Brevet FR2790075A1 — publié le 20000825

Echangeur de chaleur muni de boîtes collectrices perfection- nées, en particulier à tubes plastiques La présente invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier à tubes plastiques, notamment pour une installa- tion de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement une boîte collectrice de cet échangeur de chaleur. De tels échangeurs de chaleur, décrits notamment dans la Demande de Brevet français n 98 04966 de la Demanderesse, comportent des tubes réalisés dans une matière sensiblement souple comprenant par exemple des plastiques. Les extrémités communiquent avec au moins une boîte collectrice d'un fluide d'échange thermique propre à interagir avec un flux de fluide, par exemple un flux d'air qui traverse l'échangeur. En particulier, la boîte collectrice comporte généralement une plaque (dite "plaque collectrice") munie d'ouvertures dans lesquelles sont logées les extrémités des tubes, lesquels communiquent alors avec la boîte collectrice. La technologie des échangeurs de chaleur à tubes souples connaît aujourd'hui un essor considérable et il est particu- lièrement souhaité des communications étanches entre les extrémités des tubes de tels échangeurs de chaleur, d'une part, et les ouvertures aménagées dans les boîtes collectri- ces, d'autre part. La présente invention vient améliorer la situation. Elle porte sur un échangeur de chaleur du type précité et qui comporte, selon une caractéristique générale de l'invention, une feuille réalisée dans un matériau sensiblement déformable, sensiblement adjacente et solidaire de la plaque collectrice précitée. Cette feuille est munie d'ouvertures communiquant avec les ouvertures de la plaque, de sorte que les extrémités des tubes sont logées étroitement dans les ouvertures de la feuille. De plus, une partie au moins de la feuille, compre- nant ses ouvertures, est adhésive, ce qui permet de loger sensiblement à immobilisation les extrémités des tubes dans les ouvertures de la feuille et de la plaque collectrice. L'étanchéité des communications entre les extrémités des tubes et la boite collectrice, est ainsi assurée. Selon une caractéristique optionnelle avantageuse de l'inven- tion, la feuille précitée comporte au moins une face adhésive, sensiblement en contact avec une face de la plaque collectrice précitée. De préférence, les deux faces de la feuille portent une couche de colle. Dans une forme de réalisation sensiblement différente, la feuille est réalisée dans un matériau fusible et adhésif par traitement par vulcanisation. Avantageusement, la boîte comporte un couvercle solidaire de la plaque et la feuille précitée est interposée entre le couvercle et la plaque collectrice. En outre, le couvercle comporte des surfaces d'appui sur la plaque, par l'intermé- diaire de la feuille, laquelle est apte alors à solidariser le couvercle à la plaque par adhésion. Préférentiellement, le couvercle et la plaque comportent, à proximité des surfaces d'appui, des évidements et des protubérances propres à s'engager dans les évidements, pour former des moyens d'encliquetage du couvercle sur la plaque. Avantageusement, la feuille comporte alors des ouvertures communiquant avec les évidements et propres à loger les protubérances précitées. Ainsi, les faces adhésives respecti- vement en regard du couvercle et de la plaque collectrice, permettent d'étancher le contact du couvercle sur la plaque collectrice. Selon une autre caractéristique optionnelle avantageuse de l'invention, les extrémités des tubes sont sensiblement biseautées, ce qui permet de faciliter l'introduction des extrémités de tubes dans les ouvertures de la boîte collec- trice. Selon une autre caractéristique avantageuse, les ouvertures de la plaque sont agencées sensiblement en rangées et colonnes, ce qui permet ainsi de maintenir les extrémités de tubes sensiblement écartées entre elles, de sorte que le flux d'air précité peut circuler librement entre les tubes de l'échangeur de chaleur. 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 module 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 du module représenté sur la figure 1, - la figure 3 représente la feuille que comporte une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur selon l'invention, - la figure 4 représente partiellement l'échangeur de chaleur avant le montage des extrémités des tubes dans la feuille précitée, d'une part, et, la fixation du couvercle à la plaque collectrice, d'autre part, et - la figure 5 représente partiellement l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 4, après assemblage. 