Brevet FR2849175A1 — publié le 20040625

VTM 1424 FRD Plaque collectrice pour échangeur de chaleur et échangeur comportant cette plaque collectrice L'invention concerne les échangeurs de chaleur, en particulier les radiateurs de refroidissement pour véhicules automobiles. Plus précisément l'invention concerne une plaque collectrice d'échangeur de chaleur, perforée de trous destinés à recevoir des tubes d'échange de chaleur et comportant une gorge périphérique délimitée par un bord intérieur et par un bord extérieur, la gorge périphérique étant destinée à loger un 15 joint d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre la plaque collectrice et un couvercle de boîte collectrice. Par ailleurs, l'invention concerne une série de plaques collectrices d'échangeur de chaleur, chaque plaque collec20 trice étant perforée de trous destinés à recevoir des tubes d'échange de chaleur et comportant une gorge périphérique délimitée par un bord intérieur et par un bord extérieur, la gorge périphérique étant destinée à loger un joint d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre la plaque collec25 trice et un couvercle de boîte collectrice, chaque plaque collectrice ayant une épaisseur donnée. Enfin, l'invention concerne un échangeur de chaleur comportant au moins une plaque collectrice conforme à l'invention. 30 Les échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles, comprennent généralement un faisceau de tubes monté entre deux boîtes collectrices Ils peuvent être également constitués d'une boîte collectrice unique à laquelle sont 35 raccordés des tubes en U Selon une première technique de fabrication, les échangeurs sont entièrement assemblés par brasage Selon une autre technique de fabrication, ils sont assemblés mécaniquement Ils comportent alors une plaque collectrice, généralement obtenue par emboutissage d'une tôle, perforée de trous disposés à espaces réguliers afin de recevoir les tubes du faisceau d'échange de chaleur. Dans un tel échangeur de chaleur, l'épaisseur de la plaque 5 collectrice varie selon le matériau dans lequel elle est réalisée Si la plaque collectrice est réalisée en acier, son épaisseur sera relativement faible, par exemple 0,8 mm Si elle est réalisée dans un matériau moins résistant mécaniquement, par exemple en aluminium, son épaisseur devra être plus 10 importante, par exemple 1,2 mm. Cette différence d'épaisseur des tôles dans lesquelles sont réalisées les plaques collectrices conduit, toutes choses égales par ailleurs, à des dimensions différentes des gorges 15 périphériques destinées à recevoir le joint d'étanchéité et le pied (ou talon) du couvercle de boîte collectrice En effet, la gorge périphérique sera plus étroite lorsque la plaque collectrice est réalisée dans une tôle épaisse que lorsqu'elle est réalisée dans une tôle plus mince. 20 En conséquence, les dimensions du joint d'étanchéité et du couvercle de boite collectrice doivent être adaptées à chaque largeur de gorge périphérique En d'autres termes, il faut prévoir autant de dimensions de joints périphériques et de 25 couvercles de boîtes qu'il y a d'épaisseurs de tôles de plaques collectrices En conséquence, les cots de fabrication et les problèmes de stockage des pièces détachées sont augmentés. L'invention a précisément pour objet une plaque collectrice et une série de plaques collectrices qui remédient à cet inconvénient. Conformément à l'invention, le bord intérieur de la plaque 35 collectrice comporte des protubérances faisant saillie vers la gorge périphérique et disposées en regard du bord extérieur. Les protubérances ont une profondeur déterminée de telle manière que la largeur de la gorge périphérique, comprise entre le bord extérieur de la gorge périphérique et les protubérances, permet de recevoir un joint d'étanchéité et un couvercle de boîte collectrice de dimensions standard. Les protubérance peuvent affecter des formes différentes. Elles sont avantageusement formées par des saillies sensiblement planes espacées et alignées entre elles. 