Brevet FR2902511A1 — publié le 20071221

Boîte collectrice pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur comportant une telle boite collectrice. L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicules automobiles. Elle concerne plus précisément une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comportant un collecteur qui est muni de collets pour l'insertion de tubes d'échange de chaleur et qui est entouré par une bordure surélevée délimitant une gorge périphérique, ladite boîte collectrice comportant un joint d'étanchéité présentant des manchons introduits respectivement dans les collets du collecteur pour assurer à chaque fois l'étanchéité avec un tube d'échange de chaleur, chaque manchon dépassant au-delà du collet respectif. Une boîte collectrice de ce type convient tout particulièrement comme boîte collectrice inférieure pour un échangeur de chaleur à écoulement vertical, c'est-à-dire dont les tubes sont verticaux pour permettre une circulation verticale d'un fluide par exemple de haut en bas. Dans ce cas particulier, les collets du collecteur sont dirigés vers le haut, tandis que la gorge périphérique est dirigée vers le bas. Le joint d'étanchéité est alors appliqué sous le collecteur, si bien que les manchons dépassent au dessus des collets respectifs. Dans tous les cas, la liaison des tubes avec la boîte collectrice s'effectue par assemblage mécanique avec compression des manchons pour garantir à chaque fois une étanchéité au niveau de la liaison des tubes et des collets respectifs. La compression des manchons s'effectue par expansion radiale des tubes au moyen d'un outil, communément appelé "olive", qui est introduit axialement à l'intérieur des tubes. Cet outil provoque ainsi la compression des manchons avec formation d'une surépaisseur ou bourrelet qui s'étend au-delà des collets correspondants. Toutefois, dans les réalisations connues jusqu'à ce jour, ce bourrelet dépasse faiblement du collet. Ainsi dans le 10 cas particulier d'une boîte collectrice inférieure, comme évoqué plus haut, le bourrelet dépasse faiblement au-dessus du collet et se trouve ainsi à une hauteur verticale inférieure à celle de la bordure surélevée du collecteur. 15 Autrement dit, la boîte collectrice inférieure étant considérée dans sa position normale d'utilisation, c'est-à-dire en position horizontale, le niveau du bourrelet se trouve placé en-dessous du niveau de la bordure surélevée du collecteur. 20 Une boîte collectrice de ce type est utilisée le plus souvent dans un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, c'est-à-dire dans un échangeur de chaleur qui est placé à l'avant d'un véhicule automobile et 25 qui est exposé à des projections extérieures. Il peut en résulter que de l'eau ou un autre liquide vienne s'accumuler dans la cuvette délimitée par la bordure surélevée du collecteur et vienne attaquer par l'extérieur les tubes dans la région de ces derniers qui se trouve 30 placée immédiatement au-dessus du bourrelet. Il peut donc en résulter une corrosion plus ou moins élevée des pieds des tubes en fonction de l'agressivité du liquide ainsi accumulé. Une telle corrosion peut être accentuée 35 dans le cas où le liquide est de l'eau chargée en sel, par exemple lorsque le véhicule circule sur des routes qui ont subi un salage ou sur des routes en bord de mer. Une telle corrosion peut à la longue créer des fuites dans les tubes, avec une perte de fonctionnement de l'échangeur de chaleur. Ce problème de corrosion peut aussi se poser en dehors du cas particulier précité, c'est-à-dire pour des boîtes collectrices qui ne sont pas nécessairement des boîtes collectrices inférieures pour échangeurs de chaleur à écoulement vertical. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet une boîte collectrice du type défini précédemment, dans laquelle le manchon se prolonge sur une hauteur suffisante au-delà du collet pour que l'extrémité du manchon se situe au moins à une hauteur de la bordure surélevée du collecteur. Ainsi, au lieu d'avoir un manchon s'étendant faiblement au-delà du collet, on réalise ici un manchon avec une surépaisseur préformée, encore appelé "tétine", qui se prolonge suffisamment au-delà du collet pour que son extrémité se situe au moins à la hauteur de la bordure surélevée du collecteur. L'extrémité du manchon qui forme une surépaisseur se trouve ainsi placée au moins au niveau de la bordure surélevée. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas particulier d'une boîte collectrice inférieure. En effet, si un liquide s'accumule dans la cuvette délimitée par la bordure surélevée du collecteur, il ne peut venir corroder les pieds de tubes étant donné que ceux-ci se trouvent protégés par l'extrémité du manchon qui s'étend sur une hauteur suffisante au-delà, ici au-dessus, du collet. Dans un mode de. réalisation avantageux de l'invention, l'extrémité du manchon présente un bourrelet et ce bourrelet est délimité extérieurement par une paroi tronconique qui va en s'évasant vers le collecteur en partant de l'extrémité du manchon. Il est avantageux, en ce cas, que le manchon comporte un corps de forme générale cylindrique et que la paroi tronconique du bourrelet se raccorde au corps par un épaulement annulaire formant butée de retenue. L'extrémité du bourrelet présente avantageusement un profil arrondi. Selon une autre caractéristique de l'invention, la boîte collectrice comprend en outre un couvercle muni d'un talon périphérique propre à être reçu dans la gorge périphérique du collecteur en comprimant un bord périphérique du joint d'étanchéité. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur à écoulement vertical comprenant un faisceau de tubes verticaux dont les extrémités inférieures débouchent dans une boîte collectrice telle que définie précédemment. Dans un tel échangeur de chaleur, les tubes du faisceau traversent avantageusement un ensemble d'ailettes, les extrémités des ailettes venant au contact des manchons respectifs du joint d'étanchéité de la boîte collectrice. L'échangeur de chaleur de l'invention trouve une application particulière sous la forme d'un radiateur de refroidissement pour un moteur de véhicule automobile. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :35 - la figure 1 est une vue schématique de face d'un échangeur de chaleur du type à écoulement vertical ; - la figure 2 est une vue en coupe du collecteur et du joint d'étanchéité d'une boîte collectrice selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un échangeur 10 de chaleur selon l'art antérieur comprenant une boîte collectrice selon la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe partielle du collecteur et d'un joint d'étanchéité d'une boîte collectrice selon 15 l'invention; et - la figure 5 est une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention comportant une boîte collectrice selon la figure 4. 20 On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un échangeur de chaleur 10 du type à écoulement vertical comportant un faisceau 12 composé d'une multiplicité de tubes verticaux 14 traversant un paquet d'ailettes 16 25 horizontales. Les extrémités supérieures des tubes débouchent dans une boîte collectrice supérieure 18 et leurs extrémités inférieures débouchent dans une boîte collectrice inférieure 20. La boîte collectrice 18 comporte un collecteur 22 et un couvercle 24 muni d'une tubulure 30 d'entrée 26. La boîte collectrice inférieure 20 comporte un collecteur 28 et un couvercle 30 muni d'une tubulure de sortie 32. Un tel échangeur de chaleur peut constituer notamment un 35 radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile du type à écoulement vertical de haut en bas, c'est-à-dire descendant, encore appelé down-flow (terme anglo-saxon). Dans ce cas, le fluide de refroidissement du moteur pénètre dans la boîte collectrice 18 par la tubulure 26, circule ensuite verticalement de haut en bas dans les tubes 14 pour gagner la boîte collectrice inférieure 20 et quitter ensuite l'échangeur par la tubulure de sortie 32. Comme un tel échangeur est habituellement placé à l'avant d'un véhicule automobile, il est soumis par conséquent à des risques de projections extérieures. En particulier, de l'eau salée est susceptible de s'accumuler sur le collecteur 28 comme on va le voir maintenant en référence aux figures 2 et 3. La figure 2 montre le collecteur 28 d'une boîte collectrice 