HEAT EXCHANGER WITH FLEXIBLE TUBES, NOTABLY FOR USE IN AUTOMOTIVE VEHICLES

ECHANGEUR DE CHALEUR A TUBES SOUPLES, NOTAMMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE

Abrégé français

L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour
un équipement de véhicule automobile, comprenant une
pluralité de tubes (1) destinés à acheminer un fluide d'échange
thermique et réalisés dans un matériau souple, ainsi que deux
plaques collectrices (2a,2b) parallèles et comprenant des
ouvertures (3a,3b) pour loger respectivement les extrémités
de chaque tube (1). Ces ouvertures (3a,3b) sont agencées en
rangées parallèles pour former un faisceau de rangées de
tubes parallèles. Selon l'invention, les rangées successives
de l'une des plaques (2a) sont alternativement décalées vers
une première direction, parallèle aux rangées, puis vers une
seconde direction opposée à cette première direction, et les
rangées de l'autre plaque (2b) sont respectivement décalées
vers la seconde direction, puis vers la première direction,
de sorte que les tubes de deux rangées consécutives se
croisent entre les deux plaques collectrices (2a,2b). De
plus, deux rangées successives d'une même plaque (2a) sont
espacées d'un interstice (d) voisin d'une épaisseur de tube,
de sorte que les tubes de deux rangées consécutives, en se
croisant, sont en contact (C).

Revendications

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Revendications
1. Echangeur de chaleur, notamment pour un équipement de
véhicule automobile, du type comprenant une pluralité de
tubes (1) destinés à acheminer un fluide d'échange thermique
et réalisés dans un matériau souple, ainsi que deux plaques
collectrices (2a,2b) sensiblement parallèles et comprenant
des ouvertures (3a,3b) pour loger respectivement les extrémités
de chaque tube (1), tandis que lesdites ouvertures
(3a,3b) sont agencées en rangées sensiblement parallèles
(rk,ri,rj) pour former un faisceau de rangées de tubes (r'k,
r'i, r'j) sensiblement parallèles,
caractérisé en ce que les rangées successives (rk,ri,rj) de
l'une des plaques (2a) sont alternativement décalées vers une
première direction, sensiblement parallèle aux rangées, puis
vers une seconde direction sensiblement opposée à ladite
première direction, tandis que les rangées de l'autre plaque
(2b) sont respectivement décalées vers la seconde direction,
puis vers la première direction, de sorte que les tubes de
deux rangées consécutives (r'i, r'j) se croisent entre les
deux plaques collectrices (2a,2b),
et en ce que deux rangées successives (ri,rj) d'une même
plaque (2a) sont espacées d'un interstice (d) sensiblement
voisin d'une épaisseur de tube, de sorte que les tubes de
deux rangées consécutives (r'i, r'j), en se croisant, sont
sensiblement en contact (C).
2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé
en ce que deux ouvertures consécutives d'une même rangée sont
espacées sensiblement d'un pas prédéterminé (p).
3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé
en ce que le pas prédéterminé (p) est inférieur à deux fois
et demie le diamètre (d) d'un tube.
4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les tubes (1) comportent,
au moins en partie comprenant une zone (C) de contact mutuel,

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des parois externes revêtues d'une couche de colle pour
former des moyens de maintien des tubes.
5. Échangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé
en ce que les parois externes des tubes (1) portent un
matériau rendu adhésif par un traitement thermique.
6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les deux plaques
collectrices (2a,2b) sont de formes respectives se déduisant
sensiblement l'une de l'autre par une rotation de 180° autour
d'un axe perpendiculaire aux plaques.
7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les plaques collectrices
(2a,2b) sont chacune solidaires, sensiblement à étanchéité,
d'une boîte collectrice (4a,4b) dudit fluide d'échange
thermique.
8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à fonctionner
en tant que radiateur de refroidissement d'air de
suralimentation d'un véhicule automobile.

