Brevet FR2787875A1 — publié le 20000630

Echangeur de chaleur à tubes souples. notamment 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 propose à cet effet un échangeur de chaleur du type précité, qui comporte, selon l'invention, des moyens de maintien des tubes en rangées sensiblement horizontales dans un plan de section des tubes, ces moyens de maintien étant munis d'éléments interposés chacun entre deux rangées consécutives en formant une entretoise pour maintenir les rangées sensiblement espacées entre elles. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de maintien sont agencés en outre pour maintenir les tubes d'une même rangée horizontale, sensiblement espacés entre eux. Préférentiellement, les moyens de maintien sont agencés pour maintenir les tubes en rangées sensiblement verticales dans le plan de section précité, sensiblement espacées entre elles. 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 du dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 3A représente un assemblage des tubes avec des éléments de maintien des tubes précités, selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3B représente une vue de côté des tubes et des éléments représentés sur la figure 3A, - la figure 3C représente une vue de dessus des tubes et des éléments de la figure 3A, - la figure 3D représente une vue en coupe selon le plan D-D de la figure 3A (plan de section des tubes précité), des tubes et des éléments des moyens de maintien selon le premier mode de réalisation, - la figure 4A représente des tubes maintenus par des éléments de moyens de maintien selon un second mode de réalisation de la présente invention, - la figure 4B représente une vue de côté des tubes de la figure 4A, - la figure 4C représente une vue de dessus des tubes et des moyens de maintien de la figure 4A, - la figure 4D représente une vue en coupe selon le plan D-D de la figure 4A (plan de section des tubes précité), des tubes selon le second mode de réalisation précité, - la figure 5A représente les tubes de l'échangeur maintenus par des éléments de moyens de maintien selon un troisième de réalisation de la présente invention, - la figure 5B représente une vue de côté des tubes et des moyens de maintien de la figure 5A, - la figure 5C représente une vue de dessus des tubes et des moyens de maintien de la figure 5A, et - la figure 5D représente une vue en coupe selon le plan D-D de la figure 5A (plan de section des tubes précité), des tubes et des moyens de maintien selon le troisième mode de réalisa- tion de la présente invention. 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 2. 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 boites collectrices sont munies d'ouvertures 215 et 225 logeant étroitement les extrémités des tubes 20. En pratique, les boîtes 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 boîtes 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. On se réfère maintenant aux figures 3A, 3B, 3C et 3D pour décrire des moyens de maintien des tubes selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 3A, il apparaît que les tubes 20 de l'échangeur de chaleur selon l'invention sont agencés en rangées horizon- tales 20A (figure 3B) et en rangées verticales 20B (figure 3C), dans le plan de section des tubes 20 (plan de la figure 3D). Entre chaque rangée horizontale 20A sont disposés des éléments intercalaires 31, pour maintenir les rangées 20A sensiblement écartées entre elles, le long d'une direction verticale (direction du flux F dans l'exemple décrit). Dans ce premier mode de réalisation, les éléments intercalai- res sont formés d'un fil sensiblement rigide présentant une forme générale sensiblement ondulée. En se référant à la figure 3D, les bosses concaves 310 de l'ondulation sont en contact avec les surfaces externes des tubes d'une rangée horizontale 201A, ce qui permet de maintenir les tubes d'une même rangée sensiblement écartés entre eux, dans une direction horizontale. En vue de maintenir les rangées 20A espacées, les extrémités 32 du fil intercalaire se prolongent vers une seconde rangée horizontale 202A (vers le haut de la figure 3D dans l'exemple), pour venir en contact avec les tubes de cette seconde rangée horizontale consécutive 202A. Préférentielle- ment, les prolongements 32 du fil intercalaire présentent sensiblement une forme de ligne droite horizontale. Un prolongement droit permet avantageusement de limiter les contraintes d'empilement des rangées le long de la direction verticale. De manière à maintenir les tubes espacés sur toute la rangée 201A, le fil intercalaire 31 comporte une pluralité de lignes ondulées disposées bout à bout et en zigzag dans le plan de cette rangée horizontale 201A. Chaque ligne ondulée est en contact avec les surfaces externes des tubes de la rangée 201A, ces surfaces externes étant en regard de la seconde rangée consécutive 202A. De préférence, le pas entre les ondulations d'un fil intercalaire à l'autre, est sensiblement constant, de manière à agencer les tube également en rangées verticales 20B (figure 3C), tandis que les ouvertures des boites collectrices sont agencées elles-mêmes en rangées et colonnes pour maintenir d'emblée les extrémités des tubes en rangées horizontales et verticales. On se réfère maintenant aux figures 4A, 4B, 4C et 4D pour décrire des moyens de maintien des tubes selon un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, les éléments intercalaires comportent deux lanières ondulées 41 et 42. Les creux concaves de l'une des lanières 41 sont en contact avec les surfaces externes des tubes d'une rangée horizontale 201A