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WO2021014092A1 - Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur - Google Patents

Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur Download PDF

Info

Publication number
WO2021014092A1
WO2021014092A1 PCT/FR2020/051323 FR2020051323W WO2021014092A1 WO 2021014092 A1 WO2021014092 A1 WO 2021014092A1 FR 2020051323 W FR2020051323 W FR 2020051323W WO 2021014092 A1 WO2021014092 A1 WO 2021014092A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protuberances
fluid
hollow
heat exchange
circulation
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/051323
Other languages
English (en)
Inventor
Kamel Azzouz
Cédric DE VAULX
Xavier Marchadier
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 EP20754336.4A priority Critical patent/EP4004472A1/fr
Publication of WO2021014092A1 publication Critical patent/WO2021014092A1/fr

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/124—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and being formed of pins
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
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    • F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
    • F28F1/424—Means comprising outside portions integral with inside portions
    • F28F1/426—Means comprising outside portions integral with inside portions the outside portions and the inside portions forming parts of complementary shape, e.g. concave and convex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F2001/027—Tubular elements of cross-section which is non-circular with dimples
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • Heat exchanger in particular for a motor vehicle and method of manufacturing such a heat exchanger
  • the present invention relates to the field of heat exchangers, in particular for motor vehicles, and to methods of manufacturing such heat exchangers.
  • heat exchangers equip a large number of motor vehicles. These heat exchangers can for example be dedicated to
  • Heat exchangers generally include a heat exchange bundle consisting of a set of superimposed hollow elements in which a first heat transfer fluid, such as glycol water or a refrigerant fluid, is intended to flow.
  • This heat exchange bundle has a plurality of fins arranged between these hollow elements. These fins are configured to increase the heat exchange surface between the first coolant circulating inside the hollow elements and a second coolant, such as air, circulating between these hollow elements.
  • a heat exchangers have a large number of parts and can be complex to assemble, in particular due to the mounting of the fins.
  • Such a heat exchanger is for example described in document EP 2869015.
  • finned heat exchangers generate a certain thermal resistance for the exchange between the first coolant, such as refrigerant, and the second coolant, such as air.
  • the surface of the fins allowing to increase the exchange surface is not in direct contact with the two fluids. The heat exchanges between these two fluids with the heat exchangers of the prior art can therefore be improved.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger having improved heat exchange capacities compared to those known from the prior art and having good mechanical strength.
  • Another objective of the present invention is to provide a heat exchanger of which the number of parts constituting it is limited.
  • Another objective of the present invention is to provide a heat exchanger which is simple and quick to assemble. Another objective of the present invention, different from the preceding objectives, is to provide a method of manufacturing a heat exchanger which is simple, rapid and inexpensive.
  • the present invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a heat exchange bundle between at least a first fluid and a second fluid, said heat exchange bundle being composed of:
  • At least one of the first and / or second faces of at least one hollow element comprises a plurality of protuberances extending in the space defined for the circulation of the second fluid
  • the protuberances are shaped so as to form a more concentrated pressure drop at the center of the channel than at its periphery to allow a greater disturbance of the circulation of the second fluid at the level of the center of the channel than at its level. periphery.
  • the variation in the pressure drop caused by the protuberances makes it possible, among other things, to modify the disturbances in the circulation of the second fluid in order to modulate the circulation speed of this second fluid or to improve the homogenization of the temperature of this second fluid. as it moves between the hollow elements of the heat exchange bundle. More particularly, the center of the channel of the hollow element is the zone of the channel at which the heat exchanges must be the greatest. With such a conformation of the protuberances on the faces of the hollow elements, it is possible to maximize the pressure drops and therefore the disturbances of this second fluid at the level of the center of the channel and thus to improve the heat exchanges between the first and the second. fluids in the heat exchange bundle, by reducing the speed of circulation of this second fluid, and / or by increasing the disturbance of its circulation, in order to improve the thermal homogenization of this second flow.
  • the heat exchanger according to the present invention may further include one or more of the following features, taken alone or in combination.
  • the hollow elements of the heat exchange bundle can be plates.
  • the heat exchange bundle can be formed by a row of superimposed plates.
  • the hollow elements of the heat exchange bundle can be flat tubes.
  • the heat exchange bundle can be formed by at least one row of superimposed flat tubes.
  • the hollow elements can be made of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 45 W.nrbK ⁇ 1 at 20 ° C.
  • the hollow elements can be made of metal or of a metal alloy, in particular of aluminum.
  • the protuberances can be formed directly on the first and / or second faces of the hollow elements.
  • the protuberances can be elements attached to the first and / or second faces of the hollow elements.
  • the protuberances can be formed on a strip separate from the hollow element.
  • the protuberances may have a shape of constant section, a first end of which is placed in contact with the face of the element carrying the protuberance and a second free end, opposite the first end, in contact with the hollow element. adjacent.
  • the section of the protuberance can be circular, oblong, or even parallelepiped.
  • the protuberances may have a shape of variable section, a first end of which is disposed in contact with the face of the element carrying the protuberance and a second free end, opposite the first end, disposed in contact with the adjacent hollow member, said first end having a cross section having an area greater than that of the second free end.
  • the protuberances may have a conical shape having a pointed or planar second free end, or a dome shape.
  • the second free ends of the protuberances carried by the faces of adjacent hollow elements arranged opposite one another can be in contact with each other in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the second free ends of the protuberances carried by a first face of a first hollow element can be in contact with a second face of a second adjacent hollow element of the heat exchange bundle in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the second free ends of the protuberances carried by the first face of a first hollow element may be in contact alternately with the second free ends of the protuberances carried by the second face of an adjacent second hollow element and with the second face of this second adjacent hollow element arranged opposite the first face of the first hollow element in the assembled state of the heat exchange bundle.
  • the protuberances can be arranged on at least the first and / or second face of the hollow element in transverse rows in the heat exchange bundle.
  • the second free ends of the protuberances carried by the first face of a first hollow element provide a mechanical connection by brazing a second adjacent hollow element having a second face disposed opposite the second free end of the protuberances carried by the first face of the first hollow element.
  • the variation in the pressure drop can be caused by a variation in the surface density of the protuberances arranged in the space defined for the circulation of the second fluid.
  • the surface density of protuberances in an alignment is greater at the level of the center of the channel than at its periphery.
  • the protuberances are arranged on at least the first and / or second face of the hollow element in transverse rows in the heat exchange beam and the variation in the surface density of the
  • protuberances can be achieved by varying the distance between protuberances of the same transverse row.
  • the dimensions of the protuberances carried by the faces of two elements arranged opposite one another may be identical.
  • the variation in the pressure drop can be caused by a variation of at least one geometric parameter of the protuberances arranged in the space defined for the circulation of the second fluid.
  • variable geometric parameter can be chosen from a size of a section of the protuberance, a shape of the protuberance, or a
  • the protuberances have at least an elongated face and the variation in the pressure drop can be caused by a variation in an orientation. relative to the direction of circulation of the second fluid of the elongated face of the protuberances arranged in the space defined for the circulation of the second fluid.
  • the heat exchange bundle may further comprise two end elements arranged parallel to the superimposed hollow elements and respectively on either side of the superposition of hollow elements, each end element having a face disposed opposite a first or a second face of a hollow element and defining a space between the end element and the hollow element to allow the circulation of the second fluid and at least one face of an end element arranged opposite the first or the second face of the hollow element comprises a plurality of protuberances shaped so as to form a more concentrated pressure drop at the level of the center of the channel than at its periphery .
  • the hollow elements of the heat exchange bundle may comprise two channels for the circulation of the first fluid, said channels being separated from each other by a partition wall and the protuberances are arranged on the other. minus the first and / or second faces of the hollow element in transverse rows in the heat exchange bundle, the arrangement of the protuberances in each transverse row carried by each channel of the hollow element can be symmetrical with respect to the wall of separation.
  • the hollow elements of the heat exchange bundle may comprise two channels for the circulation of the first fluid, said channels being separated from each other by a partition wall and the protuberances are arranged on the other. minus the first and / or second faces of the hollow element along transverse rows in the heat exchange bundle, the arrangement of the protuberances in each transverse row carried by each channel of the hollow element may be non-symmetrical with respect to the partition wall.
  • a subject of the present invention is also a method of manufacturing a heat exchanger as defined above.
  • the manufacturing process includes the following steps:
  • the manufacturing method according to the present invention may further include one or more of the following characteristics taken alone or in combination.
  • the protuberances can be produced directly on the first and / or second faces of the hollow elements during the protuberance production step.
  • the step of producing the protuberances may include a first sub-step of forming the protuberances on a strip distinct from the hollow elements and a second sub-step of positioning this strip
  • the protuberances can be produced by deformation of a surface of the first and / or second faces of the hollow elements, and in particular by
  • the protuberances can be produced by depositing material on a surface of the first and / or second faces of the hollow elements during the protuberance production step.
  • the deposition of material can be carried out by a cold metallization process.
  • the cold metallization process can involve the use of a mask.
  • the cold metallization process can implement a first sub-step of projection of particles composed of a first material followed by a second sub-step of projection of a second material, different from the first material, on the face of the element or on the strap.
  • the cold metallization process uses a gas under a pressure which may be between 5 bars and 50 bars and at a temperature which may be less than or equal to 1100 ° C.
  • the gas used in the cold metallization process can be chosen from argon, helium, hydrogen, alone or as a mixture.
  • the deposition of material can be carried out by a direct metal deposition process.
  • the direct metal deposition process uses a laser whose power can be between 0.3 kW and 4 kW.
  • the stack may also include two end elements arranged respectively on either side of the superposition of hollow elements and parallel to these hollow elements, each end element has a face disposed opposite 'a first or a second face of a hollow element, and at least one face of an end element has a plurality of protuberances, said protuberances being produced directly on the end element or being attached to the end element with the strip defined above.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a heat exchanger
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a hollow element of the heat exchanger of Figure 1 according to a particular embodiment
  • Figure 3 is a schematic partial perspective representation of a heat exchange bundle of the heat exchanger of Figure 1;
  • FIG. 4A is a schematic perspective representation of a strip having protrusions
  • Figure 4B is an exploded schematic perspective view of a heat exchange bundle with protrusions attached to hollow elements of the heat exchanger of Figure 1;
  • Figure 5 is a schematic partial front perspective view of a heat exchange bundle according to a first alternative
  • FIG. 6A is a schematic partial front perspective representation of a heat exchange bundle according to a second alternative
  • Figure 6B is a schematic perspective view from above of the heat exchange heat beam of Figure 6A;
  • Figure 7 is a schematic partial front perspective representation of a heat exchange bundle according to a third alternative
  • Figure 8 is a schematic representation of an arrangement of
  • protrusions on a hollow element of the heat exchange bundle of FIG. 1 associated with a temperature of the outer surface of this hollow element according to a first embodiment
  • FIG. 9A is a schematic representation of an arrangement of the protuberances on a hollow element of the heat exchange bundle of FIG. 1 associated with a temperature of the external surface of this hollow element according to a second embodiment
  • FIG. 9B is a schematic representation of an arrangement of the protuberances on a hollow element of the heat exchange bundle of FIG. 1 associated with a temperature of the external surface of this hollow element according to a variant of the second embodiment
  • FIG. 10 is a schematic representation of an arrangement of the protuberances on a hollow element of the heat exchange bundle of FIG. 1 associated with a temperature of the external surface of this hollow element according to a fourth embodiment
  • Figure 11 is a schematic representation of a flowchart illustrating a method of manufacturing the heat exchanger of Figure 1.
