Brevet FR2750484A1 — publié le 19980102

Echangeur de chaleur à collecteur plat serti, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement les échangeurs de chaleur en aluminium brasé ou soudé, du type comprenant une boîte à fluide munie d'un pied périphérique comportant un talon périphérique, et une plaque collectrice munie d'un bord périphérique comportant une zone, propre à recevoir au moins partiellement ce pied périphérique ainsi qu'un joint d'étanchéité et prolongé, sensiblement à perpendicularité, par une partie d'extrémité comprenant des pattes de sertissage destinées à s'appuyer, après repliement, sur une face supérieure du pied périphérique pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice. Les échangeurs de chaleur connus, de ce type, présentent généralement un bord périphérique conformé en une gorge en U destinée à recevoir au moins partiellement le pied périphérique et le joint d'étanchéité. En raison de l'espace de plus en plus restreint dans les compartiments moteurs des véhicules automobiles modernes et du nombre croissant d'éléments à loger, il est impératif de réduire l'encombrement des éléments les plus volumineux comme par exemple l'échangeur de chaleur de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. Or, en raison de l'encombrement de la gorge en U qui permet la liaison entre la boîte à fluide et la plaque collectrice, aucune des solutions proposées jusqu'à présent ne permet à la fois une réduction de l'encombrement de l'échangeur de chaleur, et la conservation de ses surfaces d'échange ainsi que des sections de passage du fluide. En conséquence, les solutions proposées actuellement entraînent toutes une diminution des performances des échangeurs de chaleur, ce qui nuit au confcrt aérothermique des utilisateurs logés dans l'habitacle du véhicule. Un but de l'invention est donc de procurer un échangeur de chaleur qui ne présente pas l'inconvénient des échangeurs de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type décrit en introduction, dans lequel la zone du bord périphérique comporte une multiplicité de bossages espacés périodiquement, et le talon périphérique comporte une modulation de hauteur formant une multiplicité de crans espacés périodiquement et de forme adaptée à celle des bossages afin d'être logée dans ceux-ci, la période d'espacement des crans étant égale à un multiple entier, supérieur ou égal à 1, de celle desdits bossages. I1 en résulte que l'on peut désormais utiliser un collecteur plat, et non pas un collecteur à gorge en U, ce qui permet de réduire au moins l'encombrement transversal de l'échangeur de chaleur, sans pour autant diminuer ses performances. Cela permet également de réduire la hauteur du pied périphérique de chaque boîte à fluide, et par conséquent la hauteur de la boîte à fluide sans pour autant réduire la section de passage du fluide. Par conséquent, l'encombrement vertical de l'échangeur de chaleur est également réduit, et sa tenue mécanique est renforcée. Par ailleurs, la réduction de la hauteur des boîtes à fluide, et de la dimension du bord périphérique des plaques collectrices permet de réduire la quantité de matière nécessaire à leur élaboration respective. Préférentiellement, la période d'espacement des crans est égale à celle des bossages, ce qui permet une meilleure immobilisation, et renforce le détrompage offert par ce mode de coopération entre les bossages et les crans, simplifiant ainsi l'assemblage de l'échangeur de chaleur. Les échangeurs de chaleur présentent une section transverse de forme générale rectangulaire. Ils présentent par conséquent deux côtés longitudinaux et deux côtés transversaux perpendiculaires auxdits côtés longitudinaux. La Demanderesse s'est aperçue qu'il était suffisant de réaliser les bossages et les crans sur les seuls côtés longitudinaux respectivement, du bord périphérique et du talon périphérique. Bien entendu, pour des raisons de renforcement de la sécurité, on peut prévoir de réaliser les bossages et les crans également sur les côtés transversaux. Selon une autre caractéristique de l'invention, en chaque coin formé à l'intersection d'un côté longitudinal et d'un côté transversal d'un bord périphérique, on prévoit une ouverture de hauteur au moins égale à celle des pattes de sertissage, lesquelles sont réalisées au moins sur les côtés longitudinaux en forme de créneaux. Dans un premier mode de réalisation, chaque ouverture du bord périphérique présente une hauteur égale