Brevet FR2947331A1 — publié le 20101231

RFR0528 Échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes avec au moins un tube inactif L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur 10 comprenant un faisceau de tubes disposé entre une première boîte collectrice et une seconde boîte collectrice, dans lequel chacune des boîtes collectrices comprend un collecteur et un couvercle assemblés entre eux avec insertion d'un joint d'étanchéité, ainsi qu'une cloison 15 transversale pour diviser la boîte collectrice en deux compartiments communiquant respectivement avec deux parties du faisceau de tubes, et dans lequel le faisceau comprend au moins un tube inactif qui n'est parcouru par aucun fluide et qui forme une barrière thermique entre les deux 20 parties du faisceau. Dans un échangeur de chaleur de ce type, les deux compartiments de chaque boîte collectrice sont respectivement en communication fluidique avec les deux 25 parties du faisceau de tubes, ce qui permet de définir deux circuits de fluide indépendants. En conséquence, de telles boîtes collectrices sont utilisées notamment dans des échangeurs de chaleur à flux 30 multiples, qui sont parcourus soit par au moins deux fluides différents, soit par un même fluide mais à des niveaux de température différents. Une application particulière est celle des radiateurs 35 parcourus par un même fluide, généralement le fluide de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, à deux 15 niveaux de température qualifiés respectivement de haute température et de basse température. La présence d'un ou de plusieurs tubes inactifs, encore appelés � tubes morts �, permet de réaliser une barrière thermique et de réduire les contraintes thermiques entre les deux parties du faisceau qui peuvent être soumises à des écarts de température importants. Différentes solutions ont déjà été proposées pour créer un ou plusieurs tubes inactifs dans un échangeur de chaleur du type précité. Une de ces solutions consiste à créer une double cloison transversale dans l'une au moins des deux boîtes collectrices pour former une chambre isolée dans laquelle débouchent un ou plusieurs tubes inactifs. Il en résulte que le ou les tubes inactifs se trouvent isolés de toute communication avec le fluide parcourant l'échangeur de chaleur. Toutefois, cette solution oblige à créer une boîte collectrice de structure plus complexe, par exemple en ayant deux cloisons transversales moulées avec le couvercle. Une autre solution, telle qu'enseignée par la publication FR 2 912 209, est de fermer l'une au moins des extrémités de chaque tube inactif (de préférence les deux extrémités) par un bouchon. Dans ces conditions, il n'est plus nécessaire de prévoir une double cloison dans chacune des boîtes collectrices. Cependant, cette solution connue oblige à mettre en place des bouchons, ce qui nécessite une opération supplémentaire lors de la fabrication de l'échangeur de chaleur. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le joint d'étanchéité de l'une au moins des deux boîtes collectrices comprend une partie d'obturation apte à fermer au moins partiellement l'extrémité de chaque tube inactif débouchant dans ladite boîte collectrice. Ainsi, l'invention tire partie de l'existence du joint d'étanchéité, dont la fonction normale est d'assurer une étanchéité entre le collecteur et le couvercle, pour lui faire jouer une fonction supplémentaire qui est d'obturer l'extrémité d'un ou de plusieurs tubes inactifs. Il suffit alors de modifier la conformation du joint d'étanchéité pour qu'il comporte une partie d'obturation aménagée pour fermer au moins partiellement l'extrémité d'un tube inactif. De ce fait, il n'est pas nécessaire de prévoir une opération supplémentaire pour réaliser l'obturation. Celle-ci s'effectuera au moment de l'assemblage du faisceau de tubes avec les boîtes collectrices correspondantes. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans la région de la partie d'obturation ; 35 - la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une boîte collectrice destinée à un échangeur de chaleur selon l'invention ;30 - la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un joint d'étanchéité muni d'une partie d'obturation ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une boîte collectrice au niveau de la cloison transversale ; - la figure 6 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur dans une autre forme de réalisation de la partie 10 d'obturation ; et - la figure 7 est une vue en perspective analogue à la figure 4, dans laquelle la partie d'obturation comprend des ouvertures pour permettre un écoulement partiel du fluide 15 dans le ou les tubes inactifs. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre schématiquement un échangeur de chaleur 10 selon l'invention comprenant deux boîtes collectrices 12 et 14 20 entre lesquelles est disposé un faisceau 16 composé de tubes plats 18 dont les extrémités 20 débouchent respectivement dans les deux boîtes collectrices 12 et 14. Le faisceau 16 comprend en outre des ailettes d'échange de chaleur réalisées ici sous la forme d'intercalaires 22 de 25 forme ondulée qui sont brasés entre des faces en regard des tubes 18. Toutefois, dans une variante de réalisation, non représentée, le faisceau pourrait comprendre des ailettes 30 traversées par les tubes et assemblées mécaniquement avec ces derniers. Les boîtes collectrices 12 et 14 sont généralement symétriques et sont munies chacune d'une cloison 35 transversale 24 pour diviser l'intérieur de la boîte collectrice 12 en deux compartiments C1 et C2 et la boîte collectrice 14 en deux compartiments D1 et D2. Les compartiments C1 et D1 communiquent avec une première partie P1 du faisceau et les compartiments C2 et D2 communiquent avec une deuxième partie P2 du faisceau ce qui permet de créer deux circuits de fluide indépendants comme représenté par les flèches F1 et F2. Lorsqu'on parle ici de deux circuits de fluide, il peut s'agir de deux fluides différents, ou bien de deux parties d'un même fluide. Les fluides F1 et F2 peuvent présenter entre eux un écart de 10 température important, comme c'est le cas dans les échangeurs à flux multiples tels que les radiateurs de type à haute température et basse température. Pour éviter un choc thermique, on prévoit une barrière 15 thermique constituée dans l'exemple par trois tubes inactifs 18i qui ne sont parcourus par aucun fluide ou bien seulement par un débit limité de fluide. Dans l'exemple représenté, ces trois tubes comprennent deux 20 tubes qui communiquent avec les compartiments C1 et D1 et un seul tube qui communique avec les compartiments C2 et D2. Il en résulte que l'échangeur comprend ici au moins deux tubes inactifs 18i situés respectivement des deux côtés de 25 la cloison transversale 24. En variante, on pourrait prévoir au moins un tube inactif situé seulement d'un côté de cette cloison transversale. Les extrémités des trois tubes inactifs 18i sont fermés, 30 dans chacune des boîtes collectrices 12 et 14 par une partie d'obturation 26 formant partie d'un joint d'étanchéité 28 (décrit plus loin) qui assure à chaque fois l'étanchéité entre deux composants de la boîte collectrice, à savoir un collecteur et un couvercle, comme on le verra 35 en détail plus loin. Cette partie d'obturation 16 est venue de moulage avec le joint d'étanchéité et est réalisée en une matière élastomère appropriée. Cette partie d'obturation, qui est formée d'une matière souple, est maintenue en appui à chaque fois contre les extrémités 20i des tubes inactifs 18i par au moins un organe d'appui 30 , ici trois organes d'appui 30 en forme de traverses Il est fait maintenant référence aux figures 2 et 3. La figure 2 montre un détail de l'échangeur de chaleur au niveau de la partie d'obturation 26 de la boîte collectrice 12, étant entendu que la boîte collectrice présente une configuration symétrique. La boîte collectrice 12 comprend un collecteur 32 muni de collets 34 débouchant à l'intérieur de la boîte collectrice et qui reçoivent les extrémités respectives 20 des tubes 18, y compris les extrémités 20i des tubes inactifs 18i. Les extrémités de ces tubes dépassent à chaque fois des collets. Le collecteur 32 est réalisé en matière métallique, avantageusement à base d'aluminium, et est serti sur un couvercle 36 réalisé en matière plastique, avantageusement en polyamide, et dont la structure apparaît mieux sur la figure 3. Dans l'exemple représenté, le collecteur 32 comporte un fond plat 38 dont sont issus les collets 34. Le couvercle 36 comporte une paroi 40 à section transversale en forme générale de U et est bordé par un pied périphérique 42 destiné à être serti par des pattes de sertissage 44 issues du collecteur 32, comme on le voit sur la coupe de la figure 5. Le couvercle 36 comprend une paroi transversale 24 (figures 2 et 3) dont le bord d'extrémité 46 est destiné à appuyer contre la partie d'obturation 26 