Brevet FR2989766A1 — publié le 20131025

Faisceau d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur comprenant ledit faisceau L'invention concerne un faisceau d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur, notamment radiateur de refroidissement de véhicule, en particulier véhicule automobile. Il pourra en particulier s'agir d'un faisceau de radiateur de refroidissement du moteur du véhicule. On connaît des faisceaux de radiateur de refroidissement de moteur comprenant une pluralité de tubes parallèles et des intercalaires d'échange thermique reliés aux tubes. Les tubes sont raccordés de façon fixe et étanche, par leurs extrémités, à des collecteurs d'entrée et sortie du fluide de refroidissement circulant à travers les tubes. L'échange de la chaleur est effectué avec un flux d'air externe passant entre les tubes et les intercalaires. Pour permettre une déformation des tubes à leur extrémité, afin de résister aux phénomènes de dilatation thermique différentielle auxquels les échangeurs sont soumis, il a déjà été proposé de ménager un espace sans intercalaire dans une zone de transition s'étendant sur une partie de la longueur des tubes depuis leur extrémité reliée à la plaque collectrice. Néanmoins, la résistance mécanique de la partie des tubes sans intercalaire est faible et cette dernière peut éclater sous une surpression du fluide circulant dans les tubes, notamment lors des tests de résistance à la pression interne auxquels les échangeurs sont soumis. Une première solution pour résoudre ce problème est d'augmenter l'épaisseur du tube mais cela nuit au coût de revient de l'échangeur. Une autre solution est de renforcer la zone de transition avec l'intercalaire mais cela nuit alors à la résistance aux phénomènes de dilatation thermique différentielle qui réclament au contraire une certaine déformabilité de cette partie du tube. Une autre solution connue pour renforcer la résistance à la pression interne consiste à munir les tubes de corrugations opposées reliées l'une à l'autre par leur extrémité et disposées régulièrement sur la longueur des tubes. Cependant, une telle solution augmente les pertes de charge du fluide dans les tubes et conduit de la sorte à un surdimensionnement des pompes à utiliser pour assurer la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement du moteur. Cette solution est par ailleurs vue comme rigidifiant les tubes ce qui va à l'encontre du but recherché en ce qui concerne la résistance aux phénomènes de dilatation différentielle. Il existe ainsi un besoin d'un faisceau d'échangeur de chaleur, notamment radiateur de refroidissement de véhicule, qui soit fiable et de coût réduit tout en maîtrisant les pertes de charges générées sur le ou les fluides échangeant de la chaleur à travers le faisceau. L'invention propose à cet effet un faisceau d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur, notamment radiateur de véhicule automobile, ledit faisceau comprenant une pluralité de tubes et d'intercalaires d'échange thermique, reliés aux tubes, les tubes étant configurés pour être raccordés de façon fixe et étanche, par leurs extrémités, à des collecteurs d'un fluide de refroidissement circulant à travers les tubes, les tubes comportant au moins un canal de circulation du fluide de refroidissement, caractérisé en ce que lesdits tubes présentent une zone dite de transition T située à proximité de l'une de leurs extrémités, ladite zone de transition T étant munie d'une densité d'intercalaire réduite, ledit canal comprenant au moins un élément apte à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne dans ladite zone de transition T. En prévoyant dans la zone des tubes se trouvant à proximité du collecteur une densité d'intercalaire moins importante, on conserve la flexibilité apportée aux tubes par ce type de solution. Et en prévoyant des éléments aptes à renforcer leur résistance à la pression interne dans cette zone, au niveau du ou des canaux ménagés dans lesdits tubes, on renforce ces derniers sans devoir augmenter leur épaisseur de matière. On pourra noter que, selon l'invention, lesdits éléments aptes à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne sont