Brevet FR2805606A1 — publié le 20010831

Boîte collectrice à tubulure intégrée pour échangeur de chaleur L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comprenant une plaque collectrice fermée par une paroi de manière à délimiter une chambre dans laquelle débouche au moins une tubulure. Dans une boîte collectrice de ce genre, la plaque collectri- ce, que l'on appelle aussi plaque à trous, possède une multiplicité de trous dans lesquels sont reçues les extrémi- tés de tubes qui constituent le faisceau de l'échangeur de chaleur. A ces tubes sont associées des ailettes contribuant à augmenter la surface d'échange de chaleur. La plaque collectrice est fermée par une paroi de manière à délimiter une chambre qui communique avec les tubes pour permettre la circulation d'un fluide dans le faisceau. Habituellement, la paroi précitée est munie d'au moins une tubulure pour permettre l'entrée ou la sortie du fluide précité. La conception de ces tubulures pose de nombreux problèmes en pratique étant donné qu'elles doivent être placées en des endroits précis de la paroi en fonction des conditions édictées par l'implantation de l'échangeur de chaleur dans le véhicule considéré. En outre, la tubulure doit être conformée de manière particu- lière, par exemple coudée, pour présenter un embout s'éten- dant dans une direction donnée pour être emmanché avec un conduit souple. On connaît déjà des boîtes collectrices de ce genre dans lesquelles la plaque collectrice est métallique, tandis que la paroi est moulée en matière plastique avec la ou les tubulures qui lui sont associées. En ce cas, l'étanchéité entre la plaque collectrice et la paroi est assurée par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéi- té, la plaque collectrice étant munie de griffes rabattues ou serties contre un rebord périphérique de la paroi. La réalisation d'une telle paroi avec au moins une tubulure associée nécessite des moules de formes complexes. On connaît aussi des boîtes collectrices de ce genre dans lesquelles les différents éléments sont des pièces métalli- ques assemblées entre elles par brasage. Là encore, cela pose des difficultés pour réaliser et implanter la tubulure en un endroit approprié, spécialement lorsque cette tubulure est coudée. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose à cet effet une boîte collectrice du type défini en introduction, laquelle comprend: - une première partie formée à partir d'une feuille métalli- que conformée présentant un fond et deux flancs latéraux repliés en vis-àvis, dont l'un au moins est muni d'une ouverture pour y rapporter une tubulure et, - une seconde partie formée à partir d'une feuille métallique conformée propre à s'adapter sur les flancs latéraux de la première partie pour former un couvercle à l'opposé du fond de cette première partie. En outre, l'une de la première partie ou de la seconde partie comprend la plaque collectrice, et cette première partie, cette seconde partie et la tubulure sont assemblées entre elles par brasage. On peut ainsi réaliser tous les éléments de la boîte collec- trice, y compris la tubulure, par des pièces métalliques conformées, notamment par emboutissage, qui sont ensuite assemblées par brasage. Ainsi, les éléments constitutifs de la boîte collectrice pourront être brasés dans un four, en même temps que le reste de l'échangeur de chaleur, ce qui simplifie notablement les opérations de fabrication. Avantageusement, les deux flancs latéraux de la première partie sont généralement plans et parallèles entre eux et se raccordent perpendiculairement au fond. Il est avantageux que les deux flancs latéraux de la première partie comportent chacun une rainure périphérique pour la réception d'un bord longitudinal de la seconde partie. Ceci contribue à un bon maintien provisoire de la première partie et de la seconde partie entre elles. En variante on peut procurer ce maintien provisoire par le fait que les deux flancs latéraux de la première partie comportent chacun une série de découpes délimitant des régions d'appui formées en saillie du côté intérieur pour la réception d'un bord longitudinal de la seconde partie. De préférence, ces régions d'appui sont formées chacune par emboutissage des flanc latéraux du côté intérieur. Pour contribuer au maintien, il est préférable que chaque bord longitudinal de la seconde partie soit muni d'ergots en saillie propres à s'engager respectivement dans les découpes des flancs latéraux. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la seconde partie formant couvercle est définie par un feuillard conformé pour avoir des génératrices généralement parallèles entre elles. Dans une première forme de réalisation de l'invention, la plaque collectrice est comprise dans le fond de la première partie et se raccorde aux flancs latéraux, tandis que la seconde partie constitue un couvercle fermé. En ce cas, les deux flancs latéraux possèdent avantageusement des prolongements respectifs en vis-à-vis, dont l'un au moins est muni d'une ouverture pour la tubulure. Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, la plaque collectrice est comprise dans la seconde partie, tandis que le fond de la première partie est fermé et se raccorde aux flancs latéraux. Dans l'invention, la première partie et la seconde partie sont obtenues chacune par emboutissage et découpage d'une feuille métallique. Cette dernière est avantageusement une feuille en une matière comprenant de l'aluminium. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant au moins une boîte collectrice comme défini précédemment. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une boîte collectrice selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective analogue à la figure 1 après assemblage de la boîte collectrice; - la figure 3 est une vue de côté correspondant à la figu- re 2; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue de dessus de la boîte collectrice de la figure 2; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue de côté d'une boîte collectrice, à l'état assemblé, selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7; - la figure 9 est une vue de dessus correspondant à la figure 7; - la figure 10 est une vue en coupe selon la ligne XI-XI de la figure 9; - la figure 11 est une vue de côté d'une boîte collectrice, à l'état assemblé, selon une troisième forme de réalisation de l'invention; - la figure 12 est une vue de dessus correspondant à la figure 11; - la figure 13 est une vue en coupe selon la ligne XIII-XIII de la figure l; - la figure 14 est une vue en coupe selon la ligne XIV-XIV de la figure 11; - la figure 15 est une vue partielle en perspective de la boîte collectrice de la figure 11il avant assemblage; - la figure 16 représente le détail XVI, à échelle agrandie, de la figure 15; et - la figure 17 représente le détail de la figure 16, après assemblage. On se réfère d'abord la forme de réalisation des figures 1 à 7, dans laquelle la boîte collectrice comprend une première partie 10 et une seconde partie 12 chacune formée à partir d'une feuille métallique, avantageusement en aluminium, qui est conformée par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage. La première partie 10 comporte un fond 14 qui est générale- ment plat et de forme rectangulaire allongée. Ce fond 14 est destiné à constituer la plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", de la boîte collectrice. Ce fond comporte à cet effet une pluralité de trous espacés 16 de forme allongée destinés à recevoir des tubes 18 faisant partie d'un faisceau d'un échangeur de chaleur (figures 1 et 2). Dans l'exemple, il s'agit de tubes plats entre lesquels sont disposées des ailettes 20 réalisées sous la forme d'interca- laires ondulés. La feuille 10 comprend en outre deux flancs latéraux 22 repliés en vis-à-vis, qui sont généralement plans et parallè- les entre eux. Ces flancs se raccordent sensiblement perpen- diculairement au fond 14 par deux lignes de pliage 24 qui sont parallèles entre elles. Les flancs latéraux 22 sont de forme allongée et comportent, dans leur partie centrale, des prolongements respectifs 26 et 28 disposés en vis-àvis et ayant chacun une forme en "chapeau de gendarme". Dans l'exemple, le prolongement 26 comporte une ouverture 30, tandis que le prolongement 28 est complètement fermé. L'ouverture 30 est de forme circulaire et est destinée à permettre l'adaptation d'une tubulure 32 de section circulaire. Chacun des flancs latéraux 22 comporte une rainure périphéri- que 34 qui est continue et aboutit à deux rainures d'extrémi- tés 36 qui s'étendent sur la largeur du fond 14. Ces rainures sont destinées à permettre l'emboîtement de deux bords longitudinaux 38 de forme conjuguée que comporte la seconde partie 12. Cette seconde partie est destinée à former un couvercle pour s'adapter sur les flancs latéraux 22 en sorte que, après emboîtement, ces deux parties délimitent conjointement un volume fermé qui communique avec les tubes du faisceau. La seconde partie 12 est obtenue à partir d'un feuillard métallique de largeur donnée qui possède des génératrices parallèles. Comme on peut le voir plus particulièrement aux figures 1, 3 et 7, ce feuillard comporte une partie centrale en forme de chapeau de gendarme encadrée par deux parties 42 coplanaires, lesquelles ont des extrémités respectives 44 pliées à angle droit et propres