Brevet FR2958388A1 — publié le 20111007

RFR0568 Échangeur de chaleur à boîte collectrice tubulaire L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice tubulaire dans laquelle débouchent des tubes de circulation d'un fluide caloporteur, la boîte collectrice étant prévue pour être placée dans une orientation sensiblement horizontale et étant munie d'au moins une bride de raccordement pour l'entrée et/ou la sortie du fluide caloporteur. Habituellement un tel échangeur de chaleur comprend deux boîtes collectrices tubulaires opposées placées dans une position sensiblement horizontale et un faisceau de tubes disposés dans une position sensiblement verticale. Deux brides de raccordement sont alors prévues soit sur une même boîte collectrice soit sur deux boîtes collectrices différentes pour assurer respectivement l'entrée et la sortie du fluide caloporteur. Un exemple typique est celui du condenseur de climatisation placé habituellement en face avant d'un véhicule automobile et monté dans une boucle de circulation d'un fluide frigorigène. Cette boucle comprend en outre un autre échangeur de chaleur formant évaporateur et propre à être traversé par un flux d'air pour le refroidir avant de l'envoyer dans l'habitacle du véhicule automobile. 1 Cependant une telle boucle de circulation peut être amenée aussi à fonctionner dans un mode de chauffage ou de pompe à chaleur, l'échangeur de chaleur de la face avant fonctionnant alors comme un évaporateur et l'autre échangeur de chaleur 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, étant donné que ces moteurs dissipent peu de chaleur susceptible d'être récupérée pour le chauffage de l'habitacle. Du fait que l'échangeur de chaleur 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 de l'échangeur de chaleur 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 connectique fluidique pour l'implantation des brides de raccordement qui jusqu'à présent étaient montées sur des boîtes collectrices tubulaires disposées verticalement. L'invention a notamment pour but de surmonter les difficultés précitées. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel la boîte collectrice comprend au moins un prolongement tubulaire, notamment de section circulaire, et dans lequel la bride de raccordement est rapportée à l'extrémité longitudinale dudit prolongement tubulaire. Par prolongement, on entend que la boîte collectrice comprend une partie qui la prolonge longitudinalement au-delà de la partie de réception des tubes. Grâce à un tel positionnement, les brides sont plus accessibles que si elles avaient été placées, comme cela est habituellement le cas dans les échangeurs à boîtes collectrices verticales, le long desdites boîtes. Ladite bride a, par exemple, la forme d'un bloc métallique usiné de forme générale parallélépipédique ayant un premier alésage de section circulaire débouchant sur une première face du bloc pour recevoir le prolongement tubulaire en vue d'une liaison par brasage et un deuxième alésage de section circulaire débouchant sur une deuxième face du bloc pour recevoir un embout de tubulure en vue d'une liaison démontable, lesdits alésages établissant une connexion de fluide entre eux. Il en résulte que la bride de raccordement est reliée directement par brasage à une extrémité de la boîte collectrice tubulaire, ce qui permet de simplifier leur liaison mutuelle tout en permettant d'assembler la bride le plus près de la boîte collectrice. Cette solution offre en outre l'avantage de pouvoir placer la bride de raccordement dans une orientation angulaire choisie par rapport à la boîte collectrice tubulaire avant leur liaison définitive par brasage. La première face et la deuxième face de la bride de raccordement peuvent être perpendiculaires entre elles ou opposées, ce qui permet d'assurer le montage d'un embout de tubulure, soit dans une direction perpendiculaire, soit dans le prolongement de la 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 de face d'un échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice tubulaire dont les deux extrémités respectives sont aménagées pour recevoir chacune une bride de raccordement - la figure 2 est un détail à échelle agrandie de la figure 1 montrant une des brides de raccordement, à savoir celle située à gauche de la figure 1 ; - la figure 3 est un détail à échelle agrandie de la 25 figure 1 montrant l'autre bride de raccordement, à savoir celle située à droite de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de dessus correspondant à la figure 2 ; - la figure 5 est une vue de dessus correspondant à la figure 3 ; 30 - la figure 6 est une vue en perspective d'une autre bride de raccordement ; et - la figure 7 est une vue en coupe montrant la mise en 5 place d'un embout de tubulure sur une bride de raccordement avec des moyens de fixation. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur 10 qui, dans l'exemple, est destiné à constituer 10 un condenseur/évaporateur pour une installation de chauffage-ventilation et climatisation d'un habitacle de véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur 10 comprend une boîte collectrice 15 tubulaire 12 d'axe XX prévue pour être placée dans une orientation sensiblement horizontale. Dans l'exemple, cette boîte collectrice est placée en partie inférieure d'un faisceau de tubes 14 placés dans une orientation sensiblement verticale, les extrémités des tubes débouchant 20 dans des fentes de la boîte collectrice tubulaire. L'échangeur de chaleur 10 comprend en outre une boîte collectrice tubulaire placée en partie supérieure, qui n'a pas été représentée pour simplifier le dessin. 