Brevet FR2812081A1 — publié le 20020125

Module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automo- bile, et procédé de fabrication de ce module L'invention concerne un module d'échange de chaleur, notam- ment pour véhicule automobile, constitué de plusieurs échangeurs ayant des ailettes communes. Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur, chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boites collectrices, le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide raccordés aux boîtes collec- trices et qui traversent des ailettes de refroidissement communes à au moins deux échangeurs du module. Les échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles se présentent généralement sous la forme d'un faisceau de tubes de circulation de fluide et d'ailettes d'échange de chaleur avec le milieu extérieur. Le faisceau est interposé entre deux boîtes collectrices qui distribuent le fluide dans les tubes de circulation. Ou bien, en variante, l'échangeur comporte une boîte collectrice unique divisée en une section d'entrée et une section de sortie. Il est connu d'assembler sur un échangeur principal, tel qu'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, un ou plusieurs échangeurs secondaires afin de constituer un ensemble, appelé encore module, prêt à être installé dans le véhicule, les ailettes du module étant communes aux différents échangeurs. L'échangeur secondaire est constitué le plus souvent d'un refroidisseur d'air de suralimentation du moteur, d'un condenseur de climatisation ou d'un radiateur d'huile. Il existe deux technologies principales de réalisation des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Selon une première technologie, les échangeurs sont assemblés en une seule opération par brasage. Pour ce type d'échangeurs, les ailettes sont constituées d'intercalaires ondulés disposés entre les tubes et parallèlement à ces derniers. Selon une autre technologie, les pièces constitutives de l'échangeur sont assemblées exclusivement par des moyens mécaniques tel que le sertissage. Ce type d'échangeur comporte des ailettes fines et planes, disposées perpendiculairement aux tubes et traversées par ces derniers. Les échangeurs assemblés mécaniquement présentent plusieurs avantages. Ils sont compacts, ils offrent une facilité de montage des collecteurs, les entraxes des extrémités des tubes étant précis. Leurs ailettes étant plus fines que celles des échangeurs brasés, elles sont plus nombreuses et permettent un meilleur échange de chaleur. Toutefois, ils présentent l'inconvénient de nécessiter des opérations d'assemblage coûteuses en temps et en outillage. En particu- lier, l'assemblage du ou des échangeurs secondaires sur l'échangeur principal doit être obtenu par des moyens mécaniques particuliers qui nuisent à la compacité du module. La présente invention a pour objet un module d'échange de chaleur qui, tout en conservant les avantages propres aux échangeurs assemblés mécaniquement, offre une facilité d'assemblage des échangeurs entre eux et permet de réaliser un module d'échange de chaleur compact. Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, par le fait que les tubes et les ailettes sont solidarisés par brasage. L'invention s'applique de préférence aux modules d'échange de chaleur comportant des boîtes collectrices métalliques, particulièrement en aluminium. Dans un tel cas, la plaque à tubes et le couvercle étant métalliques, le couvercle, la plaque à tubes et le faisceau sont assemblés par brasage en une seule opération. Cette variante de réalisation nécessite donc un minimum d'opérations d'assemblage. Cependant, l'invention s'applique également au cas o le faisceau seul est brasé. Dans ce cas, les plaques à tubes sont fixées de manière conventionnelle sur les tubes par évasement des extrémités de ces derniers. Enfin, selon une réalisation intermédiaire, il est possible de braser une plaque à tubes métallique sur le faisceau en une seule opération de brasage. Dans une telle variante, le couvercle de la boîte collectrice réalisé par exemple en matière plastique, sera seul assemblé mécaniquement, par exemple par sertissage de pattes de la boîte collectrice. Cette variante présente l'intérêt de supprimer un certain nombre d'opérations d'assemblage mécanique de la plaque à tubes sur les extrémités des tubes du faisceau. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le module d'échange de chaleur comporte au moins deux échangeurs et les ailettes présentent la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés et deux petits côtés, les ailettes comportant, sur l'un des côtés allongés, des découpes de réception des tubes dans lesquelles les tubes de circulation de fluide de l'un des échangeurs sont introduits et, sur l'autre côté allongé, des découpes de réception des tubes dans lesquelles les tubes de circulation de fluide d'un autre échangeur sont introduits. Dans le cas de ce mode de réalisation, le montage du module est particulièrement simplifié dans la mesure o les tubes peuvent être glissés latéralement dans les découpes de réception des tubes des ailettes, avant d'être solidarisés à ces ailettes par brasage. De préférence, les ailettes et/ou les tubes sont recouverts d'un placage de brasure. De préférence encore, les petits côtés des ailettes sont rabattus et solidarisés au faisceau par brasage. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comportant au moins deux échan- geurs de chaleur, chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boîtes collectrices, le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide raccordés aux boîtes collectrices et qui traversent des ailettes de refroidissement communes aux échangeurs du module, les ailettes présentant la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés et deux petits côtés. Selon l'invention, le procédé comporte les étapes consistant à: - réaliser des découpes de réception des tubes sur les côtés allongés des ailettes; - insérer les tubes d'un échangeur dans les découpes réali- sées sur l'un des côtés des ailettes; - insérer les tubes d'un autre échangeur dans les découpes réalisées sur l'autre côté des ailettes; et - braser les tubes et les ailettes. Dans le cas o l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes et d'un couvercle métalliques, le couvercle, la plaque à tubes et le faisceau sont assemblés par brasage en une seule opération. Si toutes les plaques à tubes et tous les couvercles sont métalliques, par exemple en aluminium, le module est assemblé en une seule opération par brasage et toutes les opérations d'assemblage mécanique sont supprimées. Lorsque l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes métalliques, le couvercle de la boîte collec- trice n'étant pas métallique, par exemple en matière plasti- que, la plaque à tubes et le faisceau peuvent être assemblés par brasage en une seule opération. La boîte collectrice est ensuite assemblée mécaniquement dans une opération postérieu- re. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un module d'échange de chaleur comportant un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et un condenseur de climatisation; - la figure 2 représente le détail II de la figure 1, à échelle agrandie; - la figure 3 est une vue en plan d'une ailette du module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1; et - la figure 4 est une vue partielle en coupe transversale d'une variante d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention comportant une plaque à tubes brasée. Le module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1 est composé d'un radiateur 1 de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et d'un condenseur 2 de climatisation, ces deux échangeurs étant généralement plans. Le radiateur 1 est constitué de façon connue d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 5 montés entre deux boîtes collectrices 6 (une seule boîte a été représentée), les boîtes collectrices 6 étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau de tubes et munies de tubulures 8 d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement. Le condenseur 2 est également constitué d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 10 monté entre deux boîtes collectrices 12 (une seule boîte a été représentée), les boîtes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau et munies de tubulures d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant (non représentées). Des ailettes 14 communes aux échangeurs 1 et 2 sont montées de façon conventionnelle sur les tubes 5 de l'échangeur 1 et les tubes 10 de l'échangeur 2. On a représenté l'une de ces ailettes sur la figure 3. Elle présente, vue en plan, la forme d'un rectangle allongé (voir figure 3) comportant un premier et un second côtés allongés 16, 18 et deux petits côtés 20. Sur le côté allongé 16, on trouve des découpes 22 de réception des tubes 5 de l'échangeur 1 et sur le côté allongé 18 des découpes 24 de réception des tubes 10 de l'échangeur 2. Comme on peut le voir sur la figure 3, les découpes 22 et 24 présentent une forme correspondant à celle des tubes. Leur largeur est conçue de telle manière que les tubes puissent y être introduits en glissant juste. Le pas des découpes 22 et 24 est égal à celui des tubes 5 et 10. On remarque en outre que l'ailette 14 est séparée en deux zones d'échange de chaleur par deux séries de perforation allongées 26 destinées à éviter dans toute la mesure du possible l'établissement d'un pont thermique entre la partie des ailettes 14 correspondant à l'échangeur 1 et la partie des ailettes 14 correspondant à l'échangeur 2. La boîte collectrice 6 de l'échangeur 1 (figure 1) comprend une première partie 28 et une seconde partie 30, chacune formée à partir d'une feuille métallique, avantageusement en aluminium, qui est conformée par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage. La première partie 28 comporte un fond 32 qui est générale- ment plat et de forme rectangulaire allongée. Ce fond 32 est destiné à constituer la plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", de la boite collectrice 6. Ce fond comporte à cet effet une pluralité de trous espacés 34 de forme allongée destinés à recevoir les tubes 5 de l'échangeur 1 (figure 2). La partie 30 comprend en outre deux flancs latéraux 36 repliés en vis-à-vis qui sont généralement plans et parallèles entre eux. Ces flancs 36 se raccordent sensi- blement perpendiculairement au fond 32 par deux lignes de pliage qui sont parallèles entre elles. La tubulure 8 est aménagée dans l'un des flancs latéraux 36. La seconde partie 30 est obtenue à partir d'un feuillard métallique de largeur donnée qui possède des génératrices parallèles. Ce feuillard peut venir s'emboîter entre les flancs latéraux 36 de la première partie 28 pour former un ensemble prêt à être brasé en même temps que la tubulure 8. La boîte collectrice 12 de l'échangeur 2 présente la forme générale d'un cylindre allongé muni de perforations (non visibles sur la figure 1) destinées à recevoir les tubes 10 de l'échangeur. L'échangeur est assemblé de la façon suivante. On assemble à part les boîtes collectrices de chacun des deux échangeurs et les tubes respectifs de chacun de ces échangeurs. D'autre part, les ailettes