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 module de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Un tel module comporte habituellement un groupe moto-ventila- teur 1 muni d'une pluralité de pales dont la rotation produit un flux d'air (flèche F). Le groupe moto-ventilateur 1 est habituellement placé derrière la calandre du véhicule (non représentée) formant une grille de pré-filtrage de l'air ventilé. Un échangeur de chaleur selon l'invention est interposé dans le flux d'air F que délivre le groupe moto- ventilateur 1, en tant que radiateur de refroidissement 2 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 refroidisse- ment 4 permet généralement d'obtenir un rendement satisfaisant du moteur M lors de son démarrage à froid, en coupant l'alimentation du radiateur 2. Il peut être prévu en outre de disposer, à proximité du radiateur 2, un condenseur d'une boucle de climatisation (non représenté), faisant partie d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l'habitacle du véhicule. Cette disposition du condenseur permet de le refroidir. On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire la structure de l'échangeur de chaleur 2. Cet échangeur comporte des tubes souples 20 (représentés par des hachures sur la figure 2), réalisés généralement dans une matière plastique comprenant par exemple du polyamide, qui communiquent par leurs extrémités avec deux boites collectrices 21 et 22. En pratique, les boîtes collectrices sont munies d'ouvertures 215 et 225 logeant étroitement les extrémités des tubes 20. Plus particulièrement, les boîtes comportent des plaques collectri- ces munies des ouvertures 215 et 225, et qui forment ainsi des moyens de maintien des tubes, en particulier de leurs extrémités. Les boites collectrices 21 et 22 comportent habituellement un compartiment 210, 221 pour définir un trajet du fluide d'échange thermique précité (liquide de refroidissement dans l'exemple décrit), entre une entrée C (flèche E) qui commu- nique avec un conduit 23 d'arrivée et une sortie (flèche S) qui communique avec un conduit d'évacuation 24. Ainsi, les tubes 20, qui assurent les trajets du fluide entre les deux boites 21 et 22, coopèrent par échange thermique avec le flux d'air F que délivre le groupe moto-ventilateur 1. On se réfère maintenant à la figure 3 pour décrire une feuille intercalaire destinée à être introduite dans une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Cette feuille est, dans l'exemple décrit, réalisée dans un matériau sensiblement déformable comportant des polyamides, fusible et rendu adhésif par traitement par vulcanisation à partir d'une température prédéterminée. Préférentiellement, la boîte collectrice (couvercle 216 et plaque 217), ainsi que les tubes , sont réalisés dans une matière plastique sensiblement rigide, par exemple en polyamide. En variante, la feuille intercalaire 218 peut être réalisée dans un plastique déformable et munie d'une ou deux faces adhésives, tandis que l'une des deux faces adhésives est appliquée contre une plaque collectrice 217 que comporte la boîte 21 (figure 4) de l'échangeur de chaleur. La feuille 218 (ou "film") est munie d'ouvertures 215b pré- découpées, et de diamètre préférentiellement inférieur au diamètre des extrémités des tubes 20, de forme sensiblement circulaire dans l'exemple décrit. Ainsi, les extrémités des tubes 20 sont introduites d'abord dans la plaque collectrice 217, par les ouvertures 215a (figure 4), puis introduites en force dans les ouvertures 215b du film 218. Dans la variante de l'invention selon laquelle le film est muni d'une face adhésive, les ouvertures 215b portent une couche de colle pour adhérer aux extrémités des tubes 20. Ainsi, les extrémités sont logées étroitement dans les ouvertures 215b, de part l'élasticité du matériau dans lequel est formé le film, et les extrémités des tubes sont logées à immobilisation en adhérant aux ouvertures 215b. L'étanchéité de la communication entre les extrémités des tubes et la boîte collectrice est alors assurée. La boîte collectrice 21 comporte, comme le montre la figure 4, un couvercle 216 sensiblement en forme de '"U" dont les deux extrémités sont en contact avec des rebords 218b que comporte la