Brevet FR2751403A1 — publié le 19980123

Tube plat à circulation à contre-courant pour échangeur de chaleur L'invention concerne un tube plat propre à faire partie d'un échangeur de chaleur tel que, par exemple, un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un tube plat propre à être utilisé dans un échangeur de chaleur dans lequel un fluide, par exemple un fluide de refroidissement du moteur du véhicule automobile, circule à contre-courant dans deux nappes qui s'étendent parallèlement entre elles et parallèlement à deux faces frontales de l'échangeur de chaleur. I1 est connu, pour cela, d'utiliser deux rangées de tubes pour former respectivement les deux nappes et de raccorder les extrémités des tubes à deux boîtes à fluide. L'une des boîtes à fluide est alors divisée par une cloison longitudinale pour former un compartiment d'entrée et un compartiment de sortie, tandis que l'autre boîte à fluide est dépourvue de cloison. I1 en résulte que le fluide pénètre dans le compartiment d'entrée de la première boîte à fluide, circule dans une première rangée de tubes dans un sens de circulation donné pour former une première nappe de fluide, gagne la seconde boîte à fluide et auitte celle-ci pour circuler ensuite dans la seconde rangée de tubes dans un sens de circulation opposé, pour former une seconde nappe à contre-courant et gagner finalement le compartiment de sortie de la première boîte à fluide. Cette solution connue nécessite l'utilisation de deux rangées de tubes et, par conséquent, l'utilisation de deux plaques collectrices, associées respectivement aux deux boîtes à fluide, et comportant chacune deux rangées de trous pour recevoir les extrémités des tubes. Ceci nécessite donc des opérations complexes de montage et d'assemblage. En outre, ceci nécessite l'utilisation de tubes généralement électrosoudés qui sont côuteux à réaliser. Par ailleurs, il est connu d'utiliser des tubes plats formés chacun à partir d'une tôle métallique découpée et pliée présentant deux bords longitudinaux adjacents repliés vers une grande face du tube pour délimiter deux canaux parallèles pour la circulation d'un fluide à contre-courant. I1 est alors possible d'utiliser une seule rangée de tubes, étant donné que le fluide peut circuler dans des premiers canaux respectifs des tubes pour former la première nappe de fluide et dans des seconds canaux respectifs des tubes pour former la seconde nappe de fluide. Un tube plat à deux canaux parallèles de ce type est connu d'après la publication FR-A-2 572 797. Toutefois, cette solution connue nécessite des aménagements particuliers pour assurer les raccordements étanches des premiers canaux de circulation et des seconds canaux de circulation respectivement avec le compartiment d'entrée et le compartiment de sortie de la première boîte à fluide. I1 est à noter par ailleurs que, dans la publication précitée, il n'est pas nécessaire de prévoir une seconde boîte à fluide, mais une plaque de fond pour réaliser un virage en U de la circulation du fluide dans chacun des tubes plats. On connaît aussi, d'après la publication EP-A-0 302 232, un tube plat pour échangeur de chaleur qui s'apparente à celui décrit dans la publication précitée. Ce tube plat comporte une ou plusieurs cloisons internes servant à assurer sa tenue mécanique et divisant le tube en plusieurs canaux parallèles pour la circulation d'un fluide, mais toujours dans le même sens de circulation. Dans les deux publications précitées, les bords longitudinaux repliés viennent en contact mutuel pour former à chaque fois une cloison de séparation entre deux canaux adjacents. I1 en résulte que l'extrémité d'un tel tube ne peut être reçue que dans un seul trou d'une plaque collectrice, ce qui pose des problèmes, non seulement pour assurer l'étanchéité du raccordement de l'extrémité du tube avec les bords du trou correspondant, mais aussi pour assurer le raccordement étanche de la cloison longitudinale de la boîte à fluide. En effet, cette cloison longitudinale doit venir se raccorder de façon étanche avec la plaque collectrice pour contribuer à délimiter le compartiment d'entrée et le compartiment de sortie, lesquels doivent être en communication étanche respectivement avec les premiers canaux et les seconds canaux des tubes plats du faisceau. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un tube plat pour échangeur de chaleur, du type comprenant une tôle métallique découpée et pliée présentant deux bords longitudinaux adjacents repliés vers une grande face du tube pour délimiter deux canaux parallèles pour la circulation d'un fluide à contre-courant. Conformément à l'invention, les deux bords longitudinaux repliés sont distants l'un de l'autre pour ménager entre eux un espace libre de valeur choisie, tandis que la grande face du tube comporte, à chaque extrémité du tube, une encoche située dans la région de l'espace libre et s'étendant sur une longueur choisie dans la direction axiale du tube, en sorte que chaque extrémité de tube forme deux embouts plats distincts et alignés. Il en résulte que chaque extrémité