sont superposées les unes aux autres de telle manière que les découpes 22 et 24 de récep- tion des tubes 5 et 10 soient dans le prolongement l'une de l'autre. On vient glisser les tubes 5 de l'échangeur 1 du côté allongé 16 des ailettes 14 et les tubes 10 de l'échan- geur 2 du côté allongé 18 des ailettes 14. Toutes les pièces de l'échangeur ayant été ainsi assemblées, le module d'é- change de chaleur peut être brasé en une seule opération dans un four de brasage, de manière conventionnelle. A cet effet, les tubes et/ou les ailettes comportent avantageusement un placage de brasure. Comme on peut le voir sur la figure 2, les petits côtés 20 des ailettes 14 sont rabattus et solida- risés au faisceau par brasage. On a représenté sur la figure 4 une vue en coupe transversale d'une variante de réalisation de l'échangeur 1 faisant partie d'un module d'échange de chaleur identique à celui qui a été décrit en référence aux figures 1 à 3. Dans cette variante, l'échangeur comporte une boite collec- trice 40 qui n'est pas métallique. Elle ne peut donc être assemblée par brasage en une seule opération au reste du module d'échange de chaleur. Toutefois, la plaque collectrice 42 qui est métallique peut être assemblée par brasage aux tubes 5 de l'échangeur 1. Comme on peut le voir sur la figure 4, la plaque à tubes 42 comporte une gorge 44 dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité 46. Une étanchéité est réalisée de manière conventionnelle en appliquant le pied 48 du couvercle 40 sur le joint d'étanchéité 46 et en sertissant le couvercle 40 sur la plaque à tubes 42 au moyen de pattes rabattues 50 faisant partie de la plaque à tubes. En revan- che, il n'est pas nécessaire de prévoir un joint d'étanchéité entre la plaque à tubes 42 et les tubes 5 étant donné que cette étanchéité est obtenue directement par brasage de la plaque à tubes 42 en même temps que le reste de l'échangeur. Cette réalisation représente donc une simplification par rapport à un assemblage entièrement mécanique de la plaque à tubes qui nécessite, outre la présence d'un joint d'étan- chéité entre la plaque et chacun des tubes, d'évaser l'extré- mité des tubes 5 de l'échangeur pour retenir la plaque à tubes 42. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemples et s'étend à d'autres variantes. Revendications 1. Module d'échange de chaleur, comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2), chaque échangeur étant consti- tué d'un faisceau interposé entre deux boîtes collectrices (6, 12), le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide (5, 10) raccordés aux boîtes collectrices (6, 12) et qui traversent des ailettes de refroidissement (14) communes à au moins deux échangeurs (1, 2) du module, caractérisé en ce que les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont solidari- sées par brasage. 2. Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes (32) et d'un couvercle métallique (30), caractérisé en ce que le couvercle (30), la plaque à tubes (32), les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont assemblés par brasage en une seule opération. 3. Module selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes métallique (42), caractérisé en ce que la plaque à tubes (42), les tubes (5) et les ailettes (14) sont assemblées par brasage en une seule opération. 4. Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux échangeurs (1, 2) et en ce que les ailettes (14) présentent la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés (16, 18) et deux petits côtés (20), les ailettes comportant, sur l'un des côtés allongés, des découpes de réception (22) des tubes dans lesquelles les tubes (5) de circulation de fluide de l'un des échangeurs (1) sont introduits et, sur l'autre côté allongé (18), des découpes de réception (24) des tubes dans lesquel- les les tubes (10) de circulation de fluide d'un autre échangeur (2) sont introduits. 5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ailettes (14) et/ou les tubes (5, 10) sont recouverts d'un placage de brasure. 6. Module selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les petits côtés (20) des ailettes (14) sont rabattus et solidarisés au faisceau par brasage. 7. Procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2), chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boites collectrices (6, 12) le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide (5, 10) raccordés aux boites collectrices (6, 12) et qui traversent des ailettes de refroidissement (14) communes aux échangeurs (1, 2), les ailettes présentant la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés (16, 18) et deux petits côtés (20), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - réaliser des découpes de réception des tubes (22, 24) sur les côtés allongés (16, 18) des ailettes (14), - insérer les tubes (5) d'un échangeur (1) dans les découpes (22) réalisées sur l'un des côtés (16) des ailettes (14), insérer les tubes (10) d'un autre échangeur (2) dans les découpes (24) réalisées sur l'autre côté (18) des ailettes (14), et - braser les tubes (5, 10) et les ailettes (14). 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes et d'un couvercle métallique, et en ce que le couvercle, la plaque à tubes (32), les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont assemblées par brasage en une seule opération. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un au moins des échangeurs (1, 2) est constitué d'une plaque à tubes métallique (42), et en ce que la plaque à tubes (42), les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont assemblés par brasage en une seule opération.