Brevet FR2793015A1 — publié le 20001103

Echanqeur de chaleur brasé pour haute pression, en particu- lier pour véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur brasé comprenant un faisceau de tubes, une plaque collectrice munie d'ouvertures de réception des extrémités des tubes, et une boite collectrice venant coiffer la plaque collectrice pour délimiter au moins une chambre interne communiquant avec les tubes. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type dont les différents composants sont réalisés généralement en alliage d'aluminium et sont brasés ensemble pour réaliser leur assemblage. De tels échangeurs de chaleur sont utilisés dans l'industrie automobile pour échanger de la chaleur entre un fluide parcourant l'échangeur de chaleur et un flux d'air balayant le faisceau. Dans une application particulière, un tel échangeur de chaleur constitue un condenseur pour une installation de climatisation de véhicule automobile. En ce cas, un fluide réfrigérant entre en phase gazeuse dans le condenseur, est condensé par échange thermique avec un flux d'air, et quitte l'échangeur de chaleur en phase liquide. On cherche actuellement à remplacer les fluides réfrigérants classiques par d'autres fluides réfrigérants moins polluants, en particulier par du dioxyde de carbone, qui ont pour inconvénient de travailler à des pressions élevées pouvant atteindre par exemple 300 à 500 bars. Il en résulte par conséquent la nécessité de concevoir des échangeurs de chaleur susceptibles de résister à de telles pressions élevées, tout en respectant les contraintes d'encombrement imposées par les constructeurs. L'invention vient apporter une solution à ce problème. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur brasé du type défini en introduction, dans lequel la boite collectrice est réalisée sous la forme d'un profilé muni d'au moins une cloison longitudinale terminée par un chant propre à être brasé contre la plaque collectrice de manière à délimiter au moins deux chambres adjacentes, et dans lequel la cloison longitudinale comprend des évidements de matière dans les régions o débouchent les extrémités des tubes. Ainsi, la boîte collectrice comprend au moins une cloison qui est brasée à la plaque collectrice pour définir au moins deux chambres adjacentes. Cela permet de renforcer la structure de l'ensemble formé par la boîte collectrice et la plaque collectrice, afin de résister à des pressions élevées, mais aussi de diminuer l'encombrement global de cet ensemble dans au moins une direction. Selon une autre caractéristique de l'invention, la boite collectrice comprend deux faces latérales s'étendant parallè- lement à la (aux) cloison(s). De façon avantageuse, ces faces latérales de la boîte collectrice se terminent par un bord libre crénelé définis- sant des pattes ou griffes de maintien de la plaque collec- trice. Les évidements de matière réalisés dans la (ou les) cloi- son(s) de la boîte collectrice sont formés au droit des tubes et permettent d'assurer une communication entre ces tubes et la ou les chambres adjacentes. Ces évidements de matière pratiqués dans la (ou les) cloi- son(s) sont avantageusement obtenus par usinage. Selon les caractéristiques avantageuses de l'invention, les évidements de matière de la (des) cloison(s) ainsi que les bords libres crénelés de la boite collectrice sont obtenus par usinage conjoint. La boîte collectrice de l'invention est avantageusement formée par extrusion d'une matière métallique, en particulier d'un alliage d'aluminium. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les tubes du faisceau sont de section circulaire et disposés sur plusieurs rangées. En pareil cas, on prévoit que les tubes d'au moins une rangée débouchent dans une chambre, tandis que les tubes d'au moins une autre rangée débouchent au droit d'une cloison dans les régions des évidements de matière de ladite cloison. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les tubes du faisceau sont des tubes plats multicanaux disposés suivant au moins une rangée et présentant chacun un grand axe s'étendant perpendiculairement à la (ou les) cloison(s). En ce cas, on prévoit que les tubes débouchent au droit d'une ou des cloison(s) dans les régions des évidements de matière de ladite (desdites) cloison(s). La boîte collectrice et la plaque collectrice ont une épaisseur choisie, pouvant atteindre environ 5 mm, pour leur permettre de résister à des pressions internes élevées. Dans une application préférentielle de l'invention, l'échan- geur est réalisé sous la forme d'un condenseur de climatisa- tion de véhicule automobile. 