10 De préférence, les protubérances sont formées par emboutissage de la plaque collectrice, ce qui permet de les conformer en même temps que la plaque collectrice. De préférence encore, les protubérances sont prévues entre les trous destinés à recevoir les tubes. Selon l'invention les plaques collectrices de la série ont des épaisseurs différentes; la distance entre les bords 20 extérieurs de la gorge périphérique est la même pour chacune des plaques de la série; les bords intérieurs de la plaque de la série ayant la plus forte épaisseur ne comportent aucune protubérance tandis que les bords intérieurs de chacune des autres plaques comportent des protubérances ayant 25 une profondeur telle qu'elles délimitent une gorge périphérique de même largeur que la gorge périphérique de la plaque de plus forte épaisseur. Grâce à ces caractéristiques, on peut utiliser un joint 30 d'étanchéité identique quelle que soit l'épaisseur de la plaque collectrice En effet, la largeur de la gorge périphérique délimitée d'un côté du joint par le bord extérieur et de l'autre côté du joint par le sommet des protubérances, est identique pour chacune des plaques, quelle que soit son 35 épaisseur. De la même manière on peut utiliser le même couvercle pour toutes les boîtes collectrices, les dimensions du pied du couvercle de boîte collectrice étant identiques On réduit ainsi le nombre de pièces détachées nécessaires, ce qui diminue leur cot de fabrication et simplifie les problèmes de stockage. En outre cela permet lors du montage d'un échangeur de chaleur sur une chaîne d'assemblage de véhicules automobiles de pouvoir utiliser indifféremment des échangeurs de chaleur appartenant à une série ou à une autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées Sur ces figures: la figure 1 est une vue générale schématique d'un échangeur de chaleur à tubes; la figure 2 est une vue en coupe d'une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur tel que celui de la figure 1; 20 la figure 3 est une vue en coupe de la plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 2; la figure 4 est une vue de dessus de la plaque collectrice 25 représentée sur la figure 3; la figure 5 est une vue en coupe de la boite collectrice d'un échangeur de chaleur comportant une plaque collectrice conforme à la présente invention; 30 la figure 6 est une vue en coupe de la plaque collectrice de la boîte collectrice de la figure 5; la figure 7 est une vue de dessus de la plaque collectrice 35 représentée sur la figure 6; et la figure 8 est un détail à échelle agrandie de la figure 7. On a représenté sur la figure 1 une vue schématique d'un échangeur de chaleur, par exemple un radiateur de refroidissement de véhicule automobile Il comprend un faisceau 2 formé d'une multiplicité de tubes 4 disposés parallèlement 5 entre eux Le faisceau 2 est monté entre deux boîtes collectrices 6 et 8 Des ailettes de refroidissement 10, traversées perpendiculairement par les tubes 4 et en contact thermique avec ces derniers, ont pour fonction d'augmenter la surface d'échange entre un fluide caloporteur circulant dans les 10 tubes 4 du faisceau et un fluide, généralement de l'air, qui traverse extérieurement le faisceau. On connaît diverses techniques d'assemblage des échangeurs de chaleur, en particulier de véhicules automobiles L'invention 15 s'applique plus particulièrement au cas des échangeurs assemblés mécaniquement Dans un échangeur de ce type, comme on peut le voir sur la figure 2, la boîte collectrice 6 est constituée d'une plaque collectrice 12, également appelée collecteur, et d'un couvercle de boîte collectrice 14. 