Brevet FR2755220A1 — publié le 19980430

Boîte collectrice à réservoir intégré pour échangeur de chaleur. notamment de véhicule automobile L'invention concerne une boîte collectrice à réservoir intégré pour un échangeur de chaleur. Elle s'applique tout particulièrement à une boîte collectrice d'un condenseur propre à faire partie d'un circuit de réfrigération, par exemple d'une installation de climatisation de véhicule automobile, parcouru par un fluide frigorigène. Dans un circuit de réfrigération de véhicule automobile, le fluide frigorigène en phase vapeur surchauffée est envoyé, par l'intermédiaire d'un compresseur, vers un condenseur dans lequel il est successivement refroidi ou "désurchauffé", condensé en une phase liquide chaude, puis "sous-refroidi" en une phase liquide froide. Ensuite, le fluide frigorigène, condensé et refroidi, est envoyé, par l'intermédiaire d'un détendeur, vers un évaporateur où il échange de la chaleur avec un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. Dans cet évaporateur, le fluide frigorigène est transformé en phase vapeur, tandis que le flux d'air est refroidi pour fournir de l'air climatisé. Le fluide frigorigène en phase vapeur quitte l'évaporateur pour gagner le compresseur, et ainsi de suite. Le condenseur comprend de façon habituelle un faisceau de tubes à ailettes monté entre deux boîtes collectrices, dont l'une communique avec un réservoir. De manière classique, le réservoir, encore appelé "bouteille", qui est habituellement relié en sortie du condenseur, est réalisé sous la forme d'un récipient séparé. On connaît en particulier, d'après le Brevet français 93 10325 de la Demanderesse, un condenseur de ce type dans lequel le réservoir est de configuration tubulaire et est accolé à l'une des boîtes collectrices, également de configuration tubulaire, par l'intermédiaire de pattes d'encliquetage. On connaît par ailleurs, d'après la Demande de brevet français 96 03695 de la Demanderesse, un condenseur a réservoir intégré, dans lequel la boîte collectrice et le réservoir sont délimités par un même boîtier à paroi tubulaire, lequel est divisé intérieurement par une cloison longitudinale de séparation. Cette solution connue nécessite donc la mise en place de la cloison longitudinale de séparation à l'intérieur du boîtier, puis la solidarisation de cette cloison avec le boîtier. L'invention vient proposer une autre solution pour intégrer la boîte collectrice et le réservoir dans un même boîtier. L'invention propose à cet effet une boîte collectrice à réservoir intégré pour échangeur de chaleur, du type défini en introduction, laquelle boîte collectrice comprend - une première paroi semi-cylindrique ayant deux bords longitudinaux délimitant une face ouverte; - une deuxième paroi semi-cylindrique, de forme complémentaire de la première paroi semi-cylindrique, ayant deux bords longitudinaux délimitant une face ouverte; et - une paroi de séparation ayant deux régions marginales conformées chacune en une première rainure d'emboîtement pour recevoir un bord longitudinal de la première paroi semicylindrique et en une deuxième rainure d'emboîtement pour recevoir un bord longitudinal de la deuxième paroi semicylindrique; ce qui délimite un premier compartiment entre la première paroi semi-cylindrique et la paroi de séparation ainsi qu'un deuxième compartiment entre la deuxième paroi semi-cylindrique et la paroi de séparation. I1 en résulte que la boîte collectrice à réservoir intégré est assemblée par emboîtement de trois éléments, à savoir la première paroi semi-cylindrique, la deuxième paroi semicylindrique et la paroi de séparation. Les rainures que comporte la paroi de séparation permettent un emboîtement mutuel de cette dernière avec les deux parois semi-cylindrique, tout en contribuant à faciliter l'emboîte- ment et à maintenir l'emboîtement pour l'assemblage définitif, par exemple par brasage. De préférence, la première rainure de chacune des deux régions marginales de la paroi de séparation est située vers la périphérie de cette région marginale, par rapport à la deuxième rainure. La première rainure et la deuxième rainure de chacune des régions marginales ont avantageusement des formes respectives en U, qui ont leurs ouvertures tournées dans des directions opposées. De façon avantageuse, la première rainure et la deuxième rainure de chaque région marginale ont ensemble une forme de S. Dans une forme de réalisation de l'invention, la paroi de séparation comprend une âme sensiblement plane qui s'étend entre les deux régions marginales. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la paroi de séparation comprend une âme en forme de dièdre, pliée sensiblement à angle droit, qui s'étend entre les deux régions marginales. De façon préférentielle, le compartiment réservoir est compris entre la première paroi semi-cylindrique et la paroi de séparation, tandis que le compartiment collecteur est compris entre la deuxième paroi semi-cylindrique et la paroi de séparation. Généralement, on préfère que le compartiment réservoir présente une section transversale supérieure à la section transversale du compartiment collecteur, ce qui permet de donner une capacité maximale au réservoir. Selon une autre caractéristique de l'invention, celle de la première ou de la deuxième paroi semi-cylindrique qui délimite le compartiment collecteur comporte des ouvertures propres à recevoir des extrémités de tubes d'un faisceau. La boîte collectrice de l'invention présente avantageusement une section transversale de forme générale circulaire ou ovale. Dans une application préférentielle de l'invention, la première paroi semi-cylindrique, la deuxième paroi semicylindrique et la paroi de séparation sont avantageusement réalisées en un alliage à base d'aluminium et assemblées entre elles par brasage. Dans la description qui suit, faite seulement a titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue de face d'un condenseur comprenant une boîte collectrice à réservoir intégré selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle, à échelle agrandie, d'une région marginale de la paroi de séparation; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 après assemblage de la paroi de séparation aux parois semicylindriques; - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 2 dans une variante de réalisation; - la figure 6 est une autre vue analogue à celle de la figure 2 dans une autre variante de réalisation; et - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale, à échelle agrandie, du condenseur de la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un condenseur propre à faire partie d'une installation de climatisation de véhicule automobile. Ce condenseur comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 entre lesquels sont disposés des intercalaires 14 de forme générale ondulée, formant ailettes d'échange de chaleur. Le faisceau 10 est monté entre une boîte collectrice tubulaire 16 et un boîtier tubulaire 18. La boîte collectrice 16 présente une section circulaire et elle est munie d'une tubulure d'entrée 17 et d'une tubulure de sortie 19 pour un fluide frigorigène. Le fluide frigorigène sous forme de phase vapeur surchauffée est envoyé, par l'intermédiaire d'un compresseur (non représenté) à la tubulure d'entrée 17. Ce fluide frigorigène est successivement refroidi ou "désur- chauffé", condensé en une phase liquide chaude, puis sous refroidi" en une phase liquide froide, avant de quitter le condenseur par la tubulure de sortie 19. Le boîtier tubulaire 18 intègre une boîte collectrice et un réservoir. I1 est formé par l'assemblage de trois éléments, à savoir une première paroi semi-cylindrique 20, une deuxième paroi semi-cylindrique 22 et une paroi de séparation 24 (figure 2). Par l'expression "paroi semi-cylindrique", on entend désigner ici une paroi définie par des génératrices parallèles entre elles qui s'appuient sur une courbe ouverte, qui peut être par exemple un arc de cercle, une partie d'un ellipse, une partie d'un ovale, etc. Autrement dit, l'expression "paroi semi-cylindrique" n'est pas limitée à une paroi dont la section transversale est un demi-cercle. La paroi semi-cylindrique 20 est réalisée à partir d'une tôle métallique, avantageusement en alliage d'aluminium, enroulée sur elle-même pour former dans l'exemple un arc de cercle dont l'angle d'ouverture est voisin de 1800 et présenter ainsi deux bords longitudinaux 26 qui s'étendent parallèlement entre eux, tout en délimitant une face ouverte. La deuxième paroi semi-cylindrique 22 est également réalisée à partir d'une tôle, de préférence dans le même alliage métallique, enroulée sur elle-même pour former un arc de cercle dont l'angle d'ouverture est également voisin de 1800. Dans l'exemple, la paroi 22 comporte une épaisseur plus faible que celle de la paroi 20. La paroi 22 comporte deux bords longitudinaux 28 parallèles entre eux et délimitant une face ouverte. Les parois semi-cylindriques 20 et 22 ont des formes complémentaires pour former conjointement le contour extérieur du boîtier 18. La paroi de séparation 24 comprend une âme 30 généralement plane comportant deux régions marginales 32 (figures 2 et 3) conformées chacune pour permettre l'emboîtement d'un bord longitudinal 26 et l'emboîtement d'un bord longitudinal 22. Comme on le voit mieux sur la figure 3, chaque région marginale 32 est conformée pour définir une première rainure d'emboîtement 34 en forme de U située vers la périphérie de la paroi 24 et une deuxième rainure d'emboîtement 36, également en forme de U, située vers l'intérieur de la paroi 24, c'est-à-dire du côté de l'âme 30. Les rainures 34 et 36 d'une région marginale 32 sont obtenues par un double pliage de la tôle formant la paroi de sépara tion, de manière à