Brevet FR2849173A1 — publié le 20040625

VTM 1434 FRD Module d'échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comportant une pluralité d'échangeurs de chaleur L'invention concerne un module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux échangeurs de chaleur, chaque échangeur de chaleur étant constitué d'un faisceau de tubes de circulation de fluide 10 raccordés à au moins une boîte collectrice et qui traversent des ailettes de refroidissement communes à au moins deux échangeurs du module. Plus précisément, l'invention concerne un module d'échange de 15 chaleur comportant une pluralité d'échangeurs de chaleur ayant des tubes de circulation de fluide traversés par un même flux d'air et des ailettes de refroidissement qui présentent la forme d'un rectangle allongé comportant deux côtés allongés et deux petits côtés, les ailettes étant 20 communes à au moins deux échangeurs de chaleur du module Un tel module est parfois appelé aussi "multi-échangeur" étant donné qu'il regroupe plusieurs échangeurs de chaleur ayant un élément structurel commun, ici les ailettes, qui assurent la cohésion des échangeurs de chaleur. 25 On connaît déjà des modules d'échange de chaleur de ce type. Le brevet US 6 173 766 divulgue un module d'échange de chaleur constitué de trois échangeurs, à savoir un radiateur de refroidissement, un condenseur et un radiateur de refroi30 dissement d'huile assemblés par brasage Ces échangeurs comportent des surfaces de refroidissement communes constituées par des intercalaires ondulés séparés en deux zones d'échange de chaleur. Le brevet DE 100 14 475 divulgue de la même manière un module d'échange de chaleur Il est constitué de deux échangeurs, à savoir un radiateur de refroidissement et un condenseur faisant partie du circuit de climatisation Les surfaces de refroidissement, également constituées par des intercalaires ondulés, sont communes aux deux échangeurs et divisées en deux zones d'échange de chaleur. Il est connu d'adapter la dimension, notamment la section 5 transversale, des tubes d'un échangeur de chaleur à la nature du fluide qui les traverse Par exemple, la hauteur des tubes utilisés pour le refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesse du véhicule automobile est plus importante que la hauteur des tubes utilisés pour le radia10 teur de refroidissement Le terme "hauteur" désigne ici la largeur de la section transversale du tube qui est de forme générale oblongue, par exemple rectangulaire ou ovale. Dans un module d'échange de chaleur constitué de plusieurs 15 échangeurs traversés par un même flux d'air, il est difficile d'adapter la hauteur des tubes à la nature des fluides parce que, par exemple dans le document US 6 173 766, les surfaces de refroidissement constituées par des intercalaires ondulés communes à tous les échangeurs ont une hauteur constante La 20 hauteur des tubes du premier rang de tubes est nécessairement égale à la hauteur des tubes du second rang De ce fait, dans un module d'échange de chaleur o le premier rang de tubes forme un radiateur de refroidissement d'huile et le second rang de tubes forme un radiateur de refroidissement du 25 moteur, on préférera sur-dimensionner les tubes du radiateur de refroidissement du moteur plutôt que de sous-dimensionner les tubes du radiateur de refroidissement d'huile En conséquence, l'encombrement du radiateur est augmenté. D'autre part, le rendement de l'échange thermique chute. 30 Dans un module d'échange de chaleur tel que celui qui est divulgué par le document DE 100 14 475, le problème de hauteurs de tubes différentes est résolu en utilisant des surfaces de refroidissement constituées par des intercalaires 35 ondulés de hauteur variable Cette solution est complexe à mettre en oeuvre De plus, même dans ce cas, le pas d'espacement des tubes est le même pour tous les échangeurs de telle sorte que l'encombrement du radiateur n'est pas optimisé. On connaît également, d'après la brevet FR n 00 02453, un module d'échange de chaleur pour véhicule automobile dans lequel les surfaces d'échange de chaleur communes sont constituées par des ailettes planes comportant des découpes 5 dans lesquelles les tubes des échangeurs sont introduites. Toutefois, même dans un module d'échange de chaleur de ce type, le pas d'espacement des tubes des échangeurs est constant pour tous les échangeurs du module L'encombrement des radiateurs n'est donc pas optimisé. 