Description

,, , CA 02305939 2000-04-14
Echancreur de chaleur à tubes souples , notamment pour véhicule
automobile
L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour
un équipement de refroidissement d'air d'un véhicule automo
bile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de
chaleur muni de tubes pour acheminer un fluide d'échange
thermique, ces tubes étant réalisés dans un matériau souple.
Un tel échangeur de chaleur comporte habituellement deux
boîtes collectrices du fluide d'échange thermique précité.
Chacune des boîtes comporte une plaque collectrice, généra-
lement solidarisée à la boîte à étanchéité. Les deux plaques
collectrices comportent des ouvertures pour loger respecti-
vement les extrémités de chaque tube à étanchéité.
Dans des échangeurs de chaleur du type précité, les ouvertu-
res des plaques sont agencées en rangées sensiblement
parallèles pour former un faisceau de rangées de tubes
sensiblement parallèles. Une telle disposition des tubes
permet avantageusement un échange thermique satisfaisant
entre les tubes et un fluide traversant l'échangeur.
Cependant, compte tenu de la structure souple des tubes, il
est nécessaire de les maintenir, au moins dans une même
rangée, sensiblement espacés entre eux.
Une solution consisterait à prévoir, entre les tubes, des
éléments entretoises pour les maintenir espacés. Cependant,
de tels moyens d'espacement contribuent à grever le nombre
d'étapes dans le procédé de fabrication d'un tel échangeur,
ainsi que le nombre de pièces-à prêvoir.
La présente invention vient améliorer la situation.
Selon une définition générale de l'invention, les rangêes
successives de l'une des plaques précitées sont alternative
ment décalées vers une première direction, sensiblement

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parallèle aux rangées, et vers une seconde direction sensi-
blement opposée à cette première direction, tandis que les
rangées de l'autre plaque sont respectivement décalées vers
la seconde direction, puis vers la première direction, de
sorte que les tubes de deux rangées consécutives se croisent
une fois entre les deux plaques collectrices. En outre, deux
rangées successives d'une même plaque sont espacées d'un
interstice sensiblement voisin d'une épaisseur de tube, de
sorte que les tubes de deux rangées consécutives, en se
croisant, sont sensiblement en contact.
Ainsi, les tubes de l'échangeur de chaleur selon l'invention
ne sont en contact qu'en une ou deux zones sensiblement
ponctuelles, et restent espacés les uns des autres en dehors
de ces zones ponctuelles.
Avantageusement, deux ouvertures consécutives d'une même
rangée sont espacées sensiblement d'un pas prédéterminé, ce
qui revient à disposer les tubes d'une même rangée sensible
ment espacés entre eux.
Préférentiellement, ce pas prédéterminé est inférieur à deux
fois et demie le diamètre d'un tube.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention,
les tubes comportent, au moins dans une partie comprenant
leurs zones de contact mutuel, des parois externes revêtues
d'une couche de colle pour former des moyens de maintien des
tubes.
Dans une forme de réalisation préférée de l'échangeur de
chaleur selon l'invention, les parois externes des tubes
portent un matériau rendu adhésif par un traitement thermi-
que.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après,
et des dessins annexés sur lesquels .

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- la figure 1 est une vue partielle d'un échangeur de chaleur
selon l'invention,
- la figure 2 est une vue de face de l'êchangeur reprêsenté
sur la figure 1,
- la figure 3 est une vue de dessus de l'échangeur représenté
sur la figure 1, et
- la figure 4 est une vue de face d'une plaque collectrice
d'un échangeur de chaleur selon l'invention.
Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de
caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à
mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer
à la définition de l'invention, le cas échéant.
On se réfère tout d'abord à la figure l pour décrire un
ëchangeur de chaleur muni de tubes souples, destiné à une
utilisation en tant gue radiateur de refroidissement d' air de
suralimentation d'un véhicule automobile, dans l'exemple
décrit. Plus particulièrement, un tel échangeur de chaleur
contribue au refroidissement de l'air de suralimentation d'un
moteur thermique d'un véhicule automobile, en particulier
d'un poids lourd.
La suralimentation d'un moteur thermique consiste à alimenter
ce moteur en air comprimé, et non directement en air atmos-
phérique, ce qui permet d'augmenter la masse d'oxygène
disponible dans les chambres de combustion. La compression de
l' air s' accompagne d' une forte élévation de température et il
est nécessaire alors de refroidir cet air.
En se référant en particulier à la figure 2, un tel échangeur
de chaleur comporte deux boîtes collectrices 4a et 4b
(représentées en traits pointillés), munies respectivement de
tubulures d'entrée E et de tubulures de sortie S d'un fluide
réfrigérant (par exemple un liquide de refroidissement),
destiné à être acheminé par un faisceau de tubes 1 destiné à

