Brevet FR3036469A1 — publié le 20161125

L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicules automobiles. L'invention concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur pour liquide de refroidissement moteur, comprenant classiquement une 5 rangée de tubes intercalés d'ailettes ondulées et une plaque collectrice. La plaque collectrice, généralement réalisée en aluminium par un procédé d'emboutissage, dispose d'un certain nombre de trous entourés chacun d'un collet. Le terme « collet » désigne dans ce cas une couronne de matière qui fait saillie de la plaque collectrice, issue du procédé de réalisation des trous, généralement par crevage lors duquel la 10 plaque est transpercée sans retrait de matière. Chacun des trous est apte à recevoir un tube de la rangée de tubes, dont une extrémité entre en contact avec la paroi intérieure du collet. La plaque collectrice est souvent coiffée par un couvercle de manière à former une boîte collectrice comprenant une chambre parcourue par un fluide qui circule 15 également dans la rangée de tubes. Ainsi, elle peut distribuer du liquide aux tubes et/ou collecter du liquide des tubes. Un joint périphérique est disposé entre la plaque collectrice et le couvercle pour assurer l'étanchéité de la boîte collectrice. Le positionnement du joint périphérique varie en fonction de la structure de la plaque collectrice. Il existe deux grandes catégories de plaques collectrices : les plaques 20 collectrices dites « plates » et les plaques collectrices dites « à gorge ». Comme leur nom l'indique, les plaques collectrices plates ont une structure globalement plate, n'ayant pas de reliefs positifs ou négatifs prononcés autres que les collets. Par exemple, ce sont les plaques décrites dans la demande de brevet FR-2 977 932 au nom de la demanderesse. En revanche, les plaques collectrices à gorge, comme 25 celles décrites dans le brevet US-6 988 544, présentent une gorge périphérique s'étendant en dehors du plan principal à partir duquel les collets sont réalisés. Parmi les plaques collectrices à gorge, il existe une variante de plaques collectrices dites « à gorge aux extrémités plates ». La gorge périphérique de ces plaques collectrices n'est pas présente ou est de faible profondeur aux extrémités dans la direction de la 30 longueur de la plaque collectrice. Dans les plaques collectrices à gorge classiques où la gorge a une profondeur suffisante, le joint périphérique est posé dans la gorge périphérique destinée à l'accueillir. Dans le cas des plaques collectrices plates ou à gorge aux extrémités plates, le joint d'étanchéité est principalement porté par les tubes les plus extrêmes de la rangée de tubes. 3036469 2 Les tubes sont généralement insérés dans la même direction que la direction de progression de l'outil de crevage. Lors de l'insertion des tubes, on les introduit légèrement au-delà du collet, à l'intérieur de la chambre de la boîte collectrice, pour assurer un brasage ou un soudage de qualité satisfaisante entre le tube et le collet. 5 En effet, la présence du collet permet de fournir une surface plus importante au brasage ou à la soudure du tube qu'une simple fente. Cela permet également d'éviter des risques de fuite. Cependant, le dépassement d'une partie du tube dans la chambre de l'échangeur peut entraîner une perte de charge à la circulation du fluide. Par ailleurs, ce dépassement est d'autant plus important pour les tubes d'extrémité de 10 la rangée de tubes, classiquement d'environ 10 mm, car la plaque collectrice est souvent non plate et globalement bombée au centre, et les tubes sont généralement de même longueur. Cette diminution de pression induite doit alors être compensée par un effort supplémentaire de la pompe pour assurer un écoulement uniforme du fluide dans tout le circuit. 15 Pour surmonter ces inconvénients, le brevet FR-2 764 054 de la demanderesse décrit un échangeur de chaleur qui comprend une plaque collectrice à « collets inversés ». En effet, les tubes sont insérés dans la plaque collectrice du côté des collets, c'est-à-dire dans la direction opposée à la direction de formation par crevage des trous. Dans ce cas, il existe une surface suffisante de brasage ou de 20 soudure entre les collets et les tubes sans dépassement ou avec un dépassement réduit des tubes dans la chambre de la boîte collectrice. Les pertes de charge sont ainsi réduites. Cependant, les « collets inversés » ont des inconvénients. Premièrement, les collets étant orientés vers l'extérieur de la boîte collectrice, l'insertion des tubes dans la plaque collectrice est plus difficile en raison d'une 25 ouverture plus petite et de l'absence de guidage des tubes pour pénétrer dans les collets. Deuxièmement, les tubes ne dépassant plus suffisamment dans la chambre de la boîte collectrice, la surface interne de la plaque collectrice ne présente aucun relief pouvant porter le joint d'étanchéité. D'autres moyens sont alors nécessaires pour porter le joint. 