Brevet FR2783907A1 — publié le 20000331

-1 Echangeur de chaleur d'encombrement réduit, en particulier pour véhicule automobile L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes et d'ailettes, dont les extrémités des tubes sont introduites dans les trous d'une plaque collectrice, ainsi qu'une boîte collectrice présentant une face ouverte délimitée par un rebord périphé- rique, et dans lequel la plaque collectrice est munie de moyens de sertissage propres à venir en appui contre le rebord périphérique de la boite collectrice en assurant la compression d'un joint d'étanchéité. On connait déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui sont utilisés dans les véhicules automobiles, notamment pour assurer le refroidissement du moteur ou le chauffage de l'habitacle. Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, la plaque collectrice est habituellement munie de collets traversés par les extrémités des tubes du faisceau. On distingue deux types principaux d'échangeurs de chaleur: les échangeurs du type à assemblage mécanique, et les échangeurs du type brasé. Dans le premier cas, les extrémités des tubes sont reçues dans les collets de la plaque collectrice avec insertion de collets correspondants faisant partie du joint d'étanchéité. Les collets du joint d'étanchéité sont comprimés par évase- ment des tubes. Dans le second cas, les extrémités des tubes sont reçues directement dans les collets de la plaque collectrice et sont brasées à celle-ci. L'étanchéité entre la plaque collectrice et la boite collec- trice est assurée par le pourtour du joint d'étanchéité, lequel est reçu dans une gorge périphérique de la plaque collectrice qui forme une sorte de gouttière. Cette gorge reçoit à la fois le pourtour du joint d'étanchéité et le rebord de la boite collectrice, contre lequel viennent appuyer les moyens de sertissage de la plaque collectrice. Ces moyens de sertissage peuvent être réalisés par exemple sous la forme de pattes rabattues contre le rebord de la boîte collectrice. La présence de cette gorge périphérique a jusqu'à présent été obligatoire pour permettre à la fois de loger le pourtour du joint d'étanchéité ainsi que le rebord de la boîte collec- trice et de procurer un maintien de ce rebord lors de l'opération de sertissage. En effet, sans la présence de cette gorge, le rebord périphérique de la boîte collectrice aurait tendance à se déplacer vers l'intérieur sous l'effet des pressions importantes qui sont exercées lors de l'opéra- tion de sertissage. Or, la présence de cette gorge, qui entoure un fond générale- ment plat de la plaque collectrice, augmente l'encombrement, spécialement l'encombrement en largeur, de l'échangeur de chaleur. En effet, l'encombrement de la plaque collectrice proprement dite est nettement supérieur à celui du faisceau, lequel est défini habituellement par les ailettes. Or, dans les véhicules actuels, la place dévolue aux équipe- ments est de plus en plus limitée et il s'avère nécessaire de pouvoir diminuer l'encombrement des échangeurs de chaleur, tout en conservant des performances thermiques comparables. L'invention vient apporter une solution à ce problème. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel la plaque collectrice est généralement plane, et dans lequel une plaque d'insertion est rapportée sur la plaque collectrice du côté de la boîte collectrice, cette plaque d'insertion étant pourvue d'ouver- tures pour le passage des extrémités des tubes et étant délimitée par un rebord périphérique formant butée latérale pour le rebord de la boite collectrice. Ainsi, la plaque collectrice de l'échangeur de l'invention est plane et est dépourvue de gorge périphérique, ce qui permet de limiter son encombrement par rapport aux plaques collectrices connues, munies d'une gorge périphérique. La plaque d'insertion, qui est rapportée sur la plaque collectrice, fournit une butée latérale au rebord de la boîte collectrice, de telle sorte que ce rebord est maintenu latéralement lors de l'opération de sertissage. Un autre avantage de cette plaque d'insertion est qu'elle permet d'encastrer les extrémités des tubes qui, auparavant, faisaient saillie vers l'intérieur du volume délimité conjointement par la plaque collectrice et la boîte collec- trice. Il en résulte une réduction significative de la perte de charge liée à l'entrée d'un fluide, en