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WO2019145022A1 - Plaque pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur comprenant une telle plaque - Google Patents

Plaque pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur comprenant une telle plaque Download PDF

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Publication number
WO2019145022A1
WO2019145022A1 PCT/EP2018/051609 EP2018051609W WO2019145022A1 WO 2019145022 A1 WO2019145022 A1 WO 2019145022A1 EP 2018051609 W EP2018051609 W EP 2018051609W WO 2019145022 A1 WO2019145022 A1 WO 2019145022A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plate
edge
piece
plates
coupling
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/051609
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Galland
Nicolas Vallee
Yoann Naudin
Frédéric WASCAT
Eddie Sausset
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Priority to US16/964,002 priority Critical patent/US12013189B2/en
Priority to EP18708332.4A priority patent/EP3743667B1/fr
Priority to CN201880091372.6A priority patent/CN111886470B/zh
Priority to PCT/EP2018/051609 priority patent/WO2019145022A1/fr
Publication of WO2019145022A1 publication Critical patent/WO2019145022A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/0075—Supports for plates or plate assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the present invention relates to a plate for a heat exchanger, in particular for a brazed plate heat exchanger on the walls of the casing.
  • the automobile like many other industries, uses heat exchangers to provide the engine with optimum temperature conditions.
  • An air conditioning system in a vehicle interior also requires heat exchangers.
  • Aluminum allows a significant weight gain and aluminum alloys have a quite satisfactory thermal conductivity while having a good resistance to corrosion.
  • the plates 2, 3 of a heat exchanger 1 of the state of the art are thus typically assembled by soldering to the casing 5 of the exchanger 1, that is to say assembled by a supply of metal in the liquid state on the metal parts to be assembled.
  • heat exchangers 1 are subjected to loads of service at the same time strong and of various natures: constraints thermomechanical and chemical reactions with more or less aggressive environments.
  • thermal shocks that are caused by a sudden and significant change in temperature, for example when opening the valves equipped with sensors, to measure the engine temperature, and letting the water pass Cooling the engine, cold, into the engine air intake system, warmer.
  • thermal shocks lead to expansion / contraction phenomena of the plates 2, 3 of the heat exchanger 1, called thermal cycles.
  • the present invention therefore aims to overcome the disadvantages of the prior art and to meet the above constraints by proposing a heat exchanger plate, simple in its design and in its operating mode, reliable and economical, which can limit or to avoid, the appearance in the plate of rupture zones related to thermal shocks.
  • Another object of the present invention is such a plate for heat exchanger ensuring a bearing on the opposite walls of the casing for its assembly by soldering with a complementary plate to form a circulation duct of a heat transfer fluid.
  • the present invention also relates to a heat exchanger comprising at least one such exchanger plate, so as to have enhanced reliability.
  • the invention relates to a plate for a heat exchanger, said plate comprising a coupling edge to another plate.
  • said edge comprises at least one fuse piece for assembling this coupling edge, with at least one casing wall, said at least one fuse piece being configured to be separated from the rest of said coupling edge by differential expansion / contraction between said plate and said at least one housing wall on which it is intended to be assembled.
  • the plate for heat exchanger can have any shape such as square, rectangular, ...
  • edge of the plate is meant the peripheral portion of this plate defining an area of this plate for the circulation of a heat transfer fluid, this peripheral portion having an upper face, a wafer and a lower face.
  • said or at least one of said fusible parts is carried by a corner of said plate or by a portion of the coupling edge, close to this corner, said portion having a width (hi) greater than the width (h 2 ) of this coupling edge, in a median portion of said plate.
  • this part may extend over a distance of between 0 and 30 mm, if a minimum width hi of 5 mm is guaranteed in this part.
  • each fuse piece is carried by a corner of the plate or a portion of the coupling edge close to this edge, because it is in these parts of the plate that the rupture of the fuse piece is best controlled and that the distance separating the fusible part from the zone of the plate where it is sought to preserve the seal is the most important.
  • Two opposite corners of said plate each comprises a fuse piece for assembly of said coupling edge, with the same housing wall or opposite housing walls.
  • said coupling edge having a width (h 2 ) in a median portion of said plate, greater than or equal to a predetermined safety width (h s ) for which a fuse break is not propagated beyond said edge coupling, said edge has a fuse piece in said middle portion of said plate.
  • this predetermined safety width h s is equal to 5 mm. It is thus possible to position a fuse piece outside a corner or an area of the edge close to this corner, for example in a middle part of the plate, provided that the width of the coupling edge is sufficient to prevent any propagation of a rupture of the fuse piece beyond this edge.
  • each fuse piece comprises a predetermined zone of weakening so as to cause its separation from the coupling edge.
