Brevet FR2731507A1 — publié le 19960913

L'invention concerne un radiateur, en particu- lier pour un véhicule automobile, possédant au moins une boîte à eau avec un échangeur de chaleur intégré, l'échangeur présentant un orifice d'admission et un ori- fice de sortie et la boîte à eau étant éventuellement pourvue d'un orifice d'admission et/ou d'un orifice de sortie. Les radiateurs de véhicules automobiles sont des articles de masse, raison pour laquelle il importe particulièrement de les produire économiquement. D'un autre côté, à la mise à la ferraille du véhicule, ils doivent pouvoir être éliminés ou envoyés sans problème à un recyclage. Cette dernière possibilité n'est pas garan- tie avec les radiateurs connus pour automobiles ou, tout au moins, ne l'est pas sans difficultés. Cela est lié surtout au fait que les radiateurs sont fabriqués de dif- férents matériaux dont la séparation, ou tout au moins la séparation économique, n'est fréquemment pas possible. Il s'y ajoute que l'emploi de différents matériaux, dans la fabrication du radiateur d'une part et dans la fabrica- tion de l'échangeur de chaleur à intégrer en lui d'autre part, occasionne des coûts de fabrication élevés, n'était-ce que par exemple en raison des dispositifs d'étanchéité nécessaires et des conformations particu- lières à prévoir pour eux aux points de liaison. Outre les coûts de fabrication plus élevés ainsi occasionnés, les nombreuses pièces sont également à l'origine de frais administratifs plus élevés. Les raccordements et les tra- versées des différentes conduites créent également, en raison des dispositifs d'étanchéité, raccords vissés et éléments analogues nécessaires, des coûts de fabrication élevés. Il est habituel d'employer non seulement de l'aluminium pour ces radiateurs, mais aussi des matières plastiques, du caoutchouc et des métaux lourds non-fer- reux, du cuivre en particulier. Cette particularité rend au moins difficile l'élimination précédée d'une sépara- tion convenable en catégories. Il s'agit par conséquent de perfectionner un radiateur du type décrit au début, de manière qu'à la fois les coûts de production et les coûts pour la mise à la ferraille ou le recyclage puissent être réduits. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que dans le radiateur mentionné au dé- but, l'enveloppe de l'échangeur de chaleur et l'enveloppe de la boîte à eau sont fabriquées d'un seul tenant comme une enveloppe commune. Comme matière constitutive pour l'enveloppe commune, on peut envisager aussi bien une matière plas- tique qu'un métal se laissant couler. La fabrication sous la forme d'une seule pièce économise des points de liai- son et par suite des coûts de montage correspondants, de même que des coûts pour des dispositifs d'étanchéité, des assemblages vissés et analogues. D'un autre côté, on n'est pas en présence de différents matériaux lors du re- cyclage, mais d'un seul matériau, de sorte qu'une élimi- nation ne nécessite pas de séparation préalable en caté- gories. Un perfectionnement de l'invention prévoit que l'enveloppe commune est une pièce coulée ou une pièce moulée par injection. Comme matériaux, on peut envisager, ainsi qu'il a déjà été mentionné, aussi bien des matières plastiques que des métaux, tels que l'aluminium ou des alliages de métaux légers correspondants. La fabrication en une seule pièce de l'enveloppe de l'échangeur de cha- leur et de la boite à eau procure aussi, par la diminu- tion du nombre de pièces et la suppression de points à étancher et de points de liaison, une sécurité de fabri- cation bien plus grande. De plus, des joints en caout- chouc peuvent être supprimés dans la partie concernée du radiateur, ce qui augmente la sécurité de fonctionnement. Simultanément, on obtient aussi une plus grande sécurité en ce qui concerne la pression interne. Un autre développement de l'invention