Brevet FR2871224A1 — publié le 20051209

Boîte collectrice munie de butées pour tubes d'échangeur de chaleur et son procédé d'assemblage L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice munie sur sa longueur de trous alignés propres à recevoir les extrémités de tubes. Une fois mis en place dans les trous, les extrémités des tubes sont rendus solidaires de la boîte collectrice par brasage. Selon le type d'échangeur de chaleur, les tubes s'étendent d'une première boîte collectrice à une deuxième boîte collectrice ou s'étendent en forme de U, leurs extrémités étant reliées à une unique boîte collectrice. Pour le montage d'une extrémité de tube dans un trou de la boîte collectrice, il est connu d'introduire l'extrémité du tube dans le trou jusqu'à ce que le bord de l'extrémité du tube entre en contact avec la paroi interne de la boîte collectrice située en vis à vis du trou. Il est également connu de couper l'extrémité du tube en biseau afin d'éviter que cette dernière n'obstrue presque totalement la section de passage de la boîte collectrice. Toutefois, un tel montage des tubes d'échangeur de chaleur dans les trous d'une boîte collectrice présente de nombreux inconvé-30 nients. Malgré la forme biseautée de l'extrémité du tube, la pénétra- tion de cette extrémité de tube sur une partie de la section droite de la boîte collectrice provoque une diminution des performances de l'échangeur de chaleur par une perte de charge interne de ce dernier. De plus, ceci entraîne également un surcoût de production du à la présence inutile de matière première dans la boîte collectrice. La coupe en biseau de l'extrémité d'un tube est complexe et 5 nécessite un changement de série de production des tubes, ce qui entraîne un surcoût de production. Avant la mise en place des tubes dans les trous de la boîte collectrice, la présence de la coupe en biseau des extrémités de tubes oblige à effectuer un détrompage, c'est-à-dire à orienter les tubes avant montage de sorte que l'orientation des extrémités biseautées des tubes soit identiques. L'invention a notamment pour but de surmonter ces inconvé-15 nients. Ainsi, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes dont une première extrémité communique avec une boîte collectrice munie longitudinalement de trous alignés, les premières extrémités des tubes étant disposées dans lesdits trous. Selon une caractéristique principale de l'invention, la boîte collectrice comprend au moins un bossage orienté vers Pinté- rieur de la boîte collectrice et situé à proximité d'un trou de sorte que l'extrémité du tube disposée dans ce trou est en butée contre ce bossage. De cette manière, la présence d'un bossage à proximité du trou 30 permet d'éviter l'introduction trop avancée de l'extrémité du tube dans la section droite de la boîte collectrice. Avantageusement, l'extrémité du tube a une coupe sensiblement droite, ce qui réduit également la quantité de matière intro-35 duite dans la boîte collectrice. Selon une première réalisation de l'invention, la boîte collectrice comprend, sur sa longueur, un bossage à proximité de chaque trou dans lequel est disposé une extrémité de tube. Selon une option de réalisation, chaque bossage est un bossage embouti de forme circulaire. Selon une autre option de réalisation, chaque bossage est un bossage embouti de forme oblongue. Selon une deuxième réalisation de l'invention, la boîte collectrice comprend un bossage s'étendant sur une partie au moins de la longueur de la boîte collectrice et étant à proximité d'au moins deux trous consécutifs de sorte que l'extrémité de chacun des tubes disposés dans lesdits trous est en butée contre ledit bossage. Selon une option de réalisation, les tubes sont des tubes plats en tôle métallique pliée. Selon une autre option de réalisation, les tubes sont des tubes plats extrudés. Dans une réalisation possible, la boîte collectrice comprend 25 deux demicoquilles, l'une des demi-coquille comprenant les trous alignés et au moins le bossage. L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'une boîte collectrice et de tubes pour échangeur de chaleur, comprenant le percement sur la longueur d'une partie de la boîte