Brevet FR2780152A1 — publié le 19991224

Echangeur de chaleur pour véhicule automobile, et son procédé de fabrication L'invention concerne la technologie des échangeurs de chaleur pour les véhicules automobiles. L'invention s'applique aux différents types d'échangeurs de chaleur que l'on peut rencontrer dans un véhicule, qu'il s'agisse du radiateur de chauffage de l'habitacle, du radiateur de refroidissement du moteur, du condenseur du circuit de climatisation, ou encore de l'évaporateur d'une boucle de climatisation. Ces échangeurs sont constitués d'un faisceau de tubes à ailettes réalisant l'échange thermique avec le milieu extérieur. Les tubes du faisceau sont reliés de part et d'autre par des blocs d'extrémité définissant le sens de circulation du fluide dans les divers tubes et permettant d'introduire le fluide dans l'échangeur et de l'en extraire. Chacun des blocs d'extrémité comporte une plaque collectrice ou "plaque à trous" métallique dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, solidarisés à cette plaque, par exemple par brasage, à l'endroit de leur débouché. Cette plaque, généralement désignée "collecteur", est coiffée par un couvercle ou "boîte à fluide" de manière que collecteur et boite définissent un volume commun dans lequel débouchent les extrémités correspondantes des tubes, et par lequel sont opérées le cas échéant l'entrée et la sortie du fluide. La boite à fluide est pourvue de raccordements à des condui- tes d'admission et de collecte de fluide. Son volume inté- rieur est en outre subdivisé en une pluralité de sous-volumes distincts permettant de réunir ensemble certains groupes de tubes du faisceau de manière à définir une configuration de circulation de fluide prédéterminée dans l'échangeur, avec plusieurs allers et retours de fluide dans le faisceau de tubes. Un bloc d'extrémité comprend donc au moins un collecteur et une boite à fluide qu'il y a lieu d'assembler ensemble. L'une des techniques d'assemblage couramment utilisée à cet effet est l'assemblage brasé, o l'ensemble des éléments de l'échangeur thermique est passé dans un four de brasage permettant à un métal d'apport de réaliser à la fois la solidarisation des divers éléments (collecteurs, boîtes à fluide, cloisons de séparation, faisceau de tubes, etc.) et leur étanchéité. Une autre technique d'assemblage utilisée est l'assemblage mécanique dans laquelle l'ensemble des éléments de l'échan- geur thermique sont solidarisés mécaniquement avec interpo- sition d'un joint d'étanchéité assurant l'étanchéité entre le collecteur et les tubes, d'une part, et entre le collecteur et la boîte à fluide, d'autre part. L'invention vise une technique particulière de fabrication d'un échangeur de chaleur, applicable dans le cas des deux techniques d'assemblage précitées, en particulier celui de l'assemblage brasé. Elle vise à rationaliser la production par simplification de l'assemblage, standardisation des éléments et réduction du nombre de pièces différentes à assembler pour réaliser un échangeur donné. L'échangeur de chaleur est du type connu comprenant un faisceau de tubes parallèles réunis à chacune de leurs extrémités respectives par un collecteur en forme de plaque, chaque collecteur étant coiffé par une boîte à fluide fermant de manière étanche le collecteur et définissant avec celui-ci une pluralité de volumes intérieurs imposant des sens prédéterminés de circulation du fluide dans les tubes du faisceau. De façon caractéristique de l'invention, la boîte à fluide est formée d'une pluralité de capots individuels monoblocs juxtaposés, assemblés ensemble au collecteur et définissant conjointement lesdits volumes intérieurs de la boite à fluide. Dans une première forme générale de réalisation de l'inven- tion, lesdits capots définissent chacun l'un desdits volumes intérieurs de la boîte à fluide. Dans une deuxième forme générale de réalisation de l'inven- tion, l'un au moins desdits capots, dit capot central, définit à lui seul l'un desdits volumes intérieurs de la boite à fluide, tandis qu'il est prévu au moins un capot latéral qui recouvre partiellement le capot central pour définir avec lui un autre volume intérieur. Dans ce dernier cas, il est avantageux que le capot latéral présente une paroi latérale à face