Brevet FR2958387A1 — publié le 20111007

RFR0569 Échangeur de chaleur muni d'une bride de raccordement L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes débouchant dans une boîte collectrice, ainsi qu'une bride de raccordement pour 10 relier une conduite de fluide à la boîte collectrice. Une bride de raccordement de ce genre permet de relier une conduite d'entrée ou de sortie d'un fluide caloporteur à l'une des boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur. Une application typique est le raccordement d'un condenseur ou d'un condenseur/ 15 évaporateur à une boucle de circulation d'un fluide frigorigène. En effet, il faut pouvoir raccorder à chaque fois une tubulure d'entrée ou de sortie de fluide à l'une des boîtes collectrices de cet échangeur de chaleur dans des conditions d'implantation et d'encombrement imposées par le constructeur du véhicule automobile. En outre, une telle bride de raccordement doit pouvoir offrir, le plus souvent, une liaison démontable avec la tubulure d'entrée ou de sortie de fluide caloporteur pour faciliter le montage ou le remplacement de l'échangeur de chaleur. 25 Généralement, une bride de raccordement de ce genre est réalisée dans un bloc usiné, le plus souvent en alliage d'aluminium, qui est fixé sur une boîte collectrice de l'échangeur. Cela étant, dans certaines applications, les boîtes collectrices sont difficilement 30 accessibles. 1 20 Les échangeurs de chaleur concernés par l'invention sont principalement, mais non limitativement, ceux parcourus par un fluide frigorigène, comme les condenseurs ou condenseurs/évaporateurs pour les installations de chauffage-ventilation et climatisation des véhicules automobiles. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur tel que défini précédemment, dans lequel la bride de raccordement est un bloc métallique, propre à recevoir une patte de fixation issue d'un composant du faisceau de tubes en vue d'une fixation par brasage de la patte de fixation au niveau dudit bloc. Du fait que les échangeurs de chaleur actuels sont de plus en plus réalisés par brasage, en une seule opération, la bride de raccordement peut être ainsi intégrée facilement dans la fabrication, sa liaison à l'échangeur de chaleur étant obtenue de façon définitive par brasage lors de l'opération de brasage. Par ailleurs, dans le cas d'échangeurs présentant des boîtes collectrices destinées à être positionnées horizontalement, l'invention permet d'envisager un placement des brides le long des côtés verticaux de l'échangeur avec une reprise d'effort fiabilisant leur fixation. Ledit bloc est muni, par exemple, d'au moins une ouverture débouchant sur une face du bloc et ladite patte de fixation est brasée dans l'ouverture du bloc métallique. La patte de fixation peut être ainsi introduite dans l'ouverture de la bride de raccordement pour permettre un pré-positionnement avant la fixation définitive par brasage. De ce fait, il n'est plus nécessaire de prévoir des opérations supplémentaires de montage, avec les inconvénients qui en résultent. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins 30 annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur muni d'une bride de raccordement ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un autre échangeur de chaleur muni d'une autre bride de raccordement ; - la figure 3 est une vue partielle en perspective de l'échangeur de chaleur et de la bride de raccordement de la figure 1 montrant le branchement d'une tubulure d'entrée ou de sortie de fluide ; 10 - la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur muni d'une bride de raccordement dans une autre forme de réalisation ; et - la figure 5 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur muni d'une bride de raccordement dans une autre forme de réalisation. 15 On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur 10 comprenant un faisceau de tubes 12 débouchant dans une boîte collectrice 14, dans l'exemple une boîte collectrice tubulaire de section transversale sensiblement circulaire. Le faisceau de tubes 12 comprend en outre des intercalaires ondulés (non représentés) formant des surfaces 20 d'échange de chaleur. Le faisceau comporte un composant 16 situé sur un côté du faisceau de tubes pour former une joue latérale. Ce composant débouche également dans la boîte collectrice 14, par une fente appropriée, mais ce composant n'est pas traversé par le fluide qui circule dans l'échangeur de chaleur. 