consiste à prévoir l'orifice d'admission et l'orifice de sortie de l'échangeur de chaleur chacun sur une tubulure formée sur l'enveloppe commune. Une conduite d'amenée et une conduite d'évacuation peuvent ainsi être raccordées rapi- dement et sans problèmes. Un perfectionnement prévoit en outre que l'en- veloppe commune est fabriquée d'un seul tenant avec un fond à tubes pour les tubes du radiateur. A la place de la production séparée du fond, par exemple comme une pièce en tôle, laquelle doit ensuite être fixée de ma- nière étanche, par brasage par exemple, ce perfectionne- ment permet d'éviter ces opérations, ce qui supprime à la fois des coûts de montage et des problèmes d'étanchéité. Il est également très avantageux que les loge- ments ménagés dans le fond à tubes pour recevoir les ex- trémités des tubes soient rétrécis, tout au moins dans certaines zones, avec formation d'un épaulement, en vue de la création de butées de profondeur. Le montage est ainsi facilité et accéléré. Les différents tubes sont simplement insérés dans les logements prévus pour eux, jusqu'à ce qu'ils viennent buter contre l'épaulement agissant comme butée de profondeur. Les tubes sont en- suite reliés au fond, ainsi qu'à l'enveloppe commune, en particulier par brasage, ce qui présuppose naturellement le choix d'un matériau adéquat pour l'enveloppe. En vue de la formation d'aides pour faciliter l'insertion des tubes, les logements de tubes du fond sont chanfreinés ou élargis de manière appropriée du côté de la surface extérieure du fond. On peut concevoir aussi un logement qui se rétrécit coniquement vers l'intérieur dans son ensemble, mais seulement si la profondeur d'in- sertion est relativement faible. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, la boite à eau présente des ouvertures ménagées dans les faces d'extrémité et pouvant chacune être fermée par un couvercle. Sur un outillage de coulée sous pres- sion, c'est-à-dire si l'enveloppe commune est fabriquée par coulée sous pression, ces ouvertures sont utilisables pour introduire et enlever les tiroirs ou les noyaux nécessaires pour une telle fabrication. Les couvercles peuvent être plaqués de métal d'apport de brasage afin qu'ils puissent être fixés dans le four à braser. Un autre perfectionnement de l'invention pré- voit à cet égard que les tubulures de l'échangeur de cha- leur se trouvent sur le côté avant de l'enveloppe commune et qu'au moins une ouverture de dénoyautage obturable se trouve à l'opposé sur le côté arrière de l'enveloppe com- mune. On obtient de cette manière une construction globa- lement avantageuse pour la production, mais aussi pour l'écoulement ultérieur des fluides à travers elle. En cas de production par coulée sous pression, il peut être avantageux en outre qu'au moins une ouver- ture de dénoyautage supplémentaire soit prévue sur le côté avant de l'enveloppe commune, en particulier à la transition des tubulures à l'enveloppe. Il est préférable que toutes les ouvertures de dénoyautage puissent être obturées par des couvercles pouvant être fixés par bra- sage au cas o l'enveloppe commune est fabriquée en métal et par collage ou soudage, avec encastrement, au cas o l'enveloppe est fabriquée en matière plastique. Dans le premier cas, il est très avantageux de doter les cou- vercles d'un placage de métal d'apport de brasage et de les fixer par brasage dans le four à braser. Une autre variante préférée de l'invention est caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur est pourvu de nervures formées d'un seul tenant avec lui; dans le cas d'une fabrication par coulée, il s'agit de préférence de nervures extérieures. Par ailleurs, précisément dans le cadre d'une production par coulée, une autre caractéristique prévoit que des anneaux et des moyens analogues de fixation et/ou de liaison sont formés d'un seul tenant sur