Brevet FR2945613A1 — publié le 20101119

RFR0521 Boîte collectrice pour échangeur de chaleur, en particulier à flux multiples L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement une boîte collectrice 10 pour échangeur de chaleur, comprenant une plaque collectrice ayant un fond percé de trous pour l'insertion des tubes d'un faisceau et entouré d'une gorge périphérique, un couvercle muni d'un talon périphérique, un joint d'étanchéité interposé entre la gorge périphérique et 15 le talon périphérique, et dans laquelle le couvercle présente au moins une cloison transversale propre à comprimer une barrette transversale du joint d'étanchéité. Dans une boîte collectrice de ce type, la présence d'une ou 20 plusieurs cloisons transversales permet de délimiter au moins deux compartiments qui sont respectivement en communication fluidique avec des parties correspondantes du faisceau de tubes. 25 En conséquence, une telle boîte collectrice peut être utilisée notamment dans des échangeurs de chaleur à flux multiples, encore appelés "multi-échangeurs", qui sont parcourus soit par au moins deux fluides différents, soit par un même fluide mais à des niveaux de température 30 différents. Une application particulière possible est celle des radiateurs parcourus par un même fluide, généralement le 15 fluide de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, à deux niveaux de température qualifiés respectivement de haute température et de basse température. Il est impératif que la barrette transversale du joint d'étanchéité, qui est comprimée par la cloison transversale du couvercle, assure une parfaite étanchéité entre les deux compartiments de la boîte collectrice pour éviter toute fuite ou tout mélange de fluide. Des essais ont été fait avec un joint d'étanchéité présentant un contour de forme générale rectangulaire et une barrette transversale reliant deux côtés longitudinaux du joint d'étanchéité en formant un huit allongé. Plus précisément, les joints d'étanchéité avaient un pourtour généralement plan, tandis que la barrette transversale était décalée par rapport au plan du pourtour pour pouvoir s'appuyer sur le fond de la plaque collectrice, lequel se situe à un niveau différent du fond de la gorge périphérique. Bien que donnant des résultats intéressants, de tels joints ont montré les inconvénients suivants. Le décalage de la barrette par rapport au plan du pourtour du joint conduit à des difficultés lors du montage du joint, lequel doit être correctement positionné pour que, lors de l'assemblage du couvercle, l'extrémité de la cloison transversale vienne comprimer la barrette transversale du joint sur toute sa longueur, y compris au niveau des deux extrémités de la barrette qui se raccordent au pourtour du joint d'étanchéité. En effet, si cette barrette n'est pas correctement positionnée au départ et si elle n'est pas ensuite correctement comprimée, il peut en résulter des risques de fuite. Dans une boîte collectrice de ce type, le couvercle est serti sur la plaque collectrice, cette dernière étant entourée d'un bord relevé muni d'organes de sertissage, tels que des pattes repliables en forme de créneaux. Ces pattes de sertissage sont prévues sur toute la périphérie du bord relevé, donc de la plaque collectrice et permettent d'assurer à la fois la compression du pourtour du joint d'étanchéité, et aussi la compression de la barrette transversale. Cela étant, on connaît des plaques collectrices dont le fond est dépourvu de gorge périphérique mais de telles plaques collectrices n'autorisent pas un aussi bon positionnement du joint d'étanchéité, puisque ce dernier n'est pas logé dans une gorge périphérique. L'invention a notamment pour but de surmonter les 25 inconvénients précités. Elle vise plus particulièrement à procurer une boîte collectrice du type défini en introduction, dans laquelle la barrette du joint d'étanchéité sera automatiquement 30 positionnée de façon correcte pour assurer l'étanchéité de la boîte collectrice au niveau de la cloison transversale correspondante. L'invention propose à cet effet une boîte collectrice telle que définie en introduction, dans laquelle le fond de la plaque collectrice est enfoncé localement pour définir un passage plan reliant transversalement deux régions opposées de la gorge périphérique et se situant sensiblement au niveau du fond de cette gorge périphérique pour recevoir la barrette transversale du joint. Ainsi, le fond de la plaque collectrice est déformé localement pour former un passage plan qui se situe sensiblement au niveau de la gorge périphérique, ce qui permet d'utiliser un joint d'étanchéité dont la barrette est coplanaire avec son pourtour. Le passage plan du fond de la plaque collectrice définit une sorte de gorge élargie qui permet de loger la barrette au même niveau que son pourtour. Dans ces conditions, la barrette du joint se trouve correctement positionnée et garantit une parfaite étanchéité lors de la mise en place et de l'assemblage mutuel de la plaque collectrice et du