de tube forme deux embouts distincts qui peuvent être reçus respectivement dans deux trous adjacents d'une plaque collectrice reliée à une boîte à fluide d'un échangeur de chaleur. L'invention permet ainsi d'utiliser une seule rangée de tubes plats, ce qui diminue les couts d'assemblage et des composants et permet en outre de réduire l'encombrement de l'échangeur de chaleur. Par ailleurs, du fait que chaque tube comporte deux embouts qui peuvent être reçus respectivement dans deux trous adjacents d'une plaque collectrice, ces deux trous, que l'on peut encore appeler double trou", peuvent être dimensionnés en fonction des deux embouts et permettent une liaison directe par brasage de l'ensemble des tubes avec les plaques collectrices. Ceci permet de supprimer le recours à une soudure avant brasage, comme cela est nécessaire dans le cas où on utilise des tubes électrosoudés. I1 en résulte ainsi un assemblage étanche et économique. L'encoche formée à chaque extrémité de tube présente avantageusement une forme rectangulaire et possède une largeur de valeur sensiblement égale à la valeur de l'espace libre compris entre les deux bords longitudinaux repliés. Conformément à l'invention, chacune des extrémités de tubes est propre à être reçue dans une plaque collectrice d'échangeur de chaleur. On prévoit alors que la longueur de l'encoche soit supérieure à l'épaisseur de la plaque collectrice. Ainsi, lorsque les deux embouts d'une extrémité de tube sont introduits dans un double trou d'une plaque collectrice, ces deux embouts dépassent en direction de la boîte à fluide. Ceci permet une meilleure liaison étanche, notamment par brasage, entre l'extrémité de tube et la plaque collectrice. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacun des bords repliés présente avantageusement un profil en forme générale de L ayant une aile intermédiaire s'étendant perpendiculairement à la grande face du tube et une aile terminale appliquée à plat contre la grande face. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tôle métallique est réalisée avantageusement à partir d'un alliage d'aluminium et est revêtue d'un placage de brasure. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une rangée de tubes plats telle que définie ci-dessus, dans lequel les extrémités des tubes sont reliées à deux plaques collectrices raccordées respectivement à deux boîtes à fluide. Chacune des boîtes collectrices comporte une rangée de doubles trous en nombre égal à celui des tubes, chaque double trou étant dimensionné pour recevoir les deux embouts d'une extrémité de tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque double trou est formé de deux trous oblongs alignés séparés entre eux par un pont de matière de largeur sensiblement égale à la valeur de l'espace libre compris entre les deux bords longitudinaux repliés d'un tube. Ainsi, lorsque les deux embouts d'une extrémité de tube sont engagés à fond dans les deux trous oblongs d'un double trou, le fond de l'encoche vient servir de butée à l'introduction. Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur axiale de l'encoche de chaque extrémité de tube est supérieure à l'épaisseur de la plaque collectrice, en sorte que, après assemblage, les deux embouts de chaque tube dépassent à l'intérieur de la boîte à fluide. Cette caractéristique permet, comme déjà indiqué, d'assurer une meilleure liaison entre les extrémités de tubes et les plaques collectrices. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'une des boîtes à fluide comporte une cloison qui divise l'intérieur de la boîte à fluide en deux compartiments parallèles, à savoir un compartiment d'entrée communiquant avec des premiers canaux des tubes et un compartiment de sortie communiquant avec des seconds canaux des tubes. La cloison comporte un bord longitudinal reçu dans les encoches respectives des extrémités des tubes débouchant dans la boîte à fluide. Ceci permet d'assurer un meilleur guidage de la cloison, dont le bord longitudinal se trouve ainsi rigoureusement positionné par rapport à la plaque collectrice correspondante. 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 de côté d'un tube plat selon l'invention; - la figure 2 est une vue d'extrémité du tube plat de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne III-III de la figure 1; - la figure 4 est une vue en perspective, avec arrachement, d'un échangeur de chaleur comportant une multiplicité de tubes plats selon l'invention; - la figure 5 est une autre vue en perspective, avec arrachement, de l'échangeur de chaleur de la figure 4; - la figure 6 est un détail, à échelle agrandie, de la figure 4; et - la figure 7 est une vue en perspective partielle de la plaque collectrice de l'échangeur de la figure 6, avant assemblage de l'échangeur de chaleur. On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 3 qui représentent un tube plat 10 formé à partir d'une tôle métallique, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium, découpée et pliée sur elle-même de manière à délimiter deux canaux parallèles 12 et 14 pour la