particulier d'un fluide de refroidissement, dans les tubes de l'échangeur de chaleur. En outre, la présence de cette plaque d'insertion permet de réduire le volume interne délimité par la boîte collectrice et la plaque collectrice et donc la masse du fluide circulant dans l'échangeur de chaleur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le rebord périphérique de la boîte collectrice délimite inté- rieurement un évidement périphérique propre à permettre l'encastrement du bord périphérique de la plaque d'insertion pour assurer son maintien en position. De façon préférentielle, les ouvertures de la plaque d'inser- tion sont prévues en regard des extrémités des tubes et elles présentent chacune un bord évasé en direction de la boîte collectrice pour favoriser l'entrée d'un fluide dans les tubes. La plaque d'insertion est avantageusement réalisée en matière plastique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le joint d'étanchéité est propre à être logé entre la plaque collec- trice, d'une part, et le rebord de la boîte collectrice ainsi que la plaque d'insertion, d'autre part. Dans une forme de réalisation de l'invention, les extrémités des tubes sont reçues dans des collets de la plaque collec- trice en comprimant des collets correspondants du joint d'étanchéité, ce qui permet de procéder à un assemblage de type mécanique. En ce cas, les extrémités des tubes forment des évasements reçus dans les ouvertures de la plaque d'insertion. Dans un échangeur de chaleur de ce type, on prévoit avanta- geusement une plaque de protection qui est placée entre la plaque collectrice et les ailettes du faisceau pour protéger les collets du joint d'étanchéité. En effet, sans la présence de ce moyen de protection, les parties des collets du joint d'étanchéité qui font saillie du côté du faisceau pourraient être endommagées par des agents extérieurs. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les extrémités des tubes sont reçues et brasées dans des collets de la plaque collectrice pour procurer un assemblage de type brasé. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un échangeur de chaleur de type à assemblage mécanique selon l'invention; - La figure 2 est une vue partielle en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - La figure 3 est une vue en coupe partielle selon la ligne III-III de la figure 1; et - La figure 4 est une vue en coupe partielle analogue à la figure 1 dans le cas d'un échangeur de chaleur de type brasé, réalisé selon l'invention. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 à 3 comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes 12 ayant une section de forme ovale aplatie et disposés parallèlement entre eux sur une seule rangée. Les tubes 12 traversent une multiplicité d'ailettes 14 constituées par des plaques métalliques rectangulaires et parallèles entre elles. Chaque tube 12 comporte une extrémité libre 16 assemblée mécanique- ment à une plaque collectrice 18, encore appelée "collec- teur". Avant assemblage des tubes et de la plaque collectrice, les extrémités 16 des tubes ont exactement la même section que les tubes, dans la partie courante de ces derniers qui reçoit les ailettes 14. La plaque 18 comprend une âme plane 20 de forme générale rectangulaire dans laquelle sont formés des trous 22, de section ovale, propres à recevoir les extrémités 16 des tubes 12. Chaque trou 22 est entouré par un collet 24 dirigé du côté des ailettes 14. L'âme 20 de la plaque collectrice 18 est repliée sur son pourtour pour former des pattes de sertissage 26, ressemblant à des dents ou des créneaux, et susceptibles d'être rabat- tues, comme on le verra plus loin. La plaque collectrice 18 reçoit, sur sa face opposée au faisceau, un joint d'étanchéité compressible 28 lequel comprend une âme 30 propre à s'appliquer contre l'âme 20 de la plaque collectrice. Cette âme 30 est plane et elle comporte un pourtour 32 qui s'étend jusqu'au pourtour intérieur de la plaque collectrice 18, telle que délimité par les pattes de sertissage 26. Le joint d'étanchéité 28 est formé avec une multiplicité de collets 34 prévus en correspondance des collets 24 de la plaque collectrice 18. Chacun de ces collets 34 est propre à assurer l'étanchéité entre l'extrémité 16 d'un tube et le collet 24 correspondant de la plaque collectrice. Cette étanchéité est assurée en dilatant