prévus, de façon préférentielle, dans ladite zone de transition T uniquement. En effet le long du reste du tube, la présence de l'intercalaire, dans sa densité standard, suffit à remplir cette fonction. Des tubes présentant des éléments aptes à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne hors de ladite zone de transition ne sont cependant pas exclus de l'invention, même s'ils sont moins avantageux en termes de pertes de charges. Par zone munie d'une densité d'intercalaire réduite, on entend, par exemple, zone au droit de laquelle l'intercalaire, prévu ondulé, présente un pas d'ondulation plus grand ou un nombre de plis réduit, relativement à la densité standard de l'intercalaire dans la partie s'étendant au droit du tube en dehors de ladite zone de transition. On entend également, notamment, zone libre d'intercalaire. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - le ou lesdits éléments aptes à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne sont configurés de façon conférer une zone de flexion privilégiée pour le tube dans ladite zone de transition T, - ledit élément apte à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne est un élément de liaison mécanique, - ledit élément de liaison mécanique est au moins une corrugation d'une paroi du tube, ladite corrugation comprenant une extrémité reliée à une surface de ladite paroi, opposée à ladite corrugation, - ledit élément de liaison mécanique est au moins un ensemble de deux corrugations de la paroi du tube, lesdites corrugations étant attachées tête bèche l'une à l'autre, et notamment issues de deux faces planes du tube, - lesdites corrugations sont identiques, étant opposées l'une à l'autre, - la liaison de la ou des corrugations à la paroi du tube ou en tête bèche est issue de brasage, - la ou lesdites corrugations sont issues d'emboutissage de la paroi du tube, - des secondes corrugations aptes à augmenter la turbulence du fluide circulant dans le tube, par exemple comportant une extrémité libre, c'est-à-dire, sans contact avec la paroi du tube, et disposées sur la longueur des canaux, sont prévues, en particulier en dehors de ladite zone de transition. La ou lesdites corrugations pourront être situées au niveau d'un plan médian du ou desdits canaux. Une telle configuration permet des résultats avantageux en termes de renforcement du tube et d'orientation de la flexion. Ladite zone de transition pourra comprendre, dans le ou les canaux, une corrugation ou un ensemble de deux corrugations, disposé à distance d'un bord de ladite zone de transition T, opposé à l'extrémité correspondante. Cette configuration permet de définir une zone de flexion privilégiée entre la ou les corrugations et ledit bord de la zone de transition T. Autrement dit, dans ladite zone de transition, la ou les corrugations ou le ou les ensembles de deux corrugations attachées tête bèche se trouvant le plus prêt de la partie de tube présentant une densité d'intercalaire standard sont situés en retrait de ladite partie de tube, ce qui permet de délimiter une fraction de longueur de tube sans corrugations, favorable à la flexion dudit tube. Selon une variante, ladite zone de transition comprend, dans le ou les canaux, deux corrugations ou ensembles de deux corrugations, axialement décalés le long du ou des canaux. Cette dernière configuration permet de définir une zone de flexion privilégiée entre les corrugations axialement décalées. Autrement dit, dans ladite zone de transition, il est prévu une fraction de longueur de tube entre lesdites deux corrugations ou les deux ensembles de corrugations attachées tête bèche. Ladite zone de flexion privilégiée du tube est alors située dans ladite fraction de tube. La forme des corrugations est variable, de préférence de section arrondie, par exemple circulaire ou allongée, en particulier allongée parallèlement à l'axe du tube. Une telle configuration longitudinale de corrugation limite la perte de charge du fluide s'écoulant dans le canal. Il est également proposé un échangeur de chaleur, notamment radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un faisceau d'échange de chaleur tel que décrit ci-dessus. Des modes de réalisation