FR3026169A1 - Echangeur de chaleur, notamment pour vehicule automobile, et procede de fabrication d'un tel echangeur de chaleur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant un faisceau d'échange de chaleur entre un premier et un second fluide, ledit faisceau comprenant une pluralité de tubes (3) et une boîte collectrice (2), lesdits tubes (3) et ladite boîte (2) permettant la circulation dudit premier fluide entre eux, ledit échangeur comprenant en outre une plaque (16) de maintien desdits tubes (3), ladite plaque (16) étant fixée sur ladite boîte (2), ladite boîte (2) comprenant une plaque collectrice (6) munie d'orifices de passage desdits tubes (3), ladite plaque collectrice (6) étant en matériau plastique. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur.

Description

Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur La présente invention concerne un échangeur de chaleur et un procédé de fabrication d'un tel échangeur. Elle vise en particulier des applications dans le domaine des véhicules automobiles, notamment en tant que radiateur de refroidissement du fluide caloporteur servant au refroidissement du moteur des véhicules.

Dans les applications automobiles, il est connu deux types principaux d'échangeurs de chaleur, un premier type, dit mécanique, correspondant à des échangeurs obtenus par assemblage de leurs composants par déformation de matière, et des échangeurs dit brasés, correspondant à des échangeurs obtenus par assemblage de leurs composants par brasage.

Les échangeurs mécaniques sont constitués principalement d'un faisceau de tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur et d'une pluralité d'ailettes disposées perpendiculairement aux tubes et pourvues d'orifices traversés par lesdits tubes. Les ailettes ont pour fonction d'augmenter la surface d'échange avec l'air traversant l'échangeur. On obtient ainsi un échange de chaleur entre le fluide circulant dans les tubes et l'air passant entre les ailettes. On assure le maintien des ailettes sur les tubes ainsi que le maintien des tubes sur les plaques collectrices à l'aide d'une expansion des tubes. Plus précisément, une olive d'expansion est passée le long des tubes, à l'intérieur de ceux-ci. Elle a pour effet de déformer la matière des tubes en augmentant leur section et permet ainsi de les appliquer contres les ailettes. Un intérêt des échangeurs mécaniques par rapport aux échangeurs brasés est leur grande facilité d'assemblage. En effet, les échangeurs brasés nécessitent des fours de brasage obligeant à de lourds investissements alors que les échangeurs mécaniques peuvent être produits avec des installations beaucoup moins lourdes en investissements.

