Brevet FR2742535A1 — publié le 19970620

Echangeur de chaleur à boite à fluide brasée, en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur à boîte à fluide brasée, en particulier pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur du type comprenant une multiplicité de tubes présentant chacun un corps de section oblongue raccordé à une extrémité de section différente par l'intermédiaire d'une partie de transition, une multiplicité d'intercalaires disposés entre les tubes, ainsi qu'une plaque collectrice présentant un fond traversé par les extrémités des tubes et un bord périphérique pour le brasage d'une paroi de boite à fluide. Un échangeur de chaleur de ce type est décrit notamment dans la publication de Brevet FR-A-2 711 236. Il peut être utilisé notamment dans les véhicules automobiles à moteur thermique pour constituer soit un radiateur de refroidissement du moteur, soit un radiateur de chauffage de l'habitacle. Les tubes d'un tel échangeur ont généralement une section transversale aplatie qui se raccorde à une extrémité de section moins oblongue, généralement de forme ovale ou proche d'un cercle, et cela par l'intermédiaire d'une partie de transition qui comporte le plus souvent deux parois opposées en forme de V. Cette partie de transition s'étend sur une longueur axiale ou hauteur réduite, mais non négligeable. Les intercalaires d'un tel échangeur de chaleur sont habi- tuellement réalisés sous la forme d'ailettes ondulées qui sont disposées entre les corps des tubes et cela jusqu'au niveau du raccordement des corps des tubes avec les parties de transition correspondantes. Par ailleurs, dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, le bord périphérique de la plaque collectrice est réalisé sous la forme d'un simple bord tombé qui se raccorde à angle droit avec le fond et qui permet l'emboîtement de la paroi de boite à fluide pour le brasage de cette dernière avec la plaque collectrice. Il existe de ce fait un espace libre entre le fond de la plaque collectrice et les intercalaires ondulés, c'est-à-dire la dernière ailette du faisceau. La présence d'un tel espace libre est préjudiciable au bon fonctionnement de l'échangeur de chaleur étant donné qu'une fraction du flux d'air balayant le faisceau de tubes a tendance à passer par cet intervalle sans permettre la réalisation d'un échange de chaleur avec le fluide, générale- ment de l'eau, qui circule dans les tubes du faisceau. Pour éviter cet inconvénient, il est connu de disposer un joint, généralement de type mousse, dans l'espace libre ainsi ménagé entre les intercalaires et le fond de la plaque collectrice, pour interdire le passage du flux d'air dans cet espace. Cette solution n'est pas satisfaisante car, d'une part, un tel joint vieillit mal et a tendance à se désagréger et, d'autre part, l'espace libre occupé par le joint contribue à l'encombrement de l'échangeur de chaleur. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose, à cet effet, un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le bord périphérique de la plaque collectrice forme une gorge en U limitée par une paroi intérieure qui s'étend perpendiculairement au fond de la plaque collectrice, du côté des intercalaires, et sur une hauteur adaptée à la hauteur de la partie de transition, par une paroi extérieure formant rebord et par une paroi de fond reliant les parois intérieure et extérieure de la gorge en U, en sorte que ces dernières ménagent entre elles un intervalle sensiblement égal à l'épaisseur de la paroi de la boîte à fluide pour son assemblage par brasage. Ainsi, le bord périphérique de la plaque collectrice délimite une gorge pour l'emboîtement de la paroi de la boite à fluide. Comme cette gorge s'étend à partir de la plaque collectrice, et du côté des intercalaires, le bord périphérique forme ainsi une sorte de jupe qui vient ceinturer l'espace libre défini entre le fond de la plaque collectrice et les interca- laires. La hauteur de la paroi intérieure de cette gorge en U étant adaptée à celle de la partie de transition des tubes, la jupe ainsi formée s'étend sur une hauteur qui correspond sensible- ment à la hauteur de l'espace libre ménagé entre le fond de la plaque collectrice et les intercalaires ondulés. De ce fait, il n'est plus nécessaire de prévoir un joint d'étanchéité, par exemple un joint en mousse, dans l'espace libre ainsi formé. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi de fond de la gorge en U vient en contact avec une partie au moins des intercalaires ondulés. Ainsi, lorsque le faisceau de tubes de l'échangeur de chaleur est balayé par un flux d'air, il n'existe pas de risques qu'une fraction de ce flux d'air passe dans l'espace libre ménagé entre la plaque collectrice et les intercalaires. Les performances thermiques de l'échangeur de chaleur sont ainsi optimisées. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi extérieure de la gorge en U s'étend sur une hauteur au moins égale à celle de la paroi intérieure. Ceci contribue à un meilleur emboîtement de la paroi de la boîte à fluide dans la gorge en U de la plaque collectrice. De façon avantageuse, la paroi extérieure de la gorge en U se prolonge, de place en place, par des pattes de serrage propres à faciliter l'immobilisation de la paroi de la boite à fluide par rapport à la plaque collectrice en vue de leur assemblage par brasage. La paroi de la boîte à fluide est avantageusement munie d'un placage extérieur de brasure, ce qui permet de réaliser un brasage entre la paroi de la boîte à fluide et la paroi extérieure de la gorge en U. Dans une variante de réalisation, la paroi de la boîte à fluide est munie d'un placage intérieur de brasure, ce qui permet de réaliser un brasage entre la paroi de la boîte à fluide et la paroi intérieure de la gorge en U. Dans une autre variante, la plaque collectrice est munie d'un placage de brasure sur une face interne des parois de la gorge en U, ce qui permet de réaliser un brasage des deux côtés de la paroi de la boîte à fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes ont un corps de section aplatie et une extrémité de section moins aplatie, s'approchant de la forme d'un ovale, en sorte que la partie de transition comporte deux faces opposées en V. Avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend deux rangées de tubes disposées par paires. Selon une autre caractéristique de l'invention, les extrémi- tés des tubes sont liées par brasage à des collets entourant les trous de la plaque collectrice. On peut ainsi réaliser un échangeur de chaleur dont tous les composants sont liés entre eux par brasage. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue partielle de côté, avec arrache- ment, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue d'extrémité de deux tubes adjacents faisant partie de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; et - les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe partielle de l'assemblage par brasage de la gorge en U d'une plaque collectrice et d'une paroi de boite à fluide, respectivement dans trois variantes de réalisation. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend une multiplicité de tubes 10 présentant chacun un corps 12 de section transversale aplatie raccordé à une extrémité 14 de section transversale différente, dans l'exemple de forme sensiblement ovale (figure 3), par l'intermédiaire d'une partie de transition 16. Dans l'exemple, cette dernière comporte deux faces opposées et inclinées 18 en forme de V. Chacune des faces inclinées 18 relie une grande face 20 du corps du tube à une face homologue 22 de l'extrémité du tube. Les tubes 10 peuvent être réalisés, par exemple, comme décrit dans la publication FR-A-2 715 216 ou la publication FR-A-2 715217. Les tubes 10 sont disposés de manière à former un faisceau 24 comprenant deux rangées R1 et R2 de tubes (figure 2), ces derniers étant disposés par paires en étant accolés le long d'une génératrice commune G (figures 2 et 3) en sorte que les grands axes A des deux tubes d'une même paire soient dans le prolongement l'un de l'autre (figure 3). Entre les tubes 10 sont disposés des intercalaires 26 de forme ondulée formant ailettes. Ces intercalaires s'étendent sur toute la longueur des corps 12 des tubes et ils présen- tent chacun une extrémité 28 qui est située au raccordement du corps 12 et de la partie de transition 16. Autrement dit, il n'existe pas d'intercalaires ondulés sur toute la hauteur, ou longueur axiale des tubes, correspondant à la section de transition. L'échangeur de chaleur comprend en outre une plaque collec- trice 30 présentant un fond 32 de forme générale rectangulai- re, dans lequel sont ménagés une multiplicité de trous 34 entourés chacun par un collet 36 