le côté exté- rieur de l'enveloppe commune, en particulier pour la fixation d'une tuyère de ventilateur, de tôles de gui- dage, d'un radiateur d'air de suralimentation, d'un re- froidisseur d'huile moteur et/ou du radiateur lui-même. De plus, des logements, guidages et analogues notamment pour des chicanes anti-turbulence en tôle ou des éléments semblables peuvent être formés directement à la coulée. Les moyens de fixation et/ou de liaison sont utilisables notamment aussi pour fixer le radiateur à l'endroit prévu du véhicule automobile ou pour monter sur lui des appa- reils auxiliaires ou des radiateurs d'extension. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en référence au dessin, lequel montre un exemple de réalisation particulièrement préféré, étant entendu que les caractéristiques représentées au dessin et mentionnées dans les revendications et la description sont essentielles pour l'invention à titre individuel ou dans une combinaison quelconque. Sur le dessin: - la figure 1 montre schématiquement la partie supérieure d'un radiateur surmonté d'une boîte à eau avec un échangeur de chaleur intégré; - la figure 2 est une coupe de la boîte à eau, prise suivant la ligne II-II, mais à plus grande échelle; - la figure 3 est une vue de côté de la partie de radiateur montrée par la figure 2, prise suivant la flèche III; - la figure 4 est une coupe prise suivant la ligne IV-IV de la figure 2; - la figure 5 est une coupe prise suivant la ligne V-V de la figure 2; et - la figure 6 est une coupe prise suivant la ligne VI-VI de la figure 2. Le radiateur 1 de l'exemple de réalisation mon- tré, possède une boîte à eau supérieure 2 - mais qui peut parfaitement bien former aussi une boîte à eau inférieure - ainsi qu'une boîte à eau inférieure (ou supérieure) non représentée. Entre ces deux boîtes, s'étendent les tubes 3, lesquels sont parcourus par l'eau de refroidissement du moteur s'il s'agit du radiateur d'un véhicule automo- bile. Un logement 4, de forme circulaire dans cet exemple, sert au montage d'un ventilateur qui transporte de l'air de refroidissement à travers le radiateur 1, le long des tubes 3. Au moins la boîte à eau supérieure 2 contient un échangeur de chaleur 5 intégré, constituant par exemple un refroidisseur d'huile, par exemple pour refroidir l'huile moteur. Le liquide parcourant le radia- teur entre par l'une des tubulures de raccordement 6 et 7 de la boîte à eau supérieure 2 et ressort de nouveau à travers au moins une tubulure de raccordement de la boite à eau inférieure, ou inversement. D'autres tubulures de raccordement 8 et 9 permettent l'arrivée et la sortie du fluide, tel que de l'huile, à refroidir dans l'échangeur de chaleur 5 intégré, formant notamment un refroidisseur d'huile. A titre d'exemple, selon les figures 5 et 6, l'huile entre par la tubulure de raccordement 9 et res- sort par la tubulure 8 après avoir parcouru l'échangeur de chaleur 5. Les flèches sur ces figures indiquent la direction d'écoulement. Conformément à l'invention, l'enveloppe 10 de la boîte à eau 2 est réalisée d'un seul tenant avec l'en- veloppe 11 de l'échangeur 5, par coulée par exemple. Bien entendu, les tubulures 8 et 9 respectivement 6 et 7 sont venues de coulée avec l'enveloppe commune 12. Le fluide ou l'huile à refroidir, entrant par exemple suivant les flèches 13 par la tubulure 9 (figure 2), s'écoule à travers les canaux parallèles 14 et 15 vers un canal collecteur prévu sur le côté arrière et de là à travers des canaux parallèles 26 et 27 en retour vers la tubulure 8. Le fluide refroidissant ou l'eau de refroidissement s'écoule à travers les espaces 16 et 17 - communiquant hydrauliquement entre eux - de la boîte à eau 2. Des canaux 18, situés entre les canaux 14, 15 et 26, 27 de l'échangeur 5, sont parcourus également par de l'eau de refroidissement. Cet écoulement d'eau est indiqué