Brevet FR2952711A1 — publié le 20110520

RFR0542 Plaque collectrice, boîte collectrice comprenant une telle plaque et échangeur de chaleur équipé d'une telle boîte L'invention concerne les échangeurs de chaleur. De nombreux échangeurs de chaleur du type radiateur de chauffage ou de refroidissement ainsi que les refroidisseurs d'air de suralimentation sont construits avec une boîte collectrice qui comprend une plaque collectrice métallique surmontée d'un couvercle en plastique. Dans ces échangeurs, le couvercle est maintenu contre la plaque collectrice par des pattes de celle-ci qui sont rabattues au-dessus d'un pied du couvercle, un joint étant disposé entre le pied du couvercle et la plaque collectrice pour assurer l'étanchéité de la boîte collectrice. Lorsque ces échangeurs sont utilisés dans des véhicules automobiles, la pression à l'intérieur de la boîte exerce une contrainte sur le couvercle et la plaque collectrice. En réaction, la plaque collectrice a tendance à se déformer jusqu'à la rupture de la boîte collectrice. 20 De nombreuses solutions ont été proposées pour traiter ce problème, notamment par l'ajout de nervures pour renforcer la plaque collectrice. Cependant, ces solutions ne sont pas satisfaisantes. 25 L'invention vient améliorer la situation. À cet effet, l'invention propose une plaque collectrice, comprenant un fond, muni d'ouvertures pour la réception des tubes d'un faisceau de tubes d'un échangeur de chaleur, et un rebord périphérique relevé, issu dudit fond, ladite plaque présentant en 30 outre une pluralité de nervures de renforcement. Selon l'invention, lesdites nervures s'étendent du rebord périphérique relevé audit fond et présentent, selon un plan orienté orthogonalement audit bord relevé et audit fond, un profil rectiligne et/ou convexe. Par 10 15 «convexe », on entend que ledit profil présente une courbure orientée vers l'intérieur de la boîte de l'échangeur. Un échangeur de chaleur équipé d'une telle plaque collectrice est particulièrement avantageux car il permet des résultats excellents en termes de résistance à la pression de fonctionnement. Selon différents modes de réalisation : - les nervures présentent un bord, dit interne, et la tangente passant par le milieu du bord interne de chaque nervure présente un angle compris entre 30° et 60° avec le fond de la plaque, - l'angle a une valeur de 45°, les nervures sont disposées de manière sensiblement régulière entre les ouvertures de la plaque, les nervures sont disposées à un pas compris entre 5 mm et 10 mm, les nervures sont disposées à un pas compris entre 6 mm et 8 mm, - les nervures ont un bord interne sensiblement plan, les nervures ont un bord interne sensiblement en forme de calotte sphérique, le fond de ladite plaque est plat et ladite plaque est prévue sans gorge. Par bord interne, on entend le bord de la nervure tournée vers l'intérieur de la boîte, c'est-à-dire le bord de la nervure la plus proche de l'extrémité du bord relevé opposée à celle reliée audit fond. L'invention concerne aussi une boîte collectrice comprenant une plaque collectrice, telle que définie plus haut, et un couvercle, la plaque collectrice et ledit couvercle délimitant un volume intérieur, ledit couvercle comprenant un rebord périphérique en forme de pied. Dans ladite boîte collectrice, chaque nervure fait saillie du fond de la plaque d'une hauteur (H) qui est inférieure à la distance séparant la partie du pied la plus proche du fond de la plaque lorsque la boîte collectrice est fermée de manière à ne pas faire obstacle à la compression d'un joint interposé entre le fond de la plaque et le pied du couvercle. Selon différents modes de réalisation : ledit joint présente une section ronde lorsqu'il est non comprimé, - chaque nervure est éloignée des ouvertures de la plaque d'une distance (L) supérieure ou égale à la moitié de la dimension latérale du joint, lorsqu'il est non comprimé, chaque nervure est éloignée des ouvertures de la plaque d'une distance (L) supérieure ou égale à deux tiers de la dimension latérale du joint, lorsqu'il est non comprimé. L'invention concerne encore un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes dont les extrémités sont reçues dans les ouvertures de boîtes collectrices telles que définies plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'un échangeur de chaleur selon l'invention, - la