dans une région comprise entre deux tubes inactifs. Sur la figure 3, on aperçoit également deux des organes d'appui 30 en forme de traverse, qui relient deux flancs opposés de la paroi 40. La structure de la partie d'obturation 26 sera mieux 5 comprise en référence à la figure 4. Le joint d'étanchéité 28 comprend un bourrelet continu 48 de contour sensiblement rectangulaire avec deux grands côtés 50 et deux petits côtés 52 (dont un seul est 10 représenté sur la figure), et cette partie d'obturation s'étend entre les deux grands côtés 50 du joint d'étanchéité. La partie d'obturation 26 est venue de moulage avec le 15 bourrelet 48, l'ensemble étant réalisé en une matière élastomère appropriée. La partie d'obturation 26 une languette généralement plane avec trois nervures en saillie 54 qui délimitent trois gorges respectives 56 (voir aussi la figure 2) pour recevoir à chaque fois l'extrémité 20i 20 d'un tube inactif 18i. Les gorges 56 ont une forme adaptée à celle des extrémités 20i des tubes inactifs pour former à chaque fois un capuchon d'obturation jouant le rôle d'un bouchon. 25 Le collecteur 32 et le couvercle 36 sont destinés à être assemblés mutuellement avec insertion du joint d'étanchéité 28. Le collecteur 32 comprend à cet effet une gorge périphérique 58 (figure 5) dans laquelle vient se loger le bourrelet 48 du joint d'étanchéité, et sur lequel vient 30 s'appuyer le pied périphérique 42 du couvercle. Lorsque les pattes de sertissage 44 sont repliées (figure 5), elles compriment le bourrelet 48 du joint d'étanchéité et assurent ainsi une étanchéité entre le collecteur et le 35 couvercle, d'une manière en soi connue. Lors de l'assemblage, la partie d'obturation 26 vient fermer les extrémités 20i des tubes inactifs 18i, sous l'effet des organes d'appui 30 du couvercle. Par ailleurs, le bord libre d'extrémité 46 de la cloison 24 vient prendre appui sur la partie d'obturation 26 dans la région comprise entre deux tubes inactifs, (comme on le voit sur les figures 2 et5). Dans l'exemple représenté, les joints d'étanchéité respectifs des deux boîtes collectrices comprennent une partie d'obturation 26, formant bouchon, ce qui permet d'obturer les deux extrémités 20i de chaque tube inactif 18i. Toutefois, dans une variante non représentée, seul le joint d'étanchéité de l'une des deux boîtes collectrices, par exemple celui de la boîte collectrice 12, peut comprendre une partie d'obturation. Cela permet alors d'obturer seulement une extrémité de chaque tube inactif, au lieu de deux extrémités. Dans la forme de réalisation représentée précédemment, le collecteur de chaque boîte collectrice comprend une gorge périphérique 58 pour loger le joint d'étanchéité, c'est-à-dire le bourrelet du joint. Il est possible aussi, en variante, de prévoir que le collecteur de chacune des boîtes collectrices soit généralement plan, c'est-à-dire que son fond soit réalisé plan, et dépourvu de gorge périphérique pour loger le joint d'étanchéité. Dans les formes de réalisation décrites précédemment, la 35 partie d'obturation obture à chaque fois complètement au moins une extrémité des tubes inactifs. Pour compléter et obtenir une meilleure obturation, il est possible, comme montré sur la figure 6, de prévoir que la partie d'obturation soit munie d'au moins une saillie 60 propre à pénétrer dans l'extrémité d'un tube inactif. Ainsi, dans l'exemple, la partie d'obturation comprend trois saillies 60 qui forment à chaque fois des reliefs en saillie dans chacune des gorges 56 de la partie d'obturation. Dans les exemples précédents, la partie d'obturation assure à chaque fois complètement la fermeture d'une extrémité de tubes ou de plusieurs extrémités de tubes. 15 Il est possible aussi, en variante, d'assurer une obturation partielle pour permettre un débit limité du fluide au travers du ou des tubes inactifs. Ainsi, comme le montre la figure 7, il est possible de 20 prévoir des ouvertures 62 aménagées dans l'épaisseur de la partie d'obturation au niveau de chacune des gorges 54 pour permettre un débit limité du fluide. Ces ouvertures seront réalisées sous la forme de trous 25 traversants de dimension calibrée pour permettre un débit partiel du fluide dans chacune des parties du faisceau. En limitant ainsi le débit du fluide, on diminue par là même l'écart de température entre les deux parties du 30 faisceau, dans la région des tubes inactifs formant barrière thermique. L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, en 