Brevet FR3093358A1 — publié le 20200904

Description Titre de l'invention : PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UNE BOÎTE COLLECTRICE POUR ECHANGEUR DE CHALEUR [0001] L'invention a trait au domaine de l'automobile et plus particulièrement aux échangeurs de chaleur pour systèmes de climatisation des véhicules automobiles. [0002] Les véhicules automobiles sont, en général, pourvus (l'un système de climatisation dont l'objectif principal est de fournir de l'air frais ou chaud dans l'habitacle. [0003] Les systèmes de climatisation des véhicules automobiles comprennent dans leur forme simplifiée un circuit de climatisation muni d'un compresseur qui permet de comprimer et faire circuler un fluide frigorigène dans le circuit, d'un détendeur pour abaisser la pression du fluide frigorigène, et de deux échangeurs de chaleurs respectivement un condenseur et un évaporateur. [0004] Il est connu des évaporateurs se présentant sous la forme de plusieurs faisceaux su- perposés les uns sur les autres et dans lesquels circule le fluide frigorigène. Afin de faire circuler uniformément le fluide frigorigène dans les faisceaux de l'échangeur de chaleur, il comprend une ou plusieurs boîte(s) collectrice(s) en relation avec les faisceaux. [0005] Il est connu des boites collectrices comprenant une plaque collectrice et, un couvercle monté sur la plaque collectrice et définissant avec celle-ci au moins deux compartiments. [0006] Avant d'effectuer l'opération de brasage, qui consiste à chauffer les éléments de l'échangeur à fixer ensembles dans un four à une température prédéterminée de fusion du matériau de brasage, lesdits éléments sont préassemblés entre eux. [0007] Le pré assemblage du couvercle sur la plaque collectrice est réalisé par diverges techniques. Selon l'une de ces techniques, la plaque collectrice définit avec le couvercle au moins deux compartiments ainsi que précédemment évoqué. Les deux compartiments sont séparés par un pied central faisant office de cloison entre les compartiments. L'étanchéité entre les deux compartiments est d'une importance cruciale, car en effet, un problème d'étanchéité diminuerait significativement l'efficacité de l'échangeur de chaleur voire le rendrait inutilisable. Au cours de l'opération de brasage le pied central est fixé à la plaque collectrice, cloisonnant de ce fait les compartiments. Afin de garantir un brasage efficace, c'est-à-dire un pied central étanche, plusieurs fentes sont pratiquées dans la plaque collectrice, ces fentes accueillant un pion faisant saillie du couvercle. Les pions ainsi insérés dans les fentes permettent un meilleur contact entre le pied central du couvercle et la plaque collectrice, améliorant de ce fait le brasage et permettant une meilleure étanchéité. 2 [0008] Bien que cette technique fonctionne, elle présente des inconvénients. La plaque col- lectrice doit être percée selon des dimensions précises sur toute sa longueur d'une part, et les pions du couvercle doivent être précisément agencés d'autre part, ceci afin que l'insertion dudit couvercle dans ladite plaque collectrice soit possible. En pratique, il est fréquent, que les pions ne s'insèrent pas dans les trous de la plaque collectrice. Un autre inconvénient, est que le montage est plus difficile à réaliser. Un autre risque est que le matériau de brasage ne remplisse pas correctement les trous si bien que l'étanchéité peut être compromise. [0009] Ainsi il est prévu en premier lieu, un couvercle pour boite collectrice d'un échangeur de chaleur, le couvercle se présentant sous la forme d'un profilé comprenant deux lobes reliés entre eux par une portion centrale sensiblement plane, les lobes comprenant en outre un bord latéral opposée à la portion centrale, les bords latéraux étant décalés d'un décalage par rapport à la portion centrale selon une direction portée par un axe transversale perpendiculaire à un axe d'extension de ladite portion centrale. [0010] Un tel couvercle permet de mieux sécuriser les compartiments de la boîte collectrice, notamment grâce au pied central qui fait office de cloison étanche. En