Brevet FR2809482A1 — publié le 20011130

Faisceau pour un échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, et échangeur comportant un tel faisceau L'invention concerne un faisceau pour un échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, que par exemple un refroidisseur d'air de suralimentation Elle concerne plus précisément un faisceau d'echangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes parallèles équipés chacun d'un générateur de turbulences alternant avec des intercalaires. L'invention concerne également un échangeur de chaleur comportant un faisceau de ce type. Les echangeurs de chaleur brasés de véhicule automobile comprennent habituellement un faisceau monté entre deux boîtes collectrices. Chaque boîte collectrice comprend une plaque collectrice, également appelée collecteur ou encore plaque à trous, fermée par une paroi de manière ' délimiter une chambre dans laquelle débouche au moins une tubulure. Le faisceau est formé d'une multiplicité de tubes disposés parallèlement entre eux et équipés chacun d'un genérateur de turbulences, tel qu'un feuillard ondulé. Les tubes alternent avec intercalaires qui sont également de type ondulé. Ils sont aussi formés à partir d'un feuillard métallique déformé pour constituer des ondulations. Ainsi, un intercalaire disposé entre deux tubes adjacents vient au contact respectif de deux tubes par des régions d'extrémité des ondulations. Habituellement, l'échangeur de chaleur comprend outre deux joues encore appelées traverses, qui encadrent le faisceau et sont disposées parallèlement aux tubes. Un échangeur de chaleur peut être utilisé en particulier pour constituer un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile. En ce cas tubes du faisceau sont parcourus par l'air de suralimentation et cet air est refroidi par échange thermique avec de l'air exté rieur qui balaye le faisceau et passe entre les tubes. L'assemblage d'un échangeur de chaleur de ce type nécessite un grand nombre d'opérations. I1 faut en effet introduire des générateurs de turbulences dans les tubes, assembler le faisceau en alternant les tubes et les intercalaires, et monter le faisceau entre deux plaques collectrices. ces plaques collectrices doivent être ensuite fermées chacune par une paroi pour constituer les boîtes collectrices. L'ensemble ainsi assemblé est brasé par passage dans un four de brasage. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé nients précités. Elle vise en particulier à procurer un faisceau d'échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et un échan geur de chaleur comportant un faisceau de ce type qui soient d' construction plus simple. En particulier, l'invention vise à permettre un assemblage simple et aisé des différents composants de l'échangeur de chaleur. L'invention propose à cet effet un faisceau d'échangeur de chaleur du type défini plus haut, lequel est constitué par une multiplicité de plaques qui comprennent des premières plaques alternant avec des secondes plaques, les premières plaques ayant chacune deux premiers bords parallèles repliés disposés de manière à reposer sur une seconde plaque, et les secondes plaques ayant chacune deux seconds bords parallèles repliés disposés de manière à reposer sur une première plaque en s'étendant dans une direction perpendiculaire aux premiers bords repliés, et dans lequel les générateurs de turbulences et les intercalaires sont disposés chacun de manière alternée entre une première plaque et une seconde plaque, de manière à définir des canaux croisés pour la circulation de deux fluides en relation d'échange thermique. Ainsi, l'assemblage des parties constitutives de l'échangeur est obtenu par une simple opération d'empilage des plaques. Les intercalaires et les générateurs de turbulences sont également mis en place par simple empilage au lieu de devoir être introduits dans un espace exigu, à savoir le tube lui- même, ou l'espace entre deux tubes parallèles. Il suffit pour cela d'alterner, dans une pile, les premières plaques les secondes plaques, ainsi que les générateurs de turbulences et les intercalaires. Le faisceau est formé en empilant alternativement un interca laire un générateur de turbulences disposés entre une première plaque et une seconde plaque successives. L'assemblage des pièces du faisceau est ainsi beaucoup plus aisé. en résulte un gain de temps et une diminution de coût de fabrication de l'échangeur de chaleur En outre, l'assemblage des constituants du faisceau peut etre automa tisé beaucoup plus aisément. De plus, les extrémités du faisceau sont assemblées directe ment boîtes collectrices sans nécessiter de plaques collectrices intermédiaires comme exigé jusqu'à présent dans les échangeurs de chaleur de la technique antérieure. Selon autre caractéristique de l'invention, interca laires et les générateurs de turbulences sont constitués par des feuillards ondulés dont les ondulations s'étendent dans des directions respectives orthogonales. Ceci permet de canaliser la circulation des deux fluides en relation d'échange thermique. De préference, le faisceau comporte une joue unique sur laquelle repose les bords repliés d'une première plaque. Les premières plaques et les secondes plaques sont avantageu sement forme générale rectangulaire. bords repliés des premières plaques sont avantageusement profilés, par exemple arrondis, de manière à réduire leur resistance à l'écoulement. Avantageusement la joue est munie de moyens fixation tels des pattes de fixation. ailleurs, l'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, constitué