Brevet FR2789168A1 — publié le 20000804

Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, à moyens d'assemblage perfectionnés La présente invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour un radiateur de véhicule automobile. Elle concerne en particulier une boîte collectrice d'un tel échangeur de chaleur. Un échangeur de chaleur de ce type est généralement équipé d'une pluralité de tubes pour le passage d'un fluide d'échange thermique, destiné à coopérer thermiquement avec un flux d'air traversant l'échangeur de chaleur. Par ailleurs, un tel échangeur comporte généralement deux boîtes collectrices munies d'ouvertures qui communiquent chacune avec un tube de l'échangeur, tandis que les tubes sont arrangés en faisceaux. Chacune des boites collectrices est subdivisée en comparti- ments séparés de façon sensiblement hermétique par des cloisons internes que comporte la boite. Ainsi, le fluide d'é- change thermique circule d'un premier compartiment d'une boîte à un dernier compartiment de l'autre boîte, par l'intermédiai- re des tubes, en effectuant une pluralité de trajets d'une boîte collectrice à l'autre. De façon habituelle, de tels échangeurs de chaleur sont fabriqués en introduisant les faisceaux de tubes dans les ouvertures des boîtes collectrices, puis en brasant l'ensemble (boites collectrices et tubes) dans un four de température adéquate. Des échangeurs de chaleur, connus, comportent des boîtes collectrices réalisées d'un seul bloc par extrusion ou soudure préalable avant l'étape de brasage précitée. Cependant, une telle technique de fabrication est relativement lourde à mettre en oeuvre et grève le coût de revient de tels échan- geurs. D'autres échangeurs de chaleur connus comportent des boîtes collectrices formées de deux coquilles à bords jointifs et destinées à être solidarisées l'une à l'autre par brasure avec les tubes. Cependant, il est nécessaire de prévoir des moyens de fixation entre les deux coquilles pour maintenir les bords respectifs des coquilles sensiblement en contact pendant l'opération de brasage précitée. Ces moyens de fixation sont habituellement réalisés sous la forme de moyens d'encliquetage ou de vissage prévus sur les surfaces externes respectives des coquilles. De tels moyens compliquent ainsi la structure des boîtes collectrices. La présente invention vient améliorer la situation. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur équipé d'une pluralité de tubes pour le passage d'un fluide d'échange thermique, et d'au moins une boîte collectrice comprenant une pluralité d'ouvertures communiquant avec les tubes. La boîte collectrice comprend en outre au moins une cloison séparant deux compartiments de la boîte, tandis que le fluide circule d'un compartiment à l'autre par l'intermédiaire des tubes. Selon une caractéristique générale de l'invention, la boîte collectrice est formée de première et seconde coquilles à bords jointifs, et les bords de la première coquille compor- tent chacun au moins une protubérance, disposée sensiblement dans le plan de la cloison et qui s'étend vers l'intérieur de la boite. La cloison est solidaire de la seconde coquille et comporte, quant à elle, deux évidements sur son épaisseur, propres à coopérer chacun avec une protubérance. Les deux évidements et les deux protubérances forment alors des moyens d'encliquetage de la première coquille sur la cloison. Selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, les bords de la seconde coquille comportent aussi au moins deux protubérances respectives, sensiblement en vis à vis des protubérances de la première coquille et qui s'étendent vers l'intérieur de la boîte. Ainsi, la cloison est solidaire de la seconde coquille par encliquetage des protubérances de la seconde coquille sur les évidements de la cloison. Par conséquent, les bords respectifs des première et seconde coquilles sont joints par encliquetage de la cloison sur la seconde coquille, d'une part, et par encliquetage de la première coquille sur la cloison, d'autre part. Avantageusement, chaque évidement précité s'étend sur une portion de périmètre de la cloison, sensiblement égale à la somme des largeurs, dans le plan de la cloison, d'une protubérance de la première coquille et d'une protubérance de la seconde coquille. Selon une caractéristique optionnelle avantageuse de la présente invention, les protubérances précitées sont réalisées sous la forme de poinçons, de concavité tournée vers l'inté- rieur de la boîte collectrice. Ainsi, les protubérances peuvent être formées par simple emboutissage des bords des coquilles, avantageusement sans rajout de matière. Selon une autre caractéristique avantageuse, la boite collectrice est de forme générale sensiblement cylindrique creuse et elle comporte au moins deux cloisons disposées aux extrémités de la boite pour maintenir les bords respectifs des coquilles sensiblement en contact, le long de la grande dimension de la boîte. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un échangeur de chaleur muni de boites collectrices compartimentées; - la figure 2A représente une vue d'ensemble d'une boîte collectrice d'un échangeur selon l'invention, avant de joindre les bords des coquilles; - la figure 2B représente la boîte collectrice de la figure 2A, assemblée, - la figure 3 représente une vue de détail de la boîte collectrice de la figure 2A; et - la figure 4 représente une vue en coupe transversale de la boîte collectrice montée (bords des coquilles joints). Les dessins et la description détaillée ci-après comprennent pour l'essentiel des éléments de caractère certain. Ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un échangeur de chaleur d'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, dans l'exemple décrit. L'échangeur de chaleur comporte une entrée 16 communiquant avec un conduit 1 d'arrivée (flèche E) d'un fluide d'échange thermique (liquide de refroidissement), ainsi qu'une sortie 27 communiquant avec un conduit 2 de sortie (flèche S). Dans l'exemple, l'échangeur comprend deux boîtes collectrices 10 et 20 reliées par un faisceau de tubes 3, par lesquels circule le fluide d' échange thermique (flèches C). Entre les tubes sont interposés des intercalaires 4 (ou ailettes), de forme sensiblement en tôle ondulée, en vue d'augmenter la coopéra- tion du fluide d'échange thermique avec un flux d'air (flèche F) traversant l'échangeur de chaleur pour être refroidi. Chaque boîte collectrice comporte alors des ouvertures 11 et 21 communiquant avec les tubes 3, pour le passage du fluide précité. Généralement, les boîtes collectrices sont compartimentées de manière à définir sensiblement un trajet du fluide entre les deux boîtes collectrices, de l'entrée 16 à la sortie 27 de l'échangeur de chaleur. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la boîte collectrice 10 comporte deux cloisons 14 et 15 formant ainsi trois compartiments, tandis que la boîte comporte une cloison 24 pour former deux compartiments. Le fluide circule alors d'un compartiment d'une boîte à un compartiment de l'autre boîte entre l'entrée 16 et la sortie 27, en effectuant trois allées et deux retours de la boîte 10 à la boite 20. Les boîtes collectrices 10 et 20 sont formées chacune de deux coquilles 12, 13 et 22, 23, respectivement, selon une définition générale de l'invention. Les deux coquilles d'une même boîte collectrice sont à bords jointifs 220 et 230 (figure 2A), sensiblement inscrits dans un plan P. Dans l'exemple, l'une des coquilles 13,23 (dite "plaque collectrice") d'une boîte comporte les ouvertures 11,21 qui communiquent avec les tubes 3. L'autre coquille 12,22 joue alors le rôle de couvercle de boite collectrice. La figure 2A représente une vue éclatée de la boite collec- trice 20 de la figure 1. La coquille 22 formant couvercle comporte, en regard de la cloison 24, deux poinçons 221 disposés sur ses bords 220. Les deux poinçons 221 viennent se loger dans des encoches 241 et 242 que comporte la cloison 24 (figure 3). Ainsi, au montage, la cloison 24 est introduite partiellement dans la coquille 22, et solidarisée à cette coquille en encliquetant les poinçons 221 dans les encoches de la cloison 24. Ensuite, la coquille 23 formant plaque collectrice, comporte des poinçons 231 disposés sur ces rebords 230, et qui viennent aussi se loger dans les encoches 241 et 242 de la cloison. Ainsi, les bords 220 et 230 des coquilles sont joints par encliquetage des poinçons 231 de la coquille 23 sur les encoches 241 et 242 de la cloison 24. Dans l'exemple, les boîtes collectrices sont de forme générale sensiblement cylindriques creuses, les axes des tubes et les plans des cloisons 14, 15 et 24 étant sensiblement perpendicu- laires aux axes des boîtes. Avantageusement, il est prévu de monter en outre des cloisons d'extrémité 25 et 26 (figure 2A) pour maintenir les bords 220 et 230 des coquilles 22 et 23 sensiblement en contact le long de la grande dimension de la boîte 20, par encliquetage respectif des coquilles 22 et 23 sur la cloison de compartiment 24 et en particulier sur les cloisons d'extrémité 25 et 26 (figure 2B). Dans l'exemple, les deux coquilles de la boîte collectrice représentées sur la figure 3, sont sensiblement symétriques par rapport au plan P passant par les bords de coquilles, tandis que la cloison 24 présente une forme générale de pastille sensiblement circulaire et munie d'encoches 241, 242 (figure 4). Ces encoches s'étendent sensiblement sur l'épais- seur e de la cloison, et sont disposées sur un diamètre de la cloison 24 inclus dans le plan de symétrie P, de sorte que les encoches 241 et 242 sont en vis à vis des poinçons 221 et 231 des coquilles. Les poinçons 221 et 231, sont, quant à eux, de forme générale sensiblement semi- sphériques creuses et de concavités tournées vers l'intérieur de la boîte collectrice, pour venir coopérer avec les encoches de la cloison 24. Les encoches 241 et 242 s'étendent sur une portion de périmètre D de la cloison 24 (figure 4), sensiblement égale à la somme des largeurs des poinçons 221 et 231 (rayon des demi-sphères), dans le plan de la cloison 24, en vue de limiter un jeu entre les bords 230 et 220 des coquilles après encliquetage. Dans l'exemple décrit, l'épaisseur e de la cloison est choisie de sorte que sa surface latérale 243 reste sensiblement en contact avec les surfaces internes des coquilles, et forme une butée pour empêcher un pivotement de la cloison, autour d'un axe X-X passant par ses encoches. Un tel mouvement de rotation peut être accompagné alors d'un mouvement de translation d'une coquille par rapport à l'autre. En variante, il peut être prévu de disposer des protubérances sur les surfaces internes des coquilles, en contact avec la cloison 24 dans un même compartiment de la boîte collectrice. Ces protubérances forment alors une butée de la cloison pour empêcher le mouvement de pivotement précité. Lorsque les bords des coquilles des boîtes collectrices 10 et sont joints par encliquetage des coquilles sur les cloisons, les tubes 3 peuvent être introduits dans les ouvertures 11 et 21 des plaques collectrices, et l'ensemble (boîte collectrice et tubes) peut être soudé par brasage dans un four de température adéquate. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite à titre d'exemple ci-avant. Elle s'étend à d'autres variantes. Ainsi, on comprendra que l'échangeur de chaleur selon l'invention peut être muni d'une seule boite et équipé de tubes en forme de "U", tandis que sa boite collectrice unique comporte à la fois une entrée et une sortie. Cette boîte collectrice unique est, selon l'invention, formée de deux coquilles à bords jointifs et comporte des cloisons délimitant ses compartiments, chacune munie d'évidements sur lesquels viennent s'encliqueter des protubérances disposées sur les bords des coquilles formant la boîte. Dans l'exemple décrit ci-avant, les deux coquilles sont encliquetées sur la cloison pour former la boîte collectrice. En variante, il peut être prévu de solidariser d'emblée la cloison à l'une des coquilles (par exemple par soudure), puis encliqueter, selon l'invention, l'autre coquille sur la cloison. La boîte collectrice de l'échangeur décrit ci-avant, comporte une plaque collectrice munie d'ouvertures pour communiquer avec les tubes et une coquille ouverte, munie d'une ouverture unique (entrée E ou sortie S de la boîte collectrice). En variante, il peut être prévu de disposer des ouvertures communiquant avec les tubes, à cheval sur les deux coquilles, si un tel agencement est nécessaire pour une application particulière. Dans l'exemple décrit ci-avant, les protubérances des coquilles sont réalisées sous la forme de poinçons de concavités tournées vers l'intérieur des coquilles. Cependant, d'autres types de protubérances peuvent être envisagés, bien que les protubérances formées par poinçons permettent avantageusement de s'affranchir d'un rajout de matière sur les surfaces internes des bords de coquilles. Dans l'exemple représenté sur les figures 2A et 2B, les boites collectrices sont de forme générale cylindrique, sensiblement circulaire. En variante, elles peuvent être de forme ellip- tique, rectangulaire ou autre. Par ailleurs, la