figure 2 représente une vue partielle en perspective de la plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 1, - la figure 3 représente de façon schématique une vue en coupe de la plaque collectrice de la figure 2, avec réception d'un tube, - la figure 4 représente une vue similaire à celle de la figure 3, mais avec la boîte collectrice fermée, et - la figure 5 représente une vue en coupe d'une variante de la plaque collectrice de la figure 2.30 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 un échangeur de chaleur 2 selon l'invention. L'échangeur de chaleur 2 comprend deux boîtes collectrices 4 et 6 qui reçoivent dans des ouvertures qu'elles comportent un faisceau 8 de tubes 10. La boîte collectrice 4 présente une entrée de fluide 12 à partir de laquelle le fluide 10 circule dans le faisceau 8 de tubes 10, entre les boîtes collectrices 4 et 6, jusqu'à une sortie de fluide 14 de la boîte collectrice 4. D'autres réalisations sont possibles pour l'échangeur de chaleur 2, par exemple l'utilisation d'une seule boîte collectrice, ou une répartition différente de l'entrée de 15 fluide 12 et de la sortie de fluide 14. Comme on peut le voir sur cette figure, les boîtes collectrices 4 et 6 sont réalisées de manière similaire, c'est-à-dire avec un couvercle 16 qui vient recouvrir une plaque collectrice 18. Le couvercle 16 a une forme convexe et délimite avec la plaque 18 un réservoir de fluide pour la boîte collectrice. La plaque 18 est sensiblement plate et comporte des ouvertures 17 de réception des tubes 10 du faisceau 8. 25 Le couvercle 16 présente un rebord périphérique 19 dans sa partie inférieure qui vient en contact avec la plaque 18, par l'intermédiaire d'un joint 34, pour fermer la boîte collectrice. Le rebord périphérique 19 forme un pied qui est reçu au niveau de la plaque 18 et maintenu en place une fois la boîte collectrice fermée comme cela apparaîtra dans ce qui suit. 30 Dans l'exemple décrit ici, le couvercle 16 est réalisé en plastique ou en métal, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, et la plaque collectrice 18 est réalisée 20 en métal, par exemple en aluminium, en alliage d'aluminium ou en acier ou en alliage d'acier. Comme on peut le voir sur la figure 2 et suivantes, la plaque collectrice 18 présente un rebord périphérique 20 qui sert d'une part à recevoir le couvercle 16, et d'autre part à sertir celui-ci une fois qu'il est reçu. Pour cela, le rebord périphérique 20 comprend une portion de réception 22 et une portion de maintien 24. Le joint 34 est prévu entre le pied 19 du couvercle 16 et le fond 32 de la portion de réception 22 de la plaque 18. Dans l'exemple décrit ici, la plaque collectrice 18 est plane et/ou réalisée sans gorge, c'est-à-dire que le fond 40 de la plaque collectrice est plat et le pied 19 du couvercle vient en appui latéralement contre les extrémités des tubes. La portion de réception 22 présente donc en conséquence une forme générale sensiblement en "L". Autrement dit le plan d'appui du joint contre la plaque, c'est-à-dire le fond 32 de la portion de réception 22, est confondu avec le plan des ouvertures 17 de passage des tubes. Ladite plaque collectrice plane pourra être munie de collets 23 au niveau des ouvertures 17 pour le passage des tubes. Lesdits collets sont orientés vers l'intérieur, comme illustré à la figure 2, ou l'extérieur de la boîte. Ils entourent les tubes et facilitent l'insertion et/ou le brasage des tubes sur la plaque collectrice. Dans un tel cas de figure, c'est-à-dire dans le cas d'une plaque plane avec collets, lesdits collets 23 s'étendent depuis le plan d'appui du joint contre la plaque et le pied du couvercle prend latéralement appui soit contre les collets, pour des collets orientés vers l'intérieur de la boîte, soit contre les tubes, pour des collets orientés vers l'extérieur de la boîte. Dans d'autres modes de réalisation, la plaque collectrice 18 peut être réalisée avec une gorge, prévue à la périphérie du fond de plaque collectrice, pour le logement du joint. 