25 Cet échangeur de chaleur comprend aussi une autre boîte collectrice (non représentée) dans laquelle débouche le faisceau de tubes 12 à son autre extrémité. Le composant 16, qui forme une joue encadrant latéralement le faisceau, est muni d'une patte de fixation 18 qui est issue du composant en formant un ensemble monobloc. Le composant 16 a la forme générale d'un tube 12, mais n'est pas traversé par le fluide. Dans l'exemple, ce composant débouche à la fois dans la boîte collectrice 14 et dans la 3 30 boîte opposée, non représentée. L'échangeur de chaleur 10 peut être réalisé notamment sous la forme d'un condenseur ou d'un condenseur/évaporateur parcouru par un fluide frigorigène. Dans l'exemple, la boîte collectrice 14 est disposée dans une position sensiblement horizontale à l'extrémité inférieure du faisceau de tubes 12 qui est orienté de manière sensiblement verticale. Une implantation horizontale de la boîte collectrice s'est avérée avantageuse pour les échangeurs de chaleur placés en face avant des véhicules automobiles, qui sont susceptibles de fonctionner soit comme un condenseur en mode de climatisation, soit comme un évaporateur en mode de chauffage (pompe à chaleur). En effet, de tels échangeurs de chaleur sont alors moins sujets à des problèmes de givrage. La patte de fixation 18 présente un profil plat de forme rectangulaire et elle est placée à une hauteur voulue suivant la longueur axiale du composant 16. Dans l'exemple, la patte de fixation 18 est coudée et est placée à faible distance et au-dessus de la boîte collectrice 14. Cette patte de fixation 18 sert au montage par brasage d'une bride de raccordement 20, cette dernière étant réalisée sous la forme d'un bloc métallique de forme générale parallélépipédique, réalisé avantageusement en alliage d'aluminium. 25 Le bloc comprend une première face 22, une deuxième face 24 reliée perpendiculairement à la face 22, une troisième face 26 opposée à la première face 22 et une quatrième face 28 opposée à la deuxième face 24. Deux faces d'extrémité 30 et 32 relient entre elles les quatre faces précitées. 30 Un premier alésage 34 de section circulaire débouche sur la première face 22 et un deuxième alésage 36 de section circulaire débouche sur la deuxième face 24, ces deux alésages établissant une connexion de fluide entre eux. Les deux alésages 34 et 36 ont 4 20 donc, dans l'exemple, des directions axiales perpendiculaires. La bride de raccordement 20 est munie, sur l'une au moins de ses faces d'une ouverture 38. Ici l'ouverture 38 traverse le bloc de part en part pour déboucher sur les deux faces 5 24 et 28 qui sont opposées. L'ouverture 38 de la bride de raccordement est, dans l'exemple, constituée d'une fente étroite ayant une section transversale de forme générale rectangulaire adaptée à la section transversale de la patte de fixation 18. Ainsi, comme on le voit sur la figure 1, la patte de fixation 18 est reçue dans l'ouverture 38, du côté où elle débouche sur la face 28. L'alésage 34, qui débouche sur la face 22, est destiné à recevoir par brasage une 15 première extrémité 40 d'une tubulure 42 dont une seconde extrémité 44 communique avec la boîte collectrice 14. A cet effet, cette extrémité 44 est engagée dans une ouverture circulaire 46 aménagée au travers de la paroi de la boîte collectrice 14, dans une partie d'extrémité 48 de la boîte collectrice qui fait saillie au-delà du faisceau et plus particulièrement au-delà du composant 16. L'ouverture 46 est aménagée de manière à 20 permettre un emboîtement de l'extrémité 44 de la tubulure 42 dans une direction parallèle aux tubes, l'ouverture étant dirigée du côté de l'autre boîte collectrice, non représentée. La première extrémité 40 de la tubulure forme un premier embout tubulaire de section 25 circulaire homologue de l'alésage 34 pour permettre une liaison par brasage, après emboîtement. Les formes circulaires homologues permettent une rotation angulaire mutuelle de la bride de raccordement 20 et de la tubulure 40 avant leur liaison définitive par brasage. 30 Dans l'exemple représenté, l'ensemble de l'échangeur de chaleur 10, ainsi que la bride de raccordement 20 sont réalisés à partir de pièces métalliques, avantageusement en alliage d'aluminium, ce qui permet d'assembler conjointement l'échangeur de chaleur 10 10, la bride de raccordement 20 et la tubulure 42 en une seule opération dans un four de brasage approprié. A cet effet, le composant 16, et notamment sa patte de fixation 18, sont revêtus d'un 5 plaquage de brasure pour permettre l'opération de brasage précitée. Le deuxième alésage 36 est destiné à recevoir de façon démontable un embout 50 issu d'une conduite de fluide 52 pour permettre l'entrée ou la sortie d'un fluide caloporteur. Cet