Brevet FR2717256A1 — publié le 19950915

L'invention concerne un échangeur de chaleur pour un véhicule automobile, notamment pour le chauffage de l'habitacle, comportant un bloc d'échange thermique formé par une multiplicité de tubes parallèles d'échange thermique et d'ailettes, et au moins un réservoir d'eau, les extrémités des tubes d'échange thermique étant reçues dans un fond porte-tubes du réservoir d'eau. Dans la demande de brevet allemand DE-C-36 19 265 on décrit un échangeur de chaleur comportant au moins un tube d'échange thermique, l'échangeur de chaleur comportant un fond porte-tubes en matière plastique, tandis qu'au moins une tubulure de raccordement est prévue pour recevoir le tube d'échange thermique. La tubulure de raccordement possède une gorge annulaire, dans laquelle est inséré à force le tube d'échange thermique de sorte que l'extrémité du tube est serrée entre une bague extérieure et une bague intérieure de la tubulure de raccordement. La section transversale de passage de la bague intérieure est légèrement inférieure à la section transversale intérieure du tube d'échange thermique, mais l'écoulement du fluide d'échange thermique n'est pas notablement affecté par cet agencement. Dans le cas d'échangeurs de chaleur comportant une multiplicité de tubes d'échange thermique parallèles, la charge des différents tubes avec le fluide d'échange thermique peut être très différente, ce qui dépend notamment de la position respective de la tubulure d'arrivée ou de la tubulure de retour dans les réservoirs d'eau logeant les tubes d'échange thermique. De ce fait on obtient en partie des profils de température sur la largeur du bloc d'échange thermique, qui ne correspondent pas aux exigences effectivement requises. En outre, d'après la demande de brevet allemand DE-A-33 28 913 on connaît un dispositif pour fixer des tubes dans une plaque d'extrémité, l'extrémité du tube d'échange thermique étant serrée, au moyen d'un rivet creux, contre la paroi du perçage d'une ouverture de la plaque de fond. Ce système de liaison conduit cependant au fait que l'on cintre le tube d'échange thermique dans la zone située à côté de la plaque de fond afin que l'extrémité intérieure du rivet creux puisse être coudée de manière à établir une liaison par formes complémentaires avec le tube et la plaque de fond. Le diamètre intérieur du rivet creux est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube d'échange thermique de sorte qu'on obtient pour les sections transversales de passage, des rapports similaires à ceux de l'objet de la demande de brevet allemand DE-A36 19 265 déjà mentionnée. C'est pourquoi la présente invention a pour but d'indiquer un échangeur de chaleur du type mentionné plus haut, dans lequel le profil de température sur la largeur du bloc d'échange thermique - peut être fixé individuellement. Ce problème est résolu dans un échangeur de chaleur du type indiqué plus haut grâce au fait que dans le trajet d'écoulement d'au moins un tube d'échange thermique est prévu un étranglement, dont le rapport de la section transversale de passage (diamètre) à la section transversale intérieure du tube se situe dans une gamme comprise entre 1:2 et 1:6. L'avantage essentiel de l'invention réside dans le fait que le réglage d'un profil individuel de température dans l'échangeur de chaleur est possible grâce à une modification du débit respectif de passage dans chaque tube d'échange thermique. Sous l'effet de l'étranglement du fluide d'échange thermique, la chute de pression dans le tube respectif d'échange thermique augmente de sorte qu'au moyen du débit de passage, on peut influer sur l'énergie thermique transmise. Selon une forme de réalisation préférée de l'objet de l'invention, le rapport des sections transversales est compris entre 1:2,7 et 1:3. Avec de tels rapports entre les sections transversales, on peut influer d'une manière suffisante sur le débit du fluide d'échange thermique sans que le niveau de bruit augmente d'une manière notable. Dans des échangeurs de chaleur, qui sont utilisés sous la forme de corps chauffants pour des dispositifs de chauffage de véhicules automobiles, les sections transversales intérieures de tous les tubes d'échange thermique sont habituellement identiques. Afin que le profil de température ne présente aucune modification brusque - d'une manière rapportée à la largeur du bloc - il est approprié d'échelonner les sections transversales de passage de tubes voisins, c'est-à-dire que les sections transversales de passage d'au moins deux étranglements sont différentes. Dans le cas d'une multiplicité de tubes d'échange thermique, il peut être également avantageux d'équiper des groupes de plusieurs tubes avec des étranglements ayant une même section transversale. De façon appropriée, les étranglements sont