Brevet FR2753528A1 — publié le 19980320

Echangeur de chaleur à verrouillage de joue, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne les échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement les échangeurs réalisés dans une technologie dite tube-intercalaire. Plus précisément, l'invention concerne les échangeurs de chaleur du type comprenant deux boîtes a fluide délimitées par des parois métalliques, de forme générale cylindrique, et propres à recevoir des extrémités opposées de tubes d'un faisceau de tubes parallèles et séparés par des intercalaires, au moins l'un des deux bords transversaux dudit faisceau, opposés l'un à l'autre et parallèles auxdits tubes, étant protégé par une joue métallique de protection. Les constituants de ce type d'échangeur de chaleur sont tout d'abord assemblés les uns aux autres, puis solidarisés lors d'un passage dans un four, par exemple de brasage. Les joues sont solidarisée aux intercalaires, qui sont placés ae part et d'autre du faisceau de tubes, mais pas aux boîtes à fluide. Elles n'assurent donc qu'une unique fonction de protection latérale. Il en résulte que la tenue de ce type d'échangeur de chaleur n'est due qu'au faisceau de tubes reliant les deux boîtes à fluides. En raison de la fragilité de ces tubes, les échangeurs supportent difficilement les vibrations d'un moteur de véhicule automobile. Pour tenter de remédier à cet inconvénient, l'homme de l'art a développé un échangeur de chaleur dans lequel la paroi délimitant chaque boîte à fluide comprend en ses extrémités opposées deux fentes en regard qui permettent, lors de l'assemblage de l'échangeur, le passage des extrémités des joues de protection de sorte qu'elles traversent de part en part la boîte à fluide. La partie de la joue qui débouche hors de la boîte à fluide est ensuite repliée sensiblement à 900 de façon à être au contact de la paroi métallique délimitant la boîte à fluide. Dans un tel échangeur de chaleur les joues de protection assurent désormais une fonction de rigidification. Cependant, la présence de fentes aux extrémités des boîtes à fluide pose des problèmes d'étanchéité. De plus, le repliement des extrémités planes des joues de protection sur les parois cylindriques délimitant les boîtes à fluide peut entraîner des déformations, notamment desdites boîtes à fluide, et par conséquent diminuer le rendement de l'échangeur de chaleur. L'un des buts de la présente invention est donc de procurer un échangeur de chaleur qui ne présente pas les inconvénients des échangeurs de chaleur précités. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type décrit en introduction, dans lequel, d'une part, les parois des boîtes à fluide comprennent une patte de verrouillage, plane et repliable, comportant une partie étroite, se projetant, avant pliage, sensiblement parallèlement à l'axe du cylindre, et terminée par une partie large destinée à être placée sensiblement perpendiculairement à cet axe après pliage de la partie étroite, et d'autre part, la joue de protection comprend, en chacune de deux extrémités opposées, une ouverture de largeur sensiblement égale, par valeurs supérieures, à une partie étroite de patte de verrouillage. Chaque partie étroite de patte de verrouillage peut ainsi être engagée dans une ouverture de joue, tandis que chaque partie large est placée au contact d'une extrémité de joue en vue de leur solidarisation par brasage ou soudage. Il en résulte que les deux boîtes à fluide sont maintenues l'une par rapport à l'autre de façon rigide, sans que leurs étanchéité et forme ne soient modifiées. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit, d'une part, deux joues de protection, et d'autre part, en chacune de deux extrémités opposées de la paroi de chaque boîte à fluide, une patte de verrouillage propre à coopérer avec une extrémité de joue. Cela permet de renforcer encore l'assemblage. Préférentiellement, chaque patte de verrouillage est de forme générale en T, ses parties étroite et large définissant respectivement les barres "verticale" et "horizontale" du T. Avantageusement, chaque joue est revêtue d'un placage destiné à permettre sa solidarisation, non seulement à la patte de verrouillage, mais également aux intercalaires voisins. Cela permet de renforcer encore plus la rigidité de l'échangeur de chaleur. Dans une forme de réalisation préférentielle, l'ouverture de joue est une fente à deux bords parallèles qui débouche sur un côté d'extrémité. Cela permet d'engager facilement la partie étroite de la patte de verrouillage. L'invention s'applique tout particulièrement aux échangeurs de chaleur réalisés dans un alliage d'aluminium. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue d'un côté transversal d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 3 illustre schématiquement, et partiellement, une paroi métallique destinée à délimiter une boîte à fluide, du type de celle illustrée sur les figures 1 et 2, après conformation; - la figure 4 est une vue de face illustrant une extrémité de boîte à fluide après conformation de la paroi métallique qui la délimite, et repliement de la patte de verrouillage de l'une de ses extrémités; et - la figure 5 illustre schématiquement, en vue du dessus, une extrémité de joue de protection. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 pour décrire les principaux constituants d'un échangeur de chaleur. Un échangeur comprend une multiplicité de tubes 1 formant un faisceau de tubes de forme générale plate, parallèles les uns aux autre et entre lesquels se trouvent insérés des intercalaires 2 ondulés formant ailettes d'échange de chaleur. Le faisceau de tubes est monté entre deux boîtes collectrices 3 et 4 (voir figure 2) délimitées par une paroi métallique 5 de forme générale cylindrique. Les deux boîtes à fluide 3 et 4 (ou boîtes collectrices) sont placées parallèlement l'une à l'autre et sensiblement perpendiculairement au faisceau de tubes. Chaque tube 1 du faisceau présente deux extrémités qui sont introduites dans des ouvertures (non représentées) réalisées dans la paroi 5 des boîtes à fluide 3 et 4. Un fluide frigorigène peut ainsi passer d'une boîte à l'autre en circulant dans les tubes du faisceau. On se réfère maintenant plus particulièrement aux figures 3 à 5. Les tubes 1 du faisceau, ainsi que les parois 5 délimitant les boîtes à fluide 3 et 4, sont de préférence réalisés en alliage d'aluminium, par exemple dans la série dite "3000" ou "6000". Ils sont respectivement réalisés par découpe puis conformation. Ainsi (voir figure 3), selon l'invention, pour réaliser une boîte collectrice, on part d'une plaque en alliage d'alumi nium sensiblement plane, dans laquelle on découpe une paroi 5 de forme générale parallélépipédique, le grand côté étant appelé côté longitudinal 8 tandis que le petit côté est appelé côté transversal, et munie aux deux extrémités transversales opposées 6 et 7 de la paroi 5, dans le prolongement des bords longitudinaux 8, d'une patte de verrouillage plane et repliable. Chaque patte de verrouillage comprend une partie étroite 9 qui se projette, avant pliage, sensiblement parallèlement à l'axe X-X, qui définit à la fois l'axe médian de la paroi 5 et l'axe du futur cylindre formant la boîte à fluide. La partie étroite 9, sensiblement linéaire, se termine par une partie large 10, de préférence sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X ainsi qu'à ladite partie étroite 9. La patte de verrouillage 11 présente, dans l'exemple illustré, une forme en T. Mais, bien entendu, de nombreuses autres formes peuvent être envisagées pourvu que la patte présente une partie terminale notablement plus étroite que la partie qui la relie à la paroi 5. Cette patte de verrouillage 11 est destinée à immobiliser, par verrouillage, une joue de protection latérale 12 destinée à être placée parallèlement à un côté transversal d'une boîte collectrice 3 ou 4 et à l'une de ses extrémités opposées 6 ou 7, en vue de rigidifier l'échangeur de chaleur et de protéger les intercalaires et les tubes du faisceau. Chaque joue de protection 12 présente une forme sensiblement parallélépipédique de dimensions sensiblement équivalentes à celles des tubes. Le petit côté d'une joue de protection 12 possède une longueur sensiblement égale, par valeur inférieure, au diamètre intérieur de la boîte à fluide 3 ou 4 une fois conformée. Pour permettre la solidarisation des joues aux boîtes à fluide, on prévoit aux deux extrémités opposées 13 et 14 desdites joues de protection 12 une ouverture 15, de préfé rence en forme de fente dont les deux bords parallèles 16 débouchent sur un côté d'extrémité 17. Cette fente 15 présente une largeur sensiblement égale, par valeur supérieure, à la largeur de la partie étroite 9 de la patte de verrouillage 11 de sorte que ladite partie étroite puisse y être introduite pour immobiliser (ou verrouiller) transversalement la joue de protection. L'assemblage de l'échangeur de chaleur s'effectue comme suit. On introduit tout d'abord les tubes 1 du faisceau dans les ouvertures réalisées dans la paroi 5 qui délimite, après conformation, l'une des boîtes à fluide cylindrique 3. On vient positionner les deux joues de protection 12 aux deux extrémités opposées 6 et 7 de la boîte à fluide 3 en engageant la partie mince 9 de chaque patte de verrouillage 11 dans la fente 15 de chaque joue de protection 12. On introduit alors les autres extrémités de tubes dans l'autre boîte à fluide 4, tout en engageant la partie mince 9 de chaque patte de verrouillage 11 de cette boîte à