30 L'invention a notamment pour but de fournir un échangeur thermique amélioré en perte de charge qui surmonte au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet une plaque collectrice ayant une face interne et une face externe d'un échangeur de chaleur comportant au moins trois collets agencés en une rangée pour chacun recevoir un tube, caractérisée en ce que 3036469 3 les deux collets d'extrémité de la rangée de collets font saillie de la face interne de la plaque collectrice, tandis qu'au moins un autre des collets fait saillie de la face externe de la plaque collectrice. Le ou les tubes insérés dans les collets faisant saillie de la face externe de la plaque collectrice ne dépassent pas de la face interne. Cela permet de diminuer la perte de charge. Ainsi, plus le nombre de collets faisant saillie de la face externe de la plaque collectrice est grand, plus la réduction de la perte de charge est importante. De préférence, tous les collets font saillie de la face externe de la plaque collectrice, à l'exception des collets d'extrémité. Par conséquent, la perte de charge est minimisée, n'existant qu'aux alentours des tubes d'extrémité. La plaque collectrice peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. - La plaque collectrice comprend une gorge périphérique destinée à recevoir un joint d'étanchéité pour assurer l'étanchéité avec un couvercle. La gorge est d'une profondeur suffisante, par exemple supérieure ou égale à l'épaisseur du joint, pour assurer le positionnement du joint. Au moins une partie des parois qui la délimitent aux extrémités de la plaque collectrice dans la direction d'une longueur est constituée par les collets d'extrémité. Ces derniers faisant saillie depuis la face interne de la plaque collectrice permettent donc de porter le joint périphérique nécessaire à l'étanchéité de la boîte collectrice. Ainsi, il n'est plus nécessaire de prévoir d'autres moyens d'appui du joint d'étanchéité qui viennent augmenter la perte de charge et rendre plus complexe la fabrication de la plaque collectrice. - La plaque présente une épaisseur déterminée à l'exception des collets qui présentent une épaisseur diminuée par rapport au reste de la plaque collectrice. De préférence, l'épaisseur diminuée correspond à la moitié de l'épaisseur initiale de la plaque collectrice. En effet, une faible épaisseur facilite le crevage et permet la formation de longs collets possédant une surface de brasage importante. - La plaque collectrice comprend une courbure non nulle dans la direction d'une longueur de la plaque collectrice. En d'autres termes, la plaque collectrice comprend une courbure non nulle sur une section longitudinale. Cela signifie également que la plaque collectrice possède au moins une crête ou un creux. La présence d'une courbure non nulle permet d'augmenter la résistance mécanique de la plaque collectrice. - Les collets étant disposés régulièrement le long de ladite direction de façon à 3036469 4 définir un pas de tubes, l'amplitude maximale entre un collet et un autre collet adjacent à un collet d'extrémité est inférieure audit pas de tube. - L'amplitude est de l'ordre de ladite épaisseur diminuée. - Une courbure non nulle dans la direction d'une largeur de la plaque collectrice. Dans d'autres termes, la plaque collectrice comprend une courbure non nulle sur une section transversale. De même, la courbure permet d'augmenter la résistance mécanique de la plaque collectrice, 5 - Le pas entre deux collets voisins est compris entre 5.5 mm et 10 mm, de préférence entre 6 mm et 8 mm. L'invention a également pour objet un ensemble d'une plaque collectrice précédemment décrite et de tubes insérés chacun dans un collet de la plaque collectrice, dans lequel tous les tubes sont de la même longueur. 10 Outre le fait qu'il est plus économique de fabriquer des tubes identiques à grande échelle, l'insertion des tubes dans la plaque collectrice est également simplifiée, car il n'est pas nécessaire d'identifier et de distribuer un tube en fonction de sa position sur la plaque collectrice. De plus, en comparaison avec une plaque collectrice où tous les collets font saillie de la face interne de la plaque collectrice, 15 l'insertion de tubes de même longueur dans la plaque collectrice de l'invention permet de diminuer la perte de charge aux alentours des tubes extrémaux, en particulier pour les plaques comprenant une courbure non nulle sur une section longitudinale. En effet, les collets non extrémaux étant orientés vers l'extérieur de la boîte collectrice, il n'est pas nécessaire d'introduire les tubes correspondants jusqu'à leur dépassement 20 à l'intérieur de la chambre de la boîte collectrice. Ainsi les tubes sont de longueur réduite. Les tubes étant de même longueur, la longueur de la partie d'un tube d'extrémité qui dépasse à l'intérieur de la chambre est alors également réduite. L'ensemble peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. 