effet, le décalage entre la portion centrale et les bords latéraux permet un pré-assemblage de la boîte collectrice avec un contact fiable, entre la portion centrale et la plaque collectrice. Plus précisément, on aura compris, grâce au décalage, on favorise le contact entre la portion centrale et la plaque collectrice plutôt que le contact entre les bords latéraux et la plaque collectrice. Ceci est en particulier permis car le contact entre la plaque collectrice et les bords latéraux pourra être réalisé par une opération de pré-assemblage du couvercle et de la plaque collectrice, notamment un sertissage. L'élasticité du couvercle permet alors à la portion centrale du couvercle, légèrement comprimée, d'être maintenue en contact avec la plaque collectrice. En particulier un tel couvercle permet de s'affranchir de l'utilisation de trous dans la plaque collectrice et de pion dans le couvercle, pouvant être à l'origine de défauts d'étanchéité consécutifs au brasage entre autres. [0011] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en com- binaison : [0012] le décalage entre la portion centrale et les bords latéraux est compris entre 0,2 et 0,5 millimètre, mesuré selon l'axe transversal ; [0013] le décalage entre la portion centrale et les bords latéraux est d'environ 0,3 millimètre, mesuré selon l'axe transversal ; [0014] la portion centrale définit avec une portion intérieure de chaque lobe, un pied central, ledit pied central étant défonnable ; [0015] la portion centrale est destinée à être fixée à une plaque collectrice d'une boîte col- lectrice ; 3 [0016] la portion centrale est apte à être déformée mécaniquement pour être fixée à la plaque collectrice d'une boîte collectrice ; [0017] les bords latéraux sont destinés à être fixés à la plaque collectrice ; [0018] les bords latéraux sont destinés à être fixé à la plaque collectrice par sertissage. [0019] Il est prévu en deuxième lieu un procédé d'assemblage d'une boîte collectrice comprenant un couvercle tel que précédemment décrit et une plaque collectrice dans lequel, ladite plaque collectrice comprend une zone centrale, des zones latérales, procédé dans lequel celui-ci comporte les étapes suivantes successives : [0020] une première étape dans laquelle le couvercle est rapporté sur la plaque collectrice de sorte que la portion centrale soit en contact avec la zone centrale, [0021] une deuxième étape dans laquelle, les lobes sont déformés pour que les bords latéraux soient mis en contact avec les zones latérales, [0022] une troisième étape dans laquelle les bords latéraux sont fixés aux zones latérales. [0023] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en com- binaison : [0024] entre la première et la deuxième étape, le procédé comprend une étape intermédiaire dans laquelle la portion centrale est fixée à la plaque collectrice, notamment par clinchage ; [0025] le clinchage est réalisé au moyen d'un outil extérieur comprenant une pluralité de support de clinchage définissant un matrice, et une pluralité de poinçons, chaque poinçon étant positionné en regard d'un des supports de clinchage, les poinçons présentant un diamètre d'environ 2 millimètres et/ou les supports de clinchage présentant un diamètre d'environ 3 millimètres ; [0026] le clinchage est réalisé le long de la portion centrale selon une pluralité de points différents ; [0027] la plaque collectrice comporte des pattes déformables bordant les zones latérales, procédé dans lequel les bords latéraux du couvercle sont fixés aux zones latérales par sertissage en pliant les pattes déformables de sorte que lesdites pattes déformables soient en contact avec lesdits bords latéraux. [0028] 11 est prévu dans en troisième lieu, une boîte collectrice fabriquée au moyen d'un procédé tel que précédemment décrit ou comprenant un couvercle tel que précédemment décrit. [0029] 11 est prévu dans en dernier lieu, un échangeur de chaleur comprenant une boîte col- lectrice tel que précédemment décrit. [0030] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la des- cription ci-après en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : [0031] [fig.1] la figure 1 est une vue en deux dimensions de face d'un couvercle selon l' invention ; [0032] [fig.2] la figure 2 est une vue en perspective d'une boîte collectrice en cours d'assemblage; [0033] [fig.3] la figure 3 est une autre vue en perspective de la figure 2 ; [0034] [fig.4] la figure 4 est une représentation schématique d'un procédé selon l'invention ; [0035] [fig.5] la figure 5 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur comportant une boîte collectrice selon l'invention. [0036] Sur la figure 1 est représentée un couvercle 2 de boite 1 collectrice d'un échangeur 22 de chaleur. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, l'échangeur 22 de chaleur est un évaporateur. L'échangeur 22 de chaleur comprend deux faisceaux 23 d'échange de chaleur destinés à être parcouru par un fluide frigorigène. Les faisceaux 23 sont positionnés l'un derrière l'autre de manière à être traversés successivement par un flux d'air les traversant. Les faisceaux 23 comprennent des tubes disposés parallèlement les uns aux autres. Pour améliorer l'échange thermique, les faisceaux comprennent des intercalaires, non illustrés, disposés entre et au contact de deux tubes voisins dans le même faisceau. [0037] La boîte 1 collectrice comporte un couvercle 2 et une plaque 3 collectrice. [0038] Dans la suite de la description, on adoptera par convention et à titre non limitatif, des orientations longitudinale, verticale, transversale en référence au trièdre X, Y. Z représenté sur les figures et dans lequel l'axe Y est perpendiculaire à l'axe X et l'axe Z est perpendiculaire aux axes X et Y. Les axe X, Y, Z définissent les plans XY, XZ et YZ. [0039] Le couvercle 2 se présente sous la forme d'un profilé qui s'étend selon l'axe d'extension X et comprenant deux lobes 4. Les lobes 4 sont reliés par une portion 5 centrale. La portion 5 centrale est sensiblement plane La portion 5 centrale définit avec une portion 21 intérieure des lobes, un pied 6 central. Chaque lobe 4 comporte à l'une de ses extrémités opposée à la portion 5 centrale, un bord 7 latéral notamment plan et continu. Ainsi la boîte 1 collectrice comporte deux compartiments 8 séparés l'un de l'autre par le pied 6 central. [0040] Ledit profilé est ouvert en chacune de ses extrémités longitudinales. Des cloisons ferment le profilé à chacune des extrémités longitudinales. [0041] La plaque 3 collectrice comprend une pluralité d'ouvertures 9. Les ouvertures 9 sont destinées à accueillir les extrémités des tubes (non représentés) de l'échangeur de chaleur. [0042] Préférentiellement, les faisceaux et les boîtes collectrices sont formés de composants en aluminium ou alliage d'aluminium, brasés entre eux. L'échangeur 22 de chaleur est configuré, par exemple, pour permettre une circulation du fluide frigorigène en série dans les deux faisceaux 23. Dans chacun des faisceaux 23, le fluide frigorigène pourra circuler en une seule passe, c'est-à-dire, dans le même sens dans chacun des tubes du même faisceau. En variante, la boîte collectrice pourra être configurée, par exemple à l'aide de cloisons placées dans les compartiments, pour que le fluide circule en plusieurs passes dans l'un ou chacun des faisceaux. Entre deux passes voisines du même faisceau, le fluide frigorigène circule dans deux sens opposés. L'échangeur de chaleur est configure pour que le fluide frigorigène passe dans l'un des compartiments puis dans l'autre selon le sens de son écoulement. [0043] La plaque collectrice comporte une zone 10 centrale située entre deux rangées d'ouvertures 9. La plaque 3 collectrice comprend des zones 11 latérales de part et d'autre des ouvertures 9, à l'opposé de la zone 10 centrale. [0044] La zone 10 centrale de la plaque 3 collectrice est destinée à venir en contact avec la portion 5 centrale du couvercle 2, et, les zones 11 latérales sont destinées à venir en contact avec les bords 7 latéraux dudit couvercle 2. [0045] Selon l'invention, les bords latéraux sont décalés par rapport à la portion centrale. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1 les bords latéraux sont décalés par rapport à la portion centrale d'une distance D, mesurée selon l'axe Z. La distance D est mesurée entre un point situé sur la portion centrale destiné à venir en contact avec la zone centrale et un point situé sur le bord latéral et destiné à venir en contact avec une des zones latérales de la plaque collectrice. [0046] La distance D est avantageusement comprise entre 0,2 et 0,5 millimètres. La distance est de préférence d'environ 0,3 millimètres. Cette distance D permet avantageusement d'assurer une étanchéité efficace du pied central entre les compartiments d'une part tout en évitant une déformation importante d'une couvercle lors de l'assemblage d'autre part. [0047] Dans ce qui suit, il sera décrit un procédé d'assemblage de la boite 1 collectrice. De manière plus précise, il est question, d'un procédé d'assemblage du couvercle 2 de la boîte 1 collectrice sur la plaque 3 collectrice. [0048] Le procédé comporte les étapes suivantes successives. [0049] Dans une première étape 12, le couvercle 2 est rapporté sur la plaque 3 collectrice. La portion 5 centrale du couvercle 2 est mise en contact avec la zone 10 centrale de la plaque 3 collectrice. La mise en contact est réalisée tout le long du couvercle 2 et de la plaque 3 collectrice qui présentent préférentiellement des dimensions longitudinales identiques. [0050] Dans une étape 13 intermédiaire, facultative, la portion 5 centrale est fixée à la zone centrale. La fixation du couvercle 2 sur la plaque 3 collectrice est effectuée, par exemple, par clinchage Le clinchage est une technique de fixation consistant à déformer la matière localement. [0051] Le clinchage est ici réalisé le long de la portion 5 centrale sur une pluralité de points 6 différents. Ainsi la portion centrale est apte à être déformée mécaniquement. Sur les figures, on peut voir, que le clinchage est réalisé sur quatre points différents. Toutefois, en fonction de la longueur de la plaque 3 collectrice et du couvercle 2, le nombre de points peut varier. [0052] Le clinchage est réalisé au moyen d'un outil 14 extérieur. Cet outil 14 extérieur comporte des supports 15 de clinchage définissant une matrice et des poinçons 16. Une matrice est une contre-empreinte de l'extrémité du poinçon 16. Chaque poinçon 16 est positionné en regard d'un support 15 de clinchage. L'opération de clinchage est réalisée en positionnant la zone 10 centrale de la plaque 3 collectrice et la portion 5 centrale du couvercle 2 entre les poinçons 16 et les supports 15 de clinchage. [0053] Avantageusement les poinçons 16 présentent un diamètre d'environ 2 millimètres. Ceci permet une préfixation solide du couvercle 2 sur la plaque 3 collectrice tout en diminuant au plus la largeur du pied 6 central. [0054] Le pied 6 central est deformable. Ceci permet de déformer le couvercle 2 lors de l'assemblage. Ce point sera décrit plus en détails ultérieurement. [0055] Les supports 15 de clinchage présentent un diamètre d'environ 3 millimètres. Ceci permet une préfixation solide du couvercle 2 sur la plaque 3 collectrice tout en permettant au support 15 de clinchage de s'insérer dans la largeur de la zone 10 centrale, c'est-à-dire, sans empiéter sur les ouvertures 9. [0056] Dans une troisième étape 17 les lobes 4 sont déformés afin que les bords latéraux soient mis en contact avec les zones latérales. [0057] Dans une quatrième étape, les bords 7 latéraux sont fixés aux zones 11 latérales. [0058] Ainsi qu'on peut le voir sur les figures, la plaque 3 collectrice est munie de pattes 19 déformables, ici des dents de sertissage, bordant les zones 11 latérales et faisant saillie de la plaque 3 collectrice. Au cours de la quatrième étape, le couvercle 2 est serti sur la plaque 3 collectrice. Dans cette quatrième étape, les pattes 19 détbrmables sont pliées en direction du couvercle 2 de sorte que lesdites pattes 19 déformables viennent en contact avec les bords 7 latéraux dudit couvercle 2. [0059] A l'issue de la quatrième étape, le couvercle 2 et la plaque 3 collectrice sont so- lidaires l'un de l'autre et prêts à être assemblés au reste de l'échangeur en vue du brasage. 7