Brevet FR2929391A1 — publié le 20091002

Échangeur de chaleur à collecteur amélioré L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une plaque collectrice ayant une âme percée de trous pour recevoir des tubes d'un faisceau. Pour réaliser des échangeurs de chaleur pour véhicule automobile, il est connu de prévoir des collecteurs qui reçoivent les extrémités d'un faisceau de tubes dans lequel circule un fluide d'échange de chaleur. 10 Classiquement, le collecteur comporte une plaque collectrice recouverte d'un couvercle, la plaque collectrice étant percée de trous desquels dépassent les extrémités des tubes introduits dans celle-ci. Ces échangeurs sont généralement assemblés mécaniquement puis font l'oojet 15 d'un brasage ou d'une liaison mécanique, par exemple par introduction d'une olive dans l'extrémité des tubes avant que le couvercle ne soit serti sur la plaque collectrice. Pour s'assurer de la bonne liaison entre le faisceau de tubes et le collecteur, et 20 par là même assurer l'étanchéité de l'échangeur, il est classique que les tubes dépassent à l'intérieur du collecteur. Cela a pour conséquence .one perturbation de la circulation de fluide au sein du collecteur et des pertes de charge conséquentes. 25 Dans le cadre des applications modernes, les solutions ne fournissent donc pas satisfaction car les obligent à un surdimensionnement des échangeurs de chaleur pour compenser ces pertes. L'invention vient à améliorer la situation, 30 A cet effet, l'invention propose un échangeur de chaleur comprenant une plaque collectrice ayant une âme percée de trous pour recevoir des tubes d'un faisceau. Dans cet échangeur, certaines au moins des extrémités des tuoes présentent une portion formant collet qui vient en appui contre l'âme au niveau des trous. 35 Un tel échangeur de chaleur est particulièrement intéressant car, tout en assurant l'étanchéité de l'échangeur, les tubes sont agencés dans le collecteur de manière à limiter les pertes de charge. Dans des modes de réalisation, cet échangeur de chaleur peut présenter les caractéristiques suivantes : - les collets ont un rayon dont la valeur est comprise entre 0,15 et 0 3 fois le 10 diamètre hydraulique du tube ; - l'âme comportant des renfoncements au niveau du trou pour recevoir les extrémités des collets ; 15 - les tubes ont une section présentant un grand diamètre et un petit diamètre et la portion formant collet est réalisée sur une partie de l'extrémité du tube dans la direction du grand diamètre ; - la portion formant collet est sertie dans la plaque collectrice ; et 20 - l'âme comporte des collets au niveau des trous pour recevoir les tubes. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant : 25 a, fournir une plaque collectrice ayant une âme percée de trous, b. introduire un faisceau de tubes dans lesdits trous, 30 c. lier mécaniquement ledit faisceau de tubes et l'âme, d. fermer la plaque collectrice avec un couvercle,5 L'étape c. comporte la déformation d'une portion l'extrémité de certains au moins des tubes pour former un collet venant en appui contre ladite âme au niveau desdits trous. De manière optionnelle, ce procédé peut comprendre : * l'étape a. peut comprendre la fourniture d'une âme comportant des renfoncements au niveau desdits trous pour recevoir lesdites portions formant collet ; l'étape c. peut comprendre la déformation de l'extrémité desdits tubes dans la direction d'un grand diamètre desdits tubes ; et l'étape a. peut comprendre la fourniture d'une âme comportant des collets au niveau desdits trous pour recevoir lesdits tubes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif représentés sur les dessins dans lesquels : 20 - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention dans une direction longitudinale au niveau du collecteur selon une direction longitudinale de celui-ci ; et - la figure 2 est une vue en perspective partielle de l'échangeur de la figure 1 Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. La figure 1 représente une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention. L'échangeur comporte un collecteur :2, un faisceau 4 de tubes d'échange de chaleur 6, entre lesquels sont disposés des intercalaires 8. 