Brevet FR3070481A1 — publié le 20190301

Description Titre de l'invention : Boîtier en U et couvercle pour échangeurs de chaleur à ailettes-plaques [0001] L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur destiné à un véhicule, et plus particulièrement, à une configuration de boîtier pour un échangeur de chaleur. [0002] Comme cela est bien connu, il est souhaitable que l'air pénétrant dans le moteur d'un véhicule soit refroidi, en particulier après qu'il a quitté un turbocompresseur ou un compresseur de suralimentation, car l'air issu d'un refroidisseur aura une masse volumique accrue qui maximise le rendement du moteur. Dans certaines situations, le refroidissement de l'air peut également faciliter la gestion du moteur et éliminer la pré-détonation de l'air et d'un carburant avant un allumage par étincelle programmé. De plus, le refroidissement de l'air évite que le bloc moteur du moteur ne connaisse une usure excessive et qu'il soit endommagé par la chaleur. [0003] Des échangeurs de chaleur tels que des refroidisseurs d'air de suralimentation refroidis par eau (WCAC) peuvent être utilisés dans le véhicule pour refroidir l'air qui a été comprimé par le turbocompresseur ou le compresseur de suralimentation avant qu'il n'entre dans le moteur. Typiquement, pour des besoins propres à l'application tels que des contraintes d'espace dans un véhicule, par exemple, les WCAC utilisent un liquide de refroidissement d'une ou de plusieurs sources et peuvent inclure un noyau d'échange de chaleur avec des plaques intercalées entre des ailettes. [0004] Typiquement, le noyau de l'échangeur de chaleur est disposé à l'intérieur d'un boîtier. Le boîtier est couplé à un réservoir d'entrée configuré pour recevoir de l'air à refroidir dans l'échangeur de chaleur et un réservoir de sortie configuré pour transporter l'air refroidi par l'échangeur de chaleur. Toutefois, de manière désavantageuse, le boîtier peut être complexe ou formé à partir de multiples composants dont le nombre peut être supérieur ou égal à trois. Les nombreux composants augmentent les coûts de fabrication et d'assemblage. De plus, les 2 multiples composants sont susceptibles de fuir au niveau des joints entre les multiples composants constituant le boîtier. [0005] En conséquence, il existe un besoin dans la technique de l'art pour un boîtier d'échangeur de chaleur simple qui soit formé d'un minimum de composants de sorte à réduire les coûts de fabrication et d'assemblage, ainsi que les fuites. [0006] En accord avec la présente description, un boîtier d'échangeur de chaleur simple qui est formé d'un minimum de composants de sorte à réduire les coûts de fabrication et d'assemblage, ainsi que les fuites est décrit. [0007] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, un boîtier destiné à un échangeur de chaleur est décrit. Le boîtier présente une première partie de boîtier ayant une section transversale en forme de U et une deuxième partie de boîtier coopérant avec la première partie de boîtier pour définir une enceinte recevant un ensemble d'échange de chaleur. La deuxième partie de boîtier est configurée sous la forme d'une plaque. [0008] En outre, la première partie de boîtier présente une bride s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface extérieure au niveau de chacune des extrémités opposées de celle-ci. La deuxième partie de boîtier présente une lèvre s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface au niveau de chacune des extrémités opposées de celle-ci. Les brides de la première partie de boîtier et les lèvres de la deuxième partie de boîtier coopèrent pour définir un cadre configuré pour s'accoupler sur au moins un élément parmi une embase et un réservoir. De plus, une languette s'étend vers l'extérieur à partir d'une surface d'engagement du cadre. [0009] La première partie de boîtier et la deuxième partie de boîtier sont formées à partir d'aluminium ou de matière plastique et sont couplées par un processus de brasage, un processus de soudage ou un processus de sertissage. [0010] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un ensemble de noyau destiné à un échangeur de chaleur est décrit. L'ensemble de noyau comprend un boîtier à deux composants incluant une première partie de boîtier et une deuxième partie de boîtier coopérant pour définir une enceinte avec une 3 première extrémité ouverte et une deuxième extrémité ouverte. Un ensemble d'échange de chaleur est