plaque collectrice 217, formant surface d'appui. Dans l'exemple, la plaque collectrice 217 comporte des protubéran- ces 217a, réalisées sous la forme de paires de dents propres à s'engager dans des évidements 217b que comportent les extrémités du couvercle 216 (figure 5). Avantageusement, les extrémités latérales du film 218 comportent des évidements 217c communiquant sensiblement avec les évidements 217b du couvercle 216. Ainsi, les protubérances 217a peuvent être introduites d'abord dans les ouvertures 217c du film, puis dans les ouvertures 217b du couvercle. Les parties pleines 218a du film, sur lesquelles reposent les extrémités du couvercle, permettent alors d'étancher la fixa- tion du couvercle 216 à la plaque collectrice 217 par encliquetage des protubérances 217a sur les évidements 217b, en particulier dans la forme de réalisation selon laquelle le film 218 est adhésif par ses deux faces. Préférentiellement, les extrémités des tubes 20 sont sensi- blement biseautées pour faciliter l'introduction des extrémi- tés des tubes dans les ouvertures du film 218, réalisé dans un matériau déformable. Il est à noter en outre que les ouvertures 215a de la plaque collectrice 217 sont agencées en rangées et colonnes, de manière à maintenir les extrémités des tubes sensiblement écartées entre elles. Les espaces entre les tubes ainsi créés permettent d'accroître la quantité de flux d'air traversant l'échangeur de chaleur, en obtenant un échange thermique satisfaisant. Il peut être prévu en outre des moyens de maintien supplémentaires entre les deux boites collectrices, permettant de maintenir les tubes écartés sur sensiblement toute la longueur des tubes. Ainsi, dans le mode de réalisation préféré de la présente invention décrit ci-avant, le film 218 est réalisé dans un matériau fusible et adhésif à haute température et comporte les évidements 217c (représentés sur la figure 3) pour être maintenus entre la plaque collectrice 217 et le couvercle 216 de la boîte collectrice. Après encliquetage du couvercle 216 sur la plaque 217, l'ensemble formé par les tubes et les boîtes collectrices peut être porté à haute température, tandis que le film 218 loge à immobilisation les extrémités des tubes 20 en étanchant la communication entre les tubes et les boites collectrices. Un autre avantage que procure l'invention consiste en ce que le contact entre les extrémités du couvercle 216 et les surfaces d'appui 218b de la plaque 217 est rendu étanche par les parties pleines 218a agencées sur les extrémités du film 218, qui collent alors le couvercle à la plaque collectrice. 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. Ainsi, on comprendra que, dans une variante simplifiée de l'échangeur de chaleur selon l'invention, seules les ouvertu- res 215b du film 218 peuvent être munies d'une couche de colle déposée sur les surfaces annulaires internes des ouvertures. La feuille 218 est alors maintenue, pendant le montage, par ses ouvertures 217c, sur la plaque collectrice 217. Par ailleurs, la présente invention peut s'appliquer aussi à un échangeur de chaleur muni de boîtes collectrices monobloc (couvercles 216 et plaques collectrices 217 formées par extrusion, par soudure, ou autre). Dans ce cas, le film intercalaire 218 peut comporter une face adhésive déposée en regard de la plaque collectrice 217. Les moyens de fixation du couvercle 216 à la plaque 217 sont décrits ciavant à titre d'exemple. En variante, il peut être prévu des moyens de fixation par vissage ou autre. Les protubérances 217a formées par paires de dents sont décrites ci- avant à titre d'exemple. Tout autre moyen d'encliquetage du couvercle 216 sur la plaque 217 peut être aussi envisagé. Les rebords de feuille latéraux, munis de parties pleines 218a s'intercalent entre les extrémités du couvercle 216 et les surfaces 218b de la plaque collectrice 217, sont décrits ci- avant à titre d'exemple. Bien qu'avantageux, les évidements 217c des bords latéraux du film 218 peuvent être supprimés dans une variante simplifiée de l'échangeur de chaleur selon l'invention. Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'échangeur 2 est muni de deux boites collectrices. En variante, il peut n'être prévu qu'une seule boite collectrice munie d'ouvertures communiquant chacune avec une extrémité de deux tubes réalisée alors en forme de "U". Dans l'exemple décrit ci-avant, les tubes 20 de l'échangeur sont réalisés dans une matière plastique souple. En variante, il peut être prévu un échangeur de chaleur selon l'invention, à tubes sensiblement rigides. L'échangeur de chaleur décrit ci-avant à titre d'exemple est destiné à opérer en tant que radiateur de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile. En variante, cet échangeur de chaleur peut être prévu en tant que radiateur de chauffage d'une branche d'air chaud d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l'habitacle du véhicule, en tant qu'évaporateur d'une boucle de climatisation de cette installation, ou encore en tant que radiateur d'air de suralimentation. Par ailleurs, le fluide traversant l'échan- geur de chaleur (flux d'air F dans l'exemple décrit ci-avant) peut être de nature différente, par exemple de l'huile dans une application de l'échangeur en tant que radiateur de refroidissement d'huile du moteur. La présente invention vise en outre un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur du type décrit ci-avant, comportant notamment les étapes de montage du film 218 sur une face de la plaque collectrice 217, la fixation du couvercle 216 sur la plaque 217, par l'intermédiaire du film 218, et, le cas échéant, le traitement par vulcanisation de l'ensemble monté, dans une forme de réalisation préférée de l'invention selon laquelle la feuille 218 est fusible et rendue adhésive par traitement à chaud. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment pour une installation de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, du type comprenant des tubes (20) dans lesquels circule un fluide d'échange thermique propre à coopérer avec un flux de fluide (F) traversant l'échangeur (2), ainsi qu'au moins une boite collectrice (21) dudit fluide d'échange thermique, munie d'ouvertures (215) agencées dans une plaque (217) que comporte la boite, tandis que chaque extrémité de tube est logée dans une ouverture pour communiquer avec la boîte, caractérisé en ce qu'il comporte une feuille (218) réalisée dans un matériau sensiblement déformable, sensiblement adjacente et solidaire de ladite plaque (217), munie d'ouvertures (215b) communiquant avec les ouvertures (215a) de la plaque, tandis que les extrémités des tubes sont logées étroitement dans les ouvertures (215b) de la feuille, et en ce qu'une partie au moins de ladite feuille, comprenant les ouvertures de la feuille (215b), est adhésive de sorte que lesdites extrémités sont logées sensiblement à immobilisation, ce qui permet d'étancher sensiblement les communications entre les extrémités des tubes et la boîte. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille (218) comporte au moins une face adhésive, sensiblement en contact avec ladite plaque (217). 3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux faces de la feuille (218) portent une couche de colle. 4. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille (218) est réalisée dans un matériau fusible et adhésif par traitement par vulcanisation. 5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte (21) comporte un couvercle (216) solidaire de la plaque (217) et en ce que la feuille (218) est interposée entre le couvercle et la plaque. 6. Echangeur selon la revendication 5 prise en combinaison avec l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la plaque (218) comporte des surfaces d'appui du couvercle (216), par l'intermédiaire de la feuille (218), et en ce que ladite feuille (218) est apte en outre à solidariser le couvercle (216) à la plaque (217) par adhésion. 7. Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le couvercle (216) et la plaque (217) comportent, à proximité desdites surfaces d'appui, des évidements (217b) et des protubérances (217a) propres à s'engager dans les évidements, pour former des moyens d'encliquetage du couvercle sur la plaque, tandis que la feuille (218) comporte en outre des ouvertures (217c) communiquant avec les évidements (217b) et propres à loger les protubérances (217a). 8. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des tubes sont sensible- ment biseautées, ce qui permet de faciliter l'introduction des extrémités de tubes (20) dans les ouvertures (215) de la boite collectrice (21). 9. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures de la plaque (215a) sont agencées sensiblement en rangées et colonnes, ce qui permet de maintenir au moins les extrémités de tubes (20) sensible- ment écartées entre elles.