Brevet FR2951259A1 — publié le 20110415

Plaque collectrice pour un échangeur de chaleur et échangeur de chaleur correspondant L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicule automobile et plus particulièrement à une plaque collectrice d'un tel échangeur de chaleur. L'invention s'applique particulièrement à un échangeur de type mécanique comportant un faisceau d'échange de chaleur comportant des tubes et des éléments d'échange thermique, appelées ailettes. Les ailettes sont placées parallèlement entre elles et perpendiculairement aux tubes. En d'autres termes, les ailettes sont superposées les unes sur les autres. D'une manière générale, les ailettes sont percées de trous permettant le passage des tubes, le nombre de trous étant égal au nombre de tubes de ladite rangée. Dans ce cas, le maintien du faisceau tubes-ailettes est réalisé mécaniquement au moyen d'un outil, aussi appelée olive, introduit à l'intérieur des tubes de manière à déformer les parois des tubes et les appliquer à force contre les trous pratiqués dans les ailettes. Les ailettes sont distantes deux à deux d'un pas de séparation, de l'ordre d'un millimètre par exemple. L'invention concerne plus particulièrement les plaques collectrices comprenant une multiplicité de trous aptes à recevoir les extrémités des tubes de l'échangeur de chaleur. Les extrémités des tubes sont, chacune, insérées dans une plaque collectrice munie d'ouvertures de réception des tubes. Les plaques collectrices sont ultérieurement coiffées par des couvercles de manière à former des boites collectrices. Il est en outre connu, dans un échangeur de type mécanique, d'équiper la plaque collectrice d'un joint d'étanchéité. L'assemblage des tubes et des plaques collectrices est réalisé par une opération de sertissage, appelée « évasage », consistant à évaser les extrémités respectives des tubes pour comprimer le joint d'étanchéité et assurer ainsi un assemblage définitif et étanche entre les extrémités des tubes et la plaque. L'étanchéité est ainsi assurée par la maîtrise de la compression du joint contre un collet, entourant un trou de la plaque collectrice, cette maîtrise étant, cependant, différente selon que les tubes soient de section circulaire ou de section ovale ou allongée comme il est de plus en plus souvent le cas pour améliorer les performances des échangeurs. En effet, dans le cas d'un tube à section circulaire, illustré par exemple dans le document FR-A-2 474 674, l'étanchéité du raccordement des tubes et de la plaque collectrice est parfaitement maîtrisée car il existe un équilibre circulaire des forces tout autour du diamètre du tube. Il est alors possible d'abaisser l'épaisseur des tubes sans risque de le voir s'écraser sous l'effet de la compression du joint. Au contraire, dans le cas d'un tube à section ovale ou allongée définit par son grand axe et son petit axe, comme illustré par le document FR-A- 2 740 869, il faut réaliser des étanchéités non plus circulaires mais ovales pour réussir à resserrer le pas des tubes. Cependant, la répartition des forces sur la périphérie de la section ovale est non homogène puisque le petit axe de l'extrémité du tube est moins résistant que son grand axe, le petit axe ayant ainsi tendance à se déformer plus facilement sous la pression du joint. L'étanchéité n'est donc plus optimale car la déformation non homogène des tubes crée des écarts entre le joint et le tube. Une fuite de liquide dans l'échangeur peut alors se produire et entraîner un arrêt de la fonction de ce dernier, comme par exemple le refroidissement du liquide circulant dans l'échangeur de chaleur. Des problèmes de corrosion par infiltration de sels entre le joint et le tube peuvent aussi être occasionés. Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités en proposant des plaques collectrices comprenant des tubes de section ovale ou allongée pour lesquels la compression du joint sur le pourtour de la section ovale du tube est parfaitement maîtrisée de façon à parfaire l'étanchéité pour cette forme de tube. L'invention a donc pour objet une plaque d'échangeur de chaleur apte à recevoir un couvercle d'une boite collectrice dudit échangeur de chaleur, ladite plaque collectrice comportant au moins un trou pour le passage d'un tube dudit échangeur de chaleur, ledit trou présentant une périphérie munie d'un collet, ledit collet présentant une hauteur. Selon l'invention, la hauteur dudit collet est variable sur la périphérie du trou pour le passage dudit tube. Plus concrètement, le collet peut présenter au moins un grand axe et un petit axe et peut comporter au moins une première portion dite de hauteur maximum et une deuxième portion dite de hauteur minimum, ladite portion de hauteur maximum étant située sur le petit axe du collet et ladite portion de hauteur minimum étant située sur le grand axe du collet. Le collet peut présenter une portion intermédiaire, entre la portion de hauteur minimum et la portion de hauteur maximum, dont la hauteur évolue progressivement entre les deux portions de hauteur minimum et de hauteur maximum. De préférence, plus la section du collet est allongée plus le rapport entre les deux hauteurs du collet de la plaque collectrice peut être élevé. La section du collet peut être de forme ovale ou allongée. L'invention concerne également un échangeur de chaleur pouvant comporter un faisceau d'échange de chaleur pourvu d'au moins une telle plaque collectrice, ledit faisceau pouvant comporter des tubes de forme ovale ou allongée et des ailettes, lesdites ailettes comportant des trous pour le passage des tubes et étant placées parallèlement entre elles, et les tubes étant déformés mécaniquement de manière à les appliquer en force contre les trous pour le passage des tubes dans les ailettes. Dans un tel cas, on déforme les parois des tubes pour les appliquer à force contre les trous des ailettes pour le passage desdits tubes. L'échangeur de chaleur peut comporter, en outre, un joint d'étanchéité apte à s'appliquer contre ladite plaque collectrice et comportant une collerette présentant sensiblement la même forme que celle du collet de la plaque collectrice, la collerette étant insérée dans le collet de la plaque collectrice. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description de quelques modes de réalisation, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés sur les dessins annexés : la figure 1 est une vue générale schématique d'un échangeur de chaleur ; la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 et la figure 4 est une vue en coupe de la plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 2 ; On a représenté sur la figure 1 une vue schématique d'un échangeur de chaleur, par exemple un radiateur de refroidissement de véhicule automobile. Ici, l'échangeur de chaleur de type mécanique. En d'autres termes, il est généralement composé d'au moins un faisceau 2 d'échange de chaleur comportant des tubes 4 disposés parallèlement entre eux et des éléments d'échange thermique, appelées ailettes 10. Les ailettes 10 sont placées parallèlement entre elles et perpendiculairement aux tubes 4. En d'autres termes, les ailettes sont superposées les unes sur les autres. D'une manière générale, les ailettes sont percées de trous 18 permettant le passage des tubes 4, le nombre de trous 18 étant égal au nombre de tubes de ladite rangée. Le faisceau 2 est monté entre deux boites collectrices 6 et 8. Chaque tube 4 comporte une extrémité libre 12 assemblée mécaniquement à une plaque collectrice 14, encore appelée « collecteur », laquelle forme, avec un couvercle, chaque boite collectrice 6 et 8. Avant l'assemblage des tubes et de la plaque collectrice, les extrémités 12 des tubes insérées dans la plaque collectrice ont exactement la même section que les tubes, dans la partie courante recevant les ailettes 10. Après l'assemblage, les extrémités des tubes sont déformées/évasées de manière à les assujettir à la plaque collectrice 14 et à comprimer un joint d'étanchéité (décrit plus loin). La plaque collectrice 14 comprend une âme 16 de forme générale rectangulaire délimitant une multiplicité de trous 18, ici, de section ovale ou allongée, propres à recevoir les extrémités 12 des tubes. Chaque trou 18 est entouré par un collet 20 dirigé du côté des ailettes 10, les collets 20 permettant d'augmenter la surface de contact entre la paroi périphérique extérieure de chacun des tubes 4 et la plaque collectrice 14. La section des collets 20 est définie par le contour résultant d'une coupe dans un plan sensiblement transversal auxdits collets. L'âme 16 se prolonge par une gouttière périphérique 22 délimitant une gorge et terminée par un rebord périphérique 24 formant des pattes rabattables, encore appelées pattes de sertissage. La plaque collectrice 14 reçoit un joint d'étanchéité compressible 26 venant s'appliquer sur l'âme 16 de la plaque collectrice. Le joint d'étanchéité 26 comporte une multiplicité de collerettes 30 qui s'introduisent chacun dans un trou 18 pour assurer l'étanchéité entre l'extrémité 12 d'un tube et le collet 20 correspondant. Par ailleurs, l'âme 28 forme à sa périphérie un bourrelet 32 disposé dans la gouttière 22 et propre à assurer l'étanchéité avec l'un ou l'autre des couvercles des boites collectrices 6 ou 8 lorsque le rebord périphérique 24 est rabattu. Comme on peut le voir sur la figure 3, la section de l'extrémité 12 des tubes 4 et des trous 18 de la plaque collectrice 14 ont une forme sensiblement ovale caractérisée par un grand axe A et un petit axe B. La section des tubes 4 est définie, ici, par le contour des tubes 4 résultant d'une coupe dans un plan sensiblement transversal auxdits tubes. Pour assurer une étanchéité optimale par compression de la collerette 30 du joint d'étanchéité 26 entre les collets 20 et l'extrémité 12 des tubes 4, l'invention prévoit d'augmenter la hauteur des collets 20 de la plaque collectrice 14 dans les zones où le tube 4 offre le moins de résistance à la compression de manière à équilibrer la répartition des efforts de compression du joint sur la périphérie de la section dudit tube 4. Pour cela, on distingue sur le pourtour du tube 4 deux portions 34 situées sur le grand axe A et de grande résistance à la compression et deux portions 36 situées sur le petit axe B et de faible résistance à la compression, chacune des portions de même référence se faisant face. La demanderesse a constaté que les portions 36 de petit axe B sont celles offrant le moins de résistance à la compression des collerettes 30 du joint 26. En d'autres termes, le tube 4 est moins résistant dans son petit axe B que dans son grand axe A. La figure 4 illustre la forme caractéristique du collet 20 de la plaque collectrice 14 selon l'invention. Le collet 20 présente ainsi une portion 38 de hauteur minimale H1 