de l'invention sont à présent décrits en relation avec les figures suivantes. La figure 1 est une vue schématique illustrant une vue en élévation et en coupe d'une partie d'un échangeur comprenant un faisceau d'échange de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue schématique illustrant en coupe transversale partielle, selon un plan de coupe perpendiculaire à la direction d'extension d'un collecteur de l'échangeur de la figure 1, un tube du faisceau dudit échangeur. La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'un tube de faisceau d'échange de chaleur selon une variante de réalisation. La figure 4 est une vue analogue à la figure 2 d'un tube de faisceau d'échange de chaleur selon une autre variante de réalisation. La figure 5 est une coupe transversale, selon un plan de coupe perpendiculaire à sa direction d'extension, d'un tube du faisceau d'échange de chaleur selon la variante de la figure 4. Dans ce qui suit, des références numériques identiques seront reprises pour les mêmes éléments ou des éléments analogues. Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un échangeur de chaleur 1, notamment radiateur de refroidissement pour véhicule, en particulier véhicule automobile, comprenant un faisceau 3 permettant l'échange de chaleur entre un premier et un second fluide. Le premier fluide est constitué, par exemple, d'un fluide de refroidissement tel qu'un mélange d'eau et de glycol. Le second fluide est constitué, par exemple, d'air. L'échangeur pourra être configuré pour être placé en face avant d'un véhicule automobile de façon à être balayé par un flux d'air ambiant traversant une calandre du véhicule. Ledit faisceau comprend un rang de tubes 5, parallèles entre eux, pour l'écoulement du premier fluide. Lesdits tubes 5 s'étendent selon une direction longitudinale repérée A sur la figure. Chaque tube 5 possède ici deux extrémités longitudinales 5a reliées, de manière fixe et étanche, à des boîtes collectrices 7 de l'échangeur pour la circulation dudit premier fluide à travers l'échangeur. Lesdites boîtes collectrices 7 comprennent, par exemple, une plaque collectrice 9, schématisée aux figures 2 à 4, et un couvercle définissant un volume intérieur de la boîte. Les tubes 5, débouchent par leurs extrémités longitudinales dans ledit volume intérieur à travers des orifices prévus dans les plaques collectrices. Ces boîtes collectrices 7 pourront comprendre des tubulures d'entrée et de sortie (non représentées). Les plaques collectrices desdites boîtes collectrices sont, par exemple en métal, notamment en aluminium ou alliages d'aluminium. Les couvercles sont, par exemple, en plastique et sertis sur les plaques collectrices 9. En variante, les plaques collectrices et les couvercles sont tous les deux en métal, notamment en aluminium ou alliages d'aluminium. Entre les tubes 5 sont agencés des intercalaires 13 augmentant la surface d'échange thermique entre le fluide circulant dans les tubes 5 et l'air circulant entre lesdits tubes 5. Les tubes 5 et les intercalaires 13 sont ici empilés alternativement selon la direction B, perpendiculaire à l'axe A dans le plan de la figure. L'échangeur pourra encore comprendre des joues latérales non représentées protégeant le faisceau 3 de part et d'autre de l'empilement des tubes 5 et des intercalaires 13. Les tubes ont avantageusement une configuration régulière plane comme on le voit mieux sur la figure 5. On entend par là que les tubes comprennent deux grandes faces planes parallèles 5b, reliées par des côté latéraux ou rayons 5c. On entend encore par là que la hauteur H des tubes 5, c'est-à-dire, leur dimension selon la direction perpendiculaire aux faces planes 5b, qui correspond à la direction B d'empilement des tubes et des intercalaires, est inférieure à la largeur L desdits tubes, c'est-à-dire leur dimension selon la direction perpendiculaire à la direction B et à l'axe longitudinal A des tubes 2. De préférence, le tube a une paroi d'épaisseur régulière en aluminium ou alliage d'aluminium, comprise entre 150 et 400 micromètres, en particulier de 180 à 350 micromètres et plus particulièrement entre 200 et 270 micromètres. La largeur de section des tubes