Brevet FR3056731A1 — publié le 20180330

Plaque collectrice, échangeur de chaleur et procédé de fabrication associé. L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule 5 automobile, et son procédé de fabrication. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une multitude de tubes entre lesquels sont insérées des entretoises. Les tubes sont généralement des tubes de section ovale ou oblongue, définie par un grand axe et un 10 petit axe, et ayant des extrémités introduites dans des orifices d'une plaque collectrice. Les plaques collectrices sont recouvertes d'un capot de sorte à former une boite collectrice. Il existe principalement deux types d'échangeurs de chaleur, les échangeurs de chaleur mécaniques, où les différents éléments formant l'échangeur sont fixés mécaniquement entre eux, par exemple par sertissage, et les échangeurs de chaleur 15 brasés où les différents éléments formant l'échangeur sont fixés entre eux par brasage. Lorsque la fixation et l'étanchéité des tubes avec les plaques collectrices est de type mécanique, les plaques collectrices comportent des collets faisant saillie vers l'extérieur des boites collectrices et formés généralement par emboutissage, dans 20 lesquels sont insérés les tubes. L'étanchéité est assurée par un joint compressible placé entre les tubes et les collets. Cependant, du fait de la présence de ces collets, le pas entre deux tubes le long de la plaque collectrice ne peut être inférieur à une certaine limite. Par exemple, pour une plaque collectrice avec une épaisseur de lmm, des tubes d'une épaisseur de 3,5mm 25 au niveau des collets, et un joint d'une épaisseur de 0,7mm, le pas minimum entre deux tubes ne peut être que de : 3,54(0,7x2)+(1x2)+0,5= 7,4mm. Cela est dû au fait qu'il est nécessaire d'avoir un jeu de 0,5mm entre deux collets du fait de la matrice d'emboutissage. 3056731 2 Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur amélioré et son procédé de fabrication. La présente invention concerne donc une plaque collectrice d'une boite collectrice destinée à être disposée au sein d'un échangeur de chaleur, ladite plaque collectrice comportant des orifices d'insertion destinés à recevoir des extrémités de tubes, lesdits orifices étant bordés par des premiers collets comprenant des parois périphériques destinées à encercler la paroi des extrémités des tubes, lesdits premiers collets formant des premiers collets internes, dont la paroi périphérique est destinée à faire saillie vers l'intérieur de la boite collectrice, et des premiers collets externes, dont la paroi périphérique est destinée à faire saillie vers l'extérieur de la boite collectrice, lesdits premiers collets externes et internes étant disposés en alternance sur la plaque collectrice. Le fait que les plaques collectrices comportent des premiers collets internes et des premiers collets externes en alternance permet d'avoir une distance réduite entre deux tubes et donc un pas de tube réduit. 11 est ainsi possible d'augmenter le nombre de tubes sur une même plaque collectrice et donc d'augmenter le nombre de tubes dans un même faisceau de tubes. Cela permet ainsi d'augmenter la surface d'échange de l'échangeur de chaleur et donc d'augmenter ses performances. Selon un aspect de l'invention, le pas entre deux premiers collets est compris 25 entre 5 et 7,4mm, de préférence entre 5,5 et 7,lmm. La présente invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant : . un faisceau de tubes comportant une multitude de tubes disposés parallèlement les uns aux autres, 3056731 3 . deux boites collectrices, une boite collectrice étant disposée de chaque côté du faisceau de tubes, chaque boite collectrice comportant une plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes. 5 Selon un aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur comporte au moins un joint d'étanchéité compressible formant des deuxièmes collets internes contre une face externe des premiers collets internes et des deuxièmes collets externes contre une face interne des premiers collets externes. 10 Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur comporte un joint d'étanchéité unique par boite collectrice, ledit joint d'étanchéité étant plaqué sur la face interne de la plaque collectrice, et , au niveau des orifices, ledit joint d'étanchéité forme le deuxième collet interne contre la face externe des premiers collets internes, recouvre l'extrémité faisant saillie de la paroi des premiers collets internes, longe la face interne 15 de la plaque collectrice pour rejoindre les premiers collets externes et former le deuxième collet externe contre la face interne desdits premiers collets externes. Selon un autre aspect de l'invention, les extrémités des tubes comportent un premier évasement de sorte à comprimer les deuxièmes collets du au moins un joint 20 d'étanchéité au sein des premiers collets. Selon un autre aspect de l'invention, les extrémités des tubes insérées dans les premiers collets externes comportent un deuxième évasement de blocage réalisé sur la partie desdits tubes dépassant desdits premiers collets externes. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant : . un faisceau de tubes comportant une multitude de tubes disposés parallèlement les uns aux autres, et 3056731 4 . deux boites collectrices, une boite collectrice étant disposée de chaque côté du faisceau de tubes, chaque boite collectrice comportant une plaque collectrice, ladite plaque collectrice comprenant des orifices à l'intérieur desquels sont introduites les extrémités des tubes, 5 ledit procédé comprenant les étapes suivantes : . formation en alternance des premiers collets internes et des premiers collets externes des plaques collectrices, . mise en place d'au moins un joint d'étanchéité compressible de sorte à former des deuxièmes collets internes contre la face externe des premiers collets 10 internes et des deuxième collets externes contre la face interne des premiers collets externes, . insertion des extrémités des tubes dans les premiers collets internes et les premiers collets externes, . réalisation d'un premier évasement des extrémités des tubes de sorte à 15 comprimer le au moins un joint d'étanchéité. Selon un aspect du procédé selon l'invention, ledit procédé de fabrication comporte une étape supplémentaire de réalisation d'un deuxième évasement de blocage des extrémités des tubes insérées dans les premiers collets externes. 20 Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, l'étape de formation en alternance des premiers collets internes et des premiers collets externes est réalisée par emboutis sage. 25 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 d'un échangeur de chaleur, 3056731 5 - la figure 2 montre une présentation schématique en perspective et en coupe de la plaque collectrice, - les figures 3a à 3e montrent des représentations schématiques en coupe de la liaison entre des tubes et la plaque collectrice selon différentes étapes du 5 procédé de fabrication. Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à 10 un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. 15 Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et deuxième paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres 20 ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels ou tels critères. 25 La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1 comprenant un faisceau formé d'une multitude de tubes 2 à l'intérieur desquels peut circuler un premier fluide caloporteur. Les tubes 2 sont disposés parallèlement entre eux. Entre les tubes 2 sont disposées des entretoises 6 (aussi nommées intercalaires) qui agissent comme 3056731 6 perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un deuxième fluide caloporteur passant entre les tubes 2. Les tubes 2 ont une section de forme oblongue qui peut être définie selon deux axes de longueur différente. Les tubes 2 ont une largeur correspondant à l'axe le plus long de la forme oblongue de leur section, et une épaisseur 5 correspondant à l'axe le plus court de la forme oblongue de leur section. Les tubes 2 et les entretoises 6 sont généralement réalisés dans des matériaux métalliques. Les tubes 2 et les entretoises 6 forment le faisceau et peuvent être fixés entre eux mécaniquement. Dans ce cas, les entretoises 6 sont également appelées 10 ailettes. Les ailettes sont généralement des plaques superposées et placées perpendiculairement aux tubes 2. Les ailettes comportent des orifices dans lesquels sont insérés et fixés les tubes 2. La fixation des tubes 2 est dite mécanique, par exemple par élargissement des tubes 2 au moyen d'une olive de taille supérieure à celle des tubes 2 qui est insérée dans les tubes 2 afin d'augmenter leur taille, puis retirée. On parle alors 15 de faisceau mécanique. A contrario, les tubes 2 et les entretoises 6 formant le faisceau peuvent être fixés entre eux par brasage. Dans ce cas, les entretoises 6 peuvent être ce que l'on appelle des intercalaires. Ces intercalaires sont par exemple des bandes ondulées ou crénelées, placées entre les tubes 2 et fixées aux tubes 2 par brasage. On parle alors de faisceau 20 brasé. L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux boites collectrices 3 (aussi nommée boites à eau), une boite collectrice 3 étant disposée à chaque extrémité des tubes 2. Ces boites collectrices 3 comportent une plaque collectrice 4 et un capot 8 25 venant recouvrir la plaque collectrice 4 et refermer la boite collectrice 3. Ces boites collectrices 3 permettent la collecte et/ou la distribution du premier fluide caloporteur afin qu'il circule dans les tubes 2. 3056731 7 La plaque collectrice 4 fait la liaison de façon étanche entre la boite collectrice 3 et le faisceau de tubes 2. La plaque collectrice 4 peut être de forme générale rectangulaire et comporter (voir figure 2) : - une face interne 4a orientée vers l'intérieur de la boite collectrice 3 ou issue de la 5 face de ladite plaque collectrice 4 orientée vers l'intérieur de la boite collectrice 3, et - une face externe orientée vers l'extérieur de la boite collectrice 3 ou issue de la face de ladite plaque collectrice 4 orientée vers l'extérieur de la boite collectrice 3. 10 Comme le montre la figure 2, la plaque collectrice 4 comporte une multitude d'orifices 40 ayant une forme correspondante à la forme de la section des tubes 2 et propres à recevoir les extrémités des tubes 2. Chaque orifice 40 est bordé par un premier collet référencés 42i,42e afin de distinguer deux sortes de premier collet. Les premiers collets 42i,42e peuvent avantageusement faire venue de matière avec la plaque 15 collectrice 4 et être formés par emboutissage. Les premiers collets 42i,42e sont de deux sortes comme illustré à la figure 3a : - des premiers collets internes 42i, dont la paroi périphérique est destinée à faire saillie vers l'intérieur de la boite collectrice 3, et 20 - des premiers collets externes 42e, dont la paroi périphérique est destinée à faire saillie vers l'extérieur de la boite collectrice 3. Les premiers collets externes 42e et internes 42i sont disposés en alternance sur la plaque collectrice 4. La liaison entre un premier collet interne 42i et un premier collet externe 42e 25 comporte un épaulement E. Cet épaulement E peut notamment être dû au fait que les premier collets 42i,42e sont réalisés par emboutissage. La face interne 4a de la plaque collectrice 4 au niveau des premiers collets internes 42i est de préférence située sur un même plan A que la face externe 4b de la plaque collectrice 4 au niveau des premiers 3056731 8 collets externes 42e. Cela permet de réduire au minimum la distance entre les premiers collets internes 42i et externes 42e, qui correspond alors à deux épaisseurs de la plaque collectrice 4. 5 Le fait que les plaques collectrices 4 comportent des premiers collets internes 42i et des premiers collets externes 42e en alternance permet d'avoir une distance d (voir figure 3a) réduite entre deux tubes 2 et donc un pas P de tube 2 réduit (voir figures 3c à 3d). Il est ainsi possible d'augmenter le nombre de tubes 2 sur une même plaque collectrice 4 et donc d'augmenter le nombre de tubes 2 dans un même faisceau de tubes 10 2. Cela permet ainsi d'augmenter la surface d'échange de l'échangeur de chaleur 1 et donc d'augmenter ses performances. La plaque collectrice 4 peut également se prolonger par une gorge périphérique 44 se terminant par un rebord périphérique 45 formant des pattes rabattables. La gorge 15 périphérique 44 est destinée à recevoir les rebords du capot 8 et le rebord périphérique 45 peut être plié et rabattu afin de fixer ledit capot 8 sur la plaque collectrice 4. La plaque collectrice 4 reçoit au moins un joint d'étanchéité 5 (voir figures 3b à 3d) compressible de formant des deuxièmes collets internes 52i contre la face externe 20 4b des premiers collets internes 42i et des deuxièmes collets externes 52e contre la face interne 4a des premiers collets externes 42e. Les deuxièmes collets internes 52i sont disposés et comprimés entre les extrémités des tubes 2 et la face externe 4b de la plaque collectrice 4 au niveau des premiers collets internes 42i, afin d'assurer l'étanchéité de la liaison entre les tubes 2 et la plaque collectrice 4. Les deuxièmes collets externes 52e 25 sont quant à eux disposés et comprimés entre les extrémités des tubes 2 et la face interne 4a de la plaque collectrice 4 au niveau des premiers collets externes 42e. Selon un premier mode de réalisation, illustré aux figures 3b à 3e, la plaque collectrice 4 comporte un joint d'étanchéité 5 unique par boite collectrice 3. Ce joint 3056731 9 d'étanchéité 5 est plaqué sur la face interne 4a de la plaque collectrice 4. Au niveau des ouvertures 40, le joint d'étanchéité 5 forme le deuxième collet interne 52i contre la face externe 4b des premiers collets internes 42i, recouvre l'extrémité faisant saillie de la paroi des premiers collets internes 42i, longe la face interne 4a de la plaque collectrice 4 5 pour rejoindre les premiers collets externes 42e et former le deuxième collet externe 52e contre la face interne 4a desdits premiers collets externes 42e. Selon un deuxième mode de réalisation non représenté, la plaque collectrice 4 peut comporter une multitude de joints d'étanchéité 5 individuels qui forment des 10 deuxièmes collets internes 52i et externes 52e qui s'introduisent respectivement dans les premiers collets internes 42, et externes 42e, pour assurer l'étanchéité entre les tubes 2 et la plaque collectrice 4. L'utilisation d'un joint d'étanchéité 5 unique ou d'une multitude de joints 15 d'étanchéité 5 individuels pour réaliser la liaison entre les tubes 2 et la plaque collectrice 4, permet une certaine souplesse de la liaison qui peut absorber les dilatations et rétractions liées aux variations de température que subit l'échangeur de chaleur 1 en cours de fonctionnement. La liaison entre les tubes 2 et la plaque collectrice 4 est donc plus résistante à ces variations de température, notamment lors de chocs thermiques. 20 Ainsi, l'échangeur de chaleur 1 peut avoir un pas P entre deux premiers collets 42i,42e et donc entre deux tubes 2, compris entre 5 et 7,4mm, de préférence entre 5,5 et 7,1mm. Par exemple, comme illustré aux figures 3d et 3e, pour un tube 2 d'une épaisseur 25 de 3,5mm au niveau des premier collets 42i,42e, des joints d'étanchéité 5 d'une épaisseur comprimée de 0,7mm et avec des premiers collets 42i,42e d'une épaisseur de lmm, correspondant à l'épaisseur de la plaque collectrice 4, il est possible d'obtenir un pas P de tube 2 de : 3,54(0,7x2)+(1x2), 6,9mm 3056731 10 Pour un faisceau de tubes 2 brasé, où les tubes 2 peuvent être plus fins et d'une épaisseur de l'ordre de 2,4mm, il est même possible d'obtenir un pas P"de tube 2 de : 2,4+(0,7x2)+(1x2)= 5,8mm 5 Comme illustré aux figures 3d et 3e, les extrémités des tubes 2 peuvent comprendre un premier évasement 20 de sorte à comprimer les deuxièmes collets 52i,52e au sein des premiers collets 42i,42e. Ce premier évasement 20 des extrémités des tubes 2 permet une compression du joint d'étanchéité 5 et donc assure l'étanchéité de 10 la liaison entre le tube 2 et la plaque collectrice 4. Comme le montre la figure 3e, les extrémités des tubes 2 insérées dans les premiers collets externes 42e comportent un deuxième évasement 20' de blocage réalisé sur la partie des tubes 2 dépassant des premiers collets externes 42e. Ce deuxième 15 évasement 20' bloque les tubes 2 en translation et permet d'éviter que les tubes 2 ne puissent ressortir des orifices 40 des plaques collectrices 4. Ce deuxième évasement 20' des extrémités des tubes 3 peut être réalisé sur toute la périphérie de l'extrémité des tubes 2, ou bien il peut être local et ne concerner qu'une portion de la périphérie de l'extrémité des tubes 2. 20 La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur 1 comme illustré aux figures 3a à 3e. Comme décrit précédemment, l'échangeur de chaleur 1 comporte : . un faisceau de tubes 2 comportant une multitude de tubes 2 disposés 25 parallèlement les uns aux autres, et . deux boites collectrices 3, une boite collectrice 3 étant disposée de chaque côté du faisceau de tubes 2, chaque boite collectrice 3 comportant une plaque collectrice 4, ladite plaque collectrice 4 comprenant des orifices 40 à l'intérieur desquels sont introduits les extrémités des tubes 2. 3056731 11 Le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : . formation en alternance des premiers collets internes 42i et des premiers collets externes 42e des plaques collectrices 4, par exemple par 5 emboutissage. Cette étape est illustrée à la figure 3a, . mise en place d'au moins un joint d'étanchéité 5 compressible de sorte à former des deuxièmes collets internes 52i contre la face externe 4b des premiers collets internes 42i et des deuxième collets externes 52e contre la face interne 4a des premiers collets externes 42e. Cette étape est illustrée à la 10 figure 3b, . insertion des extrémités des tubes 2 dans les premiers collets internes 42i et les premiers collets externes 42e. Cette étape est illustrée à la figure 3c, . réalisation d'un premier évasement 20 des extrémités des tubes 2 de sorte à comprimer le joint d'étanchéité 5. Cette étape est illustrée à la figure 3d. 15 Comme illustré à la figure 3e, le procédé de fabrication peut également comporter une étape supplémentaire de réalisation d'un deuxième évasement 20' de blocage au niveau des extrémités des tubes 2 insérées dans les premiers collets externes 42e. Ladite étape de réalisation des deuxièmes évasements 20' est notamment effectuée 20 après l'étape de réalisation des premiers évasements 20. Ainsi, on voit bien que l'échangeur de chaleur 1, du fait qu'il comporte une plaque collectrice comprenant des