Brevet FR2793013A1 — publié le 20001103

-1 Echanqcieur de chaleur brasé, en particulier pour véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes plats et d'interca- laires ondulés, ainsi qu'au moins une boîte collectrice à paroi tubulaire dans laquelle débouchent les extrémités des tubes. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui peuvent constituer notamment un condenseur pour une installa- tion de climatisation de véhicule automobile. Habituellement, un tel échangeur de chaleur comprend deux boîtes collectrices qui reçoivent les extrémités des tubes, de part et d'autre du faisceau. La liaison des extrémités des tubes avec la boîte collectrice s'effectue généralement par l'intermédiaire d'un collecteur qui ménage une pluralité de fentes destinées à recevoir les extrémités des tubes. Il en résulte non seulement la nécessité de prévoir une pièce supplémentaire, à savoir un collecteur, pour chacune des boîtes collectrices, mais aussi la nécessité d'usiner des fentes au travers de ce collecteur. De plus, cette solution connue n'est envisageable que pour des échangeurs de chaleur destinés à être parcourus par un fluide à basse ou moyenne pression, pour lesquels l'épaisseur de la boîte collectrice et du collecteur, s'il est présent, n'excède pas une valeur de l'ordre de 1 mm. Or, il existe des échangeurs de chaleur qui doivent être traversés par un fluide à haute pression, pouvant atteindre, par exemple, des valeurs de l'ordre de 500 bars, comme c'est le cas des échangeurs du type eau/dioxyde de carbone. De tels échangeurs de chaleur nécessitent, notamment, une boîte collectrice dont l'épaisseur peut atteindre des valeurs de 3 à 5 mm. Or, avec une telle épaisseur, il est pratique- ment impossible de réaliser aisément des ouvertures dans un collecteur, et d'assembler celui-ci à une boîte collectrice. En outre, dans les solutions connues, le fait de raccorder la boîte collectrice à un collecteur augmente l'encombrement, spécialement l'encombrement en largeur, de l'échangeur de chaleur. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur brasé du type défini précédemment, qui supprime l'utilisation d'un collecteur associé à la boîte collectrice. L'invention vise également à procurer un tel échangeur de chaleur dont chaque boîte collectrice peut être réalisée avec une épaisseur de paroi importante pour résister à des pressions élevées du fluide traversant l'échangeur de chaleur. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les extrémités des tubes sont vrillées chacune à 90 et alignées dans une direction longitudinale de manière à être reçues dans une même fente longitudinale de la boîte collectrice. Autrement dit, les extrémités des tubes subissent un vrillage ou une torsion de l'ordre de 90 par rapport à la partie des tubes qui est en contact avec les intercalaires ondulés. De ce fait, les extrémités des tubes peuvent être disposées en ligne et reçues dans une seule fente longitudinale de la boîte collectrice, au lieu d'être reçues dans des fentes ou ouvertures individuelles comme dans la technique antérieure. Il en résulte également que la liaison des extrémités des tubes s'effectue directement avec la boîte collectrice, sans nécessiter de recours à un collecteur. De ce fait, il est possible de réaliser la boîte collectrice avec une épaisseur élevée, typiquement de l'ordre de plu- sieurs millimètres, puisqu'il n'est plus nécessaire de percer une pluralité d'ouvertures au travers de la paroi du collec- teur comme dans la technique antérieure. Avantageusement, les extrémités des tubes sont en contact mutuel. De préférence, les tubes comprennent chacun plusieurs canaux intérieurs parallèles, ce qui permet d'augmenter leur résistance à la pression. L'invention s'applique en particulier à un échangeur de chaleur dans lequel les tubes ont une section délimitée par deux grands côtés et deux petits côtés. En ce cas, la fente longitudinale de la boîte collectrice présente une largeur sensiblement égale aux petits côtés des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, cette fente longitudinale est délimitée entre deux lèvres parallèles de la paroi tubulaire. Avantageusement, ces deux lèvres parallèles sont définies respectivement par deux bords retournés de la paroi tubulai- re, en sorte que les extrémités des tubes sont en contact d'une même face interne de la paroi tubulaire. Il en résulte un meilleur contact surfacique entre la paroi tubulaire et les extrémités des tubes, améliorant le brasage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la boite collectrice comprend deux parois d'extrémités encadrant les extrémités alignées des tubes. Dans une première forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau à une seule nappe formée de tubes droits et deux boites collectrices espacées, dans lesquelles débouchent respectivement des premières extrémités et des deuxièmes extrémités des tubes. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau à deux nappes formé par des tubes en U et deux boites collectrices rappro- chées dans lesquelles débouchent respectivement des premières extrémités et des deuxièmes extrémités des tubes en U. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau à deux nappes formé par des tubes droits et quatre boites collectrices, dans lesquelles débouchent les extrémités des tubes, à savoir une boite d'entrée et une boite de sortie disposées adjacen- tes à une extrémité du faisceau, et deux boites intermédiai- res disposées adjacentes à une autre extrémité du faisceau et communiquant entre elles. De préférence, l'échangeur de chaleur est obtenu par brasage de pièces à base d'aluminium. Ainsi, la boite collectrice est avantageusement obtenue par profilage d'une bande en un matériau à base d'aluminium plaqué. Dans une application préférentielle, l'échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un condenseur pour une installa- tion de climatisation. 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, avec arrachement partiel, d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un tube propre à faire partie de l'échangeur de chaleur de la figure 1; - la figure 3 est une vue à échelle agrandie d'une extrémité du tube de la figure 2; - la figure 4 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon une deuxième forme de réalisation de l'inven- tion; - la figure 5 est une vue en perspective d'un tube en U propre à faire partie de l'échangeur de chaleur de la figure 4; - la figure 6 est une vue à échelle agrandie d'une extrémité du tube de la figure 5; et - la figure 7 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon une troisième forme de réalisation de l'inven- tion. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 est destiné, dans l'exemple, à constituer un condenseur pour une installa- tion de climatisation de véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur est formé de pièces à base d'aluminium qui sont solidarisées entre elles par brasage. L'échangeur comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 et d'intercalaires ondulés 14, encore appelés ailettes. Chacun des tubes 12 (figures 2 et 3) est obtenu par extrusion d'un matériau à base d'aluminium de manière à présenter une section droite de forme rectangulaire délimitée par deux grands côtés 16 et deux petits côtés 18. Chacun des tubes comprend des canaux intérieurs parallèles 20 qui sont au nombre de huit dans cet exemple de réalisation (figure 3). Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, chacun des tubes 12 comporte une partie centrale 22, encore appelée corps, qui est destinée à venir au contact des intercalaires ondulés 14 et des extrémités 24 et 26 qui sont vrillées de par rapport à la partie centrale 22. Autrement dit, chacune des extrémités 24 et 26 d'un tube a subi une torsion globale de 90 , si bien que chacune d'elles possède une direction longitudinale L1 (figures 2 et 3) qui est perpendi- culaire à la direction longitudinale L2 de la partie centrale 22, telle que définie par les grands côtés 16. De ce fait, les extrémités 24 sont alignées dans une même direction longitudinale L1 et, de même, les extrémités 26 sont alignées dans une même direction longitudinale Ll. Le faisceau 10 comprend en outre deux joues d'extrémité 28 qui viennent encadrer les ailettes 14 situées le plus à l'extérieur. L'échangeur de chaleur comprend en outre deux boites collec- trices 30 et 32 possédant des parois tubulaires respectives 34 et 36 (figure 1). Dans l'exemple, chaque boîte collectrice est obtenue par profilage d'une bande d'un matériau à base d'aluminium, plaqué sur ses deux faces d'un alliage de brasure. La boite collectrice 30 comporte une fente longitudinale 38 délimitée entre deux lèvres parallèles 40 définies respecti- vement par deux bords retournés de la paroi tubulaire 34. La fente 38 possède une largeur qui correspond sensiblement à la largeur des tubes, telle que définie par les petits côtés 18. Les extrémités 24 des tubes sont alignées et en contact mutuel et reçues dans la fente longitudinale 38, si bien que les canaux 20 débouchent tous dans l'espace intérieur de la boîte collectrice 30. Cette dernière est fermée à ses deux extrémités par des parois d'extrémité 42 qui servent de butée aux extrémités 24 des tubes. La boîte collectrice 30 est munie d'une tubulure 44 servant par exemple à l'admission d'un fluide qui peut être un fluide sous haute pression, typiquement pouvant atteindre 300 bars par exemple. La paroi 34 doit, de ce fait, présenter une épaisseur importante pouvant atteindre par exemple 5 mm. Du fait que les extrémités 24 des tubes sont reçues entre deux bords retournés 40 de la paroi 30, ces extrémités sont en contact avec une même face interne de la paroi, ce qui améliore le contact surfacique et par conséquent la liaison de brasage entre les extrémités des tubes et la paroi 34. La boîte collectrice 32 est réalisée de manière similaire et elle comporte aussi une fente longitudinale 46 délimitée entre deux lèvres parallèles 50 de la paroi tubulaire 36. La boîte collectrice 32 est fermée par deux parois d'extrémité 52 (dont une seule est visible sur la figure 1). En outre, elle est pourvue d'une tubulure 54 servant à la sortie du fluide traversant l'échangeur de chaleur. On comprendra que les extrémités des tubes sont reçues directement dans la fente longitudinale de la boîte collec- trice 30 ou 32, si bien qu'il n'est plus nécessaire de prévoir une pièce supplémentaire (collecteur) pourvue d'une pluralité d'ouvertures propres à recevoir les extrémités des tubes, comme dans la technique antérieure. Il en résulte une simplification de fabrication et un encombrement réduit de l'échangeur de chaleur, cette techni- que étant compatible avec la réalisation d'échangeurs de chaleur susceptibles de résister à des hautes pressions. Dans la forme de réalisation de la figure 1, l'échangeur de chaleur comprend une seule nappe formée