Brevet FR2615605A1 — publié le 19881125

Changeur de chaleur à tubes en épingle, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne un échangeur de chaleur à tubes en épingle, notamment pour véhicule automobile. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui comprennent un faisceau de tubes en épingle ou tubes en U propres à être parcourus par un fluide, dans lequel chaque tube comprend deux branches -qui, à une extrémité, sont reliées entre elles par un coude ou cintre et qui, à leur autre extrémité, sont montées de façon étanche sur un collecteur ou plaque à tubes d'une boite à eau. Généralement, les tubes traversent un ensemble d'ailettes qui s'étendent parallèlement entre elles et perpendiculairement aux branches des tubes en épingle. Ces échangeurs de chaleur sont utiles en particulier dans les véhicules automobiles pour servir notamment de radiateurs de chauffage, les tubes étant parcourus par le fluide de refroidissement du moteur et servant à chauffer un flux d'air à envoyer dans lthabitacle du véhicule. Par rapport aux échangeurs de chaleur classiques à deux boites à eau- montées aux deux extrémités d'un faisceau de tubes rectilignes, ils ont l'avantage de supprimer une boi- te à eau. Cependant, alors que dans les échangeurs classiques à deux boîtes à eau, l'une des deux boîtes peut servir à contenir un autre échangeur, par exemple un radiateur d'huile, cette possibilité n'est pas offerte avec les échangeurs de chaleur à tubes en épingle. En effet, cette possibilité supplémentaire est difficilement réalisable avec les échangeurs de chaleur à tubes en épingle, d'autant plus que l'unique boite à eau est cloisonnée intérieurement pour former un compartiment qui communique avec l'une des deux branches de chaque tube en épingle et un autre compartiment qui communique avec l'autre branche des tubes. L'invention visé notamment à éviter cet inconvénient. C'est un but général de l'invention de procurer un échangeur de chaleur à tubes en épingle qui offre des possibilités supplémentaires d'échange entre le fluide qui circule dans les tubes en épingle et encore un autre fluide. C'est, en particulier, un but de l'invention, de procurer un tel échangeur de chaleur à tubes en épingle pour véhicule automobile qui permet de réchauffer le liquide de l'installation de lave-glace. C'est encore un autre but de l'invention de procurer un tel échangeur de chaleur à tubes en épingle pour véhicule automobile qui permet de refroidir de l'huile provenant d'un circuit d'huile, par exemple de l'huile de boîte de vitesse automatique. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes en épingle ou tubes en U, propres à être parcourus par un fluide, dans lequel chaque tube comprend deux branches qui, à une extrémité, sont reliées entre elles par un coude ou cintre et qui, à leur autre extrémité, sont montées de façon étanche sur un collecteur d'une boîte à eau. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, cet échangeur de chaleur comprend un réceptacle qui est situé à l'autre extrémité du faisceau par rapport à la boite à eau et qui comprend une paroi perforée traversée à étanchéité par les branches des tubes à proximité des coudes, en sorte que ces coudes s'étendent à l'intérieur du réceptacle pour permettre un échange de chaleur entre le fluide circulant dans les tubes et un fluide circulant dans le réceptacle. Un tel échangeur de chaleur peut être utilisé par exemple pour chauffer un flux d'air qui traverse le faisceau de tubes, et cela par échange de chaleur avec un fluide chaud qui circule à travers les tubes en épingle. Ce fluide chaud peut être, par exemple, le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Conformément à l'invention, grâce à la présence du réceptacle situé à l'autre extrémité du faisceau par rapport à la boîte à eau, on peut créer un échange de chaleur entre le fluide circulant à travers les tubes en épingle et un autre fluide qui circule à travers ce réceptacle. Cet autre fluide peut être, par exemple, l'eau de l'installation du liquide de lave-glace du véhicule. Cette eau est ainsi réchauffée par échange thermique avec le liquide de refroidissement du moteur, ce qui facilite le nettoyage du pare-brise du véhicule et le dégivrage de celui-ci par temps froid. Le fluide qui