Brevet FR2771483A1 — publié le 19990528

L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile et comprenant au moins une boîte collectrice qui est subdivisée par au moins une cloison longitudinale en au moins deux chambres parallèles, ainsi qu'un bloc tubulaire à ailettes se composant de multiples tubes et ailettes ondulées. chacun des tubes destinés aux deux chambres formant un même nombre de canaux débouchant dans celles-ci. Un tel échangeur de chaleur est décrit dans DE 44 32 972 Ai. Deux chambres sont formées par une cloison longitudinale dans une boîte collectrice de l'échangeur de chaleur. Un bloc tubulaire à ailettes de l'échangeur comporte deux rangées parallèles de tubes plats, une rangée de ceux-ci étant associée à l'une des chambres et l'autre, à l'autre chambre de la boite collectrice. Les extrémités des tubes des deux rangées qui débouchent dans chacune des chambres sont conformées de manière qu'il subsiste entre les extrémités voisines de deux tubes qui se succèdent dans la direction de balayage par l'air une distance suffisante pour permettre le montage de la cloison longitudinale entre elles. Grâce à la conformation spéciale de l'extrémité des tubes, il subsiste une distance suffisante pour la mise en place de la cloison longitudinale dans la boîte collectrice, bien que les tubes plats soient directement en appui les uns contre les autres par la suite dans le bloc tubulaire. Le fond de la boîte par lequel passe l'extrémité des tubes plats, ainsi que la cloison longitudinale et ces tubes eux-mêmes sont en métal et sont assemblés par brasage. DE 34 40 489 Al décrit un échangeur de chaleur analogue qui comporte des tubes plats équipés d'un côté d'une boîte à eau. L'extrémité des tubes qui est tournée à l'opposé de la boîte à eau est fermée. Chaque tube plat comporte une traverse de séparation qui le subdivise en deux canaux de circulation et qui est interrompue à distance de son extrémité fermée en permettant ainsi une déviation en U de la circulation du fluide de refroidissement. L'invention a pour objet de créer un échangeur de chaleur du type tel que spécifié en préambule, dont la structure et la fabrication sont encore simplifiées par rapport à l'art antérieur. Selon une particularité essentielle de l'invention, les tubes sont conformés en tubes à plusieurs canaux qui sont subdivisés par au moins une traverse de séparation positionnée au droit de l'au moins une cloison longitudinale en un nombre de canaux qui correspond à celui des chambres de la boîte collectrice et le bord inférieur de l'au moins une cloison longitudinale, qui est tourné vers l'extrémité des tubes, comporte à la distance de l'entre-axe des tubes à plusieurs canaux des évidements qui chevauchent à fleur les traverses des tubes avec complémentarité de formes et qui sont reliés de manière étanche au contour extérieur de l'extrémité des tubes. Grâce à la solution selon l'invention, il suffit de ne plus prévoir qu'une rangée de tubes pour obtenir néanmoins le nombre voulu de canaux de circulation. Le fait de prévoir dans la cloison longitudinale les évidements qui chevauchent à fleur les traverses de séparation permet de créer un assemblage étanche de l'au moins une cloison et des tubes à canaux multiples, qui permet une séparation fiable des chambres de la boîte collectrice. Si celle-ci comporte un fond à travers lequel passent les tubes à plusieurs canaux, le bord inférieur de la cloison longitudinale est aussi relié de manière étanche à ce fond, En présence de boîtes collectrices sans fond, dans lesquelles les tubes à plusieurs canaux sont évasés de manière à former un bloc à surface plane, le bord inférieur de l'au moins une cloison longitudinale est profilé en conséquence de manière à obtenir une fermeture étanche avec ces extrémités des tubes. Suivant un mode d'exécution de l'invention, les tubes à plusieurs canaux sont conformés en tubes plats et 3 2771483 les traverses de séparation sont conformées en suages longitudinaux. Ceci représente un mode d'exécution particulièrement simple et réalisable à bon marché. Suivant une autre particularité de l'invention, l'au moins une boîte collectrice comporte un fond qui comporte des passages qui sont en un nombre correspondant à celui des tubes à canaux multiples et qui comportent au droit des suages longitudinaux des tubes à canaux multiples des éléments de surface pleine en forme de languettes situées à fleur de ces suages et le bord inférieur de la cloison longitudinale comporte dans ses parties situées entre les évidements des profilages qui aboutissent à fleur du côté supérieur du fond entre les passages. Il est possible de réaliser ainsi un assemblage étanche entre le fond, les tubes à canaux multiples et l'au moins une cloison longitudinale. Suivant une autre particularité de l'invention, la boîte collectrice comportant les chambres, l'au moins une cloison longitudinale, le fond et l'extrémité des tubes pénétrant dans les passages sont réalisés