Brevet FR2742536A1 — publié le 19970620

Echangeur de chaleur à double rangée de tubes, en particulier cour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur à double rangée de tubes, en particulier pour véhicule automobile. On connaît déjà, d'après la publication FR-A-2 711 236, un échangeur de chaleur de ce type qui womprend deux rangées de tubes présentant chacun un corps et une extrémité, ainsi qu'une plaque collectrice munie de deux rangées de trous, et dans lequel les tubes sont regroupés par paires en sorte que les corps des tubes d'une même paire sont accolés, tandis que leurs extrémités respectives sont reçues dans deux trous adjacents de la plaque collectrice. Les échangeurs de chaleur de ce type sont utilisés 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 sont habituellement munis d'ailettes et sont destinés à être parcourus par un fluide caloporteur, généralement le liquide de refroidissement du moteur, qui circule en circuit fermé et qui est refroidi par échange thermique avec un flux d'air balayant les tubes du faisceau. Ces tubes sont reliés entre eux, à leur autre extrémité, soit par une boîte à fluide analogue, soit par des coudes. On constitue ainsi un faisceau de tubes à deux nappes ou deux passes, le fluide caloporteur circulant dans un sens dans l'une des nappes et en sens opposé dans l'autre nappe. Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, les deux tubes d'une même paire sont emmanchés en force, l'un après l'autre, dans deux trous correspondants de la plaque collectrice. Lorsqu'un tel échangeur de chaleur est destiné à être assemblé par brasage, les éléments constitutifs, et notamment les tubes, sont munis d'un placage de brasure. Ainsi, lorsque les extrémités des tubes sont emmanchées en force dans la plaque collectrice, il en résulte une déformation de chaque extrémité de tube, sur toute sa périphérie, pouvant conduire à un enlèvement du placage de brasure, et donc à un défaut d'étanchéité lors de l'assemblage ultérieur. Pour permettre un tel emmanchement en force, chacun des trous de la plaque collectrice doit être conçu pour assurer un guidage sur toute la périphérie de l'extrémité, et notamment dans des régions en vis-à-vis appartenant à deux extrémités adjacentes. De plus, dans le but d'assurer un emmanchement correct des deux extrémités de tubes, l'une après l'autre, on prévoit habituellement que l'entraxe des trous d'une même paire soit légèrement supérieur à l'entraxe des extrémités des tubes d'une même paire, lorsque leurs corps respectifs sont accolés. Faute de quoi, il pourrait en résulter une impossibilité mécanique de montage. Ceci a pour conséquence d'augmenter indûment l'encombrement en largeur de l'échangeur de chaleur. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose en conséquence un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les deux trous adjacents de la plaque collectrice destinés à recevoir les extrémités des tubes d'une même paire sont entourés par un collet commun qui se raccorde par un évasement à la plaque collectrice pour procurer deux zones de guidage opposées propres à recevoir deux régions opposées appartenant respectivement aux extrémités de tubes pour permettre un emmanchement en force simultané de ces deux extrémités de tubes, préalablement à leur assemblage par brasage avec la plaque collectrice. Ainsi, les tubes d'une même paire sont montés simultanément, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un guidage des extrémités des tubes dans leurs parties centrales, c'est-à-dire dans leurs parties respectives en vis-à-vis. Il en résulte que les deux extrémités de tubes sont déformées de façon symétrique par un auto-guidage dans le collet commun obtenu par déformation de la plaque collectrice. Ce guidage permet aux corps respectifs des deux tubes de rester accolés directement, par contact l'un sur l'autre sur toute leur longueur, soit d'être accolés indirectement à une distance constante par l'intermédiaire d'une ou plusieurs cales. Dans tous les cas, les deux tubes se comportent comme s'ils ne formaient qu'un seul tube. Lorsque les deux tubes d'une même paire sont symétriques, il n est pas nécessaire de prévoir de moyens de détrompage lors du montage de l'assemblage de chaleur. Par ailleurs, du fait que le guidage s'effectue sur deux régions opposées, il est possible de réduire l'entraxe des deux trous d'une même paire et par conséquent l'encombrement en largeur de la plaque collectrice et donc de l'échangeur de chaleur. En outre, du fait que les deux tubes d'une même paire sont emmanchés simultanément, et que le guidage s'effectue sur deux régions opposées des extrémités des tubes, les risques d'enlèvement du placage de brasure sont réduits, ce qui permet d'obtenir un bon brasage entre les tubes et la plaque collectrice. De plus, l'échangeur de chaleur de l'invention permet d'offrir différents types de circulation de liquide. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la plaque collectrice comprend une paroi sommitale à deux pentes qui se raccordent le long d'une crête s'étendant entre les deux rangées de trous, tandis que le collet commun entourant deux trous adjacents est délimité par une paroi généralement tronconique ayant une hauteur variable qui est maximale dans les zones de guidage et qui est minimale dans la région de la crête. Ce collet commun peut être obtenu facilement par déformation de la plaque collectrice, par exemple par une opération d'emboutissage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux trous adjacents ont un entraxe légèrement inférieur à l'entraxe des deux extrémités de tubes avant leur emmanchement dans les trous adjacents, ce qui permet un montage en force. Avantageusement, l'entraxe des extrémités de tubes est sensiblement égal à l'entraxe des corps des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les corps des tubes ont une section oblongue définie par un grand axe et un petit axe, et les tubes d'une même paire sont accolés en sorte que les grands axes de leurs sections respectives sont alignés. Avantageusement, les tubes ont une extrémité de section oblongue ayant un grand axe de valeur inférieure au grand axe de la section du corps et un petit axe de valeur supérieure au petit axe de la section du corps. Autrement dit, les extrémités des tubes ont une forme moins oblongue que les corps correspondants. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes d'une même paire sont préassemblés entre eux par brasage avant leur assemblage à la plaque collectrice. Ces deux tubes peuvent être accolés directement l'un contre l'autre ou indirectement par l'intermédiaire d'une cale. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend en outre une boîte à fluide comprenant un bord périphérique brasé sur un rebord périphérique de la plaque collectrice. Les deux trous adjacents de la plaque collectrice sont avantageusement séparés par un pont de matière propre à livrer passage à une cloison longitudinale s'étendant entre la plaque collectrice et la boîte à fluide pour délimiter deux compartiments communiquant respectivement avec les tubes d'une rangée et avec les tubes de l'autre rangée. Ceci permet de réaliser une circulation en deux nappes ou deux passes. 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 élévation, avec arrachement, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle 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 - la figure 4 est une vue partielle de dessus de la plaque collectrice faisant partie de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend une multiplicité de tubes 10 disposés suivant deux rangées parallèles R1 et R2 (figure 2) pour constituer un faisceau 12. Chaque tube 10 présente un corps 14 de section oblongue aplatie et une extrémité 16 de section oblongue sensiblement ovale. La section oblongue du corps 14 est définie par un grand axe A1 et un petit axe B1, tandis que la section oblongue de l'extrémité 16 est définie par un grand axe A2 et un petit axe B2 (figure 3). Le grand axe A2 a une valeur inférieure au grand axe A1, tandis que le grand axe B2 a une valeur supérieure au petit axe B1. Les tubes 10 du faisceau 12 sont regroupés par paires en sorte que les corps respectifs 14 des tubes 10 d'une même paire sont accolés le long d'une génératrice commune G (figure 3). En outre, les deux tubes d'une même paire sont disposés de telle sorte que leurs grands axes respectifs Al de leurs corps soient alignés, c'est-à-dire dans le prolongement l'un de l'autre. Il en est également de même des grands axes respectifs A2. Chaque extrémité 16 se raccorde au corps 14 par une partie intermédiaire 17 formée de deux pans inclinés opposés (figure 1). Entre les tubes 10 sont disposés des intercalaires 18 de forme ondulée formant ailettes et propres à augmenter la surface d'échange thermique entre un fluide circulant dans l'échangeur et un flux d'air balayant le faisceau de tubes. L'échangeur de chaleur comprend en outre une plaque collectrice 20 réalisée par