Brevet FR2793011A1 — publié le 20001103

Echanqeur de chaleur à tubes souples, notamment pour véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau formé uniquement de tubes souples en matière plastique, ainsi que deux blocs d'extré- mité joignant ces tubes. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type, que l'on appelle aussi "échangeurs sans ailettes", étant donné que le faisceau est formé uniquement de tubes souples, encore appelés capillaires. Ces derniers peuvent avoir un faible diamètre, typiquement de l'ordre de 1 ou 2 millimètres et sont habituellement réalisés par extrusion d'une matière thermoplastique, par exemple d'un polyamide. De tels échangeurs de chaleur peuvent être utilisés dans l'industrie automobile pour constituer, par exemple, un radiateur de refroidissement du moteur, un radiateur de chauffage de l'habitacle, un refroidisseur de l'air de suralimentation, ou encore un condenseur d'un circuit de climatisation. L'avantage de ces tubes souples est qu'ils permettent de réaliser des échangeurs de chaleur dont le faisceau peut présenter des formes particulières, y compris des formes courbes ou cintrées, pour pouvoir se loger dans un emplace- ment approprié du véhicule automobile. En outre, ils ont l'avantage d'être plus légers que les échangeurs de chaleur conventionnels à tubes métalliques, et ils sont en outre plus résistants aux chocs, du fait de leur possibilité de déforma- tion. Toutefois, la réalisation de tels échangeurs de chaleur à tubes souples pose certains problèmes, étant donné qu'il n'est pas toujours possible d'appliquer les techniques habituelles utilisées dans la fabrication des échangeurs de chaleur traditionnels à tubes et à ailettes métalliques. Dans les échangeurs de chaleur connus à tubes souples, les blocs d'extrémité comprennent chacun un collecteur en forme de plaque pourvu d'ouvertures recevant individuellement les tubes du faisceau. Cette solution nécessite des opérations de montage délicat compte tenu de la finesse des tubes et de leur grand nombre. Un autre problème lié à ces échangeurs de chaleur connus est du à la souplesse des tubes. En effet, ceux-ci ont tendance à se rapprocher les uns des autres en faisant obstacle au passage du flux d'air qui doit balayer le faisceau. Il est donc nécessaire de prévoir des moyens pour maintenir les tubes espacés. La conception de tels moyens espaceurs pose de nombreux problèmes compte tenu de la finesse des tubes et de leur nombre élevé. Un autre problème posé par ces échangeurs de chaleur connus réside dans le maintien des tubes qui non seulement sont souples, mais aussi peuvent avoir des formes non linéaires. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type précité, lequel comprend au moins un espaceur disposé en un endroit choisi entre les blocs d'extrémité et comportant des ouvertures de passage des tubes pour assurer le maintien des tubes avec un pas ou espacement choisi. Il en résulte que les tubes du faisceau sont maintenus espacés les uns des autres, de sorte que le faisceau peut être correctement balayé par un flux d'air. Dans une forme de réalisation de l'invention, chaque espaceur est réalisé sous la forme d'une plaque généralement plane pourvue d'une pluralité de trous individuels espacés les uns des autres et propres à être traversés chacun par un tube du faisceau. Dans une autre forme de réalisation, chaque espaceur est réalisé sous la forme d'une plaque généralement plane pourvue d'une pluralité d'ouvertures oblongues espacées les unes des autres et propres à être traversées chacune par une série alignées de tubes du faisceau. Dans cette dernière forme de réalisation, l'échangeur comprend avantageusement au moins un premier espaceur ayant des premières ouvertures oblongues propres à être traversées chacune par une rangée de tubes et au moins un deuxième espaceur ayant des deuxièmes ouvertures oblongues propres à être traversées chacune par une colonne de tubes, les premiè- res ouvertures oblongues et les deuxièmes ouvertures oblon- gues s'étendent dans des directions orthogonales. Cette deuxième forme de réalisation permet un montage plus aisé que la précédente, étant donné que les tubes sont introduits par séries alignées et non pas individuellement. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque espaceur est fixé entre deux traverses (encore appelées joues) encadrant le faisceau. Ces traverses contribuent au maintien du faisceau et à la rigidité de l'ensemble. Avantageusement, chaque espaceur et les traverses sont formés en une matière plastique, en particulier une matière thermo- plastique telle qu'un polyamide. Chaque espaceur peut être fixé aux traverses soit par des moyens mécaniques, en particulier par encliquetage, soit encore par collage ou par soudage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque espaceur est placé dans une orientation choisie pour canali- ser un flux d'air balayant le faisceau de tubes. 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 en perspective d'un échangeur de chaleur à tubes souples selon une première forme de réalisa- tion de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en plan prise dans la direction de la flèche II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan, dans la direction de la flèche III de la figure 1, avec arrachement partiel; - la figure 4 est une vue en plan d'un espaceur dans une forme de réalisation de l'invention; - les figures 5 et 6 sont des vues en perspective de deux espaceurs dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 3 dans une deuxième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 8 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon cette deuxième forme de réalisation. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un échangeur de chaleur qui, dans l'exemple, est propre à constituer un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur de véhicule automobile. Cet échangeur comprend un faisceau 10 formé uniquement de tubes souples 12, encore appelés capillaires, dont le diamètre est généralement de l'ordre du millimètre. Ces tubes sont réalisés par extrusion d'une matière thermoplastique, en particulier d'un polyamide. Comme on peut le voir sur la figure 1, ces tubes ne sont pas linéaires, mais ont au contraire une forme cintrée particulière qui, dans l'exemple, permet d'intégrer l'échangeur de chaleur dans un logement défini derrière le bouclier avant (non représenté) du véhicule. Les tubes 12 ont des extrémités respectives 14 et 16 agencées de telle manière que les extrémités 14 sont regroupées les unes contre les autres pour former un paquet introduit dans une tubulure 18. De manière correspondante, les extrémités 16 des tubes sont regroupées les unes contre les autres pour former un paquet qui est introduit dans une autre tubulure 20. Ces tubulures 18 et 20 font partie respectivement de deux blocs d'extrémité 22 et 24. On décrira maintenant plus particulièrement la structure du bloc d'extrémité 22 en référence aux figures 2 et 3. La tubulure 18 affecte, dans l'exemple, une forme générale cylindrique circulaire délimi- tant un passage intérieur 26 de forme générale cylindrique circulaire dans lequel les extrémités 14 des tubes sont emmanchées. Dans la partie courante du faisceau, comprise entre les extrémités 14 et 16, les tubes sont espacés les uns des autres, par des moyens qui seront décrits plus loin. Par contre, dans les tubulures 18 et 20, les extrémités des tubes sont regroupées pour former un paquet qui est introduit dans la tubulure. La tubulure 18 comporte une entrée conique 28 (figure 3) pour faciliter l'introduction des extrémités des tubes préalable- ment regroupées en paquet. A son autre extrémité, la tubulure comporte un bourrelet extérieur de retenue 30 (figures 2 et 3) qui peut servir au raccordement d'un conduit ou tuyau souple (non représenté) maintenu par un collier approprié. Chacune des tubulures 18 et 20 est réalisée par moulage d'une matière plastique, avantageusement une matière thermoplasti- que telle qu'un polyamide. Dans l'exemple, chacune de ces tubulures est venue de moulage avec une plaque support 32, respectivement 34 qui s'étend dans une direction généralement perpendiculaire aux axes respectifs XX et YY des tubulures 18 et 20. Pour assurer le maintien des tubes et l'étanchéité entre les tubes et l'intérieur de la tubulure correspondante, on applique un adhésif 35 dont on aperçoit une partie sur la figure 3, dans la zone annulaire comprise entre l'entrée conique 28 et les tubes du faisceau. Cet adhésif, qui est par exemple du type silicone, peut être appliqué de différentes manières. Une des solutions envisa- geables est de l'injecter, après introduction des extrémités des tubes dans la tubulure correspondante. Une autre solution consiste à déposer l'adhésif d'abord autour des tubes, avant d'engager les extrémités des tubes dans les tubulures correspondantes. Comme on peut le voir sur la figure 1, les blocs d'extrémité 22 et 24 sont fixés entre deux traverses 36 et 38, encore appelées "joues" ou "flancs". Ces traverses encadrent le faisceau 10. Elles sont réalisées sous la forme de deux plaques généralement planes s'étendant parallèlement entre elles. Dans l'exemple, ces plaques ont une forme particulière qui permet de conformer le faisceau 10 à la forme désirée. Ces traverses 36 et 38 sont avantageusement réalisées par moulage d'une matière plastique, en particulier d'un polyami- de. Les traverses 36 et 38 ont des formes homologues. Ainsi, la traverse 36 comporte une âme centrale 40 de forme arquée raccordée à deux parties d'extrémité 42 et 44 qui sont sensiblement parallèles entre elles et qui servent de support respectivement aux blocs d'extrémité 22 et 24, de manière à donner à ces blocs une orientation choisie. Dans l'exemple, les axes respectifs XX et YY des tubulures 18 et 20 sont sensiblement parallèles. Comme on peut le voir sur la figure 1, la plaque support 32 du bloc d'extrémité 22 comporte deux pattes opposées 46 ayant la forme de crochets tournés l'un vers l'autre, qui permet- tent une fixation mécanique de la plaque support 32 sur l'extrémité 42 de la traverse 36. Cette plaque support est fixée par des moyens analogues à la traverse 38. Il en est de même pour la plaque support 34 du bloc d'extrémité 24. En outre, l'échangeur de chaleur comprend une pluralité d'espaceurs 50 disposés chacun en des endroits choisis entre les blocs d'extrémité 22 et 24. Chaque espaceur 50 est réalisé sous la forme d'une plaque qui s'étend perpendiculai- rement entre les traverses 36 et 38 et qui est fixée à ces dernières par des moyens appropriés. En outre, ces espaceurs sont traversés chacun par les tubes 12 du faisceau 10. Dans la forme de réalisation de la figure 4, l'espaceur 50 comporte des ouvertures individuelles 52 pour le passage des tubes du faisceau. Ces ouvertures, de forme circulaire, sont en nombre correspondant à celui des tubes du faisceau (plusieurs centaines dans l'exemple représenté). Ces ouvertu- res 52 sont alignées en colonnes et en rangées et elles définissent globalement, par leur enveloppe, une forme généralement elliptique ou ovale. Dans cette forme de réalisation, il est donc nécessaire d'enfiler chacun des tubes 12 dans les trous respectifs 52 de chacun des espaceurs , ces derniers étant ensuite placés en des endroits appropriés entre les traverses 36 et 38. Dans l'exemple, chacun des espaceurs 50 comporte, d'un côté, une paire de pattes 54 en forme de becs opposés et, de l'autre côté, une autre paire de pattes 56, également en forme de becs opposés. Ces paires de pattes permettent la fixation mécanique des espaceurs 50 entre les traverses 36 et 38 par encliquetage ou analogue. Dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, on utilise au moins un premier espaceur 58 et un deuxième espaceur 60 ayant sensiblement la même forme. L'espaceur 58 possède des ouvertures oblongues 62 propres à être traversées chacune par une série alignée de tubes du faisceau, dans l'exemple une rangée de tubes. Par contre, le deuxième espaceur 60 possède des ouvertures oblongues 64 propres à être traversées chacune par une série alignée de tubes, dans l'exemple une colonne de tubes. Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, les ouvertures oblongues 62 et les ouvertures oblongues 64 s'étendent dans des directions orthogonales. La forme de réalisation des figures 5 et 6 facilite le montage des tubes, étant donné qu'ils peuvent être introduits en séries alignées (rangées ou colonnes) au travers des espaceurs 58 et 60, au lieu d'être introduits individuellement dans des ouvertures 52 dans le cas de l'espaceur 50. Les espaceurs 58 et 60 sont fixés aux traverses 36 et 38 par des pattes 54 et 56 analogues à celles de l'espaceur 50 décrit plus haut. En variante, les espaceurs 50, 58 et 60 peuvent être fixés aux traverses par d'autres moyens, en particulier par collage ou par soudage. Comme on peut le voir sur la figure 1, les espaceurs 50 sont non seulement placés en des endroits choisis, mais aussi avec des orientations choisies, ce qui permet de canaliser un flux d'air F traversant le faisceau. Il est avantageux également pour canaliser le flux d'air de donner une forme particulière aux traverses 36 et 38. Ainsi, comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 7, ces traverses ont des profils conformés pour favoriser le guidage du flux d'air F. En particulier, les traverses 36 et 38 ont des bords d'attaque respectifs 66 et 68 de forme arrondie dirigés à l'encontre du flux d'air. Ceci facilite le guidage du flux d'air F qui peut ensuite balayer convenable- ment les tubes du faisceau, lesquels sont maintenus avec un espacement régulier grâce aux espaceurs 50 ou bien 58 et 60. Dans la forme de réalisation de la figures 8, on retrouve une structure générale analogue à celle de la figure 1. Les principales différences résident dans la manière dont les espaceurs 50 sont fixés aux traverses 36 et 38. Dans l'exem- ple, ces espaceurs ont des pattes 70 pour l'encliquetage avec la traverse 36 et des pattes 72 pour l'encliquetage avec la traverse 38. Par ailleurs, la traverse 36 comporte deux pattes de fixation 74 et 76 venues de moulage avec elle. Ces pattes sont destinées soit à la fixation de la traverse sur la structure du véhicule, soit à la fixation d'accessoires sur l'échangeur de chaleur. L'autre traverse 38 peut, le cas échéant, compor- ter au moins une patte de fixation analogue. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. On comprendra que l'échangeur de chaleur peut être réalisé selon une multitude de configurations possibles. Revendications 1. Echangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un faisceau (10) formé uniquement de tubes souples (12) en matière plastique, ainsi que deux blocs d'extrémité (22, 24) joignant ces tubes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un espaceur (50; 58, 60) disposé en un endroit choisi entre les blocs d'extré- mité (22, 24) et comportant des ouvertures (52; 62, 64) de passage des tubes pour assurer le maintien des tubes (12) avec un pas ou espacement choisi. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque espaceur (50) est réalisé sous la forme d'une plaque généralement plane pourvue d'une pluralité de trous individuels (52) espacés les uns des autres et propres à être traversés chacun par un tube (12) du faisceau. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque espaceur (58; 60) est réalisé sous la forme d'une plaque généralement plane pourvue d'une pluralité d'ouvertures oblongues (62; 64) espacées les unes des autres et propres à être traversées chacun par une série alignées de tubes (12) du faisceau. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comprend au moins un premier espaceur (58) ayant des premières ouvertures oblongues (62) propres à être traversées chacune par une rangée de tubes et au moins un deuxième espaceur (60) ayant des deuxièmes ouvertures oblongues (64) propres à être traversées chacune par une colonne de tubes, et en ce que les premières ouvertures oblongues (62) et les deuxièmes ouvertures oblongues (64) s'étendent dans des directions orthogonales. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque espaceur (50; 58, 60) est fixé entre deux traverses (36, 38) encadrant le faisceau (10). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que chaque espaceur (50; 58, 60) et les traverses (36, 38) sont formés en une matière plastique, en particulier une matière thermoplastique telle que du polyamide. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que chaque espaceur (50; 58, 60) est fixé aux traverses (36, 38) par des moyens mécaniques, en particulier par encliquetage. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que chaque espaceur (50; 58, 60) est fixé aux traverses (36, 38) par collage ou par soudage. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque espaceur (50; 58, 60) est placé dans une orientation choisie pour canaliser un flux d'air (F) balayant le faisceau (10).