en métal et brasés de manière étanche les uns aux autres. Il en résulte ainsi un échangeur de chaleur entièrement en métal qui garantit une possibilité entière de recyclage. Le brasage des éléments individuels en métal de l'échangeur de chaleur permet par des moyens particulièrement simples un assemblage étanche et durable des pièces. Suivant une autre particularité de l'invention, l'extrémité des tubes plats qui est tournée à l'opposé de la cloison longitudinale est fermée et les suages longitudinaux aboutissent à distance au-devant de l'extrémité fermée des tubes de manière à former une section de déviation en U. Ainsi s'obtient dans chaque tube plat une circulation en retour qui permet la disposition des raccords d'arrivée et de retour d'un circuit de refroidissement ou de chauffage, de sorte que les boîtes collectrices peuvent être supprimées à l'emplacement de cette extrémité des tubes. 4 2771483 Suivant une autre particularité de l'invention, l'extrémité fermée des tubes a subi un repoussage à plat et une déformation telle qu'elle déborde perpendiculairement sur un côté. Ainsi s'obtient par des moyens simples une fermeture étanche de l'extrémité des tubes. Un pliage simple à arête vive ou un tel repliage en combinaison avec une déformation ultérieure en forme de U est de préférence réalisé. Suivant une autre particularité de l'invention, la dimension transversale de l'extrémité déformée de chaque tube plat correspond à la distance de l'entre-axe des extrémités des tubes. Ainsi, l'extrémité frontale, pliée à arête vive, des tubes du bloc tubulaire à ailettes brasé est directement en appui contre le tube plat voisin, de sorte qu'un placage correspondant de brasure des tubes plats permet un brasage de ces extrémités avec l'extrémité voisine des tubes, ce brasage permettant un assemblage stable de l'extrémité de tous les tubes sur le côté opposé de celui de la boite collectrice. Ainsi, la stabilité de l'ensemble du bloc tubulaire à ailettes et donc de l'échangeur de chaleur est améliorée avec également- une possibilité de fabrication extrêmement simple. Des exemples avantageux de réalisation de l'invention vont être décrits en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention, dont la boîte collectrice supérieure est partiellement arrachée; la figure 2 est une coupe longitudinale de l'échangeur de chaleur selon la figure 1 au niveau d'une cloison longitudinale de la boîte collectrice supérieure: la figure 3 est une coupe transversale à échelle agrandie d'un tube plat du bloc tubulaire à ailettes de l'échangeur de chaleur selon les figures 1 et 2: 2771483 la figure 4 est une vue en plan de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2, dont la boîte collectrice n'est pas représentée; la figure 5 est une coupe de l'échangeur de chaleur selon la ligne V-V de la figure 4; la figure 6 est une représentation en perspective d'un autre mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention; la figure 7 et une vue en plan de l'échangeur de chaleur de la figure 6, dont la boîte collectrice est enlevée; la figure 8 et une coupe de l'échangeur de chaleur selon la ligne VIII-VIII de la figure 7; la figure 9 est une vue en élévation à échelle agrandie de la cloison longitudinale des deux échangeurs de chaleur des figures 1 et 6: et la figure 10 est une vue en perspective à échelle agrandie d'un mode de réalisation d'un tube plat dont l'extrémité est repliée à arête vive, puis rabattue. Un échangeur de chaleur selon les figures 1 à 5 est un mode de réalisation d'un corps de chauffe d'une installation de chauffage d'un véhicule automobile. L'échangeur de chaleur 1 comporte un bloc tubulaire à ailettes 2 qui se compose de multiples tubes plats 7 juxtaposés en parallèle en une rangée ainsi que d'un nombre correspondant d'ailettes ondulées situées entre ces tubes et non représentées. L'extrémité supérieure des tubes plats 7 débouche dans une boîte supérieure à eau 3, également désignée boîte collectrice et qui sera décrite plus en détail par la suite. L'extrémité opposée inférieure des tubes plats 7 débouche dans une boîte à eau inférieure 8. Toutes les pièces de l'échangeur de chaleur 1 sont réalisées en métal, de préférence en aluminium et assemblées de manière connue par brasage dans un four correspondant. Les tubes plats 7 sont conformés selon la figure 3 en tubes à plusieurs canaux et ils forment dans le cas 6 2771483 particulier deux canaux de circulation 7a et 7b. A cette fin, les parois de chaque tube plat 7 sont refoulées vers l'intérieur à mi-largeur de manière à former un suage longitudinal 11 sur toute leur longueur, puis elles sont brasées pour être assemblées l'une à l'autre dans cette zone. Le suage longitudinal 11 forme ainsi une traverse de séparation entre les deux canaux de circulation 7a et 7b. La boîte à eau inférieure 8 présente selon les figures 2 et 5 une forme en cuvette. La boîte à eau 8 comprend également un fond qui comporte des passages de