FR3059403A1

FR3059403A1 - Joue pour echangeur thermique de vehicule automobile

Info

Publication number: FR3059403A1
Application number: FR1660537A
Authority: FR
Inventors: Yves Seynat; Remi Tournois
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2036-10-28
Also published as: WO2018078299A1; EP3532788A1; CN109891176A; CN109891176B; FR3059403B1

Abstract

L'invention se rapporte à une joue (18) pour dispositif d'échange de chaleur de véhicule automobile (10), notamment pour échangeur de chaleur à deux passes méthodiques, de véhicule automobile, comportant une fente longitudinale (30) débouchant à une extrémité longitudinale (36) de la joue (18). L'invention vise également un dispositif d'échange de chaleur de véhicule automobile (10) comprenant une telle joue (18) ou deux.

Description

059 403

60537 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :

(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)

©) N° d’enregistrement national

COURBEVOIE © Int Cl⁸ : F28 F9/00 (2017.01)

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION

A1

©) Date de dépôt : 28.10.16.	© Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
(© Priorité :	Société par actions simplifiée — FR.
	@ Inventeur(s) : SEYNAT YVES et TOURNOIS REMI.
©) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 01.06.18 Bulletin 18/22.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux	® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES
apparentés :	Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension :	© Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES.

JOUE POUR ECHANGEUR THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE.

FR 3 059 403 - A1

L'invention se rapporte à une joue (18) pour dispositif cTechange de chaleur de véhicule automobile (10), notamment pour échangeur de chaleur à deux passes méthodiques, de véhicule automobile, comportant une fente longitudinale (30) débouchant à une extrémité longitudinale (36) de la joue (18).

L'invention vise également un dispositif d'échange de chaleur de véhicule automobile (10) comprenant une telle joue (18) ou deux.

JOUE POUR ÉCHANGEUR THERMIQUE DE VÉHICULE AUTOMOBILE

La présente invention concerne une joue pour échangeur thermique de véhicule automobile et un échangeur thermique pour véhicule automobile comprenant une telle joue.

Un échangeur de chaleur comporte classiquement un faisceau de tubes, délimité par deux tubes d’extrémité. En complément, des ailettes d’échange thermique peuvent être prévues entre les tubes du faisceau pour améliorer l’échange de chaleur. Une ailette d’échange thermique d’extrémité peut être disposée sur la face externe de chacun des tubes d’extrémité. La ou les ailettes d’échange thermique d’extrémité délimitent ainsi le faisceau de tubes. Une joue est disposée directement sur chacune des ailettes d’échange thermique d’extrémité mentionnées.

Un échangeur de chaleur comporte encore deux plaques collectrices (ou « collecteurs ») qui sont traversées par les extrémités des tubes du faisceau de tubes. Les plaques collectrices sont recouvertes chacune d’un couvercle pour former une boîte à eau. Dans le cas d’espèce, une première boîte à eau permet la distribution du fluide traversant les tubes depuis une entrée de fluide formée par un premier couvercle. La deuxième boîte à eau permet la collecte du fluide ayant traversé les tubes, pour le conduire à une sortie de fluide de l’échangeur de chaleur, formée par le deuxième couvercle.

Dans le domaine automobile, notamment, un échangeur de chaleur peut comporter deux faisceaux de tubes, parallèles et décalés dans une direction normale aux plans des deux faisceaux de tubes, traversés successivement par le fluide à refroidir ou chauffer. Dans ce cas, l’entrée et la sortie de fluide peuvent être disposées au niveau d’une même extrémité des faisceaux de tubes et formées par un même couvercle, la boîte à eau située à l’autre extrémité permettant de guider le fluide depuis la sortie des tubes du premier faisceau de tubes traversés vers l’entrée des tubes du deuxième faisceau de tubes à traverser.

Dans ce cas de figure, les tubes des deux faisceaux de tubes sont traversés par du fluide à des températures différentes. Il s’en suit des dilations différentes des tubes entre le premier faisceau, parcouru par un fluide plus chaud, et le deuxième faisceau, parcouru par un fluide plus froid. Ces dilatations différentes peuvent provoquer des fissures ou d’autres dommages dans les joues auxquelles les tubes sont fixés, qui nuisent à l’intégrité de l’échangeur de chaleur.

