Brevet FR2661487A1 — publié le 19911031

La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur, notamment pour le refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile. Un tel échangeur est utilisé pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, le premier fluide étant généralement le liquide de refroidissement du moteur et servant au refroidissement du second fluide, tel que de l'air sortant d'un turbo-compresseur et destiné à la suralimentation du moteur thermique du véhicule considéré. Ce type d'échangeur, comme décrit dans le brevet US-A-3,656,544, est généralement constitué d'un faisceau de tubes parallèles orientés selon une première direction et munis d'ailettes, les extrémités des tubes traversant à étanchéité, au moins à l'une de leurs extrémités, une plaque collectrice. Le sous-ensemble formé par les tubes, les ailettes et la plaque collectrice est placé dans un bac de manière à ce que, d'une part, le faisceau de tubes soit placé à l'intérieur de ce bac, et, d'autre part, la plaque collectrice obture l'ouverture du bac en étant fixée à celle-ci de manière étanche et un couvercle est ensuite rapporté, également de manière étanche, sur la plaque collectrice, ce couvercle associé à la plaque collectrice formant un dispositif de boîte collectrice pour le faisceau de tubes. Le caisson formé par le bac et le couvercle comporte, en outre, deux tubulures de passage d'air, ici l'air de suralimentation, en étant disposées de part et d'autre de la dimension longitudinale du faisceau de tubes muni d'ailettes, de manière à ce que l'air parcourt le faisceau de tubes dans une seconde direction transversale à la première. Ainsi, l'air de suralimentation pénètre par une des premières tubulures, parcourt transversalement le faisceau de tubes muni d'ailettes en se refroidissant, pour ressortir par l'autre tubulure à la température désirée, le fluide circulant dans les tubes ayant capté la plus grande partie des calories véhiculées par l'air de suralimentation. La Demanderesse a cependant constaté que cet échangeur présente un inconvénient majeur. En effet, en cas de défaut d'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice, une fuite du fluide circulant dans les tubes, ici de l'eau glycolée, peut être introduite dans le bac qui est parcouru par l'air de suralimentation à haute température. Au contact de l'air de suralimentation, l'eau se vaporise et ressort par la tubulure de sortie en se dirigeant vers le moteur et plus particulièrement vers les chambres de combustion de celui-ci en pouvant entraîner une détérioration du mélange air/essence dans lesdites chambres, voire même un endommagement irrémédiable dudit moteur. La présente invention se propose de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus en présentant un échangeur dans lequel, même en cas de défaut d'étanchéité entre les tubes et la plaque collectrice, l'éventuelle fuite ne peut pas s'introduire dans le bac formant une partie du caisson. Selon la présente invention, l'échangeur de chaleur, notamment pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide, comprenant un faisceau de tubes munis d'ailettes dans lequel circule un premier fluide, les extrémités des tubes traversant à étanchéité au moins à l'une de leurs extrémités une plaque collectrice pour communiquer avec l'intérieur d'une boîte collectrice, ledit faisceau étant logé dans un caisson traversé par un second fluide, le caisson étant constitué par deux parties à assemblage mutuel, est caractérisé en ce que une plaque d'étanchéité est prévue entre la plaque collectrice et le faisceau de tubes. Grâce à l'invention, même en cas de fuite au niveau de la liaison des extrémités des tubes avec la plaque collectrice, la fuite ne peut pas pénétrer dans le bac grâce à la plaque d'étanchéité qui interdit toute pénétration d'un fluide quelconque à l'intérieur du bac contenant le faisceau de tubes à ailettes. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont ressortir de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre, en coupe partielle, l'échangeur selon la présente invention - la figure 2 montre une vue latérale avec une coupe locale selon la figure 1. En se référant aux figures 1 et 2, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau 1 composé de tubes 2 parallèles entre eux en étant de direction verticale, et traversant une multiplicité d'ailettes 3 liées auxdits tubes et disposées orthogonalement par rapport à ceux-ci, en étant à faible distance les unes des autres. Dans la suite de la description, et pour la facilité de la compréhension de l'invention, il est considéré que les tubes 2 sont constitués par une multiplicité de tubes en "U" dont les branches 4 sont toutes verticales avec leur extrémité libre 5 dirigée vers le haut, les branches 4 étant fixées, de manière connue en soi, par expansion, dans les ailettes 3 d'échange de chaleur et, de ce fait, il sera considéré que le faisceau 1 des tubes 2 ne comporte qu'une seule extrémité. Sur les extrémités libres 5 des tubes 2, est disposée une première plaque 6, dite plaque d'étanchéité et dont le rôle sera explicité par la suite, ladite plaque présentant des ouvertures 7 entourées de collets 8 dirigés vers le faisceau 1, les ouvertures étant de forme et de disposition correspondant à ceux des extrémités 5. Ces ouvertures sont traversées par les tubes leur correspondant, et cela d'une manière étanche soit, par exemple, par interposition d'une feuille élastomère entre les tubes et les ouvertures, soit par expansion des tubes dans ces ouvertures. Sur les extrémités 5 des tubes 2 saillant au-delà de la plaque d'étanchéité 6, est enfilée une deuxième plaque 9, dite plaque collectrice, qui est également pourvue à cet effet d'ouvertures 10 de disposition identique à celle de la plaque d'étanchéité 6, la plaque collectrice 9 étant disposée sur les extrémités libres 5 de manière étanche, soit par expansion des tubes dans les ouvertures 10, soit, comme représenté sur la figure 1, par interposition d'une feuille d'élastomère 11 dont dépendent des manchons d'étanchéité 12 interposés entre les ouvertures et les extrémités 5 des tubes. De préférence, la plaque collectrice est maintenue à distance par rapport à la plaque d'étanchéité 6, grâce à un talon 13 qui s'étend sur le pourtour de ladite plaque collectrice en créant ainsi un interstice 14 entre les deux plaques. Bien entendu, pour créer l'interstice 14, tous autres moyens peuvent être prévus, tels qu'un talon porté par la plaque d'étanchéité ou des cales d'espacement. A partir de la face de la plaque collectrice 9 opposée au faisceau 1 est rapportée, de manière étanche telle que soudage par ultrasons, une boîte collectrice 15 apte à recouvrir en totalité des extrémités 5 des tubes et comportant une tubulure 16 d'arrivée du premier fluide, ici le liquide de refroidissement du moteur, composé par exemple d'eau glycolée, et d'une tubulure de sortie 17 dudit fluide. Le sous-ensemble formé par le faisceau 1, la plaque d'étanchéité 6, la plaque collectrice 9 et la boîte collectrice 15, est apte à être logé dans un caisson, d'une manière telle que le faisceau 1 de tubes se retrouve enfermé dans le bac 18 formant l'une des parties du caisson. Le bac 18 est formé d'un fond 19 et d'une paroi latérale 20 présentant deux faces longitudinales opposées 21,22, sensiblement parallèles l'une à l'autre, et deux faces d'extrémités opposées 23,24, la paroi latérale 22 délimitant également une ouverture 25 opposée au fond 19. La largeur interne du bac 18, c'est-à-dire la dimension entre les surfaces internes des faces longitudinales 21,22, planes intérieurement, est au moins égale à la dimension transversale du faisceau 1 de tubes à ailettes, alors que la dimension longitudinale dudit bac est plus grande que la dimension longitudinale du faisceau de tubes à ailettes 1. Plus précisément, comme mieux visible sur la figure 2, les faces 23,24 du bac sont inclinées vers l'extérieur de manière à créer deux espaces libres 26,27 entre les bords latéraux du faisceau 1 de tubes à ailettes et desdites faces. Comme précédemment mentionné, c'est à l'intérieur de ce bac qu'est disposé le faisceau de tubes à ailettes 1. Plus précisément, le faisceau de tubes à ailettes 1 est introduit dans l'espace libre du bac 18 jusqu'à ce que la plaque d'étanchéité 6 s'appuie sur le rebord 28 que présente l'ouverture 25 dudit bac. Pour ce faire, la plaque d'étanchéité 6 a des dimensions correspondant sensiblement à la longueur et à la largeur du bac, de sorte que sa périphérie est adjacente au rebord 28 saillant extérieur entourant l'ouverture 25 du bac, ladite plaque collectrice portant en outre, d'une part, une tubulure d'entrée 29 du second fluide, ici l'air sortant d'un turbo-compresseur et destiné à la suralimentation du moteur thermique du véhicule automobile, en regard de l'espace 26, et, d'autre part, une tubulure de sortie 30 dudit fluide, tubulure disposée en regard de l'espace libre 27. La plaque d'étanchéité 6 forme ainsi couvercle