  • This configuration of the fuse piece makes it possible to achieve another objective of the present invention, namely to obtain a "clean" break, or clean separation, of the fuse piece from the coupling edge, so that this break does not tend to propagate beyond the coupling edge, that is to say in the region of the plate defined by this edge and in which is intended to circulate a heat transfer fluid.
  • the predetermined weakening zone is advantageously contained in this main plane (P), preferably belonging to this edge.
  • said or at least one fuse piece comprises a line of lesser mechanical resistance so as to break along this line.
  • This line of lesser mechanical strength therefore has a lower breaking strength than the metal material surrounding it.
  • this line of least resistance is intended to cause the separation, preferably in one piece, of the part of the fuse piece related to this line of least resistance.
  • they may be orifices arranged linearly or rectilinearly to form a "line of perforated material".
  • said or at least one fuse piece comprises at least one notch.
  • said fuse piece comprises a first line of least resistance, two notches being located on either side of this line of least resistance.
  • this line of least resistance is obtained by local thinning.
  • each fuse piece comprises a tab connected by said predetermined zone of weakening to the coupling edge, said tab being curved to present an assembly surface, preferably flat or substantially flat, intended to be assembled, by soldering, to a crankcase wall.
  • this joining surface being contained in a main plane (P), this joining surface advantageously extends perpendicularly to the main plane (P).
  • said plate comprises a fluid inlet and a fluid outlet, each of the fluid inlet and outlet having a collar.
  • these fluid inlet and outlet are placed in a median or substantially median portion of the plate.
  • these fluid inlet and outlet are placed on the same side of the plate.
  • Such a plate has at least one fuse piece on at least one of its sides.
  • fusible pieces are placed on two of the opposite sides of this plate.
  • a first side of this plate comprises a fluid inlet and a fluid outlet placed at the plate head.
  • this first side has a continuous rim and the opposite side of said plate to said first side comprises at least one fuse piece, preferably two fusible pieces.
  • Each fuse piece has an assembly surface on a housing wall whose longitudinal dimension is between 3 and 20 mm.
  • said plate is in one piece and made of a metallic material such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the casing walls are made of a metallic material, preferably aluminum or an aluminum alloy.
  • the present invention also relates to a pair of exchanger plates as described above, the coupling edges of these plates being intended to be assembled to delimit a heat transfer fluid circulation duct between these plates, each coupling edge comprising at least one fusible piece, said fusible parts being arranged on the edges of said plates so that after assembly thereof, two fusible parts belonging to distinct plates, are placed facing one another or are offset one with respect to the other.
  • the fusible parts are advantageously placed in the extension of one another.
  • each fuse piece is placed only in a corner of said plates.
  • the present invention also relates to a plate heat exchanger comprising two plates as described above, these two plates being assembled together to delimit a heat transfer fluid circulation duct between these plates, at least one edge of the assembly and formed, connected to a housing wall comprises, for each of these plates, at least one fuse piece, said or at least some of said fuse pieces placed on this edge being positioned opposite one another or being offset relative to each other.
  • the fusible parts are advantageously placed in the extension of one another.
  • the offset fusible parts placed on the same corner of the plates thus assembled allows an increase in the assembly area of each fuse piece to be assembled by soldering to the housing wall.
  • This heat exchanger may comprise a heat exchange beam between a first fluid and a second fluid, and a casing inside which this exchange beam is placed.
  • the first fluid may be air and the second fluid may be a coolant.
  • the second fluid may be for example a mixture of water and glycol.
  • the air can be charged air.
  • FIG. 1 is a partial and enlarged view of a heat exchanger of the state of the art, showing in particular a brazed assembly line between a plate of the exchanger and the corresponding wall of the housing;
  • FIG. 2 is a perspective view of a plate for heat exchanger according to a first embodiment of the invention
  • Figure 3 is a partial and enlarged view of the plate of FIG. 2 showing a corner of it, equipped with a fuse piece;
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation in plan view of the corner of the plate of FIG. 3, an area of the plate capable of carrying a fuse, including a corner, is shown in dotted line;
  • Figure 5 shows the corner of the plate of FIG. 3, when subjected to thermal cycling
  • Figure 6 shows a partial view of two superimposed heat exchanger plates for assembly to form a pair of plates
  • FIG. 7 is a partial view of a pair of plates, the corners of the lower transverse edges of these plates and superimposed each having a fuse piece; the fusible parts on each corner being offset between the two plates being placed in the extension of one another;
  • FIG 8 is a perspective view of a heat exchanger plate according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 9 schematically shows a plate for heat exchanger according to a third embodiment of the invention.
  • FIGS 2 to 5 schematically show a heat exchanger plate 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • This plate 10 which is in one piece, is for example made of aluminum or an aluminum alloy.
  • This plate 10 is of generally rectangular shape.
  • This plate 10 has on a first transverse edge 13, or side extending in a transverse direction, a fluid inlet 14 for introducing a fluid and a fluid outlet 15 for discharging the fluid, which are placed at the top of the plate.
