Brevet FR3073453A1 — publié le 20190517

- 1 - DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR La présente invention selon ses différentes aspects concerne le domaine des échangeurs thermiques et notamment la protection des échangeurs thermiques placés en face avant d'un véhicule automobile. Des échangeurs thermiques interagissent avec une boucle de circulation d'un fluide, afin de générer un échange de calories entre un air extérieur au véhicule dirigé pour passer à travers ces échangeurs thermiques et le fluide. Dans ces échangeurs de chaleur, plusieurs tubes sont empilés les uns sur les autres avec des intercalaires agencés entre eux. Le fluide circule à l'intérieur des tubes et échange des calories avec l'air extérieur qui traverse les intercalaires de l'échangeur thermique. Ces échangeurs thermiques sont agencés de façon classique en face avant des véhicules automobiles, pour capter au mieux l'air extérieur, en amont du moteur qui lui est disposé dans le compartiment moteur du véhicule. La position en face avant de ces échangeurs thermiques expose l'échangeur thermique le plus en avant du véhicule à la projection de débris ou de gravillons pouvant endommager ou même perforer les tubes à l'intérieur desquels circule le fluide. Les tubes de cet échangeur thermique situé le plus en avant du véhicule sont exposés aux gravillons et projections au niveau de leur bord tourné vers l'avant du véhicule. Afin de protéger ces échangeurs thermiques, il est connu de placer au-devant d'eux une grille de protection pouvant retenir les gravillons, ou tout autre projectile, et éviter ainsi les chocs sur les tubes des échangeurs. Il est par exemple connu du document FR3035956 de disposer une grille de protection en amont du ou des échangeurs thermiques du véhicule automobile, en clipsant cette grille sur l'échangeur thermique. - 2 - La protection mise en oeuvre par cette grille améliore la situation mais n'est néanmoins pas totalement satisfaisante, car le choc consécutif à l'impact d'un gravillon peut provoquer une casse de la grille. Ainsi, un des buts est de d'améliorer la résistance des tubes de l'échangeur 5 thermique risquant d'être percutés par des gravillons ou autres projectiles. Un aspect de l'invention a pour objet un dispositif de protection d'un échangeur de chaleur, l'échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes aptes à être parcourus par un premier fluide et délimité par une face d'entrée et par une face de sortie, la face d'entrée étant configurée pour qu'un deuxième fluide traverse le 10 faisceau de tubes et échange des calories avec le premier fluide, le dispositif de protection comprenant une série d'éléments longitudinaux de protection des tubes configurée pour être disposée en regard de la face d'entrée et un bâti porteur de la série d'éléments longitudinaux de protection et configuré pour relier le dispositif de protection à l'échangeur de chaleur, reconnaissable en ce que le bâti est en une 15 première matière, tandis que la série d'éléments longitudinaux de protection est en une deuxième matière plus souple que la première matière. Le module d'élasticité de la première matière est compris entre 2300 et 16000 MPa et le module d'élasticité de la deuxième matière est compris entre 1.5 et 100 MPa. On comprend bien ici que la première matière est plus rigide et dure que la 20 deuxième matière, de manière à ce que le bâti forme un support structurel du dispositif de protection, tandis que la série d'éléments longitudinaux de protection forme un moyen d'absorption des chocs. On notera que la série d'éléments longitudinaux de protection est configurée pour qu'au moins un élément longitudinal de la série couvre au moins partiellement 25 un bord d'un tube du faisceau. C'est ainsi que les éléments longitudinaux sont rectilignes, ou sensiblement rectilignes, et qu'ils sont disposées les uns par rapport aux autres selon un pas identique ou similaire au pas des tubes de l'échangeur de chaleur. Avantageusement, la première matière est un polypropylène ou un polyamide, notamment chargé de