former deux U adjacents dont les ouvertures sont tournées dans des directions opposées, ce double U ayant une forme générale de S. Les rainures 34 et 36 sont délimitées à chaque fois par des branches généralement parallèles 38, 40 et 42 ainsi que par un fond arrondi 44 reliant les branches 38 et 40, et un fond arrondi 46 reliant les branches 40 et 42 (figure 3). Les branches 40 et 42 délimitant la rainure 34 ménagent entre elles un intervalle I1 légèrement supérieur à l'épaisseur de la paroi 20, tandis que les branches 38 et 40 ménagent entre elles un intervalle I2 dont la valeur est légèrement supérieure à l'épaisseur de la paroi 22. Ainsi, pour réaliser l'assemblage du boîtier tubulaire 18, il suffit d'emboîter les bords 26 de la paroi 20 dans les rainures respectives 34 de la paroi 24, et d'emboîter les bords 28 de la paroi 22 dans les rainures d'emboîtement 36 de la paroi 22, comme montré à la figure 4. La paroi 22 comprend, comme on le voit sur la figure 2, des ouvertures 48 pour l'introduction des extrémités des tubes 12. Les parois 20, 22 et 24 sont munies d'un placage de brasure sur l'une au moins de leurs deux faces respectives, pour permettre ensuite le brasage de ces trois parois entre elles. On comprendra que tous les composants du condenseur 10 peuvent être assemblés entre eux par brasage, lors d'un passage dans un four approprié. Après assemblage, le boîtier 18 définit intérieurement un compartiment collecteur 50 entre la paroi semi-cylindrique 48 et la paroi de séparation 24, et un compartiment réservoir 52 entre la paroi semi-cylindrique 20 et la paroi de séparation 24 (figure 2). Le compartiment réservoir 52 présente une section transversale dont l'aire est supérieure à celle de la section transversale du compartiment collecteur 50 (figure 2). En effet, il est préférable de donner une capacité supérieure au compartiment réservoir 52 plutôt qu'au compartiment collecteur 50. On se réfère maintenant à la figure 5 qui montre une variante de réalisation de la figure 2. Dans cette forme de réalisation, la paroi de séparation 24 comporte une âme 54 en forme de dièdre, pliée suivant un angle voisin de 90" pour définir deux parties planes 56 et 58 qui aboutissent respectivement aux deux régions marginales 32. I1 en résulte que la paroi semi-cylindrique 20 possède ici un angle d'ouverture proche de 270 , tandis que la paroi semicylindrique 22 possède un angle d'ouverture supérieur à 90". Le fait d'utiliser une paroi de séparation en forme de dièdre permet d'augmenter davantage la capacité du compartiment réservoir 52 par rapport au compartiment collecteur 50. On se réfère maintenant à la figure 6 qui montre une autre variante de réalisation. Dans cette forme de réalisation, la paroi de séparation 24 comporte une âme 60 qui comprend successivement, à partir d'une première région marginale, une partie plane 62, une seconde partie plane 64 pliée sensiblement à 90" par rapport à la partie 62, et une partie 66, en forme d'arc de cercle, qui est adossée intérieurement à la paroi semi-cylindrique 22 et qui aboutit à l'autre région marginale 32. Dans cette forme de réalisation, il est à noter que les angles d'ouverture respectifs des deux parois semi-cylindriques 20 et 22 sont chacun voisins de 1800. Le fait d'utiliser une âme qui comporte une partie en forme de dièdre permet, là encore, d'augmenter la capacité du compartiment réservoir 52 par rapport au compartiment collecteur 50. On se réfère maintenant à la figure 6 pour décrire plus particulièrement la structure du condenseur 10 de la figure 1. La boîte collectrice 16 comporte deux plaques d'extrémité 70 et 72 et deux cloisons internes 74 et 76. Ceci permet de définir un compartiment d'entrée 78 dans lequel débouche la tubulure d'entrée 17, un compartiment intermédiaire 80 et un compartiment de sortie 82 dans lequel débouche la tubulure de sortie 19. Le boîtier tubulaire 18 est fermé par deux plaques d'extrémité 84 et 86. La cloison de séparation 24, définie précédemment, s'étend sur une partie de la hauteur du boîtier 18, c'est-à-dire depuis la plaque d'extrémité supérieure 84 jusqu'à une cloison partielle 88. Ainsi, le compartiment collecteur 50 se trouve délimité par la paroi semi-cylindrique 22, la paroi de séparation 24, la plaque d'extrémité 84 et la cloison partielle 88. Le boîtier tubulaire 18 comprend en outre une cloison interne 90 située à une hauteur intermédiaire entre la plaque d'extrémité 86 et la cloison partielle 88. Cette cloison 90 est munie d'une ouverture 92. Ainsi, le compartiment réservoir 52 s'étend entre la plaque d'extrémité supérieure 84 et la cloison 90 en étant délimité latéralement par les parois semi-cylindriques 20 et 22 et par la paroi de séparation 24. Le boîtier 18 délimite en outre un compartiment inférieur 94 entre la plaque d'extrémité inférieure 86 et la cloison 90. Le fonctionnement du condenseur de la figure 