20 Comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 3 et 4, la plaque collectrice 12 est perforée de trous 16 régulièrement espacés selon la longueur de la plaque collec trice Dans l'exemple représenté, la plaque collectrice 25 comporte une seule rangée de trous et ces trous ont chacun une section de forme ovale allongée admettant un grand axe A (figure 4) qui s'étend perpendiculairement à l'axe de la rangée Les trous 16 sont destinés à recevoir les tubes d'échange de chaleur 4 pendant l'opération de montage de 30 l'échangeur Chacun des trous 16 est entouré d'un bord replié 18 (figure 3) qui forme collet et permet d'augmenter la surface de contact entre la paroi périphérique extérieure de chacun des tubes 4 et la plaque collectrice. La plaque collectrice 12 comporte également une gorge périphérique 20 délimitée par un bord intérieur 22 et par un bord extérieur 24 Le bord extérieur 24 est relevé et se termine par des dents 26 dont la fonction est de permettre le sertissage du couvercle 14 de la boîte collectrice sur la plaque collectrice 12 (figure 2) La plaque collectrice 12 possède une forme générale rectangulaire si bien que le bord intérieur 22 et le bord extérieur 24 ont des formes homologues et se composent chacun de deux parties longitudinales 5 rectilignes et parallèles (visibles sur les figures 2 à 4) et deux partie transversales rectilignes et parallèles (non visibles sur les figures 2 à 4) La partie du bord extérieur 24 située à la partie gauche de la plaque collectrice (selon les figures) est éloignée de la partie du bord extérieur 24 10 située à la partie droite de ces mêmes figures d'une distance D (figure 3) Cette distance D est définie par les faces intérieures 28 en vis-à-vis des deux parties longitudinales précitées du bord extérieure 24. Le couvercle 14 de la boîte collectrice 6 comporte un pied 30 (figure 2) conçu pour s'adapter à la gorge périphérique 20. Les dimensions extérieures du pied de la boîte collectrice s'ajustent à la distance D séparant les deux parties longitudinales du bord extérieur 24 Un joint d'étanchéité 32 est 20 interposé entre la plaque collectrice 12 et le pied 30 du couvercle 14 Le joint 32 comporte un rebord périphérique 34 dont la largeur correspond à la largeur L de la gorge périphérique 20, telle que définie entre le bord intérieur 22 et le bord extérieur 24 Le joint est en outre pourvu 25 d'autant de collerettes qu'il y a de trous 16 dans la plaque collectrice Chacune des collerettes 36 pénètre dans l'un des trous 16 afin d'assurer une étanchéité entre la paroi périphérique extérieure du tube 4 qui pénètre dans ce trou et la plaque collectrice elle-même. 30 Ainsi, le joint d'étanchéité 32 assure d'une part l'étanchéité entre la plaque collectrice et le couvercle 14 et d'autre part, l'étanchéité entre chacun des tubes 16 et la plaque collectrice En outre, le joint 32 isole la plaque 35 collectrice du fluide caloporteur qui circule dans l'échangeur, ce qui protège cette dernière de la corrosion Dans la forme de réalisation des figures 2 à 4, la plaque collectrice 12 est réalisée dans une matière métallique de moindre résistance, par exemple en aluminium, et elle possède une épaisseur El relativement élevée, par exemple de 1,2 mm. On a représenté sur les figures 5 à 7 des figures similaires 5 aux figures 2 à 4 respectivement La figure 5 est une vue en coupe d'une boîte collectrice d'un échangeur de chaleur comportant une plaque collectrice 40 conforme à l'invention et les figures 6 et 7 sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus de la plaque collectrice de l'échangeur de 10 la figure 5 La plaque collectrice 40 se distingue de la plaque 12 par le fait qu'elle est réalisée dans une tôle de plus faible épaisseur E 2 que la plaque collectrice 12 Par exemple, si la plaque collectrice 12 est réalisée dans une tôle d'aluminium avec une épaisseur El de 1,2 mm, la plaque 15 collectrice 40 est réalisée dans une tôle d'acier avec une épaisseur E 2 de 0,8 mm. On veut que les plaques collectrices 12 et 14 reçoivent les mêmes tubes 4, par exemple des tubes dont le grand axe A de 20 la section ovale est de 14 mm (figures 4 et 7) La distance qui sépare la face intérieure gauche de la gorge périphérique de la face intérieure droite est sensiblement égale à la longueur du tube augmentée de quatre fois l'épaisseur de la tôle parce que cette dernière est repliée vers l'intérieur 25 pour former un bord replié 18, comme on l'a expliqué précédemment Par suite, étant donné