Brevet FR2734047A1 — publié le 19961115

Echanqeur de chaleur, en Darticulier condenseur de climatisation pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur propre à être réalisé notamment sous la forme d'un condenseur pour la climatisation d'un véhicule automobile. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui sont propres à être parcourus par un fluide sous pression et qui comprennent deux boîtes collectrices à paroi tubulaire ainsi qu'un faisceau de tubes dont les extrémités sont engagées dans des trous ménagés dans les parois tubulaires, les boîtes collectrices étant fermées chacune par deux parois d'extrémité. Lorsque l'échangeur de chaleur est un condenseur de climatisation, il est parcouru par un fluide frigorigène qui pénètre dans l'échangeur sous la forme d'un gaz à pression élevée et qui quitte l'échangeur sous a forme d'un liquide à pression plus faible. Dans la plupart des cas, 1 une au moins des boîtes collectrices comprend au moins une paroi intérieure de séparation pour y définir au moins deux compartiments, ce qui permet au fluide de parcourir les tubes du faisceau alternativement dans un sens et dans l'autre, selon un parcours dit multi- passe". L'un des problèmes posés par les échangeurs de chaleur de ce type est celui de la réalisation et ce la mise en place des parois d'extrémité et, le cas échéant, des parois intérieures de séparation en vue de l'assemblage de l'échangeur. Habituellement, les parois d'extrémité, de même que les parois intérieures de séparation, sont planes et elles doivent être introduites dans la boîte collectrice, à un endroit choisi, et être ensuite maintenues provisoirement dans cet endroit jusqu'à leur solidarisation définitive, laquelle s'effectue généralement par brasage dans un four. Un autre problème posé par les échangeurs de chaleur de ce type est celui de la réalisation de parois d'extrémité ou de parois intérieures de séparation qui soient susceptibles de résister aux pressions internes, souvent très élevées, du fluide sous pression qui parcourt l'échangeur. On connaît, d'après la publication de Brevet GB 2 090 652, un échangeur de chaleur du type précité dans lequel les parois d'extrémité sont en forme de cuvettes et font partie intégrante de deux traverses reliant les deux boîtes collectrices. Un tel échangeur de chaleur est complexe et coûteux à réaliser et n'apporte aucune solution au problème de la réalisation et de la mise en place des parois intérieures de séparation. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel chacune des parois d'extrémité comporte un fond bombé présentant une face concave tournée vers l'extérieur de la boîte collectrice et une face convexe tournée vers l'intérieur de la boîte collectrice pour s'opposer à la pression du fluide, et dans lequel le fond se raccorde à un collet propre à être introduit dans la paroi tubulaire de la boîte collectrice et à être rendu solidaire de cette dernière. Ainsi, les parois d'extrémité peuvent être facilement introduites et mises en place dans les boîtes collectrices, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des traverses pour relier les deux boîtes collectrices. L'invention s'applique également à un échangeur de chaleur du type défini précédemment, dans lequel l'une au moins des boîtes collectrices comprend en outre au moins une paroi intérieure de séparation entre deux compartiments soumis à des pressions différentes du fluide. Selon l'invention, la paroi intérieure de séparation comporte également un fond bombé présentant une face concave tournée vers le compartiment soumis à la pression de fluide la moins élevée et une face convexe tournée vers le compartiment soumis à la pression de fluide la plus élevée, le fond se raccordant à un collet propre à être introduit dans la paroi tubulaire de la boîte collectrice et à être rendu solidaire de cette dernière. Avantageusement, une telle paroi intérieure de séparation est de configuration identique à celle d'une paroi d'extrémité, ce qui permet une standardisation de fabrication. Bien que le collet puisse être cylindrique, circulaire ou non, on préfère qu'il présente une forme tronconique. Cela permet en effet une introduction en force de la paroi d'extrémité, ou respectivement de la paroi intérieure, et son maintien provisoire avant solidarisation définitive avec la boîte collectrice. Ainsi, le pourtour du collet exerce une action élastique de serrage contre l'intérieur de la paroi tubulaire, ce qui assure un maintien provisoire de la paroi d'extrémité, ou respectivement de la paroi intérieure de séparation, jusqu'à solidarisation définitive. L'invention s'applique tout particulièrement à un échangeur de chaleur dans lequel chaque boîte collectrice est à section circulaire. En pareil cas, le fond bombé de la paroi d'extrémité, respectivement de la paroi intérieure, a avantageusement la forme d'une calotte sphérique, tandis que le collet a une forme tronconique circulaire. La paroi d'extrémité, respectivement la paroi intérieure de séparation, est avantageusement obtenue par emboutissage d'une tôle métallique. Cette tôle métallique, qui est par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, est de préférence revêtue d'un alliage de brasure. 