Brevet FR2787873A1 — publié le 20000630

Echangeur de chaleur à tubes souples, en particulier pour une installation de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour des installations de refroidissement de moteurs de véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement des échangeurs de chaleur à tubes souples, par exemple réalisés en matière plastique. De tels échangeurs de chaleur, décrits notamment dans la Demande de Brevet français non publié n 98 04966 de la Demanderesse, comportent des tubes réalisés dans une matière sensiblement souple et dont les extrémités communiquent avec au moins une boîte collectrice d'un fluide d'échange ther- mique, coopérant par exemple avec un flux d'air qui traverse l'échangeur. De manière à augmenter la coopération thermique du flux avec les tubes de l'échangeur, il est actuellement souhaité de maintenir des interstices entre les tubes, par lesquels pénètre le flux d'air. De tels interstices permettraient en outre de perturber le flux à la manière des ailettes pertur- batrices que comportent habituellement des échangeurs de chaleur à tubes rigides. La présente invention vient alors améliorer la situation. Elle porte sur un échangeur de chaleur à tubes souples, du type précité qui comporte, selon une caractéristique générale de l'invention, des moyens de maintien des tubes en rangées sensiblement parallèles. Les tubes sont conformés pour présenter des formes générales de lignes sensiblement sinusoïdales. Les sinusoïdes de deux tubes en contact, de deux rangées consécutives respectives, sont sensiblement décalées entre elles, l'une part rapport à l'autre, de sorte que les deux tubes sont maintenus en deux zones de contact par période de sinusoïdes. Préférentiellement, les sinusoïdes des tubes respectifs de deux rangées consécutives sont sensiblement en opposition de phase, tandis que les sinusoïdes d'une même rangée sont en phase. Selon une autre caractéristique optionnelle de la présente invention, les zones de contact des tubes respectifs de rangées consécutives sont sensiblement inscrites dans un plan perpendiculaire aux rangées. Avantageusement, l'espacement entre les rangées est sensible- ment constant. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, une partie au moins de la surface externe des tubes, compre- nant les zones de contact précitées, est revêtue d'une couche de colle pour former des moyens de maintien des tubes. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les surfaces externes des tubes portent un matériau rendu adhésif par un traitement par vulcanisation, formant ainsi la couche de colle précitée. Dans une forme de réalisation plus élaborée de l'invention, les moyens de maintien comportent en outre une pluralité de tiges sensiblement perpendiculaires aux rangées et implantées chacune entre les sinusoïdes respectives de rangées consécu- tives, pour maintenir les tubes des rangées consécutives sensiblement écartés. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une vue partielle d'un dispositif de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile dans l'exemple décrit, - la figure 2 représente une vue schématique d'un échangeur de chaleur, en particulier d'un radiateur de refroidissement 2 d'un dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 3A représente les tubes d'un échangeur de chaleur selon la présente invention, conformés selon des lignes de forme sensiblement sinusoïdale, - la figure 3B représente, selon une vue de face, les tubes de la figure 3A, - la figure 3C est une vue selon la coupe C-C de la figure 3B, dans le plan de section des tubes, - la figure 3D est une vue selon la coupe D-D de la figure 3B, - la figure 3E est une vue de côté des tubes de la figure 3A, - la figure 4A représente les tubes d'un échangeur de chaleur, munis de tiges parallèles, - la figure 4B est une vue de dessus des tubes de la figure 4A, et - la figure 4C est une vue de côté des tubes de la figure 4A. Les dessins annexés contiennent pour l'essentiel des éléments de caractère certain. Ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un dispositif de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Un tel dispositif comporte de manière connue en soi un groupe moto-ventilateur 1 muni d'une pluralité de pales. Le groupe moto-ventilateur 1 est habituellement placé derrière la calandre du véhicule (non représentée). Un échangeur de chaleur selon l'invention est interposé dans un flux d'air (flèches F) que produit la rotation des pales du groupe moto- ventilateur 1, ou encore le déplacement même du véhicule. En pratique, l'échangeur de chaleur est alimenté par le liquide de refroidissement du moteur, habituellement sous le contrôle d'une vanne thermostatique 3. L'agencement d'une telle vanne dans le circuit du liquide de refroidissement 4 permet généralement d'obtenir un rendement satisfaisant du moteur M lors de son démarrage à froid, en coupant l'alimentation du radiateur. On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire la structure de l'échangeur de chaleur 2 (radiateur de refroidis- sement, dans l'exemple). Cet échangeur de chaleur comporte des tubes souples 20 (représentés par des hachures sur la figure 2), réalisés généralement dans une matière plastique, qui communiquent par leurs extrémités avec deux boites collectri- ces 21 et 22. En effet, les boîtes collectrices sont munies d'ouvertures 215 et 225 logeant étroitement les extrémités des tubes 20. En pratique, les boites comportent des plaques collectrices munies des ouvertures 215 et 225, et qui forment ainsi des moyens de maintien des tubes, en particulier de leurs extrémités. Les boîtes collectrices 21 et 22 présentent habituellement des compartiments 210, 211, 212 et 221, 222, séparés par des cloisons 213, 214 et 223, respectivement, pour définir un trajet du fluide d'échange thermique précité (liquide de refroidissement dans l'exemple décrit), entre une entrée C (flèche E) qui communique avec un conduit 23 d'arrivée et une sortie (flèche S) qui communique avec un conduit d'évacuation 24. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les boites collectrices comportent en tout cinq compartiments et le fluide d'échange thermique effectue en tout trois parcours "aller" et deux parcours "retour" de la boîte collectrice 21 à la boîte collectrice 22. Les trajets du fluide entre les deux boîtes collectrices 21 et 22 sont alors assurés par les tubes 20, dans lesquels circule le fluide. Ainsi, les tubes coopèrent thermiquement avec le flux d'air F. Cependant, pour optimiser l'échange thermique entre les tubes 20, d'une part, et le flux d'air F, d'autre part, il est nécessaire de maintenir les tubes sensiblement écartés les uns des autres pour créer des interstices entre eux. On se réfère alors aux figures 3A à 3E pour décrire l'ensemble des tubes d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Selon une caractéristique générale de l'invention, les tubes de l'échangeur sont agencés en rangées 20A horizontales dans l'exemple décrit (figure 3E). Ces rangées sont sensible- ment parallèles entre elles et espacées, dans l'exemple décrit, d'une distance correspondant sensiblement à une épaisseur de tube 20, de sorte que les différentes rangées sont sensiblement adjacentes par des paires de tubes respec- tifs de deux rangées consécutives, sensiblement en contact l'un avec l'autre. En se référant à la figure 3A, il apparaît que les tubes présentent globalement des formes générales sensiblement sinusoïdales. Les tubes 211, 212 d'une même rangée 20A ont leur sinusoïde sensiblement en phase. En se référant à la figure 3B, il apparaît que deux tubes 211, 212 en contact, de deux rangées consécutives, respectives, sont en opposition de phase et sont en contact sur des zones 210 correspondant à des noeuds des deux sinusoïdes. La figure 3C représente une vue en coupe (plan de section des tubes) des noeuds des sinusoïdes précités. Les tubes d'une même rangée 20A sont sensiblement écartés entre eux, puisque les sinusoïdes d'une même rangée sont en phase, tandis que les tubes de deux rangées consécutives sont en contact au niveau des zones 210 (noeuds des sinusoïdes). La figure 3D est une vue en coupe (plan de section des tubes) des ventres que forment les sinusoïdes des tubes des rangées consécutives. Il apparaît alors un écart entre deux tubes de deux rangées consécutives, respectives, puisque les sinusoïdes des deux tubes sont en opposition de phase d'une rangée 20A à l'autre, consécutives. Comme le montre la figure 3C, les zones de contact 210 entre les tubes de rangées consécutives sont inscrites dans des plans sensiblement horizontaux, tandis que les rangées 20A sont agencées en plans sensiblement verticaux. Ainsi, les zones de contact 210 des tubes respectifs de rangées