pour recevoir respectivement les extrémités 14 des tubes 10. Ces extrémités 14 sont emboîtées dans les collets 36 afin d'être assemblées à ces derniers par brasage. En outre, la plaque collectrice 30 comprend un bord périphé- rique 38, sur lequel on reviendra plus loin, pour l'emboîte- ment et le brasage d'une boîte à fluide 40. Cette dernière comporte une paroi de fond 42 de forme générale rectangulaire raccordée à une paroi latérale continue 44 délimitant une face ouverte de forme générale rectangulaire. Entre la plaque collectrice 30 et la paroi de fond 42 de la boîte à fluide 40 est disposée et brasée une cloison longitu- dinale 46 qui délimite deux compartiments 48 et 50 communi- quant respectivement avec les tubes de la rangée Rl et les tubes de la rangée R2. Le bord périphérique 38 de la plaque collectrice 30 forme une gorge en U limitée par une paroi intérieure 52 qui s'étend perpendiculairement au fond 32 de la plaque collectrice du côté opposé à la boîte à fluide 40, c'est-à-dire du côté des intercalaires 26. La paroi intérieure 52 s'étend sur une hauteur H1 adaptée à la hauteur H2 de la partie de transi- tion 16. Dans l'exemple, les hauteurs Hl et H2 sont sensible- ment égales. La paroi intérieure 52 se raccorde à une paroi extérieure 54 qui, dans l'exemple (figures l et 2), qui s'étend parallèlement à la paroi intérieure 50 pour former un rebord. Dans l'exemple, la paroi extérieure 54 s'étend sur une hauteur H3 légèrement supérieure à la hauteur H1 de la paroi intérieure. La paroi intérieure 52 et la paroi exté- rieure 54 sont reliées entre elles par une paroi de fond 56 de section sensiblement semi-circulaire. Les parois 52 et 54 ménagent entre elles un intervalle I sensiblement égal à l'épaisseur de la paroi 44 de la boîte à fluide, en vue de leur liaison par brasage (figure 2). La paroi extérieure 54 se prolonge, de place en place, par des pattes de serrage 58 (figures 1 et 2) propres à exercer une pression sur la paroi latérale 44 de la boîte à fluide de manière à immobiliser cette boite à fluide par rapport à la plaque collectrice 30 en vue de leur assemblage par brasage. En outre, la plaque collectrice comprend une patte repliée 60 (figure 1) pouvant servir par exemple de patte de fixation. Le bord périphérique 38 de la plaque collectrice délimite ainsi une gorge en U qui permet l'emboîtement et l'immobili- sation de la paroi latérale 44 de la boîte à fluide par rapport à la plaque collectrice en vue de leur liaison ultérieure par brasage. Dans l'exemple, tous les composants de l'échangeur de chaleur, à savoir les tubes 10, les intercalaires 26, la plaque collectrice 30, la boîte à fluide 40 et la cloison longitudinale 46, sont des pièces métalliques, avantageuse- ment en aluminium, destinées à être liées entre elles par brasage. Il est nécessaire pour cela de prévoir un placage de brasure en des endroits appropriés des pièces. On décrira maintenant plusieurs variantes de réalisation, en référence aux figures 4 à 6, pour l'assemblage par brasage de la boite à fluide 40 avec la plaque collectrice 30. Dans la forme de réalisation de la figure 4, la paroi 44 de la boîte à fluide 40 est munie d'un placage extérieur de brasure 62, ce qui permet de réaliser un brasage B entre la paroi 44 de la boite à fluide et la paroi extérieure 54 de la gorge en U délimitée par le bord périphérique 38. Dans la forme de réalisation de la figure 5, la paroi 44 de la boîte à fluide est munie d'un placage intérieur de brasure 64, ce qui permet de réaliser un brasage B entre la paroi 44 de la boite à fluide et la paroi intérieure 52 de la gorge en U délimitée par le bord périphérique 38. Dans la forme de réalisation de la figure 6, la plaque collectrice est munie d'un placage de brasure intérieur 66 qui s'étend sur une face interne des parois 52, 54 et 56 de la gorge en U. Ceci permet de réaliser un brasage double B, c'est-à-dire des deux côtés de la paroi 44 de la boîte à fluide. La paroi de fond 56 de la gorge en U (figure 1) vient en appui contre les extrémités 28 des intercalaires ondulés 26 en formant ainsi une sorte de jupe, de contour général rectangulaire, qui circonscrit l'espace libre E compris entre les extrémités 28 des intercalaires 26 et le fond 32 de la plaque collectrice, et qui jusqu'à présent était occupé par un joint, généralement de type mousse. Ainsi, lorsqu'un flux d'air balaie le faisceau 