circule dans le réceptacle peut aussi être constitué par une huile, par exemple l'huile de lubrification du moteur du véhicule ou encore une huile de la boite de vitesse de ce véhicule. Cette huile est alors refroidie par échange thermique avec le liquide de refroidissement qui circule dans les tubes en épingle. Dans ce dernier cas, le réceptacle remplace avantageusement le radiateur d'huile que l'on immergeait dans l'une des deux boîtes à eau d'un échangeur à deux boîtes à eau conformément à la technique antérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réceptacle comprend un collecteur comportant ladite paroi perforée et un boitier ayant une face ouverte propre à être montée de façon étanche sur ce collecteur. Avantageusement, le collecteur du réceptacle est identique au collecteur de la boîte à eau, ce qui évite d'avoir un collecteur spécifique pour le réceptacle. L'échangeur de chaleur selon l'invention est avantageusement du type comprenant un ensemble d'ailettes qui s'étendent parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction des branches de tubes. Dans une première forme de réalisation de l'invention, le réceptacle est situé à une extrémité de l'ensemble d'ailettes et extérieurement à cet ensemble. Dans une autre forme de réalisation de l'invention,une partie des ailettes de l'ensemble est contenue dans le réceptacle. Ceci permet d'améliorer l'échange thermique entre le fluide qui parcourt les tubes en épingle et le fluide qui traverse le réceptacle. Avantageusement, le réceptacle comprend un ensemble de cloi sons internes pour forcer le fluide contenu dans le réceptacle à circuler entre les ailettes. Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur conformément à une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 représente schématiquement une installation de lave-glace d'un véhicule automobile, dans laquelle le liquide de lave-glace est chauffé au moyen de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue partiellement en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est une vue en coupe partielle suivant la ligne V-V de la figure 4. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend un faisceau 10 de tubes en épingle ou tubes en U à une extrémité duquel est montée une boîte à eau 12 et à l'autre extrémité duquel est monté un réceptacle 14 selon l'invention. Le faisceau 10 comprend des tubes en épingle ou tubes en U 16, au nombre de huit dans l'exemple considéré, comprenant chacun deux branches 18 et 20 qui, à une extrémité, sont reliées entre elles par un coude ou cintre 22 sensiblement en forme de demi-cercle et qui, à leur autre extrémité, sont montées de façon étanche sur un collecteur ou plaque à tubes 24. Le collecteur 24 a une forme générale rectangulaire et comporte des trous 26, au nombre de seize dans l'exemple considéré, servant au passage des deux branches 18 et 20 de chaque tube 16. Dans cette forme de réalisation, le collecteur 24 est réalisé en matière plastique et comporte un bord périphérique 28 de forme générale rectangulaire sur lequel est soudé, par exemple par ultrasons, le. bord périphérique 30 délimitant la face ouverte de la boîte à eau 12, cette dernière étant également réalisée en matière plastique. La boite à eau 12 est également pourvue d'une tubulure d'entrée 32 et d'une tubulure de sortie 34 propres à être raccordées au circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. La boîte à eau 12 comporte une cloison interne 36 s'étendant sur toute la longueur de celle-ci et dont le bord libre est propré à s'engager à étanchéité dans une rainure 38 que ménage le collecteur 24. Au montage de la boite à eau 12 sur le collecteur 24, le bord libre de la cloison 36 vient s'engager dans la rainure 38, l'intérieur de la boîte à eau 12 étant ainsi divisé en deux compartiments : un compartiment 40 qui est alimenté par la tubulure 32 et qui permet d'alimenter la branche 18 de chaque tube 16 et un compartiment 42 qui est en communication avec l'autre branche 20 des tubes 16 et également avec la tubulure de sortie 34.De cette façon, le liquide de refroidissement du moteur pénètre dans le compartiment 40 par la tubulure 32, circule ensuite à travers l'ensemble des tubes du faisceau, gagne alors le compartiment 42 et quitte l'échangeur par