Brevet FR2931543A1 — publié le 20091127

_L Module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur parcourus par un même fluide caloporteur L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de chaleur comprenant un échangeur de chaleur principal ayant un faisceau s'étendant entre deux boîtes collectrices et un échangeur de chaleur secondaire ayant un faisceau s'étendant entre deux boîtes collectrices, ainsi que des fixations interposées entre les boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur principal et de l'échangeur de chaleur secondaire, les deux échangeurs de chaleur étant aptes à être parcourus par un même fluide caloporteur. On connaît déjà des modules d'échange de chaleur de ce type qui sont généralement disposés dans la face avant d'un véhicule automobile, l'échangeur de chaleur principal étant habituellement fixé sur la structure du véhicule et l'échangeur de chaleur secondaire étant habituellement fixé sur l'échangeur de chaleur principal. Le plus souvent l'échangeur de chaleur principal est situé plus près de l'habitacle, alors que l'échangeur de chaleur secondaire est disposé plus près de la face avant. Ces deux échangeurs de chaleur peuvent constituer deux radiateurs dont l'un sert au refroidissement du moteur et l'autre au refroidissement d'un autre équipement, le fluide caloporteur étant alors de l'eau additionnée d'un antigel. Le plus souvent, le fluide caloporteur parcourt successivement l'échangeur de chaleur principal et l'échangeur de chaleur secondaire, et des connexions sont alors prévues entre les boîtes collectrices des deux échangeurs de chaleur pour permettre au fluide de passer d'un échangeur de chaleur à l'autre. Dans les solutions connues, ces connexions sont réalisées par des conduits rapportés qui non seulement compliquent la structure et génèrent de l'encombrement, mais sont aussi une source potentielle de fuites. 10 L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un nodule d'échange de chaleur du 15 type défini en introduction, dans lequel l'une au moins des fixations est un connecteur qui intègre une connexion fluidique pour assurer un passage direct du fluide caloporteur entre deux boîtes collectrices appartenant respectivement à l'échangeur de chaleur principal et 20 l'échangeur de chaleur secondaire. Ainsi, ce connecteur participe non seulement à la fixation mécanique des deux échangeurs de chaleur entre eux, mais il permet aussi d'assurer une connexion fluidique par un 25 passage direct du fluide caloporteur entre deux boîtes collectrices, ce qui évite d'utiliser un conduit externe. Dans le mode de réalisation le plus simple, un seul connecteur est prévu pour assurer ce passage de fluide d'un 30 échangeur de chaleur à un autre, généralement de l'échangeur de chaleur principal à l'échangeur de chaleur secondaire. Cependant, il entre aussi dans le cas de l'invention de prévoir plusieurs connecteurs, en5 particulier si le fluide caloporteur doit passer par exemple de l'échangeur de chaleur principal à l'échangeur de chaleur secondaire puis à nouveau de l'échangeur de chaleur secondaire à l'échangeur de chaleur principal. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le connecteur est disposé entre une face latérale d'une boîte collectrice de l'échangeur de chaleur principal et une face choisie, encore appelée face disponible, d'une boîte collectrice de l'échangeur de chaleur secondaire, cette face choisie étant située proche de la face latérale. Cette face choisie peut être une face de fond, une face d'extrémité ou une face latérale. L'invention s'applique avant tout au cas où la boîte collectrice de l'échangeur de chaleur principal est en matière plastique et celle de l'échangeur de chaleur secondaire est en matière métallique, ou encore au cas où les deux boîtes collectrices sont en matière métallique. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux c.essins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un module d'échange de chaleur illustrant le principe général de l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un module d'échange de chaleur de la figure 1 dans lequel le connecteur est disposé dans un autre emplacement que dans la figure 1 ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 dans lequel le connecteur est disposé dan un autre emplacement ; - les figures 4 et 5 sont deux vues en perspective 5 différentes d'un connecteur dans une autre forme de réalisation de l'invention ; - les figures 6 et 7 sont deux vues partielles en perspective différentes d'un module d'échange de chaleur 10 comprenant un connecteur selon les figures 4 et 5 ; - la figure 8 est une vue de dessus d'un autre module d'échange de chaleur dans lequel le connecteur est disposé entre deux faces latérales en vis-à-vis de deux boîtes 15 collectrices respectives des échangeurs de chaleur du module ; - la figure 9 est une vue à échelle agrandie des deux boîtes collectrices en vis-à-vis du module de la figure 8 ; 20 et - la figure 10 est une vue en perspective partielle de l'un des échangeurs du module de la figure 8 montrant un détail d'un bossage du connecteur. 25 On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un module d'échange de chaleur, désigné par la référence 10, constitué d'un échangeur de chaleur principal 12 et d'un échangeur de chaleur secondaire 14. Dans l'exemple, ce 30 module est destiné à être implanté dans la face avant d'un véhicule, l'échangeur de chaleur 12 étant situé plus près de l'habitacle et l'échangeur de chaleur 14 étant situé vers l'avant. Dans cet exemple de réalisation, les deux échangeurs 12 et 14 constituent avantageusement deux radiateurs de refroidissement parcourus par un même fluide caloporteur, en l'espèce un fluide de refroidissement constitué avantageusement d'eau additionnée d'un antigel. De préférence l'échangeur 12 est conçu pour être fixé à la structure du véhicule, tandis que l'échangeur 14 est conçu 10 pour être fixé à l'échangeur 12. L'échangeur 12 comprend un faisceau 16 s'étendant entre deux boîtes collectrices 18 et 20, et l'échangeur 14 comprend un faisceau 22 s'étendant entre deux boîtes 15 collectrices 24 et 26. Dans l'exemple de réalisation, les boîtes collectrices 18, 20, 24 et 26 sont implantées verticalement, la boîte collectrice 24 étant fixée sur la boîte collectrice 18 par 20 deux fixations 28 et 30, la boîte collectrice 26 étant fixée sur la boîte collectrice 20 par deux fixations 32 et 34. Les fixations 28, 30, 32 et 34 servent à fixer mécaniquement l'échangeur 14 sur l'échangeur 12. 25 La fixation 32 constitue ici un connecteur fluidique pour assurer un passage direct du fluide caloporteur de la boîte collectrice 20 à la boîte collectrice 26. Ainsi cette fixation 32 assure une double fonction : fixation mécanique et passage fluidique. 30 La boîte collectrice 18 est munie en partie supérieure d'une tubulure d'entrée 36 tandis que la boîte collectrice 24 est munie en partie inférieure d'une tubulure de sortie 38, les tubulures 36 et 38 étant orientées vers l'arrière du véhicule. Dans l'exemple représenté, les deux faisceaux 16 et 22 ont des tubes horizontaux (non visibles sur le dessin) et permettent une circulation en. une seule passe (circulation en I) du fluide caloporteur d'une boîte collectrice à une autre. Le fluide caloporteur pénètre dans la boîte collectrice 18 par la tubulure 36 (flèche F1). Il parcourt ensuite le faisceau 12 comme représenté par la flèche F2 pour gagner la boîte collectrice 20. Ensuite, une partie du fluide caloporteur gagne la boîte collectrice 26 par le connecteur 32 (flèche F3) et parcourt le faisceau 22 comme représenté par la flèche F4. Cette partie du fluide caloporteur gagne ainsi la boîte collectrice 24 et quitte cette dernière par la tubulure 38 comme montré par la flèche F5. L'autre partie du fluide caloporteur sort directement par la première sortie du faisceau 12. Comme on peut le voir sur la figure 1, les boîtes collectrices 24 et 26 sont plus compactes que les boîtes collectrices 18 et 20. Autrement dit, la boîte collectrice 18 dépasse de la boîte collectrice 24 dans au moins une direction pour faciliter la mise en place des fixations 28 et 30. De même, la boîte collectrice 20 dépasse de la boîte collectrice 26 dans au moins une direction pour faciliter la mise en place du connecteur 32 et de la fixation 34. Cependant, comme on le verra plus loin, cette particularité n'est pas indispensable dans certains modes de réalisation de l'invention. On se réfère maintenant à la. figure 2 qui montre un autre emplacement possible du connecteur 32, à savoir entre les boîtes collectrices 18 et 24. Il peut s'agir du