25 30 Le collecteur 2 comporte une plaque collectrice 10 et un couvercle qui n'est pas représenté pour des raisons de simplicité. Classiquement, le couvercle et la plaque collectrice sont assemblés ensemble mécaniquement, par exemple par sertissage, ou encore par brasage pour former le collecteur 2 une fois que les tubes 6 ont été introduits dans la plaque collectrice 10. La plaque collectrice 10 comporte des trous 12 pour l'introduction des tubes 6. Les trous 12 peuvent être réalisés par perçage, par poinçonnage ou par toute autre technique appropriée. Lorsque les trous 12 sont réalisés par poinçonnage, la plaque 12 prend la forme d'une âme percée de trous bordés de collets 14 qui correspondent au surplus de matière suite au poinçonnage. Les collets 14 sont optionnels, et l'âme percée peut être agencée dans le collecteur 2 de sorte que les collets 14 soient disposés vers l'intérieur de celui-ci, ou vers l'extérieur de celui-ci, comme c'est le cas pour les figures 1 et 2. Dans tous les cas de figure, les collets 14 ont pour fonction principale de facil ter l'introduction des tubes 6 dans les trous 12 pour le montage de l'échangeur de chaleur, avant liaison des tubes 6 avec le collecteur 2. Les tubes 6 peuvent être réalisés de diverses manières, sous la forme de tubes à section ovale, rectangulaire, ou toute autre forme appropriée. Les tube; 6 peuvent comprendre un ou plusieurs canaux de circulation de fluide, et le nombre de canaux dans chaque tube peut varier le long de l'échangeur. Les intercalaires 8 agencés entre les tubes 6 sont utilisés pour agrandir la surface d'échange de chaleur et pour améliorer ainsi l'efficacité de l'échangeur. Dans d'autres modes de réalisation, les intercalaires 6 peuven-` être remplacés par des ailettes percées de trous que traversent les tubes 6. L'échangeur peut comporter un autre collecteur semblable au collecteur 2, ou un collecteur distinct. Dans ces cas, les tubes 6 pénètrent à chaque extrémité dans un de ces deux collecteurs. 25 30 Dans d'autres modes de réalisation, les tubes 6 sont réalisés par pliage, e les deux extrémités de chaque tube 6 pénètrent dans un seul collecteur 2, de manière adjacente. Dans les applications pratiques, les tubes 6 ne sont pcis toujours d'une longueur strictement identique. Il en résulte que les tubes 6 sont introduits avec des longueurs variables dans le collecteur 2. Pour illustrer cette situation, on a représenté sur la figure 1 trois tubes 6a, 6b et 6c de longueurs décroissantes. Ainsi, le tube 6a est celui qui a la plus graide longueur, et la tube 6c est celui qui a la plus petite longueur. Ces tubes ont cependant un diamètre hydraulique sensiblement identique, de l'ordre cle 2 mm2. Chacun des tubes 6a, 6b et 6c a une portion d'extrémité 20 qui traverse un trou 12 et qui pénètre l'âme 10. Dans l'exemple décrit ici, les tubes 6a, 6b et 6c ont une section sensiblement ovale qui présente une direction de grand diamètre D et une direction de petit diamètre d qui lui est orthogonale. Par analogie, on définit donc dans la portion 20 une partie de grand diamètre 22, qui s'étend dans la direction D, c'est-à-dire transversalement à la direction longitudinale du collecteur 2, et une partie de petit diamètre 24. Afin de réduire les pertes de charge associées à la portion 20 dans le collecteur 2, la partie de grand diamètre 22 est repliée pour venir en contact contre l'âme 12, de manière à former un collet dont le rayon est compris entre 0,15 et 0,3 fois le diamètre hydraulique du tube 6. Les expériences de la Demanderesse ont montré que le rayon des collets ainsi 30 réalisé permet d'obtenir des performances optimales en termes de pertes de charge, ainsi que pour la simplicité de montage de l'échangeur. Dans l'exemple décrit ici, ces collets sont formés par l'introduction d'une clive dans la portion 20, ce qui a pour résultat que seule la partie de grand diamètre 22 est déformée. II en résulte une partie intermédiaire 26 qui relie la partie de grand diamètre 22 et la partie de petit diamètre 24. Afin de mieux réduire les pertes de charge, l'âme 12 comporte des renfoncements 28 autour des trous 12 pour recevoir la partie de grand diamètre 22. Ainsi, comme on le voit le mieux sur la figure 2, lorsque la partie de grand diamètre 22 est sertie contre l'âme 12, aucune partie substantielle de la portion 20 ne dépasse dans le