Brevet FR2887975A1 — publié le 20070105

RFR0215 Échangeur de chaleur à tubes plats résistant à la pression L'invention concerne un échangeur de chaleur utilisable notamment dans l'industrie automobile, comprenant une multiplicité de tubes plats présentant chacun deux faces principales qui s'étendent sensiblement selon des plans parallèles, mutuellement alignés dans une direction longitudinale perpendiculaire auxdits plans, une région d'extrémité de chaque tube s'engageant dans une fente transversale respective formée dans une paroi tubulaire d'une boîte collectrice. On utilise notamment dans l'industrie automobile des refroidisseurs de gaz dans lesquels circule un fluide réfrigérant travaillant à des pressions élevées tel que CO2. Dans une application typique, un tel refroidisseur doit résister à un essai d'éclatement à une pression de 34 MPa et une tempéra- ture de 165 C, nécessitant une épaisseur de paroi de 2,5 mm pour une boîte collectrice d'un diamètre intérieur de 7 mm. il n'est pas possible de réaliser par poinçonnage dans une telle boîte collectrice des fentes pour le passage de tubes dont la section transversale présente une longueur de 7 mm et une largeur de 1,65 mm. Ces fentes doivent donc être réalisées par perçage, ce qui implique des coûts de matière et de main d'oeuvre élevés. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. 30 L'invention vise notamment un échangeur de chaleur du genre défini en introduction, et prévoit que ladite paroi tubulaire comprend une première pièce en tôle présentant au moins une ouverture allongée dans la direction longitudinale, dont la largeur correspond à la longueur de la section transversale des tubes, traversée par ceux-ci, et au moins une pièce complémentaire obturant les régions de ladite ouverture qui ne sont pas occupées par les tubes. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Ladite ouverture est commune à tous les tubes associés à 5 une même boîte collectrice. - Ladite ouverture s'étend sur toute la longueur de la boîte collectrice. - La paroi tubulaire comprend une multiplicité de pièces complémentaires en forme de bagues entourant la première pièce et adjacentes chacune à deux tubes voisins. - La paroi tubulaire comprend une multiplicité de pièces complémentaires dont chacune obture la région de ladite ouverture comprise entre deux tubes voisins et recouvre la première pièce sur une partie du périmètre de la paroi tubulaire de part et d'autre de la largeur de l'ouverture. - La paroi tubulaire comprend au moins une pièce complémentaire en forme de peigne, chaque dent du peigne obturant la région de ladite ouverture comprise entre deux tubes voisins. - La ou chaque pièce complémentaire s'étend au total sur plus de la moitié du périmètre de la paroi tubulaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec réfé-30 rence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue partielle en élévation d'un premier mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue analogue à la figure 1, relative à un autre mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue partielle en perspective d'une pièce auxiliaire en forme de peigne qui fait partie de l'échangeur 10 de chaleur des figures 3 et 4. L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 1 et 2 comprend une rangée de tubes plats 1 mutuellement alignés dans une direction longitudinale (de gauche à droite sur la figure 1) pour la circulation d'un fluide, notamment de CO2. Chaque tube présente deux faces principales opposées 2, 3 situées sensiblement dans des plans perpendiculaires à la direction longitudinale. Une région d'extrémité 4 de chaque tube 1 s'engage dans une boîte collectrice à travers une fente respective formée dans une paroi tubulaire 5 allongée dans la direction longitudinale, délimitant la boîte à fluide. Selon l'invention, la paroi tubulaire 5 comprend une pre- mière pièce 6 en tôle roulée sous la forme d'un cylindre creux interrompu sur toute sa longueur par une ouverture 7 dont la largeur correspond à la longueur 1 de la section transversale des tubes 1, les tubes traversant l'ouverture 7. La pièce 6 est entourée étroitement par une multiplicité de bagues 8 en forme de cylindres droits creux s'étendant chacune entre deux tubes 1 voisins, chaque extrémité d'une bague 8 étant en contact avec une face principale 2 ou 3 d'un tube. Ainsi, chaque fente pour le passage d'un tube 1 est délimitée dans la direction longitudinale par les extré- mités de deux bagues voisines et dans la direction circonférentielle de la boîte