Brevet FR3026166A1 — publié le 20160325

Echangeur de chaleur. L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur et plus particulièrement de la fixation entre un faisceau d'échange de chaleur et une boite d'entrée ou de sortie d'un fluide caloporteur. Un échangeur de chaleur, comme par exemple un refroidisseur d'air de suralimentation, comporte généralement un faisceau d'échange de chaleur comprenant des tubes à l'intérieur desquels circule un premier fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur comprend également des boites d'entrée et de sortie d'un second fluide caloporteur, ici l'air de suralimentation en provenance d'un turbocompresseur. Les boites d'entrée et de sortie sont fixées au faisceau d'échange de chaleur de sorte que le second fluide caloporteur circule entre les tubes et puisse échanger de l'énergie calorifique avec le premier fluide caloporteur. Lors du procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur, les boites sont généralement fixées au faisceau d'échange de chaleur au moyen d'un collecteur. Ce collecteur peut par exemple être une lamelle métallique sur la périphérie du faisceau d'échange de chaleur comprenant des pattes de sertissage qui sont rabattues par des outils de sertissage sur la boite afin de la sertir. Néanmoins, avec le temps et du fait des vibrations, ces pattes de sertissage peuvent subir des contraintes entrainant la formation de fissures à leur base. Ces fissures peuvent à terme conduire à la rupture de la patte de sertissage et donc à l'affaiblissement de la fixation de la boite sur le faisceau d'échange de chaleur. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de fournir un échangeur de chaleur dont la fixation entre une boite d'entrée ou de sortie de second fluide et un faisceau d'échange de chaleur est améliorée. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comportant : un faisceau d'échange de chaleur dans lequel circule un premier fluide caloporteur, au moins une boite d'entrée ou de sortie d'un second fluide caloporteur, ladite boite comportant une zone d'appui et au moins un épaulement orienté vers l'extérieur de ladite boite au niveau de la zone d'appui, au moins un collecteur disposé sur la périphérie du faisceau d'échange de chaleur et comportant : o une base sur laquelle est destinée à reposer la zone d'appui de la boite, o une paroi latérale dont au moins deux portions sont rabattues sur l'épaulement de sorte à fixer la boite par sertissage contre le faisceau d'échange de chaleur, la paroi latérale suivant le contour d'au moins un coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur, ladite paroi latérale comprenant, de part et d'autre du coin d'angle, une portion rabattue et comprenant au niveau dudit coin d'angle une portion non rabattue, les portions rabattues étant reliées de façon continue à la portion non rabattue. Le fait que la paroi latérale suive le contour des coins d'angle permet de limiter les risques de rupture au niveau de la portion rabattue. En effet, cette conformation empêche la concentration des contraintes, par exemple du fait des vibrations, et les répartie sur toute la longueur de la paroi latérale. Selon un aspect de l'invention, les portions rabattues sont reliées de façon continue à la portion non rabattue par une portion en torsion. Selon un autre aspect de l'invention, l'amincissement de l'épaisseur de la paroi latérale au niveau des portions en torsion est inférieur ou égal à 20%.30 Selon un autre aspect de l'invention, la boite est sertie par le collecteur sur au moins un quart de sa longueur entre deux coins d'angle du faisceau d'échange de chaleur. Selon un autre aspect de l'invention, la paroi latérale est continue sur toute la périphérie de l'échangeur de chaleur. Selon un autre aspect de l'invention, un joint d'étanchéité est disposé entre la zone d'appui de la boite et la base du dispositif de fixation. Selon un autre aspect de l'invention, le joint d'étanchéité est placé dans une gorge au sein de la base du dispositif de fixation. Selon un autre aspect de l'invention, la boite comporte, au niveau d'au moins un coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur, une butée venant s'appuyer contre la tranche de la portion non rabattue et un pied perpendiculaire à ladite butée, ledit pied venant comprimer le joint d'étanchéité. Selon un autre aspect de l'invention, le collecteur vient de matière avec le faisceau d'échange de chaleur. Selon un autre aspect de l'invention, le collecteur est un élément fixé sur la périphérie du faisceau d'échange de chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement 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 montre une représentation schématique en perspective d'un 30 échangeur de chaleur, - la figure 2 montre une représentation schématique en coupe d'une zone de fixation d'une boite sur un faisceau d'échange de chaleur après fixation, la figure 3 montre une représentation schématique en perspective d'un collecteur au niveau d'un angle de l'échangeur de chaleur, la