ouverte qui recouvre le capot central sur une longueur choisie. De préférence, lesdits capots comprennent: un capot d'admis- sion de fluide et un capot de collecte de fluide semblables; et/ou au moins un capot d'inversion de sens de fluide; et/ou une pluralité de capots, semblables, d'inversion de sens de fluide. Les collecteurs sont avantageusement pourvus du côté des capots d'un rebord périphérique formant un contour extérieur complémentaire de celui, intérieur, défini par les capots juxtaposés préalablement à l'assemblage de ceux-ci sur le collecteur. Dans une troisième forme générale de réalisation de l'inven- tion, au moins un premier capot, dit capot extérieur, recouvre totalement au moins un deuxième capot, dit capot intérieur, le premier capot et le deuxième capot définissant au moins deux volumes intérieurs de la boite à fluide. Selon une particularité de ce mode de réalisation, le capot extérieur définit deux logements de part et d'autre du capot intérieur. Selon encore une autre particularité, le capot extérieur et le capot intérieur ont des rebords de hauteur différente, la hauteur des rebords du capot intérieur étant inférieure à la hauteur des rebords du capot extérieur de manière à créer un passage entre lesdits logements. Selon encore une autre particularité, le capot intérieur et le capot extérieur ont des rebords longitudinaux disposés l'un contre l'autre sur le collecteur. Selon encore une autre particularité, le capot intérieur et/ou le capot extérieur comportent un ou plusieurs orifices d'admission ou d'expulsion de fluide. Selon encore une autre particularité, le capot intérieur est alimenté en fluide, lequel fluide effectue deux passes séparées dans le faisceau avant d'être expulsé par un ou plusieurs orifices d'expulsion du capot extérieur. L'invention vise également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur du type décrit ci-dessus, procédé comportant les étapes suivantes: a) fabrication, de préférence par emboutissage, d'une pluralité de capots individuels monoblocs définissant conjointement lesdits volumes intérieurs des boîtes à fluide, b) fabrication et assemblage d'un faisceau de tubes parallè- les, c) mise en place des collecteurs aux extrémités des tubes du faisceau, d) mise en place, sur chacun des collecteurs, des capots individuels correspondants, e) solidarisation mécanique de l'ensemble. A l'étape a), les capots sont de préférence fabriqués par emboutissage d'une tôle métallique. Dans l'étape e), la solidarisation de l'ensemble s'effectue de préférence par brasage conjoint des capots aux collecteurs et des collecteurs aux tubes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci- dessous, faite seulement à titre d'exemple, et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue générale en coupe d'un échangeur de chaleur de véhicule automobile selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur de véhicule automobile selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue partielle en coupe analogue à la figure 2 dans une variante de réalisation; - la figure 4 est une vue partielle en perspective correspon- dant à la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur selon une troisième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est une vue partielle en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5. La figure 1 représente un échangeur de chaleur dans lequel sont mis en oeuvre les enseignements de l'invention. Il comporte un faisceau de tubes parallèles 10 (ici des tubes plats) séparés par des ailettes 11 de forme ondulée. Il est prévu de part et d'autre du faisceau de tubes des blocs d'extrémité réunissant ensemble certains groupes de tubes et définissant une configuration de circuit de fluide prédéter- minée dans l'échangeur thermique, schématisée par les différentes flèches sur la figure 1. Chaque bloc d'extrémité comporte, de manière en elle-même connue, une plaque métallique 12, 14 généralement appelée "collecteur" réunissant les extrémités des tubes du faisceau, plaque à laquelle est associé un élément en forme de couver- cle généralement désigné "boîte à fluide" ou "boîte collec- trice" relié de manière étanche au collecteur par son rebord périphérique. L'ensemble constitué par le collecteur et la boîte