Brevet FR2927987A1 — publié le 20090828

Plaque collectrice renforcée pour échangeur de chaleur L'invention concerne une plaque collectrice pour échangeur de chaleur et un échangeur de chaleur muni d'une telle plaque. Elle concerne plus particulièrement une plaque collectrice pour échangeur de chaleur présentant un corps comportant au moins une bordure périphérique destinée à l'accrochage d'un couvercle et une partie dite centrale. Le corps est muni, dans la partie centrale, de trous pour le passage d'extrémités de tubes de l'échangeur de chaleur. Il est connu des échangeurs de chaleur comportant un faisceau de tubes et d'intercalaires, deux plaques collectrices et deux couvercles. Lors de la fabrication de l'échangeur de chaleur, on assemble en premier lieu le faisceau de tubes et d 'intercalaires. Ensuite, on assemble les deux plaques collectrices aux extrémités des tubes du faisceau. On place ensuite cet ensemble dans un four de brasage où ces différents composants seront brasés ensemble. Enfin, on vient assujettir, par sertissage, un couvercle sur chaque plaque collectrice afin de définir une boite collectrice permettant de recueillir le fluide circulant dans les tubes de l'échangeur de chaleur. Les plaques collectrices de l'art antérieur sont formées à partir d'une plaque métallique, de préférence en aluminium et sont d' épaisseur constante. La demanderesse s'est rendue compte que, lors de l'assemblage du couvercle et de la plaque collectrice par sertissage, les tubes et plus particulièrement ceux situés aux extrémités du faisceau subissent des contraintes. Ces contraintes sont exercées, en premier lieu, sur la plaque collectrice pendant le sertissage du couvercle. Elles sont transmises, en second lieu, aux tubes ce qui entraîne une fragilisation des tubes, fragilisation qui peut occasionner des fissures et donc des fuites du fluide circulant dans l'échangeur de chaleur. Ces contraintes peuvent aussi conduire à une déformation voire un écrasement des tubes dans leur région située au niveau de la plaque collectrice. L 'écrasement bouche au moins partiellement les tubes et empêche ainsi le fluide de circuler à travers l'échangeur de chaleur. L'invention vise à améliorer la situation. A cet effet, elle propose une plaque collectrice telle que définie précédemment, dans laquelle la plaque collectrice est munie d 'au moins un renfort dit de tenue aux efforts disposé sur la bordure périphérique. Une plaque collectrice selon l'invention permet ainsi d 'augmenter localement l'épaisseur de la plaque collectrice. Cette épaisseur supplémentaire rigidifie la plaque collectrice aux endroits désirés ce qui entraîne une diminution de la transmission aux tubes des contraintes exercées sur la plaque collectrice lors de l'étape de sertissage. Il n 'y a donc plus apparition de fissures ou de déformations sur les tubes. L 'invention concerne aussi un échangeur de chaleur comportant une plaque collectrice telle que décrite plus haut. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description à titre illustratif et non limitatif d'exemples issus des figures sur les dessins annexés dans lesquels : La figure 1A représente de manière schématique une partie d'une plaque collectrice selon un premier mode de réalisation de l'invention et selon une première vue. La figure 1B représente de manière schématique la même partie de plaque collectrice 25 que la figure 1 A et selon une deuxième vue. La figure 1C représente de manière schématique une vue en coupe d'une plaque collectrice munie d 'un couvercle. 30 La figure 2 représente de manière schématique une partie d'une plaque collectrice selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente une vue éclatée d'un échangeur de chaleur comportant deux plaques collectrices selon l'invention. La figure 4 représente une partie d'un échangeur de chaleur selon une variante de 1 'invention. 