reçu dans l'enceinte. [0011] En outre, l'ensemble d'échange de chaleur inclut une pluralité d'ensembles de plaques intercalés entre une pluralité d'ailettes. [0012] La première partie de boîtier présente une section transversale sensiblement en forme de U et la deuxième partie de boîtier est sensiblement plane. [0013] La première partie de boîtier présente une bride s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface de celle-ci au niveau d'une extrémité de la première partie de boîtier. [0014] La deuxième partie de boîtier présente une lèvre s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface de celle-ci, la lèvre coopérant avec la bride pour définir un cadre configuré pour s'accoupler sur au moins un élément parmi une embase et un réservoir de l'échangeur de chaleur. [0015] De plus, la première partie de boîtier présente une languette s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface d'engagement de la bride, la languette étant configurée pour aligner un élément parmi une embase et un réservoir de l'échangeur de chaleur. [0016] La première partie de boîtier et la deuxième partie de boîtier sont formées à partir d'aluminium ou de matière plastique. [0017] Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, un échangeur de chaleur destiné à un véhicule est décrit. L'échangeur de chaleur inclut un ensemble de noyau ayant une première extrémité ouverte et une deuxième extrémité ouverte. L'ensemble de noyau inclut un boîtier recevant un ensemble d'échange de chaleur. Le boîtier est formé d'une première partie de boîtier sensiblement en forme de U et d'une deuxième partie de boîtier sensiblement plane. Un premier réservoir est couplé à la première extrémité ouverte de l'ensemble de noyau. Un deuxième réservoir est couplé à la deuxième extrémité ouverte de l'ensemble de noyau. [0018] En outre, l'échangeur de chaleur comprend une embase disposée entre le premier réservoir et l'ensemble de noyau et entre le deuxième réservoir et l'ensemble de noyau. 4 [0019] Au moins un élément parmi l'embase, le premier réservoir, et le deuxième réservoir est soudé, brasé ou serti sur l'ensemble de noyau. [0020] La première partie de boîtier présente une bride disposée à chaque extrémité de celle-ci, la bride s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface extérieure de celle-ci, où la deuxième partie de boîtier présente une lèvre disposée à chaque extrémité de celle-ci, la lèvre à chaque extrémité s'étendant vers l'extérieur à partir d'une surface de la deuxième partie de boîtier, et où la bride à chaque extrémité coopère respectivement avec la lèvre à chaque extrémité pour former un cadre configuré pour s'engager avec un élément parmi le premier réservoir, le deuxième réservoir, et une embase. [0021] Une pluralité de languettes s'étendent vers l'extérieur à partir d'une surface d'engagement de la bride, les languettes étant configurées pour aligner un élément parmi le premier réservoir, le deuxième réservoir, et l'embase sur le boîtier. [0022] L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : [0023] La Figure 1 est une vue de dessus d'un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention ; [0024] La Figure 2 est une vue en perspective de dessous d'un ensemble de noyau assemblé de l'échangeur de chaleur de la Figure 1 ; [0025] La Figure 3 est une vue en perspective de dessous éclatée de l'ensemble de noyau de la Figure 2; [0026] La Figure 4 est une vue en élévation du côté gauche de l'ensemble de noyau des Figures 2 et 3, où l'ensemble de noyau inclut une embase ; et [0027] La Figure 5 est une vue en élévation du côté gauche de l'ensemble de noyau des Figures 2 et 3, où l'embase n'est pas représentée. [0028] La description détaillée suivante et les dessins annexés décrivent et illustrent divers modes de réalisation de l'invention. La description et les dessins vise à permettre à l'homme de l'art de réaliser et d'utiliser l'invention, et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention d'une quelconque manière. En ce qui concerne les procédés décrits, les étapes présentées sont données à titre d'exemple, et ainsi, l'ordre des étapes n'est pas obligatoire ou critique. Tel qu'il est utilisé ici, le terme « sensiblement » signifie « principalement, mais pas parfaitement » ou « approximativement », comme l'homme de l'art le reconnaîtra au vu de la description et des dessins. [0029] La Figure 1 illustre un échangeur de chaleur 10 