Brevet FR2748317A1 — publié le 19971107

Schanaeur de chaleur à boîte collectrice tubulaire et patte de fixation L'invention concerne les échangeurs de chaleur, en particulier ceux destinés à l'équipement des véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une boîte collectrice à paroi tubulaire pourvue de trous alignés, des tubes dont les extrémités sont reçues dans les trous de la bote collectrice, ainsi qu'au moins une patte de fixation solidaire de la boîte collectrice. Un tel échangeur de chaleur peut être notamment réalisé sous la forme d'un condenseur propre à faire partie d'une installation de climatisation d'un véhicule automobile et à être parcouru par un fluide frigorigène. Dans un tel échangeur de chaleur, la patte de fixation peut servir à fixer l'échangeur de chaleur, en particulier le condenseur, soit à la carrosserie du véhicule, soit encore à un autre équipement du véhicule. I1 est connu, notamment, de fixer le condenseur d'une installation de climatisation sur un autre échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, de manière qu'un même flux d'air puisse traverser successivement le radiateur de refroidissement et le condenseur. Les pattes de fixation connues peuvent être constituées notamment de deux parties propres à enserrer la boîte collectrice et à être maintenues entre elles par un rivet ou encore par une vis, comme enseigné par FR-A-2 690 234. Cette solution connue nécessite une opération supplémentaire ainsi que des aménagements particuliers sur l'échangeur de chaleur, pour la mise en place de la patte de fixation. Ceci accroît donc le coût de fabrication et de montage de l'échangeur de chaleur. I1 est connu également de solidariser la patte de fixation à la boîte collectrice par une opération de brasage. Toutefois, cette solution nécessite de maintenir la patte de fixation avant et pendant le brasage, ce qui conduit à concevoir des pattes de fixation de géométrie compliquée. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel la boîte collectrice est pourvue d'une fente longitudinale qui présente une longueur et une largeur données, et dans lequel la patte de fixation dépend d'une âme métallique ayant une longueur et une épaisseur adaptées respectivement à la longueur et à la largeur de le fente, de manière à pouvoir être introduite dans la fente puis brasée à la paroi tubulaire, l'âme présentant un bord longitudinal intérieur s'étendant à distance de la paroi tubulaire du côté des trous. La patte de fixation fait ainsi partie d'une pièce métallique qui est solidarisée par brasage avec la boîte collectrice qui présente à cet effet une configuration particulière avec une fente. En conséquence, l'âme dont dépend la patte de fixation est simplement glissée dans la fente de la boîte collectrice avant d'être brasée à cette dernière. Selon une caractéristique avantageuse, la fente s'étend sur pratiquement toute la longueur de la paroi tubulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, la boîte collectrice est formé par roulage et poinçonnage d'une bande métallique de manière à présenter deux bords longitudinaux parallèles s'étendant suivant des génératrices de la paroi tubulaire et délimitant entre eux la fente précitée. Cette opération de roulage s'effectue alors de manière que la fente obtenue présente une largeur qui est légèrement supérieure à l'épaisseur de l'âme métallique dont dépend la patte de fixation. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bord longitudinal intérieur de l'âme s'étend parallèlement aux génératrices de la paroi tubulaire et est située à une distance donnée de la paroi tubulaire pour servir de butée aux extrémités des tubes. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'âme comporte au moins un logement formé à partir du bord longitudinal intérieur de l'âme et situé en un endroit choisi de la longueur de l'âme pour recevoir une cloison placée à l'intérieur de la paroi tubulaire. On peut ainsi prévoir plusieurs logements propres à recevoir plusieurs cloisons, ce qui permet d'introduire ou enfiler en une seule fois les cloisons, en même temps que l'âme, au lieu de les introduire une par une comme dans la technique antérieure. De plus, ceci permet de supprimer les opérations de sertissage des cloisons qui étaient jusqu'à présent nécessaires, du fait que ces cloisons sont maintenues dans leurs positions respectives grâce aux logements formés dans l'âme. L'âme est avantageusement réalisée à partir d'une bande métallique généralement rectangulaire limitée en outre par un bord longitudinal