à venir s'engager dans les rainures 36. Cette seconde partie 12 peut venir ainsi s'emboîter dans les rainures correspondantes 34 et 36 de la première partie 10 pour former un ensemble (figure 2) prêt à être brasé en même temps que la tubulure 32. On comprendra qu'il est possible ainsi de réaliser en une seule opération un échangeur de chaleur comprenant un faisceau formé par une multiplicité de tubes 18 et d'ailettes 20, en même temps qu'une ou deux boîtes collectrices comme défini précédemment. On se réfère maintenant à la forme de réalisation des figures 7 à 10. Dans cette seconde forme de réalisation, la boîte collectrice comprend une première partie 50 et une seconde partie 52 formées chacune à partir d'une feuille métallique conformée, par exemple en aluminium. La première partie 50 présente un fond fermé 54 et deux flancs latéraux 56 repliés en vis-à-vis. Ces deux flancs latéraux 56 ont une forme oblongue sensiblement trapézoïdale et sont délimités chacun par un bord longitudinal 58, un bord longitudinal 60 non parallèle formant ligne de pliage avec le fond 54, un bord d'extrémité 62 et un autre bord d'extrémité 64 qui est en partie arrondi. Ce bord d'extrémité 64 correspond à une zone plus large du flanc 56 dans lequel est aménagée une ouverture 66 pour la réception d'une tubulure 68 (figures 9 et 10). L'autre flanc latéral 56 a une forme homologue, mais ne comporte pas d'ouverture. On comprendra que la première partie 50 peut ainsi être réalisée par emboutissage pour former un élément en forme de cuvette qui comprend le fond 54 et les deux flancs latéraux 56. Le fond 54 est défini par des génératrices parallèles entre elles. La première partie 50 est emboutie et définit ainsi une ouverture plane de forme générale rectangulaire pour la réception de la seconde partie 52. Cette seconde partie 52 est une pièce métallique de forme généralement plane qui constitue ici la plaque collectrice, encore appelée plaque à trous, de la boîte collectrice. Cette partie 52 forme ainsi un couvercle venant s'adapter sur la première partie, mais ce couvercle est muni d'une pluralité de trous 70 pour la réception de tubes analogues aux tubes 18 représentés à la figure 2. Ainsi, dans la forme de réalisation des figures 7 à 10, la plaque collectrice est comprise dans la seconde partie formant couvercle, alors que dans la forme de réalisation des figures 1 à 6, la plaque collectrice est comprise dans la première partie. Comme dans le cas de la forme de réalisation précédente, les deux parties peuvent être réalisées par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage. Dans la forme de réalisation des figures 11 à 17, la boîte collectrice comprend une première partie 72 et une seconde partie 74 formées chacune à partir d'une feuille métallique conformée, par exemple en aluminium. La première partie 72 présente un fond fermé 76 et deux flancs latéraux 78 repliés en vis-à-vis et raccordés sensiblement perpendiculairement au fond 76. Ce fond 76 forme plaque collectrice et est muni de trous 80 (figure 15) pour la réception de tubes analogues à ceux décrits précédemment. Les deux flancs latéraux 78 ont une forme oblongue et sont délimités chacun notamment par un bord longitudinal 82. Les deux flancs latéraux ont des zones plus large en vis-à-vis, qui forment des prolongements, et dont l'une comporte une ouverture recevant une tubulure 84 (figures 11 et 12). On comprendra que la première partie 72 peut ainsi être réalisée par emboutissage pour former un élément en forme de cuvette qui est destiné à recevoir la seconde partie 74 qui forme couvercle. Cette seconde partie 74 est formée à partir d'un feuillard métallique à génératrices parallèles, lequel est conformé pour s'adapter sur les bords de la première partie et en particulier sur les bords longitudinaux 82 des flancs latéraux 78. Les deux flancs latéraux 78 comportent chacun une série de découpes 86, de forme générale rectangulaire, qui délimitent des régions d'appui 88 formées en saillie du côté intérieur pour la réception d'un bord longitudinal 90 de la seconde partie. Ces régions d'appui 88 sont de forme générale rectangulaire et sont formées chacune par emboutissage des flancs latéraux 78 du côté intérieur. Chaque bord longitudinal 90 de la seconde partie 74 est muni d'ergots 92 formés en saillie et propres à s'engager respec- tivement dans les découpes 86 des flancs latéraux 78 (figures 15 à 17). Ces ergots forment des pattes repliées de faible longueur qui viennent se loger en partie dans les évidements formés du côté extérieur des flancs latéraux du fait des régions d'appui embouties (figure 13). On assure ainsi un maintien provisoire des deux parties 