Brevet FR2738905A1 — publié le 19970321

Tube d'échangeur de chaleur à canaux de circulation à contre- courant L'invention concerne un tube propre à faire partie d'un échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un tube d'échangeur de chaleur, du type comprenant une tôle métallique découpée et roulée sur elle-même de manière à délimiter deux canaux parallèles pour la circulation d'un fluide à contre-courant, tout en formant une cloison longitudinale de séparation entre les deux canaux, le tube présentant une première extrémité propre à être raccordée à une boîte à fluide à deux comparti- ments propres à communiquer respectivement avec les deux canaux. On connaît déjà, d'après EP-A-0 632 245, un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes de ce type. Dans cet échangeur de chaleur connu, il est prévu également des intercalaires ondulés, formant ailettes, disposés entre les tubes. Les différents composants de cet échangeur de chaleur connus sont réalisés en aluminium ou en alliage d'aluminium, et ils sont assemblés entre eux par brasage. Dans l'échangeur de chaleur décrit, les tubes présentent chacun une seconde extrémité qui est obturée par une plaque de fermeture située à l'opposé de la boîte à fluide. Dans chaque tube, la cloison est interrompue dans la région de cette seconde extrémité pour permettre au fluide de changer de sens de circulation, le fluide circulant d'abord dans un premier canal du tube dans un sens de circulation donné, puis dans un second canal du tube dans un sens de circulation opposé, c'est-à-dire à contre-courant. Il en résulte que le fluide pénètre dans un des compartiments de la boîte à fluide, circule dans les premiers canaux respectifs des tubes en formant une première nappe de fluide dans un sens de circulation donné, circule ensuite dans les seconds canaux respectifs des tubes en formant une seconde nappe dans un sens de circulation opposé, puis gagne l'autre compartiment de la boîte à fluide pour quitter l'échangeur de chaleur. Un des problèmes posés par ce type d'échangeur de chaleur est que le fluide est dévié brusquement par la plaque de ferme- ture située au niveau de la seconde extrémité de chaque tube, ce qui conduit à une perte de charge et peut en outre engendrer des problèmes d'usure du fait de l'impact du fluide qui change brusquement de sens de circulation au niveau de la plaque de fermeture. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose en conséquence un tube d'échangeur de chaleur du type défini en introduction, lequel présente une seconde extrémité qui est fermée individuellement pour assurer l'obturation des deux canaux, et dans lequel au moins deux ouvertures de communication sont pratiquées dans la cloison longitudinale du tube, à des endroits choisis, dans la région de la seconde extrémité afin de permettre le passage du fluide d'un canal à l'autre. Du fait que la seconde extrémité de chaque tube est fermée individuellement et que des ouvertures de communication sont pratiquées dans la cloison longitudinale du tube, il en résulte que le changement de sens de circulation du fluide, qui passe du premier canal au second, s'effectue de façon douce en minimisant les pertes de charge. Les ouvertures de communication jouent en même temps le rôle d'amortisseur puisque le fluide peut passer du premier canal au second canal en plusieurs endroits espacés axialement le long de la cloison du tube, ce qui minimise ainsi les pertes de charge. De plus, la tenue mécanique est grandement améliorée au niveau de la seconde extrémité. De façon avantageuse, la fermeture de la seconde extrémité est obtenue par pliage de la feuille métallique, ce qui évite de recourir à une plaque de fermeture comme dans l'échangeur de chaleur du document précité. Avantageusement, les ouvertures de communication sont de forme générale rectangulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cloison longitudinale de séparation est formée par au moins un bord de la tôle métallique replié vers l'intérieur du tube. Dans ce cas, on préfère que les ouvertures de communication soient au moins en partie formées par des créneaux à partir d'au moins l'un des bords de la tôle métallique, qui forme cloison. Dans une forme de réalisation de l'invention, le tube présente une première grande face plane, deux petites faces sensiblement semi-circulaires et une seconde grande face plane formée par la jonction de deux bandes marginales de la tôle, le long de deux bords repliés à angle droit qui constituent ensemble la cloison de séparation. Ainsi, cette cloison de séparation est formée par la réunion des deux bords repliés et présente une double épaisseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube se prolonge, audelà de sa première extrémité, par au moins deux pattes opposées pour la fixation du tube à une plaque collectrice d'une boîte à fluide. Ceci