faisant face à la portion 34 de grand axe A du tube 4 et une portion 40 de hauteur maximale H2 faisant face à la portion 36 de petit axe B du tube 4. Une portion intermédiaire 42 assure la continuité entre les portions 38 et 40 de hauteurs différentes et présente une hauteur évoluant progressivement entre les portions 38 de hauteur minimale H1 et 40 de hauteur maximale H2. En d'autres termes, On crée ainsi des extrémités de collets non plus rectilignes ou sur un même plan comme connues dans l'art antérieur, mais des collets avec une forme évolutive. Dans un exemple de réalisation de l'invention, le grand axe A du tube 4 est 2,5 fois supérieur au petit axe B, la hauteur minimale HI de la portion 38 est alors égale à 3mm et la hauteur maximale H2 de la portion 40 est égale à 3,5mm. Dans d'autres exemples, on pourrait avoir d'autres proportions entre le grand axe A et le petit axe B, le grand axe A pouvant par exemple être 2,8 ou 3 fois supérieur au petit axe B du tube 4. Cependant, plus la section de l'extrémité 12 des tubes 4 est allongée plus la différence entre les valeurs des hauteurs H1 et H2 est importante. On assure ainsi une étanchéité optimale entre les collets 20 et les extrémités 12 des tubes 4, le tube résistant à la force exercée par la compression de la collerette 30 du joint 26. Ici, la collerette 30 du joint d'étanchéité 26 présente la même forme caractéristique que celle du collet 20. La surface de contact entre la collerette 30 du joint et le tube 4 est ainsi augmentée de manière à repartir au mieux les efforts sur le pourtour dudit tube. Les efforts appliqués au tube deviennent ainsi compatibles avec sa résistance. Grâce à l'invention, on bénéficie donc d'une plaque collectrice relativement simple à réaliser, permettant d'obtenir une répartition homogène des efforts sur la périphérie des tubes de forme ovale ou allongée. La compression du joint entre les extrémités des tubes et les collets de la plaque collectrice est donc parfaitement maîtrisée et son étanchéité en est d'autant plus optimale. La forme des collets de l'invention est applicable sur tout type de collecteur indépendamment du nombre de rang pour les faisceaux de plaque collectrice. L'invention est tout particulièrement applicable à la réalisation d'échangeurs de chaleur de type mécanique pour véhicules automobiles et en particulier pour les radiateurs de refroidissement ou de chauffage. En outre, l'augmentation de la hauteur du collet de la plaque collectrice au niveau de la portion du tube offrant le moins de résistance à la compression permet de limiter la remontée de sel entre le joint et le tube et améliore ainsi la résistance à la corrosion. En effet, la remontée de sels se produit lorsque la compression du joint est suffisante pour assurer l'étanchéité mais insuffisante pour empêcher les infiltrations qui peuvent se produire par capillarité. Ainsi, en augmentant le hauteur de joint, on augmente aussi la barrière à ce phénomène, la surface en contact avec le tube étant plus importante. REVENDICATIONS1. Plaque collectrice (14) d'échangeur de chaleur apte à recevoir un couvercle d'une boite collectrice (6, 8) dudit échangeur de chaleur, ladite plaque collectrice comportant au moins un trou (18) pour le passage d'un tube (4) dudit échangeur de chaleur, ledit trou (18) présentant une périphérie munie d'un collet (20), ledit collet (20) présentant une hauteur (H1, H2), caractérisée en ce que la hauteur dudit collet (20) est variable sur la périphérie du trou (18) pour le passage dudit tube. 2. Plaque collectrice selon la revendication 1, dans laquelle le collet (20) présente un grand axe (A) et un petit axe (B) et comporte au moins une première portion (38) dite de hauteur maximum (H2) et une deuxième portion (40) dite de hauteur minimum (Hl), ladite portion de hauteur maximum (H2) étant située sur le petit axe (B) et ladite portion de hauteur minimum (H1) étant située sur le grand axe (A). 3. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le collet (20) présente une portion intermédiaire (42), entre la portion (38) de hauteur minimum (H1) et la portion (40) de hauteur maximum (H2), dont la hauteur évolue progressivement entre les deux portions de hauteur minimum (38) et de hauteur maximum (40). 4. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que plus la section du collet (20) est allongée plus le rapport entre les deux hauteurs (H1) et (H2) du collet (20) de la plaque collectrice (14) est élevé. 5. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section du collet (20) est de forme ovale ou allongée. 6. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte un faisceau 35 d'échange de chaleur (2) et au moins une plaques collectrice selon une des revendications 1 à 5, ledit faisceau (2) comportant des tubes (4) de forme ovale ou allongée et des ailettes (10), lesdites ailettes (10) comportant des trous pour le passage des tubes (4) et étant placées parallèlement entre elles, les tubes (4) étant déformés mécaniquement de manière à les appliquer en force contre les trous pour 40 le passage des tubes dans les ailettes (10).30 7. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un joint d'étanchéité (26) apte à s'appliquer contre ladite plaque collectrice et comportant une collerette (30) présentant sensiblement la même forme que celle du collet (20) de la plaque collectrice (14) et étant insérée dans ledit collet (20).