Brevet FR2968389A1 — publié le 20120608

-1- Boîte collectrice pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur correspondant L'invention concerne une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile. L'invention concerne aussi des échangeurs de chaleur correspondants. On connait déjà des échangeurs de chaleur utilisés dans les véhicules automobiles, par exemple pour refroidir le liquide de refroidissement du moteur. Généralement, un tel échangeur de chaleur comprend un faisceau de tubes d'échange de chaleur, et une boîte collectrice. Cette boîte collectrice comprend au moins deux parties : une plaque collectrice recevant les extrémités des tubes et un couvercle venant se fixer sur la plaque collectrice pour fermer la boîte collectrice en assurant la compression d'un moyen d'étanchéité. Selon une solution connue, la plaque collectrice comporte une gorge ou rainure destinée à placer et positionner le moyen d'étanchéité. Ensuite, le couvercle est positionné sur le moyen d'étanchéité puis, classiquement, on procède à un sertissage de la plaque collectrice, par exemple par l'intermédiaire de pattes de sertissage situées sur la périphérie de la plaque collectrice. En variante, on connaît des plaques collectrices planes ne disposant pas de gorge ni de rainure pour faciliter notamment le positionnement et le maintien en place du joint 20 d'étanchéité. On entend par l'expression « plaque collectrice plane », le fait que cette plaque collectrice s'étend suivant une surface unique plane, à l'exception de collets classiquement protubérants pour recevoir les extrémités des tubes. En particulier, au niveau de sa périphérie la plaque collectrice ne présente donc aucune gorge ou 25 analogue, généralement utilisée pour loger le moyen d'étanchéité. Généralement cette solution nécessite un pied de couvercle pour maintenir en position le moyen d'étanchéité. On connaît également des échangeurs de chaleur dont le couvercle, le pied de couvercle y compris, est réalisé en un matériau plastique. 30 Afin de pouvoir assembler le couvercle et la plaque collectrice, la bonne tenue, 2968389 -2- plus précisément la rectitude, du pied de couvercle est importante. Sinon, le pied de couvercle risque de ne pas pouvoir être inséré dans son logement, empêchant ainsi l'assemblage final de l'échangeur. L'invention a pour objectif de garantir la bonne insertion du pied de couvercle 5 dans la plaque collectrice. À cet effet, l'invention a pour objet une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, ladite boîte collectrice comportant : une plaque collectrice plane présentant des ouvertures pour le passage d'une pluralité d'extrémités de tubes d'échange de chaleur, et 10 un couvercle présentant au moins deux faces latérales opposées et comprenant un pied de couvercle périphérique fermant ladite boîte collectrice, caractérisée en ce que ledit couvercle comprend un nombre prédéfini de tirants internes, tels que lesdits tirants s'étendent respectivement entre lesdites deux faces latérales opposées au niveau dudit pied de couvercle, en étant intercalés entre deux 15 ouvertures de ladite plaque collectrice. Ladite boîte collectrice peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : ledit couvercle présente une forme générale sensiblement en voûte et lesdits tirants s'étendent entre deux faces opposées de ladite voûte au niveau du pied de couvercle; ladite voûte présente une épaisseur sensiblement comprise entre 2mm et 4mm; le pied de couvercle présente une épaisseur sensiblement comprise entre 2mm et 6mm, de préférence entre 3mm et 5mm; lesdits tirants sont formés d'une seule pièce avec le couvercle; lesdits tirants sont régulièrement espacés; l'entraxe entre deux tirants est de l'ordre de 85 mm; lesdits tirants présentent respectivement une section transversale de surface de l'ordre de 8mm2; le couvercle présente des angles arrondis entre lesdites faces opposées du couvercle et lesdits tirants; lesdits angles arrondis présentent respectivement un rayon de courbure de l'ordre de 2968389 -3- 3mm; lesdits tirants présentent respectivement une face supérieure libre avec des bords sensiblement arrondis. 