fluide 4 dans la fente 15 de chaque joue de protection 12. Puis, on intercale entre les tubes voisins, ainsi qu'entre les premier et dernier tubes du faisceau et les joues de protection qui sont en regard, des intercalaires ondulés 2. Enfin, on replie sensiblement à 90 , en direction des extrémités de boîte à fluide, chaque partie étroite 9 de sorte que la partie large 10 de chaque patte de verrouillage 11 vienne en contact surfacique avec l'extrémité 13 de la joue de protection 12 concernée. Les faces interne et externe des intercalaires, des joues de protection 12 et des parois 5, et par conséquent des pattes de verrouillage 11, ainsi que les parois externes des tubes sont de préférence revêtus d'un placage qui va permettre de solidariser leurs parties en contact par passage dans un four, par exemple de brasage. Ainsi, la partie large 10 des pattes de verrouillage 11 est solidarisée aux parties d'extrémités 13 des joues de protection 12, lesquelles sont elles-mêmes, préférentiellement, solidarisées par leurs faces opposées à des cloisons terminales 18 préalablement placées au niveau des deux extrémités opposées 6 et 7 des boîtes à fluide 3 et 4. De plus, en raison du placage qui se trouve sur les intercalaires 2, les joues de protection 12 sont solidarisées aux intercalaires voisins qui se trouvent respectivement intercalés entre eux-mêmes et les premier et dernier tubes 1. On réalise de la sorte un échangeur de chaleur qui présente des caractéristiques de rigidité très notablement supérieures à celles des échangeurs de la technique antérieure, et qui, par conséquent, peut supporter plus facilement les vibrations générées par le moteur du véhicule dans lequel il est installé. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-avant, mais elle embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, la forme des pattes de verrouillage, et par conséquent celle des ouvertures réalisées dans les joues de protection, pourra être différente de celle décrite, pourvu que la patte de verrouillage présente une partie étroite terminée par une partie large. Par ailleurs, on a décrit un échangeur muni de deux joues de protection qui coopèrent avec deux pattes de verrouillage situées aux extrémités opposées des parois des boîtes à fluide. Mais, il est possible d'envisager un échangeur équipé d'une unique joue de protection dont chaque extrémité coopérerait avec l'unique patte de verrouillage de chaque boîte à fluide. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant deux boîtes à fluide (3,4) délimitées par des parois métalliques (5), de forme générale cylindrique, et propres à recevoir des extrémités opposées de tubes (1) d'un faisceau de tubes parallèles et séparés par des intercalaires (2), au moins l'un des bords transversaux dudit faisceau, opposés l'un à l'autre et parallèles auxdits tubes, étant protégé par une joue métallique de protection (12), caractérisé en ce que les parois (5) des boîtes à fluide comprennent une patte de verrouillage (11), plane et repliable, comportant une partie étroite (9), se projetant, avant pliage, sensiblement parallèlement à l'axe (XX) du cylindre, et terminée par une partie large (10) destinée à être placée sensiblement perpendiculairement audit axe après pliage de ladite partie étroite (9), et en ce que la joue de protection (12) comprend en chacune de deux extrémités opposées (13) une ouverture (15) de largeur sensiblement égale, par valeur supérieure, à une partie étroite (9) de patte de verrouillage (11), de sorte que, d'une part, chaque partie étroite (9) puisse être engagée dans une ouverture (15) de joue, et d'autre part, chaque partie large (10) soit au contact d'une extrémité (13) de joue en vue de leur solidarisation par brasage ou soudage. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux joues de protection (12), et en ce que chaque boîte à fluide (3,4) comprend, en chacune de deux extrémités opposées (6,7) de sa paroi (5), une patte de verrouillage (11) propre à coopérer avec une extrémité (13) de joue. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque patte de verrouillage (11) est de forme générale en T, ses parties étroite (9) et large (10) définissant respectivement les barres "verticale" et "horizontale" du T. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque joue de protection (12) est revêtue d'un placage destiné à permettre sa solidarisation aux intercalaires voisins (2). 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ouverture (15) de joue de protection est une fente à deux bords parallèles (16) qui débouche sur un côté d'extrémité (17). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque joue de protection (12) et les parois (5) délimitant les boîtes à fluide (3,4) sont réalisées dans un alliage d'aluminium.