extérieur qui s'étend parallèlement au bord longitudinal intérieur et qui est propre à être situé à l'extérieur de la paroi tubulaire. Ce bord longitudinal extérieur peut affleurer ou dépasser extérieurement de la paroi tubulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi tubulaire comporte une couverture et l'âme une découpe placée en regard de cette ouverture pour permettre la mise en place d'une pièce de raccordement, en particulier d'une tubulure. Cette découpe et cette ouverture coopèrent alors pour permettre la mise en place et le maintien de cette pièce de raccordement pendant les opérations de brasage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'âme comporte une largeur minimale toujours supérieure à l'épais- seur de la paroi tubulaire. Ceci permet de garantir une bonne étanchéité lors du brasage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la patte de fixation est placée dans une position et une orientation choisies par rapport à l'âme. Ainsi, on peut prévoir une ou plusieurs pattes de fixation prévues en des endroits choisis, par exemple en extrémité de l'âme ou en tout autre endroit sur la longueur de celle-ci. Dans une forme de réalisation de l'invention, la patte de fixation est placée à une extrémité de l'âme, de manière à s'étendre dans le prolongement de celle-ci et à dépasser de la paroi tubulaire dans la direction axiale. En pareil cas, la patte de fixation permet de fixer la boîte collectrice par son extrémité sur un support approprié, par exemple un bloc amortisseur. Bien évidemment, la présence d'une patte de fixation à une extrémité de l'âme n'est pas incompatible avec la présence d'une autre patte de fixation s'étendant latéralement par rapport à pâme. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'âme comporte une bordure qui dépasse à l'extérieur de la paroi tubulaire et qui est munie d'une série de trous alignés formant boutonnières. Ceci permet de procurer différents sites de fixation de l'échangeur de chaleur. Il est bien entendu que la patte de fixation présente ellemême une configuration adaptée à l'utilisation particulière pour laquelle elle est destinée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la patte de fixation et l'âme forment un ensemble monobloc obtenu par découpe d'une pièce métallique ou encore par moulage ou extrusion. Cet ensemble monobloc est avantageusement revêtu d'un alliage de brasure. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en perspective d'une pièce de fixation destinée à être brasée à la bote collectrice de la figure 1 - la figure 3 est une vue en perspective montrant la bote collectrice de la figure 1 et la pièce de fixation de la figure 2 après assemblage et brasage - la figure 4 est une vue en perspective d'une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur selon une seconde forme de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue partielle en perspective d'une pièce de fixation destinée à être solidarisée à la boîte collectrice de la figure 4 - la figure 6 est une vue partielle en perspective montrant la boîte collectrice de la figure a et la pièce de fixation de la figure 5 après assemblage et brasage; - la figure 7 est une vue de face, avec arrachement partiel, d'un échangeur de chaleur comprenant deux boîtes collectrices selon l'invention; - la figure 8 est une vue de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 7; - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur analogue à celui des figures 7 et 8, dans une variante de réalisation; - la figure 10 est une vue partielle de dessus de l'échangeur de chaleur de la figure 9; et - la figure 11 est une vue partielle de face d'un échangeur de chaleur analogue à celui de la figure 9, dans une autre forme de réalisation. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une boîte collectrice tubulaire 10 d'axe XX et de section circulaire. La boîte collectrice 10 comporte une paroi tubulaire 12 pourvue de trous alignés 14 ayant chacun la forme d'un passage oblong. La boîte collectrice 10 est en outre pourvue d'une fente longitudinale 16 qui s'étend parallèlement à l'axe XX et qui est délimitée par deux bords longitudinaux 18 et 20 parallèles entre eux et parallèles aux génératrices de la paroi tubulaire 12. Ces deux bords longitudinaux délimitent entre eux la largeur L de la fente 16. Dans l'exemple, la fente 16 s'étend sur toute la longueur de la boîte collectrice 10 (représentée partiellement). La paroi tubulaire 10 est avantageusement formée par roulage et poinçonnage d'une bande