30 Dans ce cas, la portion de réception présente une forme générale sensiblement en "U". Dans l'exemple décrit ici, la portion de maintien 24 est réalisée au moyen d'une pluralité de dents 26 qui sont réalisées dans le prolongement de la branche relevé 21 du L de la portion de réception 22, et qui sont séparées les unes des autres par des évidements 28. En variante, les dents 26 pourraient être reliées pour former un bord. Lorsque la boîte collectrice 4 est fermée, les dents 26 sont rabattues sur le pied 19 qui est reçu dans la portion de réception 22, comme cela apparaît mieux sur la figure 4, ce qui réalise un sertissage de couvercle 16 sur la plaque 18. 10 Comme on peut le voir sur la figure 2, la portion de réception 22 comporte une pluralité de nervures de renforcement 30 qui sont réalisées régulièrement le long de la portion de réception 22, entre les ouvertures pour les tubes 10 dans l'exemple décrit ici. En variante, les nervures 30 pourraient être réalisées de manière non régulière, et/ou en 15 face des ouvertures pour les tubes 10 et/ou à un pas différent de celui des tubes. La réalisation des nervures 30 apparaît mieux sur la figure 3. Comme on peut le voir sur cette figure, les nervures 30 sont formées dans une partie 20 incurvée 31 de la portion de réception 22, et s'étendent de manière sensiblement symétrique sur les deux branches du L de la portion de réception 22, en saillant vers l'intérieur de celle-ci. Les nervures 30 sont réalisées par emboutissage avec formation d'une nervure à bord 25 droit. Cela permet d'augmenter la résistance des nervures à l'effort en utilisation. L'emboutissage est réalisé de telle sorte que le bord interne de la nervure forme un angle de 45° avec le fond 32 de la portion de réception 22. En variante, cet angle est compris entre 30° et 60°. La figure 4 vient compléter la figure 3 pour montrer l'intérêt des nervures particulières de l'invention. 30 En effet, les nervures des solutions antérieures présentent des dimensions très importantes, qui viennent augmenter la taille de la boîte collectrice et donc l'encombrement de l'échangeur de chaleur 2, ce qui est particulièrement gênant dans les véhicules automobiles modernes. Le Demanderesse a établi que les dimensions de la boîte collectrice peuvent être réduites sans sacrifier la fiabilité de l'échangeur 2 lorsque les nervures 30 sont réalisées d'une manière spécifique. Pour cela, l'encombrement des nervures 30 est contrôlé. Afin de réduire de manière optimale les dimensions de la boîte collectrice, les nervures 30 sont réalisées avec une hauteur H. 15 La hauteur H est prévue pour être inférieure à la distance entre la partie du pied 19 qui est la plus proche du fond 32 et la paroi de réception 22. Cette hauteur H est donc inférieure à la hauteur du joint 34 compressé lorsque la boîte collectrice est fermée. Dans l'exemple décrit ici la hauteur H est de 2 mm. Dans les échangeurs de chaleurs 20 visés par l'invention, la hauteur H est généralement comprise entre 1 mm et 5 mm. Ainsi, les nervures 30 sont réalisées "sous" le pied 19, et il n'est donc plus nécessaire de dégager un volume latéral pour les contenir. 25 Cela est notamment possible grâce à la déformation du joint 34 localement sur chacune des nervures 30. Dès lors, le joint 34 n'est plus totalement agencé linéairement le long du fond 32 de la paroi de réception 22, mais forme une sorte de serpentin qui épouse les nervures 30. 30 Pour garantir la bonne étanchéité de la boîte collectrice dans ces conditions, les nervures 30 sont réalisées de sorte qu'elles s'étendent jusqu'à une distance L par rapport à l'extrémité des ouvertures pour les tubes 10. Il apparaît donc avantageux dans cette configuration de disposer les nervures 30 entre les ouvertures des tubes 10, comme cela a été décrit plus haut. Dans ce cas, les nervures sont espacées avec un pas qui est le même que celui des tubes, c'est-à-dire entre 5 mm et 10 mm, et préférablement entre 6 mm et 8 mm. En tout état de cause, la Demanderesse a établit que la distance L doit être supérieure à la moitié de la valeur d'une dimension latérale du joint 34, et de manière préférée supérieure à deux tiers de cette valeur. Dans le cas où le joint 34 est un joint cylindrique, alors la dimension latérale est le diamètre du joint 34. Dans le cas où le joint 34 n'est pas cylindrique, c'est sa largeur qui est prise en compte. On notera que la dimension du joint 34 est entendue à l'état initial du joint 34, c'est-à-dire avant sa compression suite à la fermeture de la boîte collectrice. Sur la figure 5, on a représenté une boîte collectrice en variante, dans laquelle les nervures 30 ne sont pas réalisées à bords droits, mais à bords incurvés. Les bords sont alors sensiblement en forme de calotte sphérique. Cela permet de simplifier l'opération d'emboutissage. Ici encore, les nervures 30 sont réalisées de sorte que la tangente au milieu du bord interne de la nervure 30 soit de 45°. De manière préférée, cet angle est compris entre 30° et 60°. 