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, avec arrachement partiel, d'une partie d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation latérale de l'échan- geur de chaleur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une partie d'un échangeur de chaleur selon une autre forme de réalisation de l'invention. On se réfère d'abord aux figures 1 à 3 pour décrire un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention. Cet échangeur de chaleur comprend un faisceau 10 composé d'une multiplicité de tubes 12 entre lesquels sont disposés des intercalaires ondulés 14 formant ailettes d'échange de chaleur. Ces tubes sont ici des tubes de section circulaire et sont disposés suivant cinq rangées parallèles R1 à R5. Chacun des tubes 12 comporte, dans l'exemple, un corps rectiligne 16 et des extrémités 18 décalées par rapport au corps 16. De chaque côté du faisceau, les extrémités 18 sont reçues dans des ouvertures 20 de réception, lesquelles sont réalisées dans une plaque collectrice 22 de forme générale rectangulaire. Comme on peut le voir sur la figure 1, les corps respectifs 16 des tubes appartenant aux simples rangées R1 et R5 sont regroupés en série de cinq et disposés à chaque fois entre deux intercalaires ondulés adjacents 14. Toutefois, les extrémités correspondantes 18 des tubes sont disposées alignées, mais en quinconce, comme on peut le voir sur la figure 1. La plaque collectrice 22 est coiffée par une boite collec- trice 24 réalisée préférentiellement sous la forme d'un profilé obtenu par extrusion d'une matière métallique, en particulier d'un alliage d'aluminium. La forme de ce profilé apparaît plus particulièrement à la figure 3. Ce profilé présente une paroi d'épaisseur sensiblement constante terminée par deux faces latérales opposées 26, sensiblement parallèles entre elles, propres à venir en appui contre des bords longitudinaux respectifs 28 de la plaque collectrice 22. Entre les deux faces 26, la paroi de la boîte collectrice affecte, dans une vue en coupe transversale, une forme ondulée définissant un dôme central 30 compris entre deux dômes latéraux 32, dans cet exemple (il est clair que dans l'hypothèse o il n'existe qu'une unique cloison, la boîte collectrice présente une forme ondulée définissant seulement deux dômes latéraux). Par ailleurs, cette paroi est prolongée vers l'intérieur par deux cloisons longitudinales 34 ayant des chants respectifs 36 (figure 1) propres à être brasés contre la plaque collectrice, plus particulièrement contre une grande face 38 de cette dernière. Ainsi, lorsque la plaque collectrice 22 et la boîte collec- trice 34 sont brasées ensemble, elles définissent trois chambres longitudinales adjacentes 40 (figures 1 et 3). Les extrémités des tubes de la rangée R1, de même que celles des tubes de la rangée R3 et celles des tubes de la rangée R5 débouchent respectivement dans les trois chambres longitudi- nales 40. Par contre, les extrémités des tubes de la rangée R2 et celles des tubes de la rangée R4 débouchent au droit des cloisons 34. On prévoit en conséquence que ces cloisons comprennent des évidements de matière dans les régions ou débouchent les extrémités 18 des tubes des rangées R2 et R4. Ainsi, ces extrémités peuvent communiquer chacune avec l'une au moins des chambres 40, assurant simultanément une communi- cation de fluide entre chambres voisines. Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, les faces 26 comportent des bords libres crénelés 44 définissant des pattes ou griffes 46 pour le maintien de la plaque collectri- ce 22. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 3, les évidements de matière 42 des cloisons 34 et les bords libres crénelés 44 de la boîte collectrice 24 sont avantageu- sement obtenus par usinage conjoint au moyen d'un disque d'usinage dont le contour est représenté schématiquement par une portion de cercle 48 sur la figure 3. On comprendra qu'on réalise ainsi deux ensembles plaque collectrice/boîte collectrice présentant une hauteur h qui peut être notablement inférieure à la largeur Q de la boîte collectrice (figure 4). Du fait que le volume intérieur de cet ensemble est, dans cet exemple, divisé en trois chambres, qui communiquent entre elles au travers des évidements de matière 42 on obtient un ensemble susceptible de résister à des pressions particulièrement élevées. L'épaisseur de la plaque collectrice 22 et celle de la boîte collectrice 24 doivent être choisies en fonction des pres- sions maximales auxquelles le fluide qui parcourt l'échangeur de chaleur est susceptible de travailler. En particulier, lorsque l'échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un condenseur susceptible d'être parcouru par un fluide