Cela étant, dans les échangeurs mécaniques, la plaque collectrice comme les tubes sont en métal et sont sujets à la corrosion. Un tel phénomène est en outre amplifié par un effet de pile entre la plaque collectrice et les tubes. La corrosion affaiblit les tubes et/ou la plaque collectrice et fait peser un risque sur la bonne étanchéité de l'échangeur. Pour pallier cet inconvénient, il a déjà été proposé des boîtes collectrices en matière plastique. Celles-ci sont de forme tubulaire et munies d'orifice de passage des tubes. Avec une telle solution, il est cependant difficile de procéder à l'expansion des tubes compte-tenu de l'espace disponible à l'intérieur de la boîte. L'immobilisation des tubes par rapport aux boîtes pose de la sorte problème. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne tout d'abord un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant un faisceau d'échange de chaleur entre un premier et un second fluide, ledit faisceau comprenant une pluralité de tubes et une boîte collectrice, lesdits tubes et ladite boîte permettant la circulation dudit premier fluide entre eux, ledit échangeur comprenant en outre une plaque de maintien desdits tubes, ladite plaque étant fixée sur ladite boîte, ladite boîte comprenant une plaque collectrice munie d'orifices de passage desdits tubes, ladite plaque collectrice étant en matériau plastique. La plaque collectrice étant en matériau plastique, on évite les phénomènes de corrosion rencontrés avec les plaques collectrices métalliques de l'état de l'art. De plus, en rapportant les tubes sur la boîte par l'intermédiaire de la plaque de maintien, on résout le problème de 1"immobilisation des tubes par rapport aux boîtes. Selon différents modes de réalisation qui pourront être pris ensemble ou séparément : - ladite plaque de maintien est rapportée extérieurement sur ladite boîte, - ladite plaque de maintien est rapportée sur ladite plaque collectrice, - ladite boîte comprend un couvercle, rapporté sur ladite plaque collectrice, - ledit couvercle est en matériau plastique, - ledit couvercle et ladite plaque collectrice sont fixés par soudage, - lesdits tubes sont métalliques, - lesdits tubes sont en alliage d'aluminium, - ledit échangeur comprend en outre un joint traversé par lesdits tubes, - ledit joint est situé à l'extérieur de ladite boîte collectrice, - ledit joint est comprimé entre lesdits tubes et ladite plaque collectrice au niveau d'un contour desdits orifices prévus dans ladite plaque collectrice pour le passage desdits tubes, - lesdits tubes présentent un évasement au niveau de leurs extrémités, - ledit évasement s'étend au moins en regard de ladite plaque de maintien et/ou de ladite plaque collectrice, voire en regard dudit joint, - ladite plaque de maintien est amovible par rapport à ladite boîte collectrice.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur, ledit procédé comprenant : - une étape de fixation desdits tubes sur ladite plaque de maintien, - une étape d'accrochage de ladite plaque de maintien sur ladite boîte collectrice. Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris ensemble ou séparément : - ladite étape de fixation des tubes dans la plaque de maintien comprend une étape d'évasement desdits tubes dans ladite plaque de maintien, - ledit procédé comprend une étape d'introduction desdits tubes dans ladite plaque collectrice, - ladite étape d'introduction des tubes dans ladite plaque collectrice est postérieure à l'étape de fixation desdits tubes sur ladite plaque de maintien et/ou antérieure à l'étape d'accrochage de ladite plaque de maintien sur ladite boîte collectrice, - ladite étape d'introduction desdits tubes dans ladite plaque collectrice comprend une étape d'emmanchage à force desdits tubes dans ladite plaque collectrice et/ou ledit joint.

Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue en élévation illustrant de façon schématique un échangeur conforme à l'invention. La figure 2 est une vue éclatée en perspective d'une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention. La figure 3 est une vue partielle en perspective d'un faisceau d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention.

La figure 4 est une vue en perspective montrant le montage du faisceau de la figure 3 sur la boîte collectrice de la figure 2. La figure 5 est une vue en perspective montrant un exemple d'échangeur de chaleur conforme à l'invention, après montage. La figure 6 est une vue en perspective montrant une variante de réalisation, conforme à l'invention, de l'échangeur de la figure 5. Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un échangeur de chaleur 1 entre un premier et un second fluide. Il s'agit d'un échangeur du type mécanique. Il comporte un faisceau de tubes 3, dans lesquels circule le premier fluide, à savoir ici un fluide caloporteur. Ledit fluide caloporteur est, par exemple, de l'eau glycolée, en particulier lorsque l'échangeur 1 fait office de radiateur de refroidissement d'un moteur thermique. Lesdits tubes 3 sont, par exemple, de section transversale circulaire, ovale ou oblongue. Dans ce dernier cas, leur section transversale pourra présenter des zones concaves donnant aux tubes une section de passage réduite dans leur zone médiane. Lesdits tubes 3 sont, par exemple, en un alliage métallique tel qu'un alliage d'aluminium. Ils sont obtenus, notamment, par électro-soudage. Ledit faisceau pourra en outre comprendre des ailettes de refroidissement ou de dissipation thermique 4, traversées par les tubes 3. Ces derniers sont, par exemple, alignés parallèlement, en un ou plusieurs rangs et les ailettes 4, prévues parallèles entre elles, sont disposées transversalement, en particulier perpendiculairement, auxdits tubes 3. Pour simplifier le dessin, seul un nombre limité d'ailettes du faisceau a été représenté.