fibres de verre, de carbone ou d'origine naturelle. - 3 - La deuxième matière est un thermoplastique élastomère ou un caoutchouc naturel. Il peut également s'agir d'un élastomère de type éthylène-propylène-diène monomère. Dans sa généralité, la deuxième matière est toute matière capable d'amortir et de résister à un choc généré par un projectile projeté contre l'élément 5 longitudinal à une vitesse de soixante kilomètres/heure. Selon un exemple de réalisation, le bâti comprend au moins un montant solidaire d'une pluralité d'éléments longitudinaux de protection, le montant étant configuré pour être agencé en regard de la face d'entrée de l'échangeur de chaleur. Le montant forme alors un support mécanique de plusieurs éléments longitudinaux, 10 qui s'étend transversalement, par exemple perpendiculairement, à la direction d'extension des éléments longitudinaux. Un tel montant longe la face d'entrée de l'échangeur de chaleur et croise le deuxième fluide qui est destiné à entrer dans l'échangeur de chaleur par cette face d'entrée. De manière alternative ou complémentaire, le bâti peut comprendre un cadre 15 qui entoure périphériquement la série d'éléments longitudinaux de protection. Selon un exemple, le bâti est ainsi constitué exclusivement du cadre. Selon un autre exemple, le bâti comprend le cadre et les montants tels que décrits ci-dessus. L'invention vise aussi un dispositif d'échange de chaleur comportant un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes aptes à être parcourus par 20 un premier fluide et délimité par une face d'entrée et par une face de sortie, la face d'entrée étant configurée pour être traversée par un deuxième fluide qui échange des calories avec le premier fluide, et un dispositif de protection tel que décrit dans le présent document solidaire de l'échangeur de chaleur. Dans une telle situation, les éléments longitudinaux de la série d'éléments 25 longitudinaux de protection sont disposés devant des bords des tubes du faisceau de l'échangeur de chaleur, de sorte à protéger ces bords contre des chocs provoqués par un projectile. L'invention couvre enfin un véhicule automobile comportant en face avant un dispositif d'échange de chaleur tel que détaillé dans le présent document, caractérisé - 4 - en ce que le dispositif d'échange de chaleur est configuré de sorte que le dispositif de protection soit orientée vers l'avant du véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d'une part, et d'un exemple de réalisation donné à 5 titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d'autre part, sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective avant d'un dispositif de protection selon la présente invention ; la figure 2 est une vue en perspective avant d'un dispositif d'échange de 10 chaleur selon l'invention ; et la figure 3 est une vue en coupe selon un plan 1-1 illustré sur la figure 2. Un premier objet visé par l'invention est un dispositif de protection 1 dont la fonction est de protéger un échangeur de chaleur contre les chocs de projectiles susceptibles de percer un tube de l'échangeur de chaleur. Assemblés l'un à l'autre, 15 cet échangeur de chaleur et ce dispositif de protection 1 forment un second objet de l'invention sous la forme d'un dispositif d'échange de chaleur, tel que visible sur la figure 2 ou sur la figure 3. Sur la figure 1, le dispositif de protection 1 prend une forme générale de grille destiné à être placée devant un échangeur de chaleur, selon le sens de circulation 20 d'un flux d'air qui traverse l'échangeur de chaleur. Le dispositif de protection 1 comprend au moins une série ou pluralité d'éléments longitudinaux de protection 2 dont seulement certains sont référencés sur la figure 1, pour éviter de surcharger la figure. Le dispositif de protection 1 comprend également au moins un bâti 3 dont la fonction est d'apporter une tenue mécanique à 25 la pluralité d'éléments longitudinaux de protection 2. En d'autres termes, ce bâti 3 est un organe porteur de la série d'éléments longitudinaux de protection 2. Les éléments longitudinaux 2 sont