Brevet FR3069630A1 — publié le 20190201

Boite collectrice pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur associé L'invention concerne une boîte collectrice pour échangeur de chaleur à tubes. Plus particulièrement l'invention concerne une boîte collectrice comportant un élément de renfort rapporté et installé en son sein. La présente invention porte également sur un procédé de montage d'une telle boîte collectrice ainsi que sur un échangeur de chaleur comprenant une telle boîte collectrice pour le domaine automobile. Un échangeur de chaleur à tube comporte généralement un faisceau de tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur. À chacune des extrémités du faisceau de tubes est disposée une boîte collectrice permettant la distribution ou la récupération du fluide réfrigérant. Cette boîte collectrice peut notamment être réalisée en matériau plastique dans un souci économique et de gain de poids. Cependant du fait de la pression du fluide réfrigérant, de telles boîtes collectrices doivent être renforcées. Une solution connue est de munir la boîte collectrice de nervures ou d'éléments de renfort internes rapportés reliant les parois latérales longitudinales de la boîte collectrice. Ces parois latérales longitudinales sont les plus longues et sont plus susceptibles de se déformer. Les nervures venant de matière avec la boîte collectrice, ne sont pas une solution satisfaisante car elles interdisent l'insertion au sein de la boîte collectrice d'un élément interne rapporté comme par exemple un échangeur de chaleur supplémentaire ou un matériau à changement de phase. L'utilisation d'éléments de renfort reliant les parois latérales longitudinales de la boîte collectrice n'est pas également une solution satisfaisante car ces éléments de renfort ne sont généralement maintenus qu'une fois la boîte 2 collectrice montée. Les éléments de renfort sont alors pris en sandwich entre une plaque collectrice et la boîte collectrice. Bien que l'utilisation d'éléments de renfort permette l'insertion d'un élément interne rapporté, cela entraîne des problèmes notamment lors du montage de l'échangeur de chaleur. En effet, lors de 5 ce montage les éléments de renfort peuvent se déplacer et tomber de la boîte collectrice avant son installation à l'extrémité du faisceau. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer une boîte 10 collectrice avec des éléments de renfort améliorés et permettant à la fois l'insertion d'un élément interne rapporté et un montage sécurisé de la boite collectrice. La présente invention concerne donc une boîte collectrice pour échangeur 15 de chaleur à tubes, ladite boîte collectrice ayant une forme générale parallélépipédique et comportant : - deux parois latérales longitudinales, deux parois d'extrémités reliant les deux parois latérales longitudinales, ces parois définissant une face externe et une face interne de la boîte collectrice, et 20 - au moins un élément de renfort inséré dans la boite collectrice et reliant les parois latérales longitudinales entre elles, le au moins un élément de renfort étant fixé de façon amovible à l'intérieur de la boîte collectrice. 25 Selon un aspect de l'invention, la fixation du au moins un élément de renfort est réalisée par fixation à emboîtage élastique au niveau d'au moins deux points de fixation avec la face interne de la boîte collectrice, ladite fixation à emboîtage élastique comportant un organe mâle de fixation coopérant avec un organe femelle de fixation. 3 Selon un autre aspect de l'invention, au niveau de chaque point de fixation du au moins un élément de renfort, ledit au moins un élément de renfort comporte une patte de fixation comprenant un organe femelle de fixation et la face interne 5 de la boîte collectrice un organe mâle de fixation. Selon un autre aspect de l'invention, au niveau de chaque point de fixation de l'élément de renfort, la face interne de la boite collectrice comporte un arceau de fixation définissant un espace d'insertion entre la face interne de la boîte 10 collectrice et ledit arceau de fixation dans lequel la patte de fixation est destinée à venir s'insérer. Selon un autre aspect de l'invention, l'organe mâle de fixation est disposé sur l'arceau de fixation à l'intérieur de l'espace d'insertion en regard de la face 15 interne de la boîte collectrice. Selon un autre aspect de l'invention, la boîte collectrice comporte un seul élément de renfort et deux points de fixation, chaque point de fixation étant disposé sur une paroi d'extrémité distincte. Selon un autre aspect de l'invention, la boîte collectrice comporte au moins un élément de renfort et quatre points de fixation par élément de renfort, les parois latérales longitudinales comportant chacune au moins deux points de fixation d'un même élément de renfort. Selon un autre aspect de l'invention, l'au moins un élément de renfort comporte des traverses de liaison reliant les parois latérales longitudinales, lesdites traverses de liaison étant destinées à être disposées en regards des espaces inter-tubes à l'état monté. 