Brevet FR2735857A1 — publié le 19961227

Changeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne les échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement ceux en aluminium brasé ou soudé du type comprenant au moins une boîte à fluide en matière organique pouvant être désassemblée de la plaque collectrice en vue du remplacement de cette boîte à fluide, ou d'une intervention sur le faisceau de tubes de l'échangeur. Dans ces échangeurs de chaleur, la boîte à fluide (généralement de l'eau) est habituellement munie de deux rebords longitudinaux parallèles, et d'une plaque collectrice présentant deux bords longitudinaux parallèles délimitant chacun une gorge destinée à recevoir un rebord longitudinal. Les rebords longitudinaux de la boîte à eau présentent une pluralité de saillies latérales alignées et dont la base forme gouttière discontinue et ouverte dans sa partie supérieure. Les bords longitudinaux de la plaque collectrice sont prolongés par des pattes de sertissage destinées à venir s'interposer entre deux saillies latérales et dont les extrémités sont partiellement repliées pour former des guides. La solidarisation de la boîte à eau et de la plaque collectrice est effectuée par introduction d'une broche linéaire entre le fond de la gouttière et les guides de chaque bord longitudinal. Un tel échangeur est enseigné par exemple par la publication FR-A-2 050 314. Il prévoit également le même type d'assemblage par broche sur les deux bords transversaux de la plaque collectrice, ce qui nécessite donc deux broches longitudinales et deux broches transversales. Lorsque survient une surpression inhabituelle dans la boîte à eau, la pression exercée par le fluide sur les parois de cette boîte tend à déplier les pattes de sertissage formant guides pour les broches, ce qui entraîne la désolidarisation de la boîte à eau et de la plaque collectrice. Une telle désolidarisation peut avoir des conséquences relativement graves. Cet effet est d'autant plus marqué dans les échangeurs actuels qui comprennent une plaque collectrice réalisée en aluminium ou dans un alliage d'aluminium et de manganèse (principalement pour des raisons de ductilité, de coût et de poids) car ce type d'alliage ne possède pas de bonnes caractéristiques mécaniques. De plus, ce type d'échangeur présente l'inconvénient de nécessiter une découpe et une conformation préalables et délicates des bords longitudinaux de la plaque collectrice, ce qui en augmente le coût. Pour résoudre le problème posé, une solution consisterait à utiliser des matériaux plus résistants, à base d'alliages plus complexes, pour réaliser la plaque collectrice. Mais, le procédé de brasage utilisé actuellement (enceinte sous atmosphère inerte et utilisation d'un flux à base de fluoaluminates de potassium) ne permet pas la réalisation de joints de brasage de qualité entre des tubes et une plaque collectrice réalisée dans de tels alliages. Il n'existe donc pas actuellement de solution permettant de solidariser avec suffisamment de sécurité les bords longitudinaux de la plaque collectrice et les rebords longitudinaux de la boîte à eau, tout en autorisant leur désolidarisation rapide. En conséquence, un but de l'invention est de procurer un échangeur de chaleur qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type décrit en introduction, dans lequel chaque bord longitudinal comprend une paroi externe comportant une pluralité d'ouvertures réparties sensiblement à intervalle régulier, choisi, sur toute sa longueur, et chaque rebord longitudinal de la boîte à eau comprend une rainure longitudinale située sensiblement en regard des ouvertures du bord latéral avec lequel elle coopère, et comprenant une agrafe à deux branches sensiblement parallèles et présentant chacune une pluralité de parties bombées convexes réparties sur toute sa longueur à intervalle régulier, identique à celui des ouvertures, pour coopérer respectivement avec l'une des ouvertures, chaque partie bombée convexe étant reliée à une (ou des) partie(s) bombée(s) voisine(s) par une partie complémentaire destinée à être logée dans la rainure longitudinale. On entend par paroi externe, la paroi qui délimite la partie de la gorge qui est la plus éloignée des tubes du faisceau. Dans l'échangeur proposé, d'une première part, les extrémités des bords longitudinaux n'ont plus besoin d'être conformées, seule une prédécoupe des ouvertures est nécessaire, ces ouvertures pouvant être traversantes ou non, d'une seconde part la forme enveloppante et continue de la rainure lui permet de guider l'agrafe dans ses déplacements longitudinaux tout en lui interdisant les déplacements verticaux, et d'une troisième part les rainures en coopération avec les ouvertures assurent une immobilisation efficace et robuste. Par ailleurs, la forme ondulée de l'agrafe, combinée au matériau dans lequel elle est réalisée, qui est selon un aspect de l'invention préférentiellement