collecteur 2, comme les parties de petit diamètre 24 sont situées près du bord du couvercle. Dans un autre mode de réalisation, c'est l'ensemble de la portion 20 qui pourrait être déformée, c'est-à-dire la partie de grand diamètre 22 ensemble avec la parie de petit diamètre 24. On notera en outre que les renfoncements 28 sont agencés pour accommoder la partie de grand diamètre 22, quelque soit sa taille, comme cela est représenté par l'exemple des tubes 6a, 6b, et 6c. L'échangeur décrit ci-dessus peut donc être fabriqué comme suit. D'abord, on prévoit un faisceau de tubes de longueur sensiblement égale. Ensuite on fournit une plaque percée de trous (par poinçonnage ou perçage ou toute autre méthode appropriée), et la partie de la plaque autour de chacun des trous est emboutie pour créer des renfoncements de forme et de dimension choisies. Ensuite, les tubes sont introduits par leur extrémité dors les trous 12, jusqu'à ce pénétrer dans la plaque d'une longueur suffisante à la liaison mécanique entre eux. Un olivage est alors réalisé sur chacune des extrémités des tubes, de sorte que des parties des extrémités de ceux-ci viennent se loger dans les renfoncements, et sertir les tubes dans la plaque. Enfin, la plaque est refermée par un couvercle, qui définit avec la plaque un collecteur de l'échangeur de chaleur. Ces étapes sont répétées à l'autre extrémité des tubes lorsque l'échangeur comporte deux collecteurs. Comme on l'a vu plus haut, le couvercle et la plaque peuvent être sertis ensembles, ou encore être brasés ensemble, ainsi que les tubes le cas échéa-t. Dans ce qui précède, il conviendra d'apprécier que toutes les variantes peuvent être combinées entre elles dans la mesure de leur compatibilité. Bien que des modes préférés aient été présentés, il va de soi que l'invention englobe l'ensemble de ces variantes et leurs combinaisons. Revendications1. Échangeur de chaleur comprenant un collecteur (10) ayant une âme (10) percée de trous (12) pour recevoir des tubes (6) d'un faisceau, caractérisé en ce que certaines au moins des extrémités (20) desdits tubes (6) présentent une portion formant collet (22) et venant en appui contre ladite âme (10) au niveau desdits trous (12). 2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits collets (22) ont un rayon dont la valeur est comprise entre 0,15 et 0,3 fois le diamètre hydraulique desdits tubes. 3. Échangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite âme (10) comporte des renfoncements (28) au niveau desdits trous (22) pour recevoir les extrémités desdits collets (22). 4. Échangeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits tubes (6) ont une section présentant un grand diamètre et un petit diamètre, et en ce que la portion formant collet (22) est réalisée sur une partie (22) de l'extrémité (20) du tube (6) dans la direction du grand diamètre. 5. Échangeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portion formant collet (22) est sertie dans l'âme (10). 6. Échangeur selon l'une des revendications 1 à caractérisé en ce cue ladite âme (10) comporte des collets (14) au niveau desdits trous (12) pour recevoir lesdits tubes (6). 7. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, comprenant a. fournir un collecteur (2) ayant une âme (10) percée de trous (12), b. introduire un faisceau de tubes (6) dans lesdits trcus (12), c. lier mécaniquement ledit faisceau de tubes et l'âme, d. fermer le collecteur avec un couvercle, caractérisé en ce que l'étape c. comporte 8cl. déformer une portion (22) l'extrémité (20) de certains au moins des tubes (6) pour former un collet (22) venant en appui contre ladite âme (10) au niveau desdits trous (12). Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape a. comprencl : al. fournir une âme (10) comportant des renfoncements (28) au niveau desdits trous (12) pour recevoir lesdites portions formant collet (22). 10 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérsé en ce que l'étape cl. comprend : et 1. déformer l'extrémité desdits tubes (6) dans la direction d'un grand diamètre desdits tubes (6). 15 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'étape a. comprend en outre : al. fournir une âme (10) comportant des collets (14) au niveau desdits trous (12) pour recevoir lesdits tubes (6).