Brevet FR2958390A1 — publié le 20111007

RFRO570 Module d'échange de chaleur comprenant un échangeur de chaleur à boîtes collectrices tubulaires L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de 10 chaleur comprenant un premier échangeur de chaleur à boîtes collectrices moulées et un deuxième échangeur de chaleur à boîtes collectrices tubulaires, dans lequel les boîtes collectrices du premier échangeur de chaleur sont fixées aux boîtes collectrices du deuxième échangeur de chaleur. 15 Un tel module d'échange de chaleur est habituellement placé en face avant d'un véhicule automobile pour être balayé par un flux d'air extérieur sous l'effet de la vitesse du véhicule et/ou d'un groupe moto-ventilateur associé. 20 Un exemple typique d'un tel module est celui dans lequel le premier échangeur de chaleur est un radiateur de refroidissement du moteur du véhicule et le deuxième échangeur de chaleur est un condenseur ou un 25 condenseur/évaporateur pour un circuit de climatisation du véhicule. Dans cet exemple, le deuxième échangeur de chaleur comprend habituellement deux boîtes collectrices tubulaires 30 opposées placées dans une position sensiblement verticale et un faisceau de tubes disposés dans une position sensiblement horizontale. 15 Ce deuxième échangeur de chaleur formant condenseur est alors monté dans une boucle de circulation d'un fluide frigorigène. Cette boucle comprend en outre un autre échangeur de chaleur formant évaporateur, situé dans l'habitacle, et propre à être traversé par un flux d'air pour le refroidir avant de l'envoyer dans l'habitacle du véhicule automobile. Cependant une telle boucle de circulation peut être amenée aussi à fonctionner dans un mode de chauffage ou de pompe à chaleur, le deuxième échangeur de chaleur de la face avant fonctionnant alors comme un évaporateur et l'autre échangeur de chaleur, situé dans l'habitacle, fonctionnant comme un condenseur pour permettre de réchauffer l'air à envoyer dans l'habitacle. Ce fonctionnement en mode de chauffage ou pompe à chaleur trouve un intérêt particulier dans le cas des véhicules à moteurs électriques du fait que ces moteurs dissipent peu de chaleur susceptible d'être récupérée pour le chauffage de l'habitacle. Comme le condenseur de la face avant peut fonctionner aussi comme un évaporateur, il est de ce fait exposé à des problèmes de givrage. Or, il a été constaté que ces problèmes pouvaient être surmontés en plaçant les tubes du condenseur/évaporateur dans une position sensiblement verticale et les boîtes collectrices dans une position sensiblement horizontale. Une telle disposition est inhabituelle car l'échangeur de chaleur de face avant destiné à fonctionner comme un condenseur est classiquement placé avec une disposition inverse, à savoir les tubes horizontaux et les boîtes collectrices verticales. Il en résulte des problèmes de montage et d'assemblage des 5 deux échangeurs de chaleur pour former le module. Les solutions connues pour l'assemblage de modules du type cité plus haut font souvent appel à un clipsage ou encliquetage du deuxième échangeur de chaleur sur le 10 premier échangeur de chaleur, qui est en plus réalisé en aveugle et est donc délicat à mettre en oeuvre. Ces solutions connues font aussi appel à des pattes ou des clips sur les deux échangeurs de chaleur, ce qui complique 15 leur fabrication et leur assemblage. De plus ces solutions connues ne sont plus adaptées au cas des nouveaux modules d'échange de chaleur visés plus haut. 20 L'invention vise de manière générale à améliorer la fixation du premier échangeur de chaleur et du deuxième échangeur de chaleur dans un module du type précité. Elle vise plus particulièrement à améliorer une telle 25 fixation dans le cas où les boîtes collectrices tubulaires du deuxième échangeur de chaleur sont horizontales. L'invention propose à cet effet un module d'échange de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le 30 premier échangeur de chaleur comprend deux supports espacés et alignés, venus de moulage avec l'une au moins de ses boîtes collectrices, de manière à fournir deux logements ouverts propres à recevoir respectivement deux extrémités opposées d'une première boîte collectrice du deuxième échangeur de chaleur, et dans lequel le premier échangeur de chaleur comprend en outre des organes de maintien sur l'une au moins de ses boîtes collectrices