Brevet FR2644569A1 — publié le 19900921

Echangeur de chaleur, en particulier pour véhicules automo- biles, et procédé pour son assemblage L'invention concerne un échangeur de chaleur pouvant être utilisé notamment dans les véhicules automobiles, ainsi qu'un procédé pour son assemblage. Elle concerne plus précisément un échangeur de chaleur, du type comprenant une plaque collectrice, ou plaque à trous, munie d'une pluralité d'ouvertures agencées pour recevoir respectivement une pluralité de tubes d'un faisceau d'échange de chaleur, d'une manière étanche déterminée par une pluralité de gorges recevant les extrémités de ladite pluralité de tubes. Un échangeur de chaleur de ce type est connu d'après la demande de brevet français n 86-12707, publiée sous le n 2 587 100. Dans cet échangeur de chaleur connu, la plaque collectrice est en matière plastique et les extré- mités des tubes sont emmanchées à force dans des gorges annulaires formées dans des collets de la plaque collec- trice. Il est prévu également, après l'opération d'enfoncement des tubes, d'introduire un manchon élargisseur pour élargir radialement aussi bien la matière plastique des collets que l'extrémité des tubes, ce qui entraîne une opération supplémentaire lors de l'assemblage. Un autre échangeur de chaleur de ce type est connu d'après la demande de brevet français n 82-14513, publiée sous le n 2 512 191. Dans cet échangeur de chaleur connu, les extrémités des tubes sont emmanchées à force dans des gorges annulaires, préalablement remplies de colle, qui sont ménagées entre deux plaques assemblées l'une sur l'autre. Tous ces échangeurs de chaleur connus ont notamment pour inconvénient de présenter des risques de fuite au niveau de la liaison des tubes avec la plaque collectrice. En outre, ils ne permettent pas un assemblage aisé en une seule opération. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvé- nients ci-dessus. Elle propose, à cet effet, un échangeur de chaleur, du type comprenant une plaque collectrice munie d'une pluralité d'ouvertures agencées pour recevoir respectivement une pluralité de tubes d'un faisceau d'échange de chaleur, d'une manière étanche déterminée par une pluralité de gorges recevant, avec déformation, les extrémités de ladite pluralité de tubes. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, lesdites ouvertures sont formées dans des embouts tubulaires saillants raccordés chacun à la plaque collectrice -par un segment en arc de cercle, lesdits tubes étant au moins partiellement déformables pour s'évaser chacun sur le segment de leur embout respectif et il est prévu une plaque de maintien possédant des traversées de même distribution que lesdits embouts, traversées par lesquelles passent lesdits tubes, chaque traversée ayant un contour convexe dont la partie postérieure située en regard du segment homologue délimite avec celui-ci un espace lorsque la plaque de maintien est en appui sur la plaque collec- trice. De ce fait, les tubes du faisceau peuvent être emmanchés en force, en une seule opération, dans les gorges définies entre les embouts tubulaires et les traversées correspondan- tes, les tubes s'évasant chacun sur le segment de leur embout respectif au cours de cette opération d'enfoncement. On réalise ainsi l'assemblage étanche des tubes sur la plaque collectrice, en une seule opération. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ladite partie postérieure du contour de la traversée débou- che sur une face postérieure de la plaque de maintien qui est propre à venir en appui sur la plaque collectrice, et ladite partie postérieure se raccorde avec une partie antérieure débouchant sur une face antérieure de la plaque de maintien. Selon une caractéristique avantageuse, ladite partie posté- rieure et ladite partie antérieure se raccordent au niveau d'une partie intermédiaire étroite, contre laquelle vient en contact l'embout tubulaire avant introduction du tube dans la traversée. De ce fait, lors de l'emmanchement à force du tube dans la gorge définie entre l'embout tubulaire et la traversée correspondante, l'extrémité du tube sera serrée à étanchéité entre l'embout tubulaire et la traversée. Avantageusement, ladite partie antérieure du contour de la traversée va en s'évasant en direction de la face anté- rieure de la plaque de maintien, ce qui permet de faciliter l'introduction du tube dans la traversée. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque embout tubulaire comporte une paroi externe intermédiaire, à génératrices parallèles, dont une extrémité se raccorde à une face du collecteur par ledit segment en arc de cercle et dont l'autre extrémité est libre et va en s'amincissant pour faciliter l'introduction du tube correspondant. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ladite pluralité d'embouts est formée d'une seule pièce avec la plaque collectrice dans un matériau déformable élastiquement, par exemple en matière plastique, autorisant une déformation radiale des prolongements tubulaires lors de l'introduction des tubes dans les traversées correspon- dantes. Selon un autre aspect, I'invention concerne un procédé d'assemblage d'un tel échangeur de chaleur, selon lequel - on met en appui la plaque de maintien sur la plaque collec- trice, de sorte que ladite pluralité d'embouts passe à travers ladite pluralité de traversées, et l'on enfonce ensuite les tubes dans la pluralité de gorges ainsi obte- nues, ce qui permet de provoquer leur évasement. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'une plaque collectrice d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une plaque de maintien d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur comprenant une plaque collectrice selon la figure 1 et une plaque de maintien selon la figure 2, maintenues en appui l'une contre l'autre; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 montrant également un tube d'échange de chaleur au début de l'opération d'introduction; et - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 montrant également l'extrémité du tube en fin d'introduc- tion. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre une plaque collectrice 10, par exemple formée en matière plas- tique, comportant une face postérieure 12 et une face antérieure 14 généralement parallèles entre elles. La plaque collectrice 10 est formée de moulage d'une seule pièce avec une pluralité d'embouts tubulaires saillants 16, dont un seul est représenté sur la figure 1. Chaque embout tubulaire présente, dans l'exemple, une symétrie de révolution autour d'un axe XX s'étendant perpendiculai- rement aux faces 12 et 14 de la plaque 10. L'embout tubu- laire 16 comporte une paroi externe intermédiaire 18 à génératrices parallèles à l'axe XX, cette paroi 18 se raccordant à la face antérieure 14 par un segment 20 en arc de cercle. Ce segment 20 se raccorde à la face anté- rieure 14 de la plaque collectrice par un épaulement 22 formé en retrait par rapport à la face 14. L'épaulement 22 présente, dans l'exemple, un contour circulaire et possède une hauteur h qui est calculée en fonction de l'épaisseur des tubes du faisceau. L'autre extrémité de la paroi 18 se raccorde sur une paroi tronconique 23 qui va en s'amincissant et se raccorde sur un bord annulaire 24 situé à l'extrémité libre de l'embout 16. Chaque embout 16 délimite intérieurement une ouverture 26 limitée par une première paroi cylindrique 28 qui, à l'une de ses extrémités, débouche sur la face postérieure 12 de la plaque 10 et qui, à son autre extrémité, débouche sur un épaulement annulaire 30, situé sensiblement au niveau du raccordement de la paroi 18 et de la paroi 23. L'ouverture 26 est limitée, au-delà de l'épaulement 30, par une seconde paroi cylindrique 32, de plus faible diamè- tre que la paroi 28, et débouchant sur le bord annulaire 24. L'ouverture 26 est ainsi plus étroite dans la région de l'extrémité libre de l'embout, ce qui permet notamment de renforcer cet embout. On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre une plaque de maintien 34, également réalisée en matière plastique, possédant une face postérieure 36 et une face opposée 38. Cette plaque est formée d'une seule pièce avec une pluralité de collets 40 présentant chacun une paroi cylin- drique 42, dans l'exemple à section circulaire, qui se raccorde d'une part à la paroi frontale 38 et, d'autre part, à une paroi antérieure 44. Les collets 40 définissent chacun une traversée 46, la pluralité de traversées 46 possédant la même distribution que les embouts tubulaires 16 de la plaque collectrice 10 de la figure 1. Chaque traversée 46 a une forme de révolution centrée sur un axe YY et possède un contour