métallique et élastique, lui permet d'absorber tout ou partie de la surpression par modification ponctuelle de la courbure de ses parties bombées. De plus, les points d'encrage de l'agrafe dans les ouvertures lui assure une parfaite immobilisation, ce qui n'était pas le cas des broches de la technique antérieure, qui de part leur linéarité pouvaient être déplacées, après assemblage, sous l'effet des vibrations du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque partie bombée convexe présente une extension transversale supérieure à la distance séparant le fond d'une rainure, d'un rebord longitudinal, de la paroi externe d'un bord longitudinal. Ainsi, lorsqu'une partie bombée pénètre dans une ouverture, elle reprend sa courbure de fonctionnement, ce qui permet de l'immobiliser à l'intérieur d'une ouverture. L'échangeur proposé comprend également, de façon connue, des bords transversaux qui relient entre-eux les bords longitudinaux et délimitent chacun une gorge prolongeant les gorges des bords longitudinaux et destinée à recevoir un rebord transversal de la boîte à eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'un au moins des bords transversaux comporte sur toute sa longueur une ouverture d'accès traversante propre à autoriser l'introduction ou l'extraction de l'agrafe, et par ailleurs, l'agrafe comprend une branche centrale reliant les deux branches longitudinales et présentant une partie conformée formant poignée destinée à autoriser le maniement de cette agrafe. Grâce à la poignée, il est désormais particulièrement facile de faire coulisser en même temps les deux branches de l'agrafe, soit en vue de son positionnement final, soit en vue de son extraction. Cela permet de n'avoir plus à manipuler qu'une unique agrafe, au lieu des quatre broches de la technique antérieure, l'agrafe réalisant à elle seule les deux broches longitudinales et l'une des broches transversales. On peut également prévoir sur les rebords transversaux une rainure identique à celle prévue pour les rebords longitudinaux. On réalise ainsi une rainure périphérique continue ou non, et non plus seulement longitudinale. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe transversale d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention, après assemblage; et - la figure 2 est une coupe longitudinale selon l'axe II-II d'une partie de l'échangeur de chaleur de la figure 1, en vue du dessus. L'échangeur de chaleur illustré sur les figures 1 et 2, comprend une boîte à fluide 1, généralement en matière organique, et préférentiellement en plastique rigide, une plaque collectrice 2 métallique et des tubes 3 métalliques formant faisceau de tubes. Dans la description qui suit, on considère que le fluide qui circule dans l'échangeur est de l'eau additionnée d'un antigel. Par conséquent, on appellera la boîte à fluide boîte à eau. Mais, il est clair que l'invention s'applique également aux échangeurs fonctionnant avec un autre fluide, comme par exemple de l'huile ou un gaz. Les tubes 3 sont réalisés en aluminium, ou dans un alliage assez ductile comprenant de l'aluminium. La plaque collectrice est réalisée de préférence dans un alliage d'aluminium et de manganèse appartenant à la série dite "3000". Les tubes 3 et la plaque collectrice 2 sont solidarisés par brasage sous atmosphère inerte, à laide d'un flux de fluoaluminates de potassium, ou par assemblage mécanique. La boîte à eau 1 comprend une paroi 4 conformée destinée à recevoir l'eau. Cette paroi 4 comprend sur sa périphérie un rebord périphérique 5 formant bourrelet. Ce rebord périphérique comprend deux rebords longitudinaux parallèles 5a et 5b, prolongés à perpendicularité en leurs extrémités respectives 6, par deux rebords transversaux parallèles 7a et 7b. Chaque rebord comprend une face supérieure 8, une face interne 9, une face externe 10 et une face inférieure 11. Dans toute la description, les références à l'orientation des éléments sont données relativement à la figure 1. I1 est clair que le retournement de la boîte à eau de la figure 1 placerait un élément qualifié d'inférieur dans une position qualifiée de supérieure. Les rebords latéraux et transversaux comprennent dans leur partie supérieure externe, reliant la face externe 10 et la face supérieure 8, une rainure 25 continue de forme sensiblement cylindrique ouverte vers l'extérieur. Cette rainure s'étend, de préférence, sur toute la longueur du rebord périphérique. Mais, il est envisageable de ne réaliser la rainure que sur les deux rebords longitudinaux, ou bien sur ces deux rebords longitudinaux et un seul rebord transversal. De même, on peut concevoir que chaque rebord comporte une rainure qui ne communique pas avec les autres. La plaque collectrice 2 comprend une partie centrale munie d'ouvertures 12 autorisant le passage des extrémités de tubes 3, et un bord périphérique 40, entourant cette partie centrale, et conformé avant assemblage de l'échangeur. Ce