5 L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur entre au moins un premier fluide et un second fluide, ledit échangeur comprenant un faisceau de tubes d'échange de chaleur et au moins une boîte collectrice telle que définie ci-dessus. Selon un mode de réalisation, lesdits tirants intercalés entre deux extrémités de tubes d'échange de chaleur dépassent lesdites extrémités et la longueur de dépassement 10 est de l'ordre de 3 mm. Selon une variante de réalisation, ledit échangeur est un échangeur à assemblage mécanique ou selon une autre variante un échangeur brasé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement 15 à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue éclatée simplifiée d'une boîte collectrice, la figure 2 est une vue en perspective représentant partiellement une boîte collectrice et un faisceau d'échange de chaleur, 20 la figure 3 est une vue de côté représentant partiellement la boîte collectrice et les extrémités des tubes du faisceau d'échange de chaleur, la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique représentant partiellement le pied de couvercle avec un tirant selon un premier mode de réalisation et le faisceau d'échange de chaleur, et 25 la figure 5 est vue en coupe transversale schématique représentant partiellement le pied de couvercle avec un tirant selon un deuxième mode de réalisation et le faisceau d'échange de chaleur Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes 30 références. 2968389 -4- L'invention concerne un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, pour un échange de chaleur entre au moins un premier fluide et un second fluide. Un tel échangeur peut notamment permettre de refroidir le liquide de refroidissement du moteur. 5 En particulier, l'invention s'applique à un échangeur de chaleur à assemblage mécanique, ou encore à un échangeur de chaleur brasé. On a représenté de façon schématique et simplifiée sur la figure 1, une boîte collectrice 1 pour échangeur de chaleur. Un échangeur de chaleur (non représenté) comprend généralement un faisceau 2 10 formé d'une multiplicité de tubes 3 (cf figures 2 à 5) ou analogues, agencés selon une ou plusieurs rangées de tubes 3, une rangée sur l'exemple illustré. Les tubes 3 peuvent par exemple en variante être respectivement formés par assemblage de deux plaques. En variante, un tel faisceau 2 de tubes 3 peut être reçu dans un boîtier ou un carter de réception (non représenté) qui comporte deux ouvertures latérales de part et 15 d'autre du faisceau 2 de tubes 3 permettant l'assemblage du faisceau 2 avec deux boîtes collectrices 1. Ces deux boîtes collectrices 1 permettent l'entrée et la sortie du premier fluide et le carter de réception comporte généralement des orifices d'entrée et de sortie (non représentés) pour le deuxième fluide. Les boîtes collectrices 1 sont montées de manière symétrique et peuvent être 20 semblables. On peut bien sûr en variante prévoir deux boîtes collectrices différentes. En outre, les extrémités 5 des tubes 3 débouchent dans chaque boîte collectrice 1 de façon à permettre la circulation du premier fluide dans les tubes 3. En se référant à nouveau à la figure 1, une boîte collectrice 1 comprend : une plaque collectrice 7 comportant des ouvertures 9 pour le passage des extrémités 25 5 des tubes 3, chaque orifice 9 peut par exemple être bordé d'un collet 11 qui enserre l'extrémité 5 d'un tube 3, un moyen d'étanchéité tel qu'un joint d'étanchéité 13, et un couvercle 15 en matériau plastique avec un pied de couvercle 17 pour fermer la boîte collectrice 1. 