que la tôle d'aluminium est plus épaisse que la tôle d'acier, la distance entre le bord intérieur gauche et le bord intérieur droit de la plaque collectrice 12 est plus grande que la distance entre le bord 30 intérieur gauche et le bord intérieur droit de la gorge périphérique de la plaque collectrice 40 Dans l'exemple décrit, la différence d'épaisseur entre les deux plaques collectrices est de 0,4 mm de sorte que la distance entre le bord intérieur gauche et le bord intérieur droit de la gorge 35 périphérique de la plaque collectrice 12 est supérieure de 1,6 mm à la distance correspondante de la plaque collectrice 40. Par ailleurs, il est nécessaire que les distances D (figures 3 et 6) entre les bords extérieurs 24 des plaques collectrices soient égales afin de recevoir les mêmes couvercles 14 de boîte collectrice On comprend donc que la gorge périphérique 5 41 de la plaque collectrice 40 est plus large (de 0,8 mm dans l'exemple décrit) que la gorge périphérique 20 de la plaque collectrice 12 C'est la raison pour laquelle, conformément à l'invention, on prévoit des protubérances 46 qui font saillie vers l'intérieur de la gorge périphérique 41 entre 10 les trous 16 et qui sont disposées en regard du bord extérieur 24 La profondeur des protubérances 46 est déterminée de telle manière que la distance L entre le bord extérieur 24 et le sommet de chaque protubérance 46 (figures 7 et 8) soit égale à la distance L entre le bord interne 24 de la plaque 15 collectrice 12 et le bord interne 22 de cette même plaque collectrice (figure 4). Ainsi, dans l'exemple représenté, les protubérances 46 font saillie de 0, 8 mm vers l'intérieur de la gorge périphérique 20 41 On pourra ainsi utiliser le même joint d'étanchéité 32 pour la plaque collectrice 12 et pour la plaque collectrice 40 Dans cette dernière, le rebord périphérique 34 du joint 32 sera guidé avec précision d'une part par le bord relevé extérieur 24 et, d'autre part, par les protubérances 46 25 régulièrement réparties selon la longueur de la plaque collectrice De la même manière, le pied 30 de la boîte collectrice 14 sera guidé et maintenu intérieurement par les protubérances 46 et extérieurement par le bord relevé 24 On pourra donc utiliser également les mêmes boîtes collectrices 30 pour les deux types d'échangeurs Il va de soi que le fait de ne pas avoir à prévoir un modèle différent de joint d'étanchéité et de couvercle de boite collectrice pour chaque épaisseur est d'un avantage important au regard du cot de fabrication et au stockage des pièces détachées. 35 Par ailleurs, on retrouve la même distance d pour séparer les parties longitudinales du bord intérieur 22 de la plaque collectrice (figures 3 et 4) et pour séparer les protubérances respectives 46 des partie longitudinales correspondantes du bord intérieur 22 de la plaque collectrice 40 (figures 6 et). Comme on le voit mieux sur la figure 8, les protubérances 46 5 sont formées par des saillies sensiblement planes espacées et alignées entre elles qui alternent avec des parties du bord intérieur 22 qui ne sont pas déformées et qui sont distantes du bord externe 24 d'une largeur M supérieure à la largeur L de la gorge périphérique 41 La différence entre les largeurs 10 M et L correspond à profondeur des protubérances 46 Les formes et dimensions des protubérances 46 sont susceptibles de nombreuses variantes Elles sont avantageusement formées par emboutissage en même temps que la plaque collectrice. En référence aux figures 2 à 7, on a décrit deux types de plaques collectrices, l'une ne comportant aucune protubérance, l'autre comportant des protubérances 46 Il va de soi que cet exemple n'est pas limitatif et que l'on peut imaginer 20 toute une série de plaques collectrices d'épaisseurs décroissantes Par exemple, une plaque collectrice en aluminium d'épaisseur 1,2 mm et des plaques collectrices de 1,0 mm, de 0, 8 mm, de 0,6 mm, etc d'épaisseur La plaque collectrice de plus forte épaisseur n'est pourvue d'aucune protubérance. 