selon un mode de réalisation de l'invention. Comme illustré, l'échangeur de chaleur 10 est configuré sous la forme d'un refroidisseur intermédiaire, tel qu'un refroidisseur d'air de suralimentation refroidi à l'eau, par exemple. Cependant, il est entendu que l'échangeur de chaleur 10 peut être configuré en n'importe quel type d'échangeur de chaleur communément utilisé dans les systèmes de véhicule, tel qu'un refroidisseur d'air de suralimentation refroidi à l'air, un échangeur de chaleur de type tubulaire, un radiateur, un refroidisseur d'huile, ou tout autre échangeur de chaleur connu à l'heure actuelle ou développé à l'avenir. L'échangeur de chaleur 10 inclut un réservoir d'entrée 12 et un réservoir de sortie 14 respectivement destinés à recevoir et à acheminer de l'air provenant d'un circuit d'air d'un véhicule. L'échangeur de chaleur 10 inclut en outre des conduits 17 qui sont en communication de fluide avec des ouvertures, telles que des entrées et des sorties de fluide, pour acheminer un fluide vers ou l'acheminer depuis l'échangeur de chaleur 10. Le fluide peut par exemple être un liquide de refroidissement, un réfrigérant, de l'eau ou tout autre fluide configuré pour échanger de la chaleur avec l'air circulant dans l'échangeur de chaleur 10. [0030] Comme représenté sur les Figures 2 à 5, l'échangeur de chaleur 10 inclut en outre un ensemble de noyau 15 disposé entre le réservoir d'entrée 12 et le réservoir de sortie 14. L'ensemble de noyau 15 présente une première extrémité ouverte 15a configurée pour recevoir l'air provenant du réservoir d'entrée 12 qui va circuler dans l'échangeur de chaleur 10. Une deuxième extrémité ouverte 15b est opposée à la première extrémité ouverte 15a et est configurée pour acheminer l'air ayant circulé dans l'échangeur de chaleur 10 vers le réservoir de sortie 14. L'ensemble de noyau 15 inclut un ensemble d'échange de chaleur 16 configuré pour transférer la chaleur entre l'air circulant dans l'échangeur de 6 chaleur 10 et le fluide. Dans certains modes de réalisation, comme représenté, l'ensemble de noyau 15 inclut en outre une paire de d'embases 19. Chacune des embases 19 est configurée pour faciliter l'accouplement, respectivement, du réservoir d'entrée 12 et du réservoir de sortie 14 sur l'ensemble de noyau 15. Cependant, il est entendu que l'ensemble de noyau 15 peut être couplé à chacun des réservoirs d'entrée 12 et de sortie 14 directement sans les embases 19. Bien que non représentés, d'autres composants tels que des joints peuvent être positionnés entre le réservoir d'entrée 12 et l'ensemble de noyau 15, et entre le réservoir de sortie 14 et l'ensemble de noyau 15, si désiré. [0031] L'ensemble d'échange de chaleur 16 est disposé dans un boîtier 18 de l'ensemble de noyau 15. L'ensemble d'échange de chaleur 16 inclut une pluralité d'ensembles de plaques sensiblement parallèles et empilés 22. Les ensembles de plaques 22 sont intercalés entre une pluralité d'ailettes sensiblement parallèles 20. Chacun des ensembles de plaques 22 définit au moins un canal d'écoulement (non représenté) destiné à recevoir le fluide d'au moins une source externe. Il est entendu que d'autres mécanismes d'acheminement de fluide peuvent être utilisés à la place des ensembles de plaques 22. Par exemple, des tubes peuvent être utilisés à la place des ensembles de plaques 22. D'autres mécanismes d'acheminement de fluide peuvent être utilisés comme souhaité. [0032] Le boîtier 18 représenté est un boîtier à multiples composants formé à partir d'une paire de composants appelés première partie de boîtier 24 et deuxième partie de boîtier 26. La première partie de boîtier 24 et la deuxième partie de boîtier 26 coopèrent l'une avec l'autre pour définir une enceinte destinée à recevoir l'ensemble d'échange de chaleur 16. Il est entendu que d'autres configurations de boîtier peuvent être utilisées pour enfermer et recevoir l'ensemble d'échange de chaleur comme souhaité. La première partie de boîtier 24 présente une section transversale sensiblement en forme de U incluant une première paroi 28 et une paire de deuxièmes parois 30. Les deuxièmes parois 30 s'étendent vers l'extérieur à partir d'une surface intérieure 54 de la première paroi 28 au niveau des côtés opposés de la première paroi 28 et sensiblement perpendiculairement à la première paroi 28. Les deuxièmes parois 30 s'étendent sensiblement parallèlement à une direction de circulation de l'air à travers 