à celle des pattes de sertis sage de sorte que le repliement des pattes de sertis sage des bords longitudinaux et transversaux soit facilité, et que les coins du pied périphérique soient presque complètement entourés par le bord périphérique et par conséquent le joint d'étanchéité. Dans un autre mode de réalisation, chaque ouverture du bord périphérique présente une hauteur supérieure à celle des pattes de sertissage et s'étend sur une partie au moins de la zone comprenant les bossages, et la boîte à fluide comporte en chaque coin formé à l'intersection d'un côté longitudinal et d'un côté transversal de son pied périphérique, une saillie de forme homologue à celle d'une ouverture du bord périphérique, de sorte que ces saillies puissent être introduites dans lesdites ouvertures. De la sorte, on renforce les coins de la boîte à fluide, tout en améliorant son centrage, permettant ainsi de mieux la maintenir lors des sollicitations mécaniques, notamment lors de l'assemblage (sertissage). Préférentiellement, les boîtes à fluide sont réalisées par moulage. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1A et 1B illustrent, en vue de trois quart, un échangeur de chaleur selon l'invention, dans un premier mode de réalisation, les parties supérieure et inférieure y étant alternativement présentées assemblées ou non assemblées; - la figure 2 est une vue du dessus de la boîte à fluide supérieure de la figure 1A après repliement des pattes de sertissage de la plaque collectrice supérieure; - la figure 3 est une vue de côté partielle de la bote à fluide supérieure assemblée avec la plaque collectrice supérieure de l'échangeur de chaleur de la figure lA; - la figure 4 est une vue en coupe selon l'axe IV-IV de la figure 2; - la figure 5 est une vue en coupe selon l'axe V-V de la figure 2; et - les figures 6A et 6B illustrent un échangeur de chaleur selon l'invention, dans un second mode de réalisation, les parties supérieure et inférieure y étant alternativement présentées assemblées ou non assemblées. On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 5 pour décrire un premier mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention. On considère, dans la suite de la description, que l'échangeur de chaleur est un radiateur à circulation d'eau comprenant une boîte à fluide supérieure 1 reliée par une tubulure d'entrée 2 à une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation (non représentée) d'un véhicule automobile, et une boîte à fluide inférieure 3 connectée à cette installation par une tubulure de sortie 4. Bien entendu, l'invention s'applique également aux échangeurs fonctionnant avec d'autres types de fluide, comme par exemple de l'huile ou du gaz. Les boîtes à fluide sont réalisées de préférence par moulage dans un matériau synthétique. Dans ce type d'installation, le fluide pénètre par la tubulure d'entrée 2, se répartit à l'intérieur de la boîte collectrice supérieure 1, assemblée à étanchéité à une plaque collectrice supérieure 6, circule dans un faisceau de tubes 5 dont de premières extrémités traversent la plaque collectrice supérieure 6 au niveau d'évidements 7, puis débouche dans la boîte à eau inférieure 3, assemblée à étanchéité à une plaque collectrice inférieure 8, par de secondes extrémités des tubes du faisceau qui traversent les évidements 7 de cette plaque collectrice inférieure 8, et enfin ressort par la tubulure de sortie 4 afin d'être réinjecté dans l'installation. Entre les différents tubes 5 du faisceau, on loge des intercalaires ondulés 9 pour favoriser l'échange thermique entre l'eau qui circule dans les tubes 5 et le flux d'air à réchauffer qui circule entre ces tubes 5. Ces tubes 5 sont préférentiellement réalisés en aluminium, ou dans un alliage assez ductile comprenant de l'aluminium. Les plaques collectrices 6 et 8 sont réalisées de préférence dans un alliage d'aluminium et de manganèse appartenant, par exemple, à la série dite "3000". Dans la mesure où les deux plaques collectrices supérieure 6 et inférieure 8 sont sensiblement identiques, on s'attachera dans la suite de la description à ne décrire que l'une d'entre elles. Il en va de même pour les deux boîtes à eau 1 et 3. La boîte à eau 1 comprend une paroi destinée à recevoir de l'eau et comprenant sur toute sa périphérie un pied périphérique 10 muni d'un bourrelet 12 comportant une face supérieure 13 et une face inférieure 14 prolongée localement par un talon périphérique 11. Le radiateur présente