Brevet FR2726076A1 — publié le 19960426

M Echangeur de chaleur à boites collectrices tubulaires L'invention concerne un échangeur de chaleur à boites collectrices tubulaires, en -artculier r our véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant deux boites collectrices à paroi tubulaire et à faisceau de tubes plats dont les extrémités sont engagées à étanchéité dans des fentes pratiquées dans la paroi de chaque boîte collectrice, et dans lequel chaque boîte collectrice est formée de deux parties complémentaires de forme générale semi-cylindrique, réunies entre elles par des bords longitudinaux d'assemblage de formes conjuguées. On connaît déjà, par exemple d'après le Brevet US 5 125 454, des échanaeurs de chaleur de ce type. Dans ce type d'échangeur de chaleur, le faisceau comprend en outre des intercalaires ondulés formant ailettes de refroi- dissement et disposés entre les tubes du faisceau, l'ensemble étant habituellement brasé aux deux boîtes collectrices. L'utilisation de parois tubulaires, notamment de parois cylindriques circulaires, permet d'obtenir des boîtes collectrices résistant à des pressions internes élevées, telles que celles produites par certains fluides dans le cas d'un véhicule automobile. Comme fluides à oression élevée, on peut citer notamment l'air de suralimentation d'un moteur turbocompressé, l'huile de lubrification du moteur, etc. Dans un échangeur de chaleur selon Le Brevet US 5 125 454, les deux parties complémentaires de forme générale semi- cylindrique de chaque boîte collectrice ont des diamètres différents, si bien que l'une des deux parties complémentai- res vient s'adapter à 'intérieur de l'autre partie complé- mentaire. Il en résulte une difficulté pour positionner et maintenir les deux parties complémentaires l'une avec l'autre avant les opérations de brasage. Cette solution nécessite en conséquence un outillage complexe et des opérations délicates à mettre en oeuvre. L'invention a notamment pour but de surmonter ces inconvé- nients. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel chacune des deux parties complémentaires comprend une paroi semi-cylindrique prolongée par deux bords longitudinaux d'assemblage décalés radialement par rapport à la paroi. Ainsi, la position et le maintien des deux parties complémen- tdirb peuvent être obtenus LauiieuLL du lait du décalage de leurs bords d'assemblage, ce qui permet de fournir un appui pour les opérations de brasage ultérieures. La boite collectrice ainsi réalisée possède une paroi cylindrique au sens large, c'est-à-dire une paroi à généra- trices parallèles s'appuyant sur une courbe fermée qui a de préférence la forme d'un cercle ou une forme approchante. Avantageusement, les bords d'assemblage respectifs des deux parties complémentaires de la boite collectrice s'étendent parallèlement aux directrices du cylindre formé par la réunion de ces deux parties complémentaires. De préférence, les deux parties complémentaires sont à section semi-circulaire. Dans ce cas, les deux parties complémentaires de section circulaire ont sensiblement le même rayon. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une première partie complé- mentaire présentant des bords longitudinaux internes décalés radialement vers l'intérieur pour venir en appui contre la face interne de la paroi semi-cylindrique d'une seconde partie complémentaire, tandis que cette seconde partie complémentaire comporte des bords longitudinaux externes décalés radialement vers l'extérieur pour venir en appui contre la face externe de la paroi semi-cylindrique de la première partie complémentaire. On obtient ainsi une excellente coopération de formes au niveau de l'assemblage des deux parties complémentaires de la boite collectrice. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les bords longitudinaux externes de la seconde partie complémen- taire sont munis de pattes de maintien repliées radialement vers l'intérieur pour assurer le maintien provisoire des deux pdrzies complémentaires avant leur assemblage dérinitii. Il en résulte que les deux parties complémentaires de la boite collectrice sont maintenues en position en vue de leur assemblage ultérieure, lequel s'effectue avantageusement par brasage. Il suffit alors de réaliser les deux parties complémentaires à partir d'une tôle revêtue, de préférence sur ses deux faces, d'un alliage de brasure approprié. Selon une autre caractéristique de l'invention, les fentes sont pratiquées dans l'une des deux parties complémentaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque boîte collectrice est munie de deux parois d'extrémité réunies aux deux parties complémentaires. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur à boîtes collectrices tubulaires selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation, et à échelle agran- die, d'une boite collectrice de l'échangeur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe axiale, et à échelle agrandie, de l'une des boites collectrices de l'échangeur de chaleur de la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un premier échangeur de chaleur 10 et un second échangeur de chaleur 30 selon l'invention disposés accolés ou jumelés et comportant tous deux une structure analogue. L'échangeur de chaleur 10 comprend deux boîtes collectrices tubulaires 12 et 14 d'axes respectifs XX et YY. Entre les deux boîtes collectrices 12 et 14 est monté un faisceau 16 formé d'une multiplicité de tubes plats 18, parallèles entre eux, et d'une multiplicité d'intercalaires ondulés 20 formant ailettes et disposés entre les tubes 18. Ces derniers ont, dans l'exemple, une section transversale rectangulaire. Les extrémités des tubes 18 du faisceau sont engagées, d'un côté, dans des fentes 22 pratiquées dans la paroi de la boîte collectrice 12 et, du côté opposé, dans des fentes analogues 24 pratiquées dans la paroi de la boîte collectrice 14. Les boîtes collectrices 12 et 14 sont munies de deux tubulu- res 26 et 28 servant respectivement à l'entrée et à la sortie d'un premier fluide, comme montré par les flèches F1 et F2. Par exemple, le premier fluide est de l'air de suralimen- tation d'un moteur turbocompressé qu'il convient de refroidir par un flux d'air balayant extérieurement les tubes 18 et les intercalaires 20 du faisceau 16. L'échangeur de chaleur 30 comprend deux boîtes collectrices 32 et 34 accolées respectivement aux boîtes collectrices 12 et 14 et alignées avec ces dernières. Ainsi, la boîte collectrice 32 est alignée axialement avec la boite collectrice 12, tandis que la boîte collectrice 34 est alignée axialement avec la boîte collectrice 14. Les boîtes collectrices 32 et 34 sont réunies également par le faisceau 16, les extrémités des tubes 18 étant engagées, d'un côté, dans des fentes 36 de la boîte collectrice 32 et, du côté opposé, dans des fentes 38 de la boîte collectri- ce 34. En outre, les boîtes collectrices 32 et 34 sont munies d'une tubulure d'entrée 40 et d'une tubulure de sortie 42 servant respectivement à l'entrée et à la sortie d'un second fluide, coL-.. montré par les flèches r. e..4. A titre d'exemple, ce second fluide peut être de l'huile de lubrification d'un moteur, qu'il convient de refroidir par échange thermique avec un flux d'air. On comprendra que c'est le même flux d'air qui peut ainsi refroidir le premier fluide et le second fluide qui traver- sent respectivement le premier échangeur de chaleur 10 et le second échangeur de chaleur 30. Comme on le voit sur la figure 1, les tubulures 26 et 28 sont solidaires de deux parois d'extrémité 44 et 46 faisant partie des boîtes collectrices 12 et 14, tandis que les tubulures 40 et 42 sont solidaires de deux parois d'extrémité 48 et 50 faisant partie des boîtes collectrices 32 et 34. En outre, deux parois 52 et 54, formant cloisons, sont interposées respectivement entre les boîtes collectrices 12 et 32 et entre les boîtes collectrices 14 et 34. Ainsi, les circuits de circulation du premier fluide et du second fluide sont complètement séparés. On se réfère maintenant aux figures 2 et 3 pour décrire plus particulièrement la structure de la boîte collectrice 12, remarque étant faite que la structure des autres boites collectrices 14, 32 et 34 est analogue. La boîte collectrice 12 est formée de deux parties complémen- taires 56 et 58 de forme générale semi-cylindrique qui, une fois réunies, ont sensiblement la forme d'un cylindre circulaire d'axe XX. La partie 56 comprend une paroi semi-cylindrique circulaire 60 d'axe XX et de rayon interne R, qui s'étend sur un peu plus de 180 (figure 3). La paroi 60 se prolonge par deux bords longitudinaux d'assemblage 62, formant deux bandes ftroites, et décalQ radialement vers l'intérieur par rzrt à la paroi 60. Les deux bords longitudinaux 62 s'étendent dans des directions parallèles aux génératrices du cylindre d'axe XX et présentent chacun une face externe de configura- tion cylindrique et ayant sensiblement le rayon R. Les deux bords d'assemblage 62 sont destinés à coopérer avec la partie complémentaire 58 et servent en même temps de butée en translation pour les tubes 18. La partie 58 comprend une paroi semi-cylindrique 64 de section circulaire et de rayon R qui s'étend sur un peu moins de 180 (figure 3). Dans la paroi 64 sont formées les fentes 22 destinées à recevoir les extrémités des tubes 18, alors que la paroi 60 de la partie 56 n'est pas ajourée. La paroi 64 se prolonge par deux bords longitudinaux d'assem- blage 66 décalés radialement vers l'extérieur et réalisés sous la forme de deux bandes étroites s'étendant parallèle- ment aux directrices du cylindre d'axe XX. La face interne des bords d'assemblage 66 est propre à venir en appui contre la face externe de la paroi 60, dans la région de cette paroi qui est immédiatement adjacente aux bords d'assemblage 62. Les bords longitudinaux 66 de la partie 58 sont munis chacun de deux pattes de maintien 70 (figures 2 et 3) qui sont repliées radialement vers l'intérieur pour assurer le maintien provisoire des deux parties complémentaires 56 et 58 une fois assemblées. Les pattes 70 sont légèrement repliées vers l'intérieur et assurent ainsi une force d'appui