Les ailettes 4 sont munies d'orifices de passages des tubes de forme correspondante à la section transversale desdits tubes. Elles pourront en outre présenter des persiennes permettant de perturber l'écoulement du second fluide, à savoir ici un flux d'air incident. On favorise de la sorte l'échange thermique entre ledit flux d'air, circulant entre les ailettes 4, et le fluide caloporteur, circulant dans les tubes 3. Lesdites ailettes 4 sont séparées l'une de l'autre par un pas avantageusement constant. Ledit échangeur comprend de plus deux boîtes collectrices d'extrémité 2 espacées parallèlement l'une de l'autre et reliées par les tubes 3. Lesdits tubes 3 et lesdites boîtes 2 permettent la circulation dudit premier fluide entre eux. De façon préférentielle, les dimensions des ailettes 4, en plan, correspondent sensiblement à celles des boîtes collectrices 2 à des fins de compacité de l'échangeur de chaleur 1. Dans le cas d'une application en tant que radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, le fluide caloporteur issu des tubes et passant par l'une des boîtes collectrices, est amené, par une conduite d'alimentation, aux différents organes chauds du moteur (bloc moteur, culasse, ...) à refroidir pour être renvoyé, en étant alors réchauffé, par une conduite de retour vers l'autre boîte collectrice du radiateur pour circuler à nouveau dans les tubes. L'échange thermique entre le fluide caloporteur chaud en circulation dans les tubes de l'échangeur et le flux d'air passant entre lesdits tubes pour abaisser la température du fluide caloporteur, est favorisé par la présence des ailettes dont la forme, le nombre et la matière sont choisis pour optimiser l'évacuation d'une quantité de chaleur importante dans le but d'amener progressivement le fluide caloporteur traversant l'échangeur à une plage de températures acceptable et efficace pour refroidir le moteur. Les raccords d'alimentation et de retour du fluide prévus dans les boîtes respectives menant au moteur et revenant de celui-ci n'ont pas été représentés. Lesdites boîtes 2 comprennent une plaque collectrice 6 munie d'orifices de passage desdits tubes 3. Lesdites boîtes 2 comprennent en outre ici un couvercle 8, rapporté sur ladite plaque collectrice 6. Ledit couvercle 8 est, par exemple, en matériau plastique. Il s'agit, notamment, de polyamide, en particulier de PA 6,6. Comme cela est mieux visible à la figure 2, ledit couvercle 8 pourra présenter de nervures de renfort 10. Il pourra aussi intégrer une ou plusieurs brides 12 de fixation de l'échangeur, ici situées à ses extrémités longitudinales, et/ou une ou plusieurs tubulures 14 d'entrée et/ou de sortie du premier fluide, ici située entre ses extrémités longitudinales. Selon l'invention, ladite plaque collectrice est en matériau plastique, notamment du polyamide, en particulier du PA 6,6. Un tel choix de matière permet de limiter les effets de la corrosion. A la figure 2, le couvercle 8 et la plaque collectrice 6 sont représentées de façon séparée. Ledit couvercle 8 et ladite plaque collectrice 6 pourront avantageusement être fixés l'un à l'autre par soudage, notamment par vibrations, ultrasons, infrarouges, laser, chauffage ou autre.

Comme illustré à la figure 3, ledit échangeur comprend en outre une plaque 16 de maintien desdits tubes 3. Il est ici prévu une telle plaque de maintien 16 à proximité de chaque extrémité longitudinale desdits tubes 3. Ladite plaque 16 est, par exemple, percée d'orifices 18 de passage à l'intérieur desquels les tubes 3 sont maintenus. Autrement dit, lesdits tubes 3 et ladite plaque de maintien 16 sont solidaires les uns des autres, de préférence de manière non démontable. Ladite plaque 16 est, par exemple, métallique. Elle est ici de forme sensiblement rectangulaire. Il est en particulier à noter que ladite plaque de maintien 16 est différente des ailettes 4. En particulier, elle est plus résistante que celles-ci, notamment par le choix d'un matériau et/ou d'une épaisseur de matière différents. A la figure 4, on a représenté l'assemblage du faisceau de l'échangeur sur la boîte 2, selon la flèche repéré 20. Comme illustré aux figures suivantes, à l'issue de cet assemblage, chaque plaque de maintien 16 est fixée sur l'une des boîtes 2. On assure de la sorte l'immobilisation des tubes 3 par rapport aux boîtes 2. Ici, lesdites plaques de maintien 16 sont rapportées extérieurement sur lesdites boîtes 2 et plus particulièrement, sur lesdites plaques collectrices 6. Pour assurer une bonne étanchéité entre les boîtes 2 et les tubes 3, ces derniers sont avantageusement emmanchés en force dans ladite plaque collectrice 6. Pour améliorer encore ce résultat et comment cela est plus visible à la figure 4, ledit échangeur pourra comprendre un joint 22, notamment élastomère, traversé par lesdits tubes 3. Ledit joint 22 présente avantageusement pour cela des orifices 24 de passages des tubes. Ledit joint 22 présente ici une partie plane reliant des parties annulaires, sensiblement en saillie, formant des manchons ou tétines 26 au niveau desquels lesdits orifices 24 de passage des tubes à travers le joint 22 sont définis. Autrement dit, chacun desdits tubes 3 passe à travers l'un desdits manchons 26. Ledit joint 22 ici est situé à l'extérieur de ladite boîte collectrice 2.

Ledit joint 22 est comprimé entre lesdits tubes 3 et ladite plaque collectrice 6, au niveau d'un contour desdits orifices 24 prévus dans ladite plaque collectrice 6 pour le passage desdits tubes 3. Autrement dit, ici, les manchons 26 sont comprimés, au droit de ladite plaque collectrice 6, entre les tubes 3 et un contour des orifices de passage desdits tubes 3 ménagés dans ladite plaque collectrice 6. Encore autrement dit, une partie des manchons 26 est insérée dans lesdits orifices de passage des tubes 3 ménagés dans la plaque collectrice 6, voire se prolonge axialement jusqu'à l'intérieur de la boîte collectrice 2. Lesdits tubes 3 présentent avantageusement un évasement 28 au niveau de leurs extrémités longitudinales. Ledit évasement 28 s'étend au moins en regard de ladite plaque de maintien 16, dudit joint 22 et de ladite plaque collectrice 6. Un tel évasement 28 favorise le maintien des tubes 3 dans ladite plaque de maintien 16, leur emmanchage à force dans la plaque collectrice 6 et la compression du joint 22 entre lesdits tubes 3 et la plaque collectrice 6.

Comme illustré aux figures 5 et 6, ladite plaque de maintien 16 est amovible par rapport à ladite boîte collectrice 2. A la figure 5, ladite plaque de maintien 16 est rendu solidaire de la plaque collectrice 6 par des ergots 30 prévus sur ladite plaque collectrice 6 et des lumières 32 prévues sur ladite plaque de maintien 16, lesdits ergots 30 s'encliquetant dans lesdits lumières 32. A la figure 6, ladite plaque de maintien 16 est rendu solidaire de la plaque collectrice 6 par sertissage. Pour cela, ladite plaque collectrice 6 est munie de logements 34, ici régulièrement répartis le long de sa périphérie, au niveau desquels des dents de sertissage 36 de la plaque de maintien 16 sont situées. On décrit dans la suite un procédé de fabrication d'un échangeur tel que décrit plus haut. Selon l'invention, on fixe lesdits tubes 3 sur ladite plaque de maintien 16, par exemple par évasement de l'extrémité desdits tubes.