embout 50 constitue ainsi un deuxième embout tubulaire qui peut être inséré dans 10 l'alésage 36 pour assurer une connexion fluidique avec la boîte collectrice 14 au travers de la tubulure 42. Dans l'exemple représenté, la tubulure 42 est coudée, c'est-à-dire qu'elle présente au moins un coude, pour pour ses extrémités respectives 40 et 44 soient dirigées dans des 15 directions sensiblement perpendiculaires entre elles. L'axe que définit l'alésage 36 (qui forme la direction d'emboîtement de l'embout 50 de la conduite) est ici généralement parallèle à l'axe longitudinal de la boîte collectrice 14, étant entendu que d'autres possibilités d'implantation sont possibles. La figure 2 montre un autre exemple d'implantation dans lequel la bride de raccordement 20 est différente de celle de la figure 1 en ce sens que l'alésage 34 est formé sur une face opposée et parallèle à celle sur laquelle débouche l'alésage 36. 25 Il en résulte que ces deux alésages sont généralement alignés et que l'axe de l'embout 50 de la tubulure s'étend dans une direction généralement perpendiculaire au plan du faisceau de l'échangeur de chaleur. Une tubulure 42 à double coudes assure, comme dans le cas de la figure 1, une 30 connexion fluidique entre la bride de raccordement 20 et la boîte collectrice 14. 20 Là aussi, la bride de raccordement est située à faible distance de la boîte collectrice 14, la patte de fixation 18 étant également issue d'un composant 16 formant une joue qui encadre l'un des côtés du faisceau de tubes. La figure 3 montre un connecteur 54 destiné à assurer le maintien étanche de l'embout 50 de la conduite 52 dans l'alésage 36 de la bride de raccordement 20 dans le cas de la figure 1, étant entendu que ce type de connexion peut être utilisé dans d'autres modes de réalisation. Le connecteur 54 est prévu pour assurer le maintien de l'embout 50 par des moyens de fixation constitués ici par une vis 56 à tête hexagonale qui traverse le connecteur. La vis 56 comporte une partie filetée 58 qui est propre à s'engager dans un orifice fileté 60 qui débouche dans la face 24 de la bride de raccordement, à proximité de l'alésage 34. On voit également sur la figure 3 que l'ouverture 38 débouche sur cette face 24. L'embout 50 est entouré d'un joint d'étanchéité 62, ici un joint torique, qui est comprimé entre le connecteur 54 et la deuxième face 24 de la bride de raccordement sous l'action des moyens de fixation. Le serrage de la vis 56 provoque le maintien de l'embout avec compression du joint d'étanchéité. La figure 4, à laquelle on se réfère maintenant, montre une autre forme de réalisation dans laquelle la bride de raccordement est aussi fixée sur un composant 16, tel qu'une joue, qui est muni de la patte de fixation 18. Ici, la tubulure 42 présente deux coudes et débouche sur une face d'extrémité 30 de la bride de raccordement, qui est orientée vers le bas. La tubulure 42 débouche également dans une ouverture de la boîte collectrice qui est située en bas de la boîte collectrice, à l'opposé du faisceau de tubes. Dans la forme de réalisation de la figure 5, la bride de raccordement est également fixée sur le composant 16, mais à une distance plus importante de la boîte collectrice que dans les autres formes de réalisation précitée. La tubulure 52 est plus longue que dans les formes de réalisation précédentes. Elle présente un double coude 64 en partie inférieure pour un raccordement sous la boîte collectrice 14 et un coude simple en partie supérieur pour un raccordement à la bride de raccordement. Ainsi, on comprendra que les deux alésages peuvent être formés sur des faces adjacentes, perpendiculaires entre elles, ou sur des faces opposées, parallèles entre elles, pour permettre une disposition des deux embouts (embout de la tubulure, et embout de la conduite) dans des directions mutuellement perpendiculaires ou généralement parallèles entre elles, en fonction des conditions d'implantation. Il est envisageable aussi de réaliser la bride de raccordement dans un bloc métallique usiné de forme géométrique différente d'un parallélépipède. Par ailleurs, la patte de fixation qui est reçue dans la bride de raccordement peut être placée à une hauteur voulue, en étant coudée ou non, par rapport au faisceau de tubes. Dans les exemples de réalisation représentés précédemment, cette patte de fixation est issue d'un composant du faisceau qui est situé sur un côté de ce faisceau pour former une joue latérale. 