aussi sur la figure 5 par des flèches. Selon un mode de réalisation avantageux, l'en- veloppe commune 12 de l'exemple montré est fabriquée d'un seul tenant avec un fond à tubes 19. Ce dernier possède des logements (d'extrémités) de tubes 20 dont le nombre est égal au nombre de tubes 3 et dont la forme en section droite correspond à la section droite extérieure des tubes 3. Habituellement, il s'agit de tubes ovales ou plats dont les grands côtés longitudinaux sont formés par des parois de tubes essentiellement parallèles. Dans l'exemple selon la figure 2, on a seulement prévu des tubes 3 placés les uns derrière les autres et couvrant toute la largeur de la boîte à eau 2. Il est possible aussi d'utiliser à leur place des tubes plus petits, auquel cas deux ou trois tubes seraient chaque fois juxtaposés. Les logements de tubes 20 sont rétrécis (voir la figure 2) avec formation d'un épaulement, tout au moins dans la zone des extrémités effilées des tubes 3, de sorte que les bords libres des extrémités de tubes concernées peuvent s'appuyer sur un épaulement 21. Ces épaulements 21 forment une butée de profondeur, de sorte que les tubes 3 ne peuvent être insérés dans les loge- ments 20 que jusqu'à leur application contre l'épaulement 21. La liaison est réalisée de façon connue, notamment par brasage. L'embouchure des logements de tubes 20 peut être élargie, chanfreinée ou biseautée légèrement, ce qui n'est pas représenté, afin que les extrémités des tubes 3 puissent être insérées plus rapidement et avec plus de sûreté. Chaque boîte à eau possède une ouverture avant et une ouverture arrière - par rapport à la représenta- tion de la figure 1 - désignées par 28 et 29 et pouvant chacune être fermée par un couvercle 30 ou 31. Il convient de fixer ce couvercle, encastré, par brasage. Les ouvertures 28 et 29 servent à faciliter la fabrica- tion selon un procédé de coulée sous pression. Elles per- mettent notamment l'introduction et l'enlèvement à tra- vers elles d'un tiroir et peuvent servir aussi au dé- noyautage. Lorsqu'on considère le côté droit de la figure 2 comme le côté avant de l'enveloppe commune 12, les deux tubulures de raccordement 8 et 9 se trouvent sur ce côté avant. Par conséquent, on a prévu dans ce cas sur le côté opposé ou côté arrière de l'enveloppe commune 12, des ou- vertures de dénoyautage 32 obturables que l'on peut éga- lement fermer chacune par un couvercle 22. Au moins une ouverture de dénoyautage supplé- mentaire 33 se trouve à la transition de la tubulure 8 ou 9 à l'extrémité supérieure de l'enveloppe commune 12. Cette ouverture peut être fermée aussi par un couvercle, plus exactement le couvercle 23 visible sur la figure 2. D'après cette dernière, l'ouverture de dénoyautage 33 est dirigée vers le haut, tandis que l'ouverture de dénoyau- tage 32 - obturable par le couvercle 22 - s'ouvre vers la gauche, c'est-à-dire transversalement à l'ouverture 33. Selon une caractéristique de l'invention, l'ouverture de dénoyautage 32 sur le côté arrière de l'enveloppe commune 12 est orientée à peu près parallèlement au plan du ra- diateur et l'ouverture de dénoyautage supplémentaire 33 est orientée transversalement, de préférence perpendicu- lairement à ce plan. Les couvercles 22 et 23 peuvent être pourvus d'un placage de métal d'apport de brasage, de sorte qu'on peut les enfoncer simplement dans l'ouverture de dénoyautage 32 ou 33 concernée pour les fixer ensuite par brasage sous l'effet d'un échauffement adéquat. Il ressort de la figure 2 que l'enveloppe de l'échangeur de chaleur 5 peut être pourvue de nervures 24 qui sont d'un seul tenant avec elle et font saillie dans les espaces 16 et 17. Il est possible en outre de prévoir des chicanes anti-turbulence en tôle dans les canaux 14, et 16, 27, ainsi que dans les canaux 18. Il est possible en plus de prévoir sur l'enve- loppe commune 12 des