  • first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion etc.
  • first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion etc.
  • indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion over another and such names can easily be interchanged without departing from the scope of the present description.
  • This indexation does not imply an order in time, for example, to assess such and such criteria.
  • thermal conductivity is understood to mean the energy, or quantity of heat, transferred per unit area and time, expressed in watts per meter-kelvin (W.nrLK ⁇ 1 ].
  • fluid in the following description, a body whose molecules have little adhesion and can slide freely relative to each other (in the case of liquids) or move independently of each other (in the case of gases], so that the body takes the form of the vessel which contains it.
  • the term “surface” is understood in the following description to mean an extent representing at least a portion of the first or of the second face of the hollow element, of the face of the first or of the second end element arranged. facing the hollow elements, or the strip.
  • a heat exchanger 1 in particular for a motor vehicle.
  • This heat exchanger 1 comprises a heat exchange bundle 3 between at least a first heat transfer fluid Fl and a second heat transfer fluid F2 (visible in FIG. 3].
  • the heat exchange bundle 3 is made up of at least two hollow elements 31 superimposed. Each hollow element 31 forms at least a channel 35 (visible in Figures 2 and 3) inside which the first fluid F1 is intended to circulate. This channel 35 has a center 35c and a periphery 35p (also visible in FIGS. 2 and 3).
  • the heat exchanger 1 further comprises a first 11 and a second 13 manifold boxes.
  • the first 11 and second 13 manifolds are arranged at the ends of the hollow elements 31 and together with the heat exchange bundle 3 form the heat exchanger 1.
  • the first manifold 11 has for example an inlet 11a in order to supply the elements.
  • hollow 31 in the first fluid Fl and the second manifold 13 has for example an outlet 13a in order to allow the circulation of the first fluid Fl in a circuit (not
  • This first heat transfer fluid F1 may in particular be a liquid, such as for example glycol water or a refrigerant fluid.
  • These first 11 and second 13 header boxes are attached to the heat exchange bundle 3 in order to form the heat exchanger 1.
  • These first 11 and second 13 header boxes can be fixed to the heat exchange bundle 3 by brazing or by a mechanical connection, in particular by crimping, for example.
  • the superimposed hollow elements 31 of the heat exchange bundle 3 may be plates in order to form a plate heat exchanger 1, or else be flat tubes in order to form a tube heat exchanger 1.
  • the heat exchange bundle 3 can therefore be produced by a row of superimposed plates or even by at least one row of superimposed flat tubes.
  • the hollow elements 31 superimposed on the heat exchange bundle 3 can in particular be made of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 45 W.nrbK- 1 at 20 ° C.
  • these hollow elements can be made of metal or of a metal alloy, and in particular of aluminum.
  • thermal conductivity for the material constituting the hollow elements 31 makes it possible to ensure good heat transfers between the first Fluid F1 and the second F2 in this heat exchange bundle 3 in order in particular to allow heat exchanges of the first fluid F1.
  • the hollow elements 31 each have a first 33a and a second 33b faces. These hollow elements are also configured to allow the circulation of the second fluid F2 in a space 37 between the hollow elements 31 in order to allow heat exchange between the first F1 and the second fluid F2 during the operation of this heat exchanger 1.
  • the second fluid F2 coolant may for example be air intended to circulate between the hollow elements 31 in order to exchange thermal energy with the first fluid Fl circulating inside the hollow elements 31 for example.
  • the circulations of the first Fl and second F2 fluids inside the heat exchange bundle 3 are mutually perpendicular.
  • FIG. 2 there is shown a hollow element 31 having a single channel 35 comprising a center 35c and a periphery 35p.
  • the hollow element 31 may have a greater number of channels 35, such as for example two channels 35, when the hollow element 31 is a flat tube, the channels 35 being separated from one another. by a partition wall 36
  • At least one of the first 33a and / or second 33b faces of at least one hollow element 31 comprises a plurality of protuberances 5.
  • the protrusions 5 extend in the space 37 defined for circulation. of the second fluid F2.
  • Such an arrangement of the protuberances 5 in the space 37 defined for the passage of the second fluid F2 makes it possible to create disturbances in the flow of the second fluid F2 through the heat exchange bundle 3, which allows, among other things, better homogenization of the temperature of this second fluid F2 and an improvement in the heat exchanges between the first F1 and the second F2 fluids circulating in the heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 are shaped so as to form a greater pressure drop.
  • This conformation of the protuberances 5 is intended to allow a greater disturbance of the circulation of the second fluid F2 at the level of the center 35c of the channel 35 than at the level of its periphery 35p.
  • This disturbance of the flow of the second fluid F2 in space 37 may in particular consist of a reduction in its speed or else in a disturbance of its direction of flow allowing better homogenization of its flow.
  • the heat exchange bundle 3 further comprises two end elements 38, 39 arranged parallel to the superimposed hollow elements 31 and respectively on either side of the superposition of elements. hollow 31.
  • Each end element 38, 39 has a face disposed opposite a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31 and define a space 37 between the end element 38, 39 and the hollow element 31 to allow the circulation of the second fluid F2.
  • These end elements 38, 39 can be made by a plate, for example of metal or of a metal alloy, such as for example of aluminum or of an aluminum alloy.
  • the material constituting the end elements 38, 39 is identical to that forming the hollow elements 31.
  • the face of at least one end element 38, 39 disposed opposite the first 33a or of the second 33b faces of the hollow element 31 may comprise a plurality of protuberances 5.
  • These protuberances 5 carried by the at least one end element 38, 39 are also shaped so as to form a more concentrated pressure drop at the center 35c of the channel 35 than at its periphery 35p.
  • the first 33a or the second 33b face of the hollow element 31 arranged opposite the end element 38, 39 may also include protuberances 5. According to one
  • this first 33a or second 33b face of the hollow element 31 disposed opposite the end element 38, 39 may not have any protuberances 5.
  • the protuberances 5 are carried only by the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31, the face of the end elements 38, 39 (visible in FIG. 1) arranged opposite hollow elements 31 having a smooth surface, that is to say that this face of the end elements 38, 39 does not present any protuberances.
  • each hollow element 31 of the heat exchange bundle 3 has protuberances 5 arranged on their first 33a and second 33b faces.
  • the protuberances 5 can be carried by the hollow elements 31 and by the face of at least one of the end elements 38, 39 disposed facing the hollow elements 31.
  • the protrusions 5 can be arranged on the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31 in transverse rows in the heat exchange bundle 3.
  • the transverse rows of protuberances 5 extend parallel to the direction of circulation of the second fluid F2 in the heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 are formed directly on the first 33a and second 33b faces of the hollow element 31.
  • the protuberances 5 can be produced by deformation of a surface of the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31.
  • these protuberances 5 can be formed by adding material to this surface of the first 33a and second 33b faces of the hollow elements 31 as will be described in more detail later.
  • the protuberances 5 can be formed directly on the faces of the end elements 38, 39 (visible in FIG. 1) arranged opposite a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31 both by deformation of a surface of this face and by depositing material on this surface.
  • the protuberances 5 may be attached to the first 33a and / or second 33b faces of the hollow elements 31.
  • the protuberances 5 may in particular be formed on a strip 7, shown in FIG. 4A, separate from the hollow element 31. This strip 7 is then placed opposite the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31 for example, as shown with reference to FIG. 4B, so that the protuberances 5 extend into the space 37 (visible in particular in FIG. 3) defined for the circulation of the second fluid F2.
  • FIG. 4B is a view exploded strip 7 and hollow elements 31, but this exploded view is only presented to clearly distinguish the strip 7 from the hollow elements 31.
  • this strip 7 on the first 33a and / or second 33b face of the hollow elements 31 can be carried out by brazing for example or during a step of brazing the heat exchange bundle 3 as is described in more detail later.
  • the strip 7 can be made of the same material as the hollow elements 31.
  • the strip 7 is made of metal or a metal alloy, such as for example aluminum. or an aluminum alloy.
  • the protuberances 5 can be formed on the strip 7 by deformation of the surface of this strip 7 or even by adding material to this strip 7.
  • the strip 7 can be placed. so as to be carried by the face of at least one of the end elements 38, 39 disposed opposite the first 33a or the second 33b face of a hollow element 31 so that this at least one end element 38, 39 shows the protrusions 5.
  • the protuberances 5 have a first end 51 disposed in contact with the face of the element 31, 38, 39 which carries the protuberance and a second free end 53, opposite the first end 51, intended to be in contact with the element. hollow 31 or the adjacent end member 38, 39.
  • adjacent element is meant here an element of the heat exchange bundle arranged opposite a first 33a or a second 33b face of a hollow element 31.
  • An adjacent element can therefore be another hollow element 31, or also an end element 38, 39.
  • the protuberances 5 may have a shape of constant section or else a shape of variable section. By constant section shape, it is understood here that the
  • protuberance 5 has a constant diameter over the whole of its length, that is to say over the whole of the space 37 arranged between the elements 31, 38, 39 for the passage of the second fluid F2 in which it s 'extends.
  • this section may be oblong, parallelepiped, or even circular.
  • shape of variable section is meant here that the protuberance 5 has a variable diameter over the whole of its length, that is to say over the whole of the space 37 arranged between the elements. 31, 38, 39 for the passage of the second fluid F2 in which it extends.
  • the first end 51 has an area greater than that of the second free end 53.
  • the protuberances 5 may have a conical shape having a pointed, planar second free end 53. , or a dome shape.
  • the shape of the protuberances 5 can be chosen as a function of the stresses which they may be subjected to during the operation of the heat exchanger 1 or even during the brazing of the heat exchange bundle 3.
  • the shape of these protuberances 5 can also be chosen as a function of the disturbances of the flow of the second fluid F2 desired in the space 37 (visible in particular in FIG. 3).
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of a first hollow element 31a provide a mechanical connection by brazing a second adjacent hollow element 31b having a second face 33b arranged opposite the second end. free 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a.
  • the assembly of the heat exchange bundle 3 by brazing ensures good mechanical retention of this heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 which define the space 37 for the passage of the second fluid F2. .
  • this space was provided by the presence of fins arranged between the hollow elements 31.
  • the presence of the protuberances 5 therefore makes it possible to limit the number of constituents of the heat exchange bundle 3. which makes it possible in particular to simplify its structure and its assembly by eliminating the presence of the fins known from the prior art.
  • Such a heat exchange bundle 3 therefore has relatively low production costs while ensuring good mechanical strength thereof.
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the faces of two adjacent elements 31, 38, 39 arranged facing each other are in contact with each other. More particularly, according to the particular embodiment of FIG. 5, the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a and the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the second face 33b of the second hollow element 31b are in contact with each other.
  • Such cooperation of the second free ends 53 of the protuberances 5 makes it possible in particular to manufacture identical hollow elements 31.
  • such cooperation between the second free ends 53 of the protuberances 5 can be envisaged in the case where the face disposed opposite the hollow elements 31 of at least one end element 38, 39 (visible in FIG. 1) also presents
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by one face of an element 31, 38, 39 are in contact with a surface of an adjacent element 31, 38, 39 . More particularly according to the particular embodiment of FIGS. 6A and 6B, the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a are in contact with the second face 33b of the second hollow element 31b and vice versa.
  • Such cooperation can also be envisaged for the cooperation of the second ends 53 of the protuberances 5 carried by a face of a hollow element 31 disposed opposite at least one of the end elements 38, 39 in the case where the face of this end element 38, 39 is smooth for example.
  • the protuberances 5 correspond to deformations of the first 33a and of the second 33b faces of the first 31a and second 31b hollow elements respectively.