exemple en aluminium et comportant deux rangées de trous 22 disposés par paires (figure 4) pour recevoir les extrémités correspondantes 16 de deux tubes 10 d'une même paire (figure 2). Les trous 22 ont une section transversale de forme conjuguée de celle des extrémités 16 (figure 4). Toutefois, les deux trous adjacents 22 ont un entraxe E (figure 4) qui est légèrement inférieur à l'entraxe des deux extrémités de tubes, avant leur emmanchement dans les trous adjacents, comme on le verra plus loin. La plaque collectrice 20 comprend une paroi sommitale à deux pentes 24 (figures 2 et 4) qui se raccordent entre elles le long d'une crête 26 s'étendant entre les deux rangées des trous 22. Les deux pentes 24 aboutissent à un bord tombé 28 qui constitue le bord périphérique de la plaque collectrice 20, laquelle a une forme générale rectangulaire. Les trous adjacents 22 d'une même paire sont entourés par un collet commun 30 de forme générale oblongue et délimité par une paroi tronconique évasée 32 de hauteur variable. Les deux trous 22 entourés par le collet commun 30 débouchent dans un même plan (figure 2). Comme le collet commun 30 se raccorde aux deux pentes 24 de la paroi sommitale de la plaque collectrice, la hauteur du collet commun est maximale dans la région du bord périphérique 28 et minimale dans la région de la crête 26. Du fait de sa forme évasée, le collet 30 facilite l'emmanchement des extrémités 16 des deux tubes d'une même paire.Chaque collet commun 30 procure deux zones de guidage opposées 34 (figure 4) propres à recevoir deux régions opposées 36 (figure 3) appartenant respectivement aux extrémités 16 des tubes pour permettre, comme on le verra plus loin, un emmanchement en force simultané de ces deux extrémités. L'échangeur de chaleur comprend en outre une boîte à fluide 40 formée d'un matériau métallique, par exemple d'aluminium, et possédant une paroi sommitale bombée 42 aboutissant à une paroi latérale 44 de contour général rectangulaire définissant un bord périphérique 46 propre à être brasé sur le bord périphérique 28 de la plaque collectrice 30. La paroi sommitale 42 de la boîte à fluide est déformée localement pour définir deux bossages 48 (figures 1 et 2) procurant deux trous opposés 50 servant au raccordement de deux tubulures 52 et 54 (figure 2). Par ailleurs, une cloison longitudinale 56 est disposée à l'intérieur de la boîte à fluide en s'étendant entre la plaque collectrice 30 et la paroi sommitale 42 de la boîte à fluide 40 pour délimiter deux compartiments 58, 60 communiquant respectivement avec les tubes de la rangée R1 et les tubes de la rangée R2. La cloison longitudinale 56 est réalisée en une matière métallique, par exemple en aluminium, et elle est brasée d'une part le long de la crête 26 de la plaque collectrice 20, c'est-à-dire au niveau du pont de matière formé entre les trous d'une même paire, et d'autre part à la paroi sommitale 42. Pour réaliser l'assemblage de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2, on réunit d'abord les tubes par paires en les brasant par leurs corps respectifs, le long de leur génératrice commune G, comme montré à la figure 3. Ensuite, on introduit simultanément les deux extrémités 16 des tubes d'une même paire, par emmanchement en force, dans les deux trous correspondants 22 de la plaque collectrice. Comme l'emmanchement se fait de façon simultanée, et que les deux trous adjacents 22 ont un entraxe légèrement inférieur à l'entraxe des deux extrémités de tubes, et que, par ailleurs, les deux trous 22 ont des zones de guidage opposées 36, il se produit une action de guidage et de serrage sur les régions opposées 36 des extrémités de tubes. Tout se passe alors comme si les deux tubes 10 d'une paire se comportaient comme un tube unique. Il en résulte que les extrémités des tubes sont déformées de façon symétrique dans la déformation commune que constitue le collet commun 30, ce qui permet un auto-guidage. Du fait que l'emmanchement se fait de façon simultanée, cela évite un arrachement éventuel du placage de brasure appliqué à l'extérieur des tubes 10. Il est possible d'assembler les paires de tubes l'une après l'autre et de placer ensuite les ailettes 18, soit encore de préfabriquer le faisceau 12 (tube 10 et ailettes 18) et de l'assembler ultérieurement à la plaque collectrice 10. L'assemblage de la boîte à fluide 40 peut se faire, soit avant, soit après celui des tubes 10 du faisceau. Bien que les tubes 10 soient disposés suivant deux rangées, tout se passe