Brevet FR2755221A1 — publié le 19980430

Echangeur de chaleur comprenant des tubes à canal double, en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant des tubes à canal double et pouvant être utilisé en particulier dans un véhicule automobile, par exemple pour constituer un radiateur de chauffage de l'habitacle. Plus particulièrement, l'invention concerne un échangeur de chaleur du type comprenant une boite collectrice à deux compartiments longitudinaux adjacents, ainsi qu'un faisceau de tubes espacés, dans lequel chaque tube comporte deux canaux adjacents qui communiquent respectivement avec les deux compartiments de la boîte collectrice et qui communi- quent entre eux, et dans lequel des moyens de fermeture sont prévus pour obturer les extrémités libres des tubes, du côté opposé à la boite collectrice. Dans un échangeur de chaleur de ce type, les tubes à canal double, encore appelés "tubes bi-canaux", permettent à un fluide caloporteur circulant dans l'échangeur de chaleur de parcourir le faisceau de tubes au travers de deux nappes adjacentes situées respectivement le long de deux grandes faces du faisceau, la circulation dans les deux nappes se faisant en sens alterné. Le fluide caloporteur pénètre, par une tubulure d'entrée, dans l'un des deux compartiments de la boîte collectrice, circule dans de premiers canaux des tubes qui constituent une première nappe, circule ensuite en sens alterné dans de seconds canaux des tubes qui constituent la seconde nappe, pour gagner l'autre compartiment de la boîte collectrice et quitter l'échangeur de chaleur par une tubulure de sortie. Dans l'application particulière à un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, le fluide calopor- teur est habituellement constitué par le liquide chaud qui sert au refroidissement du moteur. Le passage du fluide caloporteur de la première nappe à la deuxième nappe s'effectue, dans chaque tube, par au moins une ouverture de passage prévue dans une cloison qui sépare les deux canaux. Il est indispensable que les extrémités libres des tubes, situées à l'opposé de la boîte collectrice, soient obturées de façon étanche pour empêcher toute fuite du fluide calopor- teur. Il est connu, d'après la publication FR-A-2 572 797, de fermer les extrémités libres des tubes au moyen d'un fond muni d'évidements dans lesquels sont encastrées les extrémi- tés libres des tubes. Cette solution est difficile à mettre en oeuvre, notamment du fait que les extrémités libres des tubes sont fragiles et donc susceptibles d'être déformées lors de leur encastrement dans les évidements du fond. Il a été envisagé également de pincer les extrémités libres des tubes pour assurer leur fermeture. Toutefois, cette solution nécessite des opérations complexes et difficiles à mettre en oeuvre sur des chaînes automatisées de fabrication. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités en apportant une autre solution pour assurer la fermeture des extrémités libres des tubes. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les moyens de fermeture comprennent une plaque conformée, munie de saillies espacées en correspondance du pas des tubes et présentant une forme conjuguée de celle des extrémités libres des tubes, en sorte que ces saillies peuvent être introduites dans les extrémités libres des tubes pour assurer leur obturation. Ainsi, l'obturation des extrémités libres des tubes s'effec- tue de façon simultanée par introduction des saillies de la plaque conformée dans les extrémités libres des tubes. Comme ces saillies ont une forme conjuguée de celle des extrémités libres des tubes, elles assurent une parfaite obturation de ces dernières. De plus, la plaque conformée contribue au renforcement de l'échangeur de chaleur, du côté opposé à la boîte collec- trice. Dans une première forme de réalisation de l'invention, les saillies de la plaque conformée sont constituées par des ondulations parallèles entre elles et espacées du pas des tubes. Ces ondulations sont avantageusement formées par une série de plis à section en U, reliés entre eux par des parties intermédiaires qui s'étendent dans un même plan. Selon une autre caractéristique de l'invention, ces ondula- tions s'étendent chacune sur une longueur qui correspond à la longueur intérieure de l'extrémité libre des tubes. Dans le cas o chaque tube comporte une cloison qui sépare les deux canaux et qui est munie d'au moins une ouverture de passage propre à assurer une communication entre les deux canaux près de l'extrémité libre, chaque ondulation comporte une découpe transversale pour laisser passage à la cloison de tube. Dans cette première forme de réalisation de l'invention, les extrémités libres des tubes sont de préférence évasées, en direction transversale, pour permettre l'introduction des ondulations. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, les saillies de la plaque collectrice sont constituées par des parties découpées dans une plaque généralement plane et relevées sensiblement à angle droit par rapport au plan de la plaque, les parties découpées et relevées étant parallèles entre elles et espacées du pas des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les parties découpées et relevées s'étendent chacune sur une longueur qui correspond à la longueur intérieure de l'extrémité libre des tubes. Ces parties ont avantageusement une épaisseur qui correspond à l'épaisseur de la plaque avant découpe et qui est sensible- ment inférieure à la largeur intérieure de l'extrémité libre des tubes. Dans cette seconde forme de réalisation de l'invention, il n'est pas, en principe, nécessaire de prévoir un évasement à l'extrémité libre des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les parties découpées et relevées ont chacune un bord biseauté, de préférence à double biseautage. Ceci facilite l'introduction des parties en saillie dans les extrémités libres des tubes. Dans le cas o chaque tube comporte une cloison comme indiqué précédemment, chaque partie découpée et relevée comporte une découpe pour laisser passage à la cloison du tube. Les tubes de l'échangeur de chaleur de l'invention sont avantageusement formés à partir d'une tôle métallique, de préférence à base d'aluminium, repliée sur elle-même pour définir les deux canaux. De même, la plaque conformée est réalisée avantageusement à partir d'une tôle métallique, de préférence à base d'alumi- nium. Les parties en saillie de la plaque conformée sont de préférence liées par brasage aux extrémités libres des tubes. 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 élévation de face d'un échangeur de chaleur selon l'invention, les moyens de fermeture des extrémités libres des tubes étant omis; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un tube à canal double faisant partie de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue partielle en perspective éclatée de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2, avec les moyens de fermeture des tubes; - la figure 5 est un détail, à échelle agrandie, de l'échan- geur de chaleur de la figure 4; - la figure 6 est une vue partielle en perspective de la plaque conformée de fermeture de l'échangeur de chaleur de la figure 4; - la figure 7 est une vue partielle en coupe longitudinale de l'échangeur de chaleur de la figure 4; - la figure 8 est une vue partielle en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7; - la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 9 dans une autre forme de réalisation de la plaque de fermetu- re; - la figure 10 est une vue partielle en coupe selon la ligne X-X de la figure 9; et - la figure 11 est une vue partielle de dessus de la plaque de fermeture de l'échangeur de chaleur des figures 9 et 10. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent un échangeur de chaleur qui, dans l'exemple, constitue un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobi- le. L'échangeur de chaleur comprend une boîte collectrice 10 formée par l'assemblage de deux demi-boîtes 12 et 14 qui présentent chacune une section transversale en forme générale de U (figure 2). Ces deux demi-boîtes délimitent, conjointe- ment avec une plaque collectrice 16, encore appelée "plaque à trous", deux compartiments longitudinaux adjacents 18 et 20 (figure 2). Les demi-boîtes 12 et 14 sont emboîtées dans la plaque collectrice grâce à un rebord périphérique 17 que comporte cette dernière. Les demi-boites 12 et 14 sont