  • the first fluid F1 can circulate inside these protuberances 5 which further improves the heat exchange coefficient between the first F1 and the second F2 fluids circulating through this heat exchange bundle 3.
  • the heat exchange bundle 3 offers a direct contact surface between the first Fl and second F2 fluids over the entire path made by these first Fl and second F2 fluids through this heat exchange bundle 3, which makes it possible in particular to improve the heat exchanges between these first Fl and second F2 fluids and therefore the performance of the heat exchanger 1.
  • such a configuration of the channel 35 also makes it possible to disturb the flow of the first fluid Fl inside the latter, which allows in particular an improvement in the homogenization of the temperature of this first fluid F1 during its circulation in the hollow elements 31.
  • the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the first face 33a of the first hollow element 31a may be in contact alternately with the second free ends 53 of the protuberances 5 carried by the element. 31, 38, 39 adjacent and with the face of the adjacent element 31, 38, 39 disposed opposite the first face 33a of the first hollow element 31a.
  • Such a configuration of the protuberances 5 can make it possible to modify the disturbances of the second fluid F2 during its flow through the heat exchange bundle 3, and also to play on the speed of movement of this second fluid F2 inside it. space 37 during its passage through the heat exchange bundle 3.
  • the hollow element 31 has two channels 35 for the circulation of the first fluid F1.
  • Such a hollow element 31 can for example
  • protuberances 5 correspond to a flat tube having a partition wall 36 of the two channels 35.
  • the protuberances 5 are shown separately. hollow elements 31 and face, but this representation is only made for a better view of these protuberances 5 which are arranged with the first end 51 shown in these various figures in contact with the first 33a or the second 33b face of the hollow element 31.
  • the variation in the pressure drop is caused by a variation in the surface density of the protuberances 5 arranged in the space 37 (visible in FIG. 3) defined for the circulation of the second fluid F2.
  • the term surface density must be interpreted as the number of protuberances 5 for a given surface, this given surface being able in particular to correspond to different zones arranged between the ends.
  • peripherals 35p of the channel 35 comprising a particular surface for the center 35c of the channel 35.
  • the temperature of the surface of the hollow element 31 is higher at the center 35c of the channel 35 than at the level of the periphery 35p of this channel 35.
  • the heat exchanges between the first F1 and second F2 fluids must be greater at the level of the center 35c of the channel 35 than at the level of its periphery 35p.
  • the surface density of protuberances 5 is greater at the level of the center 35c of the channel 35 of the element. hollow 31 than at its periphery 35p.
  • Such a modification of the density of the protuberances 5 makes it possible to increase the number of obstacles encountered by the second fluid F2 at the level of the center 35c of the channel 35 and therefore to slow the circulation of this second fluid F2 at the center 35c of the channel 35 and also to disturb its circulation in order to allow a good homogenization of its temperature linked to the agitation of this second fluid F2 caused by the protuberances 5 and therefore to improve the heat exchanges between the first F1 and second F2 fluids at the level of the center 35c of channel 35.
  • the protuberances 5 are arranged on the at least first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31 in transverse rows, that is to say extending parallel to the direction of circulation of the second fluid F2, in the heat exchange bundle 3.
  • the variation in the surface density of the protuberances 5 is achieved by varying the distance between protuberances 5 of the same row transverse. More particularly, the distance between protrusions 5 of the same transverse row is smaller at the level of the center 35c of the channel 35 than at the level of its periphery 35p.
  • the dimensions of the protuberances 5 carried by the faces of the two elements 31, 38, 39 arranged opposite one another are identical.
  • the hollow element 31 has two channels 35, the heat exchange needs between the first Fl and second F2 fluids are different depending on the positioning of the channel 35 in the direction of flow. of the second fluid F2.
  • the arrangement of the protuberances 5 in each transverse row carried by each channel 35 of the hollow element 31 is non-symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • the arrangement of the protuberances 5 in each transverse row carried by each channel 35 of the hollow element 31 may be symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • FIGS. 9A and 9B there is shown another variant of the arrangement of the protuberances 5 allowing the variation of the pressure drop.
  • the variation in the pressure drop is caused by a variation in at least one geometric parameter of the protuberances 5 extending into the space 37 defined for the circulation of the second fluid F2.
  • the variable geometric parameter is the size of the protrusions 5.
  • the protrusions 5 arranged at the level of the center 35c of the channel 35 have a greater diameter. to that of the protuberances arranged at the periphery 35p of the channel 35.
  • the protuberances 5 By varying the size of the protuberances 5, it is possible to modify the disturbances in the circulation of the second fluid F2 in the space 37 defined between the hollow elements 31.
  • the protuberances 5 slow down the circulation of the second fluid F2 and cause greater disturbances to its circulation than at the level of the periphery 35p of this channel 35.
  • the protuberances 5 are arranged on the at least first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31 in transverse rows, arranged parallel to the direction of flow of the second fluid F2 , in the heat exchange bundle 3.
  • the hollow element 31 has two channels 35 separated from each other by the partition wall 36.
  • the arrangement of the protuberances 5 in each transverse row carried by each channel 35 of the hollow element 31 is symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • the arrangement of the protuberances 5 in each transverse row carried by each channel 35 of the hollow element 31 may be non-symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • variable geometric parameter is the shape of the protuberances 5.
  • the protuberances 5 arranged on the first 33a or the second 33b face of the hollow element 31 have different shapes depending on their position in the alignment of protuberances 5 on the channel 35.
  • the protuberances 5 arranged at the periphery 35p of the channel 35 have a substantially triangular shape in order to direct the second fluid F2 in the space 37 defined for its circulation and the following protuberances 5 have shapes of different cross-section, and in particular substantially parallelepipedal and substantially circular, in order to increase the concentration of the pressure drop, and therefore the disturbance of the circulation of the second fluid F2, at the level of the center 35c of the channel 35 so as to increase the heat exchanges between the first Fl and second F2 fluids.
  • the hollow element 31 comprises two channels 35 separated from one another by a partition wall 36.
  • the alignments of protuberances 5 carried by each channel 35 of the hollow element 31 are symmetrical with respect to the partition wall 36. According to an alternative of this particular embodiment not shown here, the
  • alignments of protuberances 5 carried by each channel 35 of the hollow element 31 may be non-symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • the variation in the concentration of the pressure drop caused by the conformation of the protuberances 5 can be caused by a modification of the size and shape of the protuberances 5, these protuberances 5 which may or may not be arranged in transverse rows.
  • the protuberances 5 have at least one elongated face.
  • the variation in the pressure drop can be caused by a variation in an orientation with respect to the direction of circulation of the second fluid F2 of the elongated face of the protuberances 5 arranged in the space 37 defined for the circulation of the second fluid F2.
  • the protrusions 5 may correspond, for example, to walls connecting the first face 33a of a first hollow element 31a to a second face 31b of a second hollow element 31b. These walls have different orientations in the direction of circulation of the second fluid F2 in space 37. More particularly according to the particular embodiment of FIG. 10, the walls have orientations configured to disturb the circulation of the second fluid F2 as much as possible. at the level of the center 35c of the channel 35 having an orientation opposite to the circulation of the second fluid F2, and disturbing at least the circulation of the second fluid F2 at the level of the periphery 35p of the channel 35.
  • the protuberances 5 are arranged in transverse rows, arranged parallel to the direction of circulation of the second fluid F2, in the heat exchange bundle 3.
  • the hollow element 31 has two channels 35 separated from each other by a dividing wall 36 and the arrangement of the protuberances 5 in each transverse row carried by each channel 35 of the hollow element 31 is non-symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • the arrangement of the protuberances 5 in each transverse row carried by each channel 35 of the hollow element 31 can be symmetrical with respect to the partition wall 36.
  • the hollow element 31 has two channels 35 separated from each other by a partition wall 36.
  • the temperature at this partition wall 36 decreases due in particular to the absence of first fluid Fl circulating at this level of the hollow element 31.
  • the conformation of the protuberances 5 makes it possible to improve the heat exchange capacities between the first Fl and second F2 fluids within the heat exchange bundle 3 shown in reference to FIG. 3 and therefore to the heat exchanger 1 shown with reference to FIG. 1.
  • This improvement in the heat exchange capacities between the first Fluid F1 and second F2 is in particular due to the variation of s disturbances in the flow of the second fluid F2 in the space 37 which allows a better homogenization of its temperature and therefore allows an improvement of its exchange capacities
  • this variation in the pressure drop of the second fluid F2 due to the conformation of the protuberances 5 also makes it possible to modulate the speed of passage of the second fluid F2 in the space 37 defined between the hollow elements 31, and in particular to slow down this speed of circulation at the level of the center 35c of the channel 35 which also contributes to the improvement of the heat exchanges between the first F1 and second F2 fluids.
  • Such a heat exchange bundle 3 therefore allows better regulation of the temperature of the first fluid F1 in the particular examples of FIGS. 8 to 10 in which the temperature of the first fluid Fl is greater than the temperature of the second fluid F2, the exchange thermal therefore taking place from the first fluid Fl to the second fluid F2.
  • the manufacturing method 100 comprises a step E1 of producing protuberances 5 on at least one face of at least one hollow element 31. These protuberances 5 can be produced directly on at least one face of the at least one hollow element. 31 or be made upstream on the strip 7 (visible in Figures 4A and 4B).
  • the protuberances 5 When the protuberances 5 are produced directly on the hollow element 31, they can be produced by deformation, and in particular by stamping, of a surface of the first 33a and / or second 33b face of the hollow element 31. Such a face preparation of the protuberances 5 is quick to implement and also allows the first fluid F1 to pass inside these protuberances 5, which makes it possible to improve the heat exchanges between the first F1 and second F2 fluids when they pass through the heat exchange bundle 3.
  • the protuberances 5 can be made on the hollow element 31 by adding material to a surface of the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31.
  • Such additions of material can for example be made by a cold metallization process, or also by a direct metal deposition process, on this surface and in particular on the first 33a and / or second 33b faces of the hollow elements 31.
  • Such embodiments of the protuberances by additive processes make it possible to have for example access to complex shapes for these protuberances which would only be difficult to access by a stamping process, or even to give the protuberances 5 thus produced specific properties.
  • the cold metallization process can involve the use of a mask in order to be able to define sections of particular shapes for these protuberances.
  • the cold metallization process corresponds to the projection of a material on the surface in order to allow the formation of protuberances 5.
  • the cold metallization process uses a gas under a pressure which may be between 5 bars and 50 bars and at a temperature which may be less than or equal to 1100 ° C.
  • the projection temperature of the material must be lower than the melting point of this material in order to avoid any crystalline modification or even any oxidation thereof.
  • the use of pressurized gas makes it possible to give a sufficient speed to this material so that it undergoes a plastic deformation at the time of its impact on the hollow element 31 and forms the protuberance 5 by accumulation of material linked to this. plastic deformation.
  • the gas used for this cold metallization process can for example be chosen from argon, helium, hydrogen, alone or as a mixture.
  • the cold metallization process can implement a first sub-step of spraying particles composed of a first material followed by a second sub-step of spraying a second material, different from first material, on the surface of the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31.
  • the second material can have brazing properties superior to those of the first material in order to facilitate a subsequent step of this process 100.
  • the first and second materials intended to form the protuberances 5 must have sufficient chemical compatibility to ensure the mechanical retention of the heat exchange bundle 3. It is thus possible to modify certain physicochemical properties of the protuberances. 5.
  • the direct metal deposition process uses a laser whose power can be between 0.3 kW and 4 kW.