Un but de l’invention est de fournir une joue pour dispositif d’échange de chaleur de véhicule automobile permettant de réduire, voire d’éviter totalement l’apparition de ces fissures et/ou dommages.

À cette fin, l’invention propose une joue pour dispositif d’échange de chaleur de véhicule automobile, notamment pour échangeur de chaleur à deux passes méthodiques, de véhicule automobile, comportant une fente longitudinale débouchant à une extrémité longitudinale de la joue, de préférence à une unique extrémité longitudinale de la joue.

Ainsi, la fente permet aux deux parties de la joues qu’elle sépare et qui correspondent avantageusement chacune à un faisceau de tubes respectif, de se dilater indépendamment de l’autre. On limite ainsi le niveau des contraintes dans la joue, durant l’utilisation du dispositif d’échange de chaleur.

Selon des modes de réalisation préférés de l’invention, la joue d’échangeur thermique comporte une plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

la fente longitudinale s’étend sur une longueur supérieure à 10 %, de préférence supérieure à 20 %, de la longueur de la joue, et/ou inférieure à 50%, de préférence inférieure à 30 %, de la longueur de la joue ;

la fente longitudinale est discontinue, deux tronçons de fentes successifs étant séparés par une languette, de préférence sécable ; la joue présente une zone d’expansion longitudinale, la fente longitudinale s’étendant de préférence au moins jusqu’à la zone d’expansion longitudinale, de préférence encore jusqu’à la zone d’expansion longitudinale uniquement ; la zone d’expansion longitudinale est constituée d’un tronçon de la joue avec des fentes au moins en partie transversales ;

la zone d’expansion longitudinale présente une fente en « Z », de préférence deux fentes en « Z » sensiblement symétriques par rapport à la fente longitudinale, la ou chaque fente en « Z » étant de préférence orientée parallèlement à une direction longitudinale de la joue ;

la zone d’expansion longitudinale présentant une fente en « L » débouchant sur un côté de la joue, de préférence deux fentes en « L » symétriques par rapport à la fente longitudinale, débouchant chacune sur un côté de la joue ; la fente longitudinale s’étend sensiblement selon l’axe médian de la joue ; et la fente longitudinale est réalisée au niveau d’une nervure longitudinale d’une face de la joue destinée à être orientée à l’extérieur du dispositif d’échange de chaleur.

Selon un autre aspect, l’invention se rapporte à un dispositif d’échange de chaleur pour véhicule automobile, notamment à un radiateur de refroidissement du moteur d’un véhicule automobile, du type à deux passes méthodiques, comprenant deux faisceaux de tubes, une première plaque collectrice et une deuxième plaque collectrice, au moins un premier couvercle, de préférence un unique premier couvercle, fixé sur la première plaque collectrice et formant une entrée et une sortie d’eau, un deuxième couvercle fixé sur la deuxième plaque collectrice et formant guide pour l’eau entre le premier faisceau de tubes et le deuxième faisceau de tubes, une première et une deuxième joue reliant les première et deuxième plaques collectrices, au moins une joue, de préférence chaque joue étant telle que décrite précédemment, dans toutes ses combinaisons.

De préférence, ladite une extrémité longitudinale est orientée vers la première plaque collectrice.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 représentent un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, en perspective ;

La figure 2 représente un détail A de la figure 1 ; et la figure 3 représente une variante du détail de la figure 2, vu de dessus.

Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la description, seules les différences entre les modes de réalisation présentés sont décrites.

La figure 1 illustre un exemple d’échangeur de chaleur 10 (ou échangeur thermique). En l’espèce, il s’agit d’un échangeur de chaleur à deux passes méthodiques, de refroidissement de la boîte de vitesse et du moteur d’un véhicule automobile. Un tel échangeur peut par exemple refroidir de l’eau, qui le traverse, à l’aide d’un flux d’air F créé par la vitesse de déplacement du véhicule automobile.

L’échangeur de chaleur 10 comporte essentiellement deux faisceaux de tubes 12, (dont un seul est visible sur la figure 1) s’étendant selon deux plans parallèles, les deux plans parallèles étant décalés l’un par rapport à l’autre selon une direction normale aux plans. Les faisceaux de tubes sont montés entre deux plaques collectrices 14, 16 recevant les extrémités des tubes 12, et deux joues latérales 18, dont une seule est visible sur la figure 1. Les joues 18 peuvent être en métal, notamment en aluminium. Les joues 18 sont par exemple réalisées au moyen d’une tôle mise en forme.

Un premier couvercle 22 est fixé sur la plaque collectrice 14, située à une première extrémité longitudinale de l’échangeur de chaleur 10, l’ensemble ainsi formé étant parfois appelé boîte à eau. Le premier couvercle 22 forme une entrée 24 et une sortie d’eau 26 de l’échangeur de chaleur 10. Le premier couvercle 22 forme également, avec la plaque collectrice 14, deux espaces :

un premier espace dit de distribution, mettant en communication de fluide l’entrée d’eau 24 et un premier faisceau de tubes, en l’espèce, le faisceau de tubes non visible sur la figure, destiné à être placé en aval par rapport à la direction de propagation du flux F de fluide de refroidissement, ici de l’air ; un deuxième espace dit de collecte, mettant en communication de fluide la sortie d’eau 26 et le deuxième faisceau de tubes.

Un deuxième couvercle 28 est fixé à la plaque collectrice 16 située à la deuxième extrémité de l’échangeur de chaleur 10, opposée à la première. Ce deuxième couvercle 28 définit avec la plaque collectrice 16 un espace creux qui met en communication de fluide les premier et deuxième faisceaux de tubes 12.

Le fonctionnement de cet échangeur de chaleur 10 peut être résumé comme suit : l’eau, chaude, rentre dans le dispositif d’échange de chaleur 10 par l’entrée d’eau 24 :

l’eau chaude traverse l’espace de distribution formé par le premier couvercle 22 et la plaque collectrice 14, vers le premier faisceau de tubes 12, situé en aval par rapport au deuxième faisceau de tubes 12, dans le sens d’écoulement de l’air F, ce premier faisceau de tubes 12 étant ainsi en contact avec de l’air préalablement chauffé par le contact avec le deuxième faisceau de tubes 12 ; à l’extrémité de l’échangeur de chaleur 10, opposée à l’entrée d’eau 24, l’eau fait demi-tour, guidée par le couvercle 28, qui dirige l’eau vers le deuxième faisceau de tubes 12 ;

l’eau traverse ensuite ce deuxième faisceau de tubes 12, jusque dans l’espace de collecte formé par le premier couvercle 22 et la plaque collectrice 14, qui dirige l’eau refroidie vers la sortie d’eau 26.

Cependant, de par sa conception, l’échangeur de chaleur 10 est tel que chaque joue 18 est en contact à la fois avec un tube du premier faisceau de tubes, traversé par de l’eau plus chaude, et avec un tube du deuxième faisceau de tubes, traversé par de l’eau plus froide. Par conséquent, il se créé des dilatations différentielles dans les joues

18. Pour permettre à chaque joue 18 de s’adapter à ces dilatations différentielles, et éviter ainsi la détérioration des joues 18, chaque joue 18 est munie, comme cela est visible notamment sur la figure 2, qui représente un détail A de la figure 1, d’une fente longitudinale 30.

La fente longitudinale 30 s’étend ici selon l’axe médian X de la joue 18, délimitant deux moitiés de joue, chaque moitié étant en contact avec un tube d’un faisceau de tubes respectif. Plus particulièrement, la fente longitudinale 30 est ici réalisée au sommet d’une nervure 32, s’étendant selon l’axe médian X également, réalisée sur la face de la joue 18 orientée à l’opposé du dispositif d’échange de chaleur. En d’autres termes, la nervure 32 est réalisée sur la face de la joue 18 formant la face externe du dispositif d’échange de chaleur 10. Cette nervure 32 permet de rigidifier la joue 18. La nervure 32 garantit également que la joue 18 n’est pas brasée avec l’ailette d’échange thermique dans la zone de la fente longitudinale 30.

La fente longitudinale 30 débouche à l’extrémité longitudinale 36 de la joue 18 orientée vers l’entrée 24 et la sortie d’eau 26. En effet, c’est à cette extrémité qu’il est particulièrement intéressant de libérer les contraintes pouvant apparaître dans la joue 18, pour ne pas les transmettre à la plaque collectrice 14. De plus, la plaque collectrice 14 peut également subir des dilations différentielles, puisqu’elle est en contact à la fois avec de l’eau chaude venant juste de rentrer dans le dispositif d’échange de chaleur 10, et de l’eau froide, qui est sur le point de sortir de ce dispositif d’échange de chaleur 10.

Pour obtenir un effet remarquable, la longueur de la fente longitudinale 30, mesurée le long de l’axe médian X de la joue 18, est de préférence supérieure à 10 %, de préférence encore supérieure à 20 % de la longueur de la joue 18, et/ou inférieure à 50 %, de préférence encore inférieure à 30 % de la longueur de la joue 18. La largeur de la fente longitudinale 30, mesurée perpendiculairement à l’axe médian X, dans le plan de la joue 18, est de préférence inférieure à la distance entre les deux faisceaux de tubes. De préférence encore, cette largeur est suffisamment large pour être réalisée facilement en série avec un outil courant, dont la durée de vie est satisfaisante.

Comme illustrée sur la figure 2, la fente 30 peut être discontinue. Dans ce cas, deux tronçons successifs de la fente 30 sont séparés par une languette 38 de tôle. Ici, la languette 38 est venue de matière avec le reste de la joue 18. Cette languette est de préférence réalisée de manière à pouvoir se casser à la première utilisation du dispositif d’échange de chaleur 10, son rôle étant d’assurer le maintien en position des deux moitiés de la joue 18, séparées par la fente 30, durant la manipulation de la joue 18, jusqu’à sa mise en place dans le dispositif d’échange de chaleur 10. Ici, la cassure de languette 38 est avantageusement favorisée par la présence de la nervure 32, qui rigidifie la joue 38. La languette 38 peut être sécable, c'est-à-dire présenter des amorces de casse. Par exemple, ici, la languette 38 présente une forme en sablier, le rétrécissement médian correspondant formant l’amorce de casse. La largeur de la languette 38 peut notamment être de l’ordre de quelques millimètres pour garantir sa cassure au moindre effort en fonctionnement du dispositif d’échange de chaleur 10. Ainsi, par exemple, la largeur de la languette est supérieure à 1 mm et/ou inférieure à 5 mm, de préférence à 3 mm, de préférence encore à 2 mm. H est à noter que plusieurs telles languettes peuvent être prévues. Par ailleurs, la ou les languettes 38 sont de préférence disposées le plus loin possible de l’extrémité longitudinale 36 de la joue 18 où la fente longitudinale 30 débouche. Notamment, aucune languette n’est de préférence prévue au niveau de cette extrémité longitudinale 36 où la souplesse de la joue 18 est particulièrement intéressante.

Il est à noter ici que la joue 18 présente des pattes de clippage 40 permettant la fixation de la joue 18 sur la plaque collectrice 14. Cependant, il est à noter que l’extrémité 36 de la joue 18 où la fente longitudinale 30 débouche, s’étend jusqu’à la base des pattes de clippage 40. La fente longitudinale 30 n’est pas formée par un éventuel jeu entre deux pattes de clippage 40, lequel jeu ne permettrait pas d’obtenir la souplesse recherchée par la formation de la fente longitudinale 30, puisque les pattes de clippage 40 sont rigidement liées à la plaque collectrice 14.

La joue 18, telle qu’illustrée à la figure 2 comporte encore une zone d’expansion longitudinale 42 permettant d’accompagner une dilatation des tubes. Cette zone d’expansion longitudinale consiste ici en un tronçon de la joue 18 avec des fentes 44, 46 au moins en partie transversales. Par « au moins en partie transversales », on entend ici des fentes 44, 46 dont une partie au moins s’étend selon une direction transversale à la direction longitudinale X de la joue 18.

Ici, la fente longitudinale 30 s’étend au moins jusqu’à la zone d’expansion longitudinale 42, de préférence jusqu’à la zone d’expansion longitudinale 42, mais pas au-delà. Ceci permet d’obtenir, en fonctionnement, une structure sensiblement équivalente à deux joues latérales indépendantes, correspondant aux deux moitiés de la joue 18, encore plus aptes à se dilater indépendamment l’une de l‘autre.

Telle qu’illustrée, la zone d’expansion longitudinale 42 est symétrique par rapport à l’axe longitudinale X de la joue 18, pour permettre des dilations sensiblement équivalentes aux deux faisceaux de tubes.

La zone d’expansion longitudinale 42 comporte deux premières fentes 44 en « Z », orientées dans la direction de l’axe longitudinale X de la joue.

Par ailleurs, la zone d’expansion longitudinale 42 comporte deux deuxièmes fentes 46 en « L », de sorte qu’une branche du « L » soit orientée transversalement à la direction longitudinale X de la joue 18 et débouche sur un côté de la joue 18. Cette branche transversale de chaque fente 46 s’étend jusqu’au côté de la joue 18 le plus proche.

La figure 3 illustre une variante de la joue 18, dans laquelle la fente longitudinale 30 est continue. La joue 18 est en effet dépourvue de languette 30 divisant la fente longitudinale 30 en tronçons successifs. Ce mode de réalisation est de fabrication plus aisée.

L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui viennent d’être décrits mais est susceptible de nombreuses variantes.

Par exemple, la joue peut se présenter sous la forme d’une tôle pliée formant une âme centrale et deux bords longitudinaux rabattus, notamment à 90°. Dans ce cas, la fente longitudinale est réalisée dans l’âme de la joue, au plus près des faisceaux de tubes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Joue (18) pour dispositif d’échange de chaleur de véhicule automobile (10), notamment pour échangeur de chaleur à deux passes méthodiques, de véhicule automobile, comportant une fente longitudinale (30) débouchant à une extrémité longitudinale (36) de la joue (18), de préférence à une unique extrémité longitudinale (36) de la joue (18).
2. Joue selon la revendication 1, dans laquelle la fente longitudinale (30) s’étend sur une longueur supérieure à 10 %, de préférence supérieure à 20 %, de la longueur de la joue (18), et/ou inférieure à 50%, de préférence inférieure à 30 %, de la longueur de la joue (18).
3. Joue selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la fente longitudinale (30) est discontinue, deux tronçons de fentes successifs étant séparés par une languette (38), de préférence sécable.
4. Joue selon l’une des revendications 1 à 3, présentant une zone d’expansion longitudinale (42), la fente longitudinale (30) s’étendant de préférence au moins jusqu’à la zone d’expansion longitudinale (42), de préférence encore jusqu’à la zone d’expansion longitudinale (42) uniquement.
5. Joue selon la revendication 4, dans laquelle la zone d’expansion longitudinale (42) est constituée d’un tronçon de la joue (18) avec des fentes (44 ; 46) au moins en partie transversales.
6. Joue selon la revendication 5, dans laquelle la zone d’expansion longitudinale (42) présente une fente en « Z » (44), de préférence deux fentes en « Z » (44) sensiblement symétriques par rapport à la fente longitudinale (30), la ou chaque fente en « Z » étant de préférence orientée parallèlement à une direction longitudinale (X) de la joue (18).
7. Joue selon la revendication 5 ou 6, la zone d’expansion longitudinale (42) présentant une fente en « L » (46) débouchant sur un côté de la joue (18), de préférence deux fentes en « L » (46) symétriques par rapport à la fente longitudinale (30), débouchant chacune sur un côté de la joue (18).
8. Joue selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la fente longitudinale (30) s’étend sensiblement selon l’axe médian de la joue (18).
9. Joue selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la fente longitudinale (30) est réalisée au niveau d’une nervure longitudinale (32) d’une face de la joue (18) destinée à être orientée à l’extérieur du dispositif d’échange de chaleur (10).
10. Dispositif d’échange de chaleur pour véhicule automobile (10), notamment radiateur de refroidissement du moteur d’un véhicule automobile, du type à deux passes méthodiques, comprenant deux faisceaux de tubes (12), une première plaque collectrice (14) et une deuxième plaque collectrice (16), au moins un premier couvercle (22), de préférence un unique premier couvercle (22), fixé sur la première plaque collectrice (14) et formant une entrée (24) et une sortie (26) d’eau, un deuxième couvercle (28) fixé sur la deuxième plaque collectrice (16) et formant guide pour l’eau entre le premier faisceau de tubes et le deuxième faisceau de tubes (12), une première et une deuxième joue reliant les première et deuxième plaques collectrices (14, 16), au moins une joue (18), de préférence chaque joue (18) étant selon l’une quelconque des revendications précédentes.
11. Dispositif d’échange de chaleur selon la revendication 10, dans lequel ladite une extrémité longitudinale (36) est orientée vers la première plaque collectrice (14).

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