L peut s'étendre de 14 à 60 millimètres, de préférence 20 à 45 millimètres, en particulier 25 à 35 millimètres. Lesdits tubes 5 sont avantageusement prévus espacés entre eux d'un pas, dit pas de tubes, selon la direction A parallèle à l'extension en surface de l'intercalaire. La longueur de pas des tubes peut être prévue entre 5 et 10 millimètres, de préférence entre 6 et 8 millimètres Les tubes 5 définissent au moins un canal, par exemple s'étendant sur toute leur longueur, et dans lequel circule ledit fluide de refroidissement. Lesdits tubes 5 peuvent être divisés chacun en plusieurs canaux adjacents, par exemple deux canaux identiques 5e comme décrit dans l'exemple. Les tubes 5 sont, par exemple, du type comprenant un feuillard 5d, plié sur lui- même de façon à définir les deux canaux 5e de circulation du fluide. Lesdits tubes 5 pourront en particulier présenter une configuration dans laquelle ledit feuillard 5d présente des jambes 5f joignant une première à la seconde desdites faces planes 5b du tube de façon à définir lesdits canaux 5e. On entend par là que les extrémités libres desdites jambes 5f sont au contact de ladite seconde face plane. Comme cela est plus facilement visible à la figure 5, lesdites jambes 5f se prolongent ici l'une contre l'autre pour finir contre la seconde face plane 5b, notamment par l'intermédiaire de leur tranche. Elles définissent ici deux canaux 5e de section sensiblement égale. Autrement dit, lesdites jambes se trouvent le long d'un plan médian des tubes 5. Ces derniers présentent de la sorte un profil sensiblement en forme de B. De tels tubes 5 sont rendus étanches, par exemple, par brasage, le brasage 10 des tubes d'un même échangeur ayant lieu, notamment, de façon simultanée, au brasage de l'ensemble des parties métalliques de l'échangeur. Cela étant, selon l'invention, lesdits tubes 5 présentent une zone dite de transition T située à proximité de l'une de leurs extrémités 5a, ladite zone de transition étant ici libre d'intercalaire 13. 15 Selon l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, deux ensembles de deux corrugations identiques 15, opposées l'une à l'autre sont prévus dans chacun des canaux 5e de tube, dans la zone de transition T. Les corrugations 15 ont un profil en cuvette, vue de l'extérieur et de section circulaire. Elles sont reliées l'une à l'autre par leur extrémité par ledit brasage. 20 Autrement dit, par corrugations, on entend, notamment, des formes présentant un profil saillant en direction du ou des canaux définis par lesdits tubes. Elles sont situées, notamment, au niveau des faces planes des tubes. L'un des ensembles de corrugations 15 est disposé au bord de l'intercalaire 13, tandis que l'autre est situé à faible distance de l'extrémité 5a de tube, par 25 exemple 1 à 5 millimètres de cette extrémité. Ils sont ainsi décalés l'un de l'autre selon l'axe des canaux. Ces ensembles de corrugations 15 sont avantageusement alignés en position médiane dans l'axe d (en trait mixte partiel) du canal 5e. Ainsi, ils rigidifient chacun des canaux 5e de tube tout en permettant la flexion de ces canaux. Le tube peut 30 ainsi se déformer dans la zone de transition T entre ces ensembles de corrugations 15 sous l'effet de la dilatation thermique des plaques collectrices 9 des collecteurs. Les corrugations 15 pourront être issues de matière d'une paroi du tube, c'est-à-dire, ici, du feuillard 5d. Ces corrugations 15 sont formées, par exemple, par emboutissage dudit feuillard. Il est à noter que lesdites corrugations peuvent présenter une forme variable, identique l'une à l'autre ou non, en liaison tête bèche ou en opposition et en position variable dans la zone de transition. Dans la variante de réalisation de la figure 3, il est disposé un seul ensemble de corrugations allongées 15 en position médiane axiale dans la zone de transition T du canal 5e. Le profil allongé dans le sens axial du canal limite la perte de charge du fluide circulant dans le canal. Dans la variante de réalisation des figures 4 et 5, il est disposé un seul ensemble de corrugations tronconiques 15 opposées dans l'axe du canal 5e. Cela étant, les ensembles de corrugations pourront être légèrement