une coupe transverse de forme générale rectangulaire. Il comprend par conséquent des côtés longitudinaux et des côtés transversaux sensiblement perpendiculaires aux côtés longitudinaux. Selon l'invention, le talon périphérique 11 comprend en son extrémité une modulation de hauteur formant une multiplicité de crans 15 espacés périodiquement d'une distance D. De préférence, ces crans 15 sont réalisés sur les côtés longitudinaux du pied périphérique, mais bien entendu, on peut en prévoir également sur les côtés transversaux. La plaque collectrice 6 (ou 8) comprend une partie centrale 16 sensiblement plane, dans laquelle sont réalisés les évidements 7, prolongée sur sa périphérie par un bord périphérique 19 comportant une zone 17, également sensiblement plane, et elle-même prolongée, sensiblement à perpendicularité, par une partie d'extrémité terminée par des pattes de sertissage 20 et 21, de préférence en forme de créneaux. La zone 17 comprend une multiplicité de bossages 18, orientés vers l'extérieur de la boîte à eau 1, espacés périodiquement d'une distance D, identique à la distance qui sépare deux crans 15 voisins, et présentant des formes adaptées au logement de ces crans 15. Préférentiellement, on prévoit autant de bossages 18 qu'il y a de crans 15. Cependant, on peut parfaitement envisager de prévoir moins de crans qu'il n'y a de bossages 18. Dans cette hypothèse, il est clair que la distance séparant les crans doit être un multiple entier, supérieur à 1, de la distance D séparant les bossages 18. Egalement préférentiellement, on prévoit les bossages sur les seuls côtés longitudinaux du bord périphérique 19. Pour des raisons de solidité, il est préférable de prévoir une unique patte de sertissage 21 sur chacun des côtés transversaux de la plaque collectrice. Néanmoins, on pourrait également prévoir plusieurs pattes de sertissage sur chacun de ces côtés transversaux. Afin de permettre, notamment, le repliement des pattes de sertissage longitudinales 20 et transversales 21, on prévoit dans chaque coin formé à l'intersection des côtés longitudinaux et transversaux du bord périphérique 19 une ouverture 22, par exemple réalisée par découpe. Dans ce mode de réalisation, illustré sur les figures 1 à 5, on prévoit également en chaque coin formé à l'intersection des côtés longitudinaux et transversaux du pied périphérique 10 de la boîte à eau 1 (ou 3), des protubérances formant saillies 23 qui s'étendent dans une direction sensiblement parallèle à celle du talon périphérique 11 et des pattes de sertissage 20 et 21 avant repliement de celles-ci. L'ouverture 22 réalisée en chaque coin du bord périphérique 19 d'une plaque collectrice 6 (ou 8) présente une hauteur supérieure à la hauteur des créneaux 20, de sorte que ladite ouverture 22 s'étende sur une partie de la zone 17 comprenant les bossages 18. Ces ouvertures 22 ont une forme sensiblement homologue à la forme des saillies 23 qu'elles sont destinées à loger respectivement, une fois l'échangeur de chaleur assemblé. De telles saillies 23 sont destinées, d'une part, à venir fermer les coins du bord périphérique afin de protéger efficacement un joint d'étanchéité 24 sur lequel on reviendra, et d'autre part, à renforcer la rigidité de la struc ture une fois assemblée. Par ailleurs, ils servent également à faciliter l'assemblage dans la mesure où ils servent d'éléments de détrompage. Ledit assemblage est par ailleurs facilité par le fait que l'on vient positionner les crans 15 du pied périphérique 11 dans les bossages respectifs 18 de la plaque collectrice 6 (ou 8). Ce positionnement est précédé de l'installation, autour de la face externe du talon périphérique 11, et en regard de la face inférieure 14 du bourrelet 12, d'un joint d'étanchéité 24. Une fois les crans 15 positionnés dans les bossages respectifs 18, et les saillies 23 logées dans les ouvertures 22, on peut procéder au repliement des pattes de sertissage longitudinales 20 et transversales 21 sur la face supérieure 13 du bourrelet 12 du pied périphérique 10. La boîte à eau 1 (ou 3) se trouve alors solidement solidarisée à étanchéité de la plaque collectrice 6 (ou 8). Dans ce mode de réalisation, la partie d'extrémité du bord périphérique 19 est réalisée par un simple pliage. On se réfère maintenant aux figures 6A et 6B pour décrire un second mode de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Ce second mode de réalisation est sensiblement identique au premier mode décrit précédemment en