Brevet FR3111972A1 — publié le 20211231

L’invention a pour objet un conduit (12) pour transporter un fluide à l’intérieur d’un échangeur thermique, le conduit comprenant une pluralité de protubérances (28) et une pluralité de motifs en relief (30), la pluralité de protubérances (28) et la pluralité de motifs en relief (30) étant reparties sur une longueur (L) du conduit (12), la pluralité de motifs en relief (30) étant placée sur une surface interne (26) du conduit (12). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 CONDUIT POUR ECHANGEUR THERMIQUE L’invention se rapporte à un conduit pour transporter un fluide à l’intérieur d’un échangeur thermique, en particulier, d’un échangeur thermique pour moteur d’un véhicule automobile, ainsi qu’à un échangeur thermique associé. Les véhicules à moteur, qu’ils soient à combustion, électriques ou hybrides, ont besoin de dissiper une chaleur excédentaire du moteur afin d’éviter une surchauffe dudit moteur. Généralement, un refroidissement du moteur est obtenu grâce à un fluide caloporteur circulant dans un circuit de refroidissement. En particulier, le fluide caloporteur est un liquide de refroidissement transportant les calories excédentaires générées au niveau du moteur vers un radiateur du moteur. Le circuit de refroidissement comporte généralement un échangeur thermique muni d’au moins un conduit à travers duquel circule le liquide de refroidissement. Le mouvement du liquide de refroidissement à l’intérieur de chaque conduit de l’échangeur thermique est généré par une pompe électrique. Néanmoins, le développement de véhicules électriques ou hybrides impose l’emploi de pompes électriques de plus en plus petites, réduisant de ce fait drastiquement le débit du fluide dans l’échangeur et l’écoulement du fluide devient laminaire, caractérisé par un nombre de Reynolds inférieur à 3000. Il en résulte la formation d’une couche limite de fluide dans les conduits de l’échangeur, dans laquelle la vitesse du fluide est nulle, et qui gêne voire empêche la transmission de chaleur de l’extérieur du conduit vers le liquide de refroidissement. Le but de l’invention est de remédier au moins partiellement à cet inconvénient. À cet effet, l’invention a pour objet un conduit pour transporter un fluide à l’intérieur d’un échangeur thermique, le conduit comprenant une pluralité de protubérances et une pluralité de motifs en relief, la pluralité de protubérances et la pluralité de motifs en relief étant reparties sur une longueur du conduit, la pluralité de motifs en relief étant placée sur une surface interne du conduit. Ainsi, la présence de la pluralité de motifs en relief sur la surface interne du conduit réduit voire détruit la couche limite, ce qui permet à l’écoulement du fluide d’être de type pseudo-turbulent, et réactive par conséquent les échanges thermiques de façon optimale. En outre, la présence de la pluralité de motifs en relief sur la surface interne du conduit peut entrainer une diminution de la tension de surface de la couche de fluide en contact avec la surface interne du conduit, limitant ainsi l’épaisseur moyenne de la couche limite. Selon un autre aspect, la pluralité de motifs en relief est placée sur l’une au moins des protubérances de la pluralité de protubérances. Selon un autre aspect, la pluralité de motifs en relief est placée uniquement sur ladite pluralité de protubérances. Selon un autre aspect, une profondeur de l’un au moins des motifs en relief est mésoscopique. Selon un autre aspect, la profondeur de l’un au moins des motifs en relief est comprise entre 75 µm et 250 µm, de préférence entre 100 µm et 200 µm. Selon un autre aspect, une profondeur de l’un au moins des motifs en relief est microscopique. Selon un autre aspect, la profondeur de l’un au moins des motifs en relief est comprise entre 2 µm et 150 µm, de préférence entre 5 µm et 100 µm. Selon un autre aspect, au moins certains motifs en relief sont alignés dans une direction formant un angle non nul avec une direction d’écoulement du fluide à l’intérieur du conduit. Selon un autre aspect, chaque motif en relief forme avec la direction d’écoulement du fluide un angle compris