Brevet FR2894020A1 — publié le 20070601

RFR0247 Boite collectrice pour un échanqeur de chaleur et échanqeur comportant une telle boite collectrice L'invention concerne une boite collectrice pour échangeur de chaleur, notamment un échangeur de chaleur destiné à l'équipement d'un véhicule automobile, comportant un couvercle muni d'une fente apte à recevoir un collecteur et un collecteur prévu au niveau de ladite fente, le collecteur étant constitué une barrette munie de trous de passage d'extrémités de tubes. Des échangeurs comportant ce type de boites collectrices sont connus dans le cadre du refroidissement de fluides réfrigérants gazeux sous haute pression d'un véhicule automobile. Plus particulièrement, ils trouvent leur application dans le refroidissement de gaz de dioxyde de carbone dont la pression lors du fonctionnement de l'échangeur est généralement de l'ordre de 150 bars. Ces échangeurs présentent des spécifications techniques très strictes afin de résister à la pression des fluides les traversant. Les boites collectrices de ces échangeurs présentent, notamment, des diamètres internes réduits et des épaisseurs de parois élevées. Il est déjà connu de proposer des collecteurs monoblocs sous forme de barrette comme représenté à la figure 1. Un tel collecteur 10 monobloc comporte des trous 12 recevant les extrémités de tubes 2 d'un échangeur de chaleur sont formés par emboutissage. Ce procédé exige que la largeur de rive LR soit supérieure ou égale à deux fois l'épaisseur de la tôle. Toutefois, les collecteurs des échangeurs utilisés pour le refroidissement de fluides réfrigérants gazeux sous haute pression doivent posséder une épaisseur importante et une largeur réduite afin d'assurer une résistance à la pression suffisante. En conséquence, il est difficile de fabriquer le collecteur par emboutissage. 1 La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Dans ce but, elle propose une boite collectrice du type défini en introduction telle que la barrette est constituée d'un empilement de plaques. Les plaques comportent chacune des orifices venant en vis-à-vis des orifices de plaques voisines pour définir les trous de passages d'extrémité de tubes. La figure 2 est une vue partielle d'un échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 3 représente une vue en coupe selon l'axe III-III de la figure 1 d'une 10 extrémité d'un échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 4A représente un collecteur selon l'invention. La figure 4B représente une vue de dessus d'un collecteur selon l'invention. La figure 5 représente une vue partielle en coupe d'une plaque constituant un collecteur selon l'invention, l'axe de la coupe passant au niveau d'un moyen de positionnement. 20 On se réfère tout d'abord à la figure 2 qui représente un échangeur de chaleur selon l'invention. L'échangeur de chaleur 1 comporte une multiplicité de tubes 2 dans lesquels circule un fluide caloporteur. Les tubes 2 sont disposés parallèlement afin de former un faisceau. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, on utilisera des tubes plats. Par tube plat, on entend un tube de 25 section de forme générale oblongue, avec deux grands côtés parallèles et deux petits côtés reliant les extrémités respectives des grands côtés. Des intercalaires 4 sont placés entre chaque tube 2 afin de créer des surfaces d'échange thermique. L'échangeur de chaleur 1 comporte, en outre et comme représenté au niveau de la figure 3, au moins, une boite collectrice 6 se composant d'un 30 couvercle 8 muni d'une fente longitudinale apte à recevoir un collecteur 10. Le collecteur ferme ainsi le volume de la boite collectrice 6. Le collecteur 10 de la 15 boite collectrice 6 comporte des orifices 14 pour le passage pour les extrémités des tubes 2. Selon l'invention et comme représenté à la figure 3 et 4A, la barrette 12 définissant le collecteur 10 est constituée d'un empilement d'au moins deux plaques 16. Dans l'exemple de réalisation particulier de la figure 2, la barrette 12 est réalisée par un empilement de six plaques 16. L'empilement de plusieurs plaques 16 permet d'obtenir une épaisseur satisfaisante pour répondre à l'exigence de résistance à la pression du fluide. Le collecteur 10 ainsi formé se comporte comme un élément de structure multicouches , rigide et résistant. Chaque plaque 16 est de forme polygonale, en particulier rectangulaire. Une plaque 16 est munie de orifices ou trous 14 ajustés à la forme et au nombre de tubes 2. Les trous 14 d'une plaque 16 sont mis en vis-à-vis des trous 14 d'une plaque 16 voisine permettant ainsi le passage des extrémités de tubes plats 2 grâce à l'empilement. Du fait de la taille réduite des boites collectrices 6, les extrémités des tubes 2 pourront être tordues selon un angle prédéterminé afin de permettre leur introduction dans les trous 14 des plaques 16. L'angle de torsion a de l'extrémité des tubes dépendra du pas de tubes P et de la largeur L du collecteur (tous deux représenté à la figure 4B). Ainsi et pour permettre l'introduction des extrémités des tubes 2 tordus, les trous 14 prévus au niveau de la plaque 16 sont eux aussi inclinés d'un angle a par rapport à une perpendiculaire à l'axe longitudinal Al de la plaque représenté à la figure 4B. A titre d'exemple si le collecteur comporte un pas de tubes inférieur à 7 mm et d'une largeur inférieure à 7 mm, l'angle optimal sera alors compris entre 55 et 65. Dans l'exemple représenté, chaque plaque 16 ne comporte qu'une seule série de trous 14 de passage d'extrémité de tubes 2. Un mode de réalisation particulier prévoit que le collecteur 10 comporte deux séries de trous 14. Une plaque 16 est réalisée en un matériau métallique, de préférence en tôle aluminium ou en tôle d'un alliage d'aluminium. En outre, une plaque 16 pourra être traitée, notamment fluée, pour faciliter le brasage effectué pour terminer l'assemblage de l'échangeur 1. On pourra notamment utiliser une presse d'emboutissage pour la fabrication des plaques 16. Dans ce cas, la largeur de rive (LR) sera supérieure ou égale à deux fois l'épaisseur (E) de la tôle et l'emboutissage s'effectuera sans difficulté. Chaque plaque 16 comporte, en outre, des moyens de positionnement 18 d'une plaque par rapport à l'autre. Ces moyens correspondent à des déformations locales de la tôle de la plaque 16. Les moyens de positionnement sont positionnés le long d'au moins un bord longitudinal de la plaque 16. Dans l'exemple représenté à la figure 4, on a un moyen de positionnement 18 au bord de chaque bord longitudinal de chaque plaque 16. Un mode de réalisation particulier prévoit qu'un moyen de positionnement 18 est prévu entre au moins deux trous 14 adjacents de passage d'extrémité de tubes 2. Dans l'exemple représenté à la figure 5, ces déformations sont des emboutis de forme circulaire. Toutefois, ces déformations pourraient être de formes différentes, par exemple polygonale, notamment hexagonale. Ici, les moyens de positionnement 18 pourront être obtenus par emboutissage ou clinchage. Ces moyens de positionnement 18 permettent une tenue mécanique efficace des plaques 16. Cette tenue est assurée par l'emboîtement puis le pressage des moyens de positionnement 18. On obtient ainsi un bloc multicouche homogène de plaques 16 pouvant être manipulé lors des opérations de montage de l'échangeur de chaleur avant brasage. Le bloc de multicouche est ensuite assemblé notamment par sertissage avec le couvercle 8, sa manipulation est alors aisée et sans risque. Ce dernier pourra notamment être un couvercle extrudé. Puis, les extrémités des tubes 2 sont introduites dans le collecteur 10. L'ensemble des composants constituant l'échangeur de chaleur est enfin brasé pour rendre l'échangeur de chaleur étanche et résistant à la haute pression. L'invention trouve une application particulière dans le cadre d'échangeurs de chaleur fonctionnant sous haute pression et équipés de boîtes à fluide de faibles dimensions, notamment les refroidisseurs de gaz CO2 et les évaporateurs de gaz CO2 par exemple. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci avant, seulement à titre d'exemples, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager 15 l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Revendications 1. Boite collectrice pour un échangeur de chaleur destiné à l'équipement d'un véhicule automobile, notamment pour refroidir un fluide réfrigérant 5 gazeux sous haute pression, comportant : • un couvercle (8) muni d'une fente, • et un collecteur (10) prévu au niveau de ladite fente, ledit collecteur (10) étant constitué une barrette (12) munie de trous (14) de passage d'extrémités de tubes (2), 10 caractérisé en ce que ladite barrette (12) est constituée d'un empilement de plaques (16), lesdites plaques (16) comportant chacune des orifices venant en vis-à-vis des orifices de plaques voisines pour définir lesdits trous (14) de passages d'extrémité de tubes (2). 2. Boite collectrice selon la revendication 1, dans laquelle lesdites plaques (16) comportent en outre des moyens de positionnement (18) d'une plaque par rapport à l'autre. 20 3. Boite collectrice selon la revendication précédente, dans laquelle lesdites plaques sont constituées d'une feuille de tôle et dans laquelle lesdits moyens de positionnement (18) sont formés par déformation locale desdites feuille de tôle. 25 4. Boite collectrice selon la revendication précédente, dans laquelle ladite déformation locale desdites feuilles de tôle sont des emboutis. 5. Boite collectrice selon la revendication précédente, dans laquelle lesdits trous (14) prévus au niveau de ladite plaque (16) sont inclinés par rapport 30 à l'axe longitudinale de ladite plaque (16). 6 15 6. Boite collectrice selon la revendication précédente, dans laquelle lesdites moyens de positionnements (18) sont positionnés le long d'au moins un bord longitudinale de ladite plaque (16) et entre au moins entre au moins deux trous (14) adjacents de passage d'extrémité de tubes 2. 7. Echangeur de chaleur, comportant : • un faisceau de tubes (2) dans lequel circule un fluide caloporteur, • des intercalaires (4) placés entre lesdits tubes (2), • et au moins une boîte collectrice (6) selon l'une des revendications 1 à 8, • lesdits tubes (2) ayant des extrémités pénétrant dans les orifices de passage de tubes dudit collecteur (10) de ladite boite collectrice (6). 12. Utilisation d'un échangeur selon la revendication 7 en tant que 15 refroidisseur de gaz CO2. 13. Utilisation d'un échangeur selon la revendication 7 en tant qu'évaporateur de gaz CO2. 10