couvercle. Avantageusement, le fond de la plaque collectrice et le 25 passage plan s'étendent dans des plans parallèles distants l'un de l'autre. De préférence, le passage plan est relié au fond de la plaque collectrice par deux passages inclinés, ce qui 30 permet de réaliser deux transitions douces entre le passage plan et le fond de la plaque collectrice. Dans la boîte collectrice de l'invention, les trous de la plaque collectrice sont avantageusement entourés par des collets dirigés du même côté que la gorge périphérique. En ce cas, on prévoit que le passage plan comprenne au moins deux trous et leurs collets respectifs, ce qui permet de positionner la barrette du joint entre les collets. Autrement dit, la présence des collets facilite le 10 positionnement de la barrette du joint. Bien entendu, l'invention s'applique aussi à des boîtes collectrices dont les collets sont inversés, c'est-à-dire dirigés du côté opposé à la gorge périphérique. 15 Dans une réalisation préférée de l'invention, la gorge périphérique présente un contour de forme générale rectangulaire, et les deux régions opposées de la gorge périphérique s'étendent parallèlement entre elles et 20 perpendiculairement au passage plan. Comme déjà indiqué, lorsque le joint présente un pourtour plan, la barrette transversale est alors coplanaire avec le pourtour du joint. 25 Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en perspective du dessus d'une plaque collectrice ayant un passage plan selon 30 l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective du dessous de la plaque collectrice de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 avec les tubes correspondants ; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 avec les tubes correspondants ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un joint d'étanchéité propre à être logé dans la plaque collectrice 10 des figures 1 à 4 ; - la figure 6 est une vue partielle en coupe longitudinale de la plaque collectrice des figures 1 et 2 représentée seule ; - la figure 7 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une boîte collectrice à l'état assemblé comprenant la plaque collectrice de la figure 6 ; 20 - la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7 ; et - la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 7. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui montrent une plaque collectrice 10 de forme générale rectangulaire, dont seul un tronçon est représenté. 30 La plaque collectrice 10 présente un fond 12 de forme générale rectangulaire, lequel est percé de trous 14 pour l'insertion des tubes d'un faisceau, comme on le verra plus loin. Les trous 14 de la plaque collectrice sont de forme 15 25 oblongue pour recevoir les extrémités correspondantes de tubes plats. Ces trous sont entourés par des collets respectifs 16 qui font saillie sur le dessus de la boîte collectrice, comme on le voit sur la figure 1. Le fond 12 est entouré d'une gorge périphérique 18 ayant deux régions opposés 18L qui correspondent aux deux grands côtés (côtés longitudinaux) du pourtour rectangulaire de la gorge. Ces deux régions opposées 18L sont donc généralement rectilignes et parallèles entre elles. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, les collets 16 des trous 14 sont dirigés du même côté que la gorge périphérique, c'est-à-dire vers l'intérieur de la boîte collectrice qui sera décrite plus loin. Toutefois, il est envisageable aussi de réaliser une plaque collectrice à collets inversés, c'est-à-dire dans laquelle les collets font saillie du côté opposé à la gorge périphérique 18. La plaque collectrice 10 est en outre muni d'un bord relevé 20 sur toute sa périphérie. Ce bord relevé, qui contribue à délimiter la gorge périphérique 18, est muni de pattes espacées 22, en forme de créneaux, susceptibles d'être repliées pour assurer le sertissage d'un couvercle, comme on le verra plus loin. Le fond 12 de la plaque collectrice est généralement plan mais il est enfoncé localement pour définir un passage plan 24 reliant transversalement les deux régions opposées 18L de la gorge périphérique et se situant sensiblement au niveau du fond de la gorge périphérique. Ce passage plan a sensiblement la forme d'un rectangle disposé de telle façon que le fond de la plaque collectrice et ce passage plan s'étendent dans des plans parallèles distants l'un de l'autre. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le passage plan 24 est relié au fond de la plaque collectrice par deux passages inclinés 26, en forme de rampe, qui permettent de réaliser une transition douce avec le fond 12. 10 Les trous 14 et leurs collets respectifs sont aménagés à la fois dans le fond 12, mais aussi dans le passage plan 24 et dans les passages inclinés 26. Dans l'exemple, deux trous et leurs collets respectifs sont aménagés dans le passage 15 plan et, de la même façon, deux trous et leurs collets respectifs sont également aménagés dans chacun des passages inclinés 26. Les figures 3 et 4, qui sont analogues aux figures 1 et 2, 20 montrent le même tronçon de la plaque collectrice après insertion des extrémités respectives 28 des tubes 30 d'un faisceau 32. Les extrémités 28 des tubes dépassent légèrement au-dessus des collets 16. 