  • This plate 10 also comprises a central rib 16 on the surface of its inner wall, which defines a projection for generating a separation on the surface of the inner wall of the plate 10 in order to define a "U" circuit between the inputs 14 and fluid outlet 15.
  • this plate 10 has a plurality of protuberances 17 placed in the fluid circulation passage on its inner wall, which are intended to disrupt the flow of fluid.
  • This plate 10 has longitudinal edges 18 of dimension just smaller than that of the upper and lower faces of the housing and the transverse edges 13 of dimension equal to or substantially equal to that of the side walls of the housing of the exchanger (not shown).
  • This plate 10 also has four corners 19, only one being shown in FIGS. 3 to 5. Each corner 19 defines an edge surrounding a portion of said ribs 14.
  • the first transverse edge 13 of the plate 10 receiving the fluid inlet and outlet, comprises a continuous flange for its assembly to a housing wall while the two corners 19 of the transverse edge opposite this first edge 13, each comprise a part 20 fuse.
  • the first transverse edge 13 of the plate 10 ensures sealing at the fluid inlet and outlet.
  • Each fuse piece here comprises a curved lug 21 having an assembly surface 22, and a predetermined weakening zone 23 connecting this curved lug 21 to the corresponding corner 19 of the plate 10 so as to allow the separation of this curved lug 21 corresponding corner 19.
  • the assembly surfaces 22 of the fusible parts being flat, the opposite side walls of the housing are also flat at the assembly areas of these surfaces 22 of assembly with the housing walls.
  • This predetermined zone 23 of weakening is here obtained by cutting a part of the lateral edges of the body of the fusible part 20, these notches making it possible to generate a breaking primer.
  • These notches are here rectangular or substantially rectangular.
  • the depth of the notches is determined so that the separation is carried out after a few thermal cycles of expansion / contraction of this plate 10.
  • the largest side of this notch is of a dimension less than or equal to 1 mm and its short side is of a dimension less than or equal to 0.5 mm.
  • Figure 5 shows, by numerical simulation, the good results obtained with this plate 10 for heat exchanger when it is subjected to thermal cycles.
  • the plate 10 for heat exchanger After rupture of the fusible parts, the plate 10 for heat exchanger is separated at its sides comprising fusible parts.
  • Figures 6 and 7 illustrate the assembly of a plate 10 as described above, with another plate 24 to define a pair of plates delimiting between them a passage for the flow of a fluid.
  • the elements of Figures 6 and 7 with the same references as those described in Figures 2 to 5, represent the same objects, which will not be described again below.
  • the side of this pair of plates 10, 24 thus shown comprises at each of its opposite corners 19, two parts 20, 25 fusible.
  • the two pieces 20, 25 fuses of each corner 19 of the pair each belong to a different plate 10, 24 and are offset relative to each other while being in the extension of one another.
  • Figure 8 is a perspective view of a heat exchanger plate 30 according to a second embodiment of the invention.
  • This plate 30 comprises a fluid inlet 31 and a fluid outlet 32, each of the fluid inlet and outlet having a collar and an oblong shape.
  • these fluid inlet and outlet 31, 32 are placed along the length (L) at a distance from the lateral edges of the plate corresponding to L / 2, or substantially L / 2.
  • Protuberances 33 disrupt fluid flow while ribs 34 provide fluid flow passages with a sinuous path with half-turns between fluid inlet and outlet 31, 32.
  • This plate 30 has 35-38 fusible parts on both sides thereof extending in a transverse direction.
  • Figure 9 schematically shows a plate for heat exchanger according to a third embodiment of the invention.
  • This plate 40 has a fluid inlet 41 and a fluid outlet 42 placed on the same side of the plate, this side 43 extending in a transverse direction.
  • Each of these fluid inlet 41 and outlet 42 has a collar and an oblong shape.
  • This plate 40 has a fuse piece 44 in each corner 45 on its side opposite to that 43 extending in a transverse direction where the fluid inlet and outlet are located.
  • This side 43 extending in a transverse direction has a continuous flange for brazing to a housing wall.
  • the side 43 may alternatively receive fusible parts 44.

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Abstract

L'invention concerne une plaque pour échangeur de chaleur, ladite plaque comprenant un bord (11) d'accouplement à une autre plaque. Selon l'invention, ledit bord comporte au moins une pièce (20) fusible pour l'assemblage de ce bord (11) d'accouplement, avec au moins une paroi de carter, ladite au moins une pièce (20) fusible étant configurée pour être séparée du reste dudit bord d'accouplement par dilatation/contraction différentielle entre ladite plaque et ladite au moins une paroi de carter, sur laquelle elle est destinée à être assemblée.

Description

Plaque pour échangeur de chaleur et échangeur de
chaleur comprenant une telle plaque
La présente invention concerne une plaque pour un échangeur de chaleur, notamment pour un échangeur à plaques brasées sur les parois du carter.