20 selon l'art antérieur, avant assemblage des tubes et du couvercle. La boîte collectrice 20 est dans ce cas une boîte collectrice inférieure. Le collecteur 28 est destiné ici à un assemblage mécanique avec les tubes. Le collecteur 28 comprend une âme 34 qui, en position d'utilisation, se trouve placée horizontalement. L'âme 34 a une forme générale rectangulaire et elle comporte une pluralité de collets 36 dirigés vers le haut pour l'insertion des tubes. Par ailleurs l'âme 34 est entourée par une bordure surélevée 38 qui délimite une gorge périphérique 40 tournée vers le bas. La bordure 38 se prolonge vers le bas par des organes de sertissage 42, par exemple des dents repliables en forme de créneaux. Sous le collecteur 28 est placé un joint d'étanchéité 44 qui comporte des manchons 46 susceptibles d'être placés dans les collets correspondants 36. Le joint 44 comporte en outre un bord périphérique 48 susceptible d'être reçu dans la gorge 40 du collecteur. Comme on le voit sur la figure 2, chaque manchon 46 possède un bourrelet 50 qui dépasse faiblement au-dessus du collet 36. On voit que ce collet se situe à une distance d en dessous de la hauteur verticale H de la bordure surélevée, c'est-à-dire de son niveau horizontal. On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre une partie d'un échangeur de chaleur comportant une boîte collectrice selon la figure 2. On voit que le couvercle 30 comporte un talon périphérique 52 qui vient comprimer le bord 48 du joint d'étanchéité sous l'effet de la compression exercée par les organes de sertissage 42 lorsque ceux-ci sont repliés contre le talon 52. Par ailleurs, on voit que le tube 14 comporte une partie inférieure ou pied 54 qui a été expansée radialement pour assurer la compression du manchon 46 du joint. Comme indiqué précédemment, la bordure surélevée 38 du collecteur délimite une cuvette susceptible de recevoir un liquide corrosif jusqu'à la hauteur H, c'est-à-dire susceptible de corroder les pieds des tubes dans une zone Z (identifiée par un petit cercle sur la figure 3) qui se situe au-dessus du bourrelet 50 et en dessous de l'ailette 16 la plus basse. L'invention vise à surmonter cet inconvénient. On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre un collecteur 28 et un joint d'étanchéité 44 selon l'invention. Les éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 2 sont désignés par les mêmes références numériques. Le collecteur 28 comporte une âme 34 munie de collets 36 et présentant une bordure surélevée 38 délimitant une gorge périphérique 40 tournée vers le bas et présentant des organes de sertissage 42. Le joint d'étanchéité 44 comporte des manchons 46 en correspondance des collets 36 et un bord périphérique 48 formant surépaisseur et propre à être reçu dans la gorge périphérique 40. Le joint pourra notamment être réalisé dans un matériau élastomère approprié. Ce qui diffère essentiellement le joint de l'invention par rapport au joint de l'art antérieur est le fait que, dans l'invention, le joint présente une partie d'extrémité, en l'espèce un bourrelet conformé 60, qui se prolonge sur une hauteur suffisante h au-delà du collet, ici au-dessus du collet, pour que l'extrémité supérieure du bourrelet 62 se situe au moins à la hauteur verticale H de la bordure surélevée 38 du collecteur. Dans l'exemple représenté, cette extrémité supérieure 62 dépasse quelque peu au-dessus de la hauteur verticale H. Le bourrelet 60 présente dans l'invention une forme spécifique qui le différencie fondamentalement du bourrelet de l'art antérieur. Dans l'exemple de réalisation représenté, le bourrelet 60 est délimité extérieurement par une paroi tronconique 64 qui va en s'évasant vers le collecteur, donc vers le bas, en partant de l'extrémité supérieure 62 et qui se raccorde par un épaulement annulaire 66 au corps 68 de forme générale cylindrique que comporte le manchon 46. Le corps 68 a une forme cylindrique dont la section peur être circulaire ou non circulaire en fonction de la section transversale des tubes. L'épaulement annulaire forme également butée de retenue facilitant un bon maintien du manchon en position. On se réfère maintenant à la figure 5 qui est