Brevet FR2855605A1 — publié le 20041203

Echangeur de chaleur, en particulier refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicules automobiles L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur brasés pour véhicules automobiles, tels que, par exemple, les refroidisseurs d'air de suralimentation. Plus précisément, elle concerne un échangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un fluide liquide et un fluide gazeux comportant un faisceau d'échange de chaleur, une enveloppe logeant ce faisceau d'échange de chaleur, une boîte collectrice d'entrée et une boîte collectrice de sortie pour 15 le fluide gazeux, disposées de part et d'autre du faisceau. Afin d'améliorer leurs performances, les moteurs des véhicules modernes sont fréquemment alimentés en air comprimé (air de suralimentation) pat un compresseur entraîné par les gaz 20 d'échappement. Toutefois, cette compression a pour effet d'échauffer l'air de telle manière qu'il est nécessaire de le refroidir afin d'abaisser sa température avant son introduction dans les cylindres du moteur. A cet effet, le véhicule est équipé d'un refroidisseur d'air de suralimentation. 25 Les échangeurs de ce type comportent généralement des boîtes collectrices pour l'admission et l'évacuation de l'air de suralimentation. Ces boîtes sont moulées en aluminium ou en matière plastique. Elles sont assemblées à un faisceau 30 d'échange de chaleur constitué de plaques entre lesquelles sont disposés des éléments intercalaires ondulés. Toutefois, l'empilement des plaques se traduit par une dispersion de la hauteur du faisceau d'échange de chaleur. 35 Cette dispersion est inhérente au procédé de fabrication. Cette variation de côte ne permet pas, comme dans le cas d'un faisceau constitué de tubes, de monter un collecteur apte à recevoir le joint d'étanchéité et la boîte collectrice. Afin de surmonter cette difficulté, il est connu de loger le faisceau d'échange de chaleur dans un boîtier en matière plastique ou en aluminium moulé comportant les entrées et les sorties d'air et de fermer ce boîtier par un couvercle soudé ou serti (DE 1 999 025 04 et JP 1 023 89 69). Le montage du faisceau dans un boîtier permet de résoudre cette difficulté. Cependant, ce boîtier doit être renforcé pour résister à la pression et éviter toute déformation des 10 parois, susceptible de créer des passages de fuite. Ce problème est d'autant plus crucial que le volume soumis à la pression est important, ce qui conduit à un encombrement pénalisant, notamment si le boîtier est en matière plastique. La présente invention a notamment pour but de réaliser un échangeur de chaleur qui remédie à ces inconvénients. Ce but est atteint par le fait que l'enveloppe comporte deux extrémités opposées qui débordent de part et d'autre du 20 faisceau, la boîte collectrice d'entrée et la boîte collectrice de sortie étant assemblées à ces deux extrémités débordantes. Cet assemblage est de préférence réalisé par collage. Avantageusement, la boîte collectrice d'entrée et la boite collectrice de sortie possèdent chacune une gorge qui reçoit les extrémités débordantes de l'enveloppe. Grâce à ces caractéristiques, le faisceau est constitué d'un 30 minimum de pièces. Il n'est pas nécessaire de prévoir une plaque collectrice et un joint d'étanchéité entre la plaque collectrice et la boîte collectrice. Dans une réalisation préférée, l'enveloppe est constituée de 35 deux demicoquilles aptes à coulisser l'une par rapport à l'autre pour s'ajuster aux variations de hauteur du faisceau pendant le brasage. + ' 2855605 Dans une réalisation particulière, chaque demi-coquille possède une section en forme de U comportant une paroi de fond et deux bords latéraux situés de part et d'autre de la paroi de fond, les bords latéraux de l'une des demi-coquilles 5 coulissant par rapport aux bords latéraux de l'autre demicoquille. Avantageusement, les gorges des boîtes collectrices d'entrée et de sortie comportent des parties qui reçoivent les parois 10 de fond et des parties qui reçoivent les bords latéraux des deux demi-coquilles, les parties des gorges qui reçoivent les parois de fond présentant une largeur supérieure à l'épaisseur de ces parois de manière à accommoder une variation de hauteur du faisceau d'échange de chaleur. 15 Grâce à ces caractéristiques, l'assemblage n'est pas tributaire des variations de cotes de la hauteur du faisceau après brasage. En effet, le fait que les deux demi-coquilles coulissent l'une par rapport à l'autre permet de les ajuster 20 à la hauteur du faisceau. Ensuite, la largeur des parties de ces gorges qui reçoivent les parois de fond de chacune des deux demi-coquilles permet de s'adapter aux variations de l'écartement de ces deux parois. Dans une réalisation particulière, les boîtes collectrices d'entrée et de sortie possèdent un talon dans lequel les gorges de réception des extrémités débordantes de l'enveloppe sont formées. Avantageusement, les parties des gorges des boîtes collectrices qui reçoivent les bords latéraux des deux demi-coquilles présentent une zone de plus grande largeur pour accommoder le coulissement des bords latéraux d'une demi-coquille par rapport aux bords latéraux de l'autre demicoquille. 