référence aux figures 1 à 5. Sur les figures 6, tous les éléments qui sont parfaitement identiques aux éléments des figures 1 à 5 sont référencés par les mêmes numéros. En revanche, les éléments qui présentent une légère modification (boîte à eau et plaque collectrice) possèdent des références augmentées de 30 par rapport aux références des éléments illustrés sur les figures 1 à 5. En fait, dans ce second mode de réalisation on a supprimé les saillies 23 au niveau des coins du pied périphérique 40 de chaque boîte à eau 31 (ou 33), et, par conséquent, la forme des ouvertures 52, pratiquées dans les coins du bord périphérique 49 de chaque plaque collectrice 36 (ou 38), est différente de celle que présentaient les ouvertures 22 du premier mode de réalisation. Désormais, l'ouverture réalisée en chaque coin du bord périphérique 49 présente sensiblement la même hauteur que les créneaux longitudinaux 20 et transversaux 21. Le joint d'étanchéité 24 est maintenant protégé, au niveau des coins, par la partie d'extrémité (terminée par les pattes de sertissage) de la plaque collectrice 36 (ou 38), laquelle entoure au moins partiellement le bourrelet 42 en dessous duquel se trouve logé ledit joint. Dans ce mode de réalisation, la partie d'extrémité du bord périphérique 49 est réalisée par emboutissage, puis relevage. L'invention ne se limite pas aux deux modes de réalisation décrits ci-avant, mais elle en embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, on a décrit un échangeur de chaleur muni de deux boîtes à fluide, mais il est clair que l'invention s'applique également aux échangeurs de chaleur munis d'une unique boîte à fluide. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant une boîte à fluide (1,3;31,33) munie d'un pied périphérique (10;40) comportant un talon périphérique (11), et une plaque collectrice (6,8;36,38) munie d'un bord périphérique (19;49) comportant une zone (17), propre à recevoir au moins partiellement ledit pied périphérique (10;40) ainsi qu'un joint d'étanchéité (24) et prolongée, sensiblement à perpendicularité, par une partie d'extrémité comprenant des pattes de sertissage (20,21) destinées à s'appuyer, après repliement, sur une face supérieure (13) du pied périphérique (10;40) pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice (6,8;36,38), caractérisé en ce que ladite zone (17) du bord périphérique (19;49) comporte une multiplicité de bossages (18) espacés périodiquement, et en ce que le talon périphérique (11) comporte une modulation de hauteur formant une multiplicité de crans (15) espacés périodiquement et de forme adaptée à celle des bossages afin d'être logés dans ceux-ci (18), la période d'espacement (D) desdits crans (15) étant égale à un multiple entier, supérieur ou égal à 1, de celle desdits bossages (D). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période d'espacement (D) desdits crans (15) est égale à celle desdits bossages (18). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bossages (18) et les crans (15) sont réalisés sur des côtés longitudinaux, respectivement, du bord périphérique (19;49) et du talon périphérique (11). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pattes de sertissage (20) réalisées sur les côtés longitudinaux du bord périphérique (19;49) de la plaque collectrice (6,8;36,38) sont en forme de créneaux. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en chaque coin formé à l'intersection d'un côté longitudinal et d'un côté transversal, le bord périphérique (19;49) comprend une ouverture (22;52) de hauteur au moins égale à celle des pattes de sertissage (20,21). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque ouverture (52) du bord périphérique (49) présente une hauteur égale à celle des pattes de sertissage (20,21). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque ouverture (22) du bord périphérique (19) présente une hauteur supérieure à celle des pattes de sertissage (20,21) et s'étend sur une partie au moins de la zone (17) comprenant les bossages (18), et en ce que la boîte à fluide (1,3) comporte en chaque coin formé à l'intersection d'un côté longitudinal et d'un côté transversal de son pied périphérique (10), une saillie (23) de forme homologue à celle d'une ouverture (22) du bord périphérique (19), de sorte que lesdites saillies puissent être introduites dans lesdites ouvertures. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boîte à fluide (1,3;31,33) est réalisée par moulage.