  • the direct metal deposition process corresponds to the projection of a powder on the surface of the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31 then to the irradiation of this powder using the laser. in order to allow the merger of the latter.
  • This direct metal deposition process makes it possible to produce protuberances 5 on the first 33a and / or the second 33b faces of the hollow element 31 having small thicknesses, and in particular being able to reach thicknesses of the order of 0.2 mm.
  • the protuberances 5 can be produced on the strip 7
  • the production step E1 of the protuberances 5 comprises a first sub-step of forming the protuberances on the strip 7 then a second sub-step of positioning this strip 7 having the protrusions 5 on the first 33a and / or second 33b faces of the hollow elements 31.
  • the second sub-step of positioning this strip 7 corresponds to the arrangement of this strip 7 facing the first 33a and / or second 33b faces of the hollow element 31.
  • This strip 7 is therefore disposed opposite the at least one face of the at least one hollow element 31 intended to present the pr otuberances 5 and so that the protuberances 5 extend into the space 37 defined for the passage of the second fluid F2.
  • the manufacturing process 100 then implements a step of preparing a stack E2.
  • This stack comprises at least two hollow elements 31 superimposed.
  • This stack comprises at least one hollow element 31 having at least one face comprising a plurality of protuberances 5.
  • this stack further comprises the strip 7 arranged between the hollow elements 31 intended to present the protuberances 5.
  • the manufacturing process 100 then implements a heating step and
  • the manufacturing process 100 is simple and quick to implement. work, in particular due to the reduction of the constituent elements of the heat exchange bundle 3 of the heat exchanger 1.
  • the strip 7 having the protuberances 5, when present, is brazed to the faces of the elements hollow 31 presenting it during this heating and compression step E3.
  • the stack may further comprise two end elements 38, 39 (visible in FIG. 1) arranged on either side of the superposition of hollow elements 31 and parallel to these hollow elements 31.
  • Each end element 38, 39 has a face disposed opposite a first 33a or second 33b face of a hollow element 31.
  • at least one end element 38, 39 may have a plurality of protuberances 5 arranged on the face disposed opposite a hollow element 31.
  • the protuberances 5 can be produced directly on the end element 38, 39 or be attached to the end element 38, 39 with the strip 7 described above by example.
  • protrusions 5 When the protrusions 5 are made directly on the end element 38, 39, these protrusions 5 can be produced by deformation of a surface of the face of the end element 38, 39 arranged in sight of the hollow elements 31 or by depositing material on this surface as described above.
  • the manufacturing method 100 may include a final step of fixing (not shown) of the inlet 11 and outlet 13 (visible in FIG. 1) for the first fluid F1.
  • the heat exchanger 1 having a heat exchange bundle 3 as defined above.
  • the presence of protuberances 5 enables at least the various adjacent hollow elements 31 of the heat exchange bundle 3 to be joined together and allows an increase in the heat exchange surface area improving the exchanges between the first F1 and second F2 fluids.
  • the joining of the various adjacent hollow elements 31 of this heat exchange bundle 3 by brazing at the level of the protuberances 5 makes it possible to simplify the structure of the heat exchange bundle 3 and also to ensure good mechanical strength of this heat exchange bundle 3 and therefore the heat exchanger 1.

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Abstract

Echangeur de chaleur comprenant un faisceau d'échange thermique (3) entre au moins un premier fluide (F1) et un deuxième fluide (F2) composé par : - au moins deux éléments creux (31) présentant une première (33a) et une deuxième (33b) faces configurés pour former au moins un canal (35) présentant un centre (35c) et une périphérie (35p), - au moins une des première (33a) et/ou deuxième (33b) face d'au moins un élément creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) s'étendant dans un espace (37) pour la circulation du deuxième fluide (F2), et - les protubérances (5) sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre (35c) du canal (35) qu'au niveau de sa périphérie (35p).

Description

Echangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur
La présente invention traite du domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour les véhicules automobiles, et des procédés de fabrication de tels échangeurs de chaleur.
De nos jours, les échangeurs de chaleur équipent de grands nombre de véhicules automobiles. Ces échangeurs de chaleur peuvent par exemple être dédiés au
refroidissement des moteurs ou des batteries, ou encore au fonctionnement des dispositifs de climatisation.
Les échangeurs de chaleur comprennent généralement un faisceau d’échange thermique constitué par un ensemble d’éléments creux superposés dans lesquels un premier fluide caloporteur, comme par exemple de l’eau glycolée ou un fluide réfrigérant, est destiné à s’écouler. Ce faisceau d’échange thermique présente une pluralité d’ailettes disposées entre ces éléments creux. Ces ailettes sont configurées pour augmenter la surface d’échange thermique entre le premier fluide caloporteur circulant à l’intérieur des éléments creux et un deuxième fluide caloporteur, comme par exemple de l’air, circulant entre ces éléments creux. Toutefois, de tels échangeurs de chaleur présentent un nombre important de pièces et peuvent être complexes à assembler, notamment du fait du montage des ailettes. Un tel échangeur de chaleur est par exemple décrit dans le document EP 2869015.
D’autre part, les échangeurs de chaleur à ailettes génèrent une certaine résistance thermique pour l’échange entre le premier fluide caloporteur, comme par exemple le fluide réfrigérant, et le deuxième fluide caloporteur, comme par exemple l’air. En effet, la surface des ailettes permettant d’augmenter la surface d’échange n’est pas en contact direct avec les deux fluides. Les échanges thermiques entre ces deux fluides avec les échangeurs thermiques de l’art antérieur peuvent donc être améliorés.
On connaît du document US 3757856, un échangeur de chaleur dans lequel les éléments creux du faisceau d’échange thermique présentent des protubérance ou des cavités de manière à améliorer les surfaces d’échanges entre les deux fluides circulant dans cet échangeur de chaleur. Cependant, le faisceau d’échange thermique décrit dans ce document ne permet pas de moduler les échanges thermiques entre les deux fluides à différents endroits des éléments creux.
La présente invention a pour objet de proposer un échangeur de chaleur présentant des capacités d’échange thermique améliorées par rapport à ceux connus de l’art antérieur et présentant une bonne tenue mécanique.
Un autre objectif de la présente invention, différent de l’objectif précédent, est de proposer un échangeur de chaleur dont le nombre de pièces le constituant est limité.
Un autre objectif de la présente invention, différent des objectifs précédents, est de proposer un échangeur de chaleur qui soit simple et rapide à assembler. Un autre objectif de la présente invention, différent des objectifs précédents, est de proposer un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur qui soit simple, rapide et bon marché.
Afin d’atteindre, au moins partiellement, au moins un des objectifs précités, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d’échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, ledit faisceau d’échange thermique étant composé par :
- au moins deux éléments creux superposés présentant chacun une première et une deuxième faces, lesdits éléments creux étant configurés pour former au moins un canal présentant un centre et une périphérie et à l’intérieur duquel le premier fluide est destiné à circuler et pour permettre la circulation du deuxième fluide dans un espace entre les éléments creux superposés, les circulations des premier et deuxième fluides à l’intérieur du faisceau d’échange thermique étant perpendiculaires l’une par rapport à l’autre,
- au moins une des première et/ou deuxième faces d’au moins un élément creux comporte une pluralité de protubérances s’étendant dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide, et
- les protubérances sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre du canal qu’au niveau de sa périphérie pour permettre une perturbation plus importante de la circulation du deuxième fluide au niveau du centre du canal qu’au niveau de sa périphérie.
La variation de la perte de charge provoquée par les protubérances permet entre autre de modifier les perturbations de la circulation du deuxième fluide afin de moduler la vitesse de circulation de ce deuxième fluide ou encore d’améliorer l’homogénéisation de la température de ce deuxième fluide au fur et à mesure de son déplacement entre les éléments creux du faisceau d’échange thermique. Plus particulièrement, le centre du canal de l’élément creux est la zone du canal au niveau de laquelle les échanges thermiques doivent être les plus importants. Avec une telle conformation des protubérances sur les faces des éléments creux, il est possible de maximiser les pertes de charge et donc les perturbations de ce deuxième fluide au niveau du centre du canal et ainsi d’améliorer les échanges thermiques entre le premier et le deuxième fluides dans le faisceau d’échange thermique, en diminuant la vitesse de circulation de ce deuxième fluide, et/ou en augmentant la perturbation de sa circulation, afin d’améliorer l’homogénéisation thermique de ce deuxième flux.
L’échangeur de chaleur selon la présente invention peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un aspect, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent être des plaques. Selon cet aspect, le faisceau d’échange thermique peut être formé par une rangée de plaques superposées.
Selon un autre aspect, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent être des tubes plats.
Selon cet autre aspect, le faisceau d’échange thermique peut être formé par au moins une rangée de tubes plats superposés.
Les éléments creux peuvent être réalisés en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 45 W.nrbK·1 à 20°C.
Selon un mode de réalisation particulier de cet autre aspect, les éléments creux peuvent être réalisés en métal ou en un alliage métallique, notamment en aluminium.
Selon un premier mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être formées directement sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux.
Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être des éléments rapportés aux première et/ou deuxième faces des éléments creux.
Selon ce deuxième mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être formées sur un feuillard distinct de l’élément creux.
Selon un aspect, les protubérances peuvent présenter une forme de section constante dont une première extrémité est disposée au contact de la face de l’élément portant la protubérance et une deuxième extrémité libre, opposée à la première extrémité, au contact de l’élément creux adjacent.
Selon cet aspect, la section de la protubérance peut être de forme circulaire, oblongue, ou encore parallélépipédique.
Selon un autre aspect, les protubérances peuvent présenter une forme de section variable dont une première extrémité est disposée au contact de la face de l’élément portant la protubérance et une deuxième extrémité libre, opposée à la première extrémité, disposée au contact de l’élément creux adjacent, ladite première extrémité présentant une section dont l’aire est supérieure à celle de la deuxième extrémité libre.
Selon cet autre aspect, les protubérances peuvent présenter une forme conique présentant une deuxième extrémité libre pointue ou plane, ou une forme de dôme.
Selon une première variante, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par les faces d’éléments creux adjacents disposées en regard l’une de l’autre peuvent être en contact les unes avec les autres à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon une deuxième variante, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par une première face d’un premier élément creux peuvent être en contact avec une deuxième face d’un deuxième élément creux adjacent du faisceau d’échange thermique à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon une troisième variante, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par la première face d’un premier élément creux peuvent être en contact en alternance avec les deuxième extrémités libres des protubérances portées par la deuxième face d’un deuxième élément creux adjacent et avec la deuxième face de ce deuxième élément creux adjacent disposée en regard de la première face du premier élément creux à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique.
Selon un mode de réalisation particulier, les protubérances peuvent être disposées sur l’au moins première et/ou deuxième face de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique.
Selon une alternative, les deuxièmes extrémités libres des protubérances portées par la première face d’un premier élément creux assurent une liaison mécanique par brasage d’un deuxième élément creux adjacent présentant une deuxième face disposée en regard de la deuxième extrémité libre des protubérances portées par la première face du premier élément creux.
Selon un premier aspect, la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation de la densité en surface des protubérances disposées dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide.
Selon ce premier aspect, la densité en surface de protubérances dans un alignement est plus importante au niveau du centre du canal qu’au niveau de sa périphérie.
Selon une variante de ce premier aspect, les protubérances sont disposées sur l’au moins première et/ou deuxième face de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique et la variation de la densité en surface des
protubérances peut être réalisée par variation de l’interdistance entre protubérances d’une même rangée transversale.