20 25 4 La présente invention concerne également un échangeur de chaleur comportant une boîte collectrice telle que décrite précédemment. 5 La présente invention concerne également un procédé de montage d'une boîte collectrice, ledit procédé comportant une étape de mise en place et de fixation de façon amovible unique d'un élément de renfort au sein de la boîte collectrice. 10 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, 15 - la figure 2 montre une représentation schématique en perspective d'une boîte collectrice selon un premier mode de réalisation, - la figure 3 montre une représentation schématique en perspective d'un élément de renfort, - la figure 4 montre une représentation schématique en vue de côté et en 20 coupe transversale de la boîte collectrice de la figure 2, - la figure 5 montre une représentation schématique en vue de dessus et en coupe longitudinale de la boîte collectrice à l'état monté, - les figures 6 et 7 montrent des représentations schématiques en perspective et selon différents plans de coupe transversale de la boîte collectrice de la 25 figure 2, - la figure 8 montre une représentation schématique en perspective d'une boîte collectrice selon un deuxième mode de réalisation. 5 Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. 5 Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à 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 10 combinées pour fournir d'autres réalisations. Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième 15 critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres 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 20 non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels ou tels critères. La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1, généralement de forme parallélépipédique, comprenant un faisceau formé d'une multitude de tubes 2 à l'intérieur desquels peut circuler un premier fluide caloporteur. Les tubes 2 25 peuvent notamment être de section ovale ou oblongue, définie par un grand axe et un petit axe et sont disposés parallèlement entre eux de sorte à former une rangée de tubes 2. Entre les tubes 2, sont disposées des entretoises 6 qui agissent comme perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un deuxième fluide caloporteur passant entre les tubes 2. 6 Les tubes 2 et les entretoises 6 sont généralement réalisés en métal. Les tubes 2 et les entretoises 6 formant le faisceau peuvent être fixés entre eux par brasage. Les entretoises 6 sont alors appelées intercalaires et sont par exemple des bandes ondulées ou crénelées, placées entre les tubes 2 et fixées auxdits tubes 2 5 par brasage. On parle alors de faisceau brasé. Les tubes 2 et les entretoises 6 formant le faisceau peuvent être fixés entre eux par fixation mécanique. Les entretoises 6 sont alors appelées ailettes et sont par exemple des plaques métalliques comportant des orifices dans lesquels passent les tubes 2. Les tubes 2 sont fixés dans ces orifices par expansion de leur diamètre. On parle alors de 10 faisceau mécanique. L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux collecteurs 3, un collecteur 3 étant disposé à chaque extrémité des tubes 2. Ces collecteurs 3 comportent chacun une plaque collectrice 4 et une boîte collectrice 8 venant 15 recouvrir la plaque collectrice 4 et refermer le collecteur 3 de sorte à former une chambre dans laquelle peut circuler le premier fluide caloporteur. Ces collecteurs 3 permettent la collecte et/ou la distribution du premier fluide caloporteur afin qu'il circule dans les tubes 2. La plaque collectrice 4 fait la liaison de façon étanche entre le collecteur 3 20 et le faisceau de tubes 2. De plus, la plaque collectrice 4 peut être de forme générale rectangulaire avec deux grands cotés et deux petits cotés. La plaque collectrice 