Elle concerne également un échangeur de chaleur comprenant au moins une telle plaque.
L’automobile, comme de nombreux autres domaines industriels, utilise des échangeurs de chaleur pour assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température optimales.
Un système de climatisation de l’habitacle d’un véhicule requiert également des échangeurs de chaleur.
Il est ainsi connu d’équiper un véhicule de plusieurs échangeurs de chaleur, lesquels sont chacun équipés d’un jeu de plaques formant un faisceau d’échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide caloporteurs, ce faisceau d’échange étant logé dans un carter.
Depuis plusieurs décennies, l’aluminium s’est imposé comme métal constitutif des échangeurs de chaleur et a, de fait, remplacé d’autres métaux tels que le cuivre, mis en oeuvre en raison de leurs bonnes propriétés thermiques.
L’aluminium autorise en effet un gain de poids non négligeable et les alliages d’aluminium possèdent de plus une conductivité thermique tout à fait satisfaisante tout en présentant une bonne tenue à la corrosion.
En raison de la complexité des échangeurs de chaleur et des faibles dimensions autorisées, l’assemblage des éléments constitutifs d’un échangeur de chaleur est réalisé, de manière industrielle, par brasage, et non par soudure par point.
Comme représenté sur la Figure 1 , les plaques 2, 3 d’un échangeur 1 de chaleur de l’état de l’art sont ainsi typiquement assemblées par brasage au carter 5 de l’échangeur 1 , c’est-à-dire assemblées par un apport de métal à l’état liquide sur les pièces métalliques à assembler.
Ces plaques 2, 3 étant brasées sur toute leur surface en contact avec les parois de carter 5, le métal ainsi apporté forme une ligne 4 continue.
Il en résulte un manque de flexibilité de l’ensemble ainsi obtenu.
Or, il est connu que les échangeurs 1 de chaleur sont soumis à des sollicitations en service à la fois fortes et de natures diverses : contraintes thermomécaniques et réactions chimiques avec des environnements plus ou moins agressifs.
Notamment, on observe l’existence de chocs thermiques qui sont provoqués par une variation soudaine et importante de la température, par exemple lors de l’ouverture des vannes équipées de capteurs, permettant de mesurer la température du moteur, et laissant passer l’eau de refroidissement du moteur, froide, dans le circuit d’admission d’air moteur, plus chaud.
Ces chocs thermiques conduisent à des phénomènes de dilation/contraction des plaques 2, 3 de l’échangeur 1 de chaleur, appelées cycles thermiques.
Toutefois, le manque de flexibilité de ces plaques 2, 3 ainsi brasées, engendre des contraintes importantes, lesquelles peuvent conduire à l’apparition de zones de rupture dans les plaques 2, 3.
On observe alors que ces zones de rupture peuvent engendrer des fuites de fluide caloporteur.
Il existe donc un besoin pressant pour une plaque pour échangeur de chaleur dont le design original assure une plus grande flexibilité de la plaque.
La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de l’art antérieur et à répondre aux contraintes ci-dessus énoncées en proposant une plaque pour échangeur, simple dans sa conception et dans son mode opératoire, fiable et économique, laquelle permet de limiter, voire d’éviter, l’apparition dans la plaque de zones de rupture liées à des chocs thermiques.
Un autre objet de la présente invention est une telle plaque pour échangeur de chaleur assurant une prise d’appui sur les parois opposées du carter en vue de son assemblage par brasage avec une plaque complémentaire pour former un conduit de circulation d’un fluide caloporteur.
La présente invention vise également un échangeur de chaleur comprenant au moins une telle plaque pour échangeur, de manière à présenter une fiabilité renforcée.
A cet effet, l’invention concerne une plaque pour échangeur de chaleur, ladite plaque comprenant un bord d’accouplement à une autre plaque.
Selon l’invention, ledit bord comporte au moins une pièce fusible pour l’assemblage de ce bord d’accouplement, avec au moins une paroi de carter, ladite au moins une pièce fusible étant configurée pour être séparée du reste dudit bord d’accouplement par dilatation/contraction différentielle entre ladite plaque et ladite au moins une paroi de carter sur laquelle elle est destinée à être assemblée.
La plaque pour échangeur de chaleur peut présenter toute forme telle que carrée, rectangulaire, ... Par « bord » de la plaque, on entend la partie périphérique de cette plaque délimitant une zone de cette plaque pour la circulation d’un fluide caloporteur, cette partie périphérique présentant une face supérieure, une tranche et une face inférieure.
Dans différents modes de réalisation particuliers de cette plaque, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles:
- ladite ou au moins une desdites pièces fusibles est portée par un coin de ladite plaque ou par une portion du bord d’accouplement, proche de ce coin, ladite portion présentant une largeur (h-i) supérieure strictement à la largeur (h2) de ce bord d’accouplement, dans une partie médiane de ladite plaque.