parallèles, ou sensiblement parallèles, entre eux. En fonction de la disposition de l'échangeur de chaleur sur le véhicule, les éléments longitudinaux 2 peuvent être alignés horizontalement ou verticalement. - 5 - Quel que soit l'orientation de l'échangeur de chaleur, cette série d'éléments longitudinaux de protection 2 s'étend dans un plan A visible sur la figure 1, ce plan étant traversé par le flux d'air destiné à traverser l'échangeur de chaleur. Ces éléments longitudinaux 2 forment des zones d'absorption capables 5 d'absorber une onde vibratoire consécutive au choc d'un gravillon, en évitant que le gravillon ne vienne perforer le tube que l'élément longitudinal impacté protège. C'est en cela que les éléments longitudinaux sont des éléments longitudinaux de protection 2 des tubes. Le ou les éléments longitudinaux 2 s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal 10 du tube qu'il protège. L'élément longitudinal 2 forme ainsi un élément allongé de protection du tube. Ce ou ces éléments longitudinaux 2 ont une forme de bande ou de cordon. La section de l'élément longitudinal 2 est par exemple circulaire, ovoïde, rectangulaire ou carré. Selon un exemple de réalisation, le bâti 3 comprend au moins un montant 4 qui 15 s'étend transversalement à une direction d'extension des éléments longitudinaux 2. Un tel montant 4 joint au moins deux éléments longitudinaux 2, mais on comprendra que selon l'exemple illustré sur la figure 1, le montant 4 joint chacun des éléments longitudinaux 2 et maintient mécaniquement les éléments longitudinaux 2 les uns par rapport aux autres, en déterminant un espace entre chacun de ces éléments 20 longitudinaux 2, cet espace correspondant notamment à une distance transversale qui sépare deux tubes de l'échangeur de chaleur. La figure 1 montre la présence de quatre montants 4, mais il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ce nombre et que le dispositif de protection 1 pourra comprendre plus de quatre ou moins de quatre montants 4. Le ou les montants 4 s'étendent dans un plan parallèle et 25 avantageusement confondu au plan A d'extension de la série d'éléments longitudinaux de protection 2. Alternativement ou de manière complémentaire au montant décrit ci-dessus, le bâti 3 peut comprendre un cadre 5 qui entoure périphériquement la série d'éléments longitudinaux de protection 2. Ce cadre 5 forme alors un élément structurel capable 30 de porter la série d'éléments longitudinaux de protection 2. Le cadre 5 présente - 6 - également la fonction de relier mécaniquement le dispositif de protection 1 à l'échangeur de chaleur. Le cadre 5 présente par exemple une forme parallélépipédique, notamment un rectangle. Il présente deux bords longitudinaux 6 joints l'un à l'autre par deux bords 5 latéraux 7. Selon l'exemple de la figure 1, la série d'éléments longitudinaux de protection 2 est solidaire des bords latéraux 7 du cadre 5. Dans le cas où le bâti 3 comprend des montants 4, ceux-ci sont reliés aux bords longitudinaux 6 du cadre 5, par exemple en s'étendant parallèlement aux bords latéraux 7 du cadre 5. Le dispositif de protection 1 comprend également des moyens d'accrochage 8 10 configurés pour solidariser le dispositif de protection 1 sur l'échangeur de chaleur. Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, les moyens d'accrochage 8 sont formés par des pattes de fixation 9 qui émergent du bâti 3, en particulier du cadre 5. Ces pattes de fixation 9 s'étendent dans un plan transversal au plan A dans lequel s'inscrit la série d'éléments longitudinaux de protection 2, de manière à venir 15 accrocher une face de sortie de l'échangeur de chaleur. Le dispositif de protection 1 est une pièce monobloc réalisée à partir de deux matières distinctes. Une première matière est utilisée pour ces propriétés de maintien mécanique en vue de former une structure du dispositif de protection 1, c'est-à-dire le bâti 3 exposé ci-dessus. La deuxième matière est utilisée pour ces propriétés 20 d'amortissement, et plus particulièrement pour ces propriétés d'absorption des chocs. Cette deuxième