6 s'effectue comme suit. Le fluide frigorigène en phase vapeur surchauffée pénètre dans le compartiment d'entrée 78 par la tubulure d'entrée 17, gagne ensuite le compartiment collecteur 50, quitte ce dernier pour gagner le compartiment intermédiaire 80, et ensuite gagner la partie inférieure du compartiment réservoir 52. Au cours de cette circulation en trois passes, avec des sens de circulation alternés, le fluide frigorigène est successivement refroidi ou "désurchauffé", puis condensé en une phase liquide chaude. Le fluide frigorigène en phase liquide chaude gagne ensuite le compartiment inférieur 94, au travers de l'ouverture 92, puis circule dans la partie inférieure du faisceau pour gagner le compartiment de sortie 82 puis quitter le condenseur par la tubulure de sortie 19. Au cours de cette dernière passe, le fluide frigorigène préalablement condensé est "sous-refroidi" en une phase liquide froide. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. I1 est possible notamment de donner différentes configurations aux deux parois semi-cylindriques et à la paroi de séparation qui constituent le boîtier tubulaire. En outre, bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un condenseur, elle peut s'appliquer à d'autres types d'échangeurs de chaleur. Revendications 1. Boîte collectrice à réservoir intégré pour échangeur de chaleur, en particulier pour condenseur, comprenant un boîtier tubulaire (18) muni d'une cloison interne de séparation (24) pour délimiter un compartiment collecteur (50) et un compartiment réservoir (52), caractérisée en ce qu'elle comprend - une première paroi semi-cylindrique (20) ayant deux bords longitudinaux (26) délimitant une face ouverte; - une deuxième paroi semi-cylindrique (22), de forme complémentaire de la première paroi semi-cylindrique, ayant deux bords longitudinaux (28) délimitant une face ouverte; et - une paroi de séparation (24) ayant deux régions marginales (32) conformées chacune en une première rainure d'emboîtement (34) pour recevoir un bord longitudinal (26) de la première paroi semi-cylindrique et en une deuxième rainure demboîte- ment (36) pour recevoir un bord longitudinal (28) de la deuxième paroi semi-cylindrique (22); ce qui délimite un premier compartiment (52) entre la première paroi semi-cylindrique (20) et la paroi de séparation (24) ainsi qu'un deuxième compartiment (50) entre la deuxième paroi semi-cylindrique (22) et la paroi de séparation (24). 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première rainure d'emboîtement (34) de chacune des régions marginales (32) de la paroi de séparation (24) est située vers la périphérie de cette région marginale par rapport à la deuxième rainure (36). 3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la première rainure d'emboîtement (34) et la deuxième rainure d'emboîtement (36) de chaque région marginale (32) ont des formes respectives en U qui ont leurs ouvertures tournées dans des directions opposées. 4. Boîte collectrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que la première rainure d'emboîtement (34) et la deuxième rainure d'emboîtement (36) de chacune des régions marginales (32) ont ensemble une forme de S. 5. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi de séparation (24) comprend une âme (30) sensiblement plane qui s'étend entre les deux régions marginales (32). 6. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi de séparation (24) comprend une âme (54; 60) en forme de dièdre, pliée sensiblement à angle droit, qui s'étend entre les deux régions marginales (32). 7. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le compartiment réservoir (52) est compris entre la première paroi semi-cylindrique (20) et la paroi de séparation (24), tandis que le compartiment collecteur (50) est compris entre la deuxième paroi semi-cylindrique (22) et la paroi de séparation (24). 8. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le compartiment réservoir (52) présente une section transversale supérieure à la section transversale du compartiment collecteur (50). 9. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que celle de la première ou de la deuxième paroi semi-cylindrique qui délimite le compartiment collecteur (50) comporte des ouvertures (48) propres à recevoir des extrémités de tubes (12) d'un faisceau (10). 10. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle présente une section transversale de forme générale circulaire ou ovale. 11. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la première paroi semi-cylindrique (20), la deuxième paroi semi-cylindrique (22) et la paroi de séparation (24) sont réalisées en un alliage à base d'aluminium. 12. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la première paroi semi-cylindrique (20), la deuxième paroi semi-cylindrique (22) et la paroi de séparation (24) sont assemblées entre elles par brasage.