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coopérer par échange thermique avec un flux d'air (flèche F)
qui traverse l'échangeur de chaleur, en vue du refroidisse-
ment de ce flux d'air F.
Chaque boîte collectrice 4a, 4b comprend une plaque collec
trice 2a, 2b comprenant des ouvertures 3a, 3b pour loger,
sensiblement à étanchéité, les extrémités respectives de
chaque tube 1. Généralement, chaque plaque collectrice 2a, 2b
est solidaire, à étanchéité, d'une coquille que comporte la
boîte collectrice 4a, 4b.
En se référant à la figure 4, les ouvertures 3a de chaque
plaque collectrice 2a sont agencées en rangées parallèles rk,
ri, rj (horizontales dans l'exemple représenté). Un tel
agencement sur chacune des plaques 2a et 2b, définit un
arrangement général des tubes 1 en un faisceau de rangées
parallèles r'k, r'i, r'j (figure 3).
Selon l'invention, les rangées successives rk, ri, rj des
ouvertures d'une plaque 2a, sont alternativement dêcalées
vers une première direction (horizontale dans l'exemple
représenté), puis vers une seconde direction opposée. Par
ailleurs, les rangées correspondantes (non représentées) de
l'autre plaque collectrice 2b sont respectivement décalées
vers la seconde direction opposée, puis vers la première
direction précitée.
Préférentiellement, les formes respectives des deux plaques
collectrices 2a et 2b se déduisent sensiblement l'une de
l'autre par une rotation de 180° autour d'un axe perpendicu-
laire aux plaques (axe perpendiculaire au plan de la figure
4). Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 4, la
rangêe ri est décalée vers la droite par rapport à la rangée
rk consécutive d'une distance q, tandis que les rangées
correspondantes (coïncidant avec les mêmes rangées de tubes
r'k et r'i) de l'autre plaque collectrice 2b, sont décalées
vers la gauche, d'une même distance q. Par ailleurs, les deux
rangées ri et rj de la plaque 2a sont décalées vers la
gauche, de la même distance q, tandis que les rangées

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correspondantes de la plaque 2b sont décalées vers la droite
de cette distance q, et ce, en alternance.
Les décalages alternés des rangées rk, ri, rj des plaques 2a
5 et 2b définissent ainsi une structure des tubes 1 suivant
laquelle les tubes de deux rangées consécutives r'i et r'j se
croisent dans une zone C (figures 1 et 2) située entre les
deux plaques collectrices 2a et 2b.
Deux rangées d'ouvertures successives ri et rj sont espacées
d'une distance d (dans une direction verticale) sensiblement
voisine d'un diamètre de tube (de section sensiblement
circulaire dans l'exemple décrit), de sorte que les tubes de
deux rangées consécutives sont en contact dans la zone de
croisement C située entre les deux plaques collectrices 2a et
2b. En particulier, les tubes d'une rangée intermédiaire r'i
(située ni en début, ni en fin d'empilement) comprennent deux
zones de contact, avec les tubes d'une rangée supérieure r'k
et avec les tubes d'une rangée inférieure r'j.
Avantageusement, les surfaces externes des tubes 1 sont
revêtues d'un film rendu adhésif par traitement thermique, ce
qui permet de rigidifier le faisceau de tubes formé, en
maintenant les tubes espacés en dehors de leur zone de
contact C.
Préférentiellement, les tubes d'une même rangée r'i sont
espacés d'une distance que définit le pas p entre les
ouvertures d'une même rangée ri sur les plaques collectrices
(figure 4). Ce pas p est inférieur ou de l'ordre de deux fois
et demie le diamètre d d' un tube ( p = 2 , 5 x d ) . Une telle
distance séparant les tubes d'une même rangée permet avanta
geusement d'obtenir une coopération optimale entre les tubes
et le flux d'air F (typiquement un rendement en efficacité
thermique voisin de 90 $).
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la
forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple. Elle
s'étend à d'autres variantes.

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On comprendra ainsi que les tubes 1 peuvent ne comporter que
un ou deux points de colle (un point de colle pour les
rangées d'extrémité et deux points de colle pour les rangées
intermédiaires), en leurs zones de contact C.
Dans l'exemple représenté sur la figure 4, le pas p entre
deux tubes d'une même rangée, constant dans l'exemple, est
voisin d'une distance équivalente à 2,5 fois le diamètre d'un
tube. En variante, ce pas p peut être différent, préféren-
tiellement inférieur à cette distance.
Dans l'exemple décrit ci-avant, les deux plaques collectrices
2a et 2b sont de formes respectives qui se déduisent l'une de
l'autre par une rotation de 180° autour de l'axe perpendicu
faire aux plaques. En variante, les formes respectives des
plaques peuvent être différentes. Par exemple, le pas p entre
les ouvertures d'une même rangée peut être différent d'une
plaque à l'autre, ou encore, le dêcalage q entre deux rangées
successives peut étre différent.
Enfin, l'utilisation d'un échangeur de chaleur selon l'inven-
tion en tant que radiateur de refroidissement d'air de
suralimentation d'un véhicule automobile, est, bien que
particulièrement avantageuse, décrite ci-avant à titre
d'exemple. De façon générale, un tel échangeur peut être
utilisé en tant que radiateur de refroidissement d'un moteur
de véhicule, radiateur de chauffage dans une installation de
ventilation, chauffage et/ou climatisation de ce véhicule, ou
autre.

Dessin représentatif