logement de l'extrémité inférieure des tubes plats 7. L'extrémité inférieure de ces derniers débouche dans la boîte à eau inférieure 8 qui est conformée en boîte de renvoi. Une entrée et une sortie du fluide de refroidissement, dans le cas particulier, de l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne d'un véhicule, qui circule dans les canaux 7a et 7b, se trouvent en effet sur la boîte à eau supérieure 3. Pour obtenir un circuit du fluide de refroidissement à l'intérieur du bloc tubulaire à ailettes 2, une cloison longitudinale 6, qui forme deux chambres collectrices dans la boîte à eau supérieure 3, est disposée dans cette dernière, sur la totalité de sa longueur, perpendiculairement aux tubes plats 7. Les canaux de circulation 7a débouchent dans la chambre antérieure dans la représentation de la figure 1 et les canaux 7b débouchent dans la chambre arrière. En conséquence, une tubulure d'entrée 4 débouche dans la chambre collectrice arrière, un tube d'assemblage étant posé entre l'enveloppe de la boîte à eau et la cloison longitudinale 6. Une tubulure de sortie 5 comporte une embouchure dans la chambre collectrice antérieure. Un préalable à la réalisation fiable d'un circuit à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 1 est que la cloison longitudinale 6 crée une séparation fiable et étanche des deux chambres collectrices à l'intérieur de la boîte à eau supérieure 3. Il faut donc que le bord inférieur de la cloison longitudinale 6 forme une isolation étanche d'une 7 2771483 part avec le fond 9 et d'autre part avec les tubes plats 7 au droit des traverses formées par les suages longitudinaux 11. Le fond 9 comporte pour former une isolation étanche avec l'extrémité des tubes 7 un nombre de passages 10 (figure 2) qui correspond à celui de ces derniers et qui sont adaptés au contour extérieur de ces tubes plats. Les passages comportent au droit des suages longitudinaux 11 des éléments de surface pleine en forme de languettes qui sont en appui à fleur dans ces suages. L'isolation étanche du bord inférieur de la cloison longitudinale 6. qui est représentée individuellement sur la figure 9, avec le fond 9 de la boîte à eau supérieure 3 et avec l'extrémité des tubes plats 7, au droit des suages longitudinaux 11, est assurée par un profilage correspondant de cette cloison 6 à la distance de l'entre-axe des tubes 7. Comme le montre en particulier la figure 9, le bord inférieur de la cloison 6, qui en représente une arête longitudinale, comporte des évidements 14 qui ont une section rectangulaire telle qu'ils peuvent se placer à fleur de la partie rétrécie des tubes 7 et donc se loger dans les suages longitudinaux 11. Des profilages en arc de cercle 15 qui sont prévus entre les évidements 14 coïncident exactement avec le contour de la surface du fond 9 aux emplacements situés entre les passages destinés aux tubes plats 7. Dans le reste de son bord extérieur contourné, la cloison longitudinale 6 est adaptée exactement au contour intérieur correspondant de l'enveloppe de la boîte à eau 3. Toutes les pièces de l'échangeur de chaleur 1 qui entrent en contact les unes avec les autres comportant un placage de brasure, il se produit dans le four de brasage de manière simple un assemblage étanche des pièces individuelles, en Darticulier un brasage étanche de la cloison longitudinale 6 avec le fond 9, l'extrémité des tubes 7 et l'enveloppe de la boîte à eau 3. Un échangeur de chaleur la selon les figures 6 à 9 est également réalisé pour servir de corps de chauffe 8 2771483 d'une installation de chauffaqe d'un véhicule automobile. L'échanqeur de chaleur la correspond essentiellement à l'échanqeur de chaleur 1 qui a été décrit ci-dessus. L'échanqeur de chaleur la comprend un bloc tubulaire à ailettes 2a qui comporte également des tubes plats à deux canaux qui débouchent dans deux chambres collectrices 7a et 7b d'une boîte à eau supérieure. La conformation de l'échangeur de chaleur la dans la zone de la boîte à eau supérieure est identique à celle du mode de réalisation décrit plus haut en reqard des figures 1 à 5. Les tubes plats correspondent également à la représentation de la figure 3. L'unique différence par rapport à l'échangeur de chaleur des figures 1 à 5 est que l'échanqeur de chaleur la ne comporte pas de boîte à eau inférieure. Bien au contraire, l'extrémité inférieure des tubes a subi un repoussage à plat et un pliage à arête vive de manière à former une fermeture inférieure étanche 12. De plus, tous les tubes plats sont bordés à arête vive dans le même sens exactement à la même hauteur de manière à former des fermetures inférieures 12. La longueur de chaque fermeture 12 de tube bordée à arête vive coïncide exactement avec la distance de l'entre- axe de ces tubes, de sorte que l'extrémité frontale des fermetures 12 est en appui à fleur contre le tube plat voisin (figure 6). Un brasage correspondant de ces extrémités frontales avec les tubes plats voisins produit une