Brevet FR2856471A1 — publié le 20041224

VTM1472.FRD Echangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, comportant des tubulures insérées entre des éléments de circuit et tubulure pour cet échangeur L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour l'équipement d'un véhicule automobile. Plus précisément, elle concerne un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un premier et un second fluides, constitué par un empilement d'éléments de circuit définissant un parcours pour le premier fluide, chaque élément de circuit comprenant au moins un tube ayant deux extrémités et au moins 15 un embout à l'une des extrémités du tube, l'embout comportant au moins un passage de communication définissant le parcours du premier fluide. Elle concerne également une tubulure pour un tel échangeur. 20 Les échangeurs de chaleur actuellement connus, en particulier les condenseurs, sont constitués par un faisceau de tubes d'échange de chaleur disposés parallèlement entre eux, une boîte collectrice étant placée à chacune des extrémités des 25 tubes du faisceau. Une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie sont connectées aux boîtes collectrices. Lorsque les boîtes sont réalisées en deux demi-coquilles, les tubulures sont connectées sur la demi-coquille extérieure, ce qui permet une orientation très limitée de cette dernière, à 30 peine 120 . On connaît également des échangeurs de chaleur dans lesquels les boîtes collectrices sont électro-soudées sur la plaque collectrice qui reçoit les tubes. Cette réalisation permet 35 d'augmenter la flexibilité de positionnement des tubulures d'entrée et de sortie. L'angle d'orientation des tubulures peut alors atteindre un maximum de 250 . Toutefois, le coût de cette technologie est élevé parce qu'elle n'est pas adaptée à une production en grande série. 40 La présente invention a précisément pour objet un échangeur de chaleur qui remédie à ces inconvénients. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que l'échangeur comporte une tubulure d'entrée et/ou une tubulure 5 de sortie du premier fluide qui s'adapte entre les embouts de deux éléments de circuit, la tubulure comportant au moins un passage de communication qui communique avec au moins un passage de communication de l'un des embouts entre lesquels elle est placée. Grâce à ces caractéristiques, les tubulures d'entrée et de sortie peuvent être implantées à un emplacement quelconque, selon la hauteur de l'empilement des éléments de circuit. Cette implantation se fait de manière simple. En outre, elle 15 permet un angle de rotation important de la tubulure par rapport à l'axe des éléments de circuit, cet angle pouvant dépasser 250 . Par ailleurs, l'invention permet une réduction de la taille de l'échangeur en optimisant la surface efficace du point de vue de l'échange thermique par le remplacement 20 des boîtes collectrices par des tubulures moins encombrantes. La tubulure peut comporter un seul passage de communication ou un passage de communication avec chacun des passages de communication des embouts entre lesquels elle est placée. 25 Avantageusement, la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie sont décalées angulairement par rapport aux éléments de circuit, en d'autres termes, par rapport à l'axe longitudinal de ces éléments. Cette caractéristique constitue un avantage important de l'invention. En effet, comme on l'a rappelé, dans les échangeurs actuellement connus, la tubulure ne peut pas être décalée angulairement par rapport à la boîte collectrice d'un 35 angle très important, ce qui oblige, dans certaines applications, à recourir à des technologies de fabrication coûteuses pour augmenter la flexibilité de positionnement des tubulures d'entrée et de sortie. La présente invention remédie à ces inconvénients en permettant de réaliser un échangeur de chaleur dans lequel les tubulures peuvent être décalées angulairement d'un angle très important de part et d'autre de l'axe des éléments de circuits, tout en utilisant une technologie de fabrication simple et peu coûteuse. Avantageusement, l'échangeur comporte des moyens d'indexation qui permettent de conserver une orientation angulaire donnée de la tubulure d'entrée et/ou de la tubulure de sortie jusqu'au brasage de l'échangeur. 10 Dans une réalisation particulière, ces moyens d'indexation sont constitués par un ou plusieurs ergots de sertissage. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen15 taires ou alternatives, sont énumérées ci-après: - la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie comportent une fente de distribution raccordée à un tube d'un élément de circuit. Dans ce cas, la tubulure est avantageusement 20 raccordée à trois éléments de circuit différents, à savoir l'élément de circuit dont le tube est inséré dans la fente de distribution, qui est située dans l'axe de la tubulure, ainsi que deux autres éléments de circuit qui comportent des embouts dont les passages de communication sont en communica25 tion avec les passages de communication de la tubulure ellemême. De cette manière, la section de passage offerte au fluide est augmentée, ce qui a pour effet, corrélativement, de réduire les pertes de charge; - la fente de distribution est constituée par un crevé vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la tubulure; - la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie sont embouties; - la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie sont usinées; - la tubulure d'entrée et/ou la tubulure comportent une bride de connexion. L'invention concerne également une tubulure pour un échangeur selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en 10 référence aux figures annexées. Sur ces figures: la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe partielle de la partie droite de l'échangeur représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un embout faisant partie d'un élément de circuit d'un échangeur selon l'inven20 tion; - la figure 4 est une vue en perspective de l'extrémité d'un tube multi- canaux; - la figure 5 est une vue en coupe d'un embout comportant des bossages; - la figure 6 est une vue en coupe d'un embout plat; - la figure 7 est une vue en perspective d'une tubulure destinée à l'échangeur représenté sur les figures 1 et 2; la figure 8 est une vue en perspective de la tubulure de la figure 7 montée dans l'échangeur de chaleur avec un décalage 35 angulaire nul; - la figure 9 est une vue semblable à la figure 8, mais avec un décalage de la tubulure égal à 45 ; - la figure 10 est une vue similaire à la figure 9, mais avec un décalage angulaire de la tubulure de 90 par rapport à l'axe des tubes; - les figures 11 à 13 représentent une tubulure usinée; - les figures 14 et 15 sont des vues en perspective d'une autre réalisation d'une tubulure usinée; - la figure 16 est une vue partielle en coupe représentant une tubulure comportant trois passages de communication; et la figure 17 est une vue en perspective d'une tubulure destinée à l'échangeur de la figure 16 et comportant une 15 fente de distribution inclinée. On a représenté sur la figure 1 une vue extérieure en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à la présente invention et sur la figure 2 une vue en coupe de sa partie 20 droite. Il est constitué par un empilement d'éléments de circuit 20. Chaque élément de circuit est constitué d'au moins deux tubes 22 ayant deux extrémités. Un embout 24 est fixé à chacune des extrémités du tube 22. Les tubes 22 possèdent un axe longitudinal XX. Les embouts sont disposés dans l'axe XX des tubes. L'axe XX constitue donc l'axe général de l'élément de circuit 20. Les embouts 24 comportent chacun deux bossages 26, également 30 appelés cuvette, de forme tronconique. Chaque bossage ou cuvette 26 présente un fond plat. Les fonds plats 28 des bossages d'un embout d'un élément de circuit 20 viennent en appui sur les fonds plats des bossages des éléments de circuit adjacents. Par suite, les différents éléments de 35 circuit qui constituent l'échangeur représenté sur la figure 1 sont en appui les uns sur les autres par l'intermédiaire des fonds plats des bossages 26 des embouts de chacun des éléments de circuit 20. Les fonds plats 28 peuvent être pleins, c'est à dire ne comporter aucune perforation. Dans ce cas, ils ne permettent aucune circulation du premier fluide qui circule dans les tubes 22 de l'échangeur entre deux éléments de circuit. Au 5 contraire, les fonds plats 28 peuvent comporter des perforations 27 en regard, de telle sorte que le premier fluide peut passer d'un élément de circuit à un autre. Sur la figure 1, on a schématisé les fonds plats 28 fermés 10 par un petit cercle 28a représenté en perspective hachurée, et les fonds plats perforés, permettant le passage du fluide, par un petit cercle 28b sans hachures. Ainsi, dans l'exemple représenté en perspective sur la figure 1 et en vue partielle en coupe sur la figure 2, le premier fluide pénètre dans 15 l'échangeur à la partie supérieure droite de l'échangeur, comme schématisé par la flèche 30. Le fond plat du bossage 26 situé en regard de l'entrée du fluide dans l'échangeur étant obturé (fond fermé 28a), le premier fluide se déplace de droite à gauche (flèche 32) et parcourt le tube supérieur 22 20 de l'échangeur. Le fluide parvient à l'embout 24 situé à la partie gauche du tube supérieur 22 de l'échangeur. Le bossage supérieur 26 comporte un fond plat 28 fermé, tandis que le bossage inférieur de l'embout 24 comporte un 25 fond plat 28b ouvert. Le fluide peut donc passer de l'élément de circuit supérieur 20 à l'élément de circuit immédiatement inférieur, comme schématisé par la flèche 34. Le premier fluide parcourt