A titre purement illustratif, pour une largeur h2 de l’ordre de 3 mm, cette partie peut s’étendre sur une distance comprise entre 0 et 30 mm, si une largeur hi minimale de 5 mm est garantie dans cette partie.
De préférence, chaque pièce fusible est portée par un coin de la plaque ou une portion du bord d’accouplement proche de ce bord, car c’est en ces endroits de la plaque que la rupture de la pièce fusible est la mieux maîtrisée et que la distance séparant la pièce fusible de la zone de la plaque où l’on cherche à préserver l’étanchéité, est la plus importante.
Par ailleurs, on constate que c'est dans les coins de la plaque que les contraintes thermiques sont les plus importantes. Un positionnement d’une pièce fusible dans un coin de la plaque assure ainsi une rupture, ou "cassure" de celle-ci, le plus rapidement possible, c'est à dire dès les premiers cyclages thermiques.
- deux coins opposés de ladite plaque comporte chacun une pièce fusible pour l’assemblage dudit bord d’accouplement, avec une même paroi de carter ou des parois opposées de carter.
Dans ce dernier mode de réalisation, on forme ainsi avantageusement des points d’appui de la plaque sur les parois opposées de carter en vue de l’assemblage de cette plaque avec une plaque complémentaire pour former un conduit de circulation d’un fluide caloporteur.
- ledit bord d’accouplement, présentant une largeur (h2) dans une partie médiane de ladite plaque, supérieure ou égale à une largeur prédéterminée de sécurité (hs) pour laquelle une rupture de pièce fusible est non propagée au-delà dudit bord d’accouplement, ledit bord comporte une pièce fusible dans ladite partie médiane de ladite plaque.
A titre purement illustratif, cette largeur prédéterminée de sécurité hs est égale à 5 mm. Il est ainsi possible de positionner une pièce fusible en dehors d’un coin ou d’une zone du bord proche de ce coin, par exemple dans une partie médiane de la plaque, à la condition que la largeur du bord d’accouplement, soit suffisante pour éviter toute propagation d’une rupture de la pièce fusible au-delà de ce bord.
- chaque pièce fusible comporte une zone prédéterminée d’affaiblissement de manière à provoquer sa séparation du bord d’accouplement.
Cette configuration de la pièce fusible permet d’atteindre un autre objectif de la présente invention, à savoir obtenir une rupture « nette », ou séparation propre, de la pièce fusible du bord d’accouplement, afin que cette rupture n’ait pas tendance à se propager au-delà du bord d’accouplement, c’est-à-dire dans la région de la plaque délimitée par ce bord et dans laquelle est destiné à circuler un fluide caloporteur.
Ledit bord d’accouplement s’étendant dans un plan principal (P), la zone prédéterminée d’affaiblissement est avantageusement contenue dans ce plan principal (P), en appartenant, de préférence, à ce bord.
De manière avantageuse, ladite ou au moins une pièce fusible comporte une ligne de moindre résistance mécanique de manière à se rompre le long de cette ligne. Cette ligne de moindre résistance mécanique présente donc une résistance à la rupture inférieure à celle du matériau métallique l’entourant.
Avantageusement, cette ligne de moindre résistance est destinée à provoquer la séparation, de préférence en un seul morceau, de la partie de la pièce fusible liée à cette ligne de moindre résistance.
A titre purement illustratif, il peut s’agir d’orifices disposés linéairement, ou encore de manière rectiligne, pour former une « ligne de matière ajourée ».
Alternativement, ou en supplément, ladite ou au moins une pièce fusible comporte au moins une encoche.
A titre d’exemple, ladite pièce fusible comporte une première ligne de moindre résistance, deux encoches étant situées de part et d’autre de cette ligne de moindre résistance.
Encore de manière alternative, cette ligne de moindre résistance est obtenue par un amincissement local.
- chaque pièce fusible comporte une patte reliée par ladite zone prédéterminée d’affaiblissement au bord d’accouplement, ladite patte étant incurvée pour présenter une surface d’assemblage, de préférence plane ou sensiblement plane, destinée à être assemblée, par brasage, à une paroi de carter.
Ledit bord d’accouplement étant contenu dans un plan principal (P), cette surface d’assemblage s’étend avantageusement de manière perpendiculaire au plan principal (P). - ladite plaque comprend une entrée de fluide et une sortie de fluide, chacune des entrée et sortie de fluide présentant un collet.
A titre purement illustratif, ces entrée et sortie de fluide sont placées dans une partie médiane ou sensiblement médiane de la plaque. Alternativement, ces entrée et sortie de fluide sont placées sur un même côté de la plaque.
Une telle plaque comporte au moins une pièce fusible sur au moins un de ses côtés. De préférence, des pièces fusibles sont placées sur deux des côtés opposés de cette plaque.