comme si l'assemblage s'effectuait sur des tubes en une seule rangée. Du fait que l'emmanchement des extrémités des tubes d'une même paire se fait à force par coopération des zones de guidage 34 du collet et des régions 36 des extrémités, il est possible de minimiser la valeur de l'entraxe E et ainsi de réduire l'encombrement en largeur de la plaque collectrice, donc de l'échangeur de chaleur. Les extrémités opposées des tubes du faisceau peuvent être raccordées soit à une autre boîte collectrice, soit à des coudes en U. L'échangeur de chaleur permet ainsi différents types de circulation en fonction de l'application considérée. Dans une variante de réalisation non représentée, il est possible d'accoler les corps des tubes d'une même paire, non pas directement comme montré aux figures 2 et 3, mais indirectement en plaçant une cale ou analogue entre les deux corps. Ceci permet de ménager alors un espace entre les corps des tubes d'une même paire. Par ailleurs, il est possible de prévoir que les entraxes des extrémités des tubes ne correspondent pas nécessairement à ceux des corps des tubes. L'échangeur de chaleur de l'invention peut être utilisé notamment comme un radiateur de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule, soit encore comme un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un tel véhicule. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant deux rangées de tubes (10) présentant chacun un corps (14) et une extrémité (16), ainsi qu'une plaque collectrice (20) munie de deux rangées de trous (22) et dans lequel les tubes (10) sont regroupés par paires en sorte que les corps (14) des tubes d'une même paire sont accolés, tandis que leurs extrémités respectives (16) sont reçues dans deux trous adjacents (22) de la plaque collectrice (10), caractérisé en ce que les deux trous adjacents (22) sont entourés par un collet commun (30) qui se raccorde par un évasement à la plaque collectrice (30) pour procurer deux zones de guidage opposées (34) propres à recevoir deux régions opposées (36) appartenant respectivement aux extrémités (16) des deux tubes pour permettre un emmanchement en force simultané de ces deux extrémités de tubes, préalablement à leur assemblage par brasage avec la plaque collectrice (10). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque collectrice (20) comprend une paroi sommitale à deux pentes (24) qui se raccordent le long d'une crête (26) s'étendant entre les deux rangées de trous (22), et en ce que le collet commun (30) entourant deux trous adjacents (22) est délimité par une paroi généralement tronconique (32) ayant une hauteur variable qui est maximale dans les zones de guidage (36) et minimale dans la région de la crête (26). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux trous adjacents (22) ont un entraxe (E) légèrement inférieur à l'entraxe des deux extrémités (16) de tubes avant leur emmanchement dans les trous adjacents. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entraxe des extrémités (16) des tubes est sensiblement égal à l'entraxe des corps (14) des tubes. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les corps (14) des tubes ont une section oblongue définie par un grand axe (A1) et un petit axe (B1) et les tubes (10) d'une même paire sont accolés en sorte que les grands axes (A1) de leurs sections respectives sont alignés. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes (10) ont une extrémité (16) de section oblongue ayant un grand axe (A2) de valeur inférieure au grand axe (A1) de la section du corps (14) et un petit axe (B2) de valeur supérieure au petit axe (B1) de la section du corps. 7. Echangeur de chaleur selon lune des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tubes (10) d'une même paire sont préassemblés entre eux par brasage avant leur assemblage à la plaque collectrice (30). 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une boîte à fluide (40) comportant un bord périphérique (46) brasé sur un bord périphérique (28) de la plaque collectrice (30). 9. Echangeur de chaleur selon lune des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les deux trous adjacents (22) de la plaque collectrice (20) sont séparés par un pont de matière pour laisser passage à une cloison longitudinale (56) s'étendant entre la plaque collectrice (30) et la boîte à fluide (40) pour délimiter deux compartiments (58, 60) communiquant respectivement avec les tubes (10) d'une rangée (R1) et avec les tubes (10) d'une autre rangée (R2).