30 La plaque collectrice 7 permet l'assemblage des tubes 3 avec la boîte collectrice 2968389 -5- 1. Les tubes 3 peuvent par exemple être brasés aux collets 11. Cette plaque collectrice 7 est plane, c'est-à-dire qu'elle ne comporte ni gorge ni rainure pour recevoir le joint d'étanchéité 13. Le joint d'étanchéité 13 permet d'assurer l'étanchéité entre le faisceau 2 5 d'échange de chaleur et la boîte collectrice 1. Ce joint d'étanchéité 13 (représenté de façon schématique et simplifiée) est disposé sur le contour périphérique de la plaque collectrice 7 entre le pied de couvercle 17 et la plaque collectrice 7. Ce joint d'étanchéité 13 est par exemple toujours présent entre le pied de couvercle 17 et la plaque collectrice 7 de sorte qu'il n'y ait pas de contact direct entre le 10 pied de couvercle 17 et la plaque collectrice 7. Le joint d'étanchéité 13 peut aussi être disposé de manière à être en contact avec les tubes 3. Par ailleurs, on entend par l'expression « pied de couvercle » la partie inférieure du couvercle 15 venant appuyer sur le joint d'étanchéité 13 et qui coopère avec la plaque 15 collectrice 7 pour se fixer, classiquement grâce à des pattes de sertissage 19 présentes sur la périphérie ou le pourtour de la plaque collectrice 7 et qui sont rabattues, lors du sertissage, sur le couvercle 15. La plaque collectrice 7 présente des bords surélevés ou repliés 21 permettant de définir un logement pour le joint d'étanchéité 13 dans le même plan que les ouvertures 20 9, la plaque collectrice 7 étant plane. Les pattes de sertissage 19 sont généralement prévues sur ces bords surélevés 21 de la plaque collectrice 7 pour être serties sur les bords du couvercle 15. Par ailleurs, le couvercle 15 présente une forme générale sensiblement de voûte avec deux faces latérales opposées 23. Cette voûte présente par exemple une épaisseur 25 comprise entre 2mm et 4mm. En outre, le matériau du couvercle 15 et du pied de couvercle 17 inclus peut être chargé en fibres de verre. Le pied de couvercle 17 du couvercle 15 peut présenter une largeur par exemple comprise entre 2mm et 6mm, de préférence sensiblement entre 3mm et 5mm. 30 De ce fait, le gain en largeur de la boîte collectrice 1 est notable, tout en 2968389 -6- améliorant la liaison entre le couvercle 15 et la plaque collectrice 7, en particulier l'étanchéité. Le pied de couvercle 17 peut aussi présenter une protubérance de hauteur inférieure à la hauteur du joint d'étanchéité 13, de sorte qu'il n'y ait pas de contact direct 5 entre le pied de couvercle 17 et la plaque collectrice 7. On entend ici par «hauteur» du joint d'étanchéité 13, la hauteur de celui-ci après déformation élastique due à la compression du joint d'étanchéité 13 par le pied de couvercle 17. En outre, le couvercle 15 comprend un nombre prédéfini de tirants 25 internes. Ces tirants 25 sont donc aménagés à l'intérieur du couvercle 15. 10 Plus précisément, les tirants 25 sont agencés au niveau du pied de couvercle 17 et s'étendent respectivement entre les deux faces latérales 23 opposées du couvercle 15. L'agencement de ces tirants au niveau du pied de couvercle 17 permet d'assurer la rectitude du pied de couvercle 17 pour pouvoir l'assembler avec la plaque collectrice 7. Bien sûr, ces tirants 25 permettent également de résister à la pression en fonctionnement 15 de l'échangeur de chaleur. Toutefois, pour ne pas gêner les extrémités 5 des tubes 3, ces tirants 25 sont prévus de part et d'autre d'ouvertures 9 de la plaque collectrice 7 et donc des tubes 3 lorsqu'ils sont assemblés à la plaque collectrice 7 (figures 2, 4). Chaque tirant 25 est donc intercalé entre deux ouvertures 9 de la plaque 20 collectrice 7 laissant libre les ouvertures 9 pour le passage des extrémités 5 des tubes 3. Il n'y a donc aucun obstacle au niveau des tubes 3 de l'échangeur assemblé. Un tirant 25 présente donc une face inférieure 25a orientée vers la plaque collectrice 7 et une face 25b opposée libre, formant le dessus du tirant 25 sur les figures illustrées et orientée vers le sommet de la voûte. 25 Le nombre de tirants 25 est choisi en fonction de la longueur du couvercle 15. Ces tirants 25 sont régulièrement répartis sur toute la longueur du couvercle 15. À titre d'exemple l'entraxe entre deux tirants 25 consécutifs est de l'ordre de 85 mm. La Demanderesse a constaté qu'un espacement de cet ordre avec une marge de plus ou moins 15 mm confère une rectitude suffisante au pied de couvercle 17 pour l'insertion 30 dans la plaque collectrice 7. 