Selon cette variante, les dimensions des protubérances portées par les faces de deux éléments disposées en regard l’une de l’autre peuvent être identiques.
Selon un deuxième aspect, la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation d’au moins un paramètre géométrique des protubérances disposées dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide.
Selon ce deuxième aspect, le paramètre géométrique variable peut être choisi parmi une taille d’une section de la protubérance, une forme de la protubérance, ou une
combinaison de ces paramètres.
Selon un troisième aspect, les protubérances présentent au mois une face allongée et la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation d’une orientation par rapport au sens de circulation du deuxième fluide de la face allongée des protubérances disposées dans l’espace défini pour la circulation du deuxième fluide.
Selon un mode de réalisation particulier, le faisceau d’échange thermique peut comporter en outre deux éléments d’extrémités disposés parallèlement aux éléments creux superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux, chaque élément d’extrémité présente une face disposée en regard d’une première ou d’une deuxième face d’un élément creux et définissant un espace entre l’élément d’extrémité et l’élément creux pour permettre la circulation du deuxième fluide et au moins une face d’un élément d’extrémité disposée en regard de la première ou de la deuxième face de l’élément creux comporte une pluralité de protubérances conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au niveau du centre du canal qu’au niveau de sa périphérie.
Selon une première variante, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent comporter deux canaux pour la circulation du premier fluide, lesdits canaux étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation et les protubérances sont disposées sur l’au moins première et/ou deuxième faces de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique, la disposition des protubérances dans chaque rangée transversale portées par chaque canal de l’élément creux peut être symétrique par rapport à la paroi de séparation.
Selon une deuxième variante, les éléments creux du faisceau d’échange thermique peuvent comporter deux canaux pour la circulation du premier fluide, lesdits canaux étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation et les protubérances sont disposées sur l’au moins première et/ou deuxième faces de l’élément creux selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique, la disposition des protubérances dans chaque rangée transversale portées par chaque canal de l’élément creux peut être non-symétrique par rapport à la paroi de séparation.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur tel que défini précédemment. Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
- réalisation de protubérances sur au moins une face d’au moins un élément creux ;
- préparation d’un empilement comprenant au moins deux élément creux superposés dont au moins un présente au moins une face comportant les protubérances ; et
- chauffe et compression de l’empilement afin de permettre le brasage des deuxièmes extrémités libres des protubérances avec l’élément adjacent disposé en regard de ces deuxièmes extrémités libres.
Un tel procédé de fabrication est donc aisé et rapide à mettre en œuvre du fait notamment du nombre limité de composants du faisceau d’échange thermique. De plus, le brasage des différents éléments constitutifs de l’empilement permet de garantir une bonne tenue mécanique du faisceau d’échange thermique de cet échangeur de chaleur. Le procédé de fabrication selon la présente invention peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon une première variante, les protubérances peuvent être réalisées directement sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux lors de l’étape de réalisation de protubérances.
Selon une deuxième variante, l’étape de réalisation des protubérances peut comprendre une première sous-étape de formation des protubérances sur un feuillard distinct des éléments creux et une deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard
présentant les protubérances sur les première et/ou deuxième faces des éléments creux.
Selon un aspect, les protubérances peuvent être réalisées par déformation d’une surface des première et/ou deuxième faces des éléments creux, et notamment par
emboutissage, lors de l’étape de réalisation des protubérances.
Selon un autre aspect, les protubérances peuvent être réalisées par dépôt de matière sur une surface des première et/ou deuxième faces des éléments creux lors de l’étape de réalisation de protubérances.
Selon une première alternative, le dépôt de matière peut être réalisé par un procédé de métallisation à froid.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre l’utilisation d’un masque.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre une première sous-étape de projection de particules composées d’un premier matériau suivie d’une deuxième sous- étape de projection d’un deuxième matériau, différent du premier matériau, sur la face de l’élément ou sur le feuillard.
Le procédé de métallisation à froid met en œuvre un gaz sous une pression pouvant être comprise entre 5 bars et 50 bars et à une température pouvant être inférieure ou égale à 1100°C.
Le gaz utilisé dans le procédé de métallisation à froid peut être choisi parmi l’argon, l’hélium, le dihydrogène, seuls ou en mélange.
Selon une deuxième alternative, le dépôt de matière peut être réalisé par un procédé de dépôt métallique direct.
Le procédé de dépôt métallique direct met en œuvre un laser dont la puissance peut être comprise entre 0,3 kW et 4 kW.
Selon une variante, l’empilement peut comporter en outre deux éléments d’extrémités disposés respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux et parallèlement à ces éléments creux, chaque élément d’extrémité présente une face disposée en regard d’une première ou d’une deuxième face d’un élément creux, et au moins une face d’un élément d’extrémité présente une pluralité de protubérances, lesdites protubérances étant réalisées directement sur l’élément d’extrémité ou étant rapportées à l’élément d’extrémité avec le feuillard défini précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 est une représentation schématique en perspective d’un échangeur de chaleur ;
[Fig. 2] la figure 2 est une représentation schématique en perspective d’un élément creux de l’échangeur de chaleur de la figure 1 selon un mode de réalisation particulier ;
[Fig. 3] la figure 3 est une représentation schématique en perspective partielle d’un faisceau d’échange thermique de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[Fig. 4A] la figure 4A est une représentation schématique en perspective d’un feuillard présentant des protubérances;
[Fig. 4B] la figure 4B est une représentation schématique éclatée en perspective d’un faisceau d’échange thermique présentant des protubérance rapportées à des éléments creux de l’échangeur de chaleur de la figure 1 ;
[Fig. 5] la figure 5 est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une première alternative;
[Fig. 6A] la figure 6A est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une deuxième alternative;
[Fig. 6B] la figure 6B est une représentation schématique en perspective en plongée du faisceau thermique d’échange thermique de la figure 6A;
[Fig. 7] la figure 7 est une représentation schématique en perspective de face partielle d’un faisceau d’échange thermique selon une troisième alternative ;
[Fig. 8] la figure 8 est une représentation schématique d’une disposition des
protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon un premier mode de réalisation;
[Fig. 9A] la figure 9A est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon un deuxième mode de réalisation;
[Fig. 9B] la figure 9B est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon une variante du deuxième mode de réalisation; [Fig. 10] la figure 10 est une représentation schématique d’une disposition des protubérances sur un élément creux du faisceau d’échange thermique de la figure 1 associée à une température de la surface externe de cet élément creux selon un quatrième mode de réalisation; et
[Fig. 11] la figure 11 est une représentation schématique d’un organigramme illustrant un procédé de fabrication de l’échangeur de chaleur de la figure 1.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et deuxième paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels ou tels critères.
Dans la description suivante, on entend par « conductivité thermique », l’énergie, ou quantité de chaleur, transférée par unité de surface et de temps, exprimée en watt par mètre-kelvin (W.nrLK·1].
Ensuite, on entend par « fluide » dans la description suivante, un corps dont les molécules ont peu d’adhésion et peuvent glisser librement les unes par rapport aux autres (dans le cas des liquides] ou se déplacer indépendamment les unes des autres (dans le cas des gaz], de façon que le corps prenne la forme du vase qui le contient.
D’autre part, on entend par « surface » dans la description suivante, une étendue représentant au moins une portion de la première ou de la deuxième face de l’élément creux, de la face du premier ou du deuxième élément d’extrémité disposée en regard des éléments creux, ou encore du feuillard.
En référence à la figure 1, il est représenté un échangeur de chaleur 1 notamment pour véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau d’échange thermique 3 entre au moins un premier fluide Fl caloporteur et un deuxième fluide F2 caloporteur (visibles sur la figure 3]. Le faisceau d’échange thermique 3 est composé par au moins deux éléments creux 31 superposés. Chaque élément creux 31 forme au moins un canal 35 (visible sur les figures 2 et 3) à l’intérieur duquel le premier fluide Fl est destiné à circuler. Ce canal 35 présente un centre 35c et une périphérie 35p (visibles également sur les figures 2 et 3). L’échangeur de chaleur 1 comporte en outre une première 11 et une deuxième 13 boites collectrices. Les première 11 et deuxième 13 boites collectrices sont disposées aux extrémités des éléments creux 31 et forment avec le faisceau d’échange thermique 3 l’échangeur de chaleur 1. La première boite collectrice 11 présente par exemple une entrée lia afin d’alimenter les éléments creux 31 en premier fluide Fl et la deuxième boite collectrice 13 présente par exemple une sortie 13a afin de permettre la circulation du premier fluide Fl dans un circuit (non
représenté) permettant le retour de ce premier fluide Fl au niveau de la première boite collectrice 11. Ce premier fluide Fl caloporteur peut notamment être un liquide, comme par exemple de l’eau glycolée ou un fluide réfrigérant. Ces première 11 et deuxième 13 boites collectrices sont rapportées au faisceau d’échange thermique 3 afin de former l’échangeur de chaleur 1. Ces première 11 et deuxième 13 boites collectrices peuvent être fixées au faisceau d’échange thermique 3 par brasage ou par une liaison mécanique, notamment par sertissage, par exemple. Les éléments creux 31 superposés du faisceau d’échange thermique 3 peuvent être des plaques afin de former un échangeur de chaleur 1 à plaques, ou encore être des tubes plats afin de former un échangeur de chaleur 1 à tubes. Le faisceau d’échange thermique 3 peut donc être réalisé par une rangée de plaques superposées ou encore par au moins une rangée de tubes plats superposés.
Dans le cas où le faisceau d’échange thermique 3 présente plus d’une rangée de tubes plats, ces rangées sont disposées côte-à-côte dans le sens de circulation du deuxième fluide F2 (représenté sur la figure 3). Les éléments creux 31 superposés du faisceau d’échange thermique 3 peuvent notamment être réalisés en matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 45 W.nrbK-1 à 20°C. Typiquement, ces éléments creux peuvent être réalisés en métal ou en un alliage de métaux, et notamment en aluminium. Une telle conductivité thermique pour le matériau constitutif des éléments creux 31 permet d’assurer de bons transferts thermiques entre le premier Fl et le deuxième F2 fluides dans ce faisceau d’échange thermique 3 afin de permettre notamment les échanges thermiques du premier fluide Fl.
En référence aux figures 1 à 3, les éléments creux 31 présentent chacun une première 33a et une deuxième 33b faces. Ces éléments creux sont également configurés pour permettre la circulation du deuxième fluide F2 dans un espace 37 entre les éléments creux 31 afin de permettre un échange thermique entre le premier Fl et le deuxième F2 fluides lors du fonctionnement de cet échangeur thermique 1. Le deuxième fluide F2 caloporteur peut par exemple être de l’air destiné à circuler entre les éléments creux 31 afin d’échanger de l’énergie thermique avec le premier fluide Fl circulant à l’intérieur des éléments creux 31 par exemple. Par ailleurs, et comme cela est représenté en référence à la figure 3, les circulations des premier Fl et deuxième F2 fluides à l’intérieur du faisceau d’échange thermique 3 sont perpendiculaires entre elles. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 2, il est représenté un élément creux 31 présentant un unique canal 35 comportant un centre 35c et une périphérie 35p.
Selon d’autres alternatives, l’élément creux 31 peut présenter un nombre supérieur de canaux 35, comme par exemple deux canaux 35, lorsque l’élément creux 31 est un tube plat, les canaux 35 étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36
(notamment visible sur les figures 8 à 10).