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 coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur, du type condenseur, selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de i'une des boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur de la figure 1; - la figure 3 est un détail à échelle agrandie de la figure 2; - la figure 4 est un détail à échelle agrandie de la figure 3 montrant la structure d'une paroi d'extrémité; et - la figure 4 est une vue en perspective partielle, avec arrachement, de la boîte collectrice de la figure 2. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un échangeur de chaleur 10, dans l'exemple un condenseur, comprenant une boîte collectrice 12 délimitée par une paroi tubulaire 14 à section circulaire et une boîte collectrice 16 de structure analogue, également délimitée par une paroi tubulaire 18 à section circulaire, les axes longitudinaux des boîtes collectrices 12 et 16 étant parallèles. En outre, l'échangeur de chaleur 10 comprend un faisceau 20 formé d'une multiplicité de tubes 22, de section oblongue, dont les extrémités respectives 24, 26 sont engagées dans des trous 28 de la paroi tubulaire 14 et dans des trous 30 de la paroi tubulaire 18. Par ailleurs, des intercalaires ondulés 32 formant ailettes sont disposés entre les tubes, ce qui permet au faisceau 20 d'être balayé par un flux d'air qui échange de la chaleur avec un fluide parcourant l'échangeur de chaleur 10. Les boîtes collectrices 12 et 16 sont fermées chacune par des parois d'extrémité 34, toutes identiques, rapportées à l'intérieur des parois tubulaires 14 et 18 et solidarisées ensuite dans ces dernières par brasage au four. Par ailleurs, la boîte collectrice 12 est munie intérieurement de deux parois internes de séparation 36 et 38 placées en des endroits choisis, tandis que la boîte collectrice 16 est munie intérieurement d'une seule paroi interne de séparation 40, également dans un endroit choisi. La boîte collectrice 12 comporte ainsi trois compartiments intérieurs : un compartiment C1 entre l'une des parois d'extrémité 34 et la paroi de séparation 36, un compartiment C3 entre la paroi de séparation 36 et la paroi de séparation 38, et un compartiment C5 entre la paroi de séparation 38 et l'autre paroi d'extrémité 34. La boîte collectrice 16 comporte un compartiment intérieur C2 entre l'une des parois d'extrémité 34 et la paroi de séparation 40 et un compartiment C4 entre la paroi de séparation 40 et l'autre paroi d'extrémité 34. Un fluide sous pression (dans l'exemple un fluide de réfrigérant gazeux) pénètre dans le compartiment C1 par une ouverture 42 de la boîte collectrice 12, comme montré par la flèche F1, parcourt une partie des tubes du faisceau dans le sens de la flèche F2 pour gagner le compartiment C2, gagne le compartiment C3 en parcourant une autre partie des tubes du faisceau dans le sens de la flèche F3, gagne ensuite le compartiment C4 en parcourant une autre partie des tubes du faisceau dans le sens de la flèche F4 pour gagner finalement le compartiment C5 en parcourant une autre partie des tubes du faisceau dans le sens de la flèche F5. Le fluide quitte ensuite le compartiment C5 par une ouverture 44 de la boîte collectrice 12, comme montré par la flèche F6. Les compartiments C1, C2, C3, C4 et C5 sont soumis à des pressions respectives P1, P2, P3, P4 et P5 du fluide qui vont en décroissant. Dans la forme de réalisation représentée, les parois d'extrémité 34 ainsi que les parois de séparation 36, 38 et 40 sont toutes de structure identique, ce qui permet une standardisation. On se contentera donc de décrire uniquement l'une des parois, dans l'exemple l'une des parois d'extrémité 34 de la boîte collectrice 12, en référence particulière aux figures 3 à 5. La paroi d'extrémité 34 comprend un fond bombé 46 en forme de calotte sphérique raccordé à un collet 48 de forme tronconique (figure 4). Le fond bombé 46 présente une face concave 50 située du côté du collet 48 et une face convexe 52 située du côté opposé. Le collet 48 s'évase à partir du fond bombé 46 et comporte un pourtour extérieur circulaire 54 dont le diamètre est sensiblement égal par excès au diamètre interne de la paroi tubulaire 14 ou de la paroi tubulaire 18, pour permettre une introduction en force dans la paroi tubulaire. Comme on peut le voir notamment sur la figure 1, chacune des parois d'extrémité 34 est disposée de telle sorte que sa face concave 50 soit tournée vers l'extérieur de la boîte collectrice correspondante et que sa face convexe 52 soit tournée vers l'intérieur de la boîte collectrice, c'est-à-dire du côté où se trouve le fluide sous pression. En effet, la pression du fluide dans les différents compartiments C1, C2, C4 et C5 est