Une étape préalable de fixation des ailettes 4 pourra avoir lieu, elle aussi par évasement. Pour cela, on pourra faire circuler une olive d'expansion déformant les tubes à un diamètre légèrement supérieur à celui des orifices prévus dans les ailettes 4 pour le passages desdits tubes. L'évasement de l'extrémité des tubes a alors lieu dans un second temps, à un diamètre encore supérieur.

Par ailleurs, ladite boîte collectrice 2 est assemblée, notamment par soudage de plaque collectrice 6 et du couvercle 8. Dans une étape ultérieure, on accroche ladite plaque de maintien 16, et donc le faisceau d'échange de chaleur, sur ladite boîte collectrice 2, notamment à l'aide desdits ergots 30 et/ou par sertissage.

Au préalable, on aura avantageusement introduit lesdits tubes 3 dans ladite plaque collectrice 6, notamment par emmanchage à force desdits tubes 3 dans ladite plaque collectrice 6, en comprimant par là même le joint 22.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant un faisceau d'échange de chaleur entre un premier et un second fluide, ledit faisceau comprenant une pluralité de tubes (3) et une boîte collectrice (2), lesdits tubes (3) et ladite boîte (2) permettant la circulation dudit premier fluide entre eux, ledit échangeur comprenant en outre une plaque (16) de maintien desdits tubes (3), ladite plaque (16) étant fixée sur ladite boîte (2), ladite boîte (2) comprenant une plaque collectrice (6) munie d'orifices de passage desdits tubes (3), ladite plaque collectrice (6) étant en matériau plastique.
2. 2. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ladite plaque de maintien (16) est rapportée extérieurement sur ladite boîte (2).
3. 3. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite plaque de maintien (16) est rapportée sur ladite plaque collectrice (6).
4. 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite boîte (2) comprend un couvercle (8), rapporté sur ladite plaque collectrice (6).
5. 5. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ledit couvercle (8) est en matériau plastique.
6. 6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 dans lequel ledit couvercle (8) et ladite plaque collectrice (6) sont fixés par soudage.30
7. 7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit échangeur comprend en outre un joint (22) traversé par lesdits tubes (3).
8. 8. Echangeur selon la revendication précédente dans lequel ledit joint (22) est situé à l'extérieur de ladite boîte collectrice (2).
9. 9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8 dans lequel ledit joint (22) est comprimé entre lesdits tubes (3) et ladite plaque collectrice (6) au niveau d'un contour desdits orifices prévus dans ladite plaque collectrice (6) pour le passage desdits tubes (3).
10. 10. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits tubes (3) présentent un évasement (28) au niveau de leurs extrémités, ledit évasement (28) s'étendant au moins en regard de ladite plaque de maintien (16) et/ou de ladite plaque collectrice (6).
11. 11. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite plaque de maintien (16) est amovible par rapport à ladite boîte collectrice (6).
12. 12. Procédé de fabrication d'un échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comprenant : - une étape de fixation desdits tubes (3) sur ladite plaque de maintien (16), - une étape d'accrochage de ladite plaque de maintien (16) sur ladite boîte collectrice (2).
13. 13. Procédé selon la revendication précédente dans lequel ladite étape de fixation des tubes (3) dans la plaque de maintien (16) comprend une étape d'évasement desdits tubes (3) dans ladite plaque de maintien (16).
14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13 dans lequel ledit procédé comprend une étape d'introduction desdits tubes (3) dans ladite plaque collectrice (6), postérieure à l'étape de fixation desdits tubes (3) sur ladite plaque de maintien (16) et/ou antérieure à l'étape d'accrochage de ladite plaque de maintien (16) sur ladite boîte collectrice (2).
15. 15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel ladite étape d'introduction desdits tubes (3) dans ladite plaque collectrice (6) comprend une étape d'emmanchage à force desdits tubes (3) dans ladite plaque collectrice (6).