10 La présente invention a pour objet un module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type décrit ci-dessus, qui remédie à ces inconvénients et qui, notamment, permet de manière simple d'adapter la hauteur des tubes des 15 échangeurs du module à la nature du fluide qui les traverse tout en optimisant le rendement thermique de l'échange de chaleur et son encombrement. Ce but est atteint, conformément à la principale caractéris20 tique de l'invention, par le fait que le pas d'espacement des tubes de l'un au moins des échangeurs de chaleur est différent du pas d'espacement d'au moins un autre échangeur de chaleur du module. Grâce à cette caractéristique, les tubes dont la hauteur est plus petite, par exemple les tubes du radiateur de refroidissement du moteur, peuvent être plus resserrés Il en résulte un encombrement réduit et un meilleur échange de chaleur entre ces tubes et le flux d'air qui les traverse Inverse30 ment, les tubes d'un radiateur de refroidissement d'huile, dont la hauteur est plus importante peuvent être plus espacés. Conformément à l'invention il est possible notamment de 35 prévoir que deux échangeurs de chaleur, qui sont reçus d'un même côté des ailettes, aient des pas respectifs différents. Les ailettes communes aux différents échangeurs du module peuvent, de manière classique, comporter des perforations dans lesquelles les tubes sont introduits Elles peuvent également, selon une caractéristique secondaire préférée de l'invention, comporter sur l'un au moins des côtés allongés des découpes de réception des tubes dans lesquelles les tubes 5 de circulation de fluide de l'un au moins des échangeurs sont introduits. Les ailettes peuvent également comporter des découpes de réception des tubes d'échange de chaleur sur chacun des côtés 10 allongés. Avantageusement, les ailettes comportent des échancrures d'isolation thermique situées entre les tubes des échangeurs. Le module d'échange de chaleur de l'invention peut être assemblé par brasage en une seule opération ou bien mécaniquement. Dans une application préférentielle de l'invention, le module 20 comprend, d'une part, un radiateur de refroidissement d'un moteur sur un côté allongé des ailettes et, d'autre part, un condenseur et un radiateur de refroidissement d'huile sur un côté opposé des ailettes On forme ainsi un module optimisé pouvant être utilisé sur un véhicule automobile. 25 Enfin, l'invention concerne une ailette de refroidissement pour un module d'échange de chaleur conforme à l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue générale en perspective d'un module 35 d'échange de chaleur conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue de dessus d'une ailette de refroidissement du module d'échange de chaleur de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus d'une variante de réalisation d'une ailette de refroidissement du module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1; la figure 4 est une vue de dessus d'une seconde variante de réalisation d'une ailette de refroidissement adaptée au module d'échange de chaleur de la figure 1. Le module d'échange de chaleur de la figure 1 est composé 10 d'un radiateur 2 de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, d'un condenseur 4 de climatisation et d'un radiateur de refroidissement d'huile 6, ces trois échangeurs étant généralement plans Le radiateur 2 est situé à l'arrière, tandis que le condenseur 4 et le radiateur 6 sont tous 15 deux situés à l'avant si l'on observe le dessin de la figure 1. Le radiateur de refroidissement 2 est constitué de façon connue d'un corps réalisé à partir d'un faisceau de tubes 20 verticaux de circulation de fluide, montés entre deux boîtes collectrices 8 et 10, les boîtes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du corps et munies d'une tubulures d'entrée 12 et d'une tubulure de sortie (non visible sur le dessin) pour le fluide de refroidissement du 25 moteur du véhicule. Le condenseur 4 est également constitué d'un corps réalisé à partir d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide montés entre deux boîtes collectrices 14 et 16, les 30 boîtes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du corps et munies d'une tubulures d'entrée 18 et d'une tubulure de sortie 19 pour un fluide réfrigérant. Le radiateur de refroidissement 6 est lui aussi constitué 35 d'un corps réalisé à partir d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide montés entre deux boîtes collectrices 20 et 22, les boîtes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du corps et munies d'un tubulure d'entrée 24 et d'une tubulure de sortie 25 pour l'huile à refroidir. Les tubes du condenseur 4 et du radiateur de refroidissement 5 d'huile 6 sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre et constituent un premier rang de tubes Les tubes du radiateur de refroidissement 2 s'étendent sur toute la longueur du module d'échange de chaleur et constituent un deuxième rang de tubes Le premier rang et le second rang de 10 tubes sont traversés par un même flux d'air, le condenseur et le radiateur de refroidissement étant disposés en amont par rapport au sens de l'écoulement du flux d'air. Le radiateur de refroidissement, le condenseur et le radia15 teur d'huile sont assemblés par l'intermédiaire d'ailettes 26 communes aux trois échangeurs On constitue ainsi un module ou "multi-échangeur" formé de trois échangeurs de chaleur différents qui partagent des ailettes communes. On a représenté sur la figure 2 une vue en plan d'une ailette 26 du module d'échange de chaleur conforme à l'invention représenté sur la figure 1 L'ailette 26 présente, vue de dessus, la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés parallèles 28 et 30 et deux petits côtés parallèles 25 32 Le côté allongé 28 comporte des découpes 34 pour la réception des tubes 36 du radiateur de refroidissement 2 Les découpes 34 sont régulièrement espacées l'une çe l'autre selon un pas d'espacement Pl constant sur toute la longueur du grand côté 28. Le côté allongé 30 comporte de son côté deux types de découpe, à savoir d'une part des découpes 38 destinées aux tubes 40 du condenseur 4 et, d'autre part, des découpes 42 destinées à recevoir les tubes 44 du radiateur de refroidis35 sement 6 Le pas d'espacement P 2 des tubes 40 du condenseur est constant Dans l'exemple représenté il est en outre égal au pas d'espacement Pl des tubes 36 du radiateur de refroidissement 2 En revanche, les tubes 44 sont plus espacés que les tubes 40 et les tubes 36 du radiateur de refroidissement. Ils ont un pas P 3 qui est supérieur au pas P 2 et aussi au pas Pi. Par ailleurs, la hauteur H 3 des tubes 44 du radiateur de 5 refroidissement de l'huile 6 est plus importante que la hauteur H 2 des tubes 40 du condenseur 4 et que la hauteur Hi des tubes 36 du radiateur de refroidissement 2 Dans ces conditions, l'un des échangeurs, le radiateur de refroidissement d'huile 6 dans l'exemple représenté, comporte des tubes 10 dont le pas d'espacement P 3 diffère du pas d'espacement pl, P 2 des deux autres échangeurs on observe ainsi une différence de pas sur un même grand côté des ailettes, c'est-àdire sur une m^me grande face du module Dans l'exemple représenté, les tubes respectifs des trois échangeurs 2, 4 et 15 6 ont tous une section transversale de forme sensiblement rectangulaire, les hauteurs Hi, H 2 et H 3 correspondant, comme déjà indiqué, à la largeur de cette section transversale Les tubes 36 du radiateur 2 peuvent être à un seul canal ou à deux canaux Les tubes 40 du condenseur 4 et les tubes 44 du 20 radiateur de refroidissement d'huile 6 sont des tubes à plusieurs canaux. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation de l'ailette 26 représentée sur la figure 2 Cette ailette 25 est destinée à un échangeur de type brasé Selon cette technologie, les échangeurs sont assembleurs d'une seule opération dans un four Dans cette variante de réalisation, les ailettes comportent des découpes de part et d'autre des côtés allongés 28 et 30 En outre, les échancrures 46 30 d'isolation thermique sont prévues entre les tubes 36 et 38 d'une part, 36 et 44 d'autre part Les échancrures 46 ont pour fonction d'empêcher un pont thermique entre le radiateur de refroidissement 2 et les deux autres échangeurs du module d'échange. On a représenté sur la figure 4 une troisième variante de réalisation de l'ailette 26 du module d'échange représenté sur la figure 1 Dans cette variante, l'ailette 26 comporte des échancrures 38 destinées aux tubes 40 du condenseur 4 et des échancrures 42 destinées aux tubes 44 du radiateur de refroidissement d'huile 6 sur son côté allongé 30 En revanche, le côté allongé 28 de l'ailette 26 ne comporte pas d'échancrures, mais des perforations ovales allongées 48 dans 5 lesquelles les tubes du radiateur de refroidissement sont enfoncés perpendiculairement au plan de l'ailette Les tubes ont en conséqence une section de forme ovale adaptée. Cette variante de réalisation est destinée à un module 10 d'échange de chaleur assemblé mécaniquement En outre, les échancrures d'isolation thermique 46 sont également prévues entre les tubes du radiateur de refroidissement 2 et les tubes des deux autres échangeurs. L'invention trouve une application particulière dans le domaine de l'automobile. Revendications 1 Module d'échange de chaleur comprenant une pluralité d'échangeurs de chaleur ( 2, 4, 6) comportant des tubes de 5 circulation de fluide ( 36, 40, 44) traversés par un même flux d'air et des ailettes de refroidissement ( 26) présentant la forme d'un rectangle allongé comportant deux côtés opposés parallèles allongés ( 28, 30) et deux petits côtés opposés parallèles ( 32), communes à au moins deux des échangeurs de 10 chaleur ( 2, 4, 6), caractérisé en ce que le pas d'espacement (P 3) de l'un au moins des échangeurs de chaleur ( 6) est différent du pas d'espacement (P 1, P 2) d'au moins un autre échangeur de chaleur ( 2, 4) du module d'échange de chaleur. 2 Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux échangeurs de chaleur ( 4, 6) situés sur un même côté allongé ( 30) des ailettes ont des pas respectifs (P 2, P 3) différents. 3 Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ailettes ( 26) comportent sur l'un au moins des côtés allongés ( 28, 30) des découpes ( 34, 38, 42) de réception des tubes dans lesquels les tubes ( 36, 40, 44) de circulation de fluide de l'un au 25 moins des échangeurs ( 2, 4, 6) sont introduits. 4 Module d'échange de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des découpes de réception des tubes ( 36, 40, 44) sur chacun des côtés allongés ( 28, 30 30). Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ailettes ( 26) comportent des échancrures ( 46) d'isolation thermique situées entre 35 les tubes ( 36, 40, 44) des échangeurs ( 2, 4, 6). 6 Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur ( 2, 4, 6) sont assemblés par brasage en une seule opération. 7 Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur ( 2, 4, 6) sont assemblés mécaniquement. 8 Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un radiateur de refroidissement de moteur ( 2) sur un côté allongé ( 28) des ailettes et, d'autre part, à la fois un condenseur ( 4) et un radiateur de refroidissement d'huile ( 6) 10 sur un côté allongé opposé ( 30) des ailettes. 9 Ailettes de refroidissement ( 26) faisant partie d'un module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, présentant la forme d'un rectangle allongé comportant 15 deux côtés opposés parallèles allongés ( 28, 30) et deux petits côtés opposés parallèles ( 32), communes à au moins deux des échangeurs de chaleur ( 2, 4, 6), les ailettes comportant sur l'un au moins des côtés allongés ( 28, 30) des découpes ( 34, 38, 42) de réception des tubes dans lesquels 20 les tubes ( 36, 40, 44) de circulation de fluide de l'un au moins des échangeurs sont introduits, caractérisées en ce que les découpes définissant un pas d'espacement (P 3) de l'un au moins des échangeurs de chaleur ( 6) qui est différent du pas d'espacement (Pi, P 2) d'au moins un autre échangeur de 25 chaleur ( 2, 4) du module d'échange de chaleur.