collectrice de trous propres à recevoir des tubes, l'introduction dans chacun desdits trous d'une extrémité des tubes et le brasage de l'extrémité des tubes à la boîte collectrice. Le procédé selon l'invention comprend, avant l'étape d'introduction des extrémités de tubes, la formation d'au moins un bossage orienté vers l'intérieur de la boîte collectrice et situé à proximité d'un trou de sorte que lors de l'introduction d'une extrémité de tube dans ce trou, ladite extrémité est amenée dans une position déterminée définie par la mise en butée contre ce bossage, le brasage étant effectué dans ladite position déterminée. Selon une première réalisation de l'invention, le procédé comprend, avant le percement des trous et la formation d'au moins un bossage, l'introduction d'une cloison transversale dans la boîte collectrice et la fixation de ladite cloison à la boîte collectrice. Selon une deuxième réalisation de l'invention, le procédé d'assemblage, pour une boîte collectrice comprenant deux demi-coquilles, comprend le percement sur la longueur d'une première demi-coquille de trous propres à recevoir les tubes, la formation d'au moins un bossage orienté vers l'intérieur de la demi-coquille et situé à proximité d'un trou, la mise en place d'une cloison transversale entre deux trous de la demi-coquille et, la mise en place de la deuxième demi-coquille en regard de la première demi-coquille puis la fixation à étanchéité des deux demi- coquilles pour former la boîte collectrice. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 montre un condenseur pour circuit de climatisation de véhicule moteur connu de l'art antérieur; - la Figure 2 est une vue en coupe d'une boîte collectrice reliée à un tube selon la figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe d'une boîte collectrice reliée à un tube selon l'invention; - la Figure 4 est une vue en perspective d'une boîte collec-5 trice selon une première réalisation de l'invention; - la Figure 5 est une vue en perspective d'une boîte collectrice selon une deuxième réalisation de l'invention. La Figure 1 représente un échangeur de chaleur de type condenseur pour circuit de climatisation de véhicule automobile parcouru par un fluide réfrigérant. Ce condenseur est muni de deux boîtes collectrices 2 et 4 reliées entre elles par un faisceau de tubes 6 s'étendant d'un côté de la boîte collectrice 2 à la boîte collectrice 4 de l'autre côté. Selon l'exemple de la figure 1, la boîte collectrice 2 comprend une première chambre 16 et une seconde chambre 18 séparées entre elles par une cloison 10. Entre deux tubes consécutifs du faisceau de tubes, des intercalaires 8 s'étendent de la boîte collectrice 2 à la boîte collectrice 4 pour favoriser les échanges thermiques entre le fluide réfrigérant circulant dans le condenseur et l'air s'écoulant entre les tubes et les intercalaires. La boîte collectrice 4 comprend une première chambre 17 et une deuxième chambre 21 séparées entre elles par une cloison 23. Le fluide réfrigérant chaud est mis en mouvement par un compresseur et est envoyé en phase vapeur surchauffée dans le condenseur où il est d'abord refroidi, condensé en phase liquide chaude puis "sous-refroidi" en phase liquide froide. Le fluide réfrigérant arrive dans le condenseur par l'entrée 12 débouchant dans la chambre 16 de la boîte collectrice 2. Ce fluide réfrigérant effectue une première passe P1 à travers les tubes 6 du condenseur, se condense lors de cette première passe P1 et arrive dans la première chambre 17 de la boîte collec- trice 4. Le fluide réfrigérant condensé est alors envoyé dans un réservoir 19. Ce réservoir est connu pour favoriser la séparation des phases gazeuse et liquide du fluide réfrigérant, par exemple par effet de gravitation, la phase gazeuse ayant tendance à s'élever et la phase liquide ayant tendance à descendre. On recueille alors la phase liquide préalablement condensée et qui est en cours de sous-refroidissement dans la deuxième chambre 21 de la boîte collectrice 4. Ce fluide réfrigérant subit alors une seconde passe P2 dans les tubes 6 du faisceau de tubes et débouche dans la deuxième chambre 18 de la boîte collectrice 2 avant de sortir par la sortie 14 de la boîte collectrice 2. Le fluide réfrigérant est alors envoyé dans un détendeur avant d'arriver à l'évaporateur où il accumule de la chaleur et passe en phase vapeur puis arrive au compresseur du circuit de refroidissement avant d'être envoyé au condenseur. Dans un échangeur de chaleur, par exemple un condenseur selon la figure 1, les tubes 6 sont reliés aux boîtes collectrices 2 et 4 perpendiculairement à l'axe longitudinal L des boîtes collectrices comme indiqué sur la figure 2. Ainsi, la boîte collectrice 2 de section droite circulaire à titre d'exemple uniquement est munie de trous 22 alignés selon l'axe longitudinal L de la boîte collectrice et recevant les extrémités 20 des tubes 6, ces extrémités étant fixées à la boîte collectrice par brasage. Il est connu de réaliser des tubes dont l'extrémité 20 présente une coupe en biseau comme schématisé sur la figure 2. Lors de l'introduction de l'extrémité d'un tube dans un trou 22, l'extrémité du tube est introduite jusqu'à ce que la pointe en biseau de l'extrémité 20 vienne en contact avec la paroi interne de la boîte collectrice 2 en vis-à-vis du trou. Une fois dans cette position, le tube est fixé à la boîte collec- trice 2 par brasage. Ce procédé d'introduction des tubes dans une boîte collectrice présente de nombreux inconvénients et notamment la présence de matière due à la pénétration de l'extrémité du trou dans la section droite de la boîte collec- trice, ce qui provoque des pertes de charges internes et une 5 diminution des performances du condenseur. Les figures 3, 4 et 5 présentent deux modes de réalisation de l'invention. Il est bien évident que l'invention ne s'applique pas unique-ment à des condenseurs selon la figure 1 mais s'applique à toute autre type d'échangeur de chaleur qui présente une boîte collectrice munie de trous dans lesquels sont introduits les extrémités de tubes de l'échangeur de chaleur. Selon la figure 3, la boîte collectrice comprend des trous 22 parallèles entre eux et alignés selon l'axe longitudinal L de la boîte collectrice 2. Les trous sont par exemple des fentes réalisées dans la paroi de la boîte collectrice et s'étendant sur un arc de cercle dans le plan d'une section droite de la boîte collectrice. Le segment reliant les deux extrémités d'une fente 22 à une longueur plus grande que la longueur de la plus grande dimension de la section droite du tube propre à être introduit dans cette fente. La boîte collectrice 2 comprend à proximité d'une extrémité de la fente 22 un bossage 26 orienté vers l'intérieur de la boîte collectrice. Ce bossage 26 est placé de sorte que lors de l'introduction de l'extrémité 20 du tube dans la fente 22, le bord 28 de cette extrémité 20 vienne en butée contre le bossage 26. Ainsi, le tube est introduit dans la boîte collectrice jusqu'à une position déterminée définie par la mise en butée contre le bossage 26. C'est dans cette position que le brasage est effectué pour fixer le tube 6 la boîte collectrice 2. Le fait que le bossage 26 est placé à proximité de l'extrémité d'une fente 22 permet de réduire la quantité de matière de l'extrémité du tube présente dans la section droite de la boîte collectrice et diminue ainsi les perte de charges internes de l'échangeur de chaleur. Dans la réalisation de la figure 3, le tube 6 a une extrémité de tube 20 qui comprend une coupe sensiblement droite de manière à réduire encore la quantité de matière du tube introduite dans la boîte collectrice 2. Dans la réalisation de la figure 3, il est prévu un deuxième bossage 24 symétrique du premier bossage 26 et réalisé à proximité de la deuxième extrémité de la fente 22 de sorte que l'extrémité du tube 20 à coupe sensiblement droite est introduite dans la fente 22 jusqu'à ce que les bords opposés 28 et 30 de cette extrémité 20 de tubes entrent chacun en contact avec le bossage 26, respectivement le bossage 24. Chaque bossage peut être un bossage embouti de forme circulaire, un bossage embouti de forme oblong, ou de toute autre forme. Selon la réalisation des figures 3 et 4, chaque fente 22 comprend un bossage situé à proximité de chacune des deux extrémités d'une fente 22. Il est possible de