d'entrée et de sortie, cet espacement permettant la dilatation du faisceau en limitant les contraintes sur les parois des boîtiers d'entrée et de sortie. De manière avantageuse, le boitier d'entrée comprend une deuxième paroi, le 25 boitier de sortie comprend une deuxième paroi, de sorte que la paroi du boîtier d'entrée et la paroi du boîtier de sortie coopèrent le long d'une deuxième ligne de jonction pour recouvrir la deuxième extrémité latérale du faisceau d'échange. De manière avantageuse, le boitier d'entrée et le boitier de sortie ne recouvrent 30 pas la deuxième extrémité latérale du faisceau d'échange. 3039264 4 Un deuxième objet de l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un boitier selon le premier objet de l'invention. Brève descriptions des dessins Les but, objet et caractéristiques de la présente invention ainsi que ses avantages, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, des modes de réalisation préférés d'un échangeur de chaleur selon l'invention, faite en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 montre de façon schématique, une vue éclatée d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 montre de façon schématique, une vue assemblée de 15 l'échangeur de chaleur selon la figure 1, la figure 3 montre un exemple de réalisation d'un assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'invention, au moyen d'une torche de soudage, 20 - la figure 4 montre une vue en coupe de l'échangeur de chaleur selon les figures 1 et 2, - la figure 5 montre de façon schématique, une vue éclatée d'un 25 échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 6 montre de façon schématique, une autre vue de l'échangeur selon la figure 5. 30 Description détaillée des modes de réalisation La description détaillée ci-après a pour but d'exposer l'invention de manière suffisamment claire et complète, notamment à l'aide d'exemples, mais ne doit 5 10 3039264 5 pas être considérée comme limitant l'étendue de la protection aux modes de réalisation particuliers et aux exemples présentés ci-après. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un échangeur de chaleur 1 5 selon l'invention, destiné à être utilisé au sein d'un véhicule automobile pour refroidir l'air de suralimentation ou les gaz d'échappement recirculés selon le système connu sous la dénomination « EGR » pour Exhaust Gas Recirculation, en anglais. L'échangeur de chaleur 1 est généralement appelé refroidisseur d'air de suralimentation (RAS). 10 La figure 1 montre, de façon schématique, l'échangeur de chaleur 1 selon une vue éclatée. L'échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau d'échange 2 adapté pour un échange de chaleur entre un premier fluide, tel que de l'air de suralimentation, et un deuxième fluide tel qu'un liquide de refroidissement. Le 15 faisceau d'échange 2 comprend un empilement de plaques 4 de forme généralement rectangulaire. Les extrémités du faisceau d'échange 2 comprennent une première extrémité latérale et une deuxième extrémité latérale. La première extrémité latérale est divisée en une première surface latérale 10 et une deuxième surface latérale 12. La deuxième extrémité latérale est divisée en 20 une troisième surface latérale 6 et une quatrième surface latérale 8. Le faisceau d'échange 2 est adapté pour délimiter des premiers canaux de circulation pour le premier fluide à refroidir et des deuxièmes canaux de circulation pour permettre la circulation du deuxième fluide. Le faisceau d'échange 2 comprend également une tubulure d'entrée 14 correspondant à l'entrée dudit deuxième fluide au sein 25 de l'échangeur de chaleur 1 et une tubulure de sortie 16 correspondant à la sortie du deuxième fluide. L'échangeur de chaleur 1 comprend également un boitier adapté pour le premier fluide et le boîtier comprenant un boitier d'entrée 18 et un boitier de sortie 20. Le 30 boitier d'entrée 18 comporte une entrée 22 pour le premier fluide selon la direction de la flèche 24. Le boitier de sortie 20 définit un volume collecteur du premier fluide. Le premier fluide sort du boitier de sortie 20 selon la direction de la flèche 26. 