Brevet FR2704635A1 — publié le 19941104

RADIATEUR D'AUTOMOBILE ET PROCEDE DE FABRICATION DESCRIPTION L'invention concerne un radiateur d'automobile et un procédé de fabrication possible de certains éléments constituant la surface d'échange de chaleur. Le fluide caloporteur des moteurs d'automobiles est généralement de l'eau mélangée à du glycol ou à un autre antigel. La chaleur qu'il absorbe est évacuée par la surface d'échange d'un radiateur exposé à l'air ambiant et dans lequel l'eau s'écoule entre une boîte à eau de distribution et une boîte à eau de collecte. Cette surface d'échange est composée pour l'essentiel, dans la plupart des cas, de tubes métalliques de cuivre ou' d'aluminium parallèles à section ovale, circulaire ou rectangulaire très plate qui sont raccordés par leurs extrémités aux boîtes à eau généralement en matériau polymérique; l'air de refroidissement circule entre les tubes grâce à la vitesse de l'automobile ou, à défaut, à un ventilateur. Or les intervalles entre les tubes sont occupés par des feuilles ondulées de métal destinées à augmenter la surface d'échange de chaleur: elles sont reliées aux tubes par des brasures établies aux sommets des ondulations. Mais les difficultés technologiques sont importantes pour contrôler la qualité des brasures sur des feuilles aussi minces (110 pn par exemple), et on a pu observer des défauts de contact entre feuilles et tubes qui nuisaient à la conduction de la chaleur et donc à l'efficacité du radiateur. Le fragment de radiateur connu de la figure 1 est formé de tubes 1 à section rectangulaire très plate dont on a illustré des portions des deux faces ou plaques principales 2 pour deux d'entre eux. L'eau à refroidir circule dans les tubes 1, en direction de la flèche L, le long de canaux 4. Les espaces entre les tubes 1, sensiblement plus larges que les canaux 4, sont occupés par des feuilles ondulées 5 unies aux plaques planes 2, aux sommets des ondulations, par des brasures 6. Les ailettes des feuilles 5 ont subi un emboutissage qui y a formé des lamelles 7, dont la forme est semblable aux persiennes des volets, pour accroître la turbulence de l'air qui circule parallèlement aux ailettes, c'est-à-dire perpendiculairement au liquide, selon la flèche G. L'inconvénient de devoir contrôler les brasures 6 ainsi que l'intérêt de plus en plus grand de construire les radiateurs en matière polymérique, pour limiter leur corrosion soit par le liquide caloporteur soit par le sel souvent projeté sur les routes en hiver, pour limiter leur coût et pour alléger substantiellement les véhicules, sont les raisons principales à la source de l'invention. On constatera en effet que certaines réalisation de l'invention peuvent être avantageusement fabriquées par des techniques associées aux matières polymériques thermoplastiques, bien qu'il ne soit pas acceptable de la limiter à ces matériaux, car son avantage essentiel est de parvenir à une bonne efficacité de refroidissement à l'aide d'une structure simple: des matières thermodurcissables sont également convenables. Le radiateur objet de l'invention, composé essentiellement de plaques parallèles creuses dans lesquelles circule le fluide caloporteur et entre lesquelles circule un fluide réfrigérant tel que l'air, est en outre caractérisé en ce que les plaques sont en matériau polymérique et ont des faces exposées au fluide réfrigérant pourvues de saillies linéaires et perpendiculaires à la circulation du fluide, ou de protubérances ponctuelles. Ces saillies, qui peuvent être continues ou non, ou ces protubérances ont la fonction technique commune d'accroître la surface d'échange de chaleur et de créer des turbulences du flux réfrigérant en faisant varier la section des intervalles ou des canaux qu'il traverse. Certains exemples et des règles dimensionnelles seront proposés plus loin, mais il n'est pas nécessaire que les variations de section, c'est-à-dire la taille des saillies ou protubérances, soient importantes car leur nombre peut aussi jouer un rôle important. Il est aussi favorable que les saillies ou protubérances de plaques voisines, orientées les unes vers les autres des deux côtés d'un même canal d'écoulement d'air, aient des projections perpendiculairement aux plaques qui soient différentes. L'élément de surface d'échange de chaleur du radiateur peut être fabriqué à partir de demi-plaques moulées par injection, en soudant les demi-plaques entre elles pour constituer les canaux d'écoulement du fluide caloporteur. Dans le cas o les saillies linéaires sont continues et parallèles aux canaux d'écoulement, les plaques peuvent être fabriquées d'une pièce par un procédé d'extrusion en continu, et les saillies s'étendent donc dans l'axe des tubes: les tubes seront alors avantageusement