4 comporte également une multitude d'orifices ayant une forme correspondante à la forme de la section des tubes 2 et propres à recevoir les extrémités des tubes 2. Les orifices sont donc disposés en rangées parallèlement 25 au grand côté de la plaque collectrice 4. Les tubes 2 peuvent être fixés à la plaque collectrice 4 de façon étanche par brasage, on parle alors d'échangeur de chaleur brasé. Les tubes 2, les entretoises 6 ainsi que les plaques collectrices 4 peuvent être réalisés dans un matériau métallique notamment en aluminium ou alliage d'aluminium afin d'avoir 7 une bonne conductivité thermique et permettre le brasage. La boîte collectrice 8 peut être quant à elle réalisée en matière plastique. Selon une alternative, les tubes 2 peuvent être fixés à la plaque collectrice 4 de façon mécanique avec intervention d'un joint d'étanchéité, on parle alors 5 d'échangeur de chaleur mécanique. Avec ce mode de fixation, le collecteur 3 dans son ensemble, c'est-à-dire la plaque collectrice 4 et la boîte collectrice 8, peut être réalisé en matière plastique. La figure 2 montre plus en détail une boîte collectrice 8. La boîte 10 collectrice 8 a également une forme générale parallélépipédique et comporte notamment deux parois latérales longitudinales 8a ainsi que deux parois d'extrémités 8b reliant les deux parois latérales longitudinales 8a. Ces parois forment le contour de la boîte collectrice 8 et définissent une face externe et une face interne de la boîte collectrice 8. La face externe de la boîte collectrice 8 peut 15 notamment comporter un orifice 80 d'arrivée ou de sortie du premier fluide caloporteur. La boîte collectrice 8 illustré à la figure 2 comporte en outre un élément interne rapporté 12. Dans l'exemple illustré il s'agit d'un échangeur de chaleur supplémentaire, par exemple un refroidisseur d'huile, intégré dans la boîte 20 collectrice 8 et comprenant une entrée 120a et un sortie 120b d'huile. Il peut néanmoins tout à fait être possible d'imaginer un autre type d'échangeur de chaleur supplémentaire où un autre type d'élément interne rapporté, par exemple un matériau à changement de phase. La boite collectrice 8 comporte également au moins un élément de renfort 25 10 inséré dans ladite boite collectrice 8. Cet élément de renfort 10 relie les parois latérales longitudinales 8a entre elles afin de rigidifier la boîte collectrice 8. A l'état monté, cet élément de renfort 10 est notamment disposé entre l'élément interne rapporté 12 et la plaque collectrice 4 (comme visible sur les figures 4, 6 et 7). Préférentiellement le au moins un élément de renfort 10 est disposé au niveau 8 de la partie centrale de la boîte collectrice 8 où les risques de déformations sont les plus importants. La figure 3 montre plus en détail un élément de renfort 10 selon un 5 premier mode de réalisation. L'élément de renfort 10 a une forme générale parallélépipédique et est généralement réalisé en matériau métallique. Cet élément de renfort 10 comporte des traverses de liaison 104 reliant les parois latérales longitudinales 8a de la boîte collectrice 8, comme l'illustrent les figures 4 et 5. En effet, ces parois latérales longitudinales 8a sont les plus longues et donc les plus 10 susceptibles d'être déformées par la pression du premier fluide caloporteur. De plus le nombre de ces traverses de liaison 104 peut être le plus élevé au niveau de la partie centrale de la boîte collectrice 8 où les risques de déformations sont les plus importants. De préférence et comme illustré à la figure 5, les traverses de liaison 104 15 sont destinées à être disposées en regard des espaces inter-tubes à l'état monté afin de limiter l'augmentation des pertes de charges du premier fluide caloporteur. L'élément de renfort 10 a de préférence une épaisseur fine, par exemple de l'ordre de 0,5 mm. L'élément de renfort 10 comporte deux longerons 10a reliant les extrémités 20 des traverses de liaison 104. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer d'autres configuration de l'élément de renfort 10 avec par exemple un seul longeron 10a ou bien une configuration en créneaux dans laquelle une traverse de liaison 104 et reliée par une de ses extrémités à une seule traverse de liaison 104 adjacente. 