métallique, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre une pièce de fixation 22 comprenant une âme rectangulaire 24 prolongée latéralement, à une extrémité, par une patte de fixation 26. L'âme 24 comprend notamment un bord longitudinal intérieur 28 et un bord longitudinal extérieur 30 qui s'étendent parallèlement entre eux. La patte de fixation 26 s'étend dans une direction généralement perpendiculaire à la longueur de l'âme 24. Elle est en outre munie d'un trou 32 destiné au passage d'un organe de fixation (non représenté) tel qu'une vis ou analogue. La pièce de fixation 22 constitue un ensemble monobloc pouvant être obtenu soit par découpe d'une bande métallique, soit encore par moulage ou extrusion d'une matière métallique. La pièce de fixation 22 est avantageusement réalisée dans la même matière métallique que la boîte collectrice 10, c'est-à-dire de préférence en aluminium ou alliage dalumi- nium. L'âme 24 présente une épaisseur E qui est légèrement inférieure à la largeur E de la fente 16. Elle s'étend en outre sur une longueur qui correspond à celle de la fente 16, c'est-à-dire, dans l'exemple, sur toute la longueur de la boîte collectrice 10. L'âme 24 est destinée à être introduite et enfilée à l'inté- rieur de la boîte collectrice 10 en passant par la fente 16, comme montré à la figure 3. La pièce de fixation 22 est alors immobilisée dans une position dans laquelle le bord longitudinal intérieur 28 s'étend parallèlement aux génératrices de la paroi tubulaire 12. Dans l'exemple, le bord 28 se situe pratiquement dans l'alignement de l'axe XX. Dans la position ainsi obtenue, le bord longitudinal intérieur 28 sert de butée lors de l'introduction de tubes 34 (figure 3) destinés à faire partie de l'échangeur de chaleur. Ces tubes 34 sont des tubes de section oblongue adaptée à celle des trous 14. Ainsi, lorsque les tubes 34 sont engagés au travers des trous 14, ils viennent ensuite en butée contre le bord 28, ce qui permet de les maintenir dans la position voulue avant leur assemblage par brasage. Pour permettre le brasage, la pièce de fixation 22 est avantageusement revêtue, sur ses deux faces, d'un placage de brasure approprié. De même, il est avantageux que les tubes 34 soient revêtus extérieurement d'un placage de brasure. Le cas échéant, un placage de brasure est en outre prévu extérieurement sur la paroi 12 de la boîte collectrice. Il est à noter que dans la position de la figure 3, le bord longitudinal extérieur 30 de l'âme 24 doit au moins affleurer ou dépasser à l'extérieur de la paroi tubulaire 12, de manière à assurer une bonne liaison mécanique entre la pièce de fixation 22 et la boîte collectrice 10. Dans l'exemple représenté, la patte de fixation 26 est une patte droite de forme générale rectangulaire qui s'étend dans le même plan que l'âme 24 et qui est située à une extrémité de cette dernière. Bien entendu, cette patte pourrait être située en tout autre endroit de la longueur de l'âme et revêtir une forme différente, par exemple coudée ou incurvée. Egalement, il est possible de prévoir plusieurs pattes de fixation dépendant de l'âme 24. On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre une bote collectrice 10 analogue à celle de la figure 1 et comprenant, là aussi, des trous 14 et une fente 16. Dans l'exemple, la paroi tubulaire 12 comporte une ouverture 36 qui intersecte la fente 16 et qui est propre à permettre l'introduction d'une pièce de raccordement 38, telle qu'une tubulure d'entrée ou de sortie, comme représentée sur la figure 4. Cette tubulure peut servir à l'entrée ou à la sortie d'un fluide caloporteur, c'est-à-dire d'un fluide frigorigène dans exemple considéré. Comme on le voit sur la figure 5, 1âme 24 de la pièce de fixation 22 comporte une découpe rectangulaire 40 qui est formée à partir du bord longitudinal extérieur 30 et qui présente une forme adaptée à celle de l'ouverture 36 de la boîte collectrice 10. Par ailleurs, l'âme 24 comporte des logements 42 de forme rectangulaire formés à partir du bord longitudinal intérieur 28 de l'âme 24 et propres à recevoir chacun une cloison 44 propre à être placée à l'intérieur de la paroi tubulaire. On a représenté sur la figure 5 une cloison 44 à une extrémité de la pièce de fixation 22. La pièce 22 est préalablement équipée de ses cloisons 44 puis elle est enfilée longitudinalement à l'intérieur de la boîte collectrice 10 dans la direction de l'axe XX. Après positionnement de la pièce de fixation 22, l'ouverture 36 et la découpe 40 coïncident comme on peut le voir sur la figure 6. I1 suffit alors de mettre