En référence aux figures 1 et 3, au moins une des première 33a et/ou deuxième 33b faces d’au moins un élément creux 31 comporte une pluralité de protubérances 5. Les protubérances 5 s’étendent dans l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2. Une telle disposition des protubérances 5 dans l’espace 37 défini pour le passage du deuxième fluide F2 permet de créer des perturbations du flux du deuxième fluide F2 à travers le faisceau d’échange thermique 3, ce qui permet entre autre une meilleure homogénéisation de la température de ce deuxième fluide F2 et une amélioration des échanges thermiques entre le premier Fl et le deuxième F2 fluides circulants dans le faisceau d’échange thermique 3. D’autre part, les protubérances 5 sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Cette conformation des protubérances 5 est destinée à permettre une perturbation plus importante de la circulation du deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p.
L’augmentation de la perturbation de la circulation du deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 permet d’améliorer les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides et améliore donc l’efficacité du faisceau d’échange thermique 3. Cette perturbation de l’écoulement du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 peut notamment consister en une diminution de sa vitesse ou encore en une perturbation de sa direction de circulation permettant une meilleure homogénéisation de sa
température.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 1, le faisceau d’échange thermique 3 comporte en outre deux éléments d’extrémités 38, 39 disposés parallèlement aux éléments creux 31 superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux 31. Chaque élément d’extrémité 38, 39 présente une face disposée en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31 et définissent un espace 37 entre l’élément d’extrémité 38, 39 et l’élément creux 31 pour permettre la circulation du deuxième fluide F2. Ces éléments d’extrémités 38, 39 peuvent être réalisés par une plaque par exemple en métal ou en alliage métallique comme par exemple en aluminium ou en alliage d’aluminium. Selon un mode de réalisation particulier, le matériau constitutif des éléments d’extrémités 38, 39 est identique à celui formant les éléments creux 31. Par ailleurs la face d’au moins un élément d’extrémité 38, 39 disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b faces de l’élément creux 31 peut comporter une pluralité de protubérances 5. Ces protubérances 5 portées par l’au moins un élément d’extrémité 38, 39 sont également conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Selon cet aspect, la première 33a ou la deuxième 33b face de l’élément creux 31 disposée en regard de l’élément d’extrémité 38, 39 peut comporter des protubérances 5 également. Selon une
alternative, cette première 33a ou deuxième 33b face de l’élément creux 31 disposée en regard de l’élément d’extrémité 38, 39 peut ne pas présenter de protubérances 5.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 3, les protubérances 5 sont portées uniquement par les première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31, la face des éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1) disposée en regard des éléments creux 31 présentant une surface lisse, c’est-à-dire que cette face des éléments d’extrémités 38, 39 ne présente pas de protubérances. D’autre part, selon ce mode de réalisation particulier, chaque élément creux 31 du faisceau d’échange thermique 3 présente des protubérances 5 disposées sur leurs première 33a et deuxième 33b faces. Selon une alternative non représentée, les protubérances 5 peuvent être portées par les éléments creux 31 et par la face d’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 disposée en regard des éléments creux 31. Selon un mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être disposées sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce mode de réalisation particulier, les rangées transversales de protubérances 5 s’étendent parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2 dans le faisceau d’échange thermique 3.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 3, les protubérances 5 sont formées directement sur les première 33a et deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Selon ce mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être réalisées par déformation d’une surface des première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31. De manière alternative, ces protubérances 5 peuvent être formées par ajout de matière sur cette surface des première 33a et deuxième 33b faces des éléments creux 31 comme cela est plus détaillé ultérieurement. Selon une alternative non représentée ici, les protubérances 5 peuvent être formées directement sur la faces des éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1) disposée en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31 aussi bien par déformation d’une surface de cette face que par dépôt de matière sur cette surface.
Selon une alternative représentée en référence aux figures 4A et 4B, les protubérances 5 peuvent être rapportées aux première 33a et/ou deuxième 33b faces des éléments creux 31. Les protubérances 5 peuvent notamment être formées sur un feuillard 7, représenté sur la figure 4A, distinct de l’élément creux 31. Ce feuillard 7 est ensuite disposé en regard des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 par exemple, comme cela est représenté en référence à la figure 4B, de manière à ce que les protubérances 5 s’étendent dans l’espace 37 (visible notamment sur la figure 3) défini pour la circulation du deuxième fluide F2. La représentation de la figure 4B est une vue éclatée du feuillard 7 et des éléments creux 31, mais cette vue éclatée est uniquement présentée pour bien distinguer le feuillard 7 des éléments creux 31. La fixation de ce feuillard 7 sur la première 33a et/ou deuxième 33b face des éléments creux 31 peut être réalisée par brasage par exemple ou cours d’une étape de brasage du faisceau d’échange thermique 3 comme cela est décrit plus en détail ultérieurement. D’autre part, le feuillard 7 peut être réalisé dans le même matériau que les éléments creux 31. Selon le mode de réalisation particulier de la figure 4A, le feuillard 7 est réalisé en métal ou en un alliage métallique, comme par exemple en aluminium ou en un alliage d’aluminium.
Selon ce mode de réalisation particulier, les protubérances 5 peuvent être formées sur le feuillard 7 par déformation de la surface de ce feuillard 7 ou encore par ajout de matière sur ce feuillard 7. Selon une variante non représentée ici, le feuillard 7 peut être disposé de manière à être porté par la face d’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face d’un élément creux 31 afin que cet au moins un élément d’extrémité 38, 39 présente les protubérances 5.
Les protubérances 5 présentent une première extrémité 51 disposée au contact de la face de l’élément 31, 38, 39 qui porte la protubérance et une deuxième extrémité libre 53, opposée à la première extrémité 51, destinée à être au contact de l’élément creux 31 ou de l’élément d’extrémité 38, 39 adjacent. On entend ici par élément adjacent, un élément du faisceau d’échange thermique disposé en regard d’une première 33a ou d’une deuxième 33b face d’un élément creux 31. Un élément adjacent peut donc être un autre élément creux 31, ou encore un élément d’extrémité 38, 39. D’autre part, les protubérances 5 peuvent présenter une forme de section constante ou encore une forme de section variable. Par forme de section constante, il est entendu ici que la
protubérance 5 présente un diamètre constant sur l’ensemble de sa longueur, c’est-à- dire sur l’ensemble de l’espace 37 disposé entre les éléments 31, 38, 39 pour le passage du deuxième fluide F2 dans lequel elle s’étend. Lorsque les protubérances 5 présentent une section constante, cette section peut être de forme oblongue, parallélépipédique, ou encore circulaire. D’autre part, par forme de section variable, on entend ici que la protubérance 5 présente un diamètre variable sur l’ensemble de sa longueur, c’est-à- dire sur l’ensemble de l’espace 37 disposé entre les éléments 31, 38, 39 pour le passage du deuxième fluide F2 dans lequel elle s’étend. Dans un tel cas, la première extrémité 51 présente une aire supérieure à celle de la deuxième extrémité libre 53. Lorsque les protubérances 5 présentent une forme de section variable, les protubérances 5 peuvent présenter une forme conique présentant une deuxième extrémité libre 53 pointue, plane, ou encore une forme de dôme.
La forme des protubérances 5 peut être choisie en fonction des contraintes qu’elles peuvent être amenées à subir au cours du fonctionnement de l’échangeur de chaleur 1 ou encore au cours du brasage du faisceau d’échange thermique 3. La forme de ces protubérances 5 peut également être choisie en fonction des perturbations du flux du deuxième fluide F2 souhaitées dans l’espace 37 (visible notamment sur la figure 3). Par ailleurs, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a d’un premier élément creux 31a assurent une liaison mécanique par brasage d’un deuxième élément creux 31b adjacent présentant une deuxième face 33b disposée en regard de la deuxième extrémité libre 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a. L’assemblage du faisceau d’échange thermique 3 par brasage permet d’assurer un bon maintien mécanique de ce faisceau d’échange thermique 3. Par ailleurs, ce sont les protubérances 5 qui définissent l’espace 37 pour le passage du deuxième fluide F2. Dans le cas des échangeurs de chaleur de l’art antérieur, cet espace était assuré par la présence d’ailettes disposées entre les éléments creux 31. La présence des protubérances 5 permet donc de limiter le nombre de constituants du faisceau d’échange thermique 3 ce qui permet notamment de simplifier sa structure et son assemblage en supprimant la présence des ailettes connues de l’art antérieur. Un tel faisceau d’échange thermique 3 présente donc des coûts de production assez faibles tout en garantissant une bonne tenue mécanique de celui-ci. De manière alternative ou en complément, une telle liaison mécanique du faisceau d’échange thermique 3 est également réalisable lorsque celui-ci présente les éléments d’extrémités 38, 39 dont l’un et/ou l’autre présente des protubérances 5 disposées sur sa face disposée en regard de la première 33a ou de la deuxième 33b face d’un élément creux 31.
En référence aux figures 5 à 7, il est représenté partiellement le faisceau d’échange thermique 3 selon différentes alternatives de coopération des deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par les faces des deux éléments 31, 38, 39 adjacents disposées en regard l’une de l’autre à l’état assemblé du faisceau d’échange thermique 3.
Selon une première variante représentée sur la figure 5, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérance 5 portées par les faces de deux éléments adjacents 31, 38, 39 disposées en regard l’une de l’autre sont en contact les unes avec les autres. Plus particulièrement, selon le mode de réalisation particulier de la figure 5, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a et les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b sont en contact les unes avec les autres. Une telle coopération des deuxième extrémités libres 53 des protubérances 5 permet notamment de fabriquer des éléments creux 31 identiques. D’autre part, une telle coopération entre les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 peut être envisagée dans le cas où la face disposée en regard des éléments creux 31 d’au moins un élément d’extrémité 38, 39 (visibles sur la figure 1) présente également des
protubérances 5.
Selon une deuxième variante illustrée en référence aux figures 6A et 6B, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par une face d’un élément 31, 38, 39 sont en contact avec une surface d’un élément 31, 38, 39 adjacent. Plus particulièrement selon la mode de réalisation particulier des figures 6A et 6B, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a sont en contact avec la deuxième face 33b du deuxième élément creux 31b et inversement. Une telle coopération est également envisageable pour la coopération des deuxièmes extrémités 53 des protubérances 5 portées par une face d’un élément creux 31 disposée en regard d’au moins un des éléments d’extrémités 38, 39 dans le cas où la face de cet élément d’extrémité 38, 39 est lisse par exemple.
D’autre part, selon le mode de réalisation particulier de la figure 6B, les protubérances 5 correspondent à des déformations de la première 33a et de la deuxième 33b faces des premier 31a et deuxième 31b éléments creux respectivement. Dans une telle
configuration, le premier fluide Fl peut circuler à l’intérieur de ces protubérances 5 ce qui permet encore d’améliorer le coefficient d’échange thermique entre le premier Fl et le deuxième F2 fluides circulants à travers ce faisceau d’échange thermique 3. Dans une telle configuration, le faisceau d’échange thermique 3 offre une surface de contact direct entre les premier Fl et deuxième F2 fluides sur l’ensemble du parcours réalisé par ces premier Fl et deuxième F2 fluides à travers ce faisceau d’échange thermique 3, ce qui permet notamment d’améliorer les échanges thermiques entre ces premier Fl et deuxième F2 fluides et donc les performances de l’échangeur de chaleur 1. De plus, une telle configuration du canal 35 permet également de perturber l’écoulement du premier fluide Fl à l’intérieur de celui-ci ce qui permet notamment une amélioration de l’homogénéisation de la température de ce premier fluide Fl au cours de sa circulation dans les éléments creux 31.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 7, les deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par la première face 33a du premier élément creux 31a peuvent être en contact en alternance avec les deuxième extrémités libres 53 des protubérances 5 portées par l’élément 31, 38, 39 adjacent et avec la face de l’élément 31, 38, 39 adjacent disposée en regard de la première face 33a du premier élément creux 31a. Une telle configuration des protubérances 5 peut permettre de modifier les perturbations du deuxième fluide F2 au cours de son écoulement à travers le faisceau d’échange thermique 3, et également de jouer sur la vitesse de déplacement de ce deuxième fluide F2 à l’intérieur de l’espace 37 au cours de son passage à travers le faisceau d’échange de chaleur 3.