disposés aux extrémités des tubes d'échange thermique. Il est particulièrement avantageux que les étranglements soient agencés sous la forme de bagues intérieures qui pénètrent dans les extrémités des tubes. Ces bagues intérieures peuvent prendre appui - en étant équipées d'un collet correspondant - sur la face du fond porte-tubes, qui est tournée vers le réservoir d'eau; une autre possibilité consiste cependant également dans le fait que ces bagues intérieures font partie intégrante des tubulures de raccordement et sont par conséquent réalisées d'un seul tenant avec le fond porte-tubes réalisé en matière plastique. Pour le fonctionnement, il suffit de prévoir simplement un étranglement pour un tube d'échange thermique. Cet étranglement peut être disposé éventuelle ment sur l'extrémité côté arrivée ou côté sortie du tube d'échange thermique. I1 est également possible de prévoir des étranglements sur les deux extrémités des tubes d'échange thermique et, dans un tel cas, on peut choisir les sections transversales légèrement supérieures à ce qu'elles seraient dans le cas d'un seul étranglement pour chaque tube. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un réservoir d'eau d'un échangeur de chaleur; - la figure 2 représente la vue en plan d'un fond porte-tubes; - la figure 3 représente une tubulure de raccordement selon une représentation à plus grande échelle; et - la figure 4 représente un bloc d'échange thermique avec des exemples de profils de température différents. Sur la figure 1, on a représenté une coupe longitudinale d'un réservoir d'eau 5 d'un échangeur de chaleur 6, et on n'a représenté, de cet échangeur de chaleur 6, que la partie du bloc d'échange thermique 7, qui est voisine du réservoir d'eau 5. Le réservoir d'eau 5 comprend un couvercle cintré 8 comportant une tubulure de raccordement 9 ainsi qu'un fond 10, qui est relié, d'une manière étanche aux liquides, au couvercle 8. Le bloc d'échange thermique 7 est constitué par un paquet d'ailettes 11 situées les unes au-dessus des autres et par des tubes d'échange thermique 12 qui traversent ce paquet de nervures et sont parallèles. Le fond porte-tubes 10 est constitué par une multiplicité de tubulures de raccordement 13, 13', 13", 13*, dans lesquelles sont logées, d'une manière étanche aux liquides, des extrémités 14 des tubes d'échange thermique 12. Dans l'exemple de réalisation représenté, les sections transversales de tous les tubes d'échange thermique 12 sont identiques. La figure 3 représente une tubulure de raccordement semblable 22 selon une représentation à plus grande échelle et on voit clairement que la tubulure de raccordement 22 possède une gorge annulaire 15, dans laquelle est enfoncée l'extrémité d'un tube. La bague intérieure 21, qui est située radialement à l'intérieur de la gorge annulaire 15, de la tubulure de raccordement 22 comporte une partie cintrée 17, qui pénètre dans le trajet d'écoulement 16, ce qui conduit à la formation d'un étranglement 18 dans le trajet d'écoulement 16. Un agencement similaire à celui de la figure 3 est prévu dans la tubulure de raccordement du fond portetubes 10 de la figure 1. Des tubulures de raccordement 13', 13", 13* sont équipées d'étranglements 18, qui possèdent des sections transversales ayant des diamètres différents d2, d3 et d4. Une tubulure de raccordement 13 est prévue sans étranglement et possède un diamètre d1. Dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 1, l'agencement est tel que les étranglements 18 possédant la section transversale la plus faible (diamètre d4) sont disposés à proximité de la tubulure de raccordement 9, et les sections transversales des étranglements augmentent lorsque la distance augmente à partir de cette tubulure de raccordement. En ce qui concerne la tubulure de raccordement 13 située à l'extrémité du réservoir d'eau 5, il s'agit d'une forme de réalisation, dans laquelle seule la bague intérieure, qui est nécessaire pour loger l'extrémité 14 du tube, du fond porte-tubes est prévue de sorte qu'en cet emplacement il existe la section transversale normale de passage (diamètre d1). Sur la figure 2, on a représenté une vue en plan d'un fond porte-tubes, dans lequel on a choisi une autre répartition de la section transversale de passage (diamètre d1) ou des sections transversales d'étranglement (diamètres d2, d3, d4) pour les différents raccords de tubes, que ce qui était prévu sur la figure 1. Les tubulures de raccordement 13 sans étranglement possèdent la section transversale de diamètre d1, et en outre il est prévu des tubulures de raccordement 13' possédant la section d'étranglement correspondant à d2, ainsi que des tubulures de raccordement 13" possédant une section transversale plus rétrécie correspondant à d3 et d'autres tubulures de raccordement 13* possédant la section