Brevet FR2781280A1 — publié le 20000121

Ensemble boîte à fluide-collecteur pour échangeur de chaleur. en particulier de véhicule automobile L'invention concerne un ensemble boîte à fluide-collecteur pour un échangeur de chaleur, en particulier de véhicule automobile. Elle s'applique aux différents types d'échangeurs de chaleur que l'on peut rencontrer dans un véhicule, qu'il s'agisse du radiateur de chauffage de l'habitacle, du radiateur de refroidissement du moteur, du condenseur du circuit de climatisation, en encore de l'évaporateur du circuit de climatisation. Ces échangeurs de chaleur sont constitués d'un faisceau de tubes parallèles, munis d'ailettes, réalisant l'échange thermique avec le milieu extérieur. Les tubes du faisceau sont reliés, à l'une au moins de leurs extrémités, par un bloc d'extrémité définissant le sens de circulation du fluide dans les divers tubes et permettant d'introduire le fluide dans l'échangeur et de l'en extraire. Dans la plupart des cas, le faisceau est relié à deux blocs d'extrémité. Chacun des blocs d'extrémité comporte une plaque collectrice métallique, encore appelée "plaque à trous", dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, solidarisés à cette plaque, par exemple par brasage, à l'endroit de leur débouché. Cette plaque, généralement appelée "collecteur", est coiffée par un couvercle ou "boîte à fluide" de manière que le collecteur et la boîte définissent un volume commun dans lequel débouchent les extrémités correspondantes des tubes, et par lequel sont opérées, le cas échéant, l'entrée et la sortie du fluide. La boîte à fluide est pourvue de raccordements à des condui- tes d'admission et de collecte de fluide. Son volume inté- rieur peut être en outre subdivisé en une pluralité de sous- volumes distincts permettant de réunir ensemble certains groupes de tubes du faisceau de manière à définir une configuration de circulation de fluide prédéterminée dans l'échangeur, avec éventuellement plusieurs allers et retours de fluide dans le faisceau de tubes. Ainsi, un bloc d'extré- mité comprend donc au moins un collecteur et une boîte à fluide qu'il y a lieu d'assembler conjointement. Jusqu'à présent, le collecteur et la boîte à fluide ont été constitués par des éléments séparés qu'il convenait ensuite d'assembler soit par une technique de brasage, soit encore par une technique d'assemblage mécanique. L'invention vise une technique particulière de fabrication d'un ensemble boîte à fluide-collecteur, que l'on peut encore appeler bloc d'extrémité, applicable essentiellement dans le cas d'un assemblage par brasage. En particulier, l'invention vise à rationaliser la production par simplification de l'assemblage, standardisation des éléments et réduction du nombre de pièces différentes à assembler pour réaliser un tel ensemble ou bloc d'extrémité. L'invention propose à cet effet un ensemble boîte à fluide- collecteur, du type défini en introduction, lequel comprend au moins un boîtier réalisé monobloc par emboutissage d'une tôle métallique et comprenant: - un capot comportant un fond relié à une paroi périphé- rique délimitant une face ouverte, et - un couvercle comportant un fond muni de trous, propres à recevoir des extrémités de tubes et relié à un bord périphérique ayant une forme conjuguée de celle de la paroi périphérique du capot, le capot et le couvercle étant reliés par une bande de matière constituant une ligne de pliage, en sorte que le capot et le couvercle peuvent être rapprochés mutuellement jusqu'à une position d'emboîtement en laquelle la paroi périphérique et le bord périphérique sont emboîtés pour délimiter un volume intérieur de la boîte à fluide. Ainsi, l'ensemble boite à fluide-collecteur, ou bloc d'extré- mité, destiné à être relié à une extrémité du faisceau de tubes, comprend au moins un boîtier monobloc formant à la fois boite à fluide et collecteur et délimitant ainsi un volume intérieur de la boîte à fluide. Pour réaliser un tel ensemble, il suffit d'emboutir une tôle métallique pour former un capot et un couvercle réunis par une bande de matière, laquelle peut ensuite être pliée pour