30 La présente invention a été décrite en référence à des modes de réalisations particuliers. Cependant, il va de soi que les caractéristiques décrites en rapport à un mode de réalisation particulier peuvent être transposées à un autre mode. 25 2952711. 9 En outre, la présente invention a été décrite en rapport à des boîtes collectrices sans gorge, et à des échangeurs de chaleur assemblés par brasage. Cependant, elle est directement applicable à des échangeurs de chaleur comprenant des boîtes collectrices à 5 gorge et/ou assemblés mécaniquement. Dans le cas d'échangeurs dont la ou les boîtes comprennent une plaque collectrice munie d'une gorge, les nervures conformes à l'invention seront prévues entre le bord externe de la gorge et le fond de celle-ci. Revendications1. Plaque collectrice (18), comprenant un fond (40), muni d'ouvertures (17) pour la réception des tubes (10) d'un faisceau de tubes (8) d'un échangeur de chaleur, et un rebord périphérique relevé (21), issu dudit fond (40), ladite plaque présentant en outre une pluralité de nervures (30) de renforcement, caractérisé en ce que lesdites nervures s'étendent du rebord périphérique relevé (21) audit fond (40) et présentent, selon un plan orienté orthogonalement audit bord relevé (21) et audit fond (40), un profil rectiligne et/ou convexe. 2. Plaque selon la revendication 1, dans laquelle les nervures présentent un bord, dit interne, et dans laquelle la tangente passant par le milieu du bord interne de chaque nervure (30) présente un angle compris entre 30° et 60° avec le fond (40) de la plaque. 3. Plaque selon la revendication 2, dans laquelle l'angle a une valeur de 45°. 4. Plaque selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les nervures (30) sont disposées de manière sensiblement régulière entre les ouvertures (17) de la plaque (18). 5. Plaque selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les nervures (30) sont disposées à un pas compris entre 5 mm et 10 mm. 6. Plaque selon la revendication 5, dans laquelle les nervures (30) sont disposées à 20 un pas compris entre 6 mm et 8 mm. 7. Plaque selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les nervures (30) ont un bord interne sensiblement plan. 8. Plaque selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les nervures (30) ont un bord interne sensiblement en forme de calotte sphérique. 25 9. Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le fond de ladite plaque est plat et ladite plaque est prévue sans gorge. 10. Boîte collectrice (4) comprenant une plaque collectrice (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un couvercle (16), la plaque collectrice (18) et ledit couvercle (16) délimitant un volume intérieur, ledit couvercle (16) 30 comprenant un rebord périphérique (19) en forme de pied, boîte collectrice dans laquelle chaque nervure (30) fait saillie du fond (40) de la plaque d'une hauteur (H) qui est inférieure à la distance séparant la partie du pied (19) la plus proche du fond (40) de laplaque lorsque la boîte collectrice (4) est fermée de manière à ne pas faire obstacle à la compression d'un joint (34) interposé entre le fond (40) de la plaque (18) et le pied (19) du couvercle (16). 11. Boîte selon la revendication 10 dans laquelle ledit joint (34) présente une section ronde lorsqu'il est non comprimé. 12. Boîte selon l'une quelconque des revendications 10 ou 1l, dans laquelle chaque nervure (30) est éloignée des ouvertures (17) de la plaque (18) d'une distance (L) supérieure ou égale à la moitié de la dimension latérale du joint (34) lorsqu'il est non comprimé. 13. Boîte selon la revendication 12, dans laquelle chaque nervure (30) est éloignée des ouvertures (17) de la plaque (18) d'une distance (L) supérieure ou égale à deux tiers de la dimension latérale du joint (34) lorsqu'il est non comprimé. 14. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau (8) de tubes (10) dont les extrémités sont reçues dans les ouvertures (17) de boîtes collectrices selon l'une quelconque des revendications 10 à 13.