Brevet FR2860287A1 — publié le 20050401

VCL1496.FRD Échangeur de chaleur amélioré L'invention se rattache au domaine des échangeurs de chaleur, tels qu'utilisés par exemple en construction automobile pour assurer le refroidissement d'un moteur. Elle se rapporte plus spécifiquement aux modèles d'échangeurs de chaleur dits "à tubes" comprenant plusieurs rangées de tubes. Elle concerne également un procédé d'assemblage d'un tel échangeur de chaleur. La fonction d'un échangeur de chaleur destiné au refroidisse-ment d'un moteur est de transmettre à un fluide extérieur la chaleur d'un fluide en circulation à l'intérieur de l'échangeur. Dans un échangeur de chaleur à tubes, des tubes sont agencés dans lesquels circule le fluide mettant en communication une chambre amont et une chambre aval, l'échange de chaleur entre le fluide intérieur et le fluide extérieur se faisant au niveau de la surface des tubes. Dans un mode de réalisation d'un échangeur à deux rangées de tubes à circulation en U, une rangée de tubes est en communication avec une chambre amont, et une autre rangée de tubes est en communication avec une chambre aval juxtaposée à la chambre amont, les chambres étant disposées à proximité des extrémités de tubes. Pour assurer une circulation du fluide intérieur en U, il est nécessaire de mettre en communication chacun des tubes d'une rangée avec un tube en vis-à-vis de l'autre rangée, au niveau des extrémités opposées à celles reliées aux chambres. Dans le cas d'échangeurs à plus de deux rangées de tubes, il 2860287 2 est également nécessaire de relier des tubes en vis-à-vis deux par deux pour que la circulation du fluide en U puisse se faire. Une solution proposée par EP1298401 est de faire communiquer toute une rangée de tubes avec la totalité de la rangée de tubes en vis-à-vis. Pour ce faire, un collecteur est prévu sous la forme de deux demi-tubes assemblés, pourvus de trous de connexion sur leur paroi interne pour le passage du fluide d'un demi-tube à l'autre, qui viennent chacun coiffer une rangée de tubes. Cependant, dans cette configuration, la surface de contact entre le collecteur et les tubes est trop petite pour qu'un brasage satisfaisant puisse être réalisé. D'autre part, cette solution implique un large volume intérieur du collecteur, ce qui nuit à sa résistance à la pression du fluide interne, particulièrement dans le cas de l'utilisation comme fluide intérieur de dioxyde de carbone CO2. Une autre solution est décrite dans DE 19515528, qui prévoit un bouchon extérieur assurant une circulation du fluide en U. Cependant, le bouchon décrit dans le document précité n'est utilisable que dans le cas particulier d'un échangeur de chaleur à une unique rangée de tubes, lesquels présentent alors une cloison interne permettant une circulation du fluide suivant deux sens opposés. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités en proposant un échangeur de chaleur dans lequel une circulation du fluide d'un tube à l'autre est assurée au moyen d'un bouchon individuel apte à loger de manière étanche une extrémité de chaque tube et présentant un espace intérieur pour la circulation du fluide, l'ensemble des deux tubes et dudit bouchon individuel assurant une circulation du fluide suivant un parcours en U. 2860287 3 Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Ledit bouchon individuel comprend deux logements, dont les formes sont complémentaires de celles des tubes, qui débouchent dans ledit espace intérieur. - Ledit bouchon individuel est réalisé sous la forme d'une pièce emboutie présentant une paroi extérieure, laquelle 10 enveloppe les extrémités des tubes. - La paroi extérieure est d'épaisseur sensiblement constante. - La paroi extérieure forme des arrondis, rendant le bouchon 15 individuel plus résistant à la pression du fluide. - Les logements sont délimités par la paroi extérieure du bouchon individuel. - Ledit espace intérieur est délimité par la paroi extérieure du bouchon individuel. - Les logements sont formés en partie par un pincement de la paroi extérieure mettant en contact deux parties de la 25 surface intérieure de la paroi extérieure. - Lesdits tubes sont des tubes plats disposés selon un même plan. - L'échangeur de chaleur comprend en tant que fluide du dioxyde de carbone. L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur qui comprend l'introduction des deux tubes dans ledit bouchon individuel, ledit bouchon individuel 2860287 4 étant ensuite pincé de manière à adapter sa forme à celles des tubes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 5 apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une section de l'échangeur de chaleur de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en perspective d'un bouchon 15 individuel seul. L'échangeur de chaleur selon l'invention comprend, comme indiqué sur la figure 1, une chambre amont et une chambre aval sous forme de conduits parallèles juxtaposés 2,6 en communication respectivement avec un premier ensemble de tubes identiques 4 et avec un second ensemble de tubes identiques 8, au voisinage d'une extrémité de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préféré, les tubes 4 et 8 sont des. tubes plats, disposés deux à deux côte à côte selon un même plan perpendiculaire à l'axe des conduits 2 et 6, et présentant des tranches de forme arrondie. La figure 2 montre que les extrémités, opposées à celles communiquant avec les conduits, de deux tubes 4 et 8 disposés côte à côte sont toutes deux coiffées par un bouchon individuel commun 10 qui assure le passage du fluide du tube 4 au tube 8 permettant ainsi d'obtenir une circulation en U. Le bouchon individuel 10 est réalisé, comme illustré sur la figure 3, sous la forme d'une pièce unique emboutie et est donc constitué d'une seule paroi 12, d'épaisseur sensiblement 2860287 5 constante, agencée pour former le bouchon individuel 10 dans son ensemble. La