toujours supérieure à la pression de l'air ambiant. Ainsi, chacune des parois d'extrémité 34 permet de mieux résister à la pression qu'il subit de la part du fluide, comme cela est illustré par les flèches sur les figures 2 et 3. Par ailleurs, chacune des parois de séparation 36, 38 et 40 est disposée avec une orientation choisie, de telle sorte que la face concave 50 soit tournée vers le compartiment soumis à la pression de fluide la moins élevée et la face convexe tournée vers le compartiment soumis à la pression de fluide la plus élevée. Ainsi, la paroi de séparation 36 a sa face concave tournée vers le compartiment C3 et sa face convexe tournée vers le compartiment C1, tandis que la paroi de séparation 40 a sa face concave tournée vers le compartiment C4 et sa face convexe tournée vers le compartiment C2 et que la paroi de séparation 38 a sa face concave tournée vers le compartiment C5 et sa face convexe tournée vers le compartiment C3. I1 en résulte également une meilleure résistance des parois de séparation à l'égard des pressions de fluide auxquelles elles sont soumises. Les parois d'extrémité 34, de même que les parois de séparation 36, 38 et 40, sont obtenues par emboutissage d'une tôle métallique, par exemple d'une tôle en aluminium ou alliage d'aluminium, revêtue d'un alliage de brasure. Les différentes parois précitées peuvent être facilement introduites en force dans les boîtes collectrices puis positionnées aux endroits voulus avant d'être passées dans un four pour le brasage. I1 est à noter que les parois de séparation doivent être positionnées avant introduction des extrémités des tubes du faisceau, car ces dernières dépassent légèrement à l'intérieur des boîtes collectrices, ce qui empêcherait l'introduction des parois de séparation. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Ainsi, l'invention n'est pas limitée à un échangeur de chaleur du type condenseur de climatisation, elle trouve une application générale aux échangeurs de chaleur du type défini précédemment, dont les boîtes collectrices sont tubulaires mais pas obligatoirement à section circulaire. Revendications 1.- Echangeur de chaleur, en particulier condenseur pour la climatisation d'un véhicule, propre à être parcouru par un fluide sous pression, et comprenant deux boîtes collectrices (12; 16) à paroi tubulaire (14; 18) ainsi qu'un faisceau (20) de tubes (22) dont les extrémités (24, 26) sont engagées dans des trous (28, 30) ménagés dans les parois tubulaires, les boîtes collectrices étant fermées chacune par deux parois d'extrémité (34), caractérisé en ce que chacune des parois d'extrémité (34) comporte un fond bombé (46) présentant une face concave (50) tournée vers l'extérieur de la boîte collectrice (12; 16) et une face convexe (52) tournée vers l'intérieur de la boîte collectrice pour s'opposer à la pression du fluide, et en ce que le fond bombé (46) se raccorde à un collet (48) propre à être introduit à l'intérieur de la paroi tubulaire (14; 18) de la boîte collectrice (12; 16) et à être rendu solidaire de cette dernière. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'une au moins des boîtes collectrices (12; 16) comprend en outre au moins une paroi intérieure de séparation (36; 38; 40) entre deux compartiments (C1, C3; C2, C4; C3, C5) soumis à des pressions différentes du fluide, caractérisé en ce que la paroi intérieure de séparation (36; 38; 40) comporte un fond bombé (46) présentant une face concave (50) tournée vers le compartiment soumis à la pression de fluide la moins élevée et une face convexe (52) tournée vers le compartiment soumis à la pression de fluide la plus élevée, et en ce que le fond bombé (46) se raccorde à un collet (48) propre à être introduit dans la paroi tubulaire (14; 18) de la boîte collectrice (12; 16) et à être rendu solidaire de cette dernière. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une paroi intérieure de séparation (36; 38; 40) est de configuration identique à celle d'une paroi d'extrémité (34). 4.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le collet (48) a une forme tronconique, ce qui permet une introduction en force de la paroi d'extrémité (34), respectivement de la paroi de séparation (36; 38; 40), et son maintien provisoire avant solidarisation définitive avec la boîte collectrice. 5.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque boîte collectrice (12; 16) est à section circulaire, caractérisé en ce que le fond bombé (46) de la paroi d'extrémité (34), respectivement de la paroi de séparation (36; 38; 40), est en forme de calotte sphérique et en ce que le collet (48) a une forme tronconique circulaire. 6.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi d'extrémité (34), respectivement la paroi intérieure (36; 38; 40), est obtenue par emboutissage d'une tôle métallique, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. 7.- Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tôle métallique est revêtue d'un alliage de brasure.