De manière alternative, un premier côté de cette plaque comprend une entrée de fluide et une sortie de fluide placées en tête de plaque.
Dans cette configuration de la plaque, ce premier côté comporte un rebord continu et le côté opposé de ladite plaque audit premier côté comporte au moins une pièce fusible, de préférence, deux pièces fusibles.
- chaque pièce fusible présente une surface d’assemblage sur une paroi de carter dont la dimension longitudinale est comprise entre 3 et 20 mm.
- ladite plaque est d’une seule pièce et réalisée dans un matériau métallique tel qu’en aluminium ou en un alliage d’aluminium.
Les parois de carter sont réalisées dans un matériau métallique, de préférence, en aluminium ou un alliage d’aluminium.
La présente invention concerne aussi une paire de plaques pour échangeur telles que décrites précédemment, les bords d’accouplement de ces plaques étant destinés à être assemblés pour délimiter un conduit de circulation d’un fluide caloporteur entre ces plaques, chaque bord d’accouplement comprenant au moins une pièce fusible, lesdites pièces fusibles étant agencées sur les bords desdites plaques de sorte qu’après assemblage de celles-ci, deux pièces fusibles appartenant à des plaques distinctes, sont placées en regard l’une de l’autre ou sont décalées l’une par rapport à l’autre.
Dans ce dernier cas, les pièces fusibles sont avantageusement placées dans le prolongement l’une de l’autre.
De préférence, chaque pièce fusible est placée uniquement dans un coin desdites plaques.
La présente invention concerne également un échangeur de chaleur à plaques comportant deux plaques telles que décrites précédemment, ces deux plaques étant assemblées entre elles pour délimiter un conduit de circulation d’un fluide caloporteur entre ces plaques, au moins un bord de l’ensemble ainsi formé, relié à une paroi de carter comporte, pour chacune de ces plaques, au moins une pièce fusible, lesdites ou au moins certaines desdites pièces fusibles placées sur ce bord étant positionnées en regard l’une de l’autre ou étant décalées l’une par rapport à l’autre.
Dans ce dernier cas, les pièces fusibles sont avantageusement placées dans le prolongement l’une de l’autre. De manière avantageuse, le décalage des pièces fusibles placées sur un même coin des plaques ainsi assemblées autorise une augmentation de la surface d’assemblage de chaque pièce fusible destinée à être assemblée par brasage à la paroi de carter.
Notamment, elle concerne un échangeur de chaleur à plaques brasées.
Cet échangeur de chaleur peut comporter un faisceau d’échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, et un carter à l’intérieur duquel est placé ce faisceau d’échange.
A titre purement illustratif, le premier fluide peut être de l’air et le second fluide peut être un liquide de refroidissement.
Le second fluide peut être par exemple un mélange d’eau et de Glycol. L’air peut par exemple être de l’air chargé.
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la Figure 1 est une vue partielle et élargie d’un échangeur de chaleur de l’état de l’art, montrant notamment une ligne d’assemblage par brasage entre une plaque de l’échangeur et la paroi correspondante du carter ;
- la Figure 2 est une vue en perspective d’une plaque pour échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la Figure 3 est une vue partielle et élargie de la plaque de la Fig. 2 montrant un coin de celle-ci, équipé d’une pièce fusible ;
- la Figure 4 est une représentation schématique et en vue de dessus, du coin de la plaque de la Fig. 3, une zone de la plaque susceptible de porter une pièce fusible, incluant un coin, est représentée en pointillé ;
- la Figure 5 montre le coin de la plaque de la Fig. 3, lorsqu’elle est soumise à des cycles thermiques ;
- la Figure 6 montre une vue partielle de deux plaques pour échangeur de chaleur superposées en vue de leur assemblage pour former une paire de plaques ;
- la Figure 7 est une vue partielle d’une paire de plaques, les coins des bords transversaux inférieurs de ces plaques ainsi superposées comportant chacun une pièce fusible; les pièces fusibles sur chaque coin étant décalées entre les deux plaques en étant placées dans le prolongement l’une de l’autre;
- la Figure 8 est une vue en perspective d’une plaque pour échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention; - la Figure 9 représente schématiquement une plaque pour échangeur de chaleur selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
Tout d’abord, on note que les figures ne sont pas à l’échelle.
Les Figures 2 à 5 représentent de manière schématique une plaque 10 pour échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
Cette plaque 10 qui est d’un seul tenant, est par exemple réalisée en aluminium ou dans un alliage d’aluminium.
Cette plaque 10 est de forme globalement rectangulaire.
Elle comporte un bord 1 1 d’accouplement et une région 12 concave délimitée par ce bord.
Cette plaque 10 comporte sur un premier bord 13 transversal, ou côté s’étendant dans une direction transversale, une entrée 14 de fluide pour introduire un fluide et une sortie 15 de fluide pour décharger le fluide, lesquelles sont placées en tête de plaque.