homologue à la figure 3 de l'art antérieur mais qui utilise un joint 44 selon l'invention avec un bourrelet conformé 60. On voit sur la figure 5 que le bourrelet 60 se prolonge au moins jusqu'au niveau H formé par la bordure surélevée 38. Il en résulte que si un liquide plus ou moins corrosif s'accumule dans la cuvette délimitée par la bordure surélevée, il ne peut venir corroder le pied des tubes 14 puisque ces derniers sont protégés extérieurement et de manière individuelle par un bourrelet conformé 60 qui s'étend sur une hauteur suffisante. On voit également sur la figure 5 que ce bourrelet se prolonge jusqu'à venir en appui avec les extrémités des ailettes, c'est-à-dire contre l'ailette 16, dans l'exemple située la plus basse, dans une région R entourée par un cercle sur la figure. Dans ces conditions, on garantit une protection des pieds des tubes contre la corrosion à partir de liquides susceptibles de s'accumuler sur le collecteur. Les tubes 14 peuvent avoir une section transversale circulaire ou non circulaire, par exemple ovale ou elliptique. Il peuvent être présents en une ou plusieurs rangées. Bien que l'invention ait été décrite en référence particulière à un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule, du type à écoulement vertical de haut en bas, elle peut trouver une application à d'autres types d'échangeurs de chaleur par exemple à des échangeurs de chaleur dans lesquels les tubes permettent un écoulement vertical de bas en haut, ou encore à des échangeurs de chaleur dont une partie des tubes permet un écoulement vertical de haut en bas et une autre partie des tubes permet un écoulement vertical de bas en haut. Ainsi l'invention ne se limite pas à une boîte collectrice inférieure pour un échangeur de chaleur à écoulement vertical, et elle s'applique aussi à des boîtes collectrices présentant une autre orientation, y compris des boîtes collectrices disposées, verticalement. Revendications 1. Boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comportant un collecteur (28) qui est muni de collets (36) pour l'insertion de tubes (14) d'échange de chaleur et qui est entouré par une bordure surélevée (38) délimitant une gorge périphérique '(40), ladite boîte collectrice comportant un joint d'étanchéité (44) présentant des manchons (46) introduits respectivement dans les collets (36) du collecteur pour assurer à chaque fois l'étanchéité avec un tube (14) d'échange de chaleur, chaque manchon (46) dépassant au-delà du collet respectif, caractérisée en ce que le manchon (46) se prolonge sur une hauteur suffisante (h) au-delà du collet (36) pour que l'extrémité (62) du manchon se situe au moins à une hauteur (H) de la bordure surélevée (38) du collecteur (28). 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité (62) du manchon (46) présente un bourrelet (60) et en ce que le bourrelet (60) est délimité extérieurement par une paroi tronconique (64) qui va en s'évasant vers le collecteur en partant de l'extrémité (62) dudit manchon. 3. Boîte collectrice selon la revendication 2, caractérisée en ce que le manchon (46) comporte un corps (68) de forme générale cylindrique et que la paroi tronconique (64) du bourrelet (60) se raccorde au corps par un épaulement annulaire (66) formant butée de retenue. 4. Boîte collectrice selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'extrémité 62) du bourrelet (60) présente un profil arrondi. 5. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un 1035couvercle {30) muni d'un talon périphérique (52) propre à être reçu dans la gorge périphérique (40) du collecteur en comprimant un bord (48) du joint d'étanchéité (44). 6. Echangeur de chaleur à écoulement vertical, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes (14) verticaux dont les extrémités inférieures débouchent dans une boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tubes (14) du faisceau traversent un ensemble d'ailettes (16), et en ce que les extrémités des ailettes viennent au contact des manchons respectifs (46) du joint d'étanchéité (44) de la boîte collectrice. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un radiateur de refroidissement pour un moteur de véhicule automobile.