25 Le faisceau de tubes comprend en outre des intercalaires ondulés (non représentés) disposés entre les tubes 14 pour améliorer l'échangeur de chaleur. Les extrémités de la boîte collectrice 12 forment 30 respectivement deux prolongements tubulaires 16 et 18 de section circulaire pour permettre une liaison directe avec deux brides de raccordement respectives 20 et 120. Les extrémités 16 et 18 sont prolongées par rapport à une boîte collectrice tubulaire conventionnelle, pour dépasser d'une longueur axiale suffisante, typiquement de l'ordre de 15 à 20mm, au-delà du faisceau de tubes. Chacune des brides de raccordement 20 et 120 est un bloc métallique usiné de forme générale parallélépipédique, avantageusement réalisé en alliage d'aluminium. 10 Un premier alésage 22 de section circulaire débouche sur une première face 24 de la bride de raccordement 20 pour recevoir par emboîtement le prolongement tubulaire 16 en vue d'une liaison par brasage. En outre, un deuxième alésage 26 de section circulaire débouche sur une deuxième 15 face 28 de la bride de raccordement 20 pour recevoir un embout de tubulure 30 en vue d'une liaison démontable, comme on peut le voir sur la figure 4. Les alésages 22 et 26 communiquent pour établir une connexion de fluide entre eux. 20 Dans l'exemple représenté, les faces 24 et 28 de la bride de raccordement sont perpendiculaires, si bien que les alésages 22 et 26 s'étendent dans des directions axiales perpendiculaires entre elles. Ceci permet à l'embout 25 tubulaire 30 de s'étendre dans une direction axiale YY perpendiculaire à l'axe XX de la boîte tubulaire 12 (figure 4). De ce fait, il est possible d'assembler la bride de raccordement 20 sur l'embout tubulaire 16 dans une orientation angulaire choisie, avant leur liaison 30 définitive par brasage (flèche F1 sur la figure 4). La bride de raccordement 120 représentée aux figures 3 et 5 est analogue à celles des figures 2 et 4. Elle comprend5 également un premier alésage 122 de section circulaire débouchant sur une première face 124 et un deuxième alésage 126 de section circulaire débouchant sur une deuxième face 128. Cependant, dans cette forme de réalisation, les faces 124 et 128 sont opposées, ce qui permet le raccordement d'un embout de tubulure 130 (figure 5) dans la direction axiale XX de la boîte collectrice ou dans une direction parallèle à cette dernière. Les alésages 122 et 126 établissent aussi une connexion de fluide entre eux. Comme on peut le voir sur la figure 4, un connecteur 32 est prévu pour assurer le maintien de l'embout de tubulure 30 dans le deuxième alésage 26 par des moyens de fixation constitués ici par une vis 34 qui traverse le connecteur 32 et s'engage dans un orifice fileté 36 débouchant sur la deuxième face 28 de la bride de raccordement 20. De manière analogue, un connecteur 132 est prévu pour assurer le maintien de l'embout de tubulure 130 dans le deuxième alésage 126 (figures 3 et 5). Le connecteur 132 est fixé par des moyens de fixation constitués par une vis 134 propre à traverser le connecteur 132 et à s'engager dans un orifice fileté 136 débouchant sur la deuxième face 128 de la bride de raccordement 120. La bride de raccordement 120 peut être placée aussi dans une orientation angulaire choisie (flèche F2 de la figure 5) par rapport à la boîte collectrice 12, mais cela ne change pas en pratique l'orientation de l'embout tubulaire 130, qui se trouve aligné ou sensiblement aligné avec la boîte collectrice 12. La figure 6 montre un autre exemple d'une bride de raccordement 220, dont les éléments correspondants avec ceux des figures 1, 2 et 4 sont désignés par les mêmes références numériques augmentées de 200. Ici, le raccordement s'effectue aussi dans des directions perpendiculaires, mais les alésages 222 et 226 sont placés sur des petites faces du bloc de la bride de raccordement. La figure 7 montre un embout de tubulure 130 disposé à l'extrémité d'une conduite 138 destinée à l'entrée ou la sortie d'un fluide caloporteur. Cet embout 130 est entouré d'un joint d'étanchéité 150, ici un joint torique, qui est comprimé entre le connecteur 132 et la deuxième face 128 de la bride de raccordement 120 sous l'action des moyens de fixation (vis 134). Le connecteur 132 est traversé par la vis 134 qui est engagée dans l'orifice fileté 136. Le serrage de la vis 134 provoque le maintien de l'embout avec compression du joint d'étanchéité 140. Dans l'exemple représenté, l'échangeur de chaleur 10 comprend deux brides de raccordement 20 et 120 brasées respectivement aux deux extrémités de la boîte collectrice 12, lesquelles extrémités forment respectivement les deux prolongements tubulaires 16 et 18 opposés, ce qui permet d'assurer l'entrée et la sortie d'un fluide caloporteur destiné à parcourir l'échangeur de chaleur. Dans l'exemple considéré où l'échangeur est un condenseur/ évaporateur, ce fluide est un fluide frigorigène. Ainsi, l'entrée et la sortie de ce fluide s'effectuent aux deux extrémités de la boîte collectrice 12, par exemple l'entrée