pour assurer le maintien d'une deuxième boîte collectrice du deuxième échangeur de chaleur dans une position où les extrémités opposées de la première boîte collectrice sont reçues dans leurs logements ouverts respectifs. Les deux supports du premier échangeur de chaleur procurent ainsi deux appuis de positionnement et de référence pour les extrémités d'une des boîtes collectrices du deuxième échangeur de chaleur. Comme ces deux supports fournissent deux logements ouverts pour recevoir les extrémités opposées de cette boîte collectrice, la mise en place de cette dernière s'effectue de manière particulièrement simple par emboîtement. Les organes de maintien du premier échangeur de chaleur permettent alors d'assurer un maintien en position du deuxième échangeur de chaleur par rapport au premier échangeur de chaleur dans une position bien définie. Les deux supports précités peuvent être venus de moulage 25 soit avec une seule boîte collectrice, soit avec deux boîtes collectrices du premier échangeur de chaleur. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ces deux supports sont venus de moulage avec respectivement une 30 première boîte collectrice et une deuxième boîte collectrice du premier échangeur de chaleur, et les organes de maintien sont également disposés sur la première boîte collectrice et la deuxième boîte collectrice du premier échangeur de chaleur, en sorte que les boîtes collectrices du deuxième échangeur de chaleur s'étendent dans une direction sensiblement orthogonale aux boîtes collectrices du premier échangeur de chaleur. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les boîtes collectrices du premier échangeur de chaleur s'étendent dans une direction générale verticale, tandis que les boîtes collectrices du deuxième échangeur de chaleur s'étendent dans une direction générale horizontale. En ce cas, les deux supports du premier échangeur de chaleur doivent être alignés dans une position sensiblement horizontale pour assurer le positionnement et la mise en référence du deuxième échangeur de chaleur. Dans cette forme de réalisation préférée, les deux supports et les deux organes de maintien sont avantageusement disposés respectivement en partie supérieure et en partie inférieure du premier échangeur de chaleur. Il en résulte que la première boîte collectrice du deuxième échangeur de chaleur se trouve placée en position supérieure, c'est-à-dire au-dessus de la deuxième boîte collectrice. 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 partielle en perspective d'une partie d'un module d'échange de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'une autre partie du module d'échange de chaleur de la figure 1 ;30 la figure 3 est une autre vue en perspective correspondant à la figure 1 ; - la figure 4 est une autre vue partielle en perspective du module d'échange de chaleur des figures 1 et 2 ; la figure 5 est une autre vue en perspective correspondant à la figure 4, le deuxième échangeur de 10 chaleur étant omis ; - la figure 6 est une vue de plan d'un organe de verrouillage réalisé sous la forme d'un cavalier ; et 15 - la figure 7 est une vue en plan d'un autre organe de verrouillage réalisé sous la forme d'une pince de clipsage. On se réfère d'abord conjointement aux figures 1 et 2 qui montrent respectivement une partie gauche et une partie 20 droite d'un module d'échange de chaleur désigné dans son ensemble par la référence 10. Le module 10 comprend un premier échangeur de chaleur 12 et un deuxième échangeur de chaleur 14 disposés respectivement 25 vers l'arrière et vers l'avant du dessin. L'échangeur de chaleur 12 comprend un faisceau de tubes 16 intercalés entre deux boîtes collectrices moulées en matière plastique, à savoir une boîte collectrice 18 du 30 côté gauche (figure 1) et une boîte collectrice 20 du côté droit (figure 2). Ces deux boîtes collectrices sont venues de moulage en une matière plastique appropriée et reliées au faisceau 16 par l'intermédiaire respectivement de deux plaques collectrices 22 et 24 d'une manière en soit connue. Ces deux plaques collectrices sont reliées respectivement aux boîtes collectrices 18 et 20 par sertissage ou autre moyen analogue bien connu dans la technique. Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, les boîtes collectrices 18 et 20 du premier échangeur de chaleur 12 s'étendent dans une direction générale verticale. Les tubes du faisceau 16 s'étendent dans une direction générale horizontale. L'échangeur de chaleur 12 peut être réalisé par exemple sous la forme d'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Le deuxième échangeur de chaleur 14 comprend un faisceau de tubes 26 s'étendant entre une première boîte collectrice tubulaire 28 placée en partie supérieure (figures 1 et 2) et une deuxième boîte collectrice 30 placée en partie inférieure (figure 4). Les boîtes collectrices 28 et 30 ont ici une section transversale sensiblement circulaire. Les boîtes collectrices 28 et 30 s'étendent dans une direction générale horizontale, et les tubes du faisceau 26 s'étendant dans une direction généralement verticale. Les notions de "direction horizontale" et de "direction verticale" s'entendent ici de la position d'utilisation normale du module d'échangeur de chaleur sur un véhicule automobile. L'échangeur de chaleur 14 peut être réalisé, par exemple, sous la forme d'un condenseur ou d'un condenseur/évaporateur d'un système de climatisation du véhicule. Il est avantageusement formé de composants à base d'aluminium brasés entre eux en une seule opération. Dans cet exemple, l'échangeur 14 est raccordé à une boucle de circulation d'un fluide frigorigène de manière en soi connu. Le module 10 est alors destiné à être placé en fac e avant du véhicule automobile pour être balayé par un flux d'air sous l'action de la vitesse du véhicule et/ou d'un groupe moto-ventilateur (non représenté). Dans la position normale d'utilisation, les deux faisceaux 16 et 26 s'étendent dans des plans généralement verticaux et parallèles, le flux d'air traversant successivement le faisceau 26 et le faisceau 16. L'échangeur de chaleur 12 comprend deux supports 32 et 34 (figures 1 et 2) venus de moulage avec respectivement les boîtes collectrices 18 et 20. Ces deux supports sont espacés et alignés, ici dans une direction générale horizontale. Les deux supports définissent deux logements ouverts vers le haut et propres à recevoir respectivement deux extrémités opposées 36 et 38 de la boîte collectrice tubulaire 28 de l'échangeur de chaleur 14. Ces deux extrémités sont réalisées en tant que des prolongements tubulaires qui s'étendent de part et d'autre du faisceau de tubes 26. Les deux supports 32 et 34 de l'échangeur de chaleur 12 délimitent chacun une gorge en U de longueur axiale limitée, par exemple de l'ordre de 10 à 20 mm, pour recevoir respectivement les prolongements tubulaires 36 et 38 précités. Ces deux gorges en U sont ici ouvertes vers le haut pour permettre un emboîtement des extrémités 36 et 38 de la boîte collectrice 28 par un mouvement vertical descendant. La gorge en U de l'un au moins des deux supports 32 et 34, ici celle du support 32, est fermée par une paroi de butée 40 qui s'étend transversalement à la gorge (figure 1 et 3). Ces deux supports permettent ainsi un positionnement et une mise en référence de la boîte collectrice 28. Par ailleurs, et comme on peut le voir sur la figure 3, le support 32 de l'échangeur de chaleur 12 comporte un ergot de positionnement 42 formé en saillie dans le fond de la gorge en U et propre à s'engager dans un évidement (non représenté) formé dans l'extrémité 36 de la boîte collectrice 28. Cet ergot 42 permet de garantir la position de la boîte collectrice 28 dans la direction de la flèche F1 (figure 3), c'est-à-dire dans la direction axiale de cette boîte collectrice. L'ergot 42 garantit également une anti- rotation de la boîte collectrice 28 dans les supports 32 et 34. Les deux supports 32 et 34 garantissent ainsi le positionnement et la mise en référence de la boîte collectrice 28 qui, dans l'exemple, est placée en partie supérieure. La boîte collectrice 30 placée en partie inférieure (figure 4) est maintenue par deux organes de maintien également venus de moulage avec les boîtes collectrices 18 et 20, en partie inférieure de ces derniers. Seul l'un des deux organes de maintien, à savoir l'organe de maintien 44 de la boîte collectrice 20, est représenté sur la figure 4. Un autre organe de maintien analogue est30 prévu sur la boîte collectrice 18 mais n'est pas représenté ici. Les organes de maintien ont pour fonction d'assurer le maintien de la deuxième boîte collectrice 30 dans une position où les extrémités 36 et 38 de la boîte collectrice 28 sont maintenues dans leurs