74 et 76 dans une position correcte avant brasage. Comme dans le cas des deux formes de réalisation précédentes, les deux parties peuvent être réalisées par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage. Après assemblage des deux parties et de la tubulure, l'ensem- ble peut être brasé dans un four, en même temps que le reste de l'échangeur de chaleur à fabriquer. On réalise ainsi une opération de brasage pendant laquelle tous les éléments de l'échangeur de chaleur sont brasés, ce qui simplifie les opérations de fabrication. L'invention trouve une application particulière aux échan- geurs de chaleur pour véhicules automobiles pour constituer par exemple un radiateur de refroidissement du moteur, ou encore un radiateur de chauffage de l'habitacle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. En particulier, la conformation des première et seconde parties est susceptible de nombreuses variantes, de même que la forme des flancs latéraux et l'endroit d'implantation de la ou des tubulures. !! Revendications 1. Boite collectrice pour échangeur de chaleur comprenant une plaque collectrice fermée par une paroi de manière à délimiter une chambre dans laquelle débouche au moins une tubulure, caractérisée en ce qu'elle comprend: une première partie (10; 50; 72) formée à partir d'une feuille métallique conformée présentant un fond (14; 54; 76) et deux flancs latéraux (22; 56; 78) repliés en vis-à- vis, dont l'un au moins est muni d'une ouverture (30; 66) pour y rapporter une tubulure (32; 68; 84), et une seconde partie (12; 52; 74) formée à partir d'une feuille métallique conformée propre à s'adapter sur les flancs latéraux (22; 56; 78) de la première partie pour former un couvercle à l'opposé du fond (14; 54; 76) de cette première partie, en ce que l'une de la première partie (10; 50; 72) ou de la seconde partie (12; 52; 74) comprend la plaque collectrice (14; 58; 76), et en ce que la première partie (10; 50; 72), la seconde partie (12; 52; 74) et la tubulure (32; 68; 84) sont assemblées par brasage. 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux flancs latéraux (22; 56; 78) de la première partie (10; 50; 72) sont généralement plans et parallèles entre eux et se raccordent perpendiculairement au fond (14; 54; 76). 3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les deux flancs latéraux (22) de la première partie (10) comportent chacun une rainure périphéri- que (34) pour la réception d'un bord longitudinal (38) de la seconde partie (12). 4. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les deux flancs latéraux (78) de la première partie (72) comportent chacun une série de découpes (86) délimitant des régions d'appui (88) formées en saillie du côté intérieur pour la réception d'un bord longitudinal (90) de la seconde partie (74). 5. Boîte collectrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que les régions d'appui (88) sont formées chacune par emboutissage des flanc latéraux (78) du côté intérieur. 6. Boîte collectrice selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que chaque bord longitudinal (90) de la seconde partie (74) est muni d'ergots (92) en saillie propres à s'engager respectivement dans les découpes (86) des flancs latéraux (78). 7. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la seconde partie (12; 52; 74) formant couvercle est définie par un feuillard conformé pour avoir des génératrices généralement parallèles entre elles. 8. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la plaque collectrice est comprise dans le fond (14; 76) de la première partie (10; 72) et se raccorde aux flancs latéraux (22; 78), tandis que la seconde partie (12; 74) constitue un couvercle fermé. 9. Boîte collectrice selon la revendication 8, caractérisée en ce que les deux flancs latéraux (22) ont des prolongements (26; 28) respectifs en vis-à-vis, dont l'un au moins (26) est muni d'une ouverture (30) pour la tubulure (32). 10. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la plaque collectrice est comprise dans la seconde partie (52), tandis aue le fond (54) de la première partie (50) est fermé et se raccorde aux flancs latéraux (56). 11. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la première partie (10; 50; 72) et la seconde partie (12; 52; 74) sont obtenues chacune par emboutissage et découpage d'une pièce feuille métallique. 12. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la première partie (10; 50; 72) et la seconde partie (12; 52; 74) sont obtenues chacune à partir d'une feuille en une matière comprenant de l'alumi- nium. 13. Echangeur de chaleur comprenant au moins une boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 12.