construits, s'ils sont en polymère, d'un bloc par un procédé d'extrusion. On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif: - la figure 1 est une vue d'une surface d'échange de chaleur de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue d'ensemble de l'invention, - la figure 3 est une vue de détail d'une réalisation de l'invention en coupe à travers les plaques, les saillies étant longitudinales et continues, - la figure 4 est une vue d'une autre réalisation de l'invention en coupe à travers les plaques, les saillies étant longitudinales et discontinues, - les figures 5a à 5f illustrent six formes de saillies latérales, - les figures 6a et 6b représentent une face principale de plaque et à protubérances ponctuelles pour deux réalisations analogues, et - la figure 7 illustre le raccordement des plaques aux boîtes à eau. On a illustré globalement un radiateur 10 conforme à l'invention à la figure 2. Il comporte deux boîtes à eau, une de distribution 11 et une de collecte 12, situées l'une au-dessus de l'autre. Chacune des boîtes à eau 11 et 12 est formée d'une plaque ajourée 13 et d'une enveloppe 14. L'enveloppe 14 peut être semi-cylindrique, ses génératrices d'extrémités sont jointes à la plaque ajourée 13 par un soudage ou un collage et sa portion opposée est percée et jointe à une tubulure 15. Une canalisation souple non représentée est raccordée aux tubulures 15 pour transporter l'eau du circuit de refroidissement du moteur dans la boite à eau de distribution 11 et la retirer de celle de collecte 12. Les plaques 9 de l'invention s'étendent entre les plaques ajourées 13, à travers lesquelles leurs extrémités sont engagées et soudées ou collées pour atteindre les boîtes à eau 11 et 12, comme la figure 7 l'illustre. Comme le montre la flèche G, l'air ambiant atteint le radiateur 10 par sa face avant, le traverse en s'écoulant entre les tubes 9, refroidissant ainsi l'eau, qui se répartit dans les plaques 9 en s'écoulant entre les boîtes à eau 11 et 12. Le radiateur 10 est placé à l'avant de l'automobile, derrière la calandre et devant le moteur. Comme cet emplacement est classique, on s'est contenté de symboliser l'automobile vue de l'avant par le cadre A. On voit à la figure 3 que les plaques 9 peuvent être formées comme dans la réalisation connue de deux faces principales 16 toutes parallèles entre elles et jointes par des faces beaucoup plus courtes 17; une surface de joint 18 coupe les faces courtes 17 si les plaques 9 sont produites par moulage-injection en deux parties ou demi-plaques dont chacune est composée d'une des faces principales 16 et d'une moitié des faces courtes 17 puis par le soudage ou le collage de ces demi-plaques à la surface de joint 18. Dans certaines réalisations o la plaque 9 a une section uniforme, il est cependant possible et plus avantageux de la fabriquer par extrusion continue. La plaque 9 est alors produite en demi- plaques comme précédemment ou, ce qui sera probablement préféré, d'une pièce à une forme semblable, sauf qu'il n'y a plus de surface de joint 18. Le volume inclus dans la plaque 9, qui constitue le canal dans lequel l'eau coule, peut être divisé en canaux parallèles séparés par des nervures longitudinales 25 dont la fonction est de mieux guider l'eau. Ces nervures longitudinales 25 sont produites à l'extrusion ou assemblées aux plaques 9 par collage ou soudage selon le cas. Les faces principales 16 sont pourvues de saillies linéaires 19, qu'on voit ici en coupe et qui sont perpendiculaire à la direction G de l'écoulement de l'air. Leur section peut être semi-cylindrique et jointe à la face principale 16 par un diamètre. On définit par p leur pas d'espacement le long des faces principales 16, h leur hauteur, c'est-àdire ici leur rayon, et e la largeur du canal 20 de passage de l'air entre deux faces principales 16 consécutives. Les saillies linéaires 19 font varier la section des canaux et rendent l'écoulement d'air turbulent; le brassage ainsi provoquée accroit le léchage des faces principales 16 par l'air et améliore l'extraction de la chaleur. Dans cette réalisation, les saillies linéaires 19 sont continues sur toute la longueur libre des plaques 9, c'est-à-dire entre les plaques ajourées 13, mais ne s'étendent pas sur les portions des plaques 9 engagées dans les plaques ajourées 13. Si le procédé de fabrication, l'extrusion par exemple, impose de les prolonger sur ces portions, elles sont ensuite arasées. Les coefficients d'amélioration du transfert thermique entre l'air et la paroi des plaques 9 ont été généralement compris entre 1, 25 et 3 pour des augmentations de perte de pression relative comprises entre 3 et 8. Les valeurs du rapport h/e étaient comprises entre 0,01 et 0,5, le rapport p/h était compris entre 5 et 