25 Dans l'exemple, les tubes 28 sont des tubes plats qui présentent, en section transversale, une forme rectangulaire allongée avec deux grands côtés parallèles et deux petits côtés opposés. Dans l'exemple, chaque tube est divisé par une cloison transversale 34 (figure 3) de 30 manière à définir deux canaux d'écoulement parallèles. On se réfère maintenant à la figure 5 qui montre un joint d'étanchéité 36 destiné à être reçu dans la gorge5 périphérique et dans le passage plan de la plaque collectrice 10 décrite précédemment. Le joint d'étanchéité présente une forme générale rectangulaire et comprend un pourtour rectangulaire composé de deux côtés longitudinaux 38 (grands côtés) et deux côtés transversaux 40 (petits côtés). En outre, le joint 36 comporte une barrette transversale 42 qui relie les deux cotés longitudinaux 38 et qui est parallèle aux côtés transversaux 40. Conformément à l'invention, le joint présente un pourtour plan et la barrette transversale 42 est coplanaire avec le pourtour du joint, au lieu d'être décalée comme dans la technique antérieure. Le joint d'étanchéité 36 présente ainsi une forme générale de huit allongé qui est réalisée dans un plan. La section transversale du joint est généralement circulaire, sauf au niveau des côtés transversaux 40, mais d'autres formes peuvent être envisagées. Lorsque le joint est disposé dans la plaque collectrice, les côtés longitudinaux 38 viennent se loger dans les régions opposées 18L de la gorge périphérique 18 et les côtés transversaux 40 viennent se loger dans des régions transversales (non représentées) de la gorge périphérique 18. Sur la vue en coupe de la figure 6, à laquelle on se réfère maintenant, on voit les deux collets 16, issus du passage plan 24 entre lesquels va se loger la barrette transversale 42 du joint d'étanchéité 36. La figure 7 montre comment la barrette transversale 42 vient se placer contre le passage plan 24 en s'insérant entre les deux collets 16 respectifs portés par le passage plan, ce qui permet de positionner correctement la barrette transversale 42. Comme on le voit sur la figure 7, la boîte collectrice comprend en outre un couvercle 44 avantageusement réalisé par moulage d'une matière plastique et muni d'un talon périphérique 46 (figures 8 et 9). Ce dernier, encore appelé "pied", est destiné à être reçu au moins en partie dans la gorge périphérique 18 de la plaque collectrice 18 avec insertion du joint d'étanchéité 36. Les pattes 22 du bord 20 sont alors repliées pour assurer le sertissage du couvercle avec compression du joint d'étanchéité (figures 8 et 9). Le couvercle 44 comprend en outre une cloison transversale 48 (figure 7) présentant un bord libre 50 propre à appuyer et à comprimer la barrette 42 comme on le voit sur la figure 7. Du fait que cette barrette est logée dans le passage plan 24 et qu'elle se situe au même niveau, c'est-à-dire dans le même plan que le pourtour du joint, la barrette est correctement positionnée et se trouve comprimée sur toute sa longueur par le bord 50 de la cloison transversale 48, y compris dans les zones de raccordement de la barrette avec les côtés longitudinaux 38 du joint d'étanchéité. On délimite ainsi dans la boîte collectrice deux compartiments C1 et C2 séparés par la cloison 48 et propres à établir une communication fluidique avec respectivement deux parties du faisceau de tubes. La figure 8 montre comment, après assemblage, la barrette transversale 42 du joint d'étanchéité 36 est comprimée sur toute sa longueur, y compris dans les régions de raccordement avec les côtés longitudinaux du joint. La barrette transversale est alors comprimée entre le passage plan 24 et le bord libre 50 de la cloison 48. La figure 9 montre, après assemblage, la mise en place des côtés longitudinaux 38 du joint dans les régions opposées 10 18L de la gorge périphérique 18. Sur les figures 8 et 9, les collets de la plaque collectrice et les tubes n'ont pas été représentés pour simplifier le dessin. La plaque collectrice et la boîte collectrice de l'invention peuvent être réalisées avec une large gamme de dimensions. 