convexe comprenant une partie postérieure 48 propre à être située en regard du segment 20 lorsque, comme on le verra plus loin, la plaque de maintien 34 est mise en appui contre la plaque collectrice 10. La partie postérieure 48 du contour de la traversée 46 débouche sur la face postérieure 36 de la plaque de maintien et elle se raccorde avec une partie antérieure 50 débouchant sur la face antérieure 44 du collet de la plaque de main- tien. La partie postérieure 48 et la partie antérieure 50 ont toutes deux une forme en arc de cercle et elles se raccor- dent au niveau d'une partie intermédiaire étroite 52, de forme annulaire, dans la région o la traversée 46 possède le plus faible diamètre. Ce diamètre est sensiblement égal au diamètre externe de la paroi 18 de l'embout 16 (figure 1) pour que cet embout puisse venir en contact. avec la partie intermédiaire 52 lorsque les plaques 10 et 34 sont mises en appui l'une sur l'autre. La partie antérieure 50 va en s'évasant en direction de la face antérieure 44 du collet de la plaque de maintien pour faciliter, comme on le verra plus loin, l'introduction d'un tube dans la traversée. On décrira maintenant l'assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'invention en référence aux figures 3 à 5. Comme montré à la figure 3, la plaque de maintien 34 est maintenue en appui par sa face postérieure 36 contre la face antérieure 14 de la plaque collectrice 10, de telle manière que les embouts 16 soient introduits dans les traversées correspondantes 46. Dans cette position, chaque embout 16 vient en contact, par sa face externe 18, avec la partie intermédiaire étroite 52 de la traversée 46 correspondante. Ainsi, chaque embout tubulaire 16 et sa traversée correspon- dante 46 définissent ensemble un premier espace annulaire 54 qui va en s'évasant en direction de la face antérieure 44 du collet pour faciliter, comme on le verra plus loin, l'introduction de l'extrémité d'un tube. L'embout 16 et la traversée 46 définissent également un second espace 56 qui est délimité par la partie postérieure 48 du contour de la traversée 46 et par le segment 20 de l'embout tubu- laire 16. Comme montré à la figure 4, la plaque collectrice 10 et la plaque de maintien 34 sont destinées à recevoir une pluralité de tubes 58 (dont un seul est représenté sur la figure 4) faisant partie d'un faisceau d'échange de chaleur. Ces tubes ont la même distribution que les embouts 16 et les traversées 46. Chaque tube 58, qui est réalisé en métal déformable, par exemple en aluminium, comprend un corps cylindrique 60 qui se raccorde par une partie tronconique 62 à une extrémité cylindrique élargie 64. Comme montré à la figure 4, on présente cette extrémité 64 dans l'axe commun de l'embout et de la traversée, de manière que le bord avant 66 de l'extrémité 64 s'introduise dans l'espace annulaire 54. On exerce ensuite une force axiale F de manière que le bord 66 de l'extrémité 64 pénètre dans la gorge délimitée entre l'embout et la trasversée. Au cours de cette introduction, la paroi 18 de l'embout 16 se déforme radialement vers l'intérieur (figure 5) et la paroi du tube se trouve ainsi enserrée étroitement entre la partie postérieure 48 du contour de la traversée 46 et le segment 20 de l'embout tubulaire i6. Le bord avant 66 de l'extrémité 64 pénètre ainsi progressivement dans l'espace 56 en se rapprochant de l'épaulement 22, ce qui provoque progressivement l'évasement de l'extrémité 64. En fin d'introduction (figure 5), on constate que l'extrémité 64 présente une forme évasée à contour en arc de cercle, cette forme évasée étant imposée par le contour de la traversée 46 qui forme un gabarit et par la paroi tubulaire de l'embout 16 qui s'applique élasti- quement en direction du gabarit, compte tenu du matériau utilisé. La plaque collectrice 10 peut être rattachée sur l'ouverture d'un boîtier pour former une boîte à eau ou faire partie intégrante d'une boîte à eau dite "tubulaire" dans laquelle la plaque collectrice est moulée en même temps que les parois de ladite boite en formant une pièce monobloc. Dans la position représentée à la figure 5, on constate que l'extrémité du tube est liée de façon étanche à l'ensem- ble constitué par la plaque collectrice et la plaque de maintien et qu'un fluide peut ainsi circuler successivement à travers l'ouverture 26 et