100. On a représenté à la figure 4 une réalisation o les saillies linéaires 19 continues sur toute la longueur des tubes 15 sont remplacées par des saillies discontinues 21 de longueur a et de pas longitudinal pl, leur intervalle étant donc b=p'-a. Le même effet de turbulence est obtenu avec une perte de charge plus réduite sur l'air. Comme dans la réalisation précédente, les faces principales 16 adjacentes sont décalées entre elles d'un demi-pas, c'est-à-dire qu'elles se projettent à mi-distance des saillies de la plaque principale 16 voisine (on représente certaines de ces projections 21'). Dans le cas présent, les coupures 22 et 22' des saillies discontinues 21 ou de leurs projections 21' sont également séparées d'un demi-pas p'/2 le long des saillies, afin d'accroître encore l'irrégularité de l'écoulement d'air. D'autres dispositions des saillies discontinues 21 sont cependant possibles. Certaines sections de saillies linéaires 19, ou le cas échéant discontinues 21, sont illustrées sur les figures 5: la figure 5a représente pour mémoire une saillie linéaire 19a à section semi- circulaire appuyée sur une plaque latérale 16 par son diamètre, comme sur la figure 3; une saillie à section carrée 19b est représentée à la figure 5b; une saillie à section triangulaire 19c, appuyée sur la plaque latérale 16 par un côté est représentée à la figure 5c, et une saillie à section rectangulaire 19d est représentée à la figure 5d; inversement, une autre saillie à section triangulaire 19e, appuyée sur la plaque principale 16 par un angle et représentée à la figure 5e, sur une saillie à section presque circulaire 19f et représentée à la figure 5f, peuvent aussi être choisies. La figure 6a représente enfin une réalisation analogue dans son principe à celle de la figure 4 mais o les saillies discontinues 21a ont des longueurs a' si faibles qu'on peut les assimiler à des protubérances ponctuelles dont l'embase a une surface carrée. L'effet perturbateur de l'écoulement de l'air est sauvegardé si les protubérances ponctuelles 21a sont suffisamment hautes et denses. Les projections des saillies discontinues de la plaque principale en face, référencées par 21'a, sont aux centres des carrés ou des rectangles dont les coins sont définis par les protubérances ponctuelles 21a. Les saillies discontinues 21 ou 21a peuvent avoir une surface supérieure courbe ou plane, conformément aux sections des figures 5a et 5b par exemple. Elles peuvent encore avoir un contour rond,5 comme la figure 6b le représente pour des protubérances ponctuelles 21b. Le reste de la réalisation de cette figure 6b est semblable à la figure 6a notamment en ce qui concerne la disposition des protubérances ponctuelles 21b et de leurs projections 21'b. REVENDICATIONS 1. Radiateur d'automobile composé essentiellement de plaques parallèles (9) dans lesquelles circule un fluide caloporteur et entre lesquelles circule un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que les plaques (9) sont en matériau polymérique et ont des faces exposées au fluide réfrigérant (G) pourvues de saillies linéaires (19, 21) et perpendiculaires à la circulation du gaz. 2. Radiateur d'automobile composé essentiellement de plaques parallèles (9) dans lesquelles circule un fluide caloporteur et entre lesquelles circule un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que les plaques sont en matériau polymérique et ont des faces exposées au fluide réfrigérant pourvues de pro- tubérances ponctuelles (21a, 21b). 3. Radiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies linéaires sont continues (19). 4. Radiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies linéaires sont discontinues (21). 5. Radiateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les protubérances ponctuelles ou les saillies linéaires de deux plaques voisines ont des projections (21') différentes perpendiculairement aux plaques. 6. Radiateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les saillies ou les protubérances ont une hauteur (h), rapportée à une largeur (e.) séparant des plaques (9) consécutives, comprise entre 0,01 et 0,5. 7. Radiateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les saillies ou les protubérances ont un pas (p) en direction l'écoulement du fluide réfrigérant, rapporté à leur hauteur (h), compris entre 5 et 100. 8. Procédé de fabrication de plaques de radiateur suivant la revendication 3 par un procédé d'extrusion. 9. Procédé de fabrication de plaques de radiateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 par un procédé de moulage-injection. 10. Procédé de fabrication de plaques de radiateur suivant l'une quelconque des revendications 8 ou 9, les plaques étant constituées de deux demi-plaques assemblées par soudage ou collage.