ensuite le second élément de circuit 20 de gauche à droite selon les figures 1 et 2. A l'extrémité 30 droite du second élément de circuit 20, il passe dans l'élément de circuit inférieur (flèche 36) grâce aux perforations 28b prévues dans les fonds plats des bossages. Le premier fluide effectue ainsi une série d'allers et retours dans les tubes des éléments de circuit de droite à gauche et 35 de gauche à droite. Il quitte l'échangeur à la partie gauche de ce dernier, comme schématisé par la flèche 38. Pendant son parcours alternatif dans les tubes 22, le premier fluide est en relation d'échange de chaleur avec un second fluide qui circule de manière classique perpendiculairement au faisceau des tubes 22. Des intercalaires ondulés 6 peuvent être disposés entre les tubes 22 de l'échangeur. On a représenté sur la figure 3 un exemple d'embout 24 destiné à un élément de circuit 20 d'un échangeur de chaleur représenté sur les figures 1 et 2. Dans cette réalisation, les embouts sont réalisés par emboutissage et pliage d'une bande de métal, de préférence de l'aluminium. L'emboutissage 10 permet de réaliser les deux bossages 26 et les perforations 27 du fond plat des bossages 26, si ces perforations existent. En outre, un embouti 42 est formé dans la bande de tôle entre les deux branches 31 dans lesquelles sont formés les bossages 26. L'embouti 42 constitue le fond de l'embout. Il 15 empêche le liquide de s'échapper dans le sens axial du tube après assemblage de l'embout sur l'extrémité d'un tube 22. L'embout est assemblé, par exemple par clipage, emmanchement ou sertissage sur un tube 22 avant brasage. Des perforations 44 et 45 facilitent le brasage de l'embout sur l'extrémité du 20 tube 20. On a représenté sur la figure 4 une vue en perspective de l'extrémité d'une réalisation particulière d'un tube 22. Comme on peut le constater, ce tube est un tube multi-canaux. 25 Il comporte sept canaux 46 séparés par six cloisons de séparation 48. Un tel tube est destiné, par exemple, à contenir un fluide sous pression. Les cloisons de séparation 48 renforcent le tube et l'empêchent de se bomber sous la pression du fluide. En outre, ce tube comporte un trou 30 traversant circulaire 50 à l'une de ses extrémités ou à ses deux extrémités (une seule extrémité est représentée). Ainsi, la communication entre le tube 22 et l'embout 24 peut être assurée de deux manières différentes. Dans une première réalisation, l'embout est simplement clippé à l'extrémité 35 libre du tube 24 et le premier fluide sort du tube o il pénètre par l'extrémité de ce dernier. Dans ce cas, le tube ne comporte pas de trous traversants circulaires 50. Dans une autre réalisation, les embouts 24 sont emmanchés sur l'extrémité du tube 22 de telle manière que le trou 50 soit situé sensiblement en regard des perforations 27 des bossages 26. Dans ce cas, la communication entre le tube et l'embout s'effectue à travers les trous traversants circulaires 50. On a représenté une réalisation de ce type sur la figure 5. Dans cette réalisation, l'embout 24 comporte deux bossages 26. On a représenté une variante de réalisation sur la figure 6. L'embout 24 ne comporte pas de bossage 26. Il est donc de forme sensiblement plane mais il comporte toutefois deux 10 perforations circulaires 27 situées en regard de la perforation 50 du tube 22. On a représenté sur la figure 7 une vue en perspective d'une tubulure pour un échangeur de chaleur conforme à la présente 15 invention. Elle comporte une partie aplatie 54 dans laquelle sont prévus deux orifices 56 circulaires (un seul orifice est visible sur la figure). La partie aplatie 54 se prolonge par une partie circulaire 58 destinée à recevoir une bride usinée (non représentée) pour permettre le raccordement d'une 20 canalisation de fluide. Comme on peut le voir sur la figure 8, la tubulure 52 est insérée entre deux embouts 24. Ces embouts sont semblables à ceux qui ont été décrits en référence à la figure 3. Toute25 fois, ces embouts ne comportent qu'un seul bossage 26. En effet, afin de ménager un espace suffisant entre les deux embouts pour l'introduction de la tubulure 52, ils présentent une face plane en contact avec la face plane 54 de la tubulure. Un trou de passage (non représenté) pratiqué dans 30 les faces planes des embouts est en regard de l'orifice de passage circulaire 56 de la tubulure. Ainsi, le fluide qui pénètre dans une tubulure d'entrée 52 peut être distribué entre les deux embouts 24 adjacents à la tubulure puis circuler dans les tubes 22 de l'échangeur. Si la tubulure 52 35 est une tubulure de sortie, le fluide peut être collecté à partir des tubes 22 pour être évacué hors de l'échangeur par la canalisation de sortie raccordée à la tubulure. Sur la figure 8, l'axe longitudinal de la tubulure est parallèle aux axes longitudinaux XX des tubes 22. En d'autres termes, le décalage angulaire entre les tubes et la tubulure est égal à zéro. Toutefois, l'échangeur de l'invention permet 5 de faire varier aisément cette orientation angulaire. Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 9, la tubulure 52 peut faire un angle de 45 par rapport à l'axe des tubes 22. Sur la figure 10, la tubulure 52 fait un angle de 90 par rapport à l'axe des tubes. Toutefois, cette valeur n'est pas un 10 maximum, et l'on pourrait augmenter encore l'angle de la tubulure avec l'axe des tubes jusqu'à environ 125 de telle sorte que l'invention permet une grande flexibilité d'implantation des tubulures. En effet, ces dernières peuvent être disposées à un endroit quelconque de l'échangeur. D'autre 15 part, le débattement angulaire des tubulures atteint 250 environ. Avantageusement, la tubulure 52 peut comporter des moyens d'indexation qui permettent de la maintenir dans une position 20 angulaire voulue jusqu'à ce qu'elle soit solidarisée avec les embouts 24 par brasage. Ces moyens d'indexation peuvent être constitués, par exemple, par un ou plusieurs ergots de sertissage (non représentés). On a représenté sur la figure 11 une vue en perspective d'une tubulure 62 usinée. Alors que la tubulure décrite en référence aux figures 7 à 11 est constituée par une tôle emboutie, de préférence d'aluminium, la tubulure du mode de réalisation des figures 11 à 13 est usinée, par exemple dans 30 un bloc d'acier ou d'aluminium. La tubulure 62 comporte deux faces planes 56 qui viennent se loger entre des faces planes correspondantes 57, des embouts 24 de deux éléments de circuit 20 adjacents. Bien que la réalisation de la tubulure soit différente, les embouts 24 sont identiques. En d'autres 35 termes, il n'est pas nécessaire d'adapter les embouts pour leur permettre de recevoir une tubulure particulière. Il suffit que les embouts 24 ne comportent pas de bossage 26 sur leur face en regard des surfaces planes 54 de la tubulure de manière à ménager un espace suffisant pour recevoir cette dernière. Par ailleurs, la tubulure 62 comporte une section carrée 65. En variante, cette section pourrait également présenter une autre forme, par exemple, circulaire. Un canal axial 67 traverse la tubulure 62. Le canal axial 67 débouche 5 dans un canal transversal 69 qui est en communication à chacune de ses extrémités avec les orifices de passage 27 prévus dans les faces planes 57 des embouts 24. La tubulure 62 est raccordée à une canalisation d'amenée ou d'évacuation de fluide, par exemple par un filetage (non représenté). 10 Sur la figure 13, la tubulure 62 a été représentée en position montée. Elle est ensuite assemblée par brasage au reste de l'échangeur en une seule opération. La tubulure représentée sur les figures 11 à 13 est prévue pour être montée dans l'axe des tubes 22 du faisceau de l'échangeur de chaleur. En d'autres termes, son décalage angulaire est nul. On a représenté sur les figures 14 et 15 une variante de réalisation d'une tubulure prévue pour être montée avec un décalage angulaire de 90 . Cette tubulure, désignée par la référence 72, comporte une surface plane 75, arrondie à ses extrémités 77, de manière à s'adapter à la forme extérieure 25 des embouts. Elle est ainsi montée avec une orientation à 90 de l'axe des tubes. De la même manière que la tubulure 62 décrite en référence aux figures 11 à 13, la tubulure 72 comporte un canal axial 30 67 qui débouche dans un canal transversal 69 qui est perpendiculaire au canal 67 et dont les deux extrémités sont en communication avec les ouvertures 27 des embouts 24 entre lesquels la tubulure 72 est insérée. Enfin, la tubulure 72 comporte une partie de liaison 79 de forme cylindrique pour 35 raccorder la tubulure 72 à une canalisation d'amenée ou d'évacuation de fluide. On a représenté sur la figure 16 une vue partielle en coupe d'un troisième mode de réalisation d'une tubulure conforme à l'invention. La tubulure 82 se distingue par la présence d'une fente de distribution 83 (voir figure 17) située à son extrémité. La fente 83 peut être obtenue en réalisant un crevé vers l'intérieur de la tubulure, comme sur la figure 17 5 ou au contraire, en réalisant un crevé dirigé vers l'extérieur de la tubulure, comme sur la figure 16. Un tube 85 du faisceau d'échange de chaleur de l'échangeur est introduit dans la fente de distribution 83. Bien entendu, le tube 85 ne comporte pas d'embout 24 à son extrémité introduite dans la 10 fente 83. La tubulure 82 est introduite entre deux embouts 24 de deux éléments de circuit 20 faisant partie du faisceau d'échange de chaleur. Toutefois, contrairement aux modes de réalisation 15 précédents, les éléments de circuit 20 auxquels les embouts 24 appartiennent, ne sont pas immédiatement adjacents mais au contraire séparés par un intervalle correspondant à l'espacement de deux tubes. Par