En référence aux figures 8 à 10, il est représenté différentes dispositions des
protubérances 5 sur les éléments creux 31 pour modifier les pertes de charge du deuxième fluide F2 au cours de sa circulation entre les éléments creux 31 du faisceau d’échange thermique 3. Selon les différents modes de réalisation représentés en référence aux figures 8 à 10, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 pour la circulation du premier fluide Fl. Un tel élément creux 31 peut par exemple
correspondre à un tube plat présentant une paroi de séparation 36 des deux canaux 35. Sur ces différentes figures les protubérances 5 sont représentées de manière séparée des éléments creux 31 et de face, mais cette représentation est uniquement réalisée pour une meilleure vision de ces protubérances 5 qui sont disposée avec le première extrémité 51 représentée sur ces différentes figures au contact de la première 33a ou de la deuxième 33b face de l’élément creux 31.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, la variation de la perte de charge est provoquée par une variation de la densité en surface des protubérances 5 disposées dans l’espace 37 (visible sur la figure 3) défini pour la circulation du deuxième fluide F2. Dans la présente description, le terme densité en surface doit être interprété comme le nombre de protubérances 5 pour une surface donnée, cette surface donnée pouvant notamment correspondre à différentes zones disposées entre les extrémités
périphériques 35p du canal 35 comprenant une surface particulière pour le centre 35c du canal 35. La température de la surface de l’élément creux 31 est plus élevée au centre 35c du canal 35 qu’au niveau de la périphérie 35p de ce canal 35. Ainsi, les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides doivent être plus importants au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Afin de permettre une telle augmentation des échanges thermiques entre ces premier Fl et deuxième F2 fluides selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, la densité en surface de protubérances 5 est plus importante au niveau du centre 35c du canal 35 de l’élément creux 31 qu’au niveau de sa périphérie 35p. Une telle modification de la densité des protubérances 5 permet d’augmenter le nombre d’obstacles rencontrés par le deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 et donc de ralentir la circulation de ce deuxième fluide F2 au centre 35c du canal 35 et également de perturber sa circulation afin de permettre une bonne homogénéisation de sa température liée à l’agitation de ce deuxième fluide F2 provoquée par les protubérances 5 et donc d’améliorer les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides au niveau du centre 35c du canal 35.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, les protubérances 5 sont disposées sur l’au moins première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 selon des rangées transversales, c’est-à-dire s’étendant parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2, dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce cas particulier, la variation de la densité en surface des protubérances 5 est réalisée par variation de l’interdistance entre protubérances 5 d’une même rangée transversale. Plus particulièrement, l’interdistance entre protubérances 5 d’une même rangée transversale est plus petite au niveau du centre 35c du canal 35 qu’au niveau de sa périphérie 35p. D’autre part selon ce mode de réalisation particulier, les dimensions des protubérances 5 portées par les faces des deux éléments 31, 38, 39 disposées en regard l’une de l’autre sont identiques. Ensuite, selon le mode de réalisation particulier de la figure 8, l’élément creux 31 présente deux canaux 35, les besoins d’échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides sont différents selon le positionnement du canal 35 dans le sens de circulation du deuxième fluide F2. Selon ce mode de réalisation particulier, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 est non-symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non-représentée ici, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peut être symétrique par rapport à la paroi de séparation 36.
Selon les modes de réalisation particulier des figures 9A et 9B, il est représenté une autre variante de la disposition des protubérances 5 permettant la variation de la perte de charge. Selon cette autre variante, la variation de la perte de charge est provoquée par une variation d’au moins un paramètre géométrique des protubérances 5 s’étendant dans l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 9A, le paramètre géométrique variable est la taille des protubérances 5. En effet, comme cela est représenté sur la figure 9A, les protubérances 5 disposées au niveau du centre 35c du canal 35 présentent un diamètre supérieur à celui des protubérances disposées au niveau de la périphérie 35p du canal 35. En jouant sur la taille des protubérances 5, il est possible de modifier les perturbations de la circulation du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 défini entre les éléments creux 31. En effet, au niveau du centre 35c du canal 35, les protubérances 5 freinent la circulation du deuxième fluide F2 et provoquent des perturbations plus importantes à sa circulation qu’au niveau de la périphérie 35p de ce canal 35.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 9A, les protubérances 5 sont disposées sur l’au moins première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 selon des rangées transversales, disposées parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2, dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce mode de réalisation particulier, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par la paroi de séparation 36. D’autre part, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 est symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non-représentée ici, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peut être non-symétrique par rapport la paroi de séparation 36.
D’autre part, selon le mode de réalisation particulier de la figure 9B, le paramètre géométrique variable est la forme des protubérances 5. En effet, comme cela est représenté sur la figure 9B, les protubérances 5 disposées sur la première 33a ou la deuxième 33b face de l’élément creux 31 présentent des formes différentes selon leur position dans l’alignement de protubérances 5 sur le canal 35. Plus particulièrement, les protubérances 5 disposées au niveau de la périphérie 35p du canal 35 présentent une forme sensiblement triangulaire afin de diriger le deuxième fluide F2 dans l’espace 37 défini pour sa circulation et les protubérances 5 suivantes présentent des formes de section différentes, et notamment sensiblement parallélépipédiques et sensiblement circulaires, afin d’augmenter la concentration de la perte de charge, et donc la perturbation de la circulation du deuxième fluide F2, au niveau du centre 35c du canal 35 de manière à augmenter les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides. De plus, selon ce mode de réalisation particulier, l’élément creux 31 comporte deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36. Selon ce mode de réalisation particulier, les alignements de protubérances 5 portés par chaque canal 35 de l’élément creux 31 sont symétriques par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non-représentée ici, les
alignements de protubérances 5 portés par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peuvent être non-symétriques par rapport à la paroi de séparation 36.
Ensuite, selon une alternative de cette autre variante non représentée ici, la variation de la concentration de la perte de charge provoquée par la conformation des protubérances 5 peut être provoquée par une modification de la taille et de la forme des protubérances 5, ces protubérances 5 pouvant être disposées dans des rangées transversales ou non.
Par ailleurs, selon le mode de réalisation particulier de la figure 10, les protubérances 5 présentent au moins une face allongée. Selon ce mode de réalisation particulier, la variation de la perte de charge peut être provoquée par une variation d’une orientation par rapport au sens de circulation du deuxième fluide F2 de la face allongée des protubérances 5 disposées dans l’espace 37 défini pour la circulation du deuxième fluide F2. Les protubérances 5 peuvent correspondre par exemple à des parois reliant la première face 33a d’un premier élément creux 31a à une deuxième face 31b d’un deuxième élément creux 31b. Ces parois présentent des orientations différentes dans le sens de circulation du deuxième fluide F2 dans l’espace 37. Plus particulièrement selon le mode de réalisation particulier de la figure 10, les parois présentent des orientations configurées pour perturber au maximum la circulation du deuxième fluide F2 au niveau du centre 35c du canal 35 en ayant une orientation opposée à la circulation du deuxième fluide F2, et perturber au minimum la circulation du deuxième fluide F2 au niveau de la périphérie 35p du canal 35.
Selon le mode de réalisation particulier de la figure 10, les protubérances 5 sont disposées dans des rangées transversales, disposées parallèlement au sens de circulation du deuxième fluide F2, dans le faisceau d’échange thermique 3. Selon ce mode de réalisation particulier, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36 et la disposition des protubérances 5 dans chaque rangée transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 est non- symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon une alternative de ce mode de réalisation particulier non représentée ici, la disposition des protubérances 5 dans chaque rangées transversale portées par chaque canal 35 de l’élément creux 31 peut être symétrique par rapport à la paroi de séparation 36. Selon les différents modes de réalisation particuliers représentés en référence aux figures 8 à 10, il est possible d’améliorer les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides au niveau du centre 35c du canal 35. Par ailleurs, selon le mode de réalisation particulier des figures 8 à 10, l’élément creux 31 présente deux canaux 35 séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation 36. La température au niveau de cette paroi de séparation 36 diminue du fait notamment de l’absence de premier fluide Fl circulant à ce niveau de l’élément creux 31. Ainsi, la conformation des protubérances 5 permet d’améliorer les capacités d’échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides au sein du faisceau d’échange thermique 3 représenté en référence à la figure 3 et donc de l’échangeur de chaleur 1 représenté en référence à la figure 1. Cette amélioration des capacités d’échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides est notamment due à la variation des perturbations de l’écoulement du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 ce qui permet une meilleure homogénéisation de sa température et permet donc une amélioration de ses capacités d’échanges
thermiques. De plus, cette variation de la perte de charge du deuxième fluide F2 due à la conformation des protubérances 5 permet également de moduler la vitesse de passage du deuxième fluide F2 dans l’espace 37 défini entre les éléments creux 31, et en particulier de ralentir cette vitesse de circulation au niveau du centre 35c du canal 35 ce qui contribue également à l’amélioration des échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides. Un tel faisceau d’échange thermique 3 permet donc une meilleure régulation de la température du premier fluide Fl dans les exemples particuliers des figures 8 à 10 dans lesquels la température du premier fluide Fl est supérieure à la température du deuxième fluide F2, l’échange thermique se faisant donc du premier fluide Fl vers le deuxième fluide F2.
En référence à la figure 11, il est représenté un procédé de fabrication 100 d’un échangeur de chaleur 1 tel que décrit précédemment. Le procédé de fabrication 100 comprend une étape de réalisation El de protubérances 5 sur au moins une face d’au moins un élément creux 31. Ces protubérances 5 peuvent être réalisées directement sur l’au moins une face de l’au moins un élément creux 31 ou être réalisées en amont sur le feuillard 7 (visible sur les figures 4A et 4B).
Lorsque les protubérances 5 sont réalisées directement sur l’élément creux 31, celles-ci peuvent être réalisées par déformation, et notamment par emboutissage, d’une surface des première 33a et/ou deuxième 33b face de l’élément creux 31. Une telle préparation des protubérances 5 est rapide à mettre en œuvre et permet également au premier fluide Fl de passer à l’intérieur de ces protubérances 5, ce qui permet d’améliorer les échanges thermiques entre les premier Fl et deuxième F2 fluides lorsqu’ils traversent le faisceau d’échange thermique 3.
Selon une alternative, les protubérances 5 peuvent être réalisées sur l’élément creux 31 par ajout de matière sur une surface des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. De tels ajouts de matière peuvent par exemple être réalisés par un procédé de métallisation à froid, ou encore par un procédé de dépôt métallique direct, sur cette surface et en particulier sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces des éléments creux 31. De telles réalisations des protubérances par des procédés additifs permettent d’avoir par exemple accès à des formes complexes pour ces protubérances qui ne seraient que difficilement accessibles par un procédé d’emboutissage, ou encore de conférer aux protubérances 5 ainsi réalisées des propriétés particulières.