permet de fixer provisoirement le tube à la plaque collectrice avant assemblage par brasage. L'invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes tels que définis précédemment, ces tubes étant disposés parallèlement entre eux et raccordés chacun à une boite à fluide à deux comparti- ments longitudinaux, en sorte que tous les tubes aient un premier canal raccordé à un premier compartiment de la boîte à fluide et un second canal raccordé à un second compartiment de la boîte à fluide pour procurer une circulation en U en deux nappes parallèles. Selon une autre caractéristique de l'invention, cet échangeur de chaleur comprend en outre des intercalaires ondulés disposés entre les tubes. L'échangeur de chaleur de l'invention est avantageusement assemblé par brasage. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue partielle en perspective et avec arrachement d'un tube d'échangeur de chaleur selon l'inven- tion; et - la figure 2 est une vue partielle en perspective et en coupe d'un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes selon la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un tube 10 formé à partir d'une tôle métallique, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium, découpée et roulée sur elle-même de manière à délimiter deux canaux parallèles 12 et 14 pour la circulation d'un fluide à contre-courant. Le tube présente une première grande face plane 16, deux petites faces sensiblement semi-circulaires 18 et 20 et une seconde grande face plane formée par la jonction de deux bandes marginales 22 et 24 de la tôle, le long de deux bords 26 et 28 repliés à angle droit. Les deux bords 26 et 28 sont adossés l'un contre l'autre et viennent en appui contre l'intérieur de la grande face plane 16, ce qui permet de définir une cloison longitudinale de séparation entre les canaux 12 et 14. Le tube 10 comporte une première extrémité 30 et une seconde extrémité 32. Il se prolonge, au-delà de sa première extrémité 30, par deux paires de pattes opposées 34 dont la fonction sera expliquée plus loin. Par ailleurs, la tôle du tube 10 est repliée sur elle-même, à sa seconde extrémité 32, pour former un pliage ou rabat 36 et assurer ainsi la fermeture du tube et l'obturation des canaux 12 et 14 au niveau de l'extrémité 32. Comme on peut le voir en bas de la figure 1, la cloison de séparation 26, 28 comporte, dans la région de l'extrémité 32, trois ouvertures de passage 38, 40 et 42 placées en des endroits choisis. L'ouverture 38 résulte de l'interruption de la cloison 26, 28 au-delà d'un bord transversal 44 des rebords pliés 26 et 28. L'ouverture 38 s'étend ainsi entre ce bord 44 et la partie de l'extrémité 32 au niveau du rabat 36. L'ouverture de communication 38 présente ainsi une forme sensiblement rectangulaire. Les ouvertures 40 et 42 sont également de forme rectangulaire mais résultent d'une configuration particulière des bords repliés 26 et 28 qui présentent des découpes en forme de créneaux. Il en résulte que les canaux 12 et 14 communiquent entre eux, dans la région de l'extrémité 32, par les trois ouvertures de communication 38, 40 et 42 disposées en des endroits choisis le long de la cloison de séparation. Ainsi, un fluide peut pénétrer dans le canal 12 au niveau de l'extrémité 30 (flèche F1), gagner ensuite le canal 14 par les ouvertures de communication 38, 40 et 42 (flèches F2, F3 et F4) puis circuler dans le canal 14 à contre-courant (flèche F5) pour quitter le canal 14 par l'extrémité 30 du tube 10. Il en résulte que le passage du fluide du canal 12 au canal 14 par les ouvertures 38, 40 et 42 se fait de façon douce, avec un minimum de pertes de charge, les ouvertures 38, 40 et 42 jouant le rôle d'amortisseurs. On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre un échangeur de chaleur 46 comprenant une multiplicité de tubes 10 identiques ou similaires à celui de la figure 1. Les tubes 10 sont disposés parallèlement entre eux et des intercalaires ondulés 48 formant ailettes sont disposés entre les grandes faces en vis-à-vis de deux tubes adjacents. Les extrémités respectives 30 des tubes 10 sont raccordées à une plaque collectrice 50 comportant une rangée de trous 52 en sorte que les canaux 12 et 14 d'un même tube 10 débouchent chaque fois en regard d'un trou 52. L'extrémité 30 de chaque tube 10 est maintenue appliquée contre la plaque collectrice et les pattes 34 sont ensuite repliées, comme montré à la figure 2, pour assurer un maintien provisoire des tubes 10 avec la plaque collectrice 50. La plaque collectrice 50 comporte un rebord périphérique 54 servant à l'emboîtement d'une boîte à fluide 56 à deux compartiments internes 58 et 60. Ces deux compartiments s'étendent parallèlement entre eux. Le compartiment 58, ou compartiment d'entrée, communique avec les canaux 12 des tubes 10, tandis que le compartiment 60, ou compartiment de sortie, communique