25 - Chacun des tubes insérés dans les collets d'extrémité fait saillie de la face interne de la plaque collectrice en dépassant d'une longueur inférieure ou égale à 3 mm du collet qui le reçoit. Lorsque l'ouverture des collets d'extrémité ne peut pas être définie sur un seul plan, par exemple lorsqu'elle est de forme concave, la longueur de la partie du tube qui fait saillie est évaluée à partir du point le plus haut de l'ouverture. 3036469 5 Cette longueur est réduite de plus d'un tiers par rapport à celle d'un tube d'une plaque collectrice classique. Des conséquences notables sur la perte de charge sont observées. 5 L'invention a également pour objet un ensemble d'une plaque collectrice précédemment décrite et d'un joint d'étanchéité périphérique porté par les collets d'extrémité de la rangée de collets. Enfin, l'invention a également pour objet un échangeur de chaleur comprenant un ensemble parmi les deux ensembles précédemment décrits. 10 L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective d'une plaque collectrice selon un mode de réalisation avant l'insertion des tubes, la figure 2 est une vue en perspective de la plaque collectrice de la figure 1 15 après l'insertion des tubes, la figure 3 est une vue en perspective en coupe longitudinale de la plaque collectrice de la figure 1 avant l'insertion des tubes, la figure 4 est une vue en perspective en coupe longitudinale de la plaque collectrice de la figure 1 après l'insertion des tubes, 20 - la figure 5 est une vue en perspective en coupe transversale d'une plaque collectrice à gorge à base arrondie selon un mode de réalisation, la figure 6 est une vue en perspective en coupe transversale d'une plaque collectrice plate selon un mode de réalisation, et la figure 7 est une vue en perspective en coupe transversale d'une plaque 25 collectrice selon un mode de réalisation. Les figures 1 à 4 représentent une plaque collectrice 10, de forme globalement rectangulaire, ayant une face interne 12 et une face externe 14 d'un échangeur de chaleur comportant plusieurs collets 16,16a autour des trous 17. Les collets sont agencés en une rangée pour chacun recevoir un tube 18. Les deux collets d'extrémité 30 16a de la rangée de collets font saillie de la face interne 12 de la plaque collectrice 10, tandis qu'au moins un autre des collets 16 fait saillie de la face externe 14 de la plaque collectrice 10. Dans les figures, tous les collets 16 font saillie de la face externe, à l'exception des collets d'extrémité 16a. La plaque collectrice 10 comprend 3036469 6 une gorge périphérique 20 destinée à recevoir un joint d'étanchéité 22 pour assurer l'étanchéité avec un couvercle. La gorge 20 est suffisamment profonde pour accueillir le joint 22 et assurer sa stabilité. Elle est délimitée par une paroi externe 24 et un relief 26 en saillie suivant la direction 28 de la longueur de la plaque collectrice. 5 Cependant, aux extrémités de la plaque collectrice 10, la gorge 20 est délimitée par la paroi externe 24 et les collets d'extrémité 16a. Ainsi, le joint 22 s'appuie ultérieurement contre le relief 26 et les parois externes des collets d'extrémité 16a. La plaque collectrice 10 est courbée dans la direction longitudinale 28. Sur une section longitudinale, comme par exemple celle de la figure 3, elle a une forme globalement bombée au centre et concave aux extrémités de sorte qu'au centre la portion entre deux collets 16 adjacents est décalée d'une distance de l'ordre de l'épaisseur de la matière au niveau de ces portions (épaisseur déterminée) par rapport à une portion équivalente située entre un collet 16 et un collet 16a d'extrémité. Cette distance, ou amplitude de courbure, peut, dans des modes de réalisation non représentés être différente, inférieure ou supérieure mais inférieure à la distance correspondant au pas de tubes. Elle est également courbée dans la direction transversale 30. Sur une section transversale, comme par exemple celle de la figure 5, elle est concave au centre et a les bords relevés jusqu'à former les parois du relief 26. Dans d'autres modes de réalisation, comme ceux des figures 6 et 7, la plaque collectrice peut être globalement plate dans la direction 30. La présence d'une courbure dans une