Brevet FR2887972A1 — publié le 20070105

RFRO216 Échangeur de chaleur à tubes plats tordus en extrémité L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes plats présentant chacun deux faces principales qui s'étendent sensiblement selon des plans sur la majeure partie de la longueur du tube, les tubes étant mutuellement alignés dans une direction longitudinale perpendiculaire auxdits plans et une région d'extrémité de chacun d'eux étant déplacée par torsion pour s'engager dans une fente formée à travers la paroi essentiellement tubulaire d'une boîte collectrice, cette fente n'étant pas parallèle auxdits plans. Un tel échangeur de chaleur est utilisé notamment dans l'industrie automobile, et est décrit en particulier dans EP 0 845 647 A. Dans ce document, les régions d'extrémité des tubes peuvent s'engager, soit dans des fentes indivi- duelles, soit dans une fente longitudinale commune à plu-sieurs tubes. Dans un exemple, des fentes individuelles sont orientées obliquement et alignées selon un pas inférieur à leur longueur. Les tubes sont donc eux aussi alignés selon ce même pas, inférieur à la longueur de leur section trans- versale. Dans un autre exemple, des fentes individuelles sont orientées dans la direction longitudinale et sont séparées les unes des autres par des portions de paroi de la boîte. Le pas des fentes et des tubes est donc supérieur à la longueur des fentes et de la section transversale des tubes. Dans un autre exemple enfin, les régions d'extrémité des tubes sont disposées de manière jointive dans une fente commune, selon un pas égal à la longueur de la section transversale des tubes. Ainsi, dans l'échangeur connu, si on veut choisir le pas d'alignement des tubes indépendamment de la longueur de leur section transversale, il est nécessaire d'insérer leurs régions d'extrémité dans des fentes individuelles, ce qui oblige à usiner dans la boîte collectrice autant de fentes qu'il y a de tubes. Le but de l'invention est de s'affranchir de cette contrain-5 te, permettant ainsi une fabrication moins coûteuse de l'échangeur de chaleur. L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, dans lequel les régions d'extrémité s'engagent dans une fente longitudinale commune à plusieurs tubes, et prévoit des moyens pour établir un pas d'alignement des tubes différent de la longueur de leur section transversale sur ladite majeure partie de leur longueur. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Ladite fente est commune à tous les tubes associés à une même boîte collectrice. - Ladite fente s'étend sur toute la longueur de la boîte collectrice. - La boîte collectrice comprend une pièce en tôle roulée sous une forme essentiellement tubulaire, dont deux bords opposés rectilignes viennent en regard l'un de l'autre en délimitant entre eux ladite fente. - Lesdites régions d'extrémité sont disposées de manière jointive dans ladite fente et sont en outre déformées pour que la longueur de leur section transversale soit différente de la longueur de la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. - Lesdites régions d'extrémité sont déformées par rétreinte pour présenter une section transversale moins longue que la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. - Lesdites régions d'extrémité sont déformées par évasement pour présenter une section transversale plus longue que la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. - Lesdites régions d'extrémité sont écartées les unes des autres dans ladite fente, cette dernière étant obturée de manière étanche entre deux tubes consécutifs par une pièce rapportée. - Ladite pièce rapportée est une bague entourant ladite paroi essentiellement tubulaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont expo-15 sés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en perspective montrant en partie une boîte collectrice dont la paroi essentiellement tubu- laire est traversée par une fente longitudinale continue, et un tube plat dont une région d'extrémité est tournée de 90 9' par torsion, destinés à être assemblés par brasage pour former un échangeur de chaleur selon l'invention, représenté sur les figures 3 à 5. La figure 2 est une vue partielle en élévation du tube de la figure 1 avant torsion. La figure 3 est une vue partielle en élévation d'un échan-30 Beur de chaleur selon l'invention, montrant partiellement une boîte collectrice et plusieurs tubes consécutifs. La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3. Les figures 6 à 8 sont des vues analogues aux figures 3 à 5 respectivement, relatives à un autre échangeur de chaleur selon l'invention. Les échangeurs de chaleur représentés sur les dessins sont destinés plus particulièrement, bien que non exclusivement, à être utilisés dans l'industrie automobile en tant que refroidisseur de gaz dans lequel circule un fluide réfrigérant travaillant à des pressions élevées tel que CO2. La paroi essentiellement tubulaire 1 représentée sur la figure 1, traversée par une fente longitudinale 2, est avantageusement formée par roulage d'une tôle, par exemple en alliage d'aluminium, de manière à amener en vis-à-vis deux bords opposés 3 et 4 pour délimiter la fente 2. L'ex-pression "essentiellement tubulaire" se réfère ici à une configuration tubulaire, compte non tenu de la fente continue qui crée une ouverture dans la section transversale de la paroi, alors que la section transversale d'une paroi tubulaire au sens strict est fermée. Le tube plat 5 également représenté sur la figure 1 présente deux faces principales qui, sur la majeure partie de la longueur du tube, s'étendent sensiblement selon des plans parallèles dont la distance mutuelle, qui définit l'épaisseur du tube, est sensiblement égale à la largeur de la fente 2. De façon connue, les parois principales du tube sont reliées entre elles par des cloisons 6 délimitant des canaux longitudinaux 7 pour la