avec les canaux 14 des tubes 10. Par ailleurs, la boîte à fluide 56 comporte une tubulure d'entrée 62 et une tubulure de sortie 64 qui communiquent respectivement avec les compartiments 58 et 60 pour assurer respectivement l'entrée et la sortie d'un fluide, comme montré par les flèches. Ainsi, un fluide peut pénétrer dans le compartiment 58 par la tubulure 62, circuler dans les canaux 12 des tubes 10 en constituant ainsi une première nappe de circulation, gagner ensuite les canaux 14 des tubes 10 et circuler dans les canaux 14 en formant une seconde nappe, gagner le comparti- ment 60 et quitter ce dernier par la tubulure 64. On obtient ainsi une circulation en deux nappes et à contre-courant. A chaque fois, la transition entre les deux nappes de circula- tion s'effectue de façon douce, et avec un minimum de pertes de charge, grâce aux ouvertures 38, 40 et 42 de chaque tube 10. L'échangeur de chaleur 46 de la figure 2 est avantageusement réalisé avec des composants en aluminium ou alliage d'alumi- nium revêtu de brasure, ce qui permet d'assurer leur assem- blage par passage dans un four approprié. Un tel échangeur de chaleur peut être utilisé notamment en tant que radiateur de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile, ou en tant que radiateur de chauffage de l'habitacle d'un tel véhicule. En pareil cas, le fluide circulant dans l'échangeur de chaleur est le fluide servant au refroidissement du moteur du véhicule. On comprendra que l'échangeur de chaleur de l'invention ne nécessite qu'une seule boîte à fluide, ce qui permet de diminuer le poids et l'encombrement, le coût de la matière et le nombre des références du constructeur. Bien entendu, 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, la cloison de séparation de chaque tube peut être réalisée de façon différente par pliage d'un ou deux bords de la tôle. De plus, les ouvertures de communication ménagées dans la cloison peuvent être réalisées avec d'autres configurations. Revendications 1.- Tube d'échangeur de chaleur, comprenant une tôle métalli- que découpée et roulée sur elle-même de manière à délimiter deux canaux parallèles (12, 14) pour la circulation d'un fluide à contre-courant, tout en formant une cloison longitu- dinale de séparation (26, 28) entre les deux canaux, le tube (10) présentant une première extrémité (30) propre à être raccordée à une boîte à fluide (56) à deux compartiments (58, 60) propres à communiquer respectivement avec deux canaux (12, 14), caractérisé en ce qu'il présente une seconde extrémité (32) qui est fermée individuellement pour assurer l'obturation des deux canaux (12, 14), et en ce qu'au moins deux ouvertures de communication (38, 40, 42) sont pratiquées dans la cloison longitudinale (26, 28) du tube (10), à des endroits choisis, dans la région de la seconde extrémité (32) afin de permettre le passage du fluide d'un canal à l'autre. 2.- Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fermeture de la seconde extrémité (32) est obtenue par un pliage (36) de la feuille métallique. 3.- Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les ouvertures de communication (38, 40, 42) sont de forme générale rectangu- laire. 4.- Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la cloison longitudinale de séparation est formée par au moins un bord (26, 28) de la tôle métallique, replié vers l'intérieur du tube. 5.- Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures de communi- cation (38, 40, 42) sont au moins en partie formées par des créneaux à partir d'au moins l'un des bords de la tôle métallique, qui forme cloison. 6.- Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'il présente une première grande face plane (16), deux petites faces sensiblement semi- circulaires (18, 20) et une seconde face plane formée par la jonction de deux bandes marginales (22, 24) de la tôle, le long de deux bords (26, 28) repliées à angle droit qui constituent ensemble la cloison de séparation. 7.- Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'il se prolonge, au-delà de sa première extrémité (30), par au moins deux pattes opposées (34) pour la fixation du tube (10) à une plaque collectrice (50) d'une boîte à fluide (56). 8.- Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une multiplicité de tubes (10) selon l'une des revendications 1 à 7, disposés parallèlement entre eux et raccordés chacun à une boîte à fluide (56) à deux compartiments longitudinaux (58, 60), en sorte que tous les tubes (10) aient un premier canal (12) raccordé à un premier compartiment (58) et un second canal (14) raccordé à un second compartiment (60) pour permettre une circulation en U en deux nappes parallèles. 9.- Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre des intercalaires ondulés (48) disposés entre les tubes (10). 10.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il est assemblé par brasage.