entre 35° et 100°, de préférence entre 45° et 90°. Selon un autre aspect, chaque motif en relief de la pluralité de motifs en relief est identique. Selon un autre aspect, au moins un motif en relief de la pluralité de motifs en relief est différent des autres motifs en relief. Selon un autre aspect, chaque protubérance forme un creux sur une surface externe du conduit. Selon un autre aspect, chaque protubérance est formée par une pièce assemblée sur la surface interne du conduit. Selon un autre aspect, chaque motif en relief est obtenu par texturation de surface par laser et/ou par des procédés mécaniques. Selon un autre aspect, il est décrit un échangeur thermique comprenant au moins un conduit tel que décrit ci-avant. Selon un autre aspect, l’échangeur thermique est de type radiateur basse température. Selon un autre aspect, l’échangeur thermique est configuré pour effectuer un échange thermique entre un premier fluide liquide et un deuxième fluide liquide ou entre un premier fluide liquide et un deuxième fluide gazeux. Selon un aspect de l’invention, l’échangeur thermique est un échangeur à tubes. Selon un autre aspect de l’invention, l’échangeur thermique est un échangeur à plaques. Selon un aspect de l’invention, le conduit est formé entre deux plaques. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : représente une vue schématique frontale d’un échangeur thermique. est une vue en perspective et un détail d’un conduit de l’échangeur thermique de la figure 1 selon la présente invention. montre une vue schématique d’une coupe longitudinale du conduit de la figure 2. est une vue schématique d’une coupe latérale d’un motif en relief selon la présente invention. Description de modes de réalisation Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la présente description, ces éléments ne sont pas décrits en détails dans chaque mode de réalisation. Au contraire, seules les différences entre les variantes de réalisation sont décrites en détails. La figure 1 montre un échangeur thermique 10 pour moteur, notamment pour moteur de véhicule automobile. De préférence, l’échangeur 10 est un échangeur de type radiateur basse température. Comme il sera détaillé ultérieurement, l’échangeur 10 est configuré pour permettre un échange thermique entre un premier fluide et un deuxième fluide. Le premier fluide peut être un fluide liquide ou un fluide gazeux. De même, le deuxième fluide peut être un fluide liquide ou un fluide gazeux. Ainsi, l’échangeur 10 est configuré pour effectuer un échange thermique entre deux fluides liquides ou entre un fluide liquide et un fluide gazeux. L’échangeur 10 peut aussi être configuré pour permettre un échange thermique entre deux fluides gazeux. L’échangeur thermique 10 comprend au moins un conduit 12. De préférence, l’échangeur 10 comprend une pluralité de conduits 12. Chaque conduit 12 s’étend entre une première extrémité 14 et une deuxième extrémité 16. De préférence, les conduits 12 sont rectilignes. Ainsi, une distance entre la première extrémité 14 et la deuxième extrémité 16 correspond à une longueur L du conduit 12. Sur la figure 1, l’ensemble des conduits 12 dans l’échangeur 10 sont, par exemple, parallèles entre eux selon une direction longitudinale A et répartis de manière à former une rangée de conduits 12. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette configuration et les conduits peuvent être répartis selon plusieurs rangées de conduits. Les conduits 12 sont destinés à être traversés par ledit premier fluide. Le premier fluide est un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur est un fluide liquide ou un fluide gazeux. Par exemple, le fluide caloporteur peut être de l’eau ou de l’huile. L’échangeur 10 comprend en outre au moins un collecteur d’admission du fluide caloporteur permettant de diriger le fluide caloporteur vers l’intérieur des conduits 12. Sur la figure 1, l’échangeur 10 comprend un premier collecteur d’admission 18 et un deuxième collecteur d’admission 20 du fluide caloporteur. De préférence, les collecteurs d’admission 18, 20 s’étendent selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction A des conduits 