la tubulure 34. Le réceptacle 14 qui est prévu à l'autre extrémité du faisceau 10 comprend un collecteur 44 identique au collecteur 24 et comprenant une paroi perforée traversée à étanchéité par les branches 18 et 20 des tubes 16, à proximité des coudes 22. Le collecteur 44 comporte un rebord périphérique 46 sur lequel est soudé, par exemple par ultrasons, le rebord périphérique 48 d'un boîtier 50 faisant partie du réceptacle 14. Ce boitier 50, également réalisé en matière plastique, comprend une tubulure d'entrée 52 et une tubulure de sortie 54 permettant de raccorder le réceptacle 14 à un circuit de circulation d'un autre fluide. Les branches 18 et 20 des tubes 16 traversent un ensemble d'ailettes 56, de forme générale rectangulaire, qui s'étendent parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction des branches 18 et 20 des tubes. Dans l'exemple, l'ensemble des ailettes 56 est compris entre le collecteur 24 de la boîte à eau 12 et le collecteur 44 du réceptacle 14. On se réfère maintenant à la figure 3. L'échangeur de chaleur décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2 sert ici au chauffage du liquide de lave-glace d'une installation de lave-glace d'un véhicule automobile. Les tubulures d'entrée et sortie 32 et 34 de l'échangeur de chaleur sont reliées au circuit de refroidissement du moteur du véhicule en sorte que les tubes en épingle soient parcourus par le liquide de refroidissement du moteur qui se trouve échauffé par le moteur. L'installation de lave-glace comprend un réservoir 58 propre à contenir le liquide de lave-glace, le fond du réservoir étant relié à la tubulure d'entrée 52 du réceptacle 14 par l'intermédiaire d'une conduite 60 sur laquelle est interc-a- lée une pompe 62. La tubulure de sortie 54 du réceptacle 14 est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite 64, à un gicleur 66 propre à projeter le liquide de lave-glace sur le pare-brise 68 du véhicule automobile. Avant d'être projeté sur le pare-brise, le liquide de laveglace est réchauffé dans le réceptacle 14 par échange thermique avec le liquide de refroidissement du moteur qui cir cule en permanence notamment à travers les coudes 22 des tubes 16. Ceci facilite le nettoyage du pare-brise et son dégivrage par temps froid. Bien entendu, le liquide de lave-glace ainsi réchauffé peut être projeté, le cas échéant, sur la glace arrière du véhicule et/ou sur les glaces des phares du véhicule. On se réfère maintenant aux figures 4 et 5. Dans cette forme de réalisation, les extrémités libres des branches 18 et 20 des tubes 16 sont montées de façon étanche sur le collecteur 70 d'une bote à eau 72. L'échangeur de chaleur comprend en outre un réceptacle 74 qui est situé à l'autre extrémité du faisceau 10 par rapport à la bote à eau 72 et qui comprend un collecteur 76, identique au collecteur 70, sur lequel est monté, par sa face ouverte, un boîtier 78 faisant partie du réceptacle 74. Ce boîtier 78 comporte une tubulure d'entrée 94 et une tubulure de sortie 96 propres à raccorder le réceptacle 74 à un circuit de circulation d'un autre fluide. Dans cet exemple particulier, le collecteur 76 est une plaque métallique qui comporte des trous de passage pour les branches des tubes 16, ces trous étant bordés chacun d'un collet 80. Sur la plaque métallique ainsi formée est placée une feuille 82 en matériau élastomère pour permettre le passage étanche des tubes et pour permettre également le montage étanche du collecteur 76 sur le boîtier 78. Le collecteur 76 comporte un rebord périphérique 84, de forme générale rectangulaire, qui coopère avec le rebord périphérique 86, également de forme générale rectangulaire, du boîtier 78. Les rebords 84 et 86 sont maintenus serrés l'un contre l'autre au moyen de pattes de sertissage 88. Comme montré sur les figures 4 et 5, une partie des ailettes 56 est située à l'intérieur du réceptacle 74, si bien que le collecteur 76 se trouve intercalé entre deux ailettes consécutives. A l'intérieur du réceptacle 74 est prévu un ensemble de cloisons parallèles 90 qui sont groupées par paires, chaque paire de cloisons étant propre à encadrer le coude 22 d'un tube en épingle 16. Les cloisons 90 sont parallèles entre elles et dépendent intérieurement du boîtier 78 qui est de préférence réalisé par