2 35 Telle qu'illustrée, l'invention concerne une plaque collectrice 10 pour un échangeur de chaleur. La plaque collectrice 10 présente un corps comportant au moins une bordure périphérique 12 destinée à l'accrochage d'un couvercle et une partie dite centrale 14. Le corps est muni, dans la partie centrale 14, de trous 16 pour le passage d'extrémités de tubes de l'échangeur de chaleur. La plaque collectrice 10 est munie d'au moins un renfort 18 disposé au moins localement sur la bordure périphérique 12. Le renfort 18 est, par exemple, apte à être brasé au corps de la plaque collectrice 10. La plaque collectrice présente une forme sensiblement rectangulaire avec deux dits grands cotés 20-A et 20-B et deux dits petits cotés 22 (dont un seul est visible dans les modes de réalisation des figures 1A, 1B, 2 et 3). Ainsi, on peut voir la plaque collectrice 10 comme comportant au moins deux cotés ou extrémités situées en vis-à-vis l'une de l'autre, à savoir respectivement les deux grands cotés 20-A et 20-B et les petits cotés 22. La plaque collectrice 10 s'étend selon un plan dit d 'extension générale. Le corps de la plaque collectrice 10 est en métal, par exemple en aluminium ou un alliage d'aluminium. La bordure périphérique 12 comporte en outre une gorge 24 dite de réception destinée à recevoir un joint et une partie d 'un couvercle appelée pied de couvercle. Cette gorge 24 a, ici, une forme en U sur l'ensemble du pourtour de la plaque collectrice. Une partie de la gorge de réception 24 est représentée à la figure 1C. Comme déjà évoqué plus haut, la plaque collectrice 12 comporte des trous 16 pour le passage de tubes 68. La forme de la gorge peut être vue comme une structure à trois cotés avec une base 60 s'étendant selon un plan parallèle au plan d'extension générale de la plaque collectrice 10 et deux ailes 62 et 64 du U sont perpendiculaires audit plan. La première aile 64 relie la base de la gorge à la partie centrale 14. Autrement dit, il s'agit de la partie de la gorge de réception 24 la plus proche des trous 16 pour le passage des tubes. Selon le mode de réalisation illustré, cette première aile 64 permet de définir, sur les grands cotés 20-A et 20-B, une partie des collets de réception des tubes qui seront décrits plus loin. La deuxième aile 62 est, quant à elle, la partie de la gorge de réception 24 la plus éloignée des trous 16 pour le passage des tubes. Cette deuxième aile 62 du U comporte des dents ou créneaux de sertissage 26. Encore autrement dit, la bordure périphérique 12 comporte une base 60 orientée sensiblement parallèlement à la partie centrale 14, une première aile 64 reliant la base et la partie centrale 14, et une deuxième aile 62. Ici, la deuxième aile 62 entoure la base et la partie centrale 14. La base et les première et deuxième ailes 64 et 62 définissent ensemble la gorge 24 de réception d 'un joint d 'étanchéité 66. Lors de l'assemblage de l'échangeur de chaleur, un couvercle 56 est inséré dans la bordure périphérique 12 en prenant appui sur le joint 66. Selon un mode de réalisation, le ou les renforts sont prévus au moins au niveau de la première aile. Ces dents 26, dont la fonction sera détaillée plus loin, sont réparties le long de la bordure périphérique 12, sur la deuxième aile de la gorge de réception et font saillie du plan d 'extension de la plaque collectrice. 25 La figure 1A représente une vue de la plaque collectrice dite vue orientée coté boite collectrice, et ceci en référence à un échangeur de chaleur une fois assemblé. Autrement dit, la figure 1A représente une vue de la plaque collectrice vue du couvercle. 30 La figure 1B représente une vue de la plaque collectrice dite vue orientée coté faisceau, et ceci en référence à un échangeur de chaleur une fois assemblé. Autrement dit, la figure 1B représente une vue de la plaque collectrice vue du faisceau d'échange de chaleur. 35 Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1A et 1B, le renfort 18 est issu de la matière du corps de la plaque collectrice 10. Autrement dit, le renfort 18 est formé par un repli du corps de la plaque collectrice 10.20 Un tel renfort peut ainsi être réalisé pendant l'emboutissage de la plaque collectrice, et donc directement intégré à cette dernière. Après constitution de l'échangeur de chaleur, le renfort est brasé au corps de la plaque collectrice 10. Le renfort 18 est relié au corps de la plaque collectrice 10 par l'intermédiaire d'au moins une patte de liaison 22. Ici, le renfort 18 est relié par trois pattes de liaison, chacune étant liée à la deuxième aile. 10 Le renfort est réalisé en forme de cornière, ou en forme de L. Cette configuration renforce la plaque collectrice en entourant la gorge 24 de réception sur deux faces de cette dernière. Ici, le renfort 18 renforce la base et la deuxième aile de la gorge de réception 24. 15 Le renfort 18 est muni d' ouvertures 27 entre chaque patte de liaison 22. Dans le mode de réalisation de la figure 1A, le renfort 18 comporte deux ouvertures 27. Ces ouvertures 27 se situent en vis-à-vis d 'au moins une dent de sertissage 26 de manière à autoriser le repliement des dents de sertissage 26 sur un couvercle sous l'action d 'un outil de sertissage. 