Cette plaque 10 comporte également une nervure 16 centrale sur la surface de sa paroi intérieure, qui définit une saillie pour générer une séparation sur la surface de la paroi intérieure de la plaque 10 afin de définir un circuit en « U » entre les entrée 14 et sortie 15 de fluide.
En outre, cette plaque 10 comporte une pluralité de protubérances 17 placées dans le passage de circulation du fluide sur sa paroi intérieure, lesquelles sont destinées à perturber la circulation du fluide.
Cette plaque 10 présente des bords longitudinaux 18 de dimension juste inférieure à celle des faces supérieure et inférieure du carter et des bords 13 transversaux de dimension égale ou sensiblement égale à celle des parois latérales du carter de l’échangeur (non représenté).
Cette plaque 10 comporte également quatre coins 19, un seul étant représenté sur les Fig. 3 à 5. Chaque coin 19 définit un bord entourant une partie desdites nervures 14.
Le premier bord 13 transversal de la plaque 10, recevant les entrée et sortie de fluide, comporte un rebord continu pour son assemblage à une paroi de carter tandis que les deux coins 19 du bord transversal opposé à ce premier bord 13, comprennent chacun une pièce 20 fusible.
Le premier bord 13 transversal de la plaque 10 permet de garantir l’étanchéité au niveau des entrée et sortie de fluide.
Chaque pièce 20 fusible comporte ici une patte 21 incurvée présentant une surface 22 d’assemblage, et une zone prédéterminée 23 d’affaiblissement reliant cette patte 21 incurvée au coin 19 correspondant de la plaque 10 de manière à permettre la séparation de cette patte 21 incurvée du coin 19 correspondant. Les surfaces 22 d’assemblage des pièces 20 fusibles étant planes, les parois latérales opposées du carter sont également planes au niveau des zones d’assemblage de ces surfaces 22 d’assemblage avec les parois de carter.
Cette zone prédéterminée 23 d’affaiblissement est ici obtenue par découpe d’une partie des bords latéraux du corps de la pièce 20 fusible, ces encoches permettant de générer une amorce de rupture.
Ces encoches sont ici rectangulaires ou sensiblement rectangulaires.
La profondeur des encoches est déterminée de sorte que la séparation soit réalisée après quelques cycles thermiques de dilatation/contraction de cette plaque 10.
Dans le cas présent, et à titre purement illustratif, le plus grand côté de cette encoche est d’une dimension inférieure ou égale à 1 mm et son petit côté est d’une dimension inférieure ou égale à 0,5 mm.
La Figure 5 montre, par simulation numérique, les bons résultats obtenus avec cette plaque 10 pour échangeur de chaleur lorsqu’elle est soumise à des cycles thermiques.
On observe que les contraintes sont concentrées au niveau de la zone prédéterminée 23 d’affaiblissement.
Après rupture des pièces 20 fusibles, la plaque 10 pour échangeur de chaleur est désolidarisée en ses côtés comprenant des pièces fusibles.
Les Figures 6 et 7 illustrent l’assemblage d’une plaque 10 telle que décrite précédemment, avec une autre plaque 24 pour définir une paire de plaques délimitant entre elles un passage pour l’écoulement d’un fluide. Les éléments des Figures 6 et 7 portant les mêmes références que ceux décrits aux Figures 2 à 5, représentent les mêmes objets, lesquels ne seront pas décrits de nouveau ci-après.
Le côté de cette paire de plaques 10, 24 ainsi représenté, comporte au niveau de chacun de ses coins 19 opposés, deux pièces 20, 25 fusibles.
Les deux pièces 20, 25 fusibles de chaque coin 19 de la paire appartiennent chacune à une plaque 10, 24 différente et sont décalées l’une par rapport à l’autre tout en étant dans le prolongement l’une de l’autre.
La Figure 8 est une vue en perspective d’une plaque 30 pour échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Cette plaque 30 comprend une entrée 31 de fluide et une sortie 32 de fluide, chacune des entrée et sortie de fluide présentant un collet et une forme oblongue.
La plaque 30 ayant une longueur (L) et une largeur (h), ces entrée et sortie de fluide 31 , 32 sont placées sur la longueur (L) à une distance des bords latéraux de la plaque correspondant à L/2, ou sensiblement L/2. Des protubérances 33 permettent de perturber la circulation du fluide tandis que des nervures 34 donnent à des passages d’écoulement de fluide un trajet sinueux présentant des demi-tours entre les entrée et sortie de fluide 31 , 32.
Cette plaque 30 comporte des pièces 35-38 fusibles sur les deux côtés de celle-ci s’étendant selon une direction transversale.