7 l'échangeur de chaleur 10, laquelle est représentée par une flèche. Les deuxièmes parois 30 forment des côtés fermés de l'ensemble de noyau 15. [0033] Une paire de brides 34 est couplée à la première partie de boîtier 24 du boîtier 18, où une première bride de la paire de brides 34 est formée au niveau de la première extrémité ouverte 15a et la deuxième bride de la paire de brides 34 est formée au niveau de la deuxième extrémité ouverte 15b. Les brides 34 encadrent ou définissent une partie des ouvertures au niveau de l'extrémité respective parmi la première extrémité ouverte 15a et la deuxième extrémité ouverte 15b. Dans le mode de réalisation illustré, les brides 34 sont sensiblement en forme de U pour correspondre à la forme de la première partie de boîtier 24. Les brides 34 peuvent être formées séparément de la première partie de boîtier 24 puis être couplées à celle-ci par un moyen de fixation tel qu'un processus de brasage ou de soudage, par exemple, ou bien les brides 34 peuvent être formées en un seul tenant avec la première partie de boîtier 24. Chacune des brides 34 coopère avec une lèvre respective 46 formée sur la deuxième partie de boîtier 26 du boîtier 18, qui sera décrite plus en détail ci-dessous, pour former un cadre ou support 48 configuré pour s'engager avec l'embase 19 ou avec l'un des réservoirs 12, 14. [0034] Les brides 34 présentent une surface d'engagement sensiblement plane 36 pour faciliter l'engagement des brides 34 sur l'embase 19 ou sur l'un des réservoirs 12, 14 pour une opération de soudage ou de brasage, par exemple. Dans le mode de réalisation illustré, le périmètre extérieur 38 des brides 34 s'étend vers l'extérieur à partir d'une surface extérieure 25 de la première partie de boîtier 24 du boîtier 18. Des languettes 40 sont formées le long du périmètre 38 des brides 34 pour faciliter l'alignement et le positionnement de l'embase 19 ou de l'un des réservoirs 12, 14 sur le boîtier 18 avant le soudage ou l'opération de brasage. Les languettes 40 s'étendent vers l'extérieur à partir de la surface d'engagement 36 des brides 34 et sensiblement perpendiculairement à celle-ci. Trois des languettes 40, une au niveau de chaque côté latéral de chacune des brides 34 et une au niveau d'une partie de chacune des brides 34 s'étendant à partir de la première paroi 28 de la première partie de boîtier 24 sont 8 représentées. Toutefois, plus de trois ou moins de trois languettes 40 peuvent être incluses si désiré. [0035] Une pluralité d'ouvertures 32 est formée à travers la première paroi 28 de la première partie de boîtier 24. Les ouvertures 32 sont configurées pour assurer une communication de fluide entre les conduits et l'échangeur de chaleur 10. Les ouvertures 32 assurent une communication de fluide du fluide de la source de fluide externe avec l'enceinte formée par la première partie de boîtier 24 et la deuxième partie de boîtier 26. Il est entendu que les ouvertures 32 peuvent être formées dans d'autres parties du boîtier 18, comme souhaité, comme dans les deuxièmes parois 30 ou la deuxième partie de boîtier 26, par exemple. [0036] La deuxième partie de boîtier 26 du boîtier 18 est configurée sous la forme d'une plaque sensiblement plane avec la lèvre 46 disposée à chacune des extrémités opposées de la deuxième partie de boîtier 26. Chacune des lèvres 46 s'étend vers l'extérieur à partir d'une surface 50 de la deuxième partie de boîtier 26 sensiblement perpendiculairement à la surface 50. Comme mentionné ci-dessus, chacune des lèvres 46 coopère avec une bride respective parmi les brides 24 pour former le cadre 48. La deuxième partie de boîtier 26 a une largeur légèrement inférieure à la largeur entre les surfaces intérieures 54 des deuxièmes parois 30 de la première partie de boîtier 24, où les bords latéraux de la deuxième partie de boîtier 26 viennent en butée contre les surfaces intérieures 54 des deuxièmes parois 30 de la première partie de boîtier 24. La première partie de boîtier 24 a une longueur sensiblement égale à la longueur de la deuxième partie de boîtier 26. [0037] Le cadre 48 est sensiblement rectangulaire pour s'engager avec l'embase 19 qui est sensiblement rectangulaire ou avec le réservoir 12, 14 qui est sensiblement rectangulaire. Cependant, le cadre 48 peut avoir d'autres formes comme souhaité pour faciliter l'engagement avec l'embase 19 et/ou un réservoir 12, 14 ayant une autre forme. [0038] Les languettes 40 facilitent