correspondante définit des volumes dans lesquels débouchent les tubes du faisceau. Ces divers éléments (collecteurs, boites et tubes) sont solidarisés ensemble de manière étanche par brasage, c'est-à-dire par la fusion contrôlée d'un métal d'apport pendant une étape de passage dans un four de brasage. Selon une première forme de réalisation de l'invention, la boîte à fluide de chaque bloc d'extrémité est constituée d'une pluralité de capots individuels juxtaposés définissant chacun l'un des divers volumes internes de la boîte à fluide. Ainsi, la boîte à fluide associée au collecteur 12 comporte un premier capot 16 relié à une conduite d'admission de fluide 18, un deuxième capot 20 relié à une conduite de collecte de fluide 22 et, entre les deux, un capot 24 d'inversion du sens de circulation du fluide. La boîte à fluide associée au collecteur 14 est, quant à elle, constituée de deux capots 26, 28 d'inversion du sens de circulation du fluide. Très avantageusement, pour permettre une rationalisation du processus de fabrication, les dimensions des capots sont choisies pour que les capots 16 et 20 soient semblables, de même que celles des capots 24, 26 et 28: les boîte à fluide de l'échangeur thermique peuvent ainsi être réalisées à partir de deux types de capots seulement, à savoir un capot d'admission/collecte de fluide tel que 16 ou 20, et un capot d'inversion du sens de circulation de fluide tel que 24, 26 ou 28. Le matériau des collecteurs et des capots est en métal permettant le brasage, par exemple en un alliage d'aluminium traité en surface par un revêtement de métal d'apport. Pour faciliter l'assemblage des différents capots aux collecteurs avant brasage, on prévoit sur chacun des collec- teurs 12, 14 un rebord périphérique respectif 32, 34 dimen- sionné de manière à correspondre au contour (enveloppe) des différents capots juxtaposés montés sur ce collecteur; le recouvrement des bords respectifs des collecteurs et des capots associés avec les rebords périphériques des capots perpendiculaires au collecteur permet un brasage satisfaisant du fait de la plus grande surface en vis-à-vis des éléments brasés. Les capots sont de préférence des pièces monobloc, par exemple réalisés par emboutissage d'une tôle. Ils présentent chacun, du côté de leur bord libre, une face orientée perpendiculairement au plan du collecteur, comme en 36 ou 38, de manière à augmenter la surface en vis-à-vis entre deux capots attenants ou entre un capot d'extrémité et le rebord périphérique 32 ou 34 du collecteur associé. Le reste du capot peut prendre toute forme appropriée, dictée par les contraintes techniques d'implantation (par exemple une forme en toit pour les capots 16 et 20 reliés aux conduites d'admission et de collecte de fluide 18 et 22) ou par des considérations d'encombrement ou de mécanique des fluides (par exemple une forme plate pour les capots 24, 26 et 28). Dans une seconde forme de réalisation représentée à la figure 2, l'échangeur comporte un collecteur 12 analogue à celui de la figure 1. La boîte à fluide associée au collecteur 12 comporte un premier capot 40 muni d'une ouverture d'admission de fluide 42, un deuxième capot 44 muni d'une conduite de collecte de fluide 46 et, entre les deux, un capot 48 d'inversion du sens de circulation du fluide. Les capots 40 et 44 sont semblables. Le capot 48, ou capot central définit à lui seul un volume intérieur, alors que les capots 40 et 44, ou capots latéraux, recouvrent chacun en partie le capot central 48 pour définir avec lui deux autres volumes. Les capots latéraux 40 et 44 ont des parois latérales respectives 50 et 52, dont chacune délimite une face ouverte tournée vers le capot central 48. Les parois 50 et 52 viennent recouvrir le capot central sur des longueurs respectives L1 et L2 qui peuvent être identiques ou différentes. Ainsi un même capot latéral peut être utilisé pour définir des volumes intérieurs différents en fonction de la longueur du recouvrement L1 ou L2. Dans le cas de la figure 2, la paroi du capot 48 est lisse si bien que les parois latérales 50 et 52 des capots 42 et 44 sont en saillie vers l'extérieur. Par contre, dans la variante des figures 3 et 4, la paroi latérale du capot central 48 comporte deux épaulements ou décrochements 54 et 56 qui permettent de loger les extrémités des parois latérales 50 et 52 des capots 40 et 44 qui se trouvent ainsi au même niveau que la paroi du capot central. Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, représentée aux figures 5 et 6, la boite à fluide est formée d'un premier capot 140, dit capot extérieur, qui recouvre totalement un deuxième capot 150, dit capot intérieur. Le premier capot 140 et le deuxième capot 150 sont assemblés au collecteur 12. Le capot intérieur 150 définit un premier volume intérieur de la boite à fluide, tandis que le capot extérieur 140 définit deux logements 143 et 144 de part et d'autre du capot intérieur (figure 5). Ces deux logements définissent deux volumes intérieurs qui forment ici un volume intérieur unique étant donné que les deux logements 143 et 144 communiquent entre eux par un passage 145 (figures 5 et 6). Dans une variante non représentée, les logements 143 et 144 pourraient être complètement séparés, donc sans communication, à condition que le capot intérieur forme une cloison étanche entre les deux logements. Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, le capot extérieur 140 comporte des rebords transversaux 141 et longitudinaux 142 qui ont une plus grande hauteur que les rebords transversaux 151 et longitudinaux 152 du capot intérieur. Cet exemple de réalisation, non limitatif, permet de réaliser le passage 145 entre les logements 143 et 144. Avantageusement, un orifice 148 pratiqué à la fois dans le capot intérieur 150 et le capot extérieur 140 permet l'intro- duction ou l'expulsion d'un fluide directement dans le capot intérieur 150. Un ou plusieurs autres orifices 122 peuvent être aménagés au travers du capot extérieur 140 (figure 5). Pour améliorer l'étanchéité au niveau de l'orifice 148, les rebords longitudinaux 152 du capot intérieur 150 sont accolés respectivement aux rebords longitudinaux 142 du capot extérieur 140. De même, les rebords 32 du collecteur 12 (figure 6) correspondent aux rebords longitudinaux 141 et 142 du capot extérieur 140. La boite à fluide assemblée au collecteur 14 (figure 5) est constituée de deux capots 250 et 350 d'inversion du sens de circulation du fluide. Associés à un capot intérieur 150 et un capot extérieur 140, ces deux capots d'inversion du sens du fluide permettent de réaliser deux passes séparées du fluide à l'intérieur du faisceau. Il en résulte que le fluide pénètre à l'intérieur du capot intérieur 150 et est divisé en deux parties. Une première partie du fluide gagne le capot 250 pour aller ensuite vers le logement 143, tandis qu'une deuxième partie gagne le capot 350 pour aller ensuite vers le logement 144. Ainsi, chacune des parties du fluide réalise un parcours en deux passes séparées, formant aller et retour. Avantageusement, les capots 150, 250 et 350 sont semblables. Dans une variante de réalisation (non représentée), il pourrait être envisagé d'utiliser un seul capot à la place des deux capots 250 et 350. De manière avantageuse, le capot extérieur 140 recouvre la totalité du collecteur 12, mais il est aussi possible de disposer, sur le collecteur 12, deux ou plusieurs capots intérieurs 150 recouverts par deux ou plusieurs capots extérieurs 140. On comprendra que, de manière générale, l'invention permet d'utiliser des capots qui sont juxtaposés et/ou se recouvrent mutuellement. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titres d'exemples et est susceptibles de nombreuses variantes. Ainsi l'invention peut s'appliquer aussi à des échangeurs de chaleur assemblés mécaniquement, sans brasage. Revendications 1. Échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes parallèles (10) réunis à chacune de leurs extrémités respectives par un collecteur (12; 14) en forme de plaque, chaque collecteur étant coiffé par une boite à fluide fermant de manière étanche le collecteur et définis- sant avec celui-ci une pluralité de volumes intérieurs imposant des sens prédéterminés de circulation du fluide dans les tubes du faisceau, caractérisé en ce que la boite à fluide est formée d'une pluralité de capots individuels monoblocs (16, 20, 24; 26, 28; 42, 44, 48; 140, 150, 250, 350) assemblés au collecteur et définissant conjointement lesdits volumes intérieurs de la boîte à fluide. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits capots (16, 20,24; 26, 28; 140, 150, 250, 350) définissent chacun l'un desdits volumes intérieurs de la boîte à fluide. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins (48) desdits capots, dit capot central, définit à lui seul l'un desdits volumes intérieurs de la boîte à fluide, tandis qu'il est prévu au moins un capot latéral (40, 44) qui recouvre partiellement le capot central pour définir avec lui un autre volume intérieur. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capot latéral (40, 44) présente une paroi latérale (50, 52) à face ouverte qui recouvre le capot central sur une longueur choisie (Li, L2). 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits capots comprennent un capot d'admission de fluide (16; 40) et un capot de collecte de fluide (20; 44) semblables. 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins un premier capot (140), dit capot extérieur, recouvre totalement au moins un deuxième capot (150), dit capot intérieur, le premier capot (140) et le deuxième capot (150) définissant au moins deux volumes intérieurs de la boîte à fluide. 7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capot extérieur (140) définit deux logements (143, 144) de part et d'autre du capot intérieur (150). 8. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capot extérieur (140) et le capot intérieur (150) ont des rebords respectifs (141, 142; 151, 152) et en ce que la hauteur des rebords (151, 152) dudit capot inté- rieur (150) est inférieure à la hauteur des rebords (141, 142) dudit capot extérieur (140) de manière à créer un passage (145) entre lesdits logements (143, 144). 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le capot intérieur (150) et le capot extérieur (140) ont des rebords longitudinaux respectifs (152, 142) qui sont disposés l'un contre l'autre sur le collecteur (12). 10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le capot intérieur (150) et/ou le capot extérieur (140) comportent un ou plusieurs orifices d'admission ou d'expulsion de fluide (148). 11. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le capot intérieur (150) est alimenté en fluide, ce fluide effectuant deux passes séparées dans le faisceau avant d'être expulsé par un ou plusieurs orifices d'expulsion (122) du capot extérieur. 12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdits capots comprennent au moins un capot d'inversion de sens de fluide (24; 26, 28; 48; , 250, 350). 13. Échangeur de chaleur selon la revendication 12, caracté- risé en ce que lesdits capots comprennent une pluralité de capots d'inversion de sens de fluide (24; 26, 28; 48; 150, 250, 350) et en ce que ces capots sont semblables. 14. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les collecteurs (12, 14) sont pourvus du côté des capots d'un rebord périphérique (32, 34) formant un contour extérieur complémentaire de celui, intérieur, défini par les capots juxtaposés préalablement à l'assemblage de ceux-ci sur le collecteur. 15. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes parallèles (10) réunis à chacune de leurs extrémités respectives par un collecteur (12; 14) en forme de plaque, chaque collecteur étant coiffé par une boîte à fluide fermant de manière étanche le collec- teur et définissant avec celui-ci une pluralité de volumes intérieurs imposant des sens prédétermines de circulation du fluide dans les tubes du faisceau, procédé caractérisé par les étapes suivantes: a) fabrication d'une pluralité de capots individuels monobloc (16, 20, 24; 26, 28; 140, 150, 250, 350) définissant conjointement lesdits volumes intérieurs des boîtes à fluide, b) fabrication et assemblage d'un faisceau de tubes parallè- les (10), c) mise en place des collecteurs aux extrémités des tubes du faisceau, d) mise en place, sur chacun des collecteurs, des capots individuels correspondants, e) solidarisation mécanique de l'ensemble. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que, à l'étape a), les capots sont fabriqués par emboutissage d'une tôle métallique. 17. Procédé selon l'une des revendication 15 et 16, caracté- risé en ce que, à l'étape e), la solidarisation est effectuée par brasage conjoint des capots aux collecteurs et des collecteurs aux tubes.