matière est utilisée pour la fabrication de la série d'éléments longitudinaux de protection 2 agencés pour protéger un bord des tubes de l'échangeur de chaleur contre lequel le dispositif de protection 1 est plaqué. Le dispositif de protection 1 est donc un organe bi-matière réalisé par un procédé de co- 25 moulage ou par un procédé de surmoulage, la deuxième matière étant alors surmoulée sur la première matière. La première matière est une matière polymère. A titre d'exemple, la première matière constitutive du bâti 3 est un polypropylène, ou un polyamide. L'un ou l'autre de ces polymères peut être renforcé par des fibres de verre ou de carbone. Il peut - 7 - également s'agir de fibres d'origine naturelle. Enfin, le renfort de ces polymères peut être réalisé par du talc ou de la craie. La deuxième matière est une matière polymère. A titre d'exemple, la deuxième matière constitutive de la série d'éléments longitudinaux de protection 2 est un 5 thermoplastique élastomère, par exemple de type polyoléfine (TPO), vulcanisé (TPE), polyuréthane (TPU), polyamide (TPA), copolymères à blocs styréniques (TPS) à base de SBS ou de SEBS (copolymères séquencés à deux phases contenant des blocs rigides et des blocs flexibles), ou copolyester (TPC). Selon un autre exemple, la deuxième matière est un mélange physique de thermoplastique et Io d'élastomère de type éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) ou propylène (P P). La deuxième matière est plus souple que la première matière. A titre d'exemple, le module d'élasticité de la première matière est compris entre 2300 et 16000 MPa, alors que le module d'élasticité de la deuxième matière est compris entre 1.5 et 100 15 MPa. Pris dans un autre référentiel, la résistance au choc de la première matière est comprise entre 3KJ/m2 et 90KJ/m2. La dureté shore de la deuxième matière est comprise entre 20 et 95 Shores A. L'allongement à la rupture de la deuxième matière est compris entre 300% et 1000%. On comprend ici que la première matière confère la tenue mécanique au 20 dispositif de protection 1, en portant la série d'éléments longitudinaux de protection 2, alors que la deuxième matière confère la propriété d'absorption aux chocs, notamment de projectiles comme des gravillons. Les figures 2 et 3 illustrent le dispositif d'échange de chaleur 10 qui comprend l'échangeur de chaleur 11 et le dispositif de protection 1. Ce dispositif d'échange de 25 chaleur 10 est placé dans un repère orthonormé Oxyz, où la direction Ox illustre une direction le long de laquelle un deuxième fluide 25 peut se déplacer en traversant le dispositif d'échange de chaleur 10, tandis que la direction Oy illustre une direction perpendiculaire à la direction Ox et le long de laquelle un premier fluide 24 peut se déplacer dans l'échangeur de chaleur 11. Enfin, la direction Oz est perpendiculaire - 8 - aux deux autres directions mentionnées ci-dessus et illustre une verticalité du dispositif d'échange de chaleur 10. L'échangeur de chaleur 11 comprend un faisceau 12 de tubes 13 et d'éléments de dissipation 14, organisé selon un empilement alternatif de tube et d'élément de 5 dissipation le long de la direction Oz. Sur la figure 2, certains éléments longitudinaux 2 du dispositif de protection 1 ont été volontairement masqués pour rendre visible les tubes 13 du faisceau 12. Il existe autant d'éléments longitudinaux de protection 2 que de tubes 13, le tube 13 étant alors couvert par un élément longitudinal 2. Les tubes 13 de l'échangeur de chaleur 11 sont disposés à plat horizontalement 10 et sont configurés pour être parcourus par le premier fluide 24, par exemple un fluide caloporteur tel que de l'eau glycolé quand l'échangeur de chaleur 11 est un radiateur, un fluide frigorigène quand l'échangeur de chaleur 11 est un condenseur ou un refroidisseur de gaz ou un flux d'air d'admission quand l'échangeur de chaleur 11 est un refroidisseur d'air suralimenté. Chaque tube 13 est formé de deux grandes 15 parois longitudinales 22 jointes par deux petites parois longitudinales, délimitant ainsi un canal de