Brevet FR2785376A1 — publié le 20000505

Echangeur de chaleur multifonction, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne un échangeur de chaleur du type multifonction, ou encore multifluide, convenant notamment aux véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant un seul faisceau de tubes et d'ailettes, divisé en au moins deux parties propres à tre parcourues par des fluides différents, qui sont destinés à tre refroidis par un milieu de refroidissement commun balayant le faisceau, et dans lequel les extrémités des tubes sont reçues dans au moins une plaque collectrice reliée à des boites collectrices. On connaît déjà, en particulier d'après DE 195 09 654, un échangeur de chaleur de ce type dans lequel les extrémités des tubes du faisceau sont reçues, d'un côté dans une plaque collectrice reliée à deux boites collectrices et, d'un côté opposé, dans une autre plaque collectrice reliée à deux autres boites collectrices. Cet échangeur de chaleur connu comprend un seul faisceau de tubes qui est divisé en deux parties parcourues respectivement par deux fluides différents. A chacune des parties du faisceau correspond une boite collectrice d'entrée et une boite collectrice de sortie pour la circulation du fluide à refroidir. Dans l'exemple de réalisation décrit dans le document précité, les deux fluides sont constitués respectivement par un flux d'air d'alimentation et par un flux de carburant qui doivent tre refroidis par un mme flux d'air qui balaie le faisceau. Cet échangeur de chaleur connu ne peut fonctionner d'une manière sûre que dans le cas où les deux fluides à refroidir ont des températures voisines. Par contre, si les deux fluides devaient avoir des températures très différentes, les tubes de la première partie du faisceau et les tubes de la deuxième partie du faisceau présenteraient des dilatations différentes de nature à engendrer des contraintes au niveau des extrémités des tubes. Comme ces extrémités sont reçues à chaque fois dans une mme boite collectrice, ces contraintes pourraient entraîner une déformation, voire une rupture de cette boite collectrice. Cet échangeur de chaleur connu ne peut donc tre utilisé lorsque les deux fluides à refroidir ont des températures très différentes, comme c'est le cas lorsque l'une des parties du faisceau constitue un radiateur de refroidissement d'un moteur thermique et une autre partie du faisceau constitue un radiateur de refroidissement, encore appelé"refroi- disseur", de l'air de suralimentation du moteur. En effet, la suralimentation d'un moteur thermique consiste alimenter celui-ci en air comprimé et non directement en air atmosphérique, de façon à augmenter la masse d'oxygène disponible dans les chambres de combustion. La compression de l'air s'accompagne d'une forte élévation de température, qui peut atteindre des valeurs de 150 C, ou davantage. Ces valeurs sont très supérieures à celles du fluide de refroidissement du moteur qui vont de la valeur ambiante au démarrage du moteur jusqu'à une plage d'environ 80 à 100 C en régime normal. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur multifonctionnel susceptible d'tre parcouru par des fluides différents, pouvant tre à des températures très différentes, et cela sans risque d'endommagement du faisceau du fait de phénomènes de dilatation différentielle. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur de ce type qui peut tre utilisé pour assurer à la fois le refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et le refroidissement de l'air de suralimentation dudit moteur. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction dans lequel le faisceau comprend un tube, dit"tube inactif", séparant les tubes appartenant aux parties, dans lequel, à chaque extrémité du faisceau, les extrémités des tubes sont reliées à une plaque collectrice commune, et dans lequel ladite plaque collectrice commune est assemblée à des boites collectrices distinctes séparées par le tube inactif et propres à tre traversées respectivement par les fluides. Ainsi, l'échangeur de chaleur de l'invention comprend un unique faisceau de tubes et d'ailettes, mais ce faisceau est divisé en au moins deux parties séparées par un tube particulier du faisceau, que l'on appelle"tube inactif", car ce tube n'est parcouru par aucun fluide et joue simplement le rôle d'une barrière thermique entre les parties du faisceau. Les extrémités des tubes appartenant respectivement aux parties du faisceau, ainsi que l'extrémité du tube inactif sont reçues dans une plaque collectrice commune, laquelle est assemblée à des boites collectrices qui correspondent aux parties du faisceau. Il en résulte que, mme si les parties du faisceau sont parcourues par des fluides à des températures très éloignées l'une de l'autre, aucune détérioration ne risque de se produire du fait que les ces parties sont séparées par le tube inactif formant barrière thermique et qu'elles communiquent avec des boites collectrices totalement distinctes. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le faisceau est formé par tn empilement alterné de tubes plats et d'ailettes réalisées sous la forme d'intercalaires ondulés. Les tubes plats précités sont avantageusement du type multicanaux et comprennent une jambe de force. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes sont formés à partir d'une matière du type aluminium. La plaque collectrice et les boites collectrices peuvent tre assemblées entre elles, soit mécaniquement avec interposition d'un joint d'étanchéité, soit encore par brasage. Lorsqu'un joint d'étanchéité est présent, ce dernier est avantageusement formé d'une seule pièce et comprend des parties propres à tre interposées entre la plaque collectrice et respectivement les boites collectrices. L'invention s'applique tout particulièrement au cas où le faisceau comprend deux parties propres à tre balayées par un mme flux d'air de refroidissement. Bien entendu, ce faisceau pourrait comprendre plus de deux parties, toujours balayées par un mme flux d'air de refroidissement. Dans une application préférentielle de l'invention, une partie du faisceau constitue un radiateur de refroidissement d'un moteur thermique, et une autre partie du faisceau constitue un radiateur de refroidissement de l'air de suralimentation dudit moteur. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 représente une vue en perspective partielle, avec éclatement, d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; -la figure 2 est une vue en coupe analogue à la figure 1, sans les boites collectrices ; -la figure 3 est une vue partielle de dessus correspondant à la figure 2 ; -la figure 4 est une vue partielle en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne IV-IV de la figure 3 ; et -la figure 5 est une vue partielle en perspective du collecteur de l'échangeur de chaleur des figures 1 à 4. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend un faisceau unique 1 formé par un empilement alterné de tubes plats 2 et d'ailettes 3 constituées par des intercalaires ondulés. Les tubes 2 sont des tubes dits"bi-canaux"obtenus par pliage et brasage d'une tôle métallique, en particulier à base d'aluminium. Chacun des tubes comporte ainsi une cloison interne formant jambe de force et définit intérieurement deux canaux parallèles 4 pour la circulation d'un fluide. Les ailettes 3 sont formées habituellement du mme matériau métallique et ces dernières sont reliées par brasage aux tubes 2. Les tubes du faisceau sont identiques entre eux et sont divisés en une première série de tubes 2a destinés à tre parcourus par un premier fluide FI et en une deuxième série de tubes 2b destinés à tre parcourus par un deuxième fluide F2 (figure 1). Dans l'exemple, le premier fluide F1 est constitué par le liquide de refroidissement (habituellement de l'eau additionnée d'un antigel) d'un moteur thermique, en particulier de véhicule automobile. Le deuxième fluide F2 est constitué par de l'air de suralimentation dudit moteur thermique. Il est rappelé ici que la suralimentation d'un moteur thermique consiste à alimenter celui-ci en air comprimé et non directement en air atmosphérique, de façon à augmenter la masse d'oxygène disponible dans les chambres de combustion. La compression de l'air s'accompagne d'une forte élévation de température et il est donc nécessaire de refroidir cet air. Les ailettes définissent entre les tubes des espaces libres pour la circulation d'un flux d'air de refroidissement F3 qui est commun à tous les tubes du faisceau. Le faisceau 10 comprend un tube particulier 2i, dit"tube inactif", qui sépare les tubes 2a des tubes 2b. Ce tube inactif 2i constitue une barrière thermique formant séparation entre une première partie P1 du faisceau constituée des tubes 2a et des ailettes associées et une deuxième partie P2 du faisceau constituée des tubes 2b et des ailettes associées. En effet, le fluide F1 et le fluide F2 peuvent avoir des températures très différentes, susceptibles d'engendrer des contraintes dans le faisceau. A titre d'exemple, la température du fluide F1 (liquide de refroidissement) peut varier de la valeur ambiante jusqu'à environ 100 C, alors que la température du fluide F2 (air de suralimentation) peut atteindre des valeurs de l'ordre de 150 C ou davantage, ce qui conduit à des phénomènes de dilatation différentielle entre les tubes 2a et les tubes 2b. Les tubes 2a et 2b, ainsi que le tube inactif 2i ont des extrémités respectives 5a, 5b et 5i, encore appelées"pieds de tubes", reçues dans des ouvertures d'une plaque collectrice commune 6, encore appelée collecteur. La plaque collectrice 6 est assemblée à deux boites collectrices distinctes 7 et 8 pour délimiter deux compartiments de fluide. L'ensemble constitué par la plaque collectrice 6 et la boite collectrice 7 délimite un volume servant de compartiment d'entrée (ou de sortie) pour le fluide F1. L'ensemble constitué par la plaque collectrice 6 et la boite collectrice 8 délimite un volume servant de compartiment d'entrée (ou de sortie) pour le fluide P2. La plaque collectrice 6 comporte un bord périphérique 9 délimitant une gouttière dans laquelle sont reçus un rebord périphérique 10 de la boite collectrice 7 et un rebord périphérique 11 de la boite collectrice 8 (figures 1 et 4). Les rebords périphériques 10 et 11 ont des régions adjacentes (figure 4) qui ne sont pas-reçues dans le bord périphérique 9 de la plaque collectrice et qui s'étendent de part et d'autre de l'extrémité 5i du tube inactif 2i. L'échangeur de chaleur comporte un joint d'étanchéité 12 (figures 2 et 3) comportant deux parties 13 et 14 propres à tre logées entre la plaque