l'extrémité 16 de chaque tube pour fournir un évasement 36 (figures 1 et 3) assurant l'étanchéité. Chacun des collets 34 comporte ainsi un bourre- let 38 qui dépasse du collet 24 du côté des ailettes 14 du faisceau. L'échangeur de chaleur comprend en outre une boîte collec- trice 40, avantageusement réalisée en matière plastique, et présentant une face ouverte de forme générale rectangulaire délimitée par un rebord périphérique 42. Ce rebord périphéri- que est propre à venir en appui contre le pourtour 32 du joint 28 et à comprimer le joint lors d'une opération de sertissage. Cette opération, réalisée à l'aide d'un outil approprié, permet de rabattre les pattes 26 contre une face annulaire 44 du rebord 32. A la différence des plaques collectrices connues, la plaque collectrice 18 de l'invention ne comporte pas de gorge périphérique pour recevoir le pourtour 32 du joint 28 et le rebord périphérique 42 de la plaque collectrice. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur comprend en outre une plaque d'insertion 46 qui est rapportée sur la plaque collectrice 18, du côté de la boîte collectrice 40. En réalité, cette plaque d'insertion 46 s'applique contre le joint d'étanchéité 28, et plus particulièrement contre l'âme du joint. Cette plaque d'insertion présente une forme homologue de celle de la plaque collectrice 18. Elle comporte des ouvertures 48 de section sensiblement ovale pour permet- tre le passage des extrémités 16 des tubes et des évasements 36 correspondants. La plaque d'insertion 46 présente une épaisseur e (figure 1) qui est supérieure à la hauteur des extrémités 16 qui font saillie du côté de la boite collectrice 40, ce qui permet d'encastrer les extrémités évasées dans les ouvertures 48 précitées, lesquelles présentent un bord évasé 50, tourné vers la boite collectrice. La plaque d'insertion 46 est délimitée par un bord périphéri- que 52 de forme générale rectangulaire qui forme butée latérale pour le rebord 42 de la boîte collectrice. Ce dernier délimite intérieurement un évidement périphérique 44, de contour général rectangulaire, propre à permettre l'encastrement du bord périphérique 52 de la plaque d'inser- tion. Il en résulte que cette plaque d'insertion est mainte- nue en position à l'intérieur du volume 56 délimité dans la boite collectrice 40. Il est à noter qu'il n'est pas néces- saire que la plaque d'insertion 46 comprime l'âme 30 du joint puisque cette partie du joint ne contribue pas directement à l'étanchéité. La plaque d'insertion 46 est avantageusement réalisée en matière plastique, de préférence du même type que celle formant la boîte collectrice 40. L'échangeur de chaleur des figures 1 à 3 comporte en outre une plaque de protection 58 (figures 1 et 2) qui présente un profil général en U et qui comporte un bord 60 propre à prendre appui extérieurement contre l'âme 20 de la plaque collectrice 18 et un bord replié opposé 62 propre à prendre appui contre la première ailette 14 du faisceau. Cette plaque permet de protéger les bourrelets 38 du joint d'étanchéité, ainsi que les extrémités des tubes dans la région des bourrelets. Elle permet en outre d'assurer un écart de valeur choisie entre la première ailette du faisceau et la plaque collectrice 18. La fabrication de l'échangeur de chaleur des figures 1 à 3 s'effectue de la manière habituelle pour un échangeur du type à assemblage mécanique. La plaque collectrice 18 préalable- ment équipée du joint reçoit les extrémités 16 des tubes qui sont ensuite évasées pour assurer la compression des collets 34. La plaque d'insertion 46 est mise en place sur la plaque collectrice 18 soit avant, soit après l'évasement des extrémités des tubes. Ensuite, on met en place la boîte collectrice 40 de manière que son rebord 42 vienne se loger dans l'espace annulaire délimité intérieurement par le bord périphérique 52 de la plaque d'insertion et extérieurement par les pattes de sertissage 26, non rabattues. Après, on procède à l'opération de sertissage en rabattant les pattes 26 ce qui assure la compression du pourtour 32 du joint d'étanchéité. Pendant cette opération, la plaque d'insertion 46 fournit une butée latérale pour le rebord 42 de la boîte collectrice, ce qui évite toute déformation ou tout déplacement intempestif de ce rebord 42, qui pourrait conduire à un défaut d'étanchéité. L'invention permet de réaliser un