permettre leur rapprochement mutuel. Le couvercle est ainsi rabattu jusqu'à la position d'emboîtement. Des caractéristiques optionnelles, complémentaires ou alternatives, de l'invention sont énoncées ci-après: - La paroi périphérique du capot et le bord périphérique du couvercle sont de forme générale quadrangulaire, la bande de manière reliant deux côtés homologues du capot et du couver- cle. - Les deux côtés homologues du capot et du couvercle sont des côtés longitudinaux. - Les deux côtés homologues du capot et du couvercle sont des côtés transversaux. - Dans la position d'emboîtement, le bord périphérique du couvercle est entouré par la paroi périphérique du capot; - dans la position d'emboîtement, le bord périphérique du couvercle et la paroi périphérique du capot sont solidarisés par brasage conjoint. - L'ensemble est formé à partir d'une tôle à base d'alumi- nium. - Le capot est muni d'au moins un orifice d'admission ou d'expulsion de fluide. - Le capot est complètement fermé, à l'exception de sa face ouverte, de manière à permettre une inversion du sens de fluide. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes parallèles, réunis à l'une au moins de leurs extrémités par un collecteur coiffé par une boîte à fluide fermant de manière étanche le collec- teur et définissant avec lui au moins un volume intérieur imposant des sens prédéterminés de circulation du fluide dans les tubes du faisceau, le collecteur et la boîte à fluide comprenant un ensemble collecteur- boite à fluide tel que défini précédemment. L'invention vise encore un procédé pour réaliser un ensemble tel que défini ci-dessus, dans lequel on réalise par embou- tissage d'une tôle métallique un boîtier monobloc compor- tant: - un capot comportant un fond relié à une paroi périphérique délimitant une face ouverte, et - un couvercle comportant un fond muni de trous propres à recevoir des extrémités de tubes et relié à un bord périphé- rique ayant une forme conjuguée de celle de la paroi périphé- rique du capot, un côté de ladite paroi périphérique et un côté dudit bord périphérique étant disposés sensiblement selon un même plan et reliés entre eux par une bande de matière, et on rabat le couvercle par rapport au capot autour d'une ligne de pliage définie par ladite bande de matière de manière à emboîter l'un dans l'autre le bord périphérique et la paroi périphérique. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exem- ple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier propre à faire partie d'un ensemble boite à fluide-collecteur selon l'invention, le boîtier étant représenté dans une position o le capot et le couvercle sont éloignés mutuellement; - la figure 2 est une vue en coupe du boîtier de la figure 1, le capot et le couvercle étant emboîtés mutuellement; et - la figure 3 est une vue générale en coupe d'un échangeur de chaleur comprenant un faisceau dont les deux extrémités sont raccordées respectivement à deux ensembles boîte à fluide- collecteur selon l'invention, l'un des ensembles étant composé de trois boîtiers et l'autre de deux boîtiers. La figure 1 représente un boîtier 10 propre à faire partie d'un ensemble boîte à fluide-collecteur selon l'invention. Ce boîtier est réalisé monobloc par emboutissage d'une tôle métallique, avantageusement une tôle à base d'aluminium, laquelle est revêtue, sur une au moins de ses faces, par un placage de brasure. Le boîtier monobloc 10 comprend un capot 12 et un couvercle 14 formant rabat. Le capot 12 comporte un fond plat 16 de forme rectangulaire relié à une paroi périphérique 18 délimitant une face ouverte de forme générale rectangulaire. La paroi périphérique 18 comprend deux côtés longitudinaux 20 (dont un seul est visible sur la figure 1) et deux côtés transversaux 22 (dont un seul est visible sur la figure 1). Les côtés 20 et 22 sont reliés à angle droit entre eux par des bords arrondis et reliés également à angle droit avec le fond 16 par des bords arrondis. Dans l'un des côtés longitu- dinaux 20 est formé un orifice 24 servant à l'admission ou à l'expulsion d'un fluide. Le couvercle 14 comporte un fond plat 26 de forme