3039264 6 Comme montré sur la figure 1, le boitier d'entrée 18 comprend une paroi longitudinale d'entrée 27, une première paroi latérale 30 adaptée pour recouvrir la première surface latérale 10 et une deuxième paroi latérale 28 adaptée pour 5 recouvrir la troisième surface latérale 6 du faisceau d'échange 2. De manière similaire, le boitier de sortie 20 comprend une paroi longitudinale de sortie 31, une première paroi latérale 34 adaptée pour recouvrir la deuxième surface 12 latérale du faisceau d'échange 2 et une deuxième paroi latérale 32 adaptée pour recouvrir la quatrième surface latérale 8 du faisceau d'échange 2. 10 La figure 2 montre l'échangeur de chaleur 1, après assemblage du faisceau d'échange 2 avec le boitier d'entrée 18 et le boitier de sortie 20. Comme montré sur la figure 2, la première extrémité du faisceau d'échange 2, comprenant la première surface latérale 10 et la deuxième surface latérale 12, est totalement 15 recouverte par la première paroi 30 du boitier d'entrée 18 juxtaposée à la première paroi 34 du boitier de sortie 20. De manière similaire, la deuxième extrémité du faisceau d'échange 2, comprenant la troisième surface latérale 6 et la quatrième surface latérale 8, est totalement recouverte par la deuxième paroi 28 du boitier d'entrée 18 juxtaposée à la deuxième paroi 32 du boitier de sortie 20 20. Ainsi le boitier d'entrée 18 et le boitier de sortie 20 sont assemblés sur le faisceau d'échange 2 de sorte que la première paroi 30 du boitier d'entrée 18 et la première paroi 34 du boitier de sortie 20 partagent une première ligne de 25 jonction 37. De manière similaire, la deuxième paroi 28 du boitier d'entrée 18 et la deuxième paroi 32 du boitier de sortie 20 partagent une deuxième ligne de jonction 36. Sur les figures 1 et 2, les lignes de jonction 36 et 37 sont droites, à égale 30 distance des parois longitudinales d'entrée 27 et de sortie 31, perpendiculaire aux plans des plaques 4 du faisceau 2. Ce n'est cependant qu'un exemple de réalisation. La forme et l'emplacement des lignes de jonction 36 et 37 sont directement liés à l'encombrement des boitiers d'entrée 18 et de sortie 20, le but 3039264 7 de l'invention étant de créer un passage aisé de la torche de soudure pour connecter le boitier d'entrée et le boitier de sortie sur le faisceau d'échange. Ainsi, les parois 28, 32, 30, 34 peuvent avoir une forme quelconque, la forme rectangulaire est un exemple particulier. Les lignes de jonction 36 et 37 peuvent 5 être courbes, la forme rectiligne est un exemple particulier. La surface des parois 28, 32, 30, 34 peuvent être très différentes pourvues qu'elles soient complémentaires afin de recouvrir les extrémités latérales du faisceau d'échange 2. Le fait que les surfaces des parois 28, 32, 30, 34 soient de dimensions identiques sur les figures est un exemple particulier. 10 Les premières parois 30, 34 et les deuxièmes parois 28, 32 peuvent comprendre au moins un moyen de maintien 38. Sur la partie visible des figures 1 et 2, les moyens de maintien 38 sont des ergots positionnés sur la deuxième paroi 32 du boitier de sortie 20 de sorte que lorsque le boitier d'entrée 18 est assemblé avec 15 le boitier de sortie 20, lesdits ergots de maintien 38 permettent d'assurer un maintien optimal des deuxièmes parois 28, 32, le long de la deuxième ligne de jonction 36, avant de réaliser le procédé de soudage. Avantageusement, des ergots de maintien 38 sont également disposés sur la première paroi 34 du boîtier de sortie 20 afin d'assurer un maintien optimal des premières parois 30, 20 34, le long de la première ligne de jonction 37, avant de réaliser le procédé de soudage. La figure 3 montre un exemple de réalisation du procédé de soudage au niveau de la première ligne de jonction 37 entre la première paroi 30 du boitier d'entrée 25 18 et la première paroi 34 du boitier de sortie 20. Comme montré sur la figure 3, le procédé de soudage est réalisé au moyen d'un outil de soudage 42, tel qu'une torche de soudage. L'emplacement de la première ligne de jonction 37 permet d'utiliser l'outil de soudage 42 selon un axe perpendiculaire au plan de la première extrémité latérale du faisceau d'échange 2. Ainsi, l'utilisateur de l'outil 30 de soudage 42 dispose d'une liberté d'utilisation relativement grande pour réaliser le procédé de soudage. Par conséquent, il n'est plus nécessaire, pour un utilisateur, d'incliner l'outil de soudage selon une direction spécifique pour accéder à la ligne de jonction. Les éventuelles coulées de matière générées par 3039264 8 de telles manipulations de l'outil de soudage sont donc évitées. A l'issue du procédé de soudage, la première ligne de jonction 37 prend la forme d'une première ligne de soudure. 