35 particulier aux radiateurs de refroidissement parcourus par un même fluide, mais à deux niveaux de températures 10 différents, qualifiés respectivement de haute température et basse température. Revendications1. Échangeur de chaleur comprenant un faisceau (16) de tubes (18) disposé entre deux boîtes collectrices (12 ; 14) pour la circulation d'un fluide, chacune des boîtes collectrices comprenant un collecteur (32) et un couvercle (36) assemblés entre eux avec insertion d'un joint d'étanchéité (28), ainsi qu'une cloison transversale (24) pour diviser la boîte collectrice en deux compartiments (C1, C2 ; D1, D2) communiquant respectivement avec deux parties (P1, P2) du faisceau, et dans lequel le faisceau comprend au moins un tube inactif (18i) qui n'est parcouru par aucun fluide et qui forme une barrière thermique entre les deux parties du faisceau, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (28) de l'une au moins des deux boîtes collectrices (12 ; 14) comprend une partie d'obturation (26) apte à fermer au moins partiellement l'extrémité (20i) de chaque tube inactif (18i) débouchant dans la dite boîte collectrice. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les joints d'étanchéité (28) des deux boîtes collectrices (12 ; 14) comprennent chacun une partie d'obturation (26), ce qui permet de fermer les deux extrémités (20i) de chaque tube inactif (18i). 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (28) de l'une des deux boîtes collectrices (12 ; 14) comprend une partie d'obturation (26), ce qui permet de fermer une extrémité (20i) de chaque tube inactif (18i). 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 35 3, caractérisé en ce que la partie d'obturation (26) ferme complètement l'extrémité (20i) de chaque tube inactif 11(18i), ce qui permet d'interdire la circulation du fluide dans chaque tube inactif. 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie d'obturation (26) ferme partiellement l'extrémité (20i) de chaque tube inactif (18i), ce qui permet d'autoriser un écoulement limité du fluide dans chaque tube inactif. 10 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le joint d'étanchéité (28) comprend un bourrelet continu (48) de contour sensiblement rectangulaire avec deux grands côté (50) et deux petits côtés (52), caractérisé en ce que la partie d'obturation 15 (26) s'étend entre les deux grands côtés (50) du bourrelet. 7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie d'obturation (26) est venue de moulage avec le bourrelet (48). 20 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie d'obturation (26) comprend une languette généralement plane munie d'au moins une gorge (56) pour recevoir l'extrémité (20i) d'un tube 25 inactif (18i). 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la partie d'obturation (28) comprend au moins une saillie (60) propre à pénétrer dans 30 l'extrémité (20i) d'un tube inactif (18i). 10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le couvercle (36) comprend au moins un organe d'appui (30) pour solliciter la partie 35 d'obturation (26) en direction de l'extrémité (20i) de chaque tube inactif (18i) à obturer. 11. Échangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe d'appui (30) est une traverse reliant deux flancs opposés du couvercle (36) qui appuie sur la partie d'obturation (26) sur une région comprise entre les extrémités respectives de deux tubes du faisceau. 12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tube inactif (18i) situé d'un côté de la cloison transversale (24). 13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux tubes inactifs (18i) situés respectivement des deux côtés de la cloison transversale (24). 14. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le collecteur (32) de chacune des boîtes collectrices (12 ; 14) comprend une gorge périphérique (62) pour loger le joint d'étanchéité (28). 15. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le collecteur (32) de chacune des boîtes collectrices (12 ; 14) est généralement plan et dépourvu de gorge périphérique pour loger le joint d'étanchéité (28). 16. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le faisceau (16) comprend en outre des intercalaires (22) disposés entre les tubes (18) et brasés avec ces derniers. 17. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le faisceau (16) comprend enoutre des ailettes traversées par les tubes (18) et assemblées mécaniquement avec ces derniers.