logements ouverts respectifs, c'est-à-dire dans les supports 32 et 34. Les organes de maintien 44 sont aménagés pour entourer au moins en partie les extrémités 46 de la deuxième boîte collectrice tubulaire 30. Comme pour la boîte collectrice 28, les extrémités 46 sont également réalisées sous la forme de prolongements tubulaires qui s'étendent de part et d'autre du faisceau 26 sur une longueur suffisante pour pouvoir être reçues dans les organes de maintien 44. Ces derniers délimitent chacun une gorge en U ouverte dans la même direction que les gorges en U des supports 32 et 34, c'est-à-dire vers le haut. Cette gorge en U est fermée transversalement par une paroi de butée 48 comme montré à la figure 4. Les deux organes de maintien 44 permettent d'empêcher le déplacement du deuxième échangeur 14 suivant les flèches F2 montrées à la figure 5, c'est-à-dire dans un direction horizontale généralement perpendiculaire au plan du faisceau 16. Ainsi, l'échangeur de chaleur 14 peut être facilement mis en place par un mouvement de translation dans lequel les extrémités de la boîte collectrice 28 sont reçues respectivement dans les supports 32 et 34, tandis que les extrémités de la boîte collectrice 30 sont reçues respectivement dans les organes de maintien 44. Une fois les deux échangeurs de chaleur 12 et 14 mis en position, il est préférable d'assurer leur verrouillage pour éviter tout déplacement intempestif mutuel. Ce verrouillage pourrait être assuré aussi par les organes de maintien 44. On préfère cependant utiliser des moyens de verrouillage séparés. 10 Ces moyens de verrouillage comprennent avantageusement au moins un organe de serrage fixé sur le premier échangeur de chaleur 12, par exemple sur l'une au moins de ses boîtes collectrices, ou bien en variante sur une joue d'extrémité (non représentée) interposée entre les deux boîtes 15 collectrices précitées. Différents modes de réalisation sont possibles. La figure 6 illustre un premier exemple dans lequel ces 20 moyens de verrouillage sont réalisés sous la forme d'un organe de serrage 50 en forme de cavalier comprenant une branche incurvée 52 délimitant intérieurement une gorge semi-circulaire. Cette branche 52 est fixée au premier échangeur de chaleur 12, ici sur une boîte collectrice de 25 ce dernier qui définit un logement 54 de forme semi-circulaire. La branche 52 est fixée sur l'échangeur 12 par au moins une vis 56 ou analogue. On définit ainsi un logement de forme sensiblement circulaire correspondant au profil de la boîte collectrice 30 de l'échangeur de chaleur 30 14. La figure 7 montre un autre organe de serrage réalisé ici sous la forme d'une pince de clipsage 58 comprenant une5 lame flexible 60 ayant un profil général en arc de cercle s'étendant sur environ les trois quarts d'une circonférence et deux extrémités recourbées 62 et 64 pour permettre un emboîtement en force de l'une des boîtes collectrices tubulaires, par exemple la boîte collectrice 30. La pince est munie d'une vis 66 destinée à être vissées dans l'échangeur de chaleur 12, par exemple dans l'une de ses boîtes collectrices. L'invention ne se limite au mode de réalisation décrit précédemment à titre d'exemple. Il est possible notamment de prévoir que les deux supports 32 et 34 soient venus de moulage avec l'une des boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur 12 et que les organes de maintien soient venus de moulage avec l'autre boîte collectrice de l'échangeur de chaleur 12. En outre, bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en référence à un module dans lequel le premier échangeur de chaleur 12 est un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et le deuxième échangeur de chaleur 14 est un condenseur ou un condenseur/évaporateur, l'invention ne se limite pas à cette application particulière. Revendications1. Module d'échange de chaleur (10) comprenant un premier échangeur de chaleur (12) à boîtes collectrices moulées (18 ; 20) et un deuxième échangeur de chaleur (14) à boîtes collectrices tubulaires (28 ; 30), dans lequel les boîtes collectrices du premier échangeur de chaleur sont fixées aux boîtes collectrices du deuxième échangeur de chaleur, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (12) comprend deux supports (32 ; 34) espacés et alignés, venus de moulage avec l'une au moins de ses boîtes collectrices (18 ; 20), de manière à fournir deux logements ouverts propres à recevoir respectivement deux extrémités opposées (36 ; 38) d'une première boîte collectrice (28) du deuxième échangeur de chaleur (14), et en ce que le premier échangeur de chaleur (12) comprend en outre des organes de maintien (44) sur l'une au moins de ses boîtes collectrices (18 ; 20) pour assurer le maintien d'une deuxième boîte collectrice (30) du deuxième échangeur de chaleur (14) dans une position où les extrémités opposées (36 ; 38) de la première boîte collectrice (28) sont reçues dans leurs logements ouverts respectifs. 2. Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux supports (32 ; 34) sont venus de moulage avec respectivement une première boîte collectrice (18) et une deuxième boîte collectrice (20) du premier échangeur de chaleur (12) et que les organes de maintien (44) sont également disposés sur la première boîte collectrice (18) et la deuxième boîte collectrice (20) du premier échangeur de chaleur (12), en sorte que les boîtes collectrices (28 ; 30) du deuxième échangeur de chaleur 13(14) s'étendent dans une direction sensiblement orthogonale aux boîtes collectrices 18 ; 20) du premier échangeur de chaleur (12). 3. Module d'échange de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les boîtes collectrices (18 ; 20) du premier échangeur de chaleur (12) s'étendent dans une direction générale verticale et que les boîtes collectrices (28 ; 30) du deuxième échangeur de chaleur (14) s'étendent dans une direction générale horizontale. 4. Module d'échange de chaleur selon les revendications 2 et 3, prises en combinaison, caractérisé en ce que les deux supports (32 ; 34) et les deux organes de maintien (44) sont disposés respectivement en partie supérieure et en partie inférieure du premier échangeur de chaleur (12). 5. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux supports (32 ; 34) du premier échangeur de chaleur (12) délimitent chacun une gorge en U de longueur axiale limitée. 6. Module d'échange de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un au moins des deux supports (32 ; 34) du premier échangeur de chaleur (12) comporte une paroi de butée (40) pour fermer transversalement la gorge en U. 7. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'un au moins des deux supports (32 ; 34) du premier échangeur de chaleur (12) comporte un ergot de positionnement (42) formé en saillie dans le fond de la gorge en U et propre à s'engagerdans un évidement formé dans une extrémité (36 ; 38) de la première boîte collectrice (28) du deuxième échangeur de chaleur (14). 8. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les extrémités (36 ; 38) de la première boîte collectrice tubulaire (28) du deuxième échangeur de chaleur (14) sont réalisés en tant que des prolongements tubulaires s'étendant de part et d'autre d'un faisceau de tubes (26) reliant la première boîte collectrice tubulaire (28) et la deuxième boîte collectrice tubulaire (30) du deuxième échangeur de chaleur (14). 9. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les organes de maintien (44) sont aménagés pour entourer au moins en partie les extrémités (46) de la deuxième boîte collectrice tubulaire (30) du deuxième échangeur de chaleur (14). 10. Module d'échange de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les organes de maintien (44) sont venus de moulage avec l'une au moins des boîtes collectrices (18 ; 20) du premier échangeur de chaleur (12) et délimitent chacun une gorge en U ouverte dans la même direction que les gorges en U des supports (32 ; 34), telles que définies à la revendication 5. 11. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de verrouillage (50 ; 58) pour verrouiller mutuellement le premier échangeur de chaleur (12) et le deuxième échangeur de chaleur (14). 12. Module d'échange de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage comprennent au moins un organe de serrage (50 ; 58) fixé sur le premier échangeur de chaleur (12) et propre à entourer l'une (30) des boîtes collectrices tubulaires (28 ; 30) du deuxième échangeur de chaleur (14). 13. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (12) est un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. 14. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur (14) est un condenseur ou un condenseur/évaporateur destiné à être traversé par un fluide frigorigène.