bord périphérique comprend deux bords longitudinaux parallèles 13a et 13b, prolongés à perpendicularité en leurs extrémités respectives 14, par deux bords transversaux parallèles 15a et 15b. Chaque bord 13 et 15 comprend une paroi interne 16 prolongeant obliquement la partie centrale de la plaque collectrice 2, une paroi inférieure 17 prolongeant la paroi interne de sorte qu'elle soit sensiblement parallèle à ladite partie centrale, et une paroi externe 18 prolongeant la paroi inférieure 17 de façon sensiblement perpendiculaire. Les parois interne 16, externe 18 et inférieure 17 des bords de plaque collectrice délimitent ainsi respectivement les faces interne 19, externe 20 et le fond 21 d'une gorge périphérique 22 qui s'étend sur toute la périphérie de la plaque collectrice 2 et destinée à recevoir les rebords longitudinaux 5 et transversaux 7 de la boîte à eau 1. A cet effet, la gorge périphérique 18 présente une section transversale de forme sensiblement homologue à celle d'une partie au moins des rebords, mais des dimensions légèrement supérieures pour autoriser l'interposition dans le fond de la gorge d'un joint d'étanchéité 23. Ce joint 23 est réalisé dans un matériau déformable et étanche à l'eau, par exemple en élastomère. I1 est disposé dans la gorge périphérique 22 en contact des parois inférieure 17 et externe 18 des bords longitudinaux 13 et transversaux 15. La paroi externe 18 des bords longitudinaux 13 comprend dans sa partie extrémale une pluralité d'ouvertures 24 réalisées par découpe préalable de la plaque collectrice 2. Ces ouvertures peuvent être traversantes ou non. Elles sont réparties régulièrement sur toute la longueur des bords longitudinaux 13 à une hauteur choisie de sorte qu'après assemblage de la boîte à eau 1 et de la plaque collectrice 2, les ouvertures soient en regard de la rainure 25. Les ouvertures 24 des bords longitudinaux 13 sont espacées les unes des autres par un intervalle choisi. La paroi externe 18 d'au moins l'un des deux bords transversaux 15 comprend dans sa partie extrémale une ouverture d'accès 26 traversante réalisée par découpe préalable de la plaque collectrice 2. Pour des raisons de simplification lors de l'assemblage, il est préférable de prévoir une ouverture d'accès dans chaque bord transversal. On justifiera plus loin ce mode de réalisation préférentiel. Ces ouvertures d'accès 26 sont traversantes et réalisées à la même hauteur que les ouvertures des bords longitudinaux 13, afin d'être également en regard de la rainure 25 du rebord transversal 7a avec lequel leur bord transversal 15a coopère. Afin de solidariser à étanchéité la boîte à eau 1 et la plaque collectrice 2, après leur assemblage, l'échangeur proposé comprend une agrafe 27 réalisée dans un matériau rigide, de préférence métallique et très légèrement élastique. Cette agrafe 27 comprend deux branches 28a et 28b sensiblement parallèles et reliées par l'une de leurs extrémités par une branche centrale 29 présentant une partie conformée 30 formant poignée sensiblement parallèle aux bords transversaux 15. Bien entendu, la forme de la poignée pourra être adaptée au mode d'assemblage de l'échangeur. Chaque branche 28 comprend une pluralité de parties bombées convexes 31 réparties sur toute sa longueur à intervalle régulier. Cet intervalle entre deux parties bombées 31 est identique à celui qui sépare deux ouvertures 24 consécutives des bords longitudinaux 13, afin que chaque partie bombée puisse coopérer avec l'une desdites ouvertures 24. Chaque partie bombée convexe 31 est reliée à une ou deux parties bombées voisines par une partie complémentaire 32 destinée à être logée dans la rainure longitudinale 25. Ces parties complémentaires 32 peuvent être linéaires, ou bien bombées concaves. Dans ce second cas, chaque branche présente une double ondulation qui est de type sinusoïdale lorsque l'intervalle entre deux parties bombées convexes 31 est égale à la longueur de celles-ci. Mais il est préférable de réaliser des parties complémentaires linéaires car elles procurent une surface d'appui, sur le fond d'une rainure 25, notablement plus importante. L'amplitude (ou extension transversale) de l'ondulation est supérieure à la distance qui sépare le fond d'une rainure 25 d'une partie pleine (sans ouverture) d'un bord longitudinal 13. Pour solidariser la boîte à eau et la plaque collectrice, on introduit, à l'aide de la poignée 30, les extrémités des deux branches 28a et 28b de l'agrafe 27, lesquelles sont constituées d'une partie complémentaire linéaire, dans l'ouverture d'accès 26a de l'un des bords transversaux 15a, puis respectivement dans les rainures 25a et 25b des rebords longitudinaux 5a et 5b. On fait ensuite coulisser les branches en forçant leur passage lorsque les parties bombées convexes 31 se trouvent en contact avec les parties pleines des bords longitudinaux 13, jusqu'à ce que chaque partie bombée convexe 31 soit logée dans un