ou plusieurs directions permet de renforcer la résistance mécanique de la plaque collectrice et de faciliter la formation de collets. Selon la direction longitudinale 28, la plaque présente une alternance de portions pleines et de collets 16 de sorte qu'en coupe transversale celle-ci présente 10 des ondulations (fig.3, fig.4). Ces ondulations présentent un pas qui correspond au pas entre deux collets voisins 16 ou entre un collet 16 et un collet d'extrémité 16a. Ce pas est constant et est compris entre 5.5 mm et 10 mm, de préférence entre 6 mm et 8 mm. Chacun des tubes 18 inséré dans un collet 16, 16a de la plaque collectrice est 15 sensiblement de même longueur que les autres tubes insérés. En raison de la courbure de la plaque 10 dans la direction 28 et du fait que les collets 16 font saillie depuis la face externe 14, les tubes extrémaux dépassent moins de la face interne 12. Chacun d'entre eux fait saillie depuis la face interne 12 en dépassant d'une longueur inférieure ou égale à 3 mm du collet 16a qui le reçoit. Comme l'embouchure 40 des 20 collets 16a n'est pas plane, le dépassement est mesuré à partir du point le plus haut au centre de l'ouverture du collet. 3036469 7 La plaque collectrice comprend au moins une zone dont l'épaisseur est diminuée, de préférence, l'épaisseur est réduite jusqu'à la moitié de l'épaisseur initiale de la plaque. Cette zone comprend le lieu de crevage d'un ou plusieurs collets 16, 16a et est donc située autour de ces derniers. 5 L'ensemble de la plaque collectrice 10 et de la rangée de tubes 18 est ensuite recouvert d'un couvercle pour former une chambre close d'une boîte collectrice dont l'étanchéité est assurée par le joint 22. La boîte collectrice est ensuite montée dans un échangeur de chaleur alimenté par un ou plusieurs fluides. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres 10 modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible de combiner les différents modes de réalisation décrits, en particulier en réaliser une plaque collectrice ne présentant de courbure que dans une seule direction ou encore une plaque collectrice ayant plusieurs rangées de collets. 15 REVENDICATIONS1. Plaque collectrice (10) ayant une face interne (12) et une face externe (14) d'un échangeur de chaleur comportant au moins trois collets (16, 16a) agencés en une rangée pour chacun recevoir un tube (18), caractérisée en ce que les deux collets d'extrémité (16a) de la rangée de collets font saillie de la face interne (12) de la plaque collectrice (10), tandis qu'au moins un autre des collets (16) fait saillie de la face externe (14) de la plaque collectrice (10). 2. Plaque collectrice (10) selon la revendication précédente, comprenant une gorge périphérique (20) destinée à recevoir un joint d'étanchéité (22) pour assurer l'étanchéité avec un couvercle. 3. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite plaque présente une épaisseur déterminée à l'exception des collets (16, 16a) qui présentent une épaisseur diminuée par rapport au reste de la plaque collectrice. 4. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une courbure non nulle dans la direction (28) d'une longueur de la plaque collectrice (10). 5. Plaque collectrice selon la revendication 4, dans laquelle, les collets étant disposés régulièrement le long de ladite direction (28) de façon à définir un pas de tubes, l'amplitude maximale entre un collet (16) et un autre collet (16) adjacent à un collet d'extrémité (16a) est inférieure audit pas de tube. 6. Plaque collectrice selon la revendication 4 en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle ladite amplitude est de l'ordre de ladite épaisseur déterminée. 7. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une courbure non nulle dans la direction d'une largeur de la plaque collectrice. 8. Plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le pas entre deux collets voisins est constant et compris entre 5.5 mm et 10 mm, de préférence entre 6 mm et 8 mm. 9. Ensemble d'une plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes et de tubes insérés chacun dans un collet de la plaque collectrice, dans lequel tous les tubes sont de même longueur. 10. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel chacun des tubes insérés dans les collets d'extrémité fait saillie de la face interne de la plaque 3036469 9 collectrice en dépassant d'une longueur inférieure ou égale à 3 mm du collet qui le reçoit. 11. Ensemble d'une plaque collectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et d'un joint d'étanchéité périphérique porté par les collets d'extrémité de la rangée de collets. 12. Echangeur de chaleur comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 8 à 11.