d'un faisceau monté entre deux boîtes collectrices comportant un faisceau tel que défini ci-dessus. L'une au moins des boîtes collectrices peut etre constituée de deux flancs et d'un couvercle. L'un des flancs porte une tubulure. Les boites collectrices peuvent également etre réalisées d'une seule pièce par emboutissage ou par pliage. Dans une application préférentielle de l'invention, l'échan geur de chaleur constitue un refroidisseur d air de surali mentation pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile. autres caractéristiques et avantages la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustra ' en référence aux figures annexées. Sur ces figures - figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée de l'échan geur de chaleur représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue à échelle agrandie du détail III du faisceau de l'échangeur de chaleur de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue en perspective à échelle agrandie d'une extrémité du faisceau de l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 2. On a représente sur la figure 1 une vue en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention. Dans cet exemple de réalisation, l'échangeur de chaleur est un refroidisseur d'air de suralimentation destiné à refroidir l'air de suralimentation d'un moteur thermique, en particulier de véhicule automobile, après son passage dans un compresseur de suralimentation. Cependant, l'invention s'applique également à d'autres types d'échangeurs chaleur, comme par exemple à un échangeur d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, ou encore à un condenseur d'un circuit de climatisation. L'échangeur de chaleur est constitué d'un faisceau, désigné par la référence générale 2, disposé entre deux boîtes collectrices, désignées chacune par la référence générale 4. Chaque boîte collectrice 4 est constituée de deux flancs 6. Chaque flanc arrière, selon la figure 1, comporte des moyens de fixation, tels que par exemple une patte 8. Les deux flancs avant 6 portent chacun une tubulure 10 pour l'entrée ou la sortie d'un fluide caloporteur dans l'échangeur. Un couvercle 12 ferme la boite collectrice. On a représenté sur la figure 2 une vue éclatée de l'échan geur de chaleur de la figure 1. Le faisceau 2 repose sur une joue 14 qui comporte, dans l'exemple de réalisation représen té, deux pattes de fixation 16. Un intercalaire 18, réalisé sous la forme d'un feuillard ondulé, est posé sur la joue 14, puis une première plaque 20 est disposée par dessus l'inter calaire 18. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 3 qui représente une vue de détail de la structure du faisceau, et sur la figure 4, qui représente une vue en perspective d'une partie de ce faisceau, la plaque 20 comporte deux bords parallèles repliés 22, dans l'exemple des bords arrondis, dont un seul de ces bords a éte représenté sur les figures 3 et 4. Cette forme arrondie des bords d'extrémité 22 de la plaque 20 a pour fonction de diminuer la résistance à l'écoulement d'un fluide qui traverse l'échangeur de chaleur comme on le verra plus loin. La plaque 20 présente ainsi, en section, une forme de U très allongé qui présente une ouverture plus large la longueur de l'intercalaire 18 de telle sorte que la plaque 20 peut être disposée par dessus l'intercalaire 18 par simple super position en faisant passer l'intercalaire dans l'ouverture de la plaque. La plaque 20 repose par ses bords repliés 22 sur une plaque inférieure 26, dite seconde plaque, qui sera décrite plus loin. Un générateur de turbulences 24, réalisé sous la forme d'un feuillard ondulé, est disposé sur le dos 23 de la première plaque 0, puis une seconde plaque 26 est posée sur ce même dos de la plaque 20. La plaque 26 comporte un dos plan 28 qui s'étend sur toute la largeur du faisceau de l'échangeur, et deux bords repliés à angle droit 30. Les deux extrémités des bords repliés 30 sont repliés encore une fois à angle droit vers l'intérieur du faisceau de manière à déterminer deux bordures 32 (figure 3), dont la surface s'étend parallèlement à celle du dos 28. C'est par ces deux bordures que la plaque 26 repose sur le dos 23 de la plaque 20 qui lui est immédia tement inférieure. Les dos respectifs 23 et 28 de la première plaque 20 et de la seconde plaque 26 sont de forme rectangulaire et ont sensi blement les mêmes dimensions en longueur et en largeur. Par contre leurs bords repliés respectifs s'étendent dans des directions perpendiculaires ou croisées. On constate ainsi que la plaque 26 présente, en section, la forme d'un U très allongé. De la même manière que pour la plaque 20, l'ouverture du U est plus large que la largeur du genérateur de turbulences 24. De cette manière, la plaque 26 peut être disposée par dessus le générateur de turbulences 24 simple superposition. Les intercalaires 18 les générateurs de turbulences 24 sont disposés de manière alternée et leurs ondulations respectives s'étendent dans des directions perpendiculaires ou croisées. L intercalaire 28, la première plaque 20, le générateur de turbulences 24 et la seconde plaque 26 constituent quatre éléments de base qui forment le faisceau de l'échangeur de chaleur. A l'exception de la joue unique 14, faisceau n est constitué que de ces quatre éléments qui se superposent de manière alternée. En particulier, il n'est nécessaire de prévoir une seconde joue à la partie supérieure de l'échangeur, puisque c'est le dos 23 de la dernière plaque 20 qui assure cette