2968389 -7- Pour faciliter la réalisation, les tirants 25 peuvent être formés, par exemple par moulage, d'une seule pièce avec le couvercle 15. En outre, ces tirants 25 présentent respectivement une section transversale de surface par exemple de l'ordre de 8mm2. Cette valeur avec une tolérance sensiblement 5 de plus ou moins 25 % confère aux tirants une section suffisante pour ne pas casser pendant et après moulage du couvercle 15 et des tirants 17. En outre, comme on le constate sur les figures 2 et 3, la jonction entre une face 23 du couvercle 15 et un tirant 25 se fait avec un angle 27 sensiblement arrondi, avec par exemple un rayon de courbure de l'ordre de 3mm. Cet arrondi permet également 10 d'éviter la cassure du tirant 25. En outre, comme l'illustre la figure 5, on peut prévoir que la face supérieure libre 25b du tirant 25 présente des bords de forme sensiblement arrondie. L'absence d'angles vifs permet de faciliter la circulation du premier fluide. En outre, afin de limiter les coûts de fabrication du couvercle 15, on peut prévoir que les rayons de courbure ne 15 soient pas symétriques. Par ailleurs, une fois le faisceau 2 assemblé avec la plaque collectrice 7, les tirants 25 intercalés entre deux extrémités 5 de tubes 3 dépassent les extrémités 5 par exemple d'une longueur d d'environ 3 mm. Il y a donc une distance d entre la face libre 25b d'un tirant 25 et une extrémité 5. 20 Ainsi, ces tirants 25 internes du couvercle au niveau du pied de couvercle 27 permettant d'éviter la déformation du pied de couvercle et donc de garantir un bon assemblage du couvercle 15 avec la plaque collectrice 7 pour former la boîte collectrice 1. REVENDICATIONS1. Boîte collectrice pour échangeur de chaleur, ladite boîte collectrice comportant : - une plaque collectrice (7) plane présentant des ouvertures (9) pour le passage d'une pluralité d'extrémités (5) de tubes (3) d'échange de chaleur, et un couvercle (15) présentant au moins deux faces latérales (23) opposées et comprenant un pied de couvercle (17) périphérique, ledit couvercle fermant ladite boîte collectrice, caractérisée en ce que ledit couvercle (15) comprend un nombre prédéfini de tirants (25) internes, tels que lesdits tirants (25) s'étendent respectivement entre lesdites deux faces latérales (23) opposées au niveau dudit pied de couvercle (17), en étant intercalés entre deux ouvertures (9) de ladite plaque collectrice (7). 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit couvercle (15) présente une forme générale sensiblement en voûte et en ce que lesdits tirants (25) s'étendent entre les deux faces (23) opposées de ladite voûte au niveau du pied de couvercle (17). 3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits tirants (25) sont formés d'une seule pièce avec le couvercle (15). 4. Boîte collectrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'entraxe entre deux tirants (25) est de l'ordre de 85 mm. 5. Boîte collectrice selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits tirants (25) présentent respectivement une section transversale de surface de l'ordre de 8mm2. 6. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le couvercle (15) présente des angles arrondis (27) entre lesdites faces opposées (23) du couvercle (15) et lesdits tirants (25). 2968389 -9- 7. Boîte collectrice selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits angles arrondis (27) présentent respectivement un rayon de courbure de l'ordre de 3mm. 8. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits tirants (25) présentent respectivement une face supérieure libre 5 (25b) avec des bords sensiblement arrondis. 9. Échangeur de chaleur entre au moins un premier fluide et un second fluide, ledit échangeur comprenant un faisceau (2) de tubes (3) d'échange de chaleur et au moins une boîte collectrice (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Échangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits tirants (25) 10 intercalés entre deux extrémités (5) de tubes (3) d'échange de chaleur dépassent lesdites extrémités et en ce que la longueur de dépassement (d) est de l'ordre de 3 mm.