concevoir un unique bossage à une extrémité de chaque fente 22. Selon la réalisation de la figure 5, il est prévu que la boîte collectrice comprend un bossage 36 s'étendant longitudinalement sur une partie de la longueur de la boîte collectrice de manière à être à proximité de deux fentes consécutives 22. Dans ce cas, l'extrémité 20 d'un premier tube disposé dans une première fente 22 est en butée contre un bossage 36 de forme allongée servant également de butée à l'extrémité 20 d'un deuxième tube disposé dans une deuxième fente 22 adjacente à la première. Ce bossage 36 peut être réalisé par emboutissage comme précédemment. Il peut être également prévu un bossage 36 s'étendant sur une partie de la longueur de la boîte collectrice, par exemple pour être à proximité de plusieurs fentes consécutives de sorte qu'un seul bossage soit commun à ces différentes fentes consécutives. Les tubes utilisés dans la réalisation de l'invention peuvent être des tubes plats en tôle métallique pliée ou des tubes 5 plats réalisés par extrudage. La boîte collectrice présentée selon les figures 1 à 5 est une boîte collectrice à section droite circulaire. Toutefois, toute autre boîte collectrice ayant une autre section droite peut être utilisée dans le cadre de l'invention, par exemple une section elliptique, carrée, rectangulaire. Il est maintenant décrit le procédé d'assemblage d'une boîte collectrice 2 et des tubes. Le percement des fentes 22 est tout d'abord réalisé sur la longueur d'une partie de la boîte collectrice 2. Ce percement est effectué par exemple par poinçonnage. Le ou les bossages 26 ou 36 sont formés par exemple par emboutissage, à proximité des extrémités des fentes 22. Les tubes 6 sont alors introduits dans les fentes 22 de sorte que leurs premières extrémités 20 sont amenées dans une position déterminée définie par la mise en butée contre le ou les bossages situés à proximité des fentes 22. Une fois les tubes mis dans la position déterminée, le brasage est effectué pour fixer à étanchéité les tubes 6 à la boîte collectrice 2. La boîte collectrice 2 selon les figures 4 et 5 comprend deux chambres séparées par une cloison 10 mais pourrait comprendre 30 plusieurs chambres séparées par des cloisons. Si des cloisons doivent être positionnées dans la boîte collectrice, il est procédé à l'introduction de ces cloisons transversales dans la boîte collectrice et à la fixation de ces cloisons à la boîte collectrice avant le percement des fentes 22 selon l'axe longitudinal L de la boîte collectrice et la formation des bossages 26 ou 36. Dans le cas d'une boîte collectrice comprenant deux demi- coquilles propres à s'adapter l'une contre l'autre pour être fixée à étanchéité l'une à l'autre de façon à former la boîte collectrice, le procédé d'assemblage est adapté comme décrit ci-après. Dans ce cas, il est possible de réaliser le percement des fentes 22 et la formation des bossages 26 ou 36 sur l'une des demi-coquilles de la boîte collectrice. Une cloison transversale peut ensuite être mise en place dans cette demi- coquille entre deux fentes. Cette cloison transversale est fixée à la demi-coquille par exemple par clipsage. La deuxième demicoquille est ensuite mise en place en regard de la première demi-coquille, les deux demi-coquilles étant fixées l'une à l'autre à étanchéité pour former la boîte collectrice. Les deux demi-coquilles comprennent des bords longitudinaux repliés sensiblement à angle droit pour former des lèvres en saillie radialement vers l'extérieur. Ces lèvres sont soit repliées l'une sur l'autre pour réaliser la fixation entre les deux demi- coquilles, soit brasées l'une sur l'autre. Il est également possible de prévoir des bossages dans la boîte collectrice qui ne seraient pas réalisés par emboutissage mais qui correspondraient à une déformation de la boîte collectrice. On peut ainsi prévoir un pli longitudinal réalisé sur la boîte collectrice ou sur une demi-coquille de la boîte collectrice qui forme un bossage commun aux différentes fentes réalisées dans la boîte collectrice 2. Dans ce cas, il est possible de prévoir des cloisons transversales comprenant une déformation complémentaires du bossage longitudinal