20 Toutefois, ce composant pourrait aussi, en variante, être situé au sein du faisceau de tubes et être réalisé par exemple sous la forme d'un tube mort ou inactif, non parcouru par le fluide. Egalement, ce composant peut déboucher seulement dans l'une des boîtes collectrices au 25 lieu de déboucher dans les deux boîtes collectrices opposées de l'échangeur de chaleur. Ainsi, la bride de raccordement peut être placée en différentes positions par rapport à l'échangeur de chaleur grâce à une disposition choisie de la patte de fixation. 30 L'ouverture 38 qui reçoit la patte de fixation 18 peut être placée sur l'une quelconque des faces de la bride de raccordement et il n'est pas obligatoire non plus qu'elle traverse de part en part l'épaisseur de la bride. 5 L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, et notamment ceux destinés à faire partie d'une installation de chauffage-ventilation et climatisation de l'habitacle. Une application préférentielle est celle des condenseurs ou des condenseurs/évaporateurs pouvant fonctionner dans deux modes différents (climatisation ou chauffage). Revendications1. Echangeur de chaleur (10) comprenant un faisceau de tubes (12) débouchant dans une boîte collectrice (14), ainsi qu'une bride de raccordement (20) pour relier une conduite 5 de fluide (52) à la boîte collectrice, caractérisé en ce que la bride de raccordement (20) est un bloc métallique, propre à recevoir une patte de fixation (18) issue d'un composant (16) du faisceau de tubes (12) en vue d'une fixation par brasage de la patte de fixation (18) au niveau dudit bloc. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit bloc est muni d'au moins une ouverture (38) débouchant sur une face (24 ; 28) du bloc et ladite patte de fixation est brasée dans l'ouverture (38) du bloc métallique. 15 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (38) de la bride de raccordement (20) est une fente ayant une section transversale de forme générale rectangulaire. 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que 20 l'ouverture (38) de la bride de raccordement (20) traverse le bloc et débouche sur deux faces opposées (24 ; 28) de celui-ci. 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bloc métallique est de forme générale parallélépipédique et présente un premier alésage 25 (34) débouchant sur une première face (22 ; 28) du bloc pour recevoir par brasage une première extrémité (42) d'une tubulure (40) dont une seconde extrémité (44) communique avec la boîte collectrice (14), ainsi qu'un deuxième alésage (36) débouchant sur une deuxième face (24) du bloc pour recevoir de manière démontable un embout (50) issu de la conduite de fluide (52), lesdits alésages (34, 36) établissant une 30 connexion de fluide entre eux. 10 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier alésage (34) est de section circulaire pour recevoir la première extrémité (50) de la tubulure (40), qui forme un premier embout tubulaire de section circulaire, tandis que le deuxième alésage (36) est de section circulaire pour recevoir l'embout (50) de la conduite de fluide (52) qui forme un deuxième embout tubulaire. 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la première face (22) et la deuxième face (24) du bloc sont perpendiculaires entre elles. 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la première face (28) et la deuxième face (24) du bloc sont parallèles entre elles. 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la bride de raccordement (20) comprend en outre un connecteur (54) pour assurer le 15 maintien de l'embout (50) de la conduite de fluide (52). 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la conduite de fluide (52) présente au moins un coude. 20 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le composant (16) dont est issue la patte de fixation (18) fait partie du faisceau de tubes et débouche dans la boîte collectrice, ce composant n'étant pas traversé par le fluide. 12. Échangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le composant 25 (16) est situé sur un côté du faisceau de tubes (12) en formant une joue latérale. 13. Echangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le composant (16) est situé au sein du faisceau de tubes (12). 30 14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est destiné à être traversé par un fluide frigorigène. 15. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il est destiné à faire partie d'une installation de chauffage et de climatisation pour véhicule automobile. 16. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il constitue un condenseur/ évaporateur conçu pour fonctionner comme un condenseur dans un mode de climatisation et comme un évaporateur dans un mode de chauffage.