Brevet FR2891614A1 — publié le 20070406

RFR0229 Échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice résistant à la pression L'invention concerne une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur utilisable notamment dans l'industrie automobile, comprenant une paroi tubulaire présentant au moins une fente pour l'insertion d'une multiplicité de tubes plats mutuelle- ment alignés dans une direction longitudinale. On utilise notamment dans l'industrie automobile des refroidisseurs de gaz dans lesquels circule un fluide réfrigérant travaillant à des pressions élevées tel que CO2. Dans une application typique, un tel refroidisseur doit résister à un essai d'éclatement à une pression de 34 MPa et une température de 165 C, nécessitant une épaisseur de paroi de 2, 5 mm pour une boîte collectrice d'un diamètre intérieur de 7 mm, ce qui implique des coûts de matière élevés. De plus, il n'est pas possible de réaliser par poinçonnage (avec enlève-ment de matière) ou par crevage (sans enlèvement de matière) dans une telle boîte collectrice des fentes pour le passage de tubes dont la section transversale présente par exemple une longueur de 7 mm et une largeur de 1,65 mm. Ces fentes doivent donc être réalisées par perçage, ce qui accroît également les coûts de main-d'oeuvre. Le but de l'invention est de remédier à tout ou partie de ces inconvénients. L'invention vise notamment une boîte collectrice du genre défini en introduction, et prévoit que ladite paroi tubulaire présente une épaisseur variable dans la direction circonférentielle. On peut ainsi réduire l'épaisseur de la paroi dans les zones où celle-ci est le moins sollicitée, économisant ainsi de la matière sans nuire à la résistance mécanique de la paroi tubulaire, ou augmenter la résistance mécanique de la paroi tubulaire à la pression interne. Avantageusement, cette épaisseur est minimale dans la zone de la ou des fentes d'insertion des tubes, où la paroi est renforcée du fait de son brasage aux tubes, ce qui permet de réaliser la ou les fentes par poinçonnage ou par crevage. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen-10 taires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Ladite épaisseur varie progressivement entre une zone d'épaisseur minimale et une zone d'épaisseur maximale, de part et d'autre d'un plan passant par lesdites zones. - Ledit plan est sensiblement un plan de symétrie de ladite paroi tubulaire. - Les sections transversales intérieure et extérieure de la 20 paroi tubulaire sont sensiblement circulaires et excentrées l'une par rapport à l'autre. - Les sections transversales intérieure et extérieure de la paroi tubulaire sont l'une sensiblement circulaire et 25 l'autre légèrement ovale. - La paroi tubulaire est formée d'une seule pièce. - La paroi tubulaire est formée par l'assemblage d'une pièce 30 creuse en forme de canal et d'une plaque collectrice présentant la ou les fentes d'insertion des tubes. L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur utilisable notamment dans l'industrie automobile, comprenant une boîte collectrice telle que définie ci-dessus et une multiplicité de tubes plats mutuellement alignés dans ladite direction longitudinale, une région d'extrémité de chaque tube s'engageant dans une fente de ladite paroi tubulaire, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'invention, dans lequel on forme par une opération de poinçonnage ou de crevage la ou les fentes d'insertion des tubes dans la zone d'épaisseur minimale de ladite paroi tubulaire. Selon une caractéristique optionnelle du procédé, la section transversale extérieure de la paroi tubulaire est légèrement ovale avant ladite opération, son grand axe étant orienté dans la direction de déplacement de l'outil, et sensiblement circulaire après ladite opération. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe transversale de la paroi tubulaire d'une boîte collectrice d'un refroidisseur de gaz selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une pièce creuse en forme de canal conforme à l'invention. La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une paroi tubulaire formée par l'assemblage de la pièce creuse de la 25 figure 2 et d'une plaque collectrice. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une paroi tubulaire munie de fentes dans lesquelles pénètrent les extrémités de tubes plats dans un refroidisseur de gaz selon l'invention. La figure 5 est une vue en coupe transversale d'une paroi tubulaire de boîte collectrice avant la réalisation par poinçonnage ou par crevage des fentes de passage de tubes plats pour la fabrication d'un refroidisseur de gaz selon l'invention. La figure 6 est une vue analogue à la figure 5 montrant la paroi tubulaire après poinçonnage. La figure 7 est une vue analogue à la figure 5 montrant la paroi tubulaire après crevage. La paroi tubulaire 1 de boîte collectrice représentée sur la figure 1, destinée à un échangeur de chaleur, notamment un refroidisseur de gaz dans une boucle de climatisation de véhicule automobile utilisant CO2 en tant que fluide réfrigérant, présente une section transversale extérieure sensiblement ovale ou elliptique et une section transversale intérieure sensiblement circulaire dont le centre CI est décalé par rapport au centre CE de la section extérieure le long du grand axe A de cette dernière. Il résulte de cette configuration que l'épaisseur de la paroi 1 varie dans la direction circonférentielle, prenant une valeur minimale em et une valeur maximale em dans deux zones diamétralement opposées traversées par l'axe A, et variant progressivement de cette valeur minimale à cette valeur maximale dans chacune des moitiés, gauche et droite sur la figure, délimitées par le plan de symétrie de la paroi 1, ayant pour trace l'axe A. La figure 1 montre également une fente longitudinale 2 traversant la paroi 1 dans sa zone d'épaisseur minimale. Il peut s'agir, comme décrit dans EP 0 845 647 A, soit d'une fente individuelle destinée à l'insertion d'un tube plat, alignée avec d'autres fentes semblables dans la direction longitudinale de la boîte collectrice, soit d'une fente collective destinée à recevoir plusieurs extrémités de tubes mutuellement alignées dans cette même direction. Dans les deux cas, les tubes s'étendent essentiellement selon des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal de la boîte collectrice, et présentent une région d'extrémité tournée de 90 par torsion pour s'engager dans la fente 2. Grâce à l'épaisseur réduite em traversée par la fente 2, celle-ci peut être réalisée par poinçonnage ou par crevage et par conséquent de façon économique. En outre, cette réduction d'épaisseur s'accompagne d'une économie de matière, sans perte de résistance à la pression, la paroi 1 2891614 5 étant renforcée dans la zone considérée par sa liaison par brasage avec les tubes. La figure 2 représente une pièce creuse 6 en forme de canal, dont la section transversale diffère de celle de la paroi tubulaire 1 par un enlèvement de matière dans la zone d'épaisseur minimale et au voisinage de celle-ci, conduisant à un profil ouvert en C. La figure 3 montre la même pièce 6, dont le profil ouvert est fermé par une plaque collectrice 7 rapportée, traversée par une ou plusieurs fentes longitudinales 8 semblables à la fente ou aux fentes 2. L'épaisseur de la plaque 7 dans la zone des fentes représente sensiblement l'épaisseur minimale em de la paroi tubulaire 6-7. La figure 4 représente une paroi tubulaire 11 semblable à celle de la figure 1, dans laquelle les fentes longitudinales 2 sont remplacées par des fentes transversales 12 obtenues également par poinçonnage ou par crevage et recevant les extrémités de tubes plats 13 qui n'ont pas subi de torsion. Dans l'exemple illustré, la longueur des fentes 12 et de la section transversale des tubes 13 est supérieure au diamètre intérieur de la paroi 11, de sorte que les fentes 12 ne débouchent à l'intérieur de la boîte collectrice que sur une partie de leur longueur. La figure 5 représente une paroi tubulaire 16 de boîte collectrice avant réalisation des fentes d'insertion de tubes. Les sections transversales intérieure et extérieure sont toutes deux légèrement ovales ou ellipsoïdales, leurs centres étant décalés l'un par rapport à l'autre dans la direction de leur grand axe commun A de telle sorte que, comme dans l'exemple de la figure 1, l'épaisseur de la paroi 16 présente une valeur minimale em et une valeur maximale em dans deux zones diamétralement opposées