collectrice par les bords de l'ouverture 7. De manière classique, des intercalaires ondulés 10 sont disposés entre les tubes 1 en contact thermique avec les faces 2, 3 de ceux-ci. De manière classique également, les composants de l'échangeur de chaleur sont mutuellement assemblés par brasage, le brasage assurant notamment l'étanchéité du passage des tubes à travers les fentes. L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 3 et 4 possède des tubes 1, une pièce principale 6 constitutive de la paroi tubulaire de la boîte collectrice et des intercalaires 10 semblables aux composants correspondants des figures 1 et 2. Les bagues 8 sont remplacées ici par une pièce unique 12 en forme de peigne, représentée séparément sur la figure 5, qui est incurvée en forme de partie de cylindre creux pour épouser la surface extérieure de la pièce 6. Les dents 13 du peigne 12 sont séparées les unes des autres par des encoches 14 dont la largeur correspond à la largeur de la section transversale des tubes 1, chaque encoche étant traversée par un tube. Chaque dent 13 recouvre la partie de l'ouverture 7 de la pièce 6 située entre deux tubes consécutifs, et se prolonge au-delà de l'ouverture 7 dans la direction circonférentielle, en recouvrant étroite-ment la pièce 6. Les dents 13 sont reliées entre elles, à l'opposé de leur extrémité libre 15, par une hampe longitu- dinale 16. Du bord longitudinal libre 17 de la hampe 16 aux extrémités libres 15 des dents 13, le peigne 12 s'étend sur une partie du périmètre de la pièce 6 supérieure à la moitié de celui-ci. Un troisième mode de réalisation de l'invention serait obtenu en prolongeant les encoches 14 jusqu'au bord libre 17 de la hampe 16, remplaçant ainsi le peigne 12 par une multiplicité de pièces séparées, qui diffèrent des bagues 8 des figures 1 et 2 en ce qu'elles recouvrent une partie du périmètre de la pièce 6 supérieure à la moitié de celui-ci, au lieu de la totalité du périmètre. La figure 4 illustre tout aussi bien un tel mode de réalisation, qui n'est pas autrement représenté. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, au lieu d'une ouverture continue délimitée par des bords opposés d'une tôle roulée, la première pièce de la paroi tubulaire peut présenter une ouverture obtenue par façonnage d'un cylindre creux, pouvant s'étendre sur une partie seulement de la longueur de la boîte collectrice, ou deux ouvertures 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. Revendications 1. Échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes plats (1) présentant chacun deux faces principales (2, 3) qui s'étendent sensiblement selon des plans parallèles, mutuellement alignés dans une direction longitudinale perpendiculaire auxdits plans, une région d'extrémité (4) de chaque tube s'engageant dans une fente transversale respective formée dans une paroi tubulaire (5) d'une boîte collec- trice, caractérisé en ce que ladite paroi tubulaire comprend une première pièce en tôle (6) présentant au moins une ouverture (7) allongée dans la direction longitudinale, dont la largeur correspond à la longueur de la section transversale des tubes, traversée par ceux-ci, et au moins une pièce complémentaire (8) obturant les régions de ladite ouverture qui ne sont pas occupées par les tubes. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel ladite ouverture (7) est commune à tous les tubes (1) 20 associés à une même boîte collectrice. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, dans lequel ladite ouverture (7) s'étend sur toute la longueur de la boîte collectrice. 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la paroi tubulaire (5) comprend une multiplicité de pièces complémentaires (8) en forme de bagues entourant la première pièce (6) et adjacentes chacune à deux tubes voisins. 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la paroi tubulaire comprend une multiplicité de pièces complémentaires dont chacune obture la région de ladite ouverture comprise entre deux tubes voisins et recouvre la première pièce sur une partie du périmètre de la paroi tubulaire de part et d'autre de la largeur de l'ouverture. 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la paroi tubulaire comprend au moins une pièce complémentaire (12) en forme de peigne, chaque dent (13) du peigne obturant la région de ladite ouverture (7) comprise entre deux tubes voisins. 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel la ou chaque pièce complémentaire (12) s'étend au total sur plus de la moitié du périmètre de la paroi tubulaire (5).