forme du bouchon individuel 10 est donnée par la paroi 12 qui vient envelopper et épouser exactement les extrémités des deux tubes 4 et 8, tout en ménageant un espace intérieur au-delà de ces extrémités dans la direction longitudinale des tubes 4 et 8 pour permettre le passage du fluide. Ainsi, le bouchon individuel 10 présente des faces d'extrémités 14 et 16 arrondies dont le rayon de courbure est adapté à celui des tubes 4 et 8. Les faces latérales 18 et 20 sont d'une longueur sensiblement égale, à l'épaisseur de la paroi 12 près, à la largeur des deux tubes 4 et 8 réunis côte à côte. L'écartement entre les faces latérales 18 et 20 du bouchon individuel 10 est sensiblement identique à l'épaisseur des tubes 4 et 8. Le fond 22 du bouchon individuel 10 présente également une forme arrondie. L'espace intérieur est délimité par une partie des faces d'extrémités 14 et 16 et le fond 22 du bouchon individuel 10, et présente de ce fait des arrondis qui rendent le bouchon individuel 10 plus résistant à la pression du fluide. Le volume interne du bouchon individuel 10 ainsi que ses dimensions extérieures sont, grâce à cette configuration, réduits au minimum, ce qui évite une perte de pression dans l'espace intérieur d'une part et, d'autre part, réduit l'encombrement de l'échangeur de chaleur lui-même. En particulier, le faible encombrement du bouchon individuel 10 en épaisseur réduit l'écartement nécessaire entre deux tubes reliés à un même conduit. Un pincement 24 de la paroi 12, sur une partie de la profon- deur du bouchon individuel 10, de manière à mettre en contact une partie de la face latérale 18 du bouchon avec une partie 2860287 6 de la face latérale 20, partage l'intérieur du bouchon individuel 10 en deux logements 26 et 28 identiques accueillant exactement les extrémités des deux tubes 4 et 8. Le pincement 24 de la paroi 12 n'est réalisé que sur une partie de la profondeur du bouchon individuel 10, de sorte que les logements 14 et 16 débouchent dans l'espace intérieur du bouchon individuel 10 pour permettre le passage du fluide du tube 4 au tube 8. Le pincement 24 de la paroi 12 est cependant effectué sur une profondeur suffisante pour former une surface de contact entre les logements 26 et 28 et les extrémités des tubes 4 et 8 permettant de réaliser un brasage, lequel assure la fixation des tubes 4 et 8 dans les logements 26 et 28 ainsi que l'étanchéité du bouchon indivi- duel 10. Accessoirement, la longueur du pincement 24 peut être adaptée (augmentée ou réduite) en fonction des impératifs liés au brasage et la profondeur du bouchon individuel 10 choisie de manière à ménager une espace intérieur dont le volume est adapté au débit du fluide dans les tubes 4 et 8. Pour mettre en place un bouchon individuel 10 sur les tubes 4 et 8, un procédé préféré est d'introduire les extrémités des tubes 4 et 8 dans le bouchon individuel 10, lequel ne présente pas encore de pincement 24. Le bouchon individuel 10 est ensuite pincé de manière à former les logements 14 et 16. Il ne reste plus qu'à réaliser le brasage des tubes 4 et 8 de manière à assurer la fixation et l'étanchéité du bouchon 10. Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, le bouchon individuel peut être mis en place dans des échangeurs de chaleur comprenant plus de deux rangées de tubes. De même il est envisageable de réaliser le pincement 24 de la paroi 12 avant 2860287 7 l'introduction des tubes 4 et 8 dans le bouchon individuel 10. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art. Revendications 1. Échangeur de chaleur comprenant au moins deux tubes (4,8) d'axes sensiblement parallèles entre eux pour la circulation d'un fluide dans des sens opposés, caractérisé en ce qu'une circulation du fluide d'un tube à l'autre est assurée au moyen d'un bouchon individuel(10) apte à loger de manière étanche une extrémité de chaque tube et présentant un espace intérieur pour la circula- tion du fluide, l'ensemble des deux tubes (4,8) et dudit bouchon individuel (10) assurant une circulation du fluide suivant un parcours en U. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel ledit bouchon individuel (10) comprend deux logements (26,28), dont les formes sont complémentaires de celles des tubes (4,8), qui débouchent dans ledit espace intérieur. 3. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit bouchon individuel (10) est réalisé sous la forme d'une pièce emboutie présentant une paroi extérieure (12), laquelle enveloppe les extrémités des tubes (4,8). 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, dans lequel la paroi extérieure (12) est d'épaisseur sensiblement constante. 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel la paroi extérieure (12) forme des arrondis (14,16,22), rendant le bouchon individuel (10) plus résistant à la pression du fluide. 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 à 5 rattachée à la revendication 2, dans lequel les 2860287 9 logements (26,28) sont délimités par la paroi extérieure (12) du bouchon individuel (10). 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel ledit espace intérieur est délimité par la paroi extérieure (12) du bouchon individuel (10). 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel les logements (26,28) sont formés en 10 partie par un pincement (24) de la paroi extérieure (12) mettant en contact deux parties de la surface intérieure de la paroi extérieure (12). 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits tubes (4,8) sont des tubes plats disposés selon un même plan. 10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, comprenant en tant que fluide du dioxyde de 20 carbone. 11. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes comprenant l'introduction les deux tubes (4,8) dans ledit bouchon individuel (10) caractérisé en ce que ledit bouchon individuel (10) est ensuite pincé de manière à adapter sa forme à celles des tubes.