Le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre l’utilisation d’un masque afin de pouvoir définir des sections de formes particulières pour ces protubérances. Le procédé de métallisation à froid correspond à la projection d’un matériau sur la surface afin de permettre la formation des protubérances 5. Le procédé de métallisation à froid met en œuvre un gaz sous une pression pouvant être comprise entre 5 bars et 50 bars et à une température pouvant être inférieure ou égale à 1100°C. La température de projection du matériau doit être inférieure à la température de fusion de ce matériau afin d’éviter toute modification cristalline ou encore toute oxydation de celui-ci. Par ailleurs, l’utilisation de gaz sous pression permet de donner une vitesse suffisante à ce matériau pour qu’il subisse une déformation plastique au moment de son impact sur l’élément creux 31 et forme la protubérance 5 par accumulation de matière liée à cette déformation plastique. Le gaz utilisé pour ce procédé de métallisation à froid peut par exemple être choisi parmi l’argon, l’hélium, le dihydrogène, seuls ou en mélange. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de métallisation à froid peut mettre en œuvre une première sous-étape de projection de particules composées d’un premier matériau suivie d’une deuxième sous-étape de projection d’un deuxième matériau, différent du premier matériau, sur la surface des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Selon cet aspect, le deuxième matériau peut présenter des propriétés de brasage supérieures à celles du premier matériau afin de faciliter une étape ultérieure de ce procédé de fabrication 100. Par ailleurs, les premier et deuxième matériaux destinés à former les protubérances 5 doivent présenter une compatibilité chimique suffisante pour assurer le maintien mécanique du faisceau d’échange thermique 3. Il est ainsi possible de modifier certaines propriétés physico-chimiques des protubérances 5.
Le procédé de dépôt métallique direct quant à lui met en œuvre un laser dont la puissance peut être comprise entre 0,3 kW et 4 kW. En effet, le procédé de dépôt métallique direct correspond à la projection d’une poudre sur la surface de la première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31 puis à l’irradiation de cette poudre à l’aide du laser afin de permettre la fusion de cette dernière. Ce procédé de dépôt métallique direct permet de réaliser des protubérances 5 sur la première 33a et/ou la deuxième 33b faces de l’élément creux 31 présentant de faibles épaisseurs, et pouvant notamment atteindre des épaisseurs de l’ordre de 0,2 mm.
Selon une variante, les protubérances 5 peuvent être réalisées sur le feuillard 7
(représenté en référence aux figures 4A et 4B) distinct de l’élément creux 31. Pour cela, l’étape de réalisation El des protubérances 5 comprend une première sous-étape de formation des protubérance sur le feuillard 7 puis une deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard 7 présentant les protubérances 5 sur les première 33a et/ou deuxième 33b faces des éléments creux 31. Les différentes techniques de formation des protubérances 5 décrites précédemment, aussi bien en ce qui concerne la déformation d’une surface du feuillard 7 qu’en ce qui concerne le dépôt de matériau sur la surface du feuillard 7 afin de former les protubérances 5, peuvent également être utilisées au cours de la première sous-étape de formation des protubérances 5 sur le feuillard 7. Par ailleurs, la deuxième sous-étape de positionnement de ce feuillard 7 correspond à la disposition de ce feuillard 7 en regard des première 33a et/ou deuxième 33b faces de l’élément creux 31. Ce feuillard 7 est donc disposé en regard de l’au moins une face de l’au moins un élément creux 31 destinée à présenter les protubérances 5 et de manière à ce que les protubérances 5 s’étendent dans l’espace 37 défini pour le passage du deuxième fluide F2.
Le procédé de fabrication 100 met ensuite en œuvre une étape de préparation d’un empilement E2. Cet empilement comprend au moins deux élément creux 31 superposés. Cet empilement comprend au moins un élément creux 31 présentant au moins une face comportant une pluralité de protubérances 5. De plus, lorsque les protubérances 5 ont été réalisées sur le feuillard 7, cet empilement comprend en outre le feuillard 7 disposé entre les éléments creux 31 destinés à présenter les protubérances 5.
Le procédé de fabrication 100 met ensuite en œuvre une étape de chauffe et
compression E3 de l’empilement afin de permettre le brasage des deuxièmes extrémités libres 53 des protubérances 5 avec l’élément creux 31 adjacent disposé en regard de ces deuxièmes extrémités libres 53. Ainsi, le procédé de fabrication 100 est simple et rapide à mettre en œuvre, notamment du fait de la diminution des éléments constitutifs du faisceau d’échange thermique 3 de l’échangeur de chaleur 1. De plus, le feuillard 7 présentant les protubérances 5, lorsqu’il est présent, est brasé sur les faces des éléments creux 31 le présentant lors de cette étape de chauffe et compression E3.
Selon une alternative, l’empilement peut comporter en outre deux éléments d’extrémités 38, 39 (visibles sur la figure 1) disposés de part et d’autre de la superposition d’éléments creux 31 et parallèlement à ces éléments creux 31. Chaque élément d’extrémité 38, 39 présente une face disposée en regard d’une première 33a ou deuxième 33b face d’un élément creux 31. Par ailleurs, au moins un élément d’extrémité 38, 39 peut présenter une pluralité de protubérances 5 disposée sur la face disposée en regard d’un élément creux 31. Les protubérances 5 peuvent être réalisées directement sur l’élément d’extrémité 38, 39 ou être rapportées à l’élément d’extrémité 38, 39 avec le feuillard 7 décrit précédemment par exemple. Lorsque les protubérances 5 sont réalisées directement sur l’élément d’extrémité 38, 39, ces protubérances 5 peuvent être réalisées par déformation d’une surface de la face de l’élément d’extrémité 38, 39 disposée en regard des éléments creux 31 ou encore par dépôt de matière sur cette surface comme décrit précédemment.
Le procédé de fabrication 100 peut comprendre une dernière étape de fixation (non représentée) des entrée 11 et sortie 13 (visibles sur la figure 1) pour le premier fluide Fl.
Les différents modes de réalisation décrits précédemment sont des exemples fournis à titre illustratif et non limitatif. En effet, il est tout à fait possible pour l’homme de l’art d’envisager d’autres formes pour les protubérances 5 que celles décrites précédemment sans sortir du cadre de la présente description. D’autre part, l’homme de l’art pourra utiliser d’autres procédés de dépôt afin de former les protubérances par dépôt de matière sur la surface des éléments 31, 38, 39 ou du feuillard 7 sans sortir du cadre de la présente description. Ensuite, l’homme de l’art pourra combiner les non-uniformités des protubérances 5, comme par exemple une variation de l’orientation des protubérances 5 et une variation d’une propriété géométrique des protubérances 5 sans sortir du cadre de la présente description.
Ainsi, l’obtention d’un échangeur de chaleur 1 présentant des capacités d’échanges thermiques améliorées par rapport à ceux connus de l’art antérieur et présentant une bonne tenue mécanique tout en présentant un nombre de pièces limité est possible grâce à l’échangeur de chaleur 1 présentant un faisceau d’échange thermique 3 tel que défini précédemment. En particulier, la présence de protubérances 5 permet la solidarisation au moins des différents éléments creux 31 adjacents du faisceau d’échange thermique 3 et permet une augmentation de la surface d’échange thermique améliorant les échanges entre les premier Fl et deuxième F2 fluides. D’autre part, la solidarisation des différents éléments creux 31 adjacents de ce faisceau d’échange thermique 3 par brasage au niveau des protubérances 5 permet de simplifier la structure du faisceau d’échange thermique 3 et également d’assurer une bonne tenue mécanique de ce faisceau d’échange thermique 3 et donc de l’échangeur de chaleur 1.

Claims

Revendications
1. Echangeur de chaleur (1), notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau d’échange thermique (3) entre au moins un premier fluide (Fl) et un deuxième fluide (F2), ledit faisceau d’échange thermique (3) étant composé par au moins deux éléments creux (31) superposés présentant chacun une première (33a) et une deuxième (33b) faces, lesdits éléments creux (31) étant configurés pour former au moins un canal (35) présentant un centre (35c) et une périphérie (35p) et à l’intérieur duquel le premier fluide (Fl) est destiné à circuler et pour permettre la circulation du deuxième fluide (F2) dans un espace (37) entre les éléments creux (31) superposés, les circulations des premier (Fl) et deuxième (F2) fluides à l’intérieur du faisceau d’échange thermique (3) étant
perpendiculaires l’une par rapport à l’autre,
caractérisé en ce que
- au moins une des première (33a) et/ou deuxième (33b) face d’au moins un élément creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) s’étendant dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2), et en ce que
- les protubérances (5) sont conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p) pour permettre une perturbation plus importante de la circulation du deuxième fluide (F2) au niveau du centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p).
2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la
variation de la concentration de la perte de charge est provoquée par une variation de la densité en surface des protubérances (5) disposées dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2).
3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la
densité en surface de protubérances (5) est plus importante au niveau du centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p).
4. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3,
caractérisé en ce que les protubérances (5) sont disposées sur l’au moins première (33a) et/ou deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique (3), et en ce que la variation de la densité en surface des protubérances (5) est réalisée par variation de l’interdistance entre protubérances (5) d’une même rangée transversale.
5. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation de la perte de charge est provoquée par une variation d’au moins un paramètre géométrique des protubérances (5) disposées dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2).
6. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre géométrique variable est choisi parmi une taille d’une section de la protubérance (5), une forme de la protubérance (5), ou une combinaison de ces paramètres.
7. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (5) présentent au moins une face allongée et en ce que la variation de la perte de charge est provoquée par une variation d’une orientation par rapport au sens de circulation du deuxième fluide (F2) de la face allongée des protubérances (5) disposées dans l’espace (37) défini pour la circulation du deuxième fluide (F2).
8. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d’échange thermique (3) comporte en outre deux éléments d’extrémités (38, 39) disposés parallèlement aux éléments creux (31) superposés et respectivement de part et d’autre de la superposition d’éléments creux (31), chaque élément d’extrémité (38, 39) présente une face disposée en regard d’une première (33a) ou d’une deuxième (33b) face d’un élément creux (31) et définissant un espace (37) entre l’élément d’extrémité (38, 39) et l’élément creux (31) pour permettre la circulation du deuxième fluide (F2) et en ce que la face de l’élément d’extrémité (38, 39) disposée en regard de la première (33a) ou de la deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) comporte une pluralité de protubérances (5) conformées de manière à former une perte de charge plus concentrée au niveau du centre (35c) du canal (35) qu’au niveau de sa périphérie (35p).
9. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments creux (31) du faisceau d’échange thermique (3) comportent deux canaux (35) pour la circulation du premier fluide (Fl), lesdits canaux (35) étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation (36) et en ce que les protubérances (5) sont disposées sur l’au moins première (33a) et/ou deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) selon des rangées
transversales dans le faisceau d’échange thermique (3), la disposition des protubérances (5) dans chaque rangée transversale portées par chaque canal (35) de l’élément creux (31) étant symétrique par rapport à la paroi de
séparation (36).
10. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que les éléments creux (31) du faisceau d’échange thermique (3) comportent deux canaux (35) pour la circulation du premier fluide (Fl), lesdits canaux (35) étant séparés l’un de l’autre par une paroi de séparation (36) et en ce que les protubérances (5) sont disposées sur l’au moins première (33a) et/ou deuxième (33b) faces de l’élément creux (31) selon des rangées transversales dans le faisceau d’échange thermique (3), la disposition des protubérances (5) dans chaque rangée transversale portées par chaque canal (35) de l’élément creux (31) étant non-symétrique par rapport à la paroi de séparation (36).
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