circulation du premier fluide 24. Les petites parois longitudinales forment chacune un bord 23 du tube 13, un de ces bords étant exposé au deuxième fluide 25 qui traverse le faisceau 12 de l'échangeur de chaleur 11. Les éléments de dissipation 14 sont par exemple des ailettes ou des 20 intercalaires munies de persiennes, chaque ailette ou intercalaire étant disposé entre deux tubes 13 immédiatement adjacents. L'espace entre deux tubes 13 où est disposée un élément de dissipation 14 est destiné à être parcouru par le deuxième fluide 25, par exemple un flux d'air extérieur au véhicule voué à recevoir le dispositif d'échange de chaleur 10. C'est ainsi qu'il se produit un transfert de calories entre le 25 premier fluide 24 et le deuxième fluide 25 via les tubes 13 et les éléments de dissipation 14. Dans la direction Ox, l'échangeur de chaleur 11 est délimité par une face d'entrée 15 et par une face de sortie 16. La face d'entrée 15 est celle qui est destinée à être traversée par le deuxième fluide 25, quand celui-ci entre dans le 30 faisceau 12 de l'échangeur de chaleur 11, alors que la face de sortie 16 est celle qui - 9 - est destinée à être traversée par le deuxième fluide 25 quand celui-ci sort du faisceau 12 de l'échangeur de chaleur 11. La face d'entrée 15 s'étend par exemple dans un plan parallèle, et avantageusement confondu, avec un plan passant par le bord de chaque tube 13 du faisceau 12. 5 Dans la direction Oy, l'échangeur de chaleur 11 est délimité par une première boîte collectrice 17 et par une deuxième boîte collectrice 18, chacune disposée à une extrémité longitudinale des tubes 12. La première boîte collectrice 17 comprend un premier manchon 19 et un deuxième manchon 20 par lesquelles le premier fluide 24 peut entrer ou sortir de l'échangeur de chaleur 11. L'échangeur de chaleur 11 Io comprend enfin au moins un dispositif de fixation 21 par le biais duquel le dispositif d'échange de chaleur 10 peut être solidarisé au niveau d'une face avant d'un véhicule automobile. Dans la direction Oz, l'empilement de tubes 13 et d'éléments de dissipation 14 est bordé par deux joues 26 qui s'étendent longitudinalement de la première boîte 15 collectrice 17 à la deuxième boîte collectrice 18. Le dispositif de protection 1 est disposé sur l'échangeur de chaleur 11 de telle sorte que la série d'éléments longitudinaux de protection 2 soit disposée en regard, c'est-à-dire en face et au-devant, de la face d'entrée 15. Le plan A dans lequel s'étend la série d'éléments longitudinaux de protection 2 est ainsi parallèle, ou 20 sensiblement parallèle, à la face d'entrée 15 de l'échangeur de chaleur 11 et une projection de la série d'éléments longitudinaux de protection 2 se superpose sur les bords des tubes 13 qui forment la face d'entrée 15. Comme cela ressort de la figure 3, au moins l'un des éléments longitudinaux 2, et avantageusement tous les éléments longitudinaux 2 de la série, couvre le bord 23 25 d'un tube 13. En d'autres termes, chaque élément longitudinal 2 masque le bord 23 du tube 13 auquel elle est associée. C'est en cela qu'un élément longitudinal 2 est placé devant un bord 23 d'un tube 13. Le bord 23 du tube 13 est ainsi protégé par l'élément longitudinal 2, ce dernier étant réalisé en un matériau absorbant les chocs. On notera sur les figures 2 ou 3 que le bâti 3 est plaqué contre la face d'entrée 30 15 de l'échangeur de chaleur 11. Le cadre 5 entoure le faisceau de tubes 13, tandis - 10 - que les montants 4 s'étendent devant la face d'entrée 15. Les moyens d'accrochage 8 sont mis à profit pour solidariser le dispositif de protection 1 sur l'échangeur de chaleur 11, en longeant les joues 26 du faisceau 12 et en venant s'agripper contre la face de sortie 16 de l'échangeur de chaleur 11. 