dans le tube 58 ou dans le sens inverse. L'invention s'applique à des échangeurs de chaleur, notam- ment pour véhicules automobiles, par exemple des radiateurs de chauffage ou de refroidissement, ou encore des évapora- teurs pour installation de climatisation. Bien que l'invention ait été décrite en référence particu- lière à des tubes de section cylindrique circulaire, elle peut s'appliquer également à d'autres tubes cylindriques, notamment à section ovale. Revendications 1. - Echangeur de chaleur, du type comprenant une plaque collectrice (10) munie d'une pluralité d'ouvertures (26) agencées pour recevoir respectivement une pluralité de tubes (58) d'un faisceau d'échange de chaleur, d'une manière étanche déterminée par une pluralité de gorges recevant, avec déformation, les extrémités de ladite pluralité de tubes, caractérisé en ce que lesdites ouvertures (26) sont formées dans des embouts tubulaires saillants (16) raccordés chacun à la plaque collectrice (10) par un segment en arc de cercle (20), lesdits jubes étant au moins partiel- lement déformables pour s'évaser chacun sur le segment de leur embout respectif et en ce qu'il est prévu une plaque de maintien (34) possédant des traversées (46) de même distribution que lesdits embouts (16), traversées par lesquelles passent lesdits tubes (58), chaque traversée (46) ayant un contour convexe dont la partie postérieure (48) située en regard du segment (20) délimite avec celui-ci un espace (56) lorsque la plaque de maintien (34) est en appui sur la plaque collectrice (10). 2. - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite partie postérieure (48) du contour de la traversée (46) débouche sur une face postérieure (36) de la plaque de maintien (34) qui est propre à venir en appui sur la plaque collectrice (10) et en ce que ladite partie postérieure (48) se raccorde avec une partie anté- rieure (50) débouchant sur une face antérieure (44) de la plaque de maintien. 3. - Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ladite partie postérieure (48) et ladite partie antérieure (50) se raccordent-au niveau d'une partie intermédiaire étroite (52) contre laquelle vient en contact il l'embout tubulaire (16) avant introduction du tube (58) dans la traversée. 4. - Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que ladite partie antérieure (50) va en s'évasant en direction de la face antérieure (44) de la plaque de maintien pour faciliter l'introduction du tube dans la traversée (46). 5. - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 4, caractérisé en ce que la plaque de maintien (34) comporte une pluralité de collets (40) entourant respectivement ladite pluralité de traversées (46). 6. - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque embout tubu- laire (16) comporte une paroi externe intermédiaire (18), à génératrices parallèles, dont une extrémité se raccorde à une face (14) du collecteur par ledit segment en arc de cercle (20) et dont l'autre extrémité se raccorde à une paroi amincie (23), du côté de l'extrémité libre de l'embout pour faciliter l'introduction du tube (58). 7. - Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le segment en arc de cercle (20) se raccorde à ladite face (14) de la plaque collectrice (10) par un épaulement (22) formé en retrait par rapport à ladite face. 8. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que en ce que l'ouverture (26) formée dans chaque embout tubulaire (16) est plus étroite (32) dans la région de l'extrémité libre dudit embout. 9. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite pluralité d'embouts (16) est formée d'une seule pièce avec la plaque collectrice (10) dans un matériau déformable élastiquement, par exemple en matière plastique, autorisant une déformation radiale des prolongements tubulaires (16) lors de l'introduction des tubes (58) dans les traversées correspondantes et permettant ensuite le serrage étanche des tubes entre les traversées et les embouts tubulaires. 10. - Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on met en appui la plaque de maintien (34) sur la plaque collectrice (10) en sorte que ladite pluralité d'embouts (16) soient introduits respectivement à travers ladite pluralité de traversées (46) et en ce que l'on introduit ensuite, en force, les tubes (58) dans les gorges (54,56) ainsi définies.