12. Le premier collecteur d’admission 18 est relié à la première extrémité 14 des conduits 12. Le deuxième collecteur d’admission 20 est relié à la deuxième extrémité 16 des conduits 12. Ainsi, le fluide caloporteur circulant dans les premier et deuxième collecteurs d’admission 18, 20 accède à l’intérieur des conduits 12 par les première et deuxième extrémités 14, 16. Maintenant, on décrit plus en détails l’un des conduits 12 selon la présente invention, en référence aux figures 2 à 4. Comme illustré sur la figure 2, le conduit 12 comporte une paroi latérale 22 s’étendant entre la première extrémité 14 et la deuxième extrémité 16 selon la direction longitudinale A. La paroi latérale 22 comprend une surface externe 24 et une surface interne 26. Lorsque le fluide caloporteur circule dans le conduit 12, la paroi latérale 22 forme surface d’échange entre ledit fluide caloporteur et ledit deuxième fluide. Le deuxième fluide est un fluide circulant à l’extérieur du conduit 12. Le deuxième fluide est un fluide liquide ou un fluide gazeux. Comme illustré sur les figures 2 et 3, le conduit 12 comprend également une pluralité de protubérances 28 disposée sur la paroi latérale 22. Les protubérances 28 permettent d’augmenter la surface d’échange, ce qui optimise les échanges thermiques entre le fluide caloporteur et le deuxième fluide. La pluralité de protubérances 28 est répartie sur la longueur L du conduit 12. Comme clairement représenté sur la figure 3, chaque protubérance 28 fait saillie à l’intérieur du conduit 12, un creux étant formé sur la surface externe 24. Selon une alternative non représentée, chaque protubérance 28 est formée par une pièce assemblée sur la surface interne 26, avec ou sans formation de creux sur la surface externe 24. De préférence, les protubérances 28 sont régulièrement réparties sur la paroi latérale 22. Par exemple, les protubérances 28 peuvent être disposées de manière à former une ou plusieurs rangées de protubérances 28. Alternativement, les protubérances 28 sont réparties de manière aléatoire sur la paroi latérale 22. De préférence, les protubérances 28 sont identiques, et chaque protubérance 28 a une même forme et dimension que les autres protubérances 28. Par exemple, les protubérances 28 ont une forme sensiblement ovoïde. Alternativement, au moins une protubérance 28 a une forme et/ou une dimension différente des autres protubérances 28. Comme montré sur la figure 2, les protubérances 28 peuvent avoir toutes une même orientation. Alternativement, les protubérances 28 ont des orientations différentes entre elles. Comme il ressort également des figures, le conduit 12 comprend une pluralité de motifs en relief 30. Les motifs en relief 30 permettent de diminuer la tension de surface de la couche de fluide caloporteur en contact avec la surface interne 26 du conduit 12, limitant ainsi la formation de la couche limite. Sur les figures, la pluralité de motifs en relief 30 est disposée sur la surface interne 26 du conduit 12. Les motifs en relief 30 sont repartis sur la longueur L du conduit 12. De préférence, comme illustré sur les figures, les motifs en relief 30 sont disposés uniquement sur la ou les protubérances 28. Alternativement, les motifs en relief 30 peuvent être disposés sur une zone de la surface interne 26 démunie de protubérances 28. Par exemple, la pluralité de motifs en relief 30 peut être placée sur l’une au moins des protubérances 28. Préférentiellement, la pluralité de motifs en relief 30 est placée uniquement sur la pluralité de protubérances 28. Comme montré sur la figure 4, chaque motif en relief 30 comprend au moins une saillie 32 et au moins une dépression 34. Une profondeur D de chaque motif en relief 30 est définie comme une distance mesurée entre la dépression 34 et un point appartenant à un plan P sensiblement tangent à la saillie 32, le point étant sensiblement parallèle à la dépression 34. Avantageusement, la profondeur D des motifs en relief 30 est de dimension mésoscopique ou microscopique. Par profondeur mésoscopique on entend une profondeur comprise entre 75 µm et 250 µm, de préférence entre 100 µm et 200 µm. Par profondeur microscopique