en place la pièce de raccordement 38 puis de mettre en place les tubes et de procéder au brasage de l'ensemble. I1 apparaît que les cloisons 44 sont maintenues fermement dans les positions souhaitées, ce qui permet de supprimer les opérations de sertissage qui étaient nécessaires jusqu'a présent. Dans le cas de la figure 5, l'âme 24 comporte une découpe 40 et des logements 42 oui diminuent localement la largeur de l'âme, telle que définie entre les bords longitudinaux 28 et 30. I1 est nécessaire de garder une largeur minimale LM notamment au niveau de la découpe 40 pour assurer une bonne liaison entre la pièce de liaison 22 et la boîte collectrice 10. Cette largeur minimale LM doit être supérieure à l'épaisseur de la paroi tubulaire 12. Les tubes 34 dont les extrémités sont introduites dans les trous 14 de la boîte collectrice 10 peuvent être soit des tubes droits soit des tubes en U. Dans le premier cas, une autre boîte collectrice identique ou similaire doit être prévue aux autres extrémités des tubes. Cette autre boîte collectrice peut être fendue et comporter au moins une patte de fixation liée par brasage comme précédemment. Dans le second cas, l'échangeur de chaleur ne comporte qu'une seule boîte collectrice. On se réfère maintenant aux figures 7 et 8 qui représentent un échangeur de chaleur comprenant deux boîtes collectrices 10A et 10B selon l'invention montées aux extrémités respectives des tubes 34 d'un faisceau. Entre les tubes 34 sont disposés des intercalaires ondulés 46 formant ailettes d'échange de chaleur. En outre, le faisceau de tubes 34 est encadré par deux joues d'extrémité 48. Les boîtes collectrices 10A et lOB sont munies respectivement de deux pièces de fixation 22A et 22B comprenant chacune une âme 24A, respectivement 24B, dont dépendent deux pattes de fixation 26A, respectivement 26B. La boîte collectrice 10A comporte deux cloisons d'extrémité 44A et deux cloisons intermédiaires 50A. Par ailleurs, la boîte collectrice lOB comporte deux cloisons d'extrémité 44B et une cloison intermédiaire 50B. La boîte collectrice 50A délimite intérieurement une chambre d'entrée 52, une chambre intermédiaire 54 et une chambre de sortie 56. La boîte collectrice 10B délimite intérieurement deux chambres 58 et 60. Par ailleurs, la boîte collectrice 10A comporte deux pièces de raccordement 38, réalisées sous la forme de tubulures, servant respectivement à l'entrée et à la sortie d'un fluide caloporteur propre à circuler dans le faisceau. Dans l'exemple, l'échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un condenseur et le fluide caloporteur est un fluide frigorigène qui pénètre dans l'échangeur de chaleur en phase vapeur et qui le quitte en phase liquide, après avoir été condensé par un flux d'air balayant le faisceau de tubes. Le fluide pénètre dans la chambre 52, gagne ensuite successivement les chambres 58, 54 et 60, puis la chambre de sortie 56. L'échangeur de chaleur des figures 9 et 10 s'apparente à celui des figures 7 et 8. Par rapport à la forme de réalisation précédente, la principale différence réside dans le fait que chacune des âmes 24 (24A et 24B) comporte une seule patte de fixation 62 (62A et 62B) au lieu de deux pattes de fixation 26 (26A et 26B). Chacune des pattes de fixation 62 est placée à une extrémité de l'âme, dans l'exemple du côté de la partie inférieure de l'échangeur de chaleur. Chacune des pattes de fixation 62 s'étend dans le prolongement de la paroi tubulaire de la boîte collectrice correspondante 10A ou lOB de manière à dépasser de la paroi tubulaire dans la direction axiale. Dans l'exemple, les pattes de fixation 62A et 62B sont reçues respectivement dans deux blocs amortisseurs 64A et 64B comportant chacun un logement ayant une forme conjuguée de celle de la patte de fixation 62A ou 62B Dans l'exemple de réalisation représenté, chacune des pattes 62A et 62B possède la même épaisseur que l'âme correspondante et sa largeur diminue progressivement en direction de l'extrémité. En variante, il est possible de conformer cette patte d'extrémité, en particulier de la plier ou l'enrouler sur elle-même, de manière à lui donner une configuration différente adaptée au site de fixation considéré. Dans la forme de réalisation de la figure 11, à laquelle on se réfère maintenant, l'ame 24, ici l'âme 24A, comporte une bordure latérale 66, ici 66A, qui dépasse à l'extérieur de la paroi tubulaire de la boîte collectrice 10A et qui s'étend sur toute la longueur de cette boîte collectrice. La bordure 66A se raccorde, en partie inférieure, à une patte de