circulation d'un fluide, notamment CO2. On voit également sur la figure 1 qu'une région d'extrémité 9 du tube 5 est tournée de 90 par torsion autour de l'axe longitudinal médian 8 du tube de telle manière que sa section transversale est orientée perpendiculairement aux plans précités des faces principa- les. Ainsi, lorsque la région d'extrémité 9 du tube est insérée dans la fente 2, lesdits plans sont perpendiculaires à l'axe longitudinal 10 de la boîte collectrice, c'est-à-dire perpendiculaires à la direction d'alignement des tubes, pour permettre de manière classique la circulation d'un fluide tel que de l'air à refroidir entre les tubes, perpendiculairement à l'axe 10. De manière classique également, les tubes 5 sont alignés en alternance avec des intercalaires ondulés 11, les crêtes d'ondulation de chaque interca- laire venant en contact alternativement avec les deux tubes adjacents à celui-ci. Selon l'invention, les régions d'extrémité 9 des tubes sont disposées de manière jointive dans la fente 2, la longueur de leur section transversale ayant été réduite par une opération de rétreinte réalisée avant l'insertion, de telle sorte que le pas d'alignement des tubes, qui est égal à la longueur de la section transversale des régions 9, est inférieur à la longueur initiale de la section transversale des tubes, qui subsiste sur la majeure partie de la longueur de ceux-ci. Le résultat de l'opération de rétreinte est montré sur la figure 2, lorsqu'elle est effectuée avant la torsion du tube. Elle peut également être effectuée après cette torsion. Si, au lieu d'une rétreinte, on réalise un évasement pour allonger la section transversale des régions d'extrémité des tubes, il en résultera au contraire un pas d'alignement des tubes supérieur à leur largeur. L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 6 à 8 diffère de celui décrit précédemment en ce que les régions d'extrémité 9 des tubes 5 ont conservé leur section transversale d'origine, une augmentation du pas d'alignement des tubes par rapport à leur largeur étant obtenue par le fait que les régions 9 sont écartées les unes des autres, les parties de la fente longitudinale continue de la paroi 1 non occupées par les régions 9 étant obturées par des bagues respectives 20 entourant la paroi 1. De manière classique, dans les échangeurs de chaleur décrits, l'étanchéité entre l'intérieur de la paroi 1 et des canaux 7 d'une part et l'extérieur d'autre part peut être assurée par la fusion d'un matériau de brasage recouvrant tout ou partie des surfaces de la paroi 1, des tubes 5 et le cas échéant des bagues 20, matériau de brasage qui sert également à la solidarisation mécanique de ces composants. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, au lieu d'une fente continue délimitée par des bords opposés d'une tôle roulée, la paroi essentiellement tubulaire peut présenter une fente obtenue par façon- nage d'une paroi tubulaire fermée, pouvant s'étendre sur une partie seulement de la longueur de la boîte collectrice, ou deux fentes ou plus s'étendant respectivement sur des parties différentes de la longueur de la boîte et recevant chacune les régions d'extrémité de plusieurs tubes. Par ailleurs, les bagues 20 peuvent être remplacées par des pièces rapportées n'entourant pas complètement la paroi 1. Revendications 1). Échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes plats (5) présentant chacun deux faces principales qui s'étendent sensiblement selon des plans sur la majeure partie de la longueur du tube, les tubes étant mutuellement alignés dans une direction longitudinale perpendiculaire auxdits plans et une région d'extrémité (9) de chacun d'eux étant déplacée par torsion pour s'étendre dans la direction longitudinale et s'engager dans une fente longitudinale (2), commune à plusieurs tubes, formée à travers la paroi (1) essentiellement tubulaire d'une boîte collectrice, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour établir un pas (P) d'alignement des tubes différent de la longueur de leur section transversale sur ladite majeure partie de leur longueur. 2). Échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel ladite fente (2) est commune à tous les tubes asso-20 ciés à une même boîte collectrice. 3). Échangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel ladite fente (2) s'étend sur toute la longueur de la boîte collectrice. 4). Échangeur de chaleur selon la revendication 3, dans lequel la boîte collectrice comprend une pièce en tôle (1) roulée sous une forme essentiellement tubulaire, dont deux bords opposés rectilignes (3, 4) viennent en regard l'un de l'autre en délimitant entre eux ladite fente (2). 5). Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites régions d'extrémité (9) sont disposées de manière jointive dans ladite fente et sont en outre déformées pour que la longueur de leur section transversale soit différente de la longueur de la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. 6). Échangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel lesdites régions d'extrémité (9) sont déformées par rétreinte pour présenter une section transversale moins longue que la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. 7). Échangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel lesdites régions d'extrémité sont déformées par évasement pour présenter une section transversale plus longue que la section transversale des tubes sur ladite majeure partie de leur longueur. 8). Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdites régions d'extrémité (9) sont écar- tées les unes des autres dans ladite fente (2), cette dernière étant obturée de manière étanche entre deux tubes consécutifs par une pièce rapportée (20). 9). Échangeur de chaleur selon la revendication 8, dans 20 lequel ladite pièce rapportée est une bague (20) entourant ladite paroi essentiellement tubulaire.