élastique qui tend à maintenir un contact entre les bords d'assemblage 62 et la paroi 64 et entre les bords d'assemblage 66 et la paroi 60. Les parties complémentaires 56 et 58 sont formées avantageu- sement 3 - -'une tal! métallique usur chacune de ses faces, d'un alliage de brasure. Les fentes 22 sont de préférence réalisées dans l'épaisseur de la paroi de la partie 58 préalablement mise à la forme voulue. Du fait que les parties complémentaires 56 et 58 peuvent être maintenues entre elles, dans leur position correcte d'assem- blage, il suffit ensuite de passer l'échangeur de chaleur au four pour assurer la liaison entre les deux parties complé- mentaires 56 et 58 et assurer également la liaison des boîtes collectrices au faisceau 16, c'est-à-dire aux tubes 18 et aux intercalaires 20. On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre plus particulièrement la structure des deux boites collectrices 12 et 32 alignées suivant l'axe XX. La paroi d'extrémité 44 est de forme générale circulaire et elle est doublée intérieurement d'une contre-plaque 72 de forme circulaire, et de diamètre inférieur. Ces structures facilitent le maintien en place provisoire de la paroi d'extrémité 44 avant brasage. Comme on le voit sur la figure 4, la tubulure 26 traverse deux trous alignés 74 et 76 pratiqués respectivement au travers de la paroi 44 et de la contre-plaque 72. La tubulure 26 comporte deux bourrelets espacés 78 et 80 s'étendant respectivement de part et d'autre de la cloison 44 et de la contre-plaque 72 pour assurer le maintien de ces trois éléments entre eux. La paroi d'extrémité 48 est munie intérieurement d'une contre-plaque 82 analogue à la contre-plaque 72. En outre, la paroi intermédiaire 52 formant cloison est munie de deux contre-plaques opposées 84 et 86 facilitant l'assem- blage des deux boîtes collectrices 12 et 32 dans le prolonge- ment l'une de l'autre. L'échangeur de la figure 1 peut être facilement réalisé par brasage, ses pièces constitutives étant maintenues entre elles lors du passage au four de brasage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à un échangeur de chaleur, de type double, comme représenté seulement à titre d'exemple à la figure 1. Grâce à l'invention, les fentes pratiquées dans les parois des boîtes collectrices peuvent être réalisées facilement avec un outillage simplifié, puisque l'usinage des fentes s'effectue sur une pièce semicylindrique et non pas sur une pièce cylindrique. L'invention trouve une application toute particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Revendications 1.- Echangeur de chaleur comprenant deux boites collectrices (12,14) à parois tubulaires et un faisceau (16) de tubes plats (18) dont les extrémités sont engagées à étanchéité dans des fentes (22,24) pratiquées dans la paroi de chaque boîte collectrice, et dans lequel chaque boite collectrice (12) est formée de deux parties complémentaires (56,58) de forme générale semi-cylindrique réunies entre elles par des bords longitudinaux d'assemblage (62,66) de formes conju- guées, caractérisé en ce que chacune des deux parties complémentaires (56,58) comprend une paroi semi-cylindrique (60,64) prolongée par deux bords longitudinaux d'assemblage (62,66) décalés radialement par rapport à la paroi. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les bords d'assemblage (62,66) des deux parties complémentaircz (56,58) s'étendent paral'Icmzznt aux directrices du cylindre formé par la réunion des deux parties complémentaires. 3.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux parties complémentaires (56,58) sont à section circulaire. 4.- Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les deux parties complémentaires (56,58) de section circulaire ont sensiblement le même rayon (R). 5.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une première partie complémentaire (56) comprend deux bords longitudinaux internes (62) décalés radialement vers l'intérieur pour venir en appui contre la face interne de la paroi semicylindrique (64) d'une seconde partie complémentaire (58), tandis que cette seconde partie complémentaire (58) comprend deux bords longitudinaux externes (66) décalés radialement vers l'extérieur pour venir en appui contre la face externe de la paroi semi-cylindrique (60) de la première partie complémentaire (56). 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les bords longitudinaux externes de la seconde partie complémentaire (58) sont munis de pattes de maintien (70) repliées radialement vers l'intérieur pour assurer le maintien provisoire des deux parties complémentaires (56,58) avant leur assemblage définitif. 7.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux parties complémentaires (56,58) sont assemblées entre elles par brasage. 8.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fentes (22) sont réalisées dans l'une (58) des deux parties complémentaires. 9.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque boite collectrice (12) est munie e d parai d'extrémité (. 52.. réunies aux deux parties complémentaires (56,58).