fonction. Ces éléments de base sont réalisés en une matière métallique, avantageusement à base alumi nium, recouverte d'un placage de brasure. On remarque également qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une plaque collectrice. En effet, la superposition des premières plaques 20 et des secondes plaques 26 définit des canaux croisés à angle droit pour la circulation deux fluides en relation d'échange thermique. Dans l'exemple de realisation, l'air de suralimentation qui traverse le faisceau dans le sens de sa longueur en passant dans les genérateurs de turbulences 24, tandis que l'air exterieur traverse le faisceau 2 perpendiculairement à sa longueur à travers les intercalaires 18. L air de suralimentation pénètre dans l'échangeur de chaleur par l'une des boîtes collectrices et le quitte par l'autre de boîtes collectrices. Après brasage de l'échangeur, le contact entre les bords arrondis de la première plaque 20 et la surface de la joue 14 jointif et étanche. I1 en est de même en ce qui concerne le contact des bordures 32 avec le dos des plaques 20 successives, ainsi que du contact des bords arrondis 22 plaques suivantes avec le dos des plaques 26 successives A chacune des extrémités du faisceau 2 sont montées des boîtes collectrices 4. Sur la figure 2, la boîte collectrice de droite est assemblée, tandis que sur la partie gauche de la figure on a représenté seulement le flanc 6 qui porte tubulure 0, et le couvercle 12. En variante de réalisation les boîtes collectrices 2 pourraient être réalisées d'une seule piece par emboutissage ou par pliage. Les boîtes collectrices 4 sont brasées au faisceau, en même temps que structure de ce dernier. On constate que le faisceau de l'échangeur qui vient d'être décrit peut être assemblé aisément et rapidement en posant joue 14 un plan, puis en superposant un par un les différents éléments qui constituent le faisceau l'échangeur dans un ordre convenable. Ce montage ne nécessite pas de glisser les intercalaires et les générateurs turbulences dans des espaces exigus, comme c'est le cas dans les échangeurs de l'art antérieur. I1 suffit de poser ces derniers une surface plane, puis de disposer une plaque par dessus ces éléments. Ainsi, l'assemblage du faisceau peut être automatisé facile ment. On obtient de ce fait un échangeur de chaleur dont la structure est compacte et dont le coût de fabrication est abaissé rapport à celui d'un échangeur de l'art antérieur Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et elle s'étend à d'autres variantes. Revendications 1. Faisceau d'échangeur de chaleur, notamment pour vehicule automobile, comprenant une multiplicité de tubes parallèles équipés chacun d'un générateur de turbulences et alternant avec des intercalaires, caractérisé en ce qu'il est constitué par une multiplicité de plaques (20, 26) qui comprennent des premières plaques (20) alternant avec des secondes plaques (26), les premières plaques (20) ayant chacune deux premiers bords parallèles repliés (22) disposés de manière à reposer sur une seconde plaque (26) et les secondes plaques (26) ayant chacune deux seconds bords parallèles repliés (30) disposés de manière à reposer sur une première plaque (20) en s'étendant dans une direction perpendiculaire aux premiers bords repliés ( ), et en ce que les générateurs de turbulences (24) et les interca laires (18) sont disposés chacun de manière alternée entre une première plaque (20) et une seconde plaque (26), de manière à définir des canaux croisés pour la circulation de deux fluides en relation d'échange thermique. 2. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce qui, est formé en empilant alternativement un intercalaire (18) et un générateur de turbulences (24) disposés entre une première plaque (20) et une seconde plaque (26) successives. 3. Faisceau selon l'une des revendications 1 et 2, caracté rise en ce que les intercalaires (18) et les générateurs de turbulences (24) sont constitués par des feuillards ondulés dont les ondulations s'étendent dans des directions respecti ves orthogonales. 4. Faisceau selon l'une des revendication 1 à 3, caracté risé en ce qu'il comporte une joue unique (14) sur laquelle repose les bords repliés (22) d'une première plaque (20). Faisceau selon l'une des revendications 1 à 4 caracté risé en ce que les premières plaques (20) et secondes plaques (26) sont de forme générale rectangulaire Faisceau selon l'une des revendications 1 à 5 caracté risé en ce que les bords repliés (22) des premières plaques 20) sont profilés de manière à réduire leur résistance à 'écoulement. Faisceau selon la revendication 6, caractérise en ce que les bords repliés (22) des premières plaques 20) sont arrondis. Faisceau selon l'une des revendications 4 à 7 caracté risé en ce que la joue (14) est munie de moyens fixation 16). Echangeur de chaleur, notamment pour un véhicule automobile, constitué d'un faisceau (2) monté entre deux boîtes collectrices (4), caractérisé en ce que le faisceau (2) est conforme à l'une des revendications 1 à 8. 10. Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'une au moins des boîtes collectrices (4) est constituée de deux flancs (6) et d'un couvercle (12) et en ce que l'un flancs (6) porte une tubulure (10). Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caracté risé en ce que les boîtes collectrices (4) sont réalisées une seule pièce par emboutissage ou par pliage. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il constitue un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile.