[0001] L'invention concerne un tube de section allongée pour échangeur de chaleur, notamment
de véhicule automobile. Elle concerne aussi un échangeur de chaleur comprenant de
tels tubes.
[0002] On connaît déjà des échangeurs de chaleur comprenant une multiplicité de tubes de
section allongée munis d'une multiplicité d'ailettes pour former un faisceau généralement
interposé entre deux boîtes collectrices.
[0003] Les tubes du faisceau sont destinés à être parcourus par un fluide, par exemple un
liquide servant au refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, lequel fluide
est refroidi par un flux d'air balayant le faisceau.
[0004] Par l'expression "section allongée", on entend désigner ici une section transversale
non circulaire qui possède une forme plus ou moins oblongue, délimitée par deux côtés
longs et deux côtés courts. Elle peut être notamment ovale, elliptique, ou encore
aplatie, en étant délimitée par deux côtés longs sensiblement rectilignes réunis par
deux côtés courts en forme d'arc de cercle, généralement semi-circulaires.
[0005] Les échangeurs de chaleur à tubes de section allongée ont l'avantage d'offrir de
meilleures performances thermiques pour un moindre encombrement global que les échangeurs
de chaleur à tubes de section circulaire.
[0006] Ils ont cependant pour inconvénient d'être sensibles aux déformations lorsqu'ils
sont soumis à des contraintes extérieures ou intérieures, ces dernières agissant alors
sur les côtés longs de la section et tendant à les rapprocher ou à les éloigner l'une
de l'autre. Ces déformations peuvent être occasionnées aux extrémités des tubes par
la pression des plaques collectrices ou plaques à trous des boîtes collectrices ou
sur la longueur des tubes par la pression exercée par les ailettes ou par le fluide
circulant à l'intérieur des tubes.
[0007] De telles déformations sont susceptibles de se produire surtout dans le cas où les
tubes sont assemblés mécaniquement ou lorsque les tubes sont parcourus par un fluide
à haute pression.
[0008] A titre d'exemple, pour garantir les meilleures performances thermiques à un échangeur
de chaleur assemblé mécaniquement, il est nécessaire d'assurer un contact étroit entre
les tubes et les ailettes, en réalisant une expansion radiale des tubes. Chaque tube
subit donc ensuite, de la part des ailettes qui l'entourent, des contraintes radiales
en sens opposé qui tendent à resserrer la section du tube. De même, dans le cas d'un
échangeur où les différents éléments sont assemblés entre eux par brasage ou soudage,
il est nécessaire que le fluide sous pression circulant dans les tubes n'entraîne
aucune déformation vers l'extérieur des parois des tubes risquant d'entraîner une
rupture de la liaison entre les tubes et les ailettes.
[0009] L'inconvénient précité est d'autant plus grand que la recherche de performances thermiques
accrues conduit à utiliser des tubes de section de plus en plus aplatie et allongée
qui résistent de moins en moins à la pression mécanique des ailettes ou à la pression
interne des tubes.
[0010] Il est connu, d'après FR-A-2 406 794, d'accroître la résistance d'un tube d'échangeur
de chaleur, de section allongée, en augmentant l'épaisseur de la paroi du tube dans
la région des côtés longs.
[0011] Cette solution a pour inconvénient de nécessiter l'extrusion de tubes particuliers.
[0012] Il est connu aussi, par ce même document, d'introduire axialement des profilés, au
moins dans les extrémités des tubes, pour augmenter la résistance à la pression des
tubes.
[0013] Cette solution permet simplement de raidir les côtés longs de la section allongée,
sans être capable de s'opposer à des pressions élevées.
[0014] L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus.
[0015] C'est en particulier un but de l'invention de procurer un tube d'échangeur de chaleur,
de section allongée, permettant d'assurer un contact étroit avec les ailettes qui
l'entourent, et cela même dans le cas d'un tube plat.
[0016] L'invention propose à cet effet un tube d'échangeur de chaleur, du type défini en
introduction, qui comprend au moins un élément pivotant déplaçable entre une configuration
initiale avant pivotement vers une configuration finale après pivotement, dans laquelle
cet élément pivotant forme au moins une jambe de force entre les côtés longs.
[0017] Ainsi, cet élément pivotant vient, après pivotement, s'arc-bouter entre les faces
internes du tube qui correspondent aux côtés longs de la section.
[0018] Cet arc-boutement provoque un léger écartement des côtés longs de la section en assurant
ainsi un contact étroit du tube avec les ailettes ou encore avec les plaques collectrices
situées aux extrémités du tube.
[0019] Dans une première forme de réalisation de l'invention, l'élément pivotant est rapporté
dans le tube.
[0020] Il peut s'agir par exemple d'un profilé à section en Z, à section en I, à section
en U, etc.
[0021] Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'élément pivotant est monobloc
avec le tube.
[0022] Ainsi, le tube peut être obtenu à partir d'une tôle roulée et l'élément pivotant
être formé par un bord marginal de la tôle, replié vers l'intérieur du tube.
[0023] En variante, l'élément pivotant peut être formé d'une seule pièce par extrusion avec
le tube.
[0024] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément pivotant est conçu
pour jouer aussi un rôle de perturbateur pour un fluide circulant dans le tube.
[0025] L'invention prévoit aussi que l'élément pivotant, dans sa configuration finale, est
relié de manière fixe avec le tube.
[0026] Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier
pourvéhicule automobile, comprenant une multiplicité de tubes munis chacun d'un élément
pivotant formant jambe de force.
[0027] Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au
dessin annexé, sur lequel :
- les figures lAà 4Asont des vues terminales de tubes, munis chacun d'un élément pivotant
rapporté, selon l'invention, cet élément pivotant étant dans sa configuration initiale
;
- les figures 1B à 4B sont des vues analogues respectivement aux figures 1A à 4A,
après pivotement de l'élément pivotant ;
- les figures 5Aà 7Asont des vues terminales de tubes, munis chacun d'un élément pivotant
monobloc, selon l'invention, cet élément pivotant étant dans sa configuration initiale
; et
- les figures 5B à 7B sont des vues analogues respectivement aux figures 5A à 7A,
après pivotement de l'élément pivotant.
[0028] On se réfère tout d'abord à la figure 1Aqui montre l'extrémité d'un tube 10 de section
droite allongée, dans l'exemple de section ovale, délimitée par deux côtés longs 12
et par deux côtés courts 14. Le tube 10 possède une largeur maximale intérieure L,
délimitée entre les faces internes respectives des deux côtés longs 12.
[0029] Le tube 10 est muni intérieurement d'un élément pivotant rapporté, réalisé sous la
forme d'un profilé 16 à section en forme de Z, comportant une âme centrale 18, de
largeur sensiblement plus grande que la largeur maximale intérieure L du tube 10,
ainsi que deux ailes 20, de préférence déformables, dépendant de l'âme centrale 18.
Le profilé 16 s'étend sur une longueur sensiblement égale à celle du tube 10.
[0030] L'élément 16 possède une configuration initiale dans laquelle les deux ailes 20 s'étendent
chacune dans un plan sensiblement perpendiculaire par rapport à celui de l'âme 18
(figure 1A).
[0031] Dans l'exemple représenté, le tube 10 est destiné à faire partie d'un faisceau de
tubes (non représenté) traversant une multiplicité d'ailettes, telle qu'une ailette
21 représentée partiellement aux figures 1A et 1B.
[0032] L'élément pivotant 16 est introduit axialement dans le tube 10, de sorte que l'âme
18 s'étende dans une direction inclinée par rapport à la largeur du tube.
[0033] En faisant ensuite pivoter l'élément 16, dans le sens anti-horaire, les deux extrémités
de l'âme 18 viennent buter contre les faces internes respectives des côtés longs 12
(figure 1A).
[0034] En poursuivant le mouvement de pivotement, toujours dans le sens anti-horaire, on
parvient à la position représentée à la figure 1 B, dans laquelle les ailes 20 s'appuient
contre les faces internes respectives des côtés longs 12 pour les écarter légèrement
en formant une jambe de force qui s'arc-boute entre eux. Dans cette configuration
finale, chacune des ailes 20 s'est déformée par rapport à l'âme 18 et forme avec celle-ci
un angle aigu. Compte tenu de l'effet d'arc-boutement, les côtés longs de la section
viennent en contact de pression avec les ailettes.
[0035] Dans les différentes formes de réalisation qui vont être décrites maintenant en référence
aux figures 2A à 7A et 2B à 7B, l'ailette 21 n'a pas été représentée pour simplifier
le dessin.
[0036] Dans la forme de réalisation de la figure 2A, un tube 10 de section droite ovale,
analogue à celui de la figure 1A, est muni intérieurement d'un élément pivotant 22
qui est rapporté dans le tube. Cet élément est constitué par un profilé à section
en forme de 1 ayant une âme 24 de configuration initiale plate, limitée par deux bords
parallèles 26. La largeur de l'âme 24, définie entre ses deux bords 26, est sensiblement
plus grande que la largeur maximale intérieure L du tube 10 entre ses deux côtés longs
12.
[0037] L'élément 22 est introduit axialement dans le tube 10, de sorte que l'âme s'étende
dans une direction non parallèle à la largeur du tube. On la fait ensuite pivoter,
dans l'exemple dans le sens anti-horaire, de sorte que ses deux bords 26 viennent
en contact avec les faces internes respectives des deux côtés longs 12. L'élément
22 vient s'arc-bouter progressivement par ses deux bords 26 contre les faces internes
des deux côtés longs 12, ce qui provoque un léger écartement des côtés longs et, en
même temps, une déformation de l'âme. Celle-ci adopte une configuration finale incurvée
comme montré à la figure 2B.
[0038] On se réfère maintenant à la figure 3A qui représente un tube 110 de section droite
allongée qui a une forme plate délimitée par deux côtés longs 112 sensiblement rectilignes
et deux côtés courts 114 en forme d'arc de cercle, ici semi-circulaires.
[0039] Le tube 110 est muni intérieurement d'un élément pivotant rapporté 116, réalisé sous
la forme d'un profilé à section en forme de U, comportant une âme centrale 118, propre
à prendre appui contre l'un des deux côtés longs 112 et deux ailes latérales 120 qui
ont une largeur sensiblement plus grande que la largeur intérieure maximale L du tube
110, telle que définie entre ses deux côtés longs 112.
[0040] L'élément 116 possède une configuration initiale dans laquelle les deux ailes 120
s'étendent dans une direction non perpendiculaire à l'âme 118, en s'évasant progressivement
à partir de celle-ci. L'élément 116 est introduit axialement dans le tube 110, de
manière que l'âme 118 glisse le long de la face interne de l'un des deux côtés longs
112. On fait pivoter ensuite les deux ailes 120 pour les rapprocher l'une de l'autre
et parvenir à leur configuration finale de la figure 3B, dans laquelle ces deux ailes
sont sensiblement parallèles entre elles et s'arc-boutent entre les deux côtés longs
112.
[0041] Dans la forme de réalisation de la figure 4A, on utilise le même élément rapporté
116, à ceci près que, dans la configuration initiale, les deux ailes 120, toujours
inclinées par rapport à l'âme 118, se rapprochent l'une de l'autre à partir de l'âme
118 (figure 4A). Après introduction de l'élément 116 dans le tube 110, on écarte les
ailes l'une de l'autre, de manière qu'elles s'étendent sensiblement parallèlement
entre elles pour parvenir à la configuration finale de la figure 4B qui est identique
à celle de la figure 3B.
[0042] On se réfère maintenant à la figure 5A qui montre un tube 210 ayant une section droite
allongée, de forme plate, délimitée par deux côtés longs rectilignes 212 et deux côtés
courts 214 en forme d'arc de cercle, ici semi-circulaires. Dans l'exemple, le tube
210 est obtenu à partir d'une tôle roulée et il comporte un élément pivotant monobloc
216 formé par un bord marginal de la tôle qui est replié vers l'intérieur du tube.
Ce bord 216 a une largeur sensiblement plus grande que la largeur maximale intérieure
L du tube, telle que définie entre les deux côtés longs 212.
[0043] La tôle est délimitée par deux bords d'extrémité 218 et 220, le côté 218 étant soudé
sur la tôle, à distance du côté 220 pour former le bord marginal 216 s'étendant à
l'intérieur du tube.
[0044] Dans la configuration initiale, l'élément 216 s'étend obliquement à l'intérieur du
tube par rapport aux côtés 212. Celui-ci est ensuite déformé par pivotement pour arriver
à la configuration finale représentée à la figure 5B, dans laquelle l'élément 216
s'étend perpendiculairement aux côtés longs 212. Le bord 220 vient alors en appui
contre l'un des deux côtés longs 212, ce qui provoque un arc-boutement.
[0045] On se réfère maintenant à la figure 6A qui représente un tube ayant une section droite
allongée, de forme plate, délimitée par deux côtés longs 312 sensiblement rectilignes
et deux côtés courts 314, de forme semi-circulaire.
[0046] Le tube 310 est extrudé et il comporte un élément pivotant 316 formé d'une seule
pièce par extrusion avec le tube. L'élément 316 forme une entretoise qui, dans sa
configuration initiale (figure 6A), s'étend obliquement dans le tube à partir d'un
côté long 312 et en direction du côté long opposé 312.
[0047] L'élément 316 est limité par un bord d'extrémité 320. La largeur de l'élément 316
correspond sensiblement à la largeur intérieure finale du tube. Dans la configuration
initiale, les deux côtés longs 312 sont légèrement fléchis l'un vers l'autre. Après
pivotement de l'élément 316, celui-ci prend la configuration finale de la figure 6B,
dans laquelle il s'étend perpendiculairement entre les deux côtés longs 312, le bord
320 venant en appui contre l'un des côtés longs pour former jambe de force. Les côtés
longs 312 sont alors sensiblement parallèles entre eux.
[0048] On se réfère maintenant à la figure 7A qui constitue une variante de la figure 6A.
Dans cette variante, le côté long 312, contre lequel le bord 320 de l'élément 316
est destiné à venir en appui, comporte un logement 322 pour recevoir l'élément pivotant
316 dans sa configuration finale après pivotement (figure 7B). De cette manière, on
est assuré que l'élément pivotant ne peut quitter sa configuration finale déformée.
[0049] Dans les différentes formes de réalisation de l'invention, le pivotement de l'élément
pivotant formant jambe de force est réalisé après formation du faisceau constitué
des tubes enfilés dans les ailettes. La déformation de l'élément pivotant vers sa
configuration finale provoque un écartement des côtés longs et, par conséquent, un
contact étroit avec les ailettes et également avec les plaques collectrices faisant
partie des boîtes collectrices situées aux extrémités du faisceau.
[0050] Le tube de l'invention est formé d'un métal ou d'un alliage métallique utilisé dans
les échangeurs de chaleur, par exemple en aluminium ou un alliage à base d'aluminium.
[0051] L'élément pivotant, sauf s'il est réalisé d'une seule pièce avec le tube, peut être
formé d'un matériau différent.
[0052] Avantageusement, on peut donner à l'élément pivotant, formant jambe de force, une
forme particulière pour perturber l'écoulement du fluide circulant dans le tube.
[0053] Dans le cas où les tubes et l'élément pivotant sont utilisés dans un échangeur dans
lequel les différents éléments sont brasés ou montés ensemble, cet élément pivotant
est également brasé avec les tubes en permettant ainsi, à la fois, d'éviter l'écartement
des côtés longs des tubes sous la pression interne régnant à l'intérieur de ceux-ci
et de limiter le resserrement de la section des tubes, par exemple sous l'effet de
contraintes radiales extérieures.
[0054] L'invention s'applique à des tubes de section oblongue de différentes formes et notamment
aux tubes d'échangeur de chaleur pour véhicule automobile, en particulier aux radiateurs
de refroidissement.
1. - Tube d'échangeur de chaleur comportant une section droite allongée, délimitée
par deux côtés longs (12;112;212;312) et par deux côtés courts (14;114;214;314), caractérisé
en ce qu'il comprend intérieurement, sur toute sa longueur, au moins un élément pivotant
(16;22;116;216;316) déplaçable depuis une configuration initiale avant pivotement
vers une configuration finale après pivotement, dans laquelle cet élément pivotant
forme au moins une jambe de force entre les côtés longs (12;112;212;312).
2. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément
pivotant (16;22;116) est rapporté dans le tube (10;110).
3. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément
pivotant rapporté est un profilé (16) à section en forme de z, comportant une âme
centrale (18), de largeur sensiblement plus grande que la largeur maximale intérieure
(L) du tube (10) délimitée entre les deux côtés longs (12), ainsi que deux ailes (20).
4. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément
pivotant rapporté est un profilé (22) à section en forme de I, ayant une âme (24)
de largeur sensiblement plus grande que la largeur maximale intérieure (L) du tube
(10) entre les deux côtés longs (12), l'âme (24) ayant une configuration initiale
plate.
5. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément
pivotant rapporté est un profilé (116) à section en forme de U, comportant une âme
centrale (118) propre à prendre appui contre l'un des deux côtés longs (112) du tube
(110) et deux ailes latérales (120) propres à pivoter à partir d'une configuration
initiale inclinée par rapport à l'âme centrale (118) vers une configuration finale,
dans laquelle elles s'étendent chacune sensiblement à angle droit par rapport à l'âme
centrale (118) pour prendre appui contre l'autre côté long (112).
6. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément
pivotant (216;316) est monobloc avec le tube (210;310).
7. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le
tube (210) est obtenu à partir d'une tôle roulée et en ce que l'élément pivotant monobloc
est formé par un bord marginal (216) de la tôle qui est replié vers l'intérieur du
tube (210) et dont la largeur est sensiblement plus grande que la largeur maximale
intérieure (L) du tube (210).
8. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément
pivotant monobloc (316) est formé d'une seule pièce par extrusion avec le tube (310)
et constitue une entretoise qui, dans sa configuration initiale, s'étend obliquement
dans le tube à partir d'un côté long (312) et qui, dans sa configuration finale, prend
appui sur le côté long opposé.
9. - Tube d'échangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le
côté long opposé (312) comporte un logement (322) de réception de l'élément pivotant
(316) dans sa configuration finale après pivotement.
10. - Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé
en ce que l'élément pivotant formant jambe de force constitue en même temps un perturbateur
pour l'écoulement d'un fluide à l'intérieur du tube.
11. Tube d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé
en ce que l'élément pivotant, dans sa configuration finale, est relié de manière fixe
avec le tube.
12. - Echangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, comprenant une
multiplicité de tubes selon l'une des revendications 1 à 11.