obturation inférieure stable à la manière d'une tringle pour le bloc tubulaire à ailettes 2a. Pour obtenir à l'intérieur de chaque tube plat une circulation en retour et donc une déviation de l'un des canaux dans un autre canal de circulation. la traverse de séparation de chaque tube plat ne se prolonge pas sur la longueur totale de ce dernier, mais elle est interrompue dans la partie inférieure de manière à former une ouverture 13. La traverse de séparation en forme de suage longitudinal 11a se poursuit à nouveau immédiatement au- devant de la transition à la fermeture 12 coudée à angles vifs de manière à former une nervure de rigidification de 9 2771483 façon à obtenir une stabilité améliorée dans la zone de transition située entre la partie inférieure des tubes et leur fermeture 12. Une circulation dans le tube plat s'effectue donc selon la fiqure 6 de la chambre arrière 7b, dans laquelle débouche la tubulure d'entrée de la boite à eau supérieure, vers le bas et par l'ouverture 13 en forme de U, puis en retour dans la chambre collectrice voisine antérieure 7a d'o l'eau refroidie parvient dans la tubulure de sortie. En variante de réalisation de l'invention, l'extrémité fermée des tubes plats n'est pas uniquement pliée à arête vive, mais encore recourbée en U. conformément à la fiqure 10, La dimension transversale de cette extrémité des tubes - vue à partir d'un plan de symétrie lonqitudinal - ne doit pas correspondre nécessairement à la distance de l'entre-axe des tubes plats du bloc tubulaire à ailettes, mais elle peut aussi être sensiblement plus faible. La fiqure 10 ne comporte pas de référence, car la représentation est suffisamment bien compréhensible. l 0 2771483 REVENDICATIONS 1, Echangeur de chaleur destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins une boite collectrice, qui est subdivisée par au moins une cloison longitudinale en au moins deux chambres parallèles, échangeur comprenant également un bloc tubulaire à ailettes se composant de multiples tubes et ailettes ondulées, chacun des tubes destinés aux deux chambres formant un même nombre de canaux débouchant dans celles-ci, caractérisé en ce que les tubes sont conformés en tubes (7) à plusieurs canaux qui sont subdivisés en un nombre de canaux correspondant à celui des chambres collectrices (7a, 7b) par au moins une traverse de séparation (11a, la) orientée en longueur et positionnée au droit de l'au moins une cloison longitudinale (6, 6a) et en ce que le bord de l'au moins une cloison longitudinale (6, 6a) qui est tourné vers l'extrémité des tubes comporte à la distance de l'entre-axe des tubes (7) à plusieurs canaux des évidements (14) qui chevauchent à fleur et avec complémentarité de formes les traverses (11, 11a) de séparation des tubes (7) et qui sont reliés de manière étanche au contour extérieur de l'extrémité des tubes. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes à plusieurs canaux sont conformés en tubes plats (7) et les traverses longitudinales sont conformées en suages longitudinaux (11, la). 3. Echangeur de chaleur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'au moins une boîte collectrice (3) comprend un fond (9) qui comporte des passages (10) en un nombre qui correspond à celui des tubes à canaux multiples (7), ces passages comportant au drolt, des suages longitudinaux (11) des tubes à plusieurs canaux (7) des éléments de surface pleine en forme de lanquettes qui sont en appui à fleur contre ces suaqes et en ce que le bord de la cloison lonqitudinale (6, 6a) qui est tourne vers l'extrémité des tubes comporte dans ses parties situées entre les évidements (14) des profilaqes llh 2771483 (15) qui s'achèvent entre les passages (10) à fleur d'un côté supérieur du fond (9). 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte collectrice (3) comportant les chambres (7a, 7b), l'au moins une cloison longitudinale (6, 6a), le fond (9) et l'extrémité des tubes pénétrant dans les passages (10) sont réalisés en métal et sont reliés de manière étanche par brasage. 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes plats (7) sont fermés à l'extrémité tournée à l'opposé de la cloison longitudinale (6a) et en ce que les suages longitudinaux sont interrompus dans la région de cette extrémité des tubes en formant une section de déviation en U. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes plats ont subi un repoussage à plat à l'extrémité fermée et ont été déformés de manière que leur extrémité déborde perpendiculairement sur un côté. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dimension transversale de l'extrémité déformée de chaque tube plat correspond à la distance de l'entre-axe de ces extrémités de tube. 8, Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité des tubes comporte, dans chaque zone de transition entre la partie de déviation et la fermeture formée d'un pliage à arêtes vives, une nervure de rigidification disposée à l'alignement du suage longitudinal.