ouverture 24, et que la branche centrale 29 de l'agrafe arrive en butée au fond de la rainure 25 du rebord transversal 7a coopérant avec le bord transversal 15a contenant l'ouverture d'accès 26a précédemment utilisée, ce qui définit la position finale de l'agrafe 27. La poignée 30 est conformée de sorte que l'on puisse non seulement positionner l'agrafe dans sa position finale, mais également la saisir afin de pouvoir l'extraire si besoin est. En conséquence, la partie centrale de la poignée 30 doit être conformée de sorte que la distance qui la sépare du reste de la branche transversale 29 soit sensiblement supérieure à la distance qui sépare le fond de la rainure 25 d'un rebord transversal 7 de la face extérieure de la paroi externe 18 du bord transversal 15. Bien entendu, si les rebords transversaux ne comprennent pas de rainure, la distance qui sépare la partie centrale du reste de la branche transversale 29 devra être sensiblement supérieure à la distance qui sépare le rebord transversal 7 de la face extérieure de la paroi externe 18 du bord transversal 15. Comme indiqué précédemment, il est préférable de pouvoir introduire l'agrafe 27 sur l'un quelconque des bords transversaux 15, afin de ne pas perdre du temps à manipuler l'échangeur proposé lors de son assemblage. Bien que l'invention ait été décrite en détail dans un mode de réalisation préféré, il est clair que de nombreuses variantes pourraient être envisagées dans le cadre des revendications ci-après, et notamment les variantes d'agrafes. Revendications 1.- Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant au moins une boîte à eau (1) munie de deux rebords longitudinaux parallèles (5a et 5b), et une plaque collectrice (2) présentant deux bords longitudinaux parallèles (13a et 13b) délimitant chacun une gorge (22) destinée à recevoir un rebord longitudinal (5), caractérisé en ce que chaque bord longitudinal (13) comprend une paroi externe (18) comportant une pluralité d'ouvertures (24) réparties sensiblement à intervalle régulier, choisi, sur toute sa longueur, en ce que chaque rebord longitudinal (5) de la boîte à eau (1) comprend une rainure longitudinale (25) située sensiblement en regard des ouvertures du bord latéral (13) avec lequel elle coopère, et en ce qu'il comprend une agrafe (27) à deux branches (28a et 28b) sensiblement parallèles et présentant chacune une pluralité de parties bombées convexes (31) réparties sur toute leur longueur à intervalle régulier, identique à celui des ouvertures (24), pour coopérer respectivement avec l'une des ouvertures (24), chaque partie bombée convexe (31) étant reliée à une (ou des) partie(s) bombée(s) voisine(s) par une partie complémentaire (32) destinée à être logée dans la rainure longitudinale (25). 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel les bords longitudinaux (13) de la plaque collectrice (2) sont reliés entre-eux par des bords transversaux (15a et 15b) délimitant chacun une gorge (22) destinée à recevoir un rebord transversal (7a ou 7b) de la boîte à eau (1), caractérisé en ce que l'un au moins des bords transversaux (15a, 15b) comporte sur toute sa longueur une ouverture d'accès (26) traversante propre à autoriser l'introduction ou l'extraction de l'agrafe (27). 3.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque partie bombée convexe (31) présente une extension transversale supérieure à la distance séparant le fond d'une rainure (25), d'un rebord longitudinal (5), de la paroi externe (18) d'un bord longitudinal (13). 4.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'agrafe (27) comprend une branche centrale (29) reliant les deux branches longitudinales (28) et présentant une partie conformée (30) formant poignée destinée à autoriser le maniement de cette agrafe (27). 5.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le rebord transversal (7), coopérant avec le bord transversal (15) muni d'une ouverture d'accès (26) comprend également une rainure (25) destinée à loger au moins partiellement la branche centrale (29) d'une agrafe (27). 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la poignée (30) comporte une partie centrale sensiblement parallèle aux bords transversaux (15) et placée à une distance du reste de la branche transversale (29) sensiblement supérieure à la distance séparant le fond de la rainure (25), du rebord transversal (7), de la face extérieure de la paroi externe (18) du bord transversal (15), de sorte que ladite partie centrale dépasse au moins partiellement de l'ouverture d'accès (26) lorsque l'agrafe (27) est immobilisée en une position finale. 7.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque ouverture (24) de bord longitudinal (13) présente une dimension longitudinale inférieure ou égale à celle des parties bombées convexes (31). 8.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'agrafe (27) est réalisée dans un matériau métallique de préférence élastique.