on entend une profondeur comprise entre 2 µm et 150 µm, de préférence entre 5 µm et 100 µm. Dans le conduit 12, la profondeur D de l’un au moins des motifs en relief 30 peut être mésoscopique. Aussi, la profondeur D de l’un au moins des motifs en relief 30 peut être microscopique. Ainsi, le conduit 12 peut comporter certains motifs en relief 30 à profondeur mésoscopique et certains motifs en relief 30 à profondeur microscopique. Alternativement, tous les motifs en relief 30 sont à profondeur mésoscopique ou tous les motifs en relief 30 sont à profondeur microscopique. Comme montré sur la figure 3, au moins certains motifs en relief 30 sont alignés dans une direction formant un angle α non nul avec une direction d’écoulement du fluide caloporteur à l’intérieur du conduit 12. En particulier, l’angle α est compris entre 35° et 100°, de préférence entre 45° et 90°. Par exemple, la direction d’écoulement du fluide caloporteur est sensiblement parallèle à la direction longitudinale A. Chaque motif en relief 30 peut être identique. Alternativement, au moins un motif en relief 30 est différent des autres motifs en relief. Les motifs en relief 30 peuvent être obtenus par texturation de surface par laser. Les motifs en relief 30 peuvent aussi être obtenus par des procédés mécaniques. Par exemple, les motifs en relief peuvent être obtenus par microfraisage ou fabrication additive. Comme déjà indiqué, les motifs en relief 30 empêchent la formation d’une couche limite de fluide caloporteur sur la surface interne 26 du conduit 12, ce quipermet de transformer l’écoulement du fluide caloporteur à l’intérieur du conduit 12 d’un écoulement de type laminaire à un écoulement de type pseudo-turbulent, même si le nombre de Reynolds est inférieur à 3000. La présence des motifs 30 directement et uniquement sur les protubérances 28 assure en particulier une optimisation de la transformation en écoulement pseudo-turbulent. La présente divulgation ne se limite pas à l’exemple décrit ci-avant en regard des figures. La présente divulgation englobe bien au contraire toutes les variantes et combinaisons que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée. Conduit (12) pour transporter un fluide à l’intérieur d’un échangeur thermique (10), le conduit comprenant une pluralité de protubérances (28) et une pluralité de motifs en relief (30), la pluralité de protubérances (28) et la pluralité de motifs en relief (30) étant reparties sur une longueur (L) du conduit (12), la pluralité de motifs en relief (30) étant placée sur une surface interne (26) du conduit (12). Conduit (12) selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de motifs en relief (30) est placée sur l’une au moins des protubérances (28) de la pluralité de protubérances (28). Conduit (12) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la pluralité de motifs en relief (30) est placée uniquement sur ladite pluralité de protubérances (28). Conduit (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une profondeur (D) de l’un au moins des motifs en relief (30) est mésoscopique. Conduit (12) selon la revendication précédente, dans lequel la profondeur (D) de l’un au moins des motifs en relief (30) est comprise entre 75 µm et 250 µm, de préférence entre 100 µm et 200 µm. Conduit (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une profondeur (D) de l’un au moins des motifs en relief (30) est microscopique. Conduit (12) selon la revendication précédente, dans lequel la profondeur (D) de l’un au moins des motifs en relief (30) est comprise entre 2 µm et 150 µm, de préférence entre 5 µm et 100 µm. Conduit (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins certains motifs en relief (30) sont alignés dans une direction formant un angle (α) non nul avec une direction d’écoulement du fluide à l’intérieur du conduit (12). Conduit (12) selon la revendication précédente, dans lequel chaque motif en relief (30) forme avec la direction d’écoulement du fluide un angle (α) compris entre 35° et 100°, de préférence entre 45° et 90°. Echangeur thermique (10) comprenant au moins un conduit (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes. .