connecteur 32 assurant à la fois une fixation mécanique et un passage de fluide ou bien d'une fixation purement mécanique comme la fixation 28 de la figure 1. Dans l'exemple de la figure 2, la boîte collectrice 18 présente un profil général en U. Elle comporte une face de fond 40 et deux faces latérales 42 et 44. De même, la boîte collectrice 24 présente un profil en U et comprend une face de fond 46 et deux faces latérales opposées 48 et 50. La face latérale 48 est adossée contre la face latérale 44, cette dernière dépassant de la face latérale 48 dans au moins deux directions, à savoir une direction horizontale et une direction verticale. Autrement dit, la boîte collectrice 24 est moins encombrante que la boîte collectrice 18. Les boîtes collectrices 20 et 26 ont des structures analogues et ne sont donc pas décrites en détail à des fins de simplification. La fixation 18 ou 32 est disposée entre la face latérale 44 de la boite collectrice 18 et une face choisie, ou face disponible, de la boîte collectrice 24. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, cette face choisie est la face de fond 46, si bien que le connecteur 32 sensiblement dans l'axe que définit le faisceau 22 de l'échangeur de chaleur secondaire 14. Cet axe correspond à la direction des tubes du faisceau qui est horizontale dans le cas présent. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, cette face choisie est une face d'extrémité 52 qui, ici, est en extrémité supérieure de la boîte collectrice 24 mais qui pourrait aussi bien être en partie inférieure. Le connecteur 32 est ai:Zsi disposé sensiblement transversalement à l'axe que définit le faisceau 22. Les modes de réalisation des figures 1 à 3 peuvent s'appliquer à des boîtes collectrices de structures différentes et formées avec des matières différentes. On se réfère maintenant aux figures 4 et 5 qui montrent un connecteur 54 comprenant une embase 56 formant cloison d'extrémité pour assurer la fermeture d'une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur secondaire. Cette embase a une forme générale rectangulaire et elle est solidaire d'un boîtier cylindrique 58 ayant une face fermée 60 et une face ouverte 62 opposée pour la réception par emmanchement ou emboîtement d'une tubulure 64 issue de la boite collectrice 18 de l'échangeur de chaleur principal. Une ouverture circulaire 66 est aménagée au travers de l'embase pour déboucher dans le boîtier cylindrique et assurer une communication fluidique. Dans l'exemple, l'axe du logement que définit le boîtier cylindrique 54 est généralement perpendiculaire à l'axe que définit l'ouverture 66. Comme on le voit sur les figures 6 et 7, l'embase 56 est destinée à fermer la face d'extrémité de la boîte collectrice 24. Dans l'exemple, cette face d'extrémité est située en partie inférieure de la boîte collectrice 24, mais elle pourrait aussi se trouver en partie inférieure. L'embase 56 présente une épaisseur suffisante pour pouvoir être introduite par emmanchement à l'intérieur du profil que définit la boîte collectrice 24. Dans l'exemple montré aux figures 6 et 7, la boîte collectrice 18 de l'échangeur de chaleur principal est réalisée en matière plastique et la tubulure 64 est venue de moulage avec cette boîte collectrice. En revanche, la boîte collectrice 24 est réalisée en une matière métallique, avantageusement en alliage à base d'aluminium. Le connecteur 54 est également réalisé en matière métallique, avantageusement aussi en alliage d'aluminium. Ceci permet de fixer le connecteur 54 par brasage de l'embase 56 à l'extrémité de la boîte collectrice 24, ici à l'extrémité inférieure. Cette embase forme ainsi un cloison ou une paroi d'extrémité assurant la fermeture de la boîte collectrice. La tubulure 64 est emmanchée dans le boîtier cylindrique 58 avec interposition de moyens d'étanchéité, par exemple un joint torique (non représenté). Comme on le voit sur les figures 6 et , des moyens de retenue sont interposés entre la boîte collectrice 18 de l'échangeur de chaleur principal et la boîte collectrice 24 de l'échangeur de chaleur secondaire pour empêcher la tubulure 64 de se déboîter du boîtier cylindrique 58. Dans l'exemple, ces moyens de retenue comprennent une patte 68 issue de la boîte collectrice 18 et coopérant avec une bride 70 issue de la boîte collectrice 