5 La figure 3 montre une coupe transversale verticale opérée au niveau du faisceau 12 du dispositif d'échange de chaleur 10, entre deux montants 4, tel qu'illustré par le plan de coupe 1-1 sur la figure 2. Cette figure 3 montre plus particulièrement la forme d'une section des éléments longitudinaux 2 constitutifs de la série d'éléments longitudinaux de protection 2. Selon cet exemple, cette section 10 est circulaire et le diamètre de cette section est au moins égale à une épaisseur du tube 13, c'est-à-dire une distance mesurée entre les grandes parois longitudinales 22 et perpendiculairement à au moins l'une de ces parois. Bien entendu, il ne s'agit ici que d'un exemple et la section de l'élément longitudinal pourra prendre toute forme tant que cette section couvre le bord 23 du tube 13. 15 Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite 20 de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état REVENDICATIONS1. Dispositif de protection (1) d'un échangeur de chaleur (11), l'échangeur de chaleur (11) comprenant un faisceau (12) de tubes (13) aptes à être parcourus par un premier fluide (24) et délimité par une face d'entrée (15) et par une face de sortie (16), la face d'entrée (15) étant configurée pour qu'un deuxième fluide (25) traverse le faisceau (12) de tubes (13) et échange des calories avec le premier fluide (24), le dispositif de protection (1) comprenant une série d'éléments longitudinaux de protection (2) des tubes (13) configurée lo pour être disposée en regard de la face d'entrée (15) et un bâti (3) porteur de la série d'éléments longitudinaux de protection (2) et configuré pour relier le dispositif de protection (1) à l'échangeur de chaleur (11), caractérisé en ce que le bâti (3) est en une première matière, tandis que la série d'éléments longitudinaux de protection (2) est en une deuxième matière plus souple que 15 la première matière. 2. Dispositif de protection (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module d'élasticité de la première matière est compris entre 2300 et 16000 MPa et le module d'élasticité de la deuxième matière est compris entre 1.5 et 100 MPa. 20 3. Dispositif de protection (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la série d'éléments longitudinaux de protection (2) est configurée pour qu'au moins un élément longitudinal (2) couvre au moins partiellement un bord (23) d'un tube (13) du faisceau (12). 4. Dispositif de protection (1) selon l'une quelconques des revendications 25 précédentes, dans lequel la première matière est un polypropylène ou un polyamide. 5. Dispositif de protection (1) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel la deuxième matière est un thermoplastique élastomère ou un caoutchouc naturel. - 12 - 6. Dispositif de protection (1) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le bâti (3) comprend au moins un montant (4) solidaire d'une pluralité d'éléments longitudinaux de protection (2), le montant (4) étant configuré pour être agencé en regard de la face d'entrée (15) de 5 l'échangeur de chaleur (11). 7. Dispositif de protection (1) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le bâti (3) comprend un cadre (5) qui entoure périphériquement la série d'éléments longitudinaux de protection (2). 8. Dispositif d'échange de chaleur (10) comportant un échangeur de chaleur (11) comprenant un faisceau (12) de tubes (13) aptes à être parcourus par un premier fluide (24) et délimité par une face d'entrée (15) et par une face de sortie (16), la face d'entrée (15) étant configurée pour être traversée par un deuxième fluide (25) qui échange des calories avec le premier fluide (24), et un dispositif de protection (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes solidaire de l'échangeur de chaleur (11). 9. Dispositif d'échange de chaleur (10) selon la revendication 8, dans lequel les éléments longitudinaux (2) de la série d'éléments longitudinaux de protection (2) sont disposés devant des bords (23) des tubes (13) du faisceau (12) de l'échangeur de chaleur (11) de sorte à protéger ces bords (23) contre un choc provoqué par un projectile. 10. Véhicule automobile comportant en face avant un dispositif d'échange de chaleur (10) selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le dispositif d'échange de chaleur (10) est configuré de sorte que le dispositif de protection (1) soit orientée vers l'avant du véhicule.25