consécu- tives sont sensiblement inscrites dans des plans perpendicu- laires aux rangées 20A. Préférentiellement, les tubes sont réalisés dans une matière plastique rendue adhésive par un traitement thermique. Ainsi, après traitement à chaud, les tubes sont reliés mécaniquement les uns aux autres par collage, en leurs zones de contact 210. En variante, il peut être prévu de revêtir les surfaces externes des tubes d'un matériau présentant une telle propriété, ou encore d'une couche de colle pour former les moyens de maintien précités. En particulier, des points de colle disposés sur les zones de contact 210 suffisent pour maintenir les tubes en rangées 20A, et sensiblement fixes les uns par rapport aux autres. Il est à noter que les ouvertures des boîtes collectrices sont agencées elles-mêmes en rangées et colonnes pour maintenir d'emblée les extrémités des tubes en rangées. On se réfère maintenant aux figures 4A à 4C pour décrire l'agencement des tubes d'un échangeur de chaleur selon un second mode de réalisation de la présente invention. Comme dans le premier mode de réalisation décrit ci-avant, les tubes d'une même rangée 20A forment des sinusoïdes sensible- ment en phase, tandis que des tubes de deux rangées consécuti- ves forment des sinusoïdes en opposition de phase. Dans ce mode de réalisation, il est prévu en outre des tiges 213 sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires aux rangées 20A. Chacune de ces tiges vient s'insérer dans les ventres que forment les sinusoïdes des tubes de rangées consécutives, comme le montre la figure 4B. De telles tiges 213 permettent ainsi de maintenir les tubes sensiblement écartés dans les rangées consécutives. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de prévoir ici un revêtement adhésif sur les tubes, en particulier sur les zones de contact 210. Cepen- dant, il peut être prévu encore de munir les surfaces externes des tubes et, en particulier, les surfaces externes des tiges d'une couche de colle ou d'un revêtement rendu adhésif par traitement thermique, par exemple par vulcanisation, pour renforcer le maintien des tubes en rangée enchevêtrées, telles que représentées sur les figures 3A et 4A. Ainsi, l'espacement entre les tubes, en particulier dans les ventres de sinusoïdes, laissent pénétrer le flux d'air F dans l'échangeur, tout en perturbant le flux F, avantageusement. Par ailleurs, les tubes souples de l'échangeur sont de façon générale de petit diamètre, typiquement d'environ 1 à 4 mm et d'épaisseur de paroi voisine de 0,2 mm. Il est alors souhaité de maintenir les tubes en structure sensiblement rigide par leur agencement en sinusoïdes décrit ci-avant, en vue de les protéger par rapport aux contraintes d'utilisation (vibra- tions, vieillissement de la matière, pression du fluide d'échange thermique, etc...) qui tendent à les fragiliser. Un autre avantage que procure la présente invention consiste alors en ce que les tubes sont maintenus fixement les uns par rapport aux autres. Préférentiellement, la période des sinusoïdes se situe dans une plage de 40 à 80 mm et leur amplitude, par rapport à un axe général de tube, est comprise entre un demi-diamètre de tube et deux diamètres de tube. En se référant notamment à la figure 3A, les extrémités des tubes sont jointives et plates sur une longueur d'environ 5 à 25 mm, pour pouvoir être reliées à la boite collectrice, tandis que la longueur totale des tubes est, par exemple, de l'ordre de 500 mm. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple. Elle s'étend à d'autres variantes. On comprendra ainsi que les sinusoïdes des tubes d'une même rangée ne sont pas nécessairement en phase. En variante, il peut être envisagé en effet de disposer les tubes d'une même rangée suffisamment écartés, tandis que les phases entre leur sinusoïde sont sensiblement aléatoires. Par ailleurs, les tubes adjacents de deux rangées consécutives ne sont pas nécessairement en opposition de phase. En effet, il suffit de décaler en phase les deux sinusoïdes pour laisser pénétrer un flux d'air entre les tubes. Cependant, l'agence- ment des deux sinusoïdes en opposition de phase permet une pénétration maximale du flux d'air par les ventres qu'elles forment. Dans l'exemple décrit ci-avant, les rangées sont sensiblement horizontales, tandis que les zones de contact 210 sont agencées sensiblement dans des plans verticaux. De façon plus générale, ces plans ne sont pas nécessairement perpendiculai- res aux rangées, en particulier si les tubes adjacents entre rangées consécutives sont décalés latéralement d'une rangée à l'autre. Les moyens de maintien précités des tubes (film de colle, revêtement rendu adhésif par traitement thermique, tiges entretoises 213) sont décrits ci-avant à titre d'exemple. D'autres moyens de maintien peuvent être envisagés. Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'échangeur 2 comporte deux boîtes collectrices. En variante, il peut n'être prévu qu'une boîte collectrice munie d'ouver- tures dans lesquelles sont introduites les extrémités des tubes, tandis que chaque tube présente une forme de "U" dont les deux branches sont ondulées et inscrites dans une même rangée, ou encore entrelacées, tandis que chaque branche de "U" est inscrite dans une rangée distincte. Enfin, l'échangeur de chaleur décrit ci-avant à titre d'exemple est destiné à opérer en tant que radiateur de refroidissement d'un véhicule automobile. En variante, cet échangeur de chaleur peut être prévu en tant que radiateur de chauffage logé dans une branche d'air chaud d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l'habitacle du véhicule, ou encore en tant qu'évaporateur d'une boucle de climatisation de cette installation, ou autre. Par ailleurs, le fluide traversant l'échangeur de chaleur (flux d'air F dans l'exemple décrit ci-avant) peut être de nature différente, par exemple de l'huile, notamment pour une application de l'échan- geur en tant que radiateur de refroidissement d'huile du moteur. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment d'une installation de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, du type comprenant une pluralité de tubes (20) réalisés dans un matériau sensiblement souple, et destinés à acheminer un fluide d'échange thermique propre à coopérer avec un flux de fluide (F) traversant l'échangeur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien des tubes en rangées sensiblement parallèles (20A), et en ce que les tubes (20) sont conformés pour présenter des formes générales de lignes sensiblement sinusoïdales, tandis que les sinusoïdes de deux tubes (211,212) en contact, de deux rangées consécutives respectives, sont sensiblement décalées en phase l'une par rapport l'autre de sorte que les deux tubes sont maintenus en deux zones de contact (210) par période de sinusoïde. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sinusoïdes des tubes respectifs (211,212) de deux rangées consécutives, sont sensiblement en opposition de phase, tandis que les sinusoïdes d'une même rangée (20A) sont en phase. 3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les zones de contact (210) des tubes respectifs de rangées consécutives, sont sensiblement inscrites dans un plan perpendiculaire aux rangées. 4. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espacement entre les rangées (20A) est sensiblement constant. 5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie au moins des surfaces externes des tubes, comprenant lesdites zones de contact (210), est revêtue d'une couche de colle pour former des moyens de maintien des tubes. 6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les surfaces externes des tubes (20) portent un matériau rendu adhésif par un traitement thermique. 7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de maintien comportent une pluralité de tiges (213) sensiblement perpendiculaires aux rangées (20A) et implantées chacune entre les sinusoïdes respectives de rangées consécutives, pour maintenir les tubes (211,212) des rangées consécutives sensiblement écartés. 8. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une boite collec- trice (21,22) munie d'ouvertures (215,225) communiquant chacune avec une extrémité d'un tube, et agencées pour loger étroitement les extrémités des tubes en formant des moyens de maintien d'extrémités des tubes. 9. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la période des sinusoïdes est comprise entre 40 et 80 mm. 10. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplitude des sinusoïdes, par rapport à un axe général de tube (20), est comprise entre un demi- diamètre de tube et deux diamètres de tube. 11. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (20) sont jointives et plates sur une longueur d'environ 5 à 25 mm.