et maintiennent ainsi les tubes de cette rangée 201A sensiblement espacés entre eux. Les surfaces externes précitées de ces tubes sont en regard d'une seconde rangée horizontale consécutive 202A. La seconde lanière ondulée 42 que comportent les moyens de maintien selon ce second mode de réalisation est en contact, par ses bosses concaves avec les tubes de la seconde rangée consécutive 202A. En particulier, les bosses concaves de la lanière 42 sont en contact avec les surfaces externes des tubes de la rangée 202A. Enfin, les creux convexes de la lanière 41 sont en contact avec les bosses convexes de la lanière 42. Les épaisseurs des lanières 41 et 42 permettent ainsi de maintenir les rangées horizontales 201A et 202A sensiblement espacées entre elles. Préférentiellement, ces lanières sont réalisées sous forme de ruban adhésif pour maintenir les tubes et les lanières entre elles par collage. En outre, pour maintenir les tubes écartés par rangées horizontales et verticales, chaque élément intercalaire comporte une pluralité de paires de lanières 41 et 42 dont les bosses et les creux convexes sont en contact, disposées à intervalles le long d'une direction horizontale (perpendiculaire au plan de la figure 4D). On se réfère maintenant aux figures 5A, 5B, 5C, 5D pour décrire des moyens de maintien des tubes en rangées selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce troisième mode de réalisation, les moyens de maintien des tubes sont formés par des tiges horizontales 51 portant des inserts 52 qui viennent en contact chacun avec quatre tubes: deux tubes consécutifs d'une première rangée horizontale 201A et deux tubes consécutifs d'une seconde rangée horizontale consécutive 201B (figure 5D). Dans l'exemple, ces inserts sont réalisés sous la forme de billes sensiblement sphériques 52 disposées en quinconce dans le plan de coupe de la figure 5D. Ainsi, les sections respectives des quatre tubes en contact avec une bille forment ensemble une figure géométrique proche d'un carré, dont la diagonale est de longueur voisine du diamètre de la bille intercalée. La disposition en quinconce des billes 52 permet avantageusement de laisser des intersti- ces entre les tubes pour laisser pénétrer davantage le flux d'air F dans l'échangeur. En variante, ces billes peuvent être sphériques creuses et munies d'ouvertures pour laisser pénétrer le flux F. Les éléments intercalaires formant les moyens de maintien selon ce troisième de réalisation, comportent chacun une pluralité de tiges 51 rattachées par des bras horizontaux 53, de manière à maintenir les tiges 51 espacées entre elles et disposées à intervalles le long d'une direction horizontale (perpendiculaire au plan de la figure 5B). De façon générale, il est prévu enfin de revêtir les surfaces externes des éléments intercalaires et/ou des tubes, d'un film de colle, au moins sur une partie de ces surfaces externes, en vue de solidariser les tubes aux éléments intercalaires formant entretoises. Les tubes souples de l'échangeur sont généralement de petit diamètre, typiquement d'environ 1 à 4 mm, et d'épaisseur de paroi voisine de 0,2 mm. Il est nécessaire alors de maintenir les tubes en structure sensiblement rigide par des éléments de maintien, en vue de les protéger par rapport aux contrain- tes d'utilisation (vibrations, vieillissement de la matière, pression du fluide d'échange thermique) qui tendent à les fragiliser. L'un des avantages que procure en outre la présente invention consiste en ce que les tubes sont ainsi maintenus sensiblement fixes. 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 différentes formes des éléments intercalaires formant entretoises selon les premier, second et troisième modes de réalisation décrits ci-avant, sont susceptibles de variantes. Par exemple, le fil de forme ondulée du premier mode de réalisation peut être réalisé de manière différente. En effet, il peut comporter une seule ligne ondulée qui se prolonge par une ligne droite vers une rangée horizontale consécutive, agencée dans un autre plan, tandis que chaque élément intercalaire est constitué d'une pluralité de lignes ondulées, sensiblement parallèles et rassemblées par des bras horizon- taux, correspondant par exemple aux bras 53 du troisième mode de réalisation ci-avant. Dans une variante du second mode de réalisation précité, les éléments intercalaires peuvent ne contenir qu'une lanière agencée entre deux rangées horizontales consécutives. Cette lanière présenterait une forme générale sensiblement ondulée avec des creux sur les bosses et des bosses sur les creux de l'ondulation, dans lesquels viennent se loger respectivement les tubes d'une rangée horizontale supérieure et les tubes d'une rangée horizontale inférieure, consécutives. En outre, les moyens de maintien selon le troisième mode de réalisation décrit ci-avant peuvent comporter des inserts de formes différentes de billes sphériques 52. En variante, ces inserts peuvent être en forme de losange ou autre. Cependant, il est préférable de maintenir ces inserts en quinconce pour laisser des espaces libres entre les tubes d'une même rangée, par lesquels peut pénétrer le flux d'air F. On comprendra en outre qu'il n'est pas nécessaire de maintenir les tubes en rangées verticales, dès lors qu'ils sont espacés entre eux dans une même rangée horizontale. De facon plus générale, dans une variante simplifiée de l'échangeur de chaleur selon l'invention, les tubes sont agencés en rangées horizontales et maintenues espacées entre elles. Les tubes d'une même rangée horizontales peuvent être en contact les uns avec les autres, tandis que le flux d'air circule entre les rangées de tubes. Cependant, il est préférable de maintenir les tubes d'une même rangée horizon- tale sensiblement écartés entre eux pour laisser pénétrer davantage le flux F. Il est à noter en outre que les termes de rangées "verticales" et rangées "horizontales" sont énoncés ci-avant pour simpli- fier la description d'un échangeur de chaleur selon l'inven- tion, en particulier la description de sa géométrie. A ce titre, on comprendra que les tubes de l'échangeur de chaleur peuvent être agencés en rangées verticales, espacées par des éléments intercalaires formant entretoises entre deux rangées verticales consécutives. Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'échangeur 2 est muni de deux boîtes collectrices. En variante, il peut n'être prévu qu'une seule boîte collectrice munie d'ouvertures communiquant chacune avec une extrémité de tubes réalisée alors en forme de "U", tandis que les deux branches du "U" sont inscrites dans une même rangée horizon- tale ou verticale. 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. il 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 horizontales (20A) dans un plan de section des tubes (D-D), et en ce que lesdits moyens de maintien comportent des éléments (31,32;41,42;51,52) interpo- sés chacun entre deux rangées consécutives (201A,202A) en formant entretoise pour maintenir lesdites rangées sensible- ment espacées entre elles. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de maintien sont agencés en outre pour maintenir les tubes d'une même rangée (201A), sensiblement espacés entre eux. 3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de maintien sont agencés pour maintenir les tubes en rangées sensiblement verticales (20B) dans ledit plan de section, sensiblement espacées entre elles. 4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits éléments (31,32;41,42) présente une forme générale sensiblement ondulée, et en ce que les tubes d'une même première rangée horizontale (201A) sont sensiblement en contact avec les bosses concaves (310) de l'ondulation (31), par des surfaces externes respectives en regard d'une seconde rangée horizontale consécutive (202A). 5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément comporte un fil (31,32) sensiblement rigide dont l'une au moins des extrémités (32) se prolonge vers ladite seconde rangée (202A) pour être en contact avec une partie au moins des tubes de la seconde rangée consécutive (202A). 6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le prolongement du fil (32) est de forme sensiblement droite dans le plan de section des tubes. 7. Echangeur selon l'une des revendications 5 et 6, caracté- risé en ce que le fil comporte une pluralité de lignes ondulées (31), jointes bout à bout et disposées en dents de scie dans le plan de la première rangée horizontale (201A), sensiblement en contact chacune avec les tubes de la première rangée, tandis que les deux extrémités du fil (32) se prolongent vers ladite seconde rangée consécutive (202A). 8. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun desdits éléments comporte des première et seconde lanières (41,42) sensiblement ondulées, et en ce que les bosses convexes de la première lanière (41) sont en contact avec les creux convexes de la seconde lanière (42), tandis que, d'une part, les bosses concaves de la première lanière (41) sont en contact avec les tubes de la première rangée horizontale (201A) et, d'autre part, les creux concaves de la seconde lanière (42) sont en contact avec les tubes de la seconde rangée horizontale consécutive (202A). 9. Echangeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites lanières (41,42) sont réalisées sous la forme de rubans adhésifs sensiblement ondulés. 10. Echangeur selon l'une des revendications 8 et 9, caracté- risé en ce que chaque élément comporte une pluralité de paires de lanières (41,42), disposées à intervalles le long d'une direction sensiblement perpendiculaire au plan de section des tubes. 11. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque élément comporte une tige (51) sensiblement perpendicu- laire aux rangées verticales (20B) et portant une pluralité d'inserts (52) de dimensions choisies de sorte que chaque insert est sensiblement en contact avec deux tubes consécutifs d'une première rangée horizontale (201A), d'une part, et avec deux tubes consécutifs d'une seconde rangée horizontale consécutive (202A), d'autre part. 12. Echangeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits inserts sont réalisés sous la forme de billes sensiblement sphériques (52) de sorte que les sections des tubes consécutifs, respectifs des première (201A) et seconde (202A) rangées forment sensiblement un carré de longueur de diagonale voisine du diamètre des billes (52). 13. Echangeur selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que chaque élément comporte une pluralité de tiges (51) disposées à intervalles le long d'une direction sensiblement perpendiculaire au plan de section des tubes, et rattachées entre elles par des bras (53) sensiblement parallèles à ladite direction. 14. Echangeur selon l'une des revendications 11 à 13, caracté- risé en ce que les inserts (52) sont disposés en quinconce dans le plan de section des tubes (D-D). 15. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces externes des tubes (20) et/ou des éléments formant entretoises (31,32;41,42;51,52) sont revêtues au moins partiellement d'une couche de colle pour solidariser les tubes auxdits éléments formant entretoi- ses. 16. 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.