35 Dans une réalisation particulière, la section en forme de U de l'une des demi-coquilles s'insère à l'intérieur de la section en forme de U de l'autre demi-coquille. Les concavités des deux demi-coquilles en forme de U peuvent être de même sens ou au contraire de sens opposé. Enfin, selon encore une autre réalisation, chaque demi5 coquille possède un bord latéral situé à l'intérieur du U de l'autre demi-coquille. On peut prévoir que l'une des demi-coquilles comporte une face principale qui s'étend sur une distance supérieure à la 10 distance sur laquelle s'étend la face principale de l'autre des demi-coquilles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit 15 d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - La figure 1 est une vue en perspective éclatée et la figure 2 une vue assemblée d'un refroidisseur d'air de suralimenta20 tion conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue de détail en coupe montrant une gorge de réception des bords débordant de l'enveloppe; - la figure 4 est une vue schématique montrant la réalisation des deux demi-coquilles de l'échangeur représenté sur les figures 1 et 2; - les figures 5 et 6 sont deux variantes de réalisation des 30 deux demi- coquilles; - la figure 7 est une vue partielle à échelle agrandie montrant une zone de plus grande largeur de la gorge de réception des extrémités débordantes de l'enveloppe; et 35 - la figure 8 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon une variante de réalisation de celui des figures 1 et 2. On a représenté sur les figures 1 et 2 un échangeur de chaleur selon l'invention, réalisé ici sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation destiné à un véhicule automobile. Il est constitué d'un faisceau désigné par la 5 référence générale 2 logé à l'intérieur d'une enveloppe désignée par la référence générale 4, d'une boîte collectrice supérieure 6 et d'une boîte collectrice inférieure 8 pour l'air de suralimentation. Le faisceau 2 est constitué, de manière classique, de plaques embouties 7 de forme rectangulaire allongée qui alternent avec des surfaces d'échange secondaires et/ou des éléments perturbateurs, réalisés ici sous la forme d'intercalaires ondulés 9 (figure 1). Les plaques 7 et les intercalaires 9 15 sont avantageusement réalisés dans un alliage d'aluminium et brasés ensemble. Les plaques 7 sont assemblées par paires et délimitent entre elles des canaux de circulation alternés pour un liquide de refroidissement, le plus souvent l'eau de refroidissement du circuit du moteur, et pour l'air de 20 suralimentation à refroidir. Dans l'exemple, chaque plaque comporte deux bossages situés le long de l'un de ses petits côtés qui définissent un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie pour l'eau de 25 refroidissement. Etant donné que cette réalisation est connue, elle ne sera pas décrite en détail. L'enveloppe 4 qui loge le faisceau 2 est constituée de deux demicoquilles 10 et 12, avantageusement réalisées aussi dans un alliage d'aluminium. L'ensemble formé par les plaques 7, les interca30 laires ondulés 9 et les deux demi-coquilles 10 et 12 peut être ainsi brasé pour constituer le faisceau 2. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 4, ces demicoquilles 10 et 12 présentent une section en forme 35 générale de U très allongée. Chaque demi-coquille comporte une paroi de fond 13 et deux bords latéraux 14 et 15. Les bords latéraux 14 sont plus courts que les bords latéraux 15. En outre, ces derniers comportent un décrochement 16 d'une distance correspondant à l'épaisseur de la tôle dans laquelle les demi-coquilles sont réalisées afin de permettre l'adaptation des deux demi-coquilles l'une sur l'autre. Ainsi, les deux demi-coquilles 10 et 12 peuvent coulisser l'une par rapport à l'autre et l'écartement (hauteur H) entre les deux 5 parois de fond 13 peut varier. Grâce à cette caractéristique, l'enveloppe 4 peut s'adapter aux dispersions de hauteur de l'empilement des plaques et des intercalaires ondulés du faisceau d'échange de chaleur 2 de telle manière que les parois de fond 13 soient en contact avec chacune des deux 10 extrémités de ce faisceau. En outre, comme on le remarque plus particulièrement sur la figure 1, la largeur de chacune des deux demi-coquilles 10 et 12 est supérieure à la largeur des plaques qui constituent le 15 faisceau d'échange de chaleur 2. De cette manière, l'enveloppe 4 comporte une extrémité débordante supérieure 