échangeur de chaleur dont les dimensions de la plaque collectrice 18, en particulier sa largeur L (figure 2) est inférieure à celle des échangeurs de chaleur connus dans lesquels la plaque collectrice 18 est munie d'une gorge périphérique. Ceci est dû au fait que la plaque collectrice 18 est plane et reçoit une plaque d'inser- tion 46 comme défini précédemment. En outre, la présence de cette plaque d'insertion permet de limiter les pertes de charge du fluide qui pénètre par les extrémités 16 des tubes. Dans la forme de réalisation de la figure 4, à laquelle on se réfère maintenant, on retrouve un échangeur de chaleur de structure analogue, dont la plaque collectrice 18 est dépourvue de gorge périphérique. Là encore, on prévoit une plaque d'insertion 46 analogue à celle décrite précédemment. Dans ce cas particulier, la plaque collectrice comporte des collets 64 dirigés du côté de la plaque collectrice et propres à permettre l'insertion des extrémités 16 des tubes. Dans ce cas, ces extrémités sont brasées directement aux collets 64 par l'intermédiaire d'un joint de brasure 66. L'échangeur de chaleur comporte des intercalaires ondulés 68 formant ailettes d'échange de chaleur. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemples et s'étend à d'autres variantes. Ainsi, la plaque d'insertion pourrait être réalisée en plusieurs parties rapportées sur la plaque collectrice. L'échangeur de chaleur de l'invention trouve de nombreuses applications, notamment dans le domaine de l'automobile. Il peut alors être utilisé en particulier en tant que radiateur de refroidissement du moteur ou encore en tant que radiateur de chauffage de l'habitacle. Revendications 1. Echangeur de chaleur, du type comprenant un faisceau (10) de tubes (12) et d'ailettes (14) dont les extrémités (16) des tubes sont introduites dans des trous (22) d'une plaque collectrice (18), ainsi qu'une boîte collectrice (40) présentant une face ouverte délimitée par un rebord périphé- rique (42), et dans lequel la plaque collectrice (18) est munie de moyens de sertissage (26) propres à venir en appui contre le rebord périphérique (42) de la boîte collectrice en assurant la compression d'un joint d'étanchéité (28), caractérisé en ce que la plaque collectrice (18) est généra- lement plane et en ce qu'une plaque d'insertion (46) est rapportée sur la plaque collectrice, du côté de la boîte collectrice (40), cette plaque d'insertion (46) étant pourvue d'ouvertures (48) pour le passage des extrémités (16) des tubes et étant délimitée par un bord périphérique (52) formant butée latérale pour le rebord (42) de la boîte collectrice. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le rebord périphérique (42) de la boîte collectrice (40) délimite intérieurement un évidement périphérique (54) propre à permettre l'encastrement du bord périphérique (52) de la plaque d'insertion (46) pour assurer son maintien en position. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ouvertures (48) de la plaque d'insertion (46) sont prévues en regard des extrémités (16) des tubes et présentent un bord (50) évasé en direction de la boîte collectrice pour favoriser l'entrée d'un fluide dans les tubes. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque d'insertion (46) est réalisée en matière plastique. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (28) est propre à être logé entre la plaque collectrice (18) d'une part, et le rebord (42) de la boîte collectrice ainsi que la plaque d'insertion (46), d'autre part. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que les extrémités (16) des tubes sont reçues dans des collets (24) de la plaque collectrice en comprimant des collets correspondants (34) du joint d'étan- chéité pour procurer un assemblage du type mécanique. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que les extrémités (16) des tubes forment des évasements (36) reçus dans les ouvertures (48) de la plaque d'insertion. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'une plaque de protection (58) est placée entre la plaque collectrice (18) et les ailettes (14) du faisceau pour protéger les collets (34) du joint d'étan- chéité. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les extrémités (16) des tubes sont reçues et brasées dans des collets (64) de la plaque collec- trice (18) pour procurer un assemblage de type brasé.