5 Dans la suite de la description, la nature et les avantages de la première ligne de soudure tels que décrits ci-dessous sont également applicables à la deuxième ligne de soudure (non montrée) résultant de la réalisation du procédé de soudage au niveau de la deuxième ligne de jonction 36. 10 La ligne de soudure réalisée entre les premières parois 30 et 34 peut être située au milieu de la première extrémité latérale du faisceau d'échange 2 lorsque les dimensions de la première paroi 30 et de la deuxième paroi 34 sont identiques. Les parois 28, 32, 30, 34 pouvant avoir une forme quelconque, la position de la première et deuxième ligne de jonction 37, 36 varient en fonction des dimensions 15 des premières parois 30, 34 et deuxièmes parois 28, 32. Par conséquent, la position des lignes de soudure varie de manière correspondante. La figure 4 montre l'assemblage de la deuxième paroi 28 du boitier d'entrée 18 assemblé sur la deuxième extrémité latérale du faisceau d'échange 2. La figure 20 est une coupe de la figure 2 selon un plan coupant la paroi 28 et parallèle à celui passant par les deux lignes de jonction 36 et 37. Comme montré sur la figure 4, l'assemblage du boitier d'entrée 18 sur le faisceau d'échange 2 permet de conserver un espace libre 50 entre la deuxième extrémité latérale du faisceau d'échange 2 (et donc des plaques 4) et la deuxième paroi 28 du boitier d'entrée 25 18. L'espace libre 50 permet aux plaques 4 du faisceau d'échange 2 de se dilater si nécessaire lors d'une élévation de température liée à la circulation du premier fluide, tel que de l'air de suralimentation au sein du faisceau d'échange 2. Ainsi, les éventuels problèmes de détérioration des plaques du faisceau d'échange 2 et/ou du boîtier de l'échangeur, liés au choc thermique entre l'air de 30 suralimentation et le liquide de refroidissement, sont évités. Par conséquent, la présence et la position des lignes de soudure ainsi obtenues permettent de déporter les efforts mécaniques subis par le faisceau d'échange 2 vers le boitier d'entrée 18 et, de manière similaire, vers le boitier de sortie 20. Ainsi, la 3039264 9 présence des premières parois 30, 34 et des deuxièmes parois 28, 32 garantit une protection optimale pour le faisceau d'échange 2. Enfin, la conception du module comprenant le boitier d'entrée 18, le boitier de 5 sortie 20 et l'échangeur de chaleur 1 selon l'invention permet de réduire le nombre de connexions nécessaires pour produire l'échangeur de chaleur 1. Ainsi, les temps de production associés à la réalisation du procédé de soudage sont donc également réduits de manière importante. En effet, selon le premier mode de réalisation de l'invention seules deux lignes verticales de soudure (le 10 long des deux lignes de jonction 26 et 37) sont nécessaires afin d'assembler le boitier d'entrée 18 et le boitier de sortie 20 sur le faisceau d'échange 2. Les figures 5 et 6 montrent un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans cet exemple, seule la première extrémité latérale du faisceau 2 pose des 15 problèmes d'accessibilité de la torche de soudure. Le faisceau 2 est assemblé par brasage dans un boîtier de faisceau en forme de U composé de trois plaques, la plaque 40 recouvrant la deuxième extrémité du faisceau 2. Les boîtiers d'entrée 18 et de sortie 20 ne comportent respectivement qu'une 20 paroi 30 et 34. Comme dans le premier mode de réalisation, le boitier d'entrée 18 et le boitier de sortie 20 sont assemblés sur le faisceau d'échange 2 de sorte que la première paroi 30 du boitier d'entrée 18 et la première paroi 34 du boitier de sortie 20 partagent une première ligne de jonction 37 et recouvrent totalement la première extrémité latérale du faisceau 2. 