20 Les trous 14 de la plaque collectrice sont avantageusement espacés deux à deux d'un pas compris entre 5 et 10 mm, et de préférence entre 6 et 8 mm. L'échangeur de l'invention peut constituer, par exemple un 25 radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule ou un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule. Dans ce cas, le faisceau de tubes a avantageusement une épaisseur comprise entre 10 et 60 mm, de préférence entre 14 et 34 mm, et de manière plus préférée entre 14 et 27 mm. 30 Dans un autre exemple de réalisation, l'échangeur de l'invention peut constituer un radiateur ou refroidisseur d'air de suralimentation. Dans ce cas, le faisceau de tubes 15 a avantageusement une épaisseur comprise entre 25 et 130 mm, de préférence entre 30 et 100 mm. La plaque collectrice et les tubes du faisceau sont avantageusement réalisés en aluminium ou alliage à base d'aluminium et assemblés entre eux par une technologie brasée. De préférence, des ailettes d'échanges de chaleur, sous forme d'intercalaires ondulés, sont placées entre les tubes du faisceau de manière en soi connue. L'invention n'est. pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple dans laquelle le couvercle comprend une seule cloison transversale. Il est possible, suivant le même principe, de réaliser une plaque collectrice comprenant plusieurs passages plan, un couvercle comprenant plusieurs cloisons transversales et un joint comprenant plusieurs barrettes. Egalement, la plaque collectrice peut présenter des collets 20 inversés, c'est-à-dire des collets dirigés du côté opposé à la gorge périphérique. L'invention s'applique tout particulièrement aux échangeurs de chaleur du type à flux multiples, en particulier aux 25 radiateurs du type à haute température/basse température pour véhicules automobiles. Revendications1. Boîte collectrice pour échangeur de chaleur, comprenant une plaque collectrice (10) ayant un fond (12) percé de trous (14) pour l'insertion des tubes d'un faisceau et entouré d'une gorge périphérique (18), un couvercle (44) muni d'un talon périphérique (46), un joint d'étanchéité (36) interposé entre la gorge périphérique (18) et le talon périphérique (46), et dans laquelle le couvercle (44) présente au moins une cloison transversale (48) propre à comprimer une barrette transversale (42) du joint d'étanchéité (36), boîte collectrice dans laquelle le fond (12) de la plaque collectrice (10) est enfoncé localement pour définir un passage plan (24) reliant transversalement deux régions opposées (18L) de la gorge périphérique (18) et se situant sensiblement au niveau du fond de cette gorge périphérique pour recevoir la barrette transversale (42) du joint d'étanchéité (36). 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, dans laquelle le fond (12) de la plaque collectrice (10) et le passage plan (24) s'étendent dans des plans parallèles distants l'un de l'autre. 3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle le passage plan (24) est relié au fond (12) de la plaque collectrice (10) par deux passages inclinés (26). 4. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les trous (14) sont entourés par des collets respectifs (16) dirigés du même côté que la gorge périphérique (18), le passage plan (24) comprenant deux 13trous (14) et leurs collets respectifs (16), ce qui permet de positionner la barrette (42) du joint d'étanchéité (36) entre ces deux collets. 5. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la gorge périphérique (18) présente un contour de forme générale rectangulaire, les deux régions opposées (18L) de la gorge périphérique (18) s'étendant parallèlement entre elles et perpendiculairement au passage plan (24). 6. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le joint d'étanchéité (36) présente un pourtour plan et en ce que la barrette transversale (42) est coplanaire avec le pourtour du joint d'étanchéité. 7. Boîte collectrice selon la revendication 6, dans laquelle la gorge périphérique (18) présente un contour de forme générale rectangulaire, le joint d'étanchéité (36) présentant un pourtour de forme générale rectangulaire avec deux côtés longitudinaux (38) et deux côtés transversaux (40), la barrette transversale (42) s'étendant perpendiculairement entre les deux côtés longitudinaux (38). 8. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle les trous (14) de la plaque collectrice (10) sont de forme oblongue pour recevoir des extrémités (28) de tubes plats (30). 9. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle les trous (14) de la plaque collectrice (10)30sont espacés deux à deux d'un pas compris entre 6 et 10 mm, de préférence entre 6 et 8 mm. 10. Échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes 5 (30) relié à au moins une boîte collectrice selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Échangeur de chaleur selon la revendication 10, ledit échangeur constituant un échangeur à flux multiples, dans 10 lequel deux parties du faisceau de tubes (30) communiquent respectivement avec deux compartiments (C1, C2) de la boîte collectrice séparés par ladite cloison transversale (48). 12. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 15 et 11, ledit échangeur constituant un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule ou un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule, le faisceau de tubes dudit échangeur ayant une épaisseur comprise entre 10 et 60 mm, de préférence entre 14 et 34 mm, et de manière 20 plus préférée entre 14 et 27 mm. 13. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 et 11, ledit échangeur constituant un radiateur ou refroidisseur d'air de suralimentation, le faisceau de 25 tubes dudit échangeur ayant une épaisseur comprise entre 25 et 130 mm, de préférence entre 30 et 100 mm.