décalés de l'axe du ou des canaux. Ils pourront ainsi, par exemple, être disposés en légère 15 quinconce sur la même face plane, dans un même angle ou des angles différents par rapport à l'axe longitudinal des canaux. En outre, il est possible de disposer des corrugations simples 17 ou à extrémité libre, c'est-à-dire sans contact avec une face plane opposée du canal, ceci sur la longueur du canal excepté la zone de transition T (figure 3) ou sur toute la longueur 20 du canal (figures 4 et 5), de manière à augmenter la turbulence du fluide circulant dans le canal et ainsi augmenter l'échange thermique entre le tube et l'air de refroidissement. REVENDICATIONS1. Faisceau d'échange de chaleur (3) pour échangeur de chaleur (1), notamment radiateur de véhicule automobile, ledit faisceau (3) comprenant une pluralité de tubes (5,) et d'intercalaires (13) d'échange thermique reliés, aux tubes (5), les tubes (5) étant configurés pour être raccordés de façon fixe et étanche, par leurs extrémités (5a), à des collecteurs (7) d'un fluide de refroidissement circulant à travers les tubes (5), les tubes (5) comportant au moins un canal (5e) de circulation du fluide de refroidissement, caractérisé en ce que lesdits tubes (5) présentent une zone dite de transition T située à proximité de l'une de leurs extrémités (5a), ladite zone de transition T étant munie d'une densité d'intercalaire réduite, ledit canal (5e) comprenant au moins un élément (15) apte à renforcer la capacité du tube (5) à supporter une surpression interne dans ladite zone de transition T. 2. Faisceau d'échange de chaleur (3) selon la revendication 1, dans lequel ladite zone de transition T est libre d'intercalaires. 3. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le ou lesdits éléments aptes à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne sont configurés de façon conférer une zone de flexion privilégiée pour le tube dans ladite zone de transition T. 4. Faisceau d'échange de chaleur (3) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit élément apte à renforcer la capacité du tube à supporter une surpression interne est un élément de liaison mécanique. 5. Faisceau d'échange de chaleur selon la revendication 4 dans lequel ledit élément de liaison mécanique est au moins une corrugation (15) d'une paroi (5d) du tube, ladite corrugation comprenant une extrémité reliée à une surface de ladite paroi, opposée à ladite corrugation. 6. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel ledit élément de liaison mécanique est au moins un ensemble de deuxcorrugations (15) de la paroi (5d) du tube, lesdites corrugations (15) étant attachées tête bèche l'une à l'autre. 7. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel la ou lesdites corrugations sont allongées selon une direction d'extension du ou desdits canaux. 8. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications 5 à 7 dans lequel ladite zone de transition T comprend, dans le ou les canaux, une corrugation (15) ou un ensemble de deux corrugations (15), disposé à distance d'un bord de ladite zone de transition T, opposé à l'extrémité correspondante. 9. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications 5 à 8 dans lequel ladite zone de transition T comprend, dans le ou les canaux, deux corrugations ou ensembles de deux corrugations axialement décalés le long du ou desdits canaux. 10. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 dans lequel la ou lesdites corrugations sont situées au niveau d'un plan médian 20 du ou desdits canaux. 11. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications 5 à 10, dans lequel la ou lesdites corrugations (15) sont issues d'emboutissage de la paroi (5d) du tube. 12. Faisceau d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des secondes corrugations (17) aptes à augmenter la turbulence du fluide circulant dans le tube sont disposées sur tout ou partie de la longueur des canaux. 25 30 13. Echangeur de chaleur (1) comprenant un faisceau d'échange de chaleur (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes.14 Echangeur de chaleur selon la revendication 13 configuré pour être un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile.