Brevet FR3056735A1 — publié le 20180330

Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques, notamment pour véhicules automobiles. Les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes et au moins une, généralement deux boites collectrices ou boitiers de distribution d'un fluide. De façon connue, chaque boite collectrice comprend au moins deux parties : une plaque collectrice recevant les extrémités des tubes et un couvercle venant coiffer la plaque collectrice pour fermer au moins partiellement la boite collectrice. Les boites collectrices permettent de distribuer et/ou collecter un premier fluide tel qu'un fluide caloporteur à travers ou en provenance des tubes du faisceau d'échange thermique. En fonctionnement, les tubes sont parcourus par le premier fluide tel qu'un fluide caloporteur qui échange de la chaleur avec un deuxième fluide, tel qu'un flux d'air qui balaye le faisceau. Des intercalaires ou ailettes peuvent également être prévus entre les tubes pour améliorer l'échange thermique. La recherche de performances thermiques accrues conduit à utiliser des tubes de section de plus en plus aplatie et allongée. Ainsi, les tubes du faisceau d'échange thermique présentent généralement une section transversale de forme sensiblement aplatie et possèdent deux grandes faces planes parallèles, réunies entre elles par deux petites faces incurvées. On connait des échangeurs thermiques dits brasés, c'est-à-dire dont les différents éléments sont fixés définitivement les uns aux autres par une opération de brasage est appelé échangeur thermique brasé. Dans ce cas, les divers éléments d'un échangeur thermique sont métalliques, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, et peuvent être assemblés puis brasés par passage dans un four de brasage, pour assurer la solidarisation de l'ensemble des éléments. Avec cette technologie brasée, les tubes peuvent être agencés avec un pas serré, par exemple de l'ordre de 6mm. L'augmentation du nombre de tubes du faisceau d'échange thermique permet d'améliorer les performances des échangeurs thermiques 30 dits brasés. Les tubes plats peuvent être des tubes métalliques extrudés présentant des micro- 3056735 -2- canaux de circulation de fluide réfrigérant sous la forme de trous parallèles s'étendant sur toute la longueur des tubes. Les tubes ainsi réalisés sont naturellement étanches. Cependant, la fabrication de tubes extrudés nécessite des filières spécifiques pour chaque type de tubes et le procédé d'extrusion ne permet pas de diminuer les épaisseurs 5 des tubes en dessous d'une certaine limite. 11 en résulte un encombrement important et un coût élevé. Selon une alternative, les tubes peuvent être réalisés respectivement à partir d'une seule bande métallique et dans ce cas l'étanchéité de chaque tube est assurée par brasage ou par soudure. 10 En particulier, il est connu de réaliser les tubes par repliement de la bande métallique sur elle-même afin de délimiter deux canaux parallèles, éventuellement de section sensiblement identique, séparés par une entretoise. L'entretoise résulte de la réunion de deux bordures de la bande qui sont pliées chacune sensiblement à angle droit et qui viennent en butée sur une face plane en regard commune aux deux canaux. Cette 15 entretoise, aussi appelée jambe, permet d'améliorer la résistance du tube à la pression interne. On parle dans ce cas de tube plié, et la section transversale d'un tel tube plié est généralement sensiblement en « B ». Selon un autre exemple de réalisation connu de tube à partir d'une bande métallique et dont l'étanchéité est assurée par brasage, le tube est refermé le long de 20 l'une de ses faces, généralement d'une petite face, par recouvrement de deux épaisseurs de la bande métallique. On parle également de tube agrafé. Cependant, de tels tubes plats dont l'étanchéité est réalisée par brasage ne présentent pas une bonne résistance aux efforts qui peuvent s'appliquer sur les tubes une fois l'échangeur thermique assemblé. 25 En outre, les échangeurs thermiques sont soumis à beaucoup de contraintes et variations thermiques au cours des différents cycles de fonctionnement. En particulier, des phénomènes de dilatation et de rétractation liés aux variations de températures peuvent se produire, notamment au niveau des liaisons entre la plaque collectrice et les tubes. Ces liaisons étant rigides dans un échangeur thermique brasé, cela ne permet pas de compenser de tels phénomènes de dilatation et de rétractation. Au fil du temps ces liaisons s'affaiblissent et des ruptures et en conséquence des fuites du fluide peuvent apparaitre. 3056735 -3- Une autre technologie d'assemblage connue de l'échangeur thermique est une technologie mécanique, à savoir à température ambiante, par exemple par sertissage, évasage, clipsage ou autre liaison mécanique. En particulier, les tubes sont assemblés à chaque plaque collectrice par évasage de leurs extrémités de façon à comprimer un 5 moyen d'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice. Ce moyen d'étanchéité permet de compenser les phénomènes de dilatation et de rétraction qui peuvent survenir. Un tel assemblage mécanique permet donc de réduire les risques de fuite du fluide. Les tubes d'un tel échangeur thermique à assemblage mécanique doivent 10 pouvoir résister à la pression exercée par le moyen d'étanchéité. Autrement dit, dans les échangeurs thermiques à assemblage mécanique, il est nécessaire que chaque extrémité de tube ait une résistance mécanique suffisante pour assurer la compression du moyen d'étanchéité, sans que cette extrémité de tube ne se déforme, ce qui occasionnerait une perte d'étanchéité entre la plaque collectrice et le faisceau d'échange thermique. 15 Par ailleurs, dans les échangeurs thermiques à assemblage mécanique connus, les tubes sont de moindre densité que dans un échangeur thermique brasé, le nombre de tubes traversant la plaque collectrice étant limité par l'épaisseur des collets bordant généralement les ouvertures de chaque plaque collectrice. Il en résulte une moins bonne performance thermique dans un échangeur thermique à assemblage mécanique par 20 rapport à un échangeur thermique brasé pour un encombrement équivalent. L'invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement ces problèmes de l'art antérieur en proposant un échangeur thermique comprenant un faisceau d'échange thermique aux performances thermiques optimisées et dont la résistance des tubes est accrue tout en réduisant les risques de fuite de l'échangeur thermique. 25 À cet effet l'invention a pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant : un faisceau d'échange thermique comprenant une pluralité de tubes dont les extrémités sont de section sensiblement allongée, au moins une boite collectrice comportant une plaque collectrice, la plaque 30 collectrice présentant une pluralité d'ouvertures recevant respectivement une extrémité d'un tube, les ouvertures de la plaque collectrice étant de section 3056735 -4- sensiblement allongée, et un moyen d'étanchéité compressible agencé autour des extrémités des tubes. Selon l'invention, les tubes sont assemblés mécaniquement à la plaque collectrice par évasage des 5 extrémités des tubes, de façon à augmenter au moins partiellement la largeur des extrémités des tubes de manière à comprimer le moyen d'étanchéité, et la largeur de chaque ouverture de la plaque collectrice est inférieure à la largeur d'une extrémité de tube après évasage. Un tel dimensionnement des ouvertures de la plaque collectrice permet, après 10 assemblage de l'échangeur thermique, d'empêcher que l'évasage réalisé au niveau des extrémités des tubes du faisceau d'échange thermique, ne se propage sur la longueur restante des tubes du faisceau d'échange thermique, hors de la boite collectrice. Selon un aspect de l'invention, la largeur de chaque ouverture de la plaque collectrice est inférieure à la largeur d'une extrémité de tube après évasage additionnée 15 à deux fois l'épaisseur du moyen d'étanchéité à l'état assemblé de l'échangeur thermique, selon l'équation suivante : A REVENDICATIONS1. Échangeur thermique (1), notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant : un faisceau d'échange thermique (10) comprenant une pluralité de tubes (11) dont les extrémités sont de section sensiblement allongée, au moins une boite collectrice (20) comportant une plaque collectrice (21), la plaque collectrice (21) présentant une pluralité d'ouvertures (211) recevant respectivement une extrémité d'un tube (11), les ouvertures (211) de la plaque collectrice (21) étant de section sensiblement allongée, et un moyen d'étanchéité (25) compressible agencé autour des extrémités des tubes (11), caractérisé en ce que : les tubes (11) sont assemblés mécaniquement à la plaque collectrice (21) par évasage des extrémités des tubes (11), de façon à augmenter au moins partiellement la largeur des extrémités des tubes (11) de manière à comprimer le moyen d'étanchéité (25), et en ce que la largeur (A) de chaque ouverture (211) de la plaque collectrice (21) est inférieure à la largeur (li) d'une extrémité de tube (11) après évasage. 2. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la largeur (A) de chaque ouverture (211) de la plaque collectrice (21) est inférieure à la largeur (li) d'une extrémité de tube (11) après évasage additionnée à deux fois l'épaisseur (e) du moyen d'étanchéité (25) à l'état assemblé de l'échangeur thermique (1), selon l'équation suivante : A G /i + 2e, avec A= la largeur d'une ouverture (211) de la plaque collectrice (21), li = la largeur d'une extrémité de tube (11) après évasage, et e = l'épaisseur du moyen d'étanchéité (25) à l'état assemblé de l'échangeur thermique (1). 3. Échangeur thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la 3056735 -26- longueur (C) de chaque ouverture (211) de la plaque collectrice (21) est inférieure à la longueur (L') d'une extrémité de tube (11) après évasage. 4. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la longueur (C) de chaque ouverture (211) de la plaque collectrice (21) est inférieure à la 5 longueur (L') d'une extrémité de tube (11) après évasage additionnée à deux fois l'épaisseur (e) du moyen d'étanchéité (25) à l'état assemblé de l'échangeur thermique (1) ), selon l'équation suivante : C 5. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : 15 la boite collectrice (20) comporte en outre une plaque interne (27) distincte de la plaque collectrice (21), la plaque interne (27) comprenant une pluralité d'ouvertures (271) de section sensiblement allongée pour recevoir les extrémités des tubes (11) et le moyen d'étanchéité (25) agencé autour des extrémités des tubes (11), dans lequel 20 le moyen d'étanchéité (25) est configuré pour être comprimé entre chaque extrémité de tube (11) et la plaque interne (27), et dans lequel la largeur (A) des ouvertures (211) de la plaque collectrice (21) est inférieure à la largeur (B) des ouvertures (271) de la plaque interne (27). 6. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la longueur 25 (C) des ouvertures (211) de la plaque collectrice (21) est inférieure à la longueur (D) des ouvertures (271) de la plaque interne (27). 7. Échangeur thermique (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel le moyen d'étanchéité (25) comporte : - au moins une base (257) agencée entre la plaque collectrice (21) et la plaque 30 interne (27), une pluralité de collets standards (253) configurés pour recevoir les extrémités 3056735 -27- des tubes (11) du faisceau d'échange thermique (10) dudit échangeur (1) et s'étendant à partir de la base (257) à travers les ouvertures (271) de la plaque interne (27), et une pluralité de collets inversés (255) configurés pour recevoir les tubes (11) et 5 s'étendant à partir de la base (257) de façon opposée aux collets standards, et à travers les ouvertures (211) de la plaque collectrice (21). 8. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les extrémités des tubes (11) présentent respectivement au moins un évasement (115 ; 117) localisé sur une portion de l'extrémité de tube (11). 10 9. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la largeur (le ; li) des extrémités des tubes (11) au niveau dudit au moins un évasement (115 ; 117) est de l'ordre de 1.5 fois à 2.5 fois la largeur (1) des extrémités des tubes (11) avant évasage. 10. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans lequel les extrémités des tubes (11) comportent respectivement au moins un évasement interne (117) comprimant le moyen d'étanchéité (25) contre la plaque collectrice (21). 11. Échangeur thermique (1) selon la revendication 5 prise ensemble avec l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les extrémités des tubes (11) 20 comportent respectivement au moins un évasement externe (115) comprimant le moyen d'étanchéité (25) contre la plaque interne (27). 12. Échangeur thermique (1) selon les revendications 10 et 11, dans lequel la largeur (le) des extrémités des tubes (11) au niveau de l'évasement externe (115) est supérieure à la largeur (li) des extrémités des tubes (11) au niveau de l'évasement interne (117). 25 13. Échangeur thermique (1) selon la revendication 5 prise ensemble avec l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : la plaque interne (27) présente des déformations locales (273) autour des ouvertures (271), et dans lequel les extrémités des tubes (11) sont évasées de façon à épouser la forme de la 3056735 -28- bordure des ouvertures (271) de la plaque interne (27). 14. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les extrémités des tubes (11) sont de forme sensiblement oblongue avec deux grands côtés reliés par deux petits côtés sensiblement arrondis, et dans lequel 5 les petits côtés sont évasés de façon à présenter une augmentation du rayon de l'ordre de 5% à 30%, de préférence inférieure à 15%. 15. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes (11) sont réalisés à partir d'une bande métallique et l'étanchéité des tubes (11) est assurée par brasage, par exemple les tubes sont formés par pliage 10 ou agrafés. 16. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les tubes (11) sont pliés et présentent au moins une cloison (113) séparant deux canaux de circulation (111), et dans lequel les tubes (11) sont dépourvus d'évasement à proximité de ladite au moins une cloison (113), de préférence sur une distance 15 comprise entre lmm et 3mm autour de ladite au moins une cloison (113). 17. Échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le faisceau d'échange thermique (10) est assemblé par brasage.