25 Au contraire, les plaques de moindre épaisseur sont pourvues chacune de protubérance 46. La profondeur des protubérances de chaque plaque collectrice est déterminée en fonction de son épaisseur de manière à 30 retrouver une largeur L de gorge périphérique constante égale à la largeur de la gorge périphérique de la plaque collectrice réalisée dans la tôle de plus faible épaisseur, la tôle d'aluminium de 1,2 mm d'épaisseur dans l'exemple. On réalise ainsi une série de plaques collectrices permettant de constituer des boîtes collectrices et des échangeurs qui acceptent tous le même joint d'étanchéité et le même couvercle de boîte collectrice Il en résulte un avantage appréciable du point de vue de la standardisation des pièces détachées L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation et elle peut s'appliquer aussi à des échangeurs de chaleur à plusieurs rangées de tubes Elle trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Revendications 1 Plaque collectrice d'échangeur de chaleur, perforée de trous ( 16) destinés à recevoir des tubes ( 4) d'échange de 5 chaleur et comportant une gorge périphérique ( 41) délimitée par un bord intérieur ( 22) et par un bord extérieur ( 24), la gorge périphérique ( 41) étant destinée à loger un joint d'étanchéité ( 32) pour assurer une étanchéité entre la plaque collectrice ( 40) et un couvercle ( 14) de boîte collectrice, 10 caractérisée en ce que le bord intérieur ( 22) comporte des protubérances ( 46) faisant saillie vers la gorge périphérique ( 20) et disposées en regard du bord extérieur ( 24). 2 Plaque collectrice selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que les protubérances ( 46) ont une profondeur déterminée de telle manière que la largeur (L) de la gorge périphérique ( 41), comprise entre le bord extérieur ( 24) de la gorge périphérique et les protubérances, permet de recevoir un joint d'étanchéité ( 32) et un couvercle ( 14) de boîte 20 collectrice de dimensions standard. 3 Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les protubérances ( 46) sont formées par des saillies sensiblement planes, espacées et alignées 25 entre elles. 4 Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les protubérances ( 46) sont formées par emboutissage de la plaque collectrice ( 20). 30 Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les protubérances ( 46) sont prévues entre les trous ( 16) destinés à recevoir les tubes ( 4). 6 Série de plaques collectrices ( 12, 40) d'échangeur de chaleur, chaque plaque collectrice étant perforée de trous ( 16) destinés à recevoir des tubes ( 4) d'échange de chaleur et comportant une gorge périphérique ( 20, 41) délimitée par un bord intérieur ( 22) et par un bord extérieur ( 24), la gorge périphérique ( 20, 41) étant destinée à loger un joint d'étanchéité ( 32) pour assurer une étanchéité entre la plaque collectrice ( 12, 40) et un couvercle ( 14) de boîte collectrice, chaque plaque collectrice ( 12, 40) ayant une épaisseur 5 donnée (El, E 2) , caractérisée en ce que les plaques ( 12, 40) ont des épaisseurs différentes (El, E 2), en ce que la distance (D) entre les bords extérieurs ( 24) de la gorge périphérique ( 20, 41) est la même pour chacune des plaques ( 12, 40) de la série, en ce que les bords intérieurs ( 22) de 10 la plaque collectrice ( 12) de la série ayant la plus forte épaisseur (El) ne comportent aucune protubérance ( 46) et en ce que les bords intérieurs ( 24) de chacune des autres plaques ( 40) de la série comportent des protubérances ( 46) ayant une profondeur telle qu'elle délimite une gorge 15 périphérique ( 41) ayant la même largeur (L) que la gorge périphérique ( 20) de la plaque ( 12) de plus forte épaisseur (E 2). 7 Série de plaques collectrices selon la revendication 6, 20 caractérisée en ce que la plaque collectrice ( 12) de la série ayant la plus forte épaisseur (El) est en aluminium, tandis que la plaque collectrice ( 40) de la série ayant la plus faible épaisseur (E 2) est en acier. 8 Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque collectrice ( 12, 40) selon l'une des revendications 1 à 7.