17 et une extrémité débordante inférieure 18. Une tubulure d'entrée 20 et une tubulure de sortie 22 pour 20 l'eau de refroidissement sont en outre prévues sur la demicoquille 12. La tubulure d'entrée 20 est en regard du collecteur d'entrée du faisceau d'échange de chaleur et la tubulure 22 est en regard du collecteur de sortie. Ainsi, l'eau de refroidissement pénètre par la tubulure 20, comme 25 schématisé par la flèche 23, elle parcourt le faisceau d'échange de chaleur dans le sens de sa longueur, une première fois de gauche à droite, selon la figure 1 puis effectue un demi-tour et revient vers la tubulure de sortie 22 avant de quitter l'échangeur comme schématisé par la 30 flèche 24. Bien entendu, l'eau de refroidissement peut effectuer plus de deux allerretours dans le faisceau d'échange de chaleur. La boîte collectrice supérieure 6 est adaptée à l'extrémité 35 débordante supérieure 17 et la boîte collectrice inférieure 8 est adaptée à l'extrémité débordante 18. A cet effet, chacune des boîtes collectrices 6 et 8 comporte un talon 26 dans lequel est prévue une gorge 28 qui s'étend sur toute la périphérie des boîtes collectrices (figures 1 et 3). Une quantité de colle 30 est disposée à l'intérieur de la gorge 28 pour la fixation des extrémités débordantes 17 et 18 des deux demi-coquilles (figure 3). Afin d'accommoder les variations de hauteur du faisceau d'échange de chaleur 2 et, 5 par conséquent, les variations d'écartement des deux parois de fond 13 des deux demi-coquilles 10 et 12, les deux parties rectilignes de la gorge 28 qui reçoivent les deux parois de fond 13 présentent une largeur L supérieure à l'épaisseur E de la tôle dans laquelle les demi-coquilles 10 et 12 sont 10 formées. Ainsi, les parois de fond 13 peuvent s'insérer dans les gorges avec un débattement qui leur permet de s'adapter aux variations de hauteur du faisceau d'échange de chaleur. Les parties des gorges qui reçoivent les bords latéraux 14 et 15 15 des demi-coquilles 10 et 12 présentent une largeur supérieure à l'épaisseur des tôles dans lesquelles les demicoquilles sont réalisées. Toutefois (figures 1 et 7) les parties de la gorge 28 qui reçoivent les bords latéraux comportent une partie de plus grande largeur 32 destinée à 20 recevoir les extrémités superposées des parois latérales 14 et 15. En d'autres termes, l'épaisseur de la gorge dans la zone 32 est égale au double de son épaisseur courante. La longueur de la partie de plus grande épaisseur est suffisante pour tenir compte des variations de hauteur du faisceau 25 d'échange de chaleur. Dans le refroidisseur d'air de suralimentation qui vient d'être décrit, l'air à refroidir pénètre par une tubulure d'entrée 34 de la boîte collectrice inférieure 8, comme 30 schématisé par la flèche 35, puis il traverse le faisceau d'échange de chaleur de bas en haut, selon la figure 1, avant de ressortir par une tubulure de sortie 36 de la boîte collectrice supérieure 6, comme schématisé par la flèche 37. Les boîtes collectrices 6 et 8 peuvent être réalisées en matière plastique moulée ou en aluminium moulé, ou encore dans un autre matériau. La colle 30 utilisée pour l'assemblage des boîtes collectrices et de l'enveloppe du faisceau sera choisie en fonction de la nature des matériaux à assembler. On utilise avantageusement une colle de type silicone, compte tenu de sa souplesse et de sa capacité à absorber les différences de dilatation. On a représenté sur les figures 5 et 6 deux variantes de réalisation des demi-coquilles 10 et 12. Sur la figure 5, l'enveloppe est constituée de deux demi-coquilles 38 et 40 présentant chacune la forme d'un U très allongé, la demicoquille 38 étant légèrement plus courte que la demicoquille 10 40 de manière à pouvoir être insérée à l'intérieur des branches 15 du U de cette dernière et y coulisser afin, comme on l'a exposé précédemment, de pouvoir s'ajuster à la distance entre les deux parois de fond 13 des demi-coquilles 38 et 40. Sur. la figure 6, l'enveloppe est constituée de deux demicoquilles 42 et 44 présentant toutes deux une section en forme de U. La demi-coquille 44 comporte deux bords latéraux 15 de longueur légèrement supérieure à celle des bords 20 latéraux 14 de la coquille supérieure 42. Toutefois, les bords latéraux 14 sont légèrement plus espacés que les bords latéraux 15 afin de permettre à ces derniers d'être introduits dans le profil en U de la demi-coquille supérieure 42. Sur la figure 6, les concavités des U sont opposés, alors que sur la figure 5, elles étaient de même sens. Les coquilles 42 et 44 peuvent ainsi coulisser librement par rapport à l'autre afin de s'ajuster, comme on l'a exposé, à une variation de la hauteur du faisceau d'échange de chaleur 2. 