20 Dans ce mode de réalisation, le renfort 18 est placé sur un des petits cotés 22 de la plaque collectrice. Les trous 16 de passages pour les extrémités des tubes sont adaptés à la forme des 25 extrémités des tubes du faisceau d 'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur. Ici, et comme visible sur la figure 1B, les trous 16 sont entourés chacun d'un collet présentant deux paires de côtés opposées. 30 Une première paire de cotés opposés, parallèle aux grands cotés 20-A et 20-B de la plaque collectrice, est formée directement par la gorge 24 de réception du joint et plus particulièrement par la première aile de la gorge de réception 24. L 'autre paire de cotés opposés, parallèle aux petits cotés 22 de la plaque collectrice, est 35 issue du corps de la plaque collectrice 10. Ces collets peuvent être formés par poinçonnage et relevage ou crevage de la plaque.5 Ce type de configuration de collet est avantageux car il permet de diminuer l'encombrement de l'échangeur de chaleur. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'une plaque collectrice selon l 'invention. Ici, le renfort 30 est une pièce rapportée assujettie au corps de la plaque collectrice 10 par un moyen d'accroche 32 apte à assurer un maintien au moins provisoire de la pièce rapportée sur le corps. Après assemblage de l'échangeur de chaleur, le renfort 30 qui est, ici, réalisé sous la forme d 'une pièce rapportée, est, elle aussi, brasée au corps de la plaque collectrice. Dans un tel cas, l'épaisseur du renfort pourra être différente de l'épaisseur de la plaque collectrice. Ici, le renfort est réalisé sous la forme d 'un U qui est disposé sur un des petits cotés 22 de la plaque collectrice 10. Cette forme en U permet de renforcer la plaque collectrice et plus particulièrement la gorge de réception 24 sur ces trois cotés, à savoir la base et les premières et deuxième ailes. Les deux ailes du U du renfort 30 viennent renforcer les deux ailes de la gorge de réception 24 et la base du U du renfort 30 vient renforcer la base du U de la gorge de réception 24. Autrement dit, le renfort 30 est adapté à la forme de la gorge de réception 24 et l'accrochage provisoire du renfort sur la gorge peut s'effectuer par emmanchement élastique, les deux ailes du U du renfort venant en appui contre les deux ailes de la gorge de réception 24. On peut noter que selon les modes de réalisation précédents, le ou les renfort 18 sont prévus au moins au niveau de la première aile de la gorge de réception 24. La figure 3 représente un échangeur de chaleur comportant au moins une plaque collectrice selon l'invention. Ici, l'échangeur de chaleur 50 comporte deux plaques collectrices 10-A et 10-13 selon l'invention. L'échangeur 50 comporte en outre un faisceau 52 de tubes et d'intercalaires, deux joues 54 et deux couvercles 56. La figure 4 représente une autre variante de l'invention dans laquelle le renfort 40 est aussi une pièce rapportée assujettie au corps de la plaque collectrice 10 par un moyen d 'accroche 42 apte à assurer un maintien au moins provisoire de la pièce rapportée sur le corps de la plaque collectrice 10. Dans ce mode de réalisation, le renfort 40 est venu de matière des joues 44 de l'échangeur de chaleur. Ici aussi, les renforts 40 sont brasés au corps de la plaque collectrice. 10 Dans un tel cas de figure, le renfort 40 est réalisé, par exemple, en forme de L. Cette configuration permet de renforcer le petit coté 22 de la plaque collectrice en bordant la gorge 24 de réception sur deux faces, à savoir la base et la deuxième aile de la gorge de réception 24. 15 Dans l'exemple représenté, la plaque collectrice est renforcée par trois renforts issus de la joue 44. Selon une variante de l'invention commune à tous les modes de réalisation, on prévoit de placer un ou plusieurs renforts au moins sur deux extrémités ou cotés de la plaque 20 collectrice en vis-à-vis, par exemple sur les deux petits cotés 22. Autrement dit, chaque extrémité située en vis-à-vis l'une de l'autre est muni d 'au moins un renfort. On peut aussi prévoir de munir tout le pourtour de la bordure périphérique 12 de renforts 18. L 'échangeur 50 est assemblé, par exemple, de la façon suivante : a) on assemble le faisceau 52 de tubes et d 'intercalaires, b) on insère les extrémités des tubes du faisceau 52 dans les ouvertures 16 de 30 deux plaques collectrices selon l'invention, c) on dispose, entre les deux petits cotés de chaque plaque collectrice deux joues 54 sur le faisceau 52 de tubes et d 'intercalaires, d) on