moulage d'une matière plastique. Les cloisons 90 ont sensiblement la forme d'un secteur semicirculaire et présentent un bord rectiligne 92 qui vient en contact avec la dernièr ailette ou ailette d'extrémité de l'ensemble des ailettes 56. On comprendra que, dans ces conditions, le fluide qui circule à l'intérieur du réceptacle 74 est forcé de circuler entre les ailettes contenues dans le réceptacle, ce qui améliore l'échange thermique entre le fluide circulant dans le réceptacle et le fluide circulant dans les tubes en épingle. Le réceptacle 74 peut être raccordé, par exemple, à un circuit d'huile tel que le circuit de l'huile de lubrification du véhicule ou encore le circuit de l'huile de la boîte de vitesse du véhicule. Là encore, les tubes 16 sont propres à être parcourus par le liquide de refroidissement du moteur. Dans cette application particulière, l'huile qui passe dans le réceptacle 74 se trouve refroidie par échange thermique avec le liquide de refroidissement du moteur, cet échange étant favorisé par la présence d'une partie des ailettes à l'intérieur du réceptacle 74. Bien entendu, des ailettes peuvent être également prévues dans le réceptacle 14 de l'échangeur de chaleur décrit en référence aux figures 1 et 2. Revendications. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau (10) de tubes en épingle ou tubes en U (16), propres à être parcourus par un fluide, dans lequel chaque tube (16) comprend deux branches (18, 20) qui, à une extrémité, sont reliées entre elles par un coude ou cintre (22) et qui, à leur autre extrémité, sont montées de façon étanche sur un collecteur (24; 70) d'une boîte à eau (12; 72), caractérisé en ce qu'il comprend un réceptacle (14; 74) qui est situé à l'autre extrémité du faisceau par rapport à la boite à eau (12; 72) et qui comprend une paroi perforée traversée à étanchéité par les branches des tubes à proximité des coudes, en sorte que ces derniers s'étendent à l'intérieur du réceptacle (14; 74) pour permettre un échange de chaleur entre le fluide circulant dans les tubes (16) et un fluide circulant dans le réceptacle (14; 74). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réceptacle (14; 74) comprend un collecteur (44; 76) comportant ladite paroi perforée et un boîtier (50; 78) ayant une face ouverte propre à être montée de façon étanche sur ce collecteur. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le collecteur (44; 76) du réceptacle (14; 74) est identique au collecteur (24; 70) de la boîte à eau (12; 72). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bottier (50; 78) 'du réceptacle (14; 74) comprend deux tubulures d'entrée/sortie (52, 54, 94, 96) de raccordement à un circuit de circulation. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les branches (18, 20) des tubes (16) traversent un ensemble d'ailettes (56) qui s'étendent parallè lement entre elles et perpendiculairement à la direction des branches des tubes, caractérisé en ce que le réceptacle (14) est situé à une extrémité de l'ensemble d'ailettes et extérieurement à cet ensemble. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les branches (18, 20) des tubes (16) traversent un ensemble d'ailettes (56) qui s'étendent parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction des branches des tubes, caractérisé en ce qu'une partie des ailettes est contenue dans le réceptacle (74). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réceptacle (74) comprend un ensemble de cloisons internes (90) pour forcer le fluide à l'intérieur du réceptacle (74) à circuler entre les ailettes. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé én ce que l'ensemble de cloisons (90) comprend des paires de cloisons parallèles, chaque paire de cloisons étant propre à encadrer le coude (22) d'un tube (16) et chaque cloison comportant un bord libre (92) propre à venir en appui sur la dernière ailette de l'ensemble d'ailettes. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réceptacle (14; 74) est propre à être raccordé à une installation de lave-glace pour véhicule automobile pour réchauffer le liquide du lave-glace. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réceptacle (14; 74) est propre à être raccordé à un circuit de circulation d'huile pour le refroidissement de cette huile.