Brevet FR3089607A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : BOÎTE COLLECTRICE POUR ECHANGEUR DE CHALEUR ET ECHANGEUR DE CHALEUR COMPRENANT UNE TELLE BOÎTE COLLECTRICE [pool] 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 d'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 échangeurs de chaleur se présentant sous la forme de plusieurs faisceaux situés l'un derrière l'autre dans le sens du flux d'air les traversant et dans lesquels circule le fluide frigorigène Afin de distribuer uniformément le fluide frigorigène dans les faisceaux de l'échangeur de chaleur, il comprend une ou plusieurs boîte(s) collectrice(s) compartimentées en relation avec les faisceaux. [0005] Il est connu des boites collectrices compartimentées comprenant une plaque col- lectrice, un couvercle monté sur la plaque collectrice et définissant avec celle-ci au moins deux compartiments, et un support de brides fixé à une extrémité du couvercle. Le support de bride fait interface entre des brides d'entrée/sortie du fluide frigorigène et les compartiments de la boite collectrice. [0006] Afin de solidariser le support de brides sur le couvercle et la plaque collectrice, des formes complexes sont prévues sur ledit support de brides. [0007] Ces supports de brides sont difficiles à produire en raison principalement de leurs formes complexes. Une telle complexité, outre les contraintes qu'elle induit en termes de fabrication, peut être source de non-conformité, voire de risque de défaut d'étanchéité. [0008] Une première solution pour simplifier la forme des supports de brides serait de les dédoubler e, prévoyant un support de brides par compartiment. Cependant ceci multiplierait le nombre de pièces. [0009] L'objectif de l'invention est de remédier à l'un au moins des inconvénients précités en simplifiant la forme du support de brides. [0010] Ainsi il est prévu en premier lieu, une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur comprenant : 2 - au moins une plaque collectrice munie d'ouvertures pour le passage d'un fluide caloporteur, - au moins un couvercle monté sur la plaque collectrice et définissant avec la plaque collectrice deux compartiments, - un support de brides fixé sur la plaque collectrice et apte à obturer les deux compartiments, ledit support de brides définissant une face extérieure destinée à coopérer avec une ou des brides extérieures et une face intérieure destinée à être en regard des compartiments, ladite face intérieure du support de brides étant sensiblement plane au moins dans une région s'étendant intérieurement à partir de ladite plaque collectrice et/ ou dudit couvercle. [0011] Ainsi, selon l'invention, on conserve un support unique permettant de clore les deux compartiments simultanément. En outre, une face intérieure de contact avec le couvercle et/ou la plaque collectrice, sensiblement plane est particulièrement avantageuse pour simplifier la forme du support de brides. Ainsi, les supports de brides de cc type sont plus faciles à produire et plus robustes car dotés de formes moins complexes et sont plus faciles à monter car uniques. [0012] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en com- binaison : [0013] - le support de brides est en contact avec la plaque collectrice par une portion péri- phérique inférieure d'une tranche dudit support de brides ; [0014] - le support de brides est en contact avec le couvercle par une épaisseur de matière dudit couvercle, ladite épaisseur de matière étant formée d'une tranche et/ou d'une fente dudit couvercle ; [0015] - le support de brides est en outre, en contact avec le couvercle par une portion de la face intérieure du support de brides ; [0016] - la boîte collectrice comprend des anneaux de raccordement faisant saillie de la face extérieure, les anneaux de raccordement définissant des passages à travers le support de brides, lesdits anneaux de raccordement étant aptes à permettre le raccordement fluidique des brides extérieures aux compartiments ; [0017] - la boîte collectrice comprend un tube de répartition agencé à l'intérieur de l'un des compartiments, dit premier compartiment, et raccordé fluidiquement au