munies respectivement d'une tubulure d'entrée 22 et d'une tubulure de sortie 24 pour la circulation d'un fluide caloporteur qui, dans l'exemple, est le fluide servant au refroidissement du moteur du véhicule. L'échangeur de chaleur comprend en outre un faisceau 26 formé d'une multiplicité de tubes plats 28, appelés "tubes bi- canaux". Ces tubes ont chacun une section en forme de 8 et délimitent ainsi deux canaux adjacents 30 et 32 communiquant respectivement avec les compartiments 18 et 20 (figure 2). Les canaux 30 et 32 ont des extrémités respectives 34 et 36 engagées dans des trous correspondants 38 et 40 de la plaque collectrice 16. En outre, les canaux 30 et 32 ont des extrémités libres opposées 42 et 44 qui sont fermées, par une plaque conformée, ou plaque de fermeture, qui sera décrite plus loin. Par ailleurs, les canaux 30 et 32 de chaque tube 28 communi- quent entre eux, du côté opposé à la boite collectrice 10, par des ouvertures 46 (figure 2) ménagées au travers d'une cloison 54 séparant les canaux 28 et 32. Le fluide caloporteur (figure 2) pénètre dans l'échangeur de chaleur par la tubulure 22 (flèche F1), gagne le compartiment 18 puis circule dans une première nappe formée par les canaux respectifs 30 des tubes 28 (flèche F2). Ensuite, le fluide passe par les ouvertures 46 des tubes 28 (flèche F3) pour gagner les canaux respectifs 32 des tubes 28. Le fluide circule dans les canaux 32 pour former une deuxième nappe (flèche F4) qui est parallèle à la première nappe, la circulation dans la deuxième nappe se faisant en sens opposé par rapport à celle dans la première nappe. Le fluide gagne ensuite le compartiment 20 et quitte l'échangeur de chaleur par la tubulure de sortie 24 (flèche F5). Ainsi, l'échangeur de chaleur permet une circulation du fluide en deux nappes parallèles, encore appelées "circula- tion méthodique, la circulation dans les deux nappes se faisant à chaque fois près de deux grandes faces 48 et 50 de l'échangeur de chaleur (figure 2). Comme on peut le voir sur la figure 1, l'échangeur de chaleur comprend en outre une multiplicité d'éléments intercalaires 52, de forme ondulée, formant ailettes d'échange de chaleur et disposées entre les tubes 28. Ainsi, le faisceau 26, formé par les tubes 28 et les interca- laires 52, peut être balayé par un flux d'air qui échange de la chaleur avec le fluide caloporteur de manière à être réchauffé, en vue du chauffage de l'habitacle. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente une vue en coupe d'un tube 28 selon l'invention, la coupe étant prise dans une partie intermédiaire. Le tube 26 est obtenu, de façon en soi connue, à partir d'une tôle métallique, avanta- geusement en aluminium ou alliage à base d'aluminium, revêtue d'un placage de brasure sur ses deux faces. La tôle métallique est repliée sur elle-même de manière à former une face plane 56 reliée, par deux faces arrondies semi-circulaires 58, à deux demi-faces 60 situées dans le prolongement l'une de l'autre et parallèlement à la face 56. Ces deux faces 60 se prolongent par deux bords 62 repliés à angle droit qui sont adossés l'un contre l'autre et aboutis- sent contre le côté intérieur de la face 56. La tôle ainsi repliée forme un tube bi-canal comportant les deux canaux intérieurs 30 et 32. Comme on peut le voir sur la figure 4, les extrémités respectives 34 et 36 de chaque tube 26 sont espacées l'une de l'autre pour permettre leur introduction respective dans les trous 38 et 40 (figure 2). Les extrémités libres 42 et 44 des canaux 30 et 32 du tube 26 sont évasées dans la direction transversale, c'est-à-dire dans le sens de la largeur des tubes. Pour assurer l'obtura- tion des tubes 26 au niveau des extrémités libres 42 et 44, on prévoit une plaque conformée, ou plaque de fermeture, 64 comme représenté notamment à la figure 6. La plaque conformée 64 est formée à partir d'une tôle métallique, avantageusement en alliage à base d'aluminium, revêtue d'un placage de brasure sur l'une de ses faces. La plaque 64 est conformée par pliage de manière à constituer une multiplicité d'ondulations 66 parallèles entre elles. Ces ondulations sont espacées d'un pas P (figure 7) qui corres- pond à celui des tubes 28 du faisceau. Ces ondulations ont la forme de plis en forme de U, reliés deux à deux entre eux par des parties intermédiaires 68 qui s'étendent dans un même plan, constituant le plan général de la plaque de fermetu- re 64. Les ondulations 66 s'étendent chacune sur une lon- gueur L (figure 6), qui correspond à la largeur de la plaque de fermeture 64, et qui correspond à la longueur intérieure de l'extrémité libre 42, 44 des tubes. La tôle métallique dont est formée la plaque 64 possède une épaisseur E (figure 7) si bien que chaque ondulation possède une largeur sensiblement égale à 2E. Cette largeur des plis doit être corrélée avec la largeur transversale des évase- ments que présentent les extrémités libres 42 et 44, comme on le voit sur la figure 7. Par ailleurs, chacune des ondulations 66 comporte, à mi- longueur, une découpe transversale 70 (figure 6) propre à laisser passage à la cloison du tube, formée par la réunion des deux bords 62 (figure 3). Il est donc nécessaire que la largeur de cette découpe soit légèrement supérieure au double de l'épaisseur de la tôle métallique dont est formé chacun des tubes. Pour assurer la fermeture des extrémités libres des tubes, il suffit de présenter la plaque conformée 64 en sorte que les ondulations 66 se trouvent en regard des extrémités libres 42 et 44 des tubes puis d'engager les ondulations 66 dans les extrémités libres des tubes. Etant donné que les ondulations 66, formées en saillie, ont une forme conjuguée de celle des extrémités libres des tubes, elles s'adaptent étroitement à cette dernière. La fermeture étanche des extrémités libres des tubes est obtenue ultérieurement lors d'une opération de brasage, par passage de l'ensemble de l'échangeur de chaleur dans un four approprié. Ce dernier subit alors un traitement thermique qui permet au placage de brasure de fondre et d'assurer un joint étanche entre les ondulations 66 et les extrémités libres 42, 44 des tubes 26. Dans la forme de réalisation des figures 4 à 8, les extrémi- tés libres 42 et 44 des tubes sont évasées dans la direction transversale. Par contre, il est possible que ces extrémités libres présentent des parties resserrées 72 dans la direction longitudinale, comme montré à la figure 8. On se réfère maintenant aux figures 9 à 11 pour décrire une autre forme de réalisation de la plaque conformée. Dans cette forme de réalisation, l'échangeur de chaleur comprend une plaque conformée 74 réalisée à partir d'une tôle métallique, avantageusement à base d'aluminium, revêtue d'un alliage de brasure sur ses deux faces. La tôle métallique est découpée pour former une série de parties en saillie 76 qui, comme montré à la figure 10, ont sensiblement la forme d'un berceau. Ces parties 76 sont relevées, sensiblement à angle droit, par rapport à un pont de matière 78 qui relie deux bandes marginales 80 de la tôle 74 (figure 11). Comme on peut le voir sur la figure 9, les extrémités libres 42, 44 des tubes 28 ne présentent pas d'évasement transversal. Par contre, elles présentent un évasement longitudinal 82 comme le montre la figure 10. L'épaisseur E de la plaque 74 est adaptée à la largeur intérieure de l'extrémité libre des tubes. Chacune des parties en saillie 76 comporte deux bords inclinés 84 adaptés à la forme de l'évasement 82 et reliés à une partie centrale 86 en forme d'arc de cercle, par deux bords arrondis 88. Par ailleurs, la partie centrale 86 comporte une découpe 90 prévue pour livrer passage à la cloison du tube, formée par réunion des deux bords 62 (figure 3). Il est à noter par ailleurs que chacune des parties 76 comporte un bord à double biseautage 92, comme on le voit mieux sur les figures 9 et 10. Les parties en saillie 76 sont parallèles entre elles et séparées par une distance qui correspond au pas P des tubes (figure 11). La mise en place de la plaque de fermeture 74 s'effectue de la même manière que précédemment, par introduction simultanée des parties en saillie 76 à l'intérieur des extrémités des tubes. 