premiers collets 42i,42e particuliers, permet une diminution du pas P de tube 2 et donc une augmentation de ses performances. REVENDICATIONS1. Plaque collectrice (4) d'une boite collectrice (3) destinée à être disposée au sein d'un échangeur de chaleur (1), ladite plaque collectrice (4) comportant des orifices (40) d'insertion destinés à recevoir des extrémités de tubes (2), lesdits orifices (40) étant bordés par des premiers collets (42i,42e) comprenant des parois périphériques destinées à encercler la paroi des extrémités des tubes (2), caractérisée en ce que lesdits premiers collets (42i,42e) forment des premiers collets internes (42i), dont la paroi périphérique est destinée à faire saillie vers l'intérieur de la boite collectrice (3), et des premiers collets externes (42e), dont la paroi périphérique est destinée à faire saillie vers l'extérieur de la boite collectrice (3), lesdits premiers collets externes (42e) et internes (42i) étant disposés en alternance sur la plaque collectrice (4). 2. Plaque collectrice (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le pas (P) entre deux premiers collets (42i,42e) est compris entre 5 et 7,4mm, de préférence entre 5,5 et 7,lmm. 3. Échangeur de chaleur (1) comprenant : . un faisceau de tubes (2) comportant une multitude de tubes (2) disposés parallèlement les uns aux autres, ° deux boites collectrices (3), une boite collectrice (3) étant disposée de chaque côté du faisceau de tubes (2), chaque boite collectrice (3) comportant une plaque collectrice (4) selon l'une des revendications précédentes. 3056731 13 4. 5 5. 10 15 6. 20 7. 25 8. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un joint d'étanchéité (5) compressible formant des deuxièmes collets internes (52i) contre une face externe (4b) des premiers collets internes (42i) et des deuxièmes collets externes (52e) contre une face interne (4a) des premiers collets externes (42e). Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité (5) unique par boite collectrice (3), ledit joint d'étanchéité (5) étant plaqué sur la face interne (4a) de la plaque collectrice (4), et que, au niveau des orifices (40), ledit joint d'étanchéité (5) forme le deuxième collet interne (52i) contre la face externe (4b) des premiers collets internes (42i), recouvre l'extrémité faisant saillie de la paroi des premiers collets internes (42i), longe la face interne (4a) de la plaque collectrice (4) pour rejoindre les premiers collets externes (42e) et former le deuxième collet externe (52e) contre la face interne (4a) desdits premiers collets externes (42e). Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (2) comportent un premier évasement (20) de sorte à comprimer les deuxièmes collets (52i,52e) du au moins un joint d'étanchéité (5) au sein des premiers collets (42i,42e). Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités des tubes (2) insérées dans les premiers collets externes (42e) comportent un deuxième évasement (20') de blocage réalisé sur la partie desdits tubes (2) dépassant desdits premiers collets externes (42e). Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) comprenant : . un faisceau de tubes (2) comportant une multitude de tubes (2) disposés parallèlement les uns aux autres, et 3056731 14 . deux boites collectrices (3), une boite collectrice (3) étant disposée de chaque côté du faisceau de tubes (2), chaque boite collectrice (3) comportant une plaque collectrice (4), ladite plaque collectrice (4) comprenant des orifices (40) à l'intérieur desquels sont introduites les extrémités des tubes 5 (2), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : . formation en alternance des premiers collets internes (42i) et des premiers collets externes (42e) des plaques collectrices (4), . mise en place d'au moins un joint d'étanchéité (5) compressible de sorte à 10 former des deuxièmes collets internes (52i) contre la face externe (4b) des premiers collets internes (42i) et des deuxième collets externes (52e) contre la face interne (4a) des premiers collets externes (42e), . insertion des extrémités des tubes (2) dans les premiers collets internes (42i) et les premiers collets externes (42e), 15 ° réalisation d'un premier évasement (20) des extrémités des tubes (2) de sorte à comprimer le au moins un joint d'étanchéité (5). 9. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de réalisation d'un deuxième évasement 20 (20') de blocage des extrémités des tubes (2) insérées dans les premiers collets externes (42e). 10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'étape de formation en alternance des premiers collets internes (42i) et des 25 premiers collets externes (42e) est réalisée par emboutissage.