traversées par l'axe A, et varie progressivement entre ces deux valeurs dans chacune des deux moitiés délimitée par le plan longitudinal de symétrie passant par l'axe A. 2891614 6 C'est dans la zone d'épaisseur minimale em que sont formées par poinçonnage des fentes transversales 17 dont l'une est représentée sur la figure 6, destinées à l'insertion d'extrémités de tubes non représentés. La force de poinçonnage provoque une diminution des dimensions de la paroi 16 dans la direction de l'axe A, ses sections transversales intérieure et extérieure devenant ainsi sensiblement circulaires. Dans cet exemple, la longueur des fentes 17 est inférieure au diamètre intérieur de la paroi 16, de sorte que les fentes débouchent à l'intérieur de la boîte collectrice sur toute leur longueur. Si on remplace l'opération de poinçonnage par une opération de crevage, on obtient la structure représentée sur la figure 7, qui diffère de celle de la figure 6 par la présence de collets 18. Bien qu'ayant été décrite dans son application à un refroi- disseur de gaz CO2 dans une boucle de climatisation de véhicule automobile, l'invention est également applicable à des condenseurs de boucles de climatisation classiques ainsi qu'à d'autres types d'échangeur de chaleur. Par ailleurs, les caractéristiques (forme circulaire ou ovale des sections transversales intérieure et extérieure de la paroi tubulaire, orientation longitudinale ou transversale des fentes, longueur des fentes transversales par rapport au diamètre intérieur de la paroi tubulaire) qui ont été décrites dans des combinaisons particulières peuvent être associées selon toutes autres combinaisons techniquement réalisables. Revendications 1. Boîte collectrice pour un échangeur de chaleur utilisable notamment dans l'industrie automobile, comprenant une paroi tubulaire (11) présentant au moins une fente (12) pour l'insertion d'une multiplicité de tubes plats (13) mutuelle-ment alignés dans une direction longitudinale, caractérisé en ce que ladite paroi tubulaire présente une épaisseur variable dans la direction circonférentielle. 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, dans laquelle ladite épaisseur varie progressivement entre une zone d'épaisseur minimale (em) et une zone d'épaisseur maximale (eM), de part et d'autre d'un plan (A) passant par lesdites zones. 3. Boîte collectrice selon la revendication 2, dans laquelle ledit plan (A) est sensiblement un plan de symétrie de ladite paroi tubulaire. 4. Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite épaisseur est minimale (em) dans la zone de la ou des fentes d'insertion des tubes. 5. Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les sections transversales intérieure et extérieure de la paroi tubulaire sont sensiblement circulaires et excentrées l'une par rapport à l'autre. 6. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les sections transversales intérieure et extérieure de la paroi tubulaire (1) sont l'une sensiblement circulaire et l'autre légèrement ovale. 7. Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la paroi tubulaire (1) est formée d'une seule pièce. 8. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle la paroi tubulaire est formée par l'assemblage d'une pièce creuse (6) en forme de canal et d'une plaque collectrice (7) présentant la ou les fentes (8) d'insertion des tubes. 9. Échangeur de chaleur utilisable notamment dans l'indus-trie automobile, comprenant une boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes et une multiplicité de tubes plats (13) mutuellement alignés dans ladite direction longitudinale, une région d'extrémité de chaque tube s'engageant dans une fente (12) de ladite paroi tubulaire (11). 10. Procédé de fabrication d'un élément selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on forme par une opération de poinçonnage ou de crevage la ou les fentes (2) d'insertion des tubes dans la zone d'épaisseur minimale (em) de ladite paroi tubulaire (1). 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la section transversale extérieure de la paroi tubulaire (16) est légèrement ovale avant ladite opération, son grand axe étant orienté dans la direction de déplacement de l'outil, et sensiblement circulaire après ladite opération.