fixation 62A analogue à celle de la forme de réalisation des figures 9 et 10. La bordure précitée est munie d'une série de trous alignés qui s'étendent suivant une ligne parallèle aux génératrices de la paroi tubulaire. Ces trous alignés 68 constituent des boutonnières permettant la fixation de l'échangeur de chaleur en des endroits appropriés. Dans le cadre de l'invention, il est possible de combiner les différents types de pattes de fixation décrits précédemment pour procurer une fixation latérale, et/ou une fixation en extrémité, et/ou une fixation par boutonnière. L'échangeur de chaleur de l'invention est destiné tout particulièrement à être utilisé en tant que condenseur dans une installation de climatisation de véhicules automobiles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemples et s'étend à d'autres variantes, notamment en ce qui concerne la configuration et la position de la patte de fixation par rapport à la boîte collectrice. Revendications 1. Échangeur de chaleur du type comprenant une boîte collectrice (10) à paroi tubulaire (12) pourvue de trous alignés (14), des tubes (34) dont les extrémités sont reçues dans les trous (14) de la boîte collectrice (10), ainsi qu'au moins une patte de fixation (26; 62) solidaire de la boîte collectrice (10), caractérisé en ce que la bote collectrice (10) est pourvue d'une fente longitudinale (16) qui présente une longueur et une largeur (L) données, et en ce que la patte de fixation (26; 62) dépend d'une âme métallique (24) ayant une longueur et une épaisseur (E) adaptées respectivement à la longueur et à la largeur de la fente (16), de manière à pouvoir être introduite dans la fente (16) puis brasée à la paroi tubulaire (12), l'âme présentant un bord longitudinal intérieur (28) s'étendant à distance de la paroi tubulaire (12) du côté des trous (14). 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente s'étend sur pratiquement toute la longueur de la paroi tubulaire. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boîte collectrice (10) est formée par roulage et poinçonnage d'une bande métallique de manière à présenter deux bords longitudinaux parallèles (18, 20) s'étendant suivant des génératrices de la paroi tubulaire (12) et délimitant entre eux la fente (16). 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord longitudinal intérieur (28l de l'âme (24) s'étend parallèlement aux génératrices de la paroi tubulaire (12) et est situé à une distance donnée de la paroi tubulaire pour servir de butée aux extrémités des tubes (34). 5. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme (24) comporte au moins un logement (42) formé à partir du bord longitudinal (28) de l'âme (24) et situé en un endroit choisi de la longueur de l'âme pour recevoir une cloison (44) placée à l'intérieur de la paroi tubulaire (12). 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en que l'âme (24) est une bande métallique généralement rectangulaire limitée en outre par un bord longitudinal extérieur (30) qui s'étend parallèlement au bord longitudinal intérieur (28) et qui est propre à être situé à l'extérieur de la paroi tubulaire (12). 7. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi tubulaire (12) comporte une ouverture (36) et l'âme (24) une découpe (40) placée en regard de l'ouverture (36) pour permettre la mise en place d'une pièce de raccordement (38), en particulier d'une tubulure. 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'âme (24) comporte une largeur minimale (LM) toujours supérieure à l'épaisseur de la paroi tubulaire (12). 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la patte de fixation (26; 62)) est placée dans une position et une orientation choisies par rapport à l'âme (24). 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la patte de fixation (62) est placée à une extrémité de l'âme (24) de manière à s'étendre dans le prolongement de l'âme (24) et à dépasser de la paroi tubulaire de la bote collectrice, dans la direction axiale. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'âme (24) comporte une bordure (66) qui dépasse à l'extérieur de la paroi tubulaire et qui est munie d'une série de trous alignés (28) formant boutonnières. 12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la patte de fixation (26; 62) et l'âme (24) forment un ensemble monobloc (22) obtenu par découpe d'une pièce métallique ou encore par moulage ou extrusion. 13. Échangeur de chaleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que cet ensemble monobloc (22) est revêtu d'un alliage de brasure.