24, il n'existe aucun risque pour qu'une fraction de ce flux d'air soit dérivée et passe par cet espace E, sans assurer d'é- change thermique. Il en résulte une meilleure efficacité thermique de l'échan- geur de chaleur, ce qui permet, à performances égales, de diminuer son encombrement global. A leur autre extrémité, les tubes 10 du faisceau peuvent être raccordés, soit à une autre boîte à fluide, soit par des coudes en U. Après assemblage des différentes pièces constitutives de l'échangeur de chaleur, celui-ci est placé dans un four approprié pour permettre la fusion de l'alliage de brasure et l'assemblage définitif des différentes pièces entre elles. L'échangeur de chaleur de l'invention est destiné tout particulièrement à être utilisé, soit comme radiateur pour le refroidissement d'un moteur thermique de véhicule, soit comme radiateur pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Ainsi, l'échangeur de chaleur peut comporter une ou plusieurs rangées de tubes. Lorsqu'il comporte plusieurs rangées de tubes, les tubes peuvent être accolés ou non accolés. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes (10) présentant chacun un corps (12) de section oblongue raccordé à une extrémité (14) de section différente par l'intermédiaire d'une partie de transition (16), une multiplicité d'intercalaires (26) disposés entre les tubes (10), ainsi qu'une plaque collectrice (30) présentant un fond (32) traversé par les extrémités des tubes et un bord périphérique (38) pour le brasage d'une paroi (44) de boite à fluide (40), caractérisé en ce que le bord périphérique (38) de la plaque collectrice (30) forme une gorge en U limitée par une paroi intérieure (52) qui s'étend perpendiculairement au fond (32) de la plaque collectrice (30), du côté des intercalaires (26), et sur une hauteur (Hi) adaptée à la hauteur (H2) de la partie de transition (16), par une paroi extérieure (54) formant rebord et par une paroi de fond (56) reliant les parois intérieure et extérieure de la gorge en U, en sorte que ces dernières ménagent entre elles un intervalle (I) sensiblement égal à l'épaisseur de la paroi (44) de la boîte à fluide (40) pour son assemblage par brasage. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la paroi de fond (56) de la gorge en U délimitée par le bord périphérique (38) vient en contact avec une partie au moins des intercalaires (26). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi extérieure (54) de la gorge en U s'étend sur une hauteur (H3) au moins égale à la hauteur (Hi) de la paroi intérieure (52). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi extérieure (54) de la gorge en U délimitée par le bord périphérique (38) se prolonge, de place en place, par des pattes de serrage (58) propres à faciliter l'immobilisation de la boîte à fluide (40) par rapport à la plaque collectrice (30) en vue de leur assem- blage par brasage. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi (44) de la boite à fluide (40) est munie d'un placage extérieur de brasure (62), ce qui permet de réaliser un brasage (B) entre la paroi (44) de la boîte à fluide et la paroi extérieure (54) de la gorge en U délimitée par le bord périphérique (38). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi (44) de la boîte à fluide est munie d'un placage intérieur de brasure (64), ce qui permet de réaliser un brasage (B) entre la paroi (44) de la boîte à fluide et la paroi intérieure (52) de la gorge en U délimitée par le bord périphérique (38). 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque collectrice (30) est munie d'un placage de brasure sur une face interne des parois de la gorge en U délimitée par le bord périphérique (38), ce qui permet de réaliser un brasage (B) des deux côtés de la paroi (44) de la boîte à fluide. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubes (10) ont un corps (12) de section aplatie et une extrémité (14) de section moins aplatie s'approchant de la forme d'un ovale, en sorte que la partie de transition (16) comporte deux faces opposées et inclinées (18) formant un V. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend deux rangées (Ri, R2) de tubes (10) disposées par paires. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les extrémités (14) des tubes (10) sont liées par brasage à des collets (36) entourant des trous (34) de la plaque collectrice (30).