brase l'ensemble � faisceau - plaque collectrice û joue � dans un four de brasage, 35 e) on insère un joint d 'étanchéité 66 dans la gorge de réception 24 de chaque plaque collectrice 10-A ou 10-B, 25 8 f) on assemble ensuite un couvercle 56, dont une partie appelée � pied de couvercle � est insérée dans la gorge de réception 24 de chaque plaque collectrice 10-A ou 10-B. Ainsi, le pied de couvercle prend en appui sur le joint, g) on assujetti le couvercle par sertissage sur la plaque collectrice par repliement des dents de sertissage 26 sur le couvercle 56, ce qui comprime le joint et assure l'étanchéité de la boite collectrice. Les plaques collectrices de l'échangeur de chaleur 50 sont munies de renforts tels précédemment décrits. Dans le cas où le ou les renforts ne sont pas venus de matière de la plaque collectrice comme, par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 2. L'étape b) telle que précédemment décrite se décompose en deux sous-étapes : - on insère les extrémités des tubes du faisceau dans les ouvertures des deux plaques collectrices puis, on attache les pièces rapportées servant de renfort à la plaque collectrice grâce aux moyens d 'accroche. Ainsi, lors de l'assemblage, par sertissage, du couvercle sur la plaque collectrice, les efforts exercés sur la plaque collectrice par l'outil de sertissage ne seront plus transmis aux tubes du faisceau. En effet, les renforts présents sur la plaque collectrice rigidifient cette dernière et bloquent ainsi la transmission des contraintes exercées sur la plaque collectrice. Il est possible de prévoir un échangeur sans joue, au quel cas l'étape c) décrite précédemment est omise. Revendications 1. Plaque collectrice (10) pour échangeur de chaleur présentant un corps comportant au moins une bordure périphérique (12) destiné à l' accrochage d'un couvercle (56) et une partie dite centrale (14), ledit corps étant muni dans ladite partie centrale (14) de trous (16) pour le passage d' extrémités de tubes dudit échangeur de chaleur caractérisée en ce que ladite plaque collectrice (10) est munie d'au moins un renfort(18, 30, 40), ledit renfort de tenue aux efforts (18, 30, 40) étant disposé sur ladite bordure périphérique (12). 2. Plaque collectrice selon la revendication 1, dans laquelle le renfort (18) vient de la matière dudit corps de ladite plaque collectrice (10). 3. Plaque collectrice selon la revendication précédente, dans laquelle ledit renfort (18) est relié audit corps de ladite plaque collectrice (10) par l'intermédiaire d'au moins une patte de liaison (22). 4. Plaque collectrice selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle le renfort (18) est apte à être brasé audit corps de ladite plaque collectrice (10). 5. Plaque collectrice selon la revendication 1, dans laquelle le renfort (30, 40) est une pièce rapportée assujettie audit corps de ladite plaque collectrice par un moyen d'accroche (32, 42) apte à assurer un maintien au moins provisoire de ladite pièce rapportée (30, 40) sur ledit corps, ladite pièce rapportée (30, 40) étant apte à être brasée audit corps. 6. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite bordure périphérique (12) comporte une base orientée sensiblement parallèlement à ladite partie centrale (14), une première aile reliant ladite base et ladite partie centrale, et une deuxième aile, ladite base et lesdites première et deuxième aile définissant une gorge (24) dite de réception d'un joint d'étanchéité et dans laquelle le ou lesdites renforts (18 ; 30 ; 40) sont prévus au moins au niveau de ladite première aile. 9 7. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit corps présente au moins deux cotés (22) situés en vis-à-vis l'un de l'autre et dans laquelle chaque coté (22) situé en vis-à-vis l'un de l'autre est muni d'undit renfort (18, 30, 40). 8. Echangeur pour échangeur de chaleur, comportant au moins un faisceau (52) de tubes et d'intercalaires, et au moins une plaque collectrice (10, 10-A, 10-B) dans laquelle sont reçues des extrémités desdits tubes, caractérisée en ce que la plaque collectrice (10, 10-A, 10-B) est une plaque collectrice (10, 10-A, 10-B) selon l'une des revendications précédentes. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, ledit échangeur comportant au moins une joue (54), dans lequel ledit renfort vient de la matière de ladite joue dudit échangeur de chaleur. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, dans lequel ledit couvercle (56) est assujetti à ladite plaque collectrice (10, 10-A, 10-B)