ailleurs, contrairement encore aux modes de réalisation précédents, les embouts 24 comportent 20 des bossages 26 sur chacune de leurs deux faces 31. Par ailleurs, la hauteur de la partie aplanie 87 de la tubulure 82 correspond exactement à la distance entre les faces planes de deux bossages d'un embout 24. Ainsi, la partie d'extrémité 87 de la tubulure 82 se substitue à l'embout du tube 85 dont 25 il occupe l'emplacement. De la même manière que pour les modes de réalisation précédents, les orifices de passage 56 de la tubulure 82 sont en communication avec les orifices 27 prévues dans les faces 30 planes des bossages 26. De la sorte, la tubulure 82 est en communication avec trois éléments de circuit. De la même manière que précédent, elle est en communication avec les deux embouts 24 entre lesquels elle est insérée et en outre elle communique par son extrémité comportant la fente de 35 distribution avec le tube 85. La section de passage offerte à l'entrée ou à l'évacuation du fluide est ainsi augmentée, ce qui permet de diminuer les pertes de charge. La tubulure 82 peut être décalée angulairement par rapport à l'axe du tube 85, mais avec un angle limité. En outre, on a représenté sur la figure 16 une bride de 5 raccordement 90 montée à l'extrémité circulaire 58 de la tubulure 82. La tubulure 82 est réalisée en tôle d'aluminium embouti. Toutefois, dans une variante de réalisation, elle pourrait 10 également être usinée. La bride de raccordement 90 possède un épaulement 92 qui s'insère dans le diamètre intérieur de la partie cylindrique 58. La bride 90 et la tubulure 82 sont assemblées l'une à 15 l'autre par brasage en une seule opération en même temps que le reste de l'échangeur. La bride comporte un diamètre 94 qui reçoit l'extrémité d'une tubulure d'entrée ou de sortie de fluide (non représentée) ainsi qu'un lamage 96 permettant de recevoir un collet prévu de manière classique sur cette 20 tubulure. Un alésage 98 se prolongeant par un lamage 100 permet de recevoir une vis de fixation ou un boulon de fixation permettant de serrer, de manière classique, le collet de la tubulure dans le lamage 96. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, pour l'échange de chaleur entre un premier et un second 5 fluides, constitué par l'empilement d'éléments de circuit (20) définissant un parcours pour le premier fluide, chaque élément de circuit comprenant au moins un tube (22) ayant deux extrémités et au moins un embout (24) à l'une des extrémités du tube (22), l'embout (24) comportant au moins un 10 passage de communication (27) définissant le parcours du premier fluide, caractérisé en ce qu'il comporte une tubulure d'entrée et/ou de sortie (52, 62, 82) qui s'adapte entre les embouts (24) de deux éléments de circuit (20), la tubulure (52, 62, 82) comportant au moins un passage de communication 15 (56) qui communique avec au moins un passage de communication (27) de l'un des embouts entre lesquels elle est placée. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure (52, 62, 82) comporte un passage 20 de communication (56) en communication avec les passages de communication (27) de chacun des embouts entre lesquels elle est placée. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, 25 caractérisé en ce que la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie sont décalées angulairement par rapport aux éléments de circuit (20). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caracté30 risé en ce que le débattement angulaire des tubulures est compris entre 0 et 250 . 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indexation 35 permettant de conserver une orientation angulaire donnée de la tubulure d'entrée et/ou de sortie (52,62, 82) par rapport aux éléments de circuit jusqu'au brasage de l'échangeur. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'indexation sont constitués par au moins un ergot de sertissage. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée et/ou de sortie (82) comporte une fente de distribution (83) raccordée à un tube (84) d'un élément de circuit (20). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fente de distribution (83) est constituée par un crevé vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la tubulure (82). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie (52, 62, 82) sont embouties. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 20 8, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie (52, 62, 82) sont usinées. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée et/ou la 25 tubulure de sortie (52, 62, 82) comportent une bride de connexion (90). 12. Tubulure pour un échangeur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un 30 passage de communication (56) agencé pour communiquer avec au moins un passage de communication (27) de chacun des embouts (24) entre lesquels elle est placée.