circulation d'un fluide à contrecourant, comme montré par les flèches F1 et F2 sur la figure 1. Le tube 10 comporte une première grande face plane 16, deux petites faces sensiblement semi-circulaires 18 et 20, et une seconde grande face plane formée par deux bandes marginales 22 et 24 de la tôle. Ces deux bandes marginales 22 et 24 se prolongent par deux bords repliés 26 et 28 distants l'un de l'autre et reliés à la grande face 16 pour délimiter les deux canaux précités. Chacun des bords repliés 26, 28 présente un profil en forme générale de L (figure 3) ayant une aile intermédiaire 30 respectivement 32 s'étendant perpendiculairement à la grande face 16 et une aile terminale 34 respectivement 36 appliquée à plat contre la grande face 16 et reliée à cette dernière. Dans l'exemple, la tôle métallique dont est formé le tube 10 est munie d'un placage de brasure, sur l'une au moins de ses faces, ce qui permet d'assurer une liaison par brasage des ailes terminales 34 et 36 et de la grande face 16. Les ailes intermédiaires 30 et 32 des bords repliés 26 et 28 sont distantes l'une de l'autre et ménagent entre elles un espace libre E de largeur choisie (figure 3). Le tube plat 10 comporte deux extrémités opposées 38, 40 (figure 1) qui comprennent des encoches respectives 42 et 44 de forme générale rectangulaire (figure 1). Chacune de ces encoches est située dans la région de l'espace libre et s'étend sur une longueur axiale choisie L (figure 1) suivant la direction axiale du tube. Par ailleurs, la largeur 1 de chacune des encoches est sensiblement égale à la valeur de l'espace libre E compris entre les deux bords longitudinaux repliés du tube. il en résulte que chaque extrémité de tube forme deux embouts plats, distincts et alignés, à savoir deux embouts 46 et 48 pour l'extrémité 38, et deux embouts 50 et 52 pour l'extré- mité 40 (figure 1). On se réfère maintenant aux figures 4 et 5 qui représentent un échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, formé à partir d'une multiplicité de tubes plats 10 tels que définis précédemment. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 4 et 5 comprend une rangée de tubes plats 10 entre lesquels sont disposés à chaque fois des intercalaires ondulés 54 formant ailettes. Les extrémités 38 des tubes plats 10 sont reçues dans une plaque collectrice 56 raccordée elle-même, à sa périphérie, à une boîte à fluide 58. La plaque collectrice 56 (figure 1) est réalisée à partir d'une tôle métallique découpée et emboutie ayant une forme générale rectangulaire (figure 7). Cette tôle comprend une rangée de doubles trous 60 dont le nombre et l'espacement correspondent à ceux des tubes plats 10. Chaque double trou 60 est formé de deux trous oblongs alignés séparés entre eux par un pont de matière 62 dont la largeur P est sensiblement égale à la valeur de l'espace libre E compris entre les deux bords repliés d'un tube plat. Par ailleurs, la longueur axiale L de chacune des encoches 38 ou 44 d'un tube est largement supérieure à l'épaisseur e de la plaque collectrice 56 (figure 7). Les doubles trous 60 sont dimensionnés en fonction des dimensions des embouts respectifs 46 et 48 ou 50 et 52. Ainsi, lorsque les deux embouts 46 et 48 d'un tube 10 sont introduits dans un double trou 60, ces deux embouts dépassent de la plaque collectrice 56 et font saillie dans la direction de la boîte à fluide 58, comme on le voit mieux sur la figure 6. La plaque collectrice 56 représentée aux figures 6 et 7 comporte, à chaque extrémité, un bord replié 64 qui est propre à coopérer avec la boîte à fluide 58. Cette dernière comporte un fond plat 66 aboutissant à un bord périphérique 68 qui est replié contre un bord périphérique 70 de la plaque collectrice 56 pour assurer leur liaison étanche. La boîte à fluide 58 reçoit intérieurement une cloison longitudinale 72 de forme générale rectangulaire (figures 4 à 6) qui est propre à être disposée entre le fond plat 66 de la boîte à fluide 58 et la plaque collectrice 56. Cette cloison comporte un bord longitudinal 74 (figure 6) qui vient en appui contre la plaque collectrice 56 et qui est reçu dans les encoches respectives 42 des extrémités 38 des tubes. La cloison 72 comporte en outre un bord longitudinal opposé 76 qui vient en appui contre le fond 66 de la boîte à fluide 58. Cette boîte à fluide est ainsi divisée en deux compartiments, un compartiment d'entrée 78 dans lequel débouchent les embouts 48, et un compartiment de sortie 80 dans lequel débouchent les embouts respectifs 46 des tubes. Le faisceau de tubes est relié, à son autre extrémité, à une plaque collectrice 82 (figures 4 et 5) analogue à la plaque collectrice 56. Cette plaque collectrice comporte également une rangée de doubles trous dans lesquels sont engagés les embouts respectifs 50 et 52 de chaque tube 10. Cette plaque collectrice 82 est reliée, à sa périphérie, à une boîte à fluide 84, analogue à la boîte à fluide 58, mais qui ne comporte pas de cloison longitudinale. La boîte à fluide 58 est munie de deux tubulures 86 et 88 servant respectivement à l'entrée (flèche F1) et à la