de sorte qu'une cloison transversale de ce type puisse être introduite dans la boîte collectrice ou dans la demi-coquille de la boîte collectrice. L'invention n'est pas limitée ni à la forme ni aux modes de réalisation des tubes et de la boîte collectrice décrits précédemment. Elle peut de plus s'appliquer à tout type d'échangeur de chaleur comprenant au moins une boîte collec- trice dans laquelle sont introduits des tubes. L'invention trouve une application aux moteurs de véhicules automobiles, et notamment aux véhicules de tourisme. Revendications 1. Echangeur de chaleur (1) comprenant un faisceau de tubes (6) dont une première extrémité communique avec une boîte collectrice (2) munie longitudinalement de trous alignés (22), les premières extrémités des tubes (20) étant disposées dans lesdits trous (22), caractérisé en ce que la boîte collectrice (2) comprend au moins un bossage (26) orienté vers l'intérieur de la boîte collectrice (2) et situé à proximité d'un trou (22) de sorte que l'extrémité du tube (20) disposée dans ce trou est en butée (28) contre ce bossage (26). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que l'extrémité du tube (20) a une coupe sensiblement droite. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la boîte collectrice (2) comprend, sur sa longueur, un bossage (26) à proximité de chaque trou (22) dans lequel est disposé une extrémité de tube (20). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque bossage (26) est un bossage embouti de forme 25 circulaire. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque bossage (26) est un bossage embouti de forme oblongue. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la boîte collectrice (2) comprend un bossage (36) s'étendant sur une partie au moins de la longueur de la boîte collectrice et étant à proximité d'au moins deux trous consécutifs (22) de sorte que l'extrémité de chacun des tubes disposés dans lesdits trous (22) est en butée contre ledit bossage (36). 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que les tubes (6) sont des tubes plats en tôle métallique pliée. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tubes (6) sont des tubes plats 10 extrudés. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte collectrice (2) comprend deux demicoquilles, l'une des demi-coquille compre- nant les trous alignés et au moins le bossage. 10. Procédé d'assemblage d'une boîte collectrice (2) et de tubes (6) pour échangeur de chaleur (1), comprenant le perce-ment sur la longueur d'une partie de la boîte collectrice (2) de trous (22) propres à recevoir des tubes (6), l'introduction dans chacun desdits trous (22) d'une extrémité des tubes (20) et le brasage de l'extrémité des tubes (20) à la boîte collectrice, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape d'introduction des extrémités de tubes (20), la formation d'au moins un bossage (26) orienté vers l'intérieur de la boîte collectrice (2) et situé à proximité d'un trou (22) de sorte que lors de l'introduction d'une extrémité de tube (20) dans ce trou (22), ladite extrémité est amenée dans une position déterminée définie par la mise en butée (28) contre ce bossage (26), le brasage étant effectué dans ladite position déterminée. 11. Procédé d'assemblage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend, avant le percement des trous (22) et 35 la formation d'au moins un bossage (26), l'introduction d'une cloison transversale dans la boîte collectrice (2) et la fixation de ladite cloison à la boîte collectrice (2). 12. Procédé d'assemblage selon la revendication 10 pour une boîte collectrice comprenant deux demi-coquilles, caractérisé en ce qu'il comprend le percement sur la longueur d'une première demi-coquille de trous (22) propres à recevoir les tubes (6), la formation d'au moins un bossage (26) orienté vers l'intérieur de la demi-coquille et situé à proximité d'un trou (22), la mise en place d'une cloison transversale entre deux trous (22) de la demi-coquille et, la mise en place de la deuxième demi-coquille en regard de la première demi-coquille puis la fixation à étanchéité des deux demi-coquilles pour former la boîte collectrice (2).