Brevet FR2786559A1 — publié le 20000602

Echangeur de chaleur dépourvu d'ailettes, en particulier pour véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, en particulier pour les véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant un faisceau formé exclusivement de tubes parallèles, ainsi qu'au moins une boite collectrice reliée à une extrémité du faisceau. Un tel échangeur de chaleur est ainsi dépourvu d'ailettes, le terme"ailettes"étant pris au sens large pour définir aussi bien de fines feuilles métalliques traversées par les tubes du faisceau, que par des intercalaires ondulés placés entre de tels tubes. Dans un échangeur de chaleur sans ailettes, les surfaces réalisant l'échange thermique sont constituées uniquement par les parois des tubes, si bien qu'il est nécessaire de prévoir davantage de tubes que dans un échangeur classique à ailettes pour obtenir des performances thermiques acceptables. On a déjà proposé des échangeurs de chaleur dépourvus d'ailettes, mais ceux-ci présentent un certain nombre d'inconvénients. Dans ces échangeurs connus, les tubes sont habituellement maintenus seulement à leurs extrémités, ce qui, du fait de la proximité des tubes, pose souvent des problèmes de vibrations. De plus, la conception de moyens espaceurs propres à maintenir les tubes à intervalles réguliers n'a pu jusqu'à présent trouver de solution acceptable. Par ailleurs, à performances thermiques égales, un échangeur de chaleur sans ailettes est plus encombrant qu'un échangeur de chaleur classique à ailettes. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur du type sans ailettes dont les tubes peuvent tre maintenus espacés, sans engendrer de vibrations, et dont les performances thermiques sont supérieures aux échangeurs de chaleur sans ailettes connus jusqu'à présent. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur dépourvu d'ailettes, dans lequel les tubes sont formés chacun à partir d'une feuille métallique pliée et brasée qui comporte des reliefs en saillie de formes choisies, ces reliefs étant propres à assurer un contact mécanique et thermique entre les tubes, tout en ménageant un espacement entre les tubes pour la circulation d'un flux d'air à balayer le faisceau. L'invention permet ainsi de réaliser un échangeur de chaleur comportant un nombre élevé de tubes, qui sont en contact mécanique et thermique entre eux par des reliefs des tubes, ce qui garantit une tenue mécanique des tubes, exempte de vibrations, et permet en outre d'augmenter les capacités d'échange de chaleur. De plus, ces reliefs permettent de ménager entre les tubes des espacements de dimension contrôlée pour la circulation d'un flux d'air, sans générer de pertes de charge élevées. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les reliefs en saillie sont formés sur des faces planes opposées de chaque tube. Il est avantageux d'utiliser des tubes plats qui délimitent chacun au moins deux canaux parallèles de circulation. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les reliefs comprennent des bossages espacés et des nervures espacées, agencés de telle sorte que les bossages d'un tube viennent au contact des nervures d'un tube adjacent, et inversement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bossages sont disposés suivant des rangées parallèles qui alternent avec les nervures, lesquelles sont également parallèles. De préférence, les rangées de bossages et les nervures s'étendent dans des directions parallèles à l'axe du tube. Dans une forme de réalisation préférée, les bossages ont sensiblement la forme d'une calotte sphérique. Egalement, on préfère que les nervures aient un profil ayant sensiblement la forme d'un arc de cercle. Les reliefs des tubes sont de préférence formés par emboutissage de la feuille métallique avant pliage. Il est possible aussi de prévoir que les reliefs des tubes sont formés par moletage lors du pliage de la feuille métallique. La feuille métallique utilisée est avantageusement à base d'aluminium. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille métallique est revtue d'un placage de brasure, au moins du côté extérieur, pour permettre une solidarisation des tubes entre eux par brasage. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; -la figure 2 est une vue en perspective partielle d'un tube de l'échangeur de la chaleur de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue en coupe transversale partielle du faisceau de l'échangeur de chaleur de la figure 1 ; et -la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 est destiné à tre utilisé, dans 1'exemple, dans un véhicule automobile pour constituer soit un radiateur de refroidissement du moteur, soit un radiateur de chauffage de l'habitacle. L'échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 formé exclusivement de tubes parallèles 12. Ce faisceau est relié, à l'une au moins de ses extrémités, à une boite collectrice 14, encore appelée"boite à eau", par l'intermédiaire d'une plaque collectrice 16 qui ménage des ouvertures 18 dans lesquelles sont introduites les extrémités des tubes 12. La plaque collectrice 16 comporte des pattes de sertissage 20 qui sont rabattues sur un rebord périphérique 22 de la boite collectrice 14. Les tubes 12 sont formés chacun à partir d'une feuille métallique pliée, avantageusement une feuille à base d'aluminium, laquelle est revtue d'un placage de brasure, au moins du côté extérieur. Chacun des tubes 12 (figure 2) constitue ce que l'on appelle un"tube plat"qui comprend une face plane 24 reliée à deux demi-faces planes 26 par des faces arrondies 28, à profil en demi-cercle. Les demi-faces planes 26 sont coplanaires et se poursuivent par des rebords 30 à angle droit qui sont réunis l'un contre l'autre et aboutissent à l'intérieur de la face plane 24. On forme ainsi un tube du type"bi-canaux"comprenant deux canaux intérieurs 32 pour la circulation d'un fluide. Ce tube comprend donc deux faces planes parallèles et opposées : la face 24 et la face composée par les deux demi-faces 26 qui sont coplanaires. Conformément à l'invention, chacun des tubes 12 comporte des reliefs en saillie formés sur les faces 24 et 26. Ces reliefs sont de deux types et ils comprennent d'une part des bossages espacés 34, et d'autre part des nervures espacées 36. Les bossages 34 sont disposés suivant des rangées parallèles qui alternent avec les nervures 36, lesquelles sont également parallèles. Plus particulièrement, les rangées de bossages 34 et les nervures 36 s'étendent dans des directions parallèles à l'axe des tubes, c'est-à-dire parallèles aux génératrices des tubes. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 2, les bossages 34 sont disposés à intervalles réguliers et sont également alignés entre eux dans une direction perpendiculaire à l'axe des tubes. Dans l'exemple (voir figure 3) les bossages 34 ont chacun sensiblement la forme d'une calotte sphérique, tandis que les nervures 36 ont chacune un profil qui a sensiblement la forme d'un arc de cercle. Les bossages et les nervures des tubes sont agencés de telle sorte que, lorsque deux tubes sont disposés adjacents avec leurs faces planes parallèles (figures 3 et 4), les bossages 34 d'une face d'un tube viennent au contact des nervures 36 de la face adjacente du tube adjacent, et inversement. Il en résulte que, lorsque les tubes sont assemblés entre eux pour former le faisceau 10, ils sont en contact mutuel par leurs reliefs respectifs. En outre, les tubes sont solidarisés entre eux par brasage, si bien que les bossages et les nervures sont solidarisés entre eux par un joint de brasure, ce qui assure un bon contact mécanique et thermique entre les tubes. De ce fait, le faisceau est constitué d'un ensemble solidaire de tubes qui ne risque pas d'tre soumis à des vibrations. Les extrémités des tubes du faisceau sont en outre réunies par brasage à la plaque collectrice 16. Dans l'exemple de réalisation, les canaux 32 des tubes sont parcourus par le liquide de refroidissement du moteur (eau et antigel), comme représenté par la flèche FI, alors qu'un flux d'air balaye les tubes du faisceau, comme représenté par la flèche F2. Ce flux d'air circule entre les tubes dans les passages délimités entre les parois des tubes et les reliefs qui sont réunis entre eux par brasage. Ainsi, l'échangeur de l'invention possède un faisceau comportant une densité importante de tubes, ce qui permet d'obtenir une capacité d'échange thermique élevée par rapport aux échangeurs de chaleur dépourvus d'ailettes de la technique antérieure. Les tubes du faisceau peuvent tre conformés selon des techniques en elles-mme connues. Ainsi, il est envisageable de former d'abord les reliefs d'un tube par emboutissage de la feuille métallique, puis de plier ensuite la feuille, par exemple par des molettes, pour lui donner sa forme définitive. En variante, il est possible de former les reliefs d'un tube par moletage de la feuille métallique lors du pliage. Dans ce cas, la conformation des reliefs et le pliage de la feuille s'effectuent par un jeu de molettes appropriées, en une seule opération. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Ainsi, la structure des reliefs des tubes et la forme des tubes elle-mme est susceptible de nombreuses variantes. En outre, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un échangeur de chaleur de véhicule automobile dont les tubes sont parcourus par le liquide de refroidissement du moteur, elle peut tre appliquée à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Ainsi, un tel échangeur de chaleur peut constituer aussi, par exemple, un évaporateur de climatisation, un condenseur de climatisation, un refroidisseur d'huile, un refroidisseur d'air de suralimentation, etc. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau (10) formé exclusivement de tubes parallèles (12), ainsi qu'au moins une boite collectrice (14) reliée à une extrémité du faisceau, caractérisé en ce que les tubes (12) sont formés chacun à partir d'une feuille métallique pliée et brasée qui comporte des reliefs en saillie (34,36) de formes choisies, ces reliefs étant propres à assurer un contact mécanique et thermique entre les tubes (12), tout en ménageant un espacement entre les tubes pour la circulation d'un flux d'air (F2) propre à balayer le faisceau. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les reliefs en saillie (34,36) sont formés sur des faces planes opposées (24,26) de chaque tube. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes (12) sont plats et délimitent chacun au moins deux canaux parallèles (32) pour la circulation d'un fluide (F1). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications à 3, caractérisé en ce que les reliefs comprennent des bossages espacés (34) et des nervures espacées (36), agencés de telle sorte que les bossages (34) d'un tube (12) viennent au contact des nervures (36) d'un tube adjacent, et inversement. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les bossages sont disposés suivant des rangées parallèles qui alternent avec les nervures (36), lesquelles sont également parallèles. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les rangées de bossages (34) et les nervures (36) s'étendent dans des directions parallèles à l'axe des tubes. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les bossages (34) ont sensiblement la forme d'une calotte sphérique. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les nervures (36) ont un profil ayant sensiblement la forme d'un arc de cercle. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les reliefs (34,36) des tubes sont formés par emboutissage de la feuille métallique avant pliage. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les reliefs (34,36) des tubes sont formés par moletage de la feuille métallique lors du pliage. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la feuille métallique est à base d'aluminium. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications à 11, caractérisé en ce que la feuille métallique est revtue d'un placage de brasure, au moins du côté extérieur, pour permettre une solidarisation des tubes (12) entre eux par brasage.