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, il est possible de concevoir d'autres plaques de fermeture, à partir du moment o elles sont conformées pour définir des saillies espacées propres à être introduites dans les extrémités libres des tubes du faisceau. Egalement, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, elle peut être appliquée à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Revendications 1. Echangeur de chaleur du type comprenant une boîte collectrice à deux compartiments longitudinaux adjacents (18, 20), ainsi qu'un faisceau de tubes espacés (28), dans lequel chaque tube comporte deux canaux adjacents (30, 32) qui communiquent respectivement avec les deux compartiments de la boîte collectrice (10) et qui communiquent entre eux, et dans lequel des moyens de fermeture sont prévus pour obturer les extrémités libres des tubes, du côté opposé à la boîte collectrice, caractérisé en ce que les moyens de fermeture comprennent une plaque conformée (64; 74), munie de saillies (66; 76) espacées en correspondance du pas (P) des tubes (28) et présentant une forme conjuguée de celle des extrémités libres (42, 44) des tubes, en sorte que ces saillies peuvent être introduites dans les extrémités libres des tubes pour assurer leur obturation. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les saillies (66) de la plaque conformée (64) sont constituées par des ondulations (66) parallèles entre elles et espacées du pas (P) des tubes. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les ondulations (66) sont formées par une série de plis à section en U, reliés entre eux par des parties intermédiaires (68) qui s'étendent dans un même plan. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les ondulations (66) s'étendent chacune sur une longueur (L) qui correspond à la longueur intérieure de l'extrémité libre (42, 44) des tubes (28). 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel chaque tube (28) comporte une cloison (54; 62) qui sépare les deux canaux (30, 32) et qui est munie d'au moins une ouverture de passage (46), propre à assurer une communication entre les deux canaux près de l'extrémité libre, caractérisé en ce que chaque ondulation (66) comporte une découpe transversale (70) pour laisser passage à la cloison (54; 62) du tube (28). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les extrémités libres (42, 44) des tubes (28) sont évasées en direction transversale pour permettre l'introduction des ondulations (66) de la plaque conformée (64). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les saillies de la plaque conformée (74) sont constituées par des parties en saillie (76) découpées dans une plaque généralement plane et relevées sensiblement à angle droit par rapport au plan de la plaque, lesdites parties découpées et relevées (76) étant parallèles entre elles et espacées du pas (P) des tubes. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les parties découpées et relevées (76) s'étendent chacune sur une longueur (L) qui correspond à la longueur intérieure de l'extrémité libre des tubes (28). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les parties découpées et relevées (76) ont une épaisseur (E) qui correspond à l'épaisseur de la plaque (76) avant découpe et qui est sensiblement inférieure à la largeur intérieure de l'extrémité libre des tubes. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les parties découpées et relevées (76) ont chacune un bord biseauté (92). 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel chaque tube comporte une cloison (54; 62) qui sépare les deux canaux (30, 32) et qui est munie d'au moins une ouverture de passage (46) propre à assurer une communication entre les deux canaux près de l'extrémité libre, caractérisé en ce que chaque partie découpée et relevée (76) comporte une découpe (90) pour laisser passage à la cloison (62) du tube. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les tubes (28) sont formés chacun à partir d'une tôle métallique, de préférence à base d'alumi- nium, repliée sur elle-même pour délimiter les deux canaux (30, 32). 13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la plaque conformée (64; 74) est réalisée à partir d'une tôle métallique, de préférence à base d'aluminium. 14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les saillies (66; 76) de la plaque conformée sont liées par brasage aux extrémités libres (42, 44) des tubes (28).