de tubes droits dont les extrémités sont reçues dans deux boites collectrices 30 et 32 espacées l'une de l'autre, c'est-à-dire aux deux extrémités du faisceau. On se réfère maintenant aux figures 4 à 6 pour décrire une autre forme de réalisation dans laquelle l'échangeur comprend un faisceau 55 à deux nappes formé par des tubes 56 en U, encore appelés tubes en épingle. Ces tubes 56 possèdent deux branches parallèles 58 raccordées par un coude en U 60 et terminées par deux extrémités 24, 26 qui sont vrillées à 90 par rapport aux branches respectives 58, de manière à s'étendre dans des directions longitudinales parallèles entre elles. Les extrémités 24 et 26 des tubes sont reçues respec- tivement dans deux boîtes collectrices 30 et 32 analogues à celles décrites précédemment, ces boites étant disposées adjacentes, en sorte que leurs fentes longitudinales respec- tives 38 et 46 soient parallèles. Dans la forme de réalisation de la figure 7, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau 61 à deux nappes formé par des tubes droits 12 et quatre boîtes collectrices. On retrouve une boite collectrice d'entrée 30 et une boite collectrice de sortie 32 disposées adjacentes à une extrémité du faisceau. En outre, l'échangeur comporte deux autres boîtes collectri- ces 62 et 64 disposées adjacentes à l'autre extrémité du faisceau. Ces boites collectrices constituent des boîtes intermédiaires et elles communiquent entre elles par un connecteur 66. Ainsi, l'échangeur de chaleur de la figure 7 peut être traversé par un fluide qui pénètre dans la boîte collectrice 30, circule dans une première nappe du faisceau pour rejoin- dre la boîte collectrice 62 et gagner ensuite la boîte collectrice 64. De là, le fluide gagne la boîte de sortie 32 en passant par l'autre nappe. Bien entendu, il est possible de disposer dans l'une et/ou l'autre des boites collectrices des cloisons intermédiaires pour permettre, de manière en soi connue, de faire circuler le fluide en une ou plusieurs passes dans la nappe correspon- dante. L'échangeur de l'invention convient tout particulièrement à la réalisation de condenseurs pour appareils de climatisa- tion, ou encore à la réalisation d'échangeurs de chaleur destinés à être parcourus par un fluide sous pression élevée, en particulier par un gaz du type dioxyde de carbone, dans les échangeurs du type eau/dioxyde de carbone. Revendications 1. Echangeur de chaleur brasé comprenant un faisceau de tubes plats et d'intercalaires ondulés, ainsi qu'au moins une boîte collectrice à paroi tubulaire dans laquelle débouchent les extrémités des tubes, caractérisé en ce que les extrémités (24, 26) des tubes (12; 56) sont vrillées chacune à 90 et alignées dans une direc- tion longitudinale (L1) de manière à être reçues dans une même fente longitudinale (38; 46) de la boîte collectrice (30; 32). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les extrémités (24, 26) des tubes (12; 56) sont en contact mutuel. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes (12; 56) comprennent chacun plusieurs canaux intérieurs parallèles (20). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les tubes (12; 56) ont une section délimitée par deux grands côtés (16) et par deux petits côtés (18), caractérisé en ce que la fente longitudinale (38; 46) de la boîte collectrice (30; 32) présente une largeur sensiblement égale aux petits côtés (16) des tubes. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fente longitudinale (38; 46) est délimitée entre deux lèvres parallèles (40; 50) de la paroi tubulaire (34; 36). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les deux lèvres parallèles (40; 50) sont définies respectivement par deux bords retournés de la paroi tubulaire (34; 36), en sorte que les extrémités (24, 26) des 1 1 Z { I2793013 tubes sont en contact d'une même face interne de la paroi tubulaire. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la boîte collectrice (30; 32; 60; 62) comprend deux parois d'extrémité (42; 52) encadrant les extrémités alignées (24, 26) des tubes. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau (10) à une seule nappe formé de tubes droits (12) et deux boites collec- trices espacées (30, 32) dans lesquelles débouchent respecti- vement des premières extrémités (24) et des deuxièmes extrémités (26) des tubes. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau (55) à deux nappes formé par des tubes en U (56) et deux boîtes collec- trices rapprochées (30, 32) dans lesquelles débouchent respectivement des premières extrémités (24) et des deuxièmes extrémités (26) des tubes. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau (61) à deux nappes formé par des tubes droits (12) et quatre boîtes collectrices (30, 32, 60, 62) dans lesquelles débouchent les extrémités (24, 26) des tubes, à savoir une boite d'entrée (30) et une boîte de sortie (32) disposées adjacentes à une extrémité du faisceau, et deux boîtes intermédiaires (62, 64) disposées adjacentes à une autre extrémité du faisceau et communiquant entre elles. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il est obtenu par brasage de pièces à base d'aluminium. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque boite collectrice (30; 32; ; 62) est obtenue par profilage d'une bande en un matériau à base d'aluminium, plaqué d'un alliage de brasure. 13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un condenseur pour une installation de climatisation.