générale rectangulaire muni de trous allongés 28, dans l'exemple au nombre de quatre (figures 1 et 2) propres à recevoir ulté- rieurement des extrémités des tubes d'un faisceau d'échangeur de chaleur. Le fond 26 est relié à un bord périphérique 30 qui présente une forme conjuguée de celle de la paroi périphérique 18 du capot de manière à pouvoir s'adapter étroitement par emboîte- ment à l'intérieur de cette paroi périphérique. Le bord périphérique 30 comprend deux côtés longitudinaux 32 et deux côtés transversaux 34. Le capot 12 et le couvercle 14 sont reliés entre eux par une bande de matière 36 propre à constituer une ligne de pliage L. Cette bande de matière relie l'un des côtés transversaux 22 du capot et l'un des côtés transversaux 34 du couvercle. Le capot tel que montré sur la figure 1 est dans sa configuration après emboutissage. Dans cette position, les fonds respectifs 16 et 26 du capot et du couvercle sont dans des plans sensiblement parallèles, le capot et le couvercle tournant leurs concavités respecti- ves dans des directions opposées. Ensuite, il suffit de rabattre le couvercle 14 en direction du boîtier 16 par un mouvement de rotation autour de la ligne de pliage 36 comme montré par les flèches F Au cours de cette rotation, le couvercle 14 occupe successivement une multipli- cité de positions intermédiaires, dont l'une d'entre elles est représentée en traits interrompus sur la figure 1. A la fin du mouvement de rotation, le couvercle 14 est complètement emboîté à l'intérieur du capot 16, comme le montre la figure 2. Du fait que la paroi périphérique 18 et le bord périphérique 30 ont des formes conjuguées, ceux-ci coopèrent étroitement et peuvent être ensuite solidarisés définitivement par brasage. Dans la position d'emboîtement, le capot et le couvercle délimitent un volume intérieur V (figure 2) de la boîte à fluide. L'échangeur de chaleur 38 représenté à la figure 3 comprend un faisceau de tubes parallèles 40 (ici des tubes plats) séparés par des ailettes 42 de forme ondulée. Aux deux extrémités du faisceau sont prévus respectivement un premier ensemble 44 de boîte à fluide et de collecteur selon l'invention et un second ensemble 46 de collecteur et de boîte à fluide selon l'invention. L'ensemble 14 comporte un premier boîtier 48 muni d'un orifice 50 d'admission de fluide, un deuxième boîtier 52 muni d'un orifice 54 d'expulsion de fluide et, entre les deux, un boîtier 56 d'inversion du sens de circulation du fluide dans l'échangeur. Pour permettre une meilleure standardisation, les boîtiers 48 et 52 sont semblables. Le boîtier 48 comprend un capot 58 présentant un fond à double pente, réalisé d'un seule pièce avec un couvercle 60. De même, le boîtier 52 comprend un capot 62 à fond à double pente réalisé d'une seule pièce avec un couvercle 64. Le boîtier central 56 comprend un capot 66 à fond plat réalisé d'une seule pièce avec un couvercle 68. Les boîtiers 48, 52 et 56 sont juxtaposés, en sorte que leurs couvercles respectifs 60, 64 et 68 sont coplanaires et constituent conjointement un collecteur relié à l'une des extrémités du faisceau. L'ensemble 46 comprend deux boitiers 70 et 72 d'inversion de fluide, réalisés de façon semblable. Le boîtier 70 comprend un capot 74 à fond plat réalisé d'une seule pièce avec un couvercle 76. De même, le boîtier 72 comprend un capot 78 à fond plat réalisé d'une seule pièce avec un couvercle 80. Les capots 66, 74 et 78 sont fermés à l'exception de leur face ouverte et permettent une inversion du sens du fluide. Les boitiers 70 et 72 sont juxtaposés, en sorte que leurs couvercles respectifs 76 et 80 sont coplanaires pour consti- tuer conjointement un autre collecteur relié à une autre extrémité du faisceau. Les boîtiers 48, 52, 56, 70 et 72 sont réalisés de manière analogue au boîtier des figures 1 et 2. Une fois les boîtiers assemblés aux tubes 40 du faisceau et aux ailettes 42, tout l'ensemble peut être brasé en une seule opération dans un four de brasage approprié. Ceci permet de réaliser un échangeur de chaleur de véhicule automobile, dans lequel le fluide pénètre dans le boîtier 48, circule ensuite dans le faisceau comme indiqué par les flèches et quitte l'échangeur par le boîtier 52. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et est susceptible de nombreuses variantes quant aux formes et aux dimensions des ensembles boîte à fluide-collecteur. Revendications 1. Ensemble boîte à fluide-collecteur pour échangeur de chaleur, destiné à être raccordé à une extrémité d'un faisceau de tubes parallèles (40), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un boîtier (10; 48, 52, 56; 70, 72) réalisé monobloc par emboutissage d'une tôle métallique et comportant: - un capot (12) comportant un fond (16) relié à une paroi périphérique (18) délimitant une face ouverte, et - un couvercle (14) comportant un fond (26) muni de trous (28) propres à recevoir des extrémités de tubes et relié à un bord périphérique (30) ayant une forme conjuguée de celle de la paroi périphérique (18) du capot, le capot (12) et le couvercle (14) étant reliés par une bande de matière (36) constituant une ligne de pliage (L), en sorte que le capot et le couvercle peuvent être rapprochés mutuel- lement jusqu'à une position d'emboîtement en laquelle la paroi périphérique et le bord périphériques sont emboités pour délimiter un volume intérieur (V) de la boîte à fluide. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi périphérique (18) du capot (12) et le bord périphé- rique (30) du couvercle (14) sont de forme générale quadran- gulaire, et en ce que la bande de matière (36) relie deux côtés homologues du capot et du couvercle. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux côtés homologues du capot et du couvercle sont des côtés longitudinaux. 4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux côtés homologues du capot et du couvercle sont des côtés transversaux. 5. Ensemble selon d'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que, dans la position d'emboîtement, le bord périphérique (30) du couvercle (14) est entouré par la paroi périphérique (18) du capot (12). 6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que, dans la position d'emboîtement, le bord périphérique (30) du couvercle (14) et la paroi périphérique (18) du capot (12) sont solidarisés par brasage conjoint. 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce qu'il est formé à base d'une tôle à base d'alumi- nium. 8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que le capot est muni d'au moins un orifice (14) d'admission ou d'expulsion de fluide. 9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que le capot (12; 66; 74; 78) est fermé, à l'exception de sa face ouverte, de manière à permettre une inversion du sens de fluide. 10. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes parallèles (40) réunis à l'une au moins de leurs extrémités par un collecteur coiffé par une boîte à fluide fermant de manière étanche le collecteur et définissant avec lui au moins un volume intérieur imposant des sens prédéterminés de circulation du fluide dans les tubes du faisceau, caractérisé en ce que le collecteur et la boîte à fluide comprennent un ensemble collecteur-boîte à fluide (44, 46) selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Procédé pour réaliser un ensemble selon l'une des revendications 1 à 9, notamment en vue d'obtenir un échangeur de chaleur selon la revendication 10, dans lequel on réalise par emboutissage d'une tôle métallique un boîtier monobloc comportant: - un capot (12) comportant un fond (16) relié à une paroi périphérique (18) délimitant une face ouverte, et - un couvercle (14) comportant un fond (26) muni de trous (28) propres à recevoir des extrémités de tubes et relié à un bord périphérique (30) ayant une forme conjuguée de celle de la paroi périphérique (18) du capot, un côté (22) de ladite paroi périphérique et un côté (34) dudit bord périphérique étant disposés sensiblement selon un même plan et reliés entre eux par une bande de matière (36), et on rabat le couvercle par rapport au capot autour d'une ligne de pliage (L) définie par ladite bande de matière (36) de manière à emboîter l'un dans l'autre le bord périphérique et la paroi périphérique.