25 Afin de s'accrocher aux parois latérales longitudinales 8a, l'élément de renfort 10 comporte des pattes de retenue 101 venant s'insérer dans des guides 84 ménagés sur la face interne des parois latérales longitudinales 8a. L'espace à l'intérieur des guides 84 dans lequel passe la patte de retenue 101 est de préférence plus large que la patte de retenue 101 afin de pouvoir absorber les 9 variations de dimension de ladite patte de retenue 101 du fait de sa dilation lorsque l'échangeur de chaleur 1 est en fonctionnement. L'élément de renfort 10 est également fixé de façon amovible à l'intérieur 5 de la boîte collectrice 8. Cette fixation amovible permet l'insertion d'un élément interne rapporté 12 dans la boîte collectrice 8 ainsi qu'une manipulation de la boîte collectrice 8 lors du montage sans risque de perte de l'élément de renfort 10. Le fait que la fixation soit amovible permet également de retirer l'élément de renfort 10 par exemple afin d'intervenir sur l'élément interne rapporté 12 ou de le 10 retirer par exemple afin d'effectuer des réparations. La fixation du au moins un élément de renfort 10 peut notamment être réalisée par fixation à emboîtage élastique au niveau d'au moins deux points de fixation 13 avec la face interne de la boîte collectrice 8a. Cette fixation à emboîtage élastique comporte plus particulièrement un organe mâle de fixation 86 15 coopérant avec un organe femelle de fixation 103. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 2, la boîte collectrice 8 comporte au moins un élément de renfort 10 et quatre points de fixation 13 par élément de renfort 10. Les parois latérales longitudinales 8a comportent chacune au moins deux points de fixation 13 d'un même élément de 20 renfort 10. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la boîte collectrice 8 comporte un seul élément de renfort 10. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer une boîte collectrice 8 comportant plusieurs éléments de renfort 10. Selon la fixation d'un élément de renfort 10 illustrée plus en détail aux figures 6 et 7, au niveau de chaque point de fixation 13 l'élément de renfort 10 25 comporte une patte de fixation 102 comprenant un organe femelle de fixation 103 et la face interne de la boîte collectrice 8 un organe mâle de fixation 86. L'organe femelle de fixation 103 peut notamment être un orifice et l'organe mâle de fixation 86 un crochet. Il est cependant tout à fait possible d'imaginer un mode de réalisation dans 10 lequel l'organe mâle de fixation 86 est porté par l'élément de renfort 10 et l'organe femelle de fixation 103 par la boîte collectrice 8. Il est également possible d'imaginer d'autre moyen de fixation amovible comme par exemple par vissage. 5 Dans l'exemple illustré aux figures 6 et 7, la face interne de la boite collectrice 8 comporte, au niveau de chaque point de fixation 13 de l'élément de renfort 10, un arceau de fixation 85 définissant un espace d'insertion entre la face interne de la boîte collectrice 8 et ledit arceau de fixation 85 dans lequel la patte 10 de fixation 102 est destinée à venir s'insérer. Afin que l'organe mâle de fixation 86 et l'organe femelle de fixation 103 puissent coopérer, cet espace d'insertion a une épaisseur supérieure à celle de l'organe mâle de fixation 86 additionné avec l'épaisseur de la patte de fixation 102. Toujours dans l'exemple illustré aux figures 6 et 7, l'organe mâle de 15 fixation 86 est disposé sur l'arceau de fixation 85 à l'intérieur de l'espace d'insertion en regard de la face interne de la boîte collectrice 8. La présence de cet arceau de fixation 85 ainsi que le fait que l'organe mâle de fixation 85 soit sur cet arceau de fixation 85 permet de sécuriser et renforcer la fixation de l'élément de renfort 10. 20 Le fait que l'élément de renfort 10 soit fixé à l'intérieur de la boîte collectrice permet également audit élément de renfort 10 de ne pas être en contact de l'élément interne rapporté 12 (comme visible sur la figure 4) et de la plaque collectrice 4 ou des tubes 2 (comme visible sur les figures 6 et 7). Cela permet 25 également d'insérer un élément de renfort 10 même lorsque l'espace entre l'extrémité des tubes 2 ou de la plaque collectrice 4 avec l'élément interne rapporté 12 est faible, par exemple de l'ordre de 3mm. Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 8, la boîte 11 collectrice 8 comporte un seul élément de renfort 10 et sa fixation est réalisée au niveau de deux points de fixation 13. Chaque point de fixation 13 est disposé sur une paroi d'extrémité 8b distincte. Le même mode de fixation à emboîtage élastique que pour le premier mode de réalisation est également applicable à ce 5 deuxième mode de réalisation. La présente invention concerne également un procédé de montage d'une boîte collectrice 8 telle que décrite précédemment. Ce procédé comporte une étape de mise en place et de fixation de façon amovible unique d'un élément de renfort 10 10 au sein de la boîte collectrice 8. Par étape de mise en place et de fixation unique on entend que ces deux opérations sont réalisées en même temps en insérant l'élément de renfort 10 dans la boîte collectrice 8. Il n'y a donc besoin que d'une seule opération pour installer et fixer l'élément de renfort 10 dans la boîte collectrice 8. Cela est notamment le cas lorsque la fixation de l'élément de 15 renfort 10 est réalisée par fixation à emboîtage élastique. Ainsi, on voit bien que la boîte collectrice 8 de par la fixation de façon amovible d'au moins un élément de renfort 10 permet l'insertion d'un élément interne rapporté 12 au sein de la boîte collectrice 8 et permet également d'éviter la 20 perte dudit élément de renfort lors du montage. De plus du fait d'une fixation à emboîtage élastique, REVENDICATIONS1. Boîte collectrice (8) pour échangeur de chaleur (1) à tubes (2), ladite boîte collectrice (8) ayant une forme générale parallélépipédique et comportant : - deux parois latérales longitudinales (8a), deux parois d'extrémités (8b) reliant les deux parois latérales longitudinales (8a), ces parois définissant une face externe et une face interne de la boîte collectrice (8), et - au moins un élément de renfort (10) inséré dans la boite collectrice (8) et reliant les parois latérales longitudinales (8a) entre elles, caractérisé en ce que le au moins un élément de renfort (10) est fixé de façon amovible à l'intérieur de la boîte collectrice (8). 2. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fixation du au moins un élément de renfort (10) est réalisée par fixation à emboîtage élastique au niveau d'au moins deux points de fixation (13) avec la face interne de la boîte collectrice (8a), ladite fixation à emboîtage élastique comportant un organe mâle de fixation (86) coopérant avec un organe femelle de fixation (103). 3. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au niveau de chaque point de fixation (13) du au moins un élément de renfort (10), ledit au moins un élément de renfort (10) comporte une patte de fixation (102) comprenant un organe femelle de fixation (103) et la face interne de la boîte collectrice (8) un organe mâle de fixation (86). 4. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au niveau de chaque point de fixation (13) de l'élément de renfort (10), la face interne de la boite collectrice (8) comporte un arceau de fixation 13 5 5. 10 6. 15 7. 20 8. 25 (85) définissant un espace d'insertion entre la face interne de la boîte collectrice (8) et ledit arceau de fixation (85) dans lequel la patte de fixation (102) est destinée à venir s'insérer. Boîte collectrice (8) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe mâle de fixation (86) est disposé sur l'arceau de fixation (85) à l'intérieur de l'espace d'insertion en regard de la face interne de la boîte collectrice (8). Boîte collectrice (8) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la boîte collectrice (8) comporte un seul élément de renfort (10) et deux points de fixation (13), chaque point de fixation (13) étant disposé sur une paroi d'extrémité (8b) distincte. Boîte collectrice (8) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la boîte collectrice (8) comporte au moins un élément de renfort (10) et quatre points de fixation (13) par élément de renfort (10), les parois latérales longitudinales (8a) comportant chacune au moins deux points de fixation (13) d'un même élément de renfort (10). Boîte collectrice (8) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un élément de renfort (10) comporte des traverses de liaison (104) reliant les parois latérales longitudinales (8a), lesdites traverses de liaison (104) étant destinées à être disposées en regards des espaces inter-tubes à l'état monté. 9. Échangeur de chaleur (1) comportant une boîte collectrice (8) selon l'une des revendications précédentes. 14 10. Procédé de montage d'une boîte collectrice (8) selon l'une des revendications 2 à 8, ledit procédé comportant une étape de mise en place et de fixation de façon amovible unique d'un élément de renfort (10) au sein de la boîte collectrice (8).