transversale de passage extrêmement étroite correspondant à d4. La disposition des différentes sections transversales de passage ou d'étranglement (diamètres d1 à d4) - par rapport aux différents tubes d'échange thermique 12 - peut être choisie librement et peut être accordée sur le profil de température désiré dans le bloc d'échange thermique 7. Les allures de différents profils de température sont représentées sur la figure 4. Sur cette figure, on a représenté un échangeur de chaleur 20, qui comprend un bloc d'échange thermique 23 possédant des réservoirs d'eau supérieur et inférieur 24, 25. Dans le réservoir d'eau 24 il est prévu une arrivée 26, tandis que deux raccords de retour 27, 28 sont prévus dans le réservoir d'eau supérieur 25. Sur la largeur du bloc d'échange thermique 23, on peut obtenir une répartition de température correspondant à la courbe TAlil-T1rel, pour laquelle la température augmente depuis le centre du bloc de transfert thermique 23 en direction des bords latéraux. Ceci permet d'obtenir que les tubes médians possèdent un étranglement ayant une section transversale faible, tandis que la section transversale de l'étranglement augmente pour les tubes d'échange thermique qui sont de plus en plus éloignés du raccord d'arrivée 26. Dans le cas d'une charge plus importante des tubes d'échange thermique situés dans la zone médiane du bloc d'échange thermique 23 et dans le cas d'une charge plus faible des tubes latéraux, on obtient un profil correspondant à la courbe TAli3-TAre3. Sous l'effet d'un étranglement plus important des tubes d'échange thermique situés dans la partie de droite du bloc d'échange thermique 23 et d'un étranglement plus faible de la section transversale de passage pour les tubes situés dans la partie gauche du bloc d'échange thermique 23, on obtient un profil de température tel que représenté par la courbe TAli3TAre2. En principe il est possible de disposer les étranglements soit dans le fond porte-tubes du réservoir d'eau inférieur 24, soit dans le fond porte-tubes du réservoir d'eau supérieur 25. En outre, il est possible de prévoir des étranglements aussi bien dans le réservoir d'eau inférieur que dans le réservoir d'eau supérieur 24, 25, auquel cas on peut choisir la section transversale d'étranglement légèrement plus grande que la section transversale d'étranglement, étant donné que les pertes de charge, qui apparaissent sous l'effet de l'étranglement, s'additionnent. Dans les exemples de réalisation décrits, les étranglements possèdent une section transversale circulaire, mais on peut également imaginer des sections transversales ayant d'autres formes. REVENDICATIONS 1. Échangeur de chaleur (10,20) pour un véhicule automobile, notamment pour le chauffage de l'habitacle, comportant un bloc d'échange thermique (7,23) formé par une multiplicité de tubes parallèles d'échange thermique (12) et d'ailettes (11), et au moins un réservoir d'eau (5,24, 25), les extrémités (14) des tubes d'échange thermique (12) étant reçues dans un fond porte-tubes (10,19) du réservoir d'eau (5,24,25), caractérisé en ce que dans le trajet d'écoulement d'au moins un tube d'échange thermique (12) est prévu un étranglement (18), dont le rapport de la section transversale de passage (diamètre d2, d3, d4) à la section transversale intérieure du tube (12) se situe dans une gamme comprise entre 1:2 et 1:6. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des sections transversales est compris entre 1:2,7 et 1:3. 3. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les sections transversales intérieures de tous les tubes d'échange thermique (12) sont égales et les sections transversales de passage (diamètres d2, d3, d4) d'au moins deux étranglements (18) sont différentes. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux ou plusieurs tubes d'échange thermique (12) comportent des étranglements (18) ayant une section transversale identique (diamètre d2 ou d3 ou d4). 5. Échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étranglements (18) sont disposés aux extrémités (14) des tubes d'échange thermique (12). 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les étranglements (18) sont réalisés sous la forme de bagues intérieures (21) qui pénètrent dans les extrémités (14) des tubes. 7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fond porte-tubes (10,19) est réalisé en matière plastique et les étranglements (18) sont réalisés d'un seul tenant avec le fond porte-tubes (10,19). 8. Échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les étranglements (18) sont disposés sur l'extrémité d'arrivée ou de départ de l'écoulement des tubes d'échange thermique (12). 9. Échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les étranglements (18) sont disposés aux deux extrémités des tubes d'échange thermique (12).