l'alignement et l'engagement de l'embase 19 ou du réservoir 12, 14 sur le cadre 48, et par conséquent sur l'ensemble de noyau 15. Une fois aligné et engagé avec l'ensemble de noyau 15, l'embase 19 ou le réservoir 12, 14 est fixé au cadre 48 par un moyen d'accouplement tel qu'un 9 processus de brasage, un processus de soudage ou un processus de sertissage. Toutefois, d'autres moyens d'accouplement tels que des fixations, des boulons, des vis, des pinces ou autres moyens d'accouplement peuvent être envisagés, si désiré. [0039] Les composants du boîtier 18 (c'est-à-dire la première partie de boîtier 24 et la deuxième partie de boîtier 26) peuvent être formés à partir de n'importe quel matériau ou de n'importe quel processus, comme souhaité. Dans un premier exemple, la première partie de boîtier 24 et la deuxième partie de boîtier 26 sont formées à partir d'aluminium par un processus d'estampage ou de coulée. Dans un autre exemple, la première partie de boîtier 24 et la deuxième partie de boîtier 26 du boîtier 18 sont formées à partir d'une matière plastique par un processus de formage de matière plastique tel qu'un processus de moulage ou un processus d'extrusion. Toutefois, il est entendu que la première partie de boîtier 24 et la deuxième partie de boîtier 26 du boîtier 18 peuvent être formées à partir de n'importe quel matériau ou de n'importe quel processus, comme souhaité. La première partie de boîtier 24 est couplée à la deuxième partie de boîtier 26 par un moyen d'accouplement tel qu'un processus de brasage, un processus de soudage ou un processus de sertissage. Toutefois, des boulons, des vis, des pinces ou d'autres moyens d'accouplement peuvent être envisagés, si souhaité. [0040] Pour assembler l'ensemble de noyau 15, l'ensemble d'échange de chaleur 16 est reçu dans la première partie de boîtier 24, où la première partie de boîtier 24 recouvre partiellement l'ensemble d'échange de chaleur 16. La deuxième partie de boîtier 26 coopère avec la première partie de boîtier 24 pour former le boîtier 18 afin d'enfermer l'ensemble d'échange de chaleur 16 pour former le boîtier 18 et définir la première extrémité ouverte 15a et la deuxième extrémité ouverte 15b de l'ensemble de noyau 15. Les bords latéraux de la deuxième partie de boîtier 26 s'engagent avec les surfaces respectives parmi les surfaces intérieures 54 des deuxièmes parois 30 de la première partie de boîtier 24. Les lèvres 46 de la deuxième partie de boîtier 26 s'alignent avec les brides 34 pour former les cadres 48. Une fois que la deuxième partie de boîtier 26 est positionnée en coopération avec la première partie de boîtier 24, la première partie de boîtier 24 est couplée à la deuxième partie de boîtier 26 par le moyen d'accouplement. [0041] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les réservoirs 12, 14 sont directement couplés à l'ensemble de noyau 15 par le moyen d'accouplement. Dans un autre mode de réalisation, les embases 19 sont directement couplées à l'ensemble de noyau 15 par le moyen d'accouplement et disposées entre les réservoirs 12, 14 et l'ensemble de noyau 15. Les languettes 40 sont configurées pour s'aligner et s'engager sur les réservoirs 12, 14 ou les embases 19 avant l'accouplement. Une fois alignés et engagés, les réservoirs 12, 14 ou les embases 19 peuvent alors être brasés, soudés, ou couplés d'une autre façon par le moyen d'accouplement sur les cadres 48. [0042] Avantageusement, l'échangeur de chaleur 10 selon la présente invention limite le nombre de composants requis pour former le boîtier 18 de l'échangeur de chaleur 10, à moins de quatre composants, et plus spécifiquement, à deux composants, comme décrit ici. En outre, du fait que seulement deux composants forment le boîtier 18, il y a moins d'interfaces de brasage, de soudage ou d'accouplement entre les composants du boîtier 18 que pour les boîtiers de la technique antérieure destinés à des échangeurs de chaleur. Par conséquent, il y a moins d'interfaces d'accouplement susceptibles de mener à une fuite. De plus, l'échangeur de chaleur 10 de la présente invention réduit les coûts de fabrication et la complexité. [0043] D'après la description précédente, l'homme de l'art peut facilement déterminer les caractéristiques essentielles de la présente invention et, sans sortir de son esprit et de sa portée, peut apporter divers changements et modifications à l'invention pour l'adapter à divers usages et conditions. 11