sortie (flèche F2) d'un fluide, par exemple un fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Le fluide pénètre par la tubulure d'entrée 86 dans le compartiment d'entrée 78, circule ensuite dans les canaux respectifs 14 des tubes 10, gagne l'intérieur de la boîte à fluide 84, circule ensuite dans les canaux respectifs 12 des tubes 10, pour gagner le compartiment de sortie 80 et quitter l'échangeur de chaleur par la tubulure de sortie 88. Les différentes pièces composant l'échangeur de chaleur des figures 4 et 5 sont avantageusement formées à partir de tôle métallique d'un même matériau, en particulier d'un alliage d'aluminium, revêtu d'un placage de brasure. Ceci permet de réaliser la liaison des différentes pièces constitutives de l'échangeur de chaleur en une seule opération dans un four de brasage, en réalisant en même temps l'étanchéité du raccordement des tubes avec les plaques collectrices et les boîtes à fluide. I1 est à noter que les encoches prévues aux extrémités respectives des tubes servent tout d'abord à recevoir les plaques collectrices en formant butée à l'introduction et en outre à recevoir une cloison de séparation, dans le cas où la plaque collectrice est associée à une boîte à fluide servant à l'entrée et à la sortie du fluide. 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. En particulier, elle n'est pas limitée à l'utilisation comme échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Revendications 1. Tube plat pour échangeur de chaleur, comprenant une tôle métallique découpée et pliée présentant deux bords longitudinaux adjacents (26, 28) repliés vers une grande face (16) du tube (10) pour délimiter deux canaux parallèles (12, 14) pour la circulation d'un fluide à contre-courant (F1, F2), caractérisé en ce que les deux bords longitudinaux repliés (26, 28) sont distants l'un de l'autre pour ménager entre eux un espace libre (E) de valeur choisie, et en ce que la grande face (16) du tube comporte, à chaque extrémité (38; 40) du tube, une encoche (42; 44) située dans la région de l'espace libre (E) et s'étendant sur une longueur choisie (L) dans la direction axiale du tube, en sorte que chaque extrémité de tube (38; 40) forme deux embouts plats distincts et alignés (46, 48; 50, 52). 2. Tube plat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'encoche (42; 44) est de forme rectangulaire et possède une largeur (1) de valeur sensiblement égale à la valeur de l'espace libre (E) compris entre les deux bords longitudinaux repliés (26, 28). 3. Tube plat selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chacune des extrémités (38; 40) est propre à être reçue dans une plaque collectrice (56; 82) d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce que la longueur axiale (L) de l'encoche (42; 44) est supérieure à l'épaisseur (e) de la plaque collectrice. 4. Tube plat selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun des bords repliés (26, 28) présente un profil en forme générale de L ayant une aile intermédiaire (30; 32) s'étendant perpendiculairement à la grande face (16) du tube et une aile terminale (34; 36) appliquée à plat contre la grande face (16). 5. Tube plat selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tôle métallique est réalisée à partir d'un alliage d'aluminium et est revêtue d'un placage de brasure. 6. Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une rangée de tubes plats (10) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les extrémités (38; 40) des tubes (10) sont reliées à deux plaques collectrIces (56; 82) raccordées respectivement à deux boîtes à fluide (58; 84). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des plaques collectrices (56; 82) comporte une rangée de doubles trous (60) en nombre égal à celui des tubes, chaque double trou étant dimensionné pour recevoir les deux embouts (46, 48; 50, 52) d'une extrémité (38; 40) d'un tube plat (10). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque double trou (60) est formé de deux trous oblongs alignés, séparés entre eux par un pont de matière (62) de largeur (P) sensiblement égale à la valeur de l'espace libre (E) compris entre les deux bords longitudinaux repliés (26, 28) d'un tube plat (10). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la longueur axiale (L) de l'encoche (42; 44) de chaque extrémité de tube est supérieure à l'épaisseur (e) de la plaque collectrice (56; 82), en sorte que, après assemblage, les deux embouts (46, 48; 50, 52) de chaque tube dépassent à l'intérieur de la boîte à fluide. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'une des boîtes à fluide comporte une cloison (72) qui divise l'intérieur de la boîte à fluide (58) en deux compartiments parallèles, à savoir un compartiment d'entrée (78) communiquant avec des premiers canaux (14) des tubes (10) et un compartiment de sortie (80) communiquant avec des seconds canaux (12) des tubes, et en ce que la cloison (72) comporte un bord longitudinal (74) reçu dans les encoches respectives (42) des extrémités (46, 48) des tubes débouchant dans la boîte à fluide (58).