collectrice 6 et les rebords respectifs 10 et 11. Le bord 8 de la plaque collectrice 6 est crénelé pour former des pattes 15 susceptibles d'tre rabattues contre les rebords 10 et 11 des boites collectrices 7 et 8. Ceci assure le maintien des boites collectrices 7 et 8 et la compression des parties 13 et 14 du joint d'étan- chéité 12. Ces parties 13 et 14 peuvent tre indépendantes ou de préférence réunies ensemble par au moins un pont de matière. La plaque collectrice 6 comporte une rainure transversale 16 (figure 5) susceptible d'tre traversée par l'extrémité 5i du tube inactif 2i tout en formant un logement pour les régions adjacentes des rebords périphériques 10 et 11. Des bossages 17 encadrent la rainure 16 pour contribuer à un positionnement précis des parties 13 et 14 du joint d'étanchéité. Il en résulte que l'ensemble formé par la plaque collectrice 6 et la boite collectrice 7, d'une part, et l'ensemble formé par la plaque collectrice 6 et la boite collectrice 8, d'autre part, sont totalement distincts, bien qu'ils se raccordent à un mme faisceau de tubes. Par conséquent, si les tubes 2a et les tubes 2b sont parcourus par des fluides ayant des températures très différentes, et donc soumis à des phénomènes de dilatation différentielle importants, cela n'entraîne aucune contrainte au niveau de la plaque collectrice et des boites collectrices. Ainsi, l'invention permet de s'affranchir de ces phénomènes de dilatation différentielle tout en conservant l'avantage d'utiliser un seul faisceau constitué de tubes tous identiques. Etant donné que l'échangeur comprend des boites collectrices différentes, il est possible de former ces dernières à partir de matériaux différents. Par exemple, la boite collectrice 7 peut tre réalisée en matière plastique et la boite collectrice 8 en matière métallique. La figure 1 montre une seule extrémité du faisceau. Ce dernier comporte une extrémité opposée qui est équipée d'une plaque collectrice analogue et également de deux autres boites collectrices analogues. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple. Ainsi, on comprendra que l'assemblage entre la plaque collectrice et les boites collectrices peut tre effectué non seulement par voie mécanique, c'est-à-dire avec interposition d'un joint d'étanchéité comme décrit précédemment, mais aussi par brasage. En outre, l'échangeur de chaleur de l'invention peut comporter plus de deux parties de manière à tre traversé par plus de deux fluides différents. En pareil cas, il faut prévoir au moins deux tubes inactifs séparant au moins trois séries différentes de tubes du faisceau. Egalement, l'invention n'est pas limitée au cas particulier d'un échangeur de chaleur comprenant une partie formant radiateur de refroidissement d'un moteur thermique et une autre partie formant refroidisseur de l'air de suralimentation de ce moteur. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant un seul faisceau (1) de tubes (2a, 2b, 2i) et d'ailettes (3) divisé en au moins deux parties (P1, P2) propres à tre parcourues par des fluides différents (F1, F2), qui sont destinés à tre refroidis par un milieu de refroidissement commun (F3) balayant le faisceau, et dans lequel les extrémités des tubes sont reçues dans des plaques collectriees reliées à des boites collectrices, caractérisé en ce que le faisceau (1) comprend un tube (2i), dit"tube inactif", séparant les tubes (2a, 2b) appartenant aux parties (P1, P2), en ce que, à chaque extrémité du faisceau (1), les extrémités (5a, 5b, 5i) des tubes (2a, 2b, 2i) sont reliées à une plaque collectrice commune (6), et en ce que ladite plaque collectrice commune (6) est assemblée à des boites collectrices distinctes (7,8) séparées par le tube inactif (2i) et propres à tre traversées respectivement par les fluides (F1, F2). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le faisceau (1) est formé par un empilement alterné de tubes plats (2a, 2b, 2i) et d'ailettes (3) réalisées sous la forme d'intercalaires ondulés. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les tubes plats (2a, 2b, 2i) sont multi-canaux et comprennent une jambe de force. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes (2a, 2b, 2i) sont formés a partir d'une matière du type aluminium. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque collectrice () et les boites collectrices (7,8) sont assemblées mécaniquement avec interposition d'un joint d'étanchéité (12). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, carat6- risé en ce que le joint d'étanchéité (12) est formé d'une seule pièce et comprend des parties (13,14) propres à tre interposées entre la plaque collectrice (6) et respectivement les boites collectrices (7,8). 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque collectrice (6) et les boites collectrices (7,8). sont assemblées par brasage. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le faisceau (1) comprend deux parties (P1, P2) propres à tre balayées par un mme flux d'air de refroidissement (F3). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications à 8, caractérisé en ce qu'une partie (P1) du faisceau (1) constitue un radiateur de refroidissement d'un moteur thermique, et qu'une autre partie (P2) du faisceau (1) constitue un radiateur de refroidissement de l'air de suralimentation dudit moteur.