réfrigérant, du type dioxyde de carbone, ces pressions peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de 300 à 500 bars environ. En ce cas, l'épaisseur des parois respective de la plaque collectrice et de la boîte collectrice doit être généralement comprise entre environ 3 et 5 mm. Dans la forme de réalisation de la figure 5, les tubes 12 sont des tubes plats, appelés "multicanaux", comprenant une pluralité de canaux internes parallèles 50. Dans l'exemple, ces tubes sont disposés suivant une seule rangée et présen- tent chacun un grand axe AA qui s'étend perpendiculairement aux cloisons longitudinales 34 de chacune des boîtes collec- trices. Dans l'exemple, chacune des boîtes collectrices comprend trois cloisons 34, ce qui permet de définir quatre chambres longitudinales adjacentes 40. Chacune des plaques collectrices 22 comprend une rangée d'ouvertures 20, de forme oblongue qui peuvent être réalisées soit par poinçonnage, soit par usinage. Dans tous les cas, on obtient un échangeur de chaleur susceptible d'être traversé par un fluide à haute pression et présentant néanmoins un encombrement réduit par rapport aux échangeurs de chaleur connus. L'invention s'applique tout particulièrement aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, en particulier aux condenseurs de climatisation, pour lesquels la configuration de la boite collectrice assure une très bonne résistance en pression. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, mais elle s'étend à toutes les variantes que l'homme de l'art pourra développer dans le cadre des revendi- cations ci-après. Revendications 1. Echangeur de chaleur brasé, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un faisceau (10) de tubes (12), une plaque collectrice (22) munie d'ouvertures (20) de réception des extrémités (18) des tubes, et une boite collectrice (24) venant coiffer la plaque collectrice (22) pour délimiter au moins une chambre interne (40) communiquant avec les tubes, caractérisé en ce que la boite collectrice (24) est réalisée sous la forme d'un profilé muni d'au moins une cloison longitudinale (34) terminée par un chant (36) propre à être brasé contre la plaque collectrice (22) de manière à délimiter au moins deux chambres adjacentes (40) et en ce que la cloison longitudinale comprend des évidements de matière (42) dans les régions o débouchent les extrémités (18) des tubes (12). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte collectrice (24) comprend deux faces latérales (26) s'étendant parallèlement à la (aux) cloison(s) (34). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les faces latérales (26) de la boîte collectrice (24) se terminent par un bord libre crénelé (44) définissant des pattes ou griffes (46) de maintien de la plaque collec- trice (22). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les évidements de matière (42) de la (des) cloison(s) (34) sont obtenus par usinage. 5. Echangeur de chaleur selon les revendications 3 et 4, prises en combinaison, caractérisé en ce que les évidements de matière (42) de la (des) cloison(s) (34) et les bords libres crénelés (44) de la boîte collectrice (24) sont obtenus par usinage conjoint. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boîte collectrice (24) est formée par extrusion d'une matière métallique, en particulier d'un alliage d'aluminium. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tubes (12) du faisceau sont de section circulaire et disposés sur plusieurs rangées (R1-R5). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes (12) d'au moins une rangée (R1, R3, R5) débouchent dans une chambre (40), tandis que les tubes (12) d'au moins une autre rangée (R2, R4) débouchent au droit d'une cloison (34) dans les régions des évidements de matière (42) de ladite cloison. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications i à 6, caractérisé en ce que les tubes (12) du faisceau sont des tubes plats comportant plusieurs canaux (50) et disposés suivant au moins une rangée et présentant chacun un grand axe (AA) s'étendant perpendiculairement à la (les) cloison(s) (34). 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caracté- risé en ce que les tubes (12) débouchent au droit d'une (des) cloison(s) (34) dans les régions des évidements de matière (42) de ladite (desdites) cloison(s). 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la boite collectrice (24) et la plaque collectrice (22) ont une épaisseur choisie, pouvant atteindre environ 5 mm, pour leur permettre de résister à des pressions internes élevées. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un condenseur de climatisation de véhicule automobile.