par la bride de raccordement 20 et la sortie par30 la bride de raccordement 120, la disposition inverse étant bien entendu possible. En variante, les deux brides pourraient être assemblées aux deux extrémités d'une boîte collectrice placée en partie supérieure, ou bien les deux brides pourraient être assemblées respectivement à deux boîtes collectrices différentes. Dans l'exemple particulier considéré, l'échangeur de chaleur est traversé par un fluide frigorigène et est destiné à faire partie d'une installation de chauffage et de climatisation pour véhicules automobiles. Cette installation comprend en outre un échangeur de chaleur (non représenté) destiné à être traversé par un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. L'échangeur de chaleur, qui est habituellement placé en face avant, constitue un condenseur/évaporateur conçu pour fonctionner comme un condenseur dans un mode de climatisation et comme un évaporateur dans un mode de chauffage (pompe à chaleur). En ce cas, l'échangeur de chaleur qui assure le traitement de l'air envoyé dans l'habitacle fonctionne respectivement comme un évaporateur et comme un condenseur, par inversion du sens de circulation du fluide caloporteur dans la boucle. La bride de raccordement offre différentes possibilités d'orientation et de montage de l'embout de la tubulure d'une manière particulièrement simple. 5 Une telle bride peut être utilisée dans différents types d'échangeurs de chaleur ayant au moins une boîte collectrice tubulaire, comme par exemple un condenseur. L'invention trouve ainsi une application préférentielle aux véhicules automobiles. Revendications1. Échangeur de chaleur (10) comprenant une boîte collectrice tubulaire (12) dans laquelle débouchent des tubes (14) de circulation d'un fluide caloporteur, la boîte collectrice étant prévue pour être placée dans une orientation sensiblement horizontale et étant munie d'au moins une bride de raccordement (20 ; 120) pour l'entrée et/ou la sortie du fluide caloporteur, caractérisé en ce que la boîte collectrice (12) comprend au moins un prolongement tubulaire (16 ; 18) et en ce que la bride de raccordement (20 ; 120 ; 220) est rapportée à l'extrémité longitudinale dudit prolongement tubulaire (16 ; 18). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit prolongement tubulaire (16 ; 18) est de section circulaire et la bride de raccordement (20 ; 120 ; 220) a la forme d'un bloc métallique usiné de forme générale parallélépipédique ayant un premier alésage (22 ; 122 ; 222) de section circulaire débouchant sur une première face (24 ; 124 ; 224) du bloc pour recevoir le prolongement tubulaire (16 ; 18) en vue d'une liaison par brasage et un deuxième alésage (26 ; 126 ; 226) de section circulaire débouchant sur une deuxième face (28 ; 128 ; 228) du bloc pour recevoir un embout de tubulure (30 ; 130 ; 230) en vue d'une liaison démontable, lesdits alésage établissant une connexion de fluide entre eux. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première face (24 ; 224) et la 11deuxième face (28 ; 228) de la bride de raccordement (20 ; 220) sont perpendiculaires. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, 5 caractérisé en ce que la première face (124) et la deuxième face (128) de la bride de raccordement (120) sont opposées. 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un connecteur 10 (32 ; 132) pour assurer le maintien de l'embout de tubulure (30 ; 130) dans le deuxième alésage (26 ; 126) et des moyens de fixation (34 ; 134) dudit connecteur sur la deuxième face (28 ; 128) de la bride de raccordement (20 ; 120). 15 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation du connecteur (32 ; 132) comprennent une vis (34 ; 134) propre à traverser le connecteur et à s'engager dans un orifice 20 fileté (36 ; 36) débouchant sur la deuxième face (28 ; 128) de la bride de raccordement (20 ; 120). 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'embout de tubulure (130) est 25 entouré d'un joint d'étanchéité (140) qui est comprimé entre le connecteur (132) et la deuxième face (128) de la bride de raccordement (120) sous l'action des moyens de fixation (134). 30 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bride de raccordement (20 ; 120) est brasée sur l'embout tubulaire (16 ; 18) dans une orientation angulaire choisie. 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend deux brides de raccordement (20 ; 120) brasées respectivement aux deux extrémités de la boîte collectrice (12), lesdites extrémités formant respectivement deux prolongements tubulaires (16 ; 18) opposés, ce qui permet d'assurer l'entrée et la sortie du fluide caloporteur. 10. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la boîte collectrice tubulaire (12) munie de la (des) bride(s) de raccordement (20 ; 120) constitue une boîte collectrice inférieure placée en dessous des tubes (14) de circulation du fluide caloporteur. 11. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est destiné à être traversé par un fluide frigorigène. 12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est destiné à faire partie d'une installation de chauffage et de climatisation pour véhicule automobile. 25 13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, 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 30 mode de chauffage.20