fixations, guidages, rails ou ana- logues pour la mise en place de composants extérieurs, tels qu'une tuyère pour un ventilateur, des tôles de gui- dage, un radiateur d'air de suralimentation, un refroi- disseur d'huile et analogues. REVENDICATIONS 1. Radiateur (1), en particulier pour un véhi- cule automobile, possédant au moins une boîte à eau (2) avec un échangeur de chaleur (5) intégré, l'échangeur (5) présentant un orifice d'admission (8) et un orifice de sortie (9) et la boîte à eau (2) étant éventuellement pourvue d'un orifice d'admission et/ou d'un orifice de sortie (6, 7), caractérisé en ce que les enveloppes (11, ) de l'échangeur de chaleur (5) et de la boîte à eau (2) sont fabriquées d'un seul tenant comme une enveloppe commune (12). 2. Radiateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'enveloppe commune (12) est une pièce coulée sous pression ou une pièce moulée par injection. 3. Radiateur selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que l'orifice d'admission et l'orifice de sortie de l'échangeur de chaleur (5) se trouvent chacun sur une tubulure (8, 9) formée sur l'enveloppe commune (12). 4. Radiateur selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe commune (12) est fabriquée d'un seul tenant avec un fond à tubes (19) pour les tubes (3) du radiateur (1). 5. Radiateur selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les logements (20) ménagés pour les extré- mités des tubes dans le fond (19) sont rétrécis, avec formation d'un épaulement, tout au moins dans certaines zones, en vue de la création de butées de profondeur (21). 6. Radiateur selon la revendication 4 ou 5, ca- ractérisé en ce que, pour la formation d'aides à l'intro- duction des tubes (3), les logements de tubes (20) sont chanfreinés ou pourvus d'une forme conique appropriée du côté de la surface extérieure. 7. Radiateur selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la boîte à eau (2) présente des ouvertures (28, 29, 32, 33) pouvant être fermées chacune par un couvercle (22, 23, 30, 31). 8. Radiateur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les couvercles (22, 23, 30, 31) sont pla- qués de métal d'apport de brasage et peuvent être fixés par brasage dans un four à braser. 9. Radiateur selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les tubulures (8, 9) de l'échangeur de chaleur (5) se trouvent sur le côté avant de l'enveloppe commune (12) et au moins une ouverture de dénoyautage obturable (32) se trouve à l'opposé sur le côté arrière de l'enveloppe commune (12). 10. Radiateur selon la revendication 9, carac- térisé par au moins une ouverture de dénoyautage supplé- mentaire (33) sur le côté avant de l'enveloppe commune (12), en particulier à la transition des tubulures (8, 9) à l'enveloppe (12). 11. Radiateur selon la revendication 10, carac- térisé en ce que l'ouverture de dénoyautage (32) sur le côté arrière de l'enveloppe commune (12) est orientée à peu près parallèlement au plan du radiateur et l'ouver- ture de dénoyautage supplémentaire (33) est orientée transversalement, de préférence perpendiculairement à ce plan. 12. Radiateur selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (5) est pourvu de nervures (24) formées d'un seul tenant avec lui. 13. Radiateur selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé par des chicanes anti-turbulence en tôle glissées dans des canaux (14, 15, 18, 26, 27) de la boite à eau (2) et/ou de l'échangeur de chaleur (5). 14. Radiateur selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé par des anneaux et des moyens ana- logues de fixation et/ou de liaison formés d'un seul te- nant sur l'enveloppe commune (12), en particulier pour la fixation d'une tuyère de ventilateur, de tôles de gui- dage, d'un radiateur d'air de suralimentation, d'un re- froidisseur d'huile moteur et/ou du radiateur (1) lui- même.