pour le bac 18, le couvercle et le bac formant les deux parties du caisson à assemblage mutuel. Comme mieux visible sur les figures, la plaque d'étanchéité 6 est rapportée sur le rebord 28 de l'ouverture 25 de manière étanche. En pratique, il est prévu que le rebord porte un joint d'étanchéité 31 emprisonné, d'une part, entre les surfaces de la plaque d'étanchéité 6 et la surface du rebord 28 en regard l'une de l'autre et, d'autre part, entre une collerette 32 issue du rebord 28 et d'une seconde collerette 33 issue de la plaque d'étanchéité 6 apte à venir s'emboîter dans un épaulement extérieur 34 que porte le rebord 28. Le maintien du sous-ensemble précédemment défini par rapport au bac 18 est assuré par des agrafes 35 entre le rebord 28 et le talon 13 que présente la plaque collectrice 9. Pour ce faire, le talon 13 présente un prolongement extérieur orthogonal 36 muni d'une face inclinée 37 opposée à celle en contact avec la plaque d'étanchéité 6. Sur cette face 37 s'appuie la première branche de l'agrafe 35 alors que la deuxième branche s'appuie sur la face du rebord 28 opposée à celle portant le joint d'étanchéité 31. Ainsi, lors de l'agrafage le joint est comprimé en assurant l'étanchéité entre la plaque d'étanchéité 6 et le rebord 28 tout en maintenant, de manière fixe, les plaques 6,9 sur ce rebord. Dans cette configuration, il est assure une première étanchéité au niveau de la plaque collectrice entre le liquide de refroidissement et ladite plaque, une deuxième étanchéité au niveau de la plaque d'étanchéité 6, entre l'air circulant dans le bac et la plaque collectrice 9, et une troisième étanchéité entre l'air de suralimentation circulant dans le bac et l'air extérieur. Ainsi, dans le cas d'une fuite éventuelle au niveau de la liaison étanche des extrémités de tubes 5 avec la plaque collectrice 9, la fuite ne pourra que se maintenir dans l'interstice 14 entre la plaque collectrice 6 et la plaque collectrice 9, l'étanchéité étant assurée entre cet interstice et le volume défini par le bac 18 et éventuellement le fluide présent dans cet interstice pourra s'évacuer vers l'extérieur, car l'étanchéité entre le talon 13 et la plaque d'étanchéité 6 est telle que cette évacuation est permise. Bien entendu, et cela sans sortir du cadre de l'invention, il peut être prévu que la boîte collectrice 15, la plaque collectrice 9, la plaque d'étanchéité 6 et le rebord 28 soient liés l'un à l'autre de manière étanche par tout moyen connu. REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur, notamment pour l'échange de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide, comprenant un faisceau (1) de tubes (2) munis d'ailettes (3) dans lequel circule un premier fluide, les extrémités (5) des tubes traversant à étanchéité au moins à l'une de leurs extrémités une plaque collectrice (9) pour communiquer avec l'intérieur d'une boîte collectrice (15), ledit faisceau étant logé dans un caisson traversé par un second fluide, le caisson étant constitué par deux parties à assemblage mutuel, caractérisé en ce que une plaque d'étanchéité (6) est disposée entre la plaque collectrice (9) et le faisceau (1). 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités (5) des tubes (2) traversent à étanchéité la plaque d'étanchéité (6). 3) Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque collectrice (9) est disposée à distance de la plaque d'étanchéité (6) en créant un interstice (14). 4) Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque collectrice (9) est maintenue à distance de la plaque d'étanchéité (6) par un talon (13). 5) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le talon (13) est porté par la plaque collectrice (9). 6) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le caisson est formé par un bac (18) fermé par un couvercle, caractérisé en ce que la plaque d'étanchéité (6) forme le couvercle du bac (18). 7) Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque d'étanchéité (6) porte les tubulures d'entrée (29) et de sortie (30) du second fluide. 8) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque d'étanchéité (6) est portée à étanchéité sur le rebord (28) du bac (18). 9) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque d'étanchéité (6) et la plaque collectrice (9) sont maintenues sur le rebord (28) par des agrafes (35). 10) Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les agrafes (35) s'appuient par une de leurs branches sur un prolongement (36) issu de la plaque collectrice (9).