La Figure 9 représente schématiquement une plaque pour échangeur de chaleur selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Cette plaque 40 comporte une entrée 41 de fluide et une sortie 42 de fluide placées sur un même côté de la plaque, ce côté 43 s’étendant selon une direction transversale. Chacune de ces entrée 41 et sortie 42 de fluide présente un collet et une forme oblongue.
Cette plaque 40 comporte une pièce 44 fusible dans chaque coin 45 de son côté opposé à celui 43 s’étendant dans une direction transversale où les entrée et sortie de fluide sont situées.
Ce côté 43 s’étendant dans une direction transversale comporte un rebord continu destiné à être brasé à une paroi de carter.
L’étanchéité des entrée et sortie de fluide étant assurée par un collet, le côté 43 peut alternativement recevoir des pièces fusibles 44.

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque pour échangeur de chaleur, ladite plaque comprenant un bord (1 1 ) d’accouplement à une autre plaque, caractérisée en ce que ledit bord comporte au moins une pièce (20) fusible pour l’assemblage de ce bord (1 1 ) d’accouplement, avec au moins une paroi de carter, ladite au moins une pièce (20) fusible étant configurée pour être séparée du reste dudit bord d’accouplement par dilatation/contraction différentielle entre ladite plaque et ladite au moins une paroi de carter sur laquelle elle est destinée à être assemblée.
2. Plaque selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite ou au moins une desdites pièces fusibles est portée par un coin (19) de ladite plaque ou par une portion dudit bord d’accouplement, proche de ce coin (19), ladite portion présentant une largeur (h-i) supérieure strictement à la largeur (h2) dudit bord (1 1 ) d’accouplement dans une partie médiane de ladite plaque.
3. Plaque selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que deux coins (19) opposés de ladite plaque comporte chacun une pièce (20) fusible pour l’assemblage dudit bord (1 1 ) d’accouplement, avec une même paroi de carter ou des parois opposées de carter.
4. Plaque selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit bord (1 1 ) d’accouplement, présentant une largeur (h2) dans une partie médiane de ladite plaque, supérieure ou égale à une largeur prédéterminée de sécurité pour laquelle une rupture de pièce fusible est non propagée au-delà dudit bord (1 1 ) d’accouplement, ledit bord (1 1 ) comporte une pièce (20) fusible dans ladite partie médiane de ladite plaque.
5. Plaque selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque pièce (20) fusible comporte une zone (19) prédéterminée d’affaiblissement de manière à provoquer sa séparation du bord (1 1 ) d’accouplement.
6. Plaque selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite ou au moins une pièce (20) fusible comporte une ligne (23) de moindre résistance mécanique.
7. Plaque selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que ladite ou au moins une pièce (20) fusible comporte au moins une encoche.
8. Plaque selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ladite plaque (30) comprend une entrée (31 ) de fluide et une sortie (32) de fluide, chacune des entrée et sortie de fluide présentant un collet.
9. Plaque selon la revendication 8, caractérisée en ce que des pièces (35-38) fusibles sont placées sur deux des côtés opposés de ladite plaque.
10. Plaque selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’un premier côté (13) de ladite plaque (10) comprend une entrée (14) de fluide et une sortie (15) de fluide placées en tête de plaque.
1 1. Plaque selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit premier côté comporte un rebord continu et le côté opposé de ladite plaque audit premier côté, comporte au moins une pièce (20) fusible.
12. Plaque selon l’une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisée en ce que chaque pièce (20) fusible présente une surface (22) d’assemblage destinée à être assemblée à une paroi de carter, dont la dimension longitudinale est comprise entre 3 et 20 mm.
13. Plaque selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ladite plaque (10) est d’une seule pièce et réalisée dans un matériau métallique, tel qu’en aluminium ou en un alliage d’aluminium.
14. Paire de plaques pour échangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, les bords (1 1 ) d’accouplement de ces plaques étant destinés à être assemblés pour délimiter un conduit de circulation d’un fluide caloporteur entre ces plaques, chaque bord (1 1 ) d’accouplement comprenant au moins une pièce (20) fusible, lesdites pièces (20) fusibles étant agencées sur les bords (1 1 ) desdites plaques de sorte qu’après assemblage de celles-ci, deux pièces (20) fusibles appartenant à des plaques distinctes, sont placées en regard l’une de l’autre ou sont décalées l’une par rapport à l’autre.
15. Echangeur de chaleur à plaques comportant au moins deux plaques selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, lesdites deux plaques étant assemblées entre elles pour délimiter un conduit de circulation d’un fluide caloporteur entre ces plaques, au moins un bord de l’ensemble ainsi formé, relié à une paroi de carter comporte, pour chacune de ces plaques, au moins une pièce (20) fusible, lesdites ou au moins certaines desdites pièces fusibles placées sur ce bord étant positionnées en regard l’une de l’autre ou étant décalées l’une par rapport à l’autre.
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