24. La patte 68 est introduite dans une fente 72 de la bride de réception 70 et est retenue par un ergot 74 formé à l'extrémité de la patte 68 et formant organe anti-retour. Dans l'exemple de réalisation des figures 8 à 10, les deux échangeurs de chaleur sont réalisés par brasage à partir de composants métalliques. Il en résulte que les boîtes collectrices 18 et 24 sont également formées en matière métallique. Dans l'exemple, la face choisie de la boîte collectrice 24 de l'échangeur secondaire 14 est une face latérale 48 disposée en vis-à-vis de la face latérale 44 de la boîte collectrice 18 de l'échangeur principal 12. Il en résulte que les faces latérales respectives 44 et 48 sont disposées en vis-à-vis, comme on le voit sur la figure 8 et aussi sur le détail à échelle agrandie de la figure 9. Dans l'exemple de réalisation, la boîte collectrice 18 est plus encombrante que la boîte collectrice 24, mais ceci ne constitue pas une obligation du fait que la connexion fluidique s'effectue entre deux faces latérales en vis-à-vis. En effet, le connecteur est formé par la jonction étanche de deux bossages 76 et 78 délimitant des ouvertures de communication respectives, encore appelées des lumières. La figure 10 montre le bossage 76 avec son ouverture 80 ou 82 (figure 8). Dans l'exemple, les bossages ont une forme généralement ovale et les ouvertures respectives, en particulier l'ouverture 80, ont une forme ovale homologue comme on le voit en particulier sur la figure 10. Les deux bossages ont des pourtours plans homologues réunis entre eux de façon étanche, dans l'exemple par brasage. En effet, comme les deux échangeurs de chaleur sont réalisés en une matière métallique, avantageusement en alliage d'aluminium, un brasage direct des deux bossages est possible. À l'autre extrémité de l'échangeur de chaleur, les boîtes collectrices 20 et 26 sont fixées entre elles par une ou plusieurs attaches métalliques 82 qui sont avantageusement brasées sur les deux boîtes collectrices. Dans le mode de réalisation des figures 7 à 10 l'ensemble des composants du module peut être brasé en une seule opération par passage dans un four de brasage. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Dans la forme de réalisation la plus simple, un seul connecteur est prévu pour assurer la communication de fluide entre une boîte collectrice de l'échangeur de chaleur principal et une boîte collectrice de l'échangeur de chaleur secondaire. Cependant, il est possible de prévoir plus d'un connecteur fluidique dans le cas où la circulation du fluide est plus complexe dans les échangeurs de chaleur ou dans le cas par exemple où le fluide doit passer successivement de l'échangeur de chaleur principal à l'échangeur de chaleur secondaire, puis de ce dernier à l'échangeur de chaleur principal. La conformation des boîtes collectrices respectives des deux échangeurs peut subir de nombreuses modifications. L'implantation des fixations et en particulier des connecteurs dépend avant tout de considérations géométriques. Comme déjà indiqué, il est préférable mais non obligatoire que la boîte collectrice de l'échangeur de chaleur principal dépasse dans au moins une direction de celle de l'échangeur de chaleur seccndaire. Pour des raisons de commodité, on a parlé de la fixation des boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur principal sur celles de l'échangeur de chaleur secondaire, mais il peut s'agir aussi d'une situation inverse. L'invention s'applique aussi à des modules comprenant plus de deux échangeurs de chaleur, par exemple trois échangeurs de chaleur, parcourus par un même fluide caloporteur. Revendications1. Module d'échange de chaleur comprenant un échangeur de chaleur principal (12) ayant un faisceau (16) s'étendant entre deux boîtes collectrices (18, 20) et un échangeur de chaleur secondaire (14) ayant un faisceau (22) s'étendant entre deux boîtes collectrices (24, 26), ainsi que des fixations interposées entre les boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur principal et de l'échangeur de chaleur secondaire, les deux échangeurs de chaleur étant aptes à être parcourus par un même fluide caloporteur, caractérisé en ce que l'une au moins des fixations (28, 30, 32, 34 ; 54 ; 76, 78) est un connecteur (32 ; 54 ; 76, 78) qui intègre une connexion fluidique pour assurer un passage direct du fluide caloporteur entre deux boîtes collectrices (18, 24 ; 20, 26) appartenant: respectivement à l'échangeur de chaleur principal (12) et l'échangeur de chaleur secondaire (14). 2. Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le connecteur (32) est disposé entre une face latérale (44) d'une boîte collectrice (18 ; 20) de l'échangeur de chaleur principal (12) et une face choisie (46 ; 52 ; 44) d'une boîte collectrice (24 ; 26) de l'échangeur de chaleur secondaire (14), ladite face choisie étant située proche de la face latérale (44). 3. Module d'échange de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face choisie est une face de fond (46), le connecteur (32) étant ainsi disposé sensiblement dans l'axe que définit le faisceau (22) de l'échangeur de chaleur secondaire (14). 13 2931543 1.4 4. Module d'échange de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face choisie est une face d'extrémité (52), le connecteur (32) étant ainsi disposé sensiblement transversalement à l'axe que définit le 5 faisceau (22) de l'échangeur de chaleur secondaire (14). 5. Module d'échange de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le connecteur (54) comprend une embase (56) formant cloison d'extrémité pour assurer la 10 fermeture de la boîte collectrice (24 ; 26) de l'échangeur de chaleur secondaire (14). 6. Module d'échange de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'embase (56) est solidaire d'un 15 boîtier cylindrique (58) ayant une face fermée (60) et une face ouverte (62) pour la réception par emmanchement d'une tubulure (64) issue de la boîte collectrice (18 ; 20) de l'échangeur de chaleur principal (12), et en ce qu'une ouverture (66) est aménagée au travers de l'embase (56) 20 pour déboucher dans le boîtier cylindrique et assurer une communication fluidique. 7. Module d'échange de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens de retenue (68 ; 70) sont 25 interposés entre la boîte collectrice (18 ; 20) de l'échangeur de chaleur principal (12) et la boîte collectrice (24 ; 26) de l'échangeur de chaleur secondaire (14) pour empêcher la tubulure (64) de se déboîter du boîtier cylindrique (58). 30 8. Module d'échange de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de retenue comprennent une patte (68) issue de la boîte collectrice (18) de 2931543 1.5 l'échangeur de chaleur principal (12) et coopérant avec une bride de réception (70) issue de la boîte collectrice (24) de l'échangeur de chaleur secondaire (14). 5 9. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la boîte collectrice (18 ; 20) de l'échangeur de chaleur principal (12) est en matière plastique, tandis que la boîte collectrice (24 ; 26) de l'échangeur de chaleur secondaire 10 (14) est en matière métallique. 10. Module d'échange de chaleur selon les revendications 5 et 9, prises en combinaison, caractérisé en ce que le connecteur (54) est en matière métallique et brasé par son 15 embase (56) sur la boîte collectrice (24) de l'échangeur de chaleur secondaire (14). 11. Module d'échange de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face choisie est une face latérale 20 (48) disposée en vis-à-vis de la face latérale (44) de la boîte collectrice (18) de l'échangeur de chaleur principal (12). 12. Module d'échange de chaleur selon la revendication 11, 25 caractérisé en ce que le connecteur est formé par la jonction étanche de deux bossages (76, 78) issus respectivement des deux faces latérales (44 ; 48) en vis-à-vis et présentant chacun des pourtours plans homologues entourant une ouverture de communication (80). 30 13. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que la boîte collectrice (18 ; 20) de l'échangeur de chaleur principal 2931543 1.6 (12) et la boîte collectrice (24) de l'échangeur de chaleur secondaire (24 ; 26) sont en matière métallique. 14. Module d'échange de chaleur selon les revendications 11 5 et 12, prises en combinaison, caractérisé en ce que les deux bossages (76, 78) sont brasés entre eux. 15. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la boîte 10 collectrice (18 ; 20) de l'échangeur de chaleur principal (12) dépasse de la boîte collectrice (24 ; 26) de l'échangeur de chaleur secondaire (14) dans au moins une direction pour faciliter la mise en place des fixations.