symétrie des coquilles par rapport au plan P précité, est décrite ci-avant à titre d'exemple. Il peut être envisagé en variante une cloison de forme oblongue et dont les deux évidements précités sont décalés par rapport à un axe de symétrie de la cloison. Dans l'exemple décrit ci-avant, les évidements de la cloison s'étendent sur toute son épaisseur e pour former les encoches 241 et 242 précitées. En variante, il peut être prévu des évidements creusés dans l'épaisseur de la cloison, par exemple de forme sensiblement oblongue et de longueur équivalente à la portion de périmètre D précitée. La présente invention vise aussi un procédé comprenant notamment les étapes d'encliquetage de la cloison 24 à la coquille 22, et de la coquille 23 à la cloison 24, ainsi qu'une étape d'introduction des tubes 3 dans les ouvertures 11 et 21 des boîtes collectrices et une étape de soudure par brasage dans un four. Bien entendu, la présente invention s'applique en outre à tout échangeur de chaleur muni de boites collectrices, autre qu'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automo- bile. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment pour un radiateur de véhicule automobile, équipé d'une pluralité de tubes (3) pour le passage d'un fluide d'échange thermique (C), et d'au moins une boîte collectrice (20) comprenant une pluralité d'ouver- tures (21) communiquant avec les tubes (3), et au moins une cloison (24) séparant deux compartiments de la boîte, tandis que le fluide circule d'un compartiment à l'autre par l'intermédiaire desdits tubes, caractérisé en ce que la boîte collectrice (20) est formée de première et seconde coquilles (22,23) à bords jointifs (220,230) et en ce que les bords (230) de la première coquille (23) comportent chacun au moins une protubérance (231), disposée sensiblement dans le plan de la cloison (24) et qui s'étend vers l'intérieur de la boîte (20), tandis que ladite cloison (24) est solidaire de la seconde coquille (22) et comporte, sur son épaisseur (e), deux évidements (241,242), chacun en regard d'une protubérance (231), propres à coopérer avec les protubérances (231) pour former des moyens d'encliquetage de la première coquille (23) sur la cloison (24). 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords (220) de la seconde coquille (22) comportent au moins deux protubérances respectives (221), sensiblement en vis à vis des protubérances de la première coquille (231) et qui s'étendent vers l'intérieur de la boîte, tandis que ladite cloison (24) est solidaire de la seconde coquille (22) par encliquetage des protubérances de la seconde coquille (221) sur lesdits évidements (241,242). 3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque évidement (241,242) s'étend sur une portion de périmètre (D) de la cloison (24), sensiblement égale à la somme des largeurs, dans le plan de la cloison, d'une protubérance de la première coquille (231) et d'une protubé- rance de la seconde coquille (221). 4. Echangeur selon l'une des revendications 2 et 3, caracté- risé en ce que la cloison (24) est d'épaisseur (e) choisie de sorte qu'elle comporte une surface latérale (243) sensiblement en contact avec une surface interne de la boîte, en formant une butée pour empêcher un pivotement de la cloison (24) autour d'un axe (X-X) passant par les évidements (241,242). 5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des coquilles (23) comporte lesdites ouvertures (21) communiquant avec les tubes (3). 6. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites protubérances (221,231) sont réalisées sous la forme de poinçons, de concavité tournée vers l'intérieur de la boîte collectrice. 7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux coquilles (22,23) sont sensiblement symétriques par rapport à un plan (P) passant par les bords des coquilles (220,230). 8. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits évidements sont réalisés sous la forme d'encoches (241,242) qui s'étendent sensiblement sur l'épaisseur (e) de la cloison (24). 9. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte collectrice (20) est de forme générale sensiblement cylindrique creuse et en ce qu'elle comporte au moins deux cloisons (25,26) disposées aux extrémités de la boîte pour maintenir les bords respectifs des coquilles (220,230) sensiblement en contact, le long de la grande dimension de la boîte (20).