25 Trois lignes verticales de soudure sont nécessaires afin d'assembler le boitier d'entrée 18 et le boitier de sortie 20 sur le faisceau d'échange 2. La première ligne verticale de soudure est située le long de la première ligne de jonction 37. Les deux autres lignes verticales de soudure sont situées à la jonction entre les bords latéraux de la plaque 40 et les boîtiers d'entrée 18 et de sortie 20. 30 Comme dans le premier mode de réalisation, les parois 30, 34 peuvent comprendre au moins un ergot de maintien 38 afin d'assurer un maintien optimal de ces parois le long de la première ligne de jonction 37, avant de réaliser le procédé de soudage. 3039264 10 De manière similaire, l'espace résultant entre la paroi obtenue par l'assemblage des parois 30 et 34 et la première extrémité latérale du faisceau, permet une meilleure tenue de l'échangeur aux chocs thermiques (dilatation du faisceau). 5 Ce deuxième mode de réalisation présente les mêmes avantages que le premier : le problème d'accessibilité de la torche de soudure est résolu, le nombre de connexions nécessaires pour produire l'échangeur de chaleur 1 est réduit (trois lignes verticales de soudure au lieu de 10 quatre) Ainsi, les temps de production associés à la réalisation du procédé de soudage sont donc également réduits, l'espace entre la première extrémité latérale du faisceau et le boîtier permet une dilatation du faisceau sans contrainte sur le boîtier, Un avantage supplémentaire du deuxième mode de réalisation par rapport au 15 premier est une réduction des coûts. En effet, la fabrication des boitiers d'entrée 18 et de sortie 20 comportant des parois latérales telles que décrites dans l'invention n'est pas simple et a donc un impact de coût.. Limiter le nombre de parois au stricte nécessaire (deux au lieu de quatre) par rapport aux problèmes d'accessibilité de la torche de soudure permet de réaliser une économie sur le 20 coût final de l'échangeur tout en résolvant le problème initial d'accessibilité de la torche de soudure. 25 REVENDICATIONS1. Boitier adapté pour un premier fluide, destiné à circuler au sein d'un faisceau d'échange (2) d'un échangeur de chaleur (1) pour échanger une quantité déterminée de chaleur avec un deuxième fluide circulant au sein dudit faisceau d'échange (2), ledit boitier comprenant un boitier d'entrée (18) pour guider ledit premier fluide vers l'intérieur de l'échangeur de chaleur (1), et un boitier de sortie (20) pour guider ledit premier fluide vers l'extérieur de l'échangeur de chaleur (1), le faisceau d'échange (2) comprenant une première extrémité latérale et une deuxième extrémité latérale, ledit boitier d'entrée (18) comprenant au moins une paroi (30), le boitier de sortie (20) comprenant au moins une paroi (34), de sorte que la paroi (30) du boîtier d'entrée et la paroi (34) du boîtier de sortie coopèrent le long d'une ligne de jonction (37) pour recouvrir la première extrémité latérale du faisceau d'échange (2), 2. Boitier selon la revendication 1, dans lequel au moins une paroi (30, 34) comprend un moyen de maintien (38), 3. Boitier selon la revendication 1, dans lequel au moins le moyen de maintien (38) est un ergot de maintien, 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la paroi (30) du boîtier d'entrée et la paroi (34) du boîtier de sortie sont soudées sur la ligne de jonction (37) par un outil de soudage tel une torche de soudage, 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un espacement (50) est laissé entre le faisceau d'échange (2) et les parois (30, 34) des boîtiers d'entrée et de sortie, cet espacement permettant la dilatation du faisceau en limitant les contraintes sur les parois (30, 34) des boîtiers d'entrée et de sortie, 303 92 64 12 6. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le boitier d'entrée (18) comprend une deuxième paroi (28), le boitier de sortie (20) comprend une deuxième paroi (32), de sorte que la paroi (28) du boîtier d'entrée et la paroi (32) du boîtier de sortie coopèrent le long d'une deuxième 5 ligne de jonction (36) pour recouvrir la deuxième extrémité latérale du faisceau d'échange (2), 7. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le boitier d'entrée (18) et le boîtier de sortie (20) ne recouvrent pas la deuxième 10 extrémité latérale du faisceau d'échange (2), 8. Echangeur de chaleur (1) comprenant un boitier selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15