30 Bien entendu, les réalisations des figures 4 à 6 sont données à titre d'exemple seulement, et les coquilles pourraient être réalisées d'autres manières, à la portée de l'homme de l'art, sans sortir du cadre de la présente invention. 35 La figure 8 illustre une variante de réalisation de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2. Les talons 26 des boîtes collectrices 6 et 8 définissent des zones d'assemblage non coplanaires. Les parties respectives des talons 26 qui s'étendent du côté de la demi-coquille 10 sont espacées d'une distance D1, tandis que les parties respectives des talons 26 qui s'étendent du côté de la demi- coquille 12 sont espacées d'une distance D2 qui est supérieure à la distance D1. La 5 demi-coquille 12 comporte ainsi une face principale plus importante que la face principale correspondante de la demicoquille 10, ce qui permet de procurer une surface plus importante pouvant servir, par exemple, à la fixation d'un autre échangeur de chaleur. L'invention n'est pas limitée aux refroidisseurs d'air de suralimentation de véhicules automobiles et peut s'appliquer à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Revendications 1. Echangeur de chaleur pour l'échange de chaleur entre un fluide liquide et un fluide gazeux, comportant un faisceau 5 d'échange de chaleur (2), une enveloppe (4) logeant ce faisceau (2), une boîte collectrice d'entrée (8) et une boîte collectrice de sortie (6) pour le fluide gazeux, disposés de part et d'autre du faisceau (2), caractérisé en ce que l'enveloppe (4) comporte deux extrémités (17, 18) opposées 10 qui débordent de part et d'autre du faisceau (2), la boîte collectrice d'entrée (8) et la boîte collectrice de sortie (6) étant assemblées à ces deux extrémités débordantes (17, 18). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte collectrice d'entrée (8) et la boîte collectrice de sortie (6) sont assemblées par collage. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 20 2, caractérisé en ce que la boîte collectrice d'entrée et la boîte collectrice de sortie (8, 6) possèdent chacune une gorge (28) qui reçoit les extrémités débordantes (17, 18) de l'enveloppe (4). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (4) est constituée de deux demi- coquilles (10, 12; 38, 40; 42, 44) aptes à coulisser l'une par rapport à l'autre pour s'ajuster aux variations de hauteur du faisceau (2) pendant le brasage. 30 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque demi-coquille possède une section en forme de U comportant une paroi de fond (13) et deux bords latéraux (14, 15) situés de part et d'autre de la paroi de 35 fond (13), les bords latéraux de l'une des demicoquilles coulissant par rapport aux bords latéraux de l'autre demicoquille. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les gorges (28) des boîtes collectrices d'entrée et de sortie (6, 8) comportent des parties qui reçoivent les parois de fond (13) et des parties qui reçoi5 vent les bords latéraux (14, 15) des deux demicoquilles (10, 12), les parties des gorges qui reçoivent les parois de fond (13) présentant une largeur (L) supérieure à l'épaisseur (E) de ces parois de manière à accommoder une variation de la hauteur du faisceau de l'échange de chaleur (2). 10 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les boîtes collectrices d'entrée et de sortie (6, 8) possèdent un talon (26) dans lequel les gorges de réception (28) des extrémités débordantes de 15 l'enveloppe (4) sont formées. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les parties des gorges (28) des boîtes collectrices qui reçoivent les bords latéraux des deux 20 demi-coquilles (10, 12) présentent une zone de plus grande largeur (32) pour accommoder le coulissement des bords latéraux (14, 15) d'une demi-coquille par rapport aux bords latéraux (14, 15) de l'autre demi-coquille (10, 12). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la section en forme de U de l'une des demi- coquilles s'insère à l'intérieur de la section en forme de U de l'autre demi-coquille (38, 40; 42, 44). 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les concavités des demi-coquilles (38, 40) sont de même sens. 11. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caracté35 risé en ce que les concavités des demi-coquilles (42, 44) sont de sens opposé (42, 44). 12. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque demi-coquille (10, 12), possède un bord latéral (14, 15) situé à l'intérieur du U de l'autre côté demi-coquille. 13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5 12, caractérisé en ce que les boîtes collectrices d'entrée et de sortie (8, 6) sont moulées en matière plastique ou en aluminium. 14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'une (12) des demi-coquilles comporte une face principale qui s'étend sur une distance (D2) supérieure à la distance (D1) sur laquelle s'étend la face principale de l'autre (10) des demicoquilles.