figure 4 montre une représentation schématique en perspective d'un angle de l'échangeur de chaleur selon un mode de réalisation particulier, la figure 5 montre une représentation schématique en coupe partielle d'un angle de l'échangeur de chaleur selon le mode de réalisation particulier de la figure 4, Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Comme l'illustre la figure 1 montrant une représentation schématique en perspective d'un échangeur de chaleur 1, ici un refroidisseur d'air de suralimentation, ce dernier comporte : - un faisceau d'échange de chaleur 3 comprenant des tubes ou un assemblage de plaques (non visibles) dans lequel circule un premier fluide caloporteur entre un conduit d'entrée 3a et un conduit de sortie 3b dudit premier fluide caloporteur, - au moins une boite d'entrée 5a ou de sortie 5b d'un second fluide caloporteur, et - au moins un collecteur 7 de la boite 5a, 5b sur le faisceau d'échange de chaleur 3. Le faisceau d'échange de chaleur 3 a généralement une forme parallélipédique, un premier collecteur 7 suivant la périphérie d'une face dudit faisceau d'échange de chaleur 3 et un second collecteur 7 suivant la périphérie de la face opposée. Le collecteur 7 peut venir de matière avec le faisceau d'échange de chaleur 3 ou bien il peut être un élément fixé sur la périphérie du faisceau de chaleur 3, par exemple par brasage. Comme le montre plus en détail la figure 2, le collecteur 7 comporte une base 71 sur laquelle est destinée à reposer une zone d'appui 57 de la boite 5a, 5b. La boite 5a, 5b comporte quant à elle au moins un épaulement 51 orienté vers l'extérieur de ladite boite 5a, 5b. Cet épaulement 51 est disposé au niveau de sa zone d'appui 57. Le collecteur 7 comporte également une paroi latérale 75 qui est rabattue sur l'épaulement 51 afin de fixer la boite 5a, 5b par sertissage. Pour que la fixation soit effective, l'échangeur de chaleur 1 comporte au moins deux portion rabattues 77 sur l'épaulement 51, de préférence sur des côtés opposés d'une même face. Dans l'exemple montré à la figure 1, une portion rabattue 77 continue est présente sur chaque coté de l'échangeur de chaleur 1. Afin d'assurer l'étanchéité de la fixation des boites 5a, 5b contre le faisceau d'échange de chaleur 3, un joint d'étanchéité 9 peut être placé entre la zone d'appui 57 de la boite 5a, 5b et la base 71 du collecteur 7. Lorsque la boite 5a, 5b est fixée, le joint d'étanchéité 9 est comprimé entre la zone d'appui 57 et la base 71 comme cela est illustré à la figure 2. Le joint d'étanchéité 9 peut notamment être disposé dans une gorge au sein de la base 71 du collecteur 7. 11 est néanmoins tout à fait possible d'imaginer que le joint d'étanchéité 9 puisse être intégré directement à la zone d'appui 57. La paroi latérale 75 du collecteur 7 suit en continu le contour d'un angle du faisceau d'échange de chaleur 7. Ce suivi d'un angle par la paroi latérale 75 est illustrée plus en détail sur la figure 3. Au niveau de d'un coin d'angle, la paroi latérale 75 comprend, de part et d'autre du coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur 3, une portion rabattue 77 et, au niveau du coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur 3, une portion non rabattue 79. Les portions rabattues 77 sont reliées de façon continue à la portion non rabattue 79 par une portion en torsion 78 de la paroi latérale 75. Le fait que la paroi latérale suive le contour des coins d'angle permet de limiter les risques de rupture au niveau de la portion rabattue 77. En effet, cette conformation empêche la concentration des contraintes, par exemple du fait des vibrations, et les répartie sur toute la longueur de la paroi latérale 75. Comme le montre la figure 1, il est avantageux que la paroi latérale 75 du collecteur 7 suive le contour de tout les coins d'angle d'une même face du faisceau d'échange de chaleur 3 Afin de conserver une résistance suffisante aux contraintes, l'amincissement de l'épaisseur de la paroi latérale 75 du collecteur 7 au niveau des portions en torsions 78 est de préférence inférieur ou égal à 20%. Afin de contrôler cet amincissement, la conformation et la géométrie de la paroi latérale 75 au niveau des coins d'angle du faisceau d'échange de chaleur 3 peut être définie selon différents paramètres et selon la formule suivante : L = P x (al x H + bl) + (a2 x H + b2) L correspond à la longueur entre la paroi non rabattue 79 et la portion rabattue 77 dans l'axe de pliage de la portion 77. P correspond à la profondeur de sertissage, c'est-à-dire la distance entre l'intérieur de la paroi 79 et l'extrémité de la portion rabattue 77, dans la direction de sertissage de la portion rabattue 77. H correspond à la hauteur de la portion non rabattue 79, c'est-à-dire la distance entre le plan formé par l'épaulement 51 et le sommet de la portion non rabattue 79. Les valeurs al, a2, bl et b2 sont des constantes obtenues par des essais et test en fonction de différents amincissements de l'épaisseur du collecteur 7. Ces constantes sont indiquées dans le tableau suivant : Amincissement % 1 al I bl I a2 I b2 3.3 -0.36 3.89 4.02 -4.40 6.7 -0.25 2.68 2.77 -3.03 10.0 -0.20 2.13 2.20 -2.41 13.3 -0.17 1.79 1.85 -2.03 16.7 -0.14 1.55 1.61 -1.76 20.0 -0.13 1.37 1.42 -1.56 23.3 -0.11 1.23 1.27 -1.39 26.7 -0.10 1.11 1.15 -1.26 30.0 -0.09 1.01 1.04 -1.14 33.3 -0.08 0.92 0.95 -1.04 Afin que la fixation de la boite 5a, 5b soit la plus efficace et solide possible, cette dernière est sertie par le collecteur 7 sur au moins un quart de sa longueur entre deux coins d'angle du faisceau d'échange de chaleur 3. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 1, le collecteur 7 comporte une paroi latérale 75 continue sur toute la périphérie de l'échangeur de chaleur 1. Ainsi, le collecteur 7 ne comporte pas de pattes de sertissage et présente à la place des portions rabattues 79 sur chaque cotés de l'échangeur de chaleur 1, les portions rabattues 79 reliant les portions en torsions 79 aux angles. De ce fait, le collecteur 7 est plus résistant aux contraintes, par exemple liées aux vibrations, car ces dernières sont réparties sur toute la longueur des côtés de l'échangeur de chaleur 1 et sur toute la longueur de la paroi latérale 75. Comme illustré sur les figures 4 et 5, la boite 5a, 5b peut comporter, au niveau d'au moins un coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur 3, une butée 50 venant s'appuyer contre la tranche de la portion non rabattue 79 à un coin d'angle de l'échangeur de chaleur 1. La boite 5a, 5b peut également comporter un pied 52 perpendiculaire à ladite butée 50. Lors de la mise en place de la boite 5a, 5b sur le faisceau d'échange de chaleur 3, la butée 20 vient en contact de la tranche de la portion non rabattue 79 et le pied 52 vient comprimer le joint d'étanchéité 9. La longueur du pied 52 détermine la compression du joint d'étanchéité 9 sur le pourtour dudit échangeur thermique 1. Ainsi, on voit bien que l'échangeur de chaleur 1 selon la présente invention 5 permet du fait de la conformation particulière du collecteur 7, notamment au niveau des coins d'angle, une meilleure résistance aux contraintes et de ce fait une meilleure durabilité de la fixation entre le faisceau d'échange de chaleur 3 et la boite 5a, 5b. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1) comportant : un faisceau d'échange de chaleur (3) dans lequel circule un premier fluide caloporteur, au moins une boite d'entrée (5a) ou de sortie (5b) d'un second fluide caloporteur, ladite boite (5a, 5b) comportant une zone d'appui (57) et au moins un épaulement (51) orienté vers l'extérieur de ladite boite (5a, 5b) au niveau de la zone d'appui (57), au moins un collecteur (7) disposé sur la périphérie du faisceau d'échange de chaleur (3) et comportant : o une base (71) sur laquelle est destinée à reposer la zone d'appui (57) de la boite (5a, 5b), o une paroi latérale (75) dont au moins deux portions (77) sont rabattues sur l'épaulement (51) de sorte à fixer la boite (5a, 5b) par sertissage contre le faisceau d'échange de chaleur (3), caractérisé en ce que la paroi latérale (75) suit le contour d'au moins un coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur (7), ladite paroi latérale (75) comprenant, de part et d'autre du coin d'angle, une portion rabattue (77) et comprenant au niveau dudit coin d'angle une portion non rabattue (79), les portions rabattues (77) étant reliées de façon continue à la portion non rabattue (79). 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les portions rabattues (77) sont reliées de façon continue à la portion non rabattue (79) par une portion en torsion (78). 3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'amincissement de l'épaisseur de la paroi latérale (75) au niveau des portions en torsion (78) est inférieur ou égal à 20%. 4. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boite (5a, 5b) est sertie par le collecteur (7) sur au moins un quart de sa longueur entre deux coins d'angle du faisceau d'échange de chaleur (3). 5. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi latérale (75) est continue sur toute la périphérie de l'échangeur de chaleur (1). 6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (9) est disposé entre la zone d'appui (57) de la boite (5a, 5b) et la base (71) du dispositif de fixation (7). 7. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (9) est placé dans une gorge au sein de la base (71) du dispositif de fixation (7). 8. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la boite (5a, 5b) comporte, au niveau d'au moins un coin d'angle du faisceau d'échange de chaleur (3), une butée (50) venant s'appuyer contre la tranche de la portion non rabattue (79) et un pied (52) perpendiculaire à ladite butée (50), ledit pied (52) venant comprimer le joint d'étanchéité (9). 9. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur (7) vient de matière avec le faisceau d'échange de chaleur (3). 10. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le collecteur (7) est un élément fixé sur la périphérie du faisceau d'échange de chaleur (3).30