support de brides, lesdits tubes de répartition étant aptes à répartir le fluide frigorigène de manière sensiblement homogène dans le premier compartiment ; [0018] - une extrémité distale du tube de répartition est insérée à l'intérieur du support de brides de sorte à coopérer avec une face de contact intérieure des anneaux de raccordement ; [0019] - les anneaux de raccordement comportent une face de contact extérieure destinée à coopérer avec les brides extérieures ; 3 [0020] - la plaque collectrice comporte une encoche d'indexage ou un trou d'indexage, le support de brides comportant un pion d'indexage destiné à être inséré dans l'encoche d'indexage ou trou d'indexage de ladite plaque collectrice ; [0021] - le support de brides est mono pièce ; [0022] - le couvercle comporte des fentes latérales situées au niveau de flancs latéraux du couvercle et des fentes centrales entre les compartiments, le support de brides étant inséré dans les fentes latérales et les fentes centrales ; [0023] - le support de brides comporte une paroi de guidage latérale située à chaque extrémité latérale et destinée à être insérée dans les fentes latérales du couvercle, et dans laquelle le support de brides comporte une paroi de guidage centrale et destinée à être insérée dans les fentes centrales ; [0024] - le couvercle comprend des trous de fixation supérieurs, et dans laquelle, le support de brides comprend deux pattes de fixation supérieures destinées à être insérées dans les trous de fixation supérieurs du couvercle ; [0025] Il est prévu dans en second lieu, un échangeur de chaleur, notamment un évaporateur, comprenant une boîte collectrice telle que précédemment décrite. [0026] 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 : [0027] [fig.1] : la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'une boite col- lectrice selon un premier mode de réalisation de l'invention ; [0028] [fig.2] : la figure 2 est une vue en coupe de la figure 1 selon le plan II-II ; [0029] [fig.3] : la figure 3 est une vue en coupe de la figure 1 selon le plan ; [0030] [fig.4] : la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'une boite col- lectrice selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; [0031] [fig.5] : la figure 5 est une vue en coupe de la figure 4 selon le plan V-V ; [0032] [fig.6] : la figure 6 est une vue en coupe de la figure 4 selon le plan VI-VI ; [0033] [fig.7] : la figure 7 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'une boite col- lectrice selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; [0034] [fig.8] : la figure 8 est une vue en coupe de la figure 7 selon le plan ; [0035] [fig.9] : la figure 9 est une vue en coupe de la figure 7 selon le plan IX-1X ; [0036] [fig.10] : la figure 10 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'une boite col- lectrice selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; [0037] [fig.11] : la figure 11 est une vue en coupe de la figure 10 selon le plan XI-XI ; [0038] [fig.12] : la figure 12 est une vue en coupe de la figure 10 selon le plan XII-XII ; [0039] [fig.13] : la figure 13 est une autre vue en perspective de troisième mode de réa- lisation ; [0040] [fig.14] : la figure 14 est une vue en perspective rapprochée de la figure 13 ; [0041] [fig.15] : la figure 15 est une autre vue en perspective du troisième mode de réa- lisation ; [0042] [fig.16] : la figure 16 est une vue en perspective rapprochée de la figure 15. [0043] Sur la figure 1 est représentée une boite 1 collectrice d'un échangeur 2 de chaleur. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, l'échangeur 2 de chaleur est un évaporateur. L'échangeur 2 de chaleur comprend deux faisceaux 3 d'échange de chaleur destinés à être parcouru par un fluide frigorigène. Les faisceaux 3 sont positionnés l'un derrière l'autre de manière à être traversés successivement par un flux d'air les traversant. [0044] Le faisceau 3 comprend des tubes dont seule une extrémité est visible sur les figures (figures 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11 et 12). Les tubes sont 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. [0045] La boite 1 collectrice comprend : - une plaque 4 collectrice, - un couvercle 5, et - un support 6 de brides. [0046] La plaque 4 collectrice se présente sous la forme d'une plaque métallique qui s'étend selon une direction d'extension représentée par un axe X. La plaque métallique comporte des logements 7 définissant des ouvertures 44 pour le passage d'un fluide caloporteur. De façon plus précise, les logements 7 sont destinées à recevoir les tubes des faisceaux 3 de l'échangeur de la chaleur ainsi qu'illustré sur les figures 2 et 3 entre autres. Les logements 7 sont agencés selon deux colonnes 8 séparées l'une de l'autre par une zone 9 centrale pleine. La plaque 4 collectrice comprend de chaque côté 10 latéral, et sur sa longueur, des pattes 11 de fixation déformables. A chaque côté 10 latéral, se trouvent des zones 12 latérales qui seront évoquées ultérieurement. [0047] Le couvercle 5 se présente sous la forme d'un profilé qui s'étend selon l'axe X à l'instar de la plaque 4 collectrice. Le couvercle 5 comporte deux lobes 13, chacun évoquant la forme d'une voute. Le couvercle 5 est fabriqué d'un seul tenant et formé par extrusion et/ou déformation d'un film métallique. Les lobes 13 sont reliés entre eux par une portion 14 sensiblement plane définissant avec les parois des lobes, un pied 15 central. Les lobes 13 comprennent une patte d'appui 16 latérale, agencée à l'opposé du pied 15 central. Les pattes 16 d'appui latérales prolongent les lobes 13 dans une direction portée par un axe Y sensiblement perpendiculaire à l'axe X. [0048] Le couvercle 5 est monté sur la plaque 4 collectrice. Le montage du couvercle 5 sur la plaque 4 collectrice est effectué en faisant en sorte que la portion 14 sensiblement plane du pied 15 central du couvercle 5 soit située sur la zone 9 centrale de la plaque 4 collectrice et que les pattes 16 d'appui latérales soient situées sur les zones 12 latérales de la plaque 4 collectrice. [0049] Une préfixation du couvercle 5 sur la plaque 4 collectrice notamment par sertissage est réalisée en repliant les pattes 11 de fixation de la plaque 4 collectrice autour des pattes 16 d'appui latérales du couvercle 5. [0050] Le couvercle 5, grâce au pied 15 central, définit deux compartiments 17 isolés l'un de l'autre. Le pied 15 central en appui sur la plaque 4 collectrice forme une cloison étanche entre les compartiments 17. La boite collectrice comprend par conséquent deux compartiments 17, chacun en communication avec l'un des faisceaux. [0051] Préférentiellement, les faisceaux et les boîtes collectrices sont formés de composants en aluminium ou alliage d'aluminium, brasés entre eux. L'échangeur 2 de chaleur est configure, par exemple, pour permettre une circulation du fluide frigorigène en série dans les deux faisceaux. Dans chacun des faisceaux, 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 circulaire 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. [0052] Ainsi que précédemment évoqué, la boite 1 collectrice comprend un support 6 de brides. Le support 6 de brides comprend une paroi 18 d'obturation. La paroi 18 d'obturation définit une face 19 extérieure et une face 20 intérieure. La face 19 extérieure est destinée à collaborer avec des brides 21 extérieures d'alimentation et d'évacuation du fluide frigorigène. La face 20 intérieure est agencée en regard des compartiments 17. [0053] La paroi 18 d'obturation définit, en outre, une tranche 26 d'appui destinée à coopérer avec la plaque 4 collectrice au niveau d'une zone 22 d'extrémité de ladite plaque 4 collectrice. En particulier le support de brides est en contact avec la zone 22 d'extrémité de la plaque 4 collectrice par une portion périphérique 47 inférieure de la tranche 26. [0054] Avantageusement, la plaque 4 collectrice comporte une encoche 23 d'indexage ou trou 24 d'indexage pratiquée dans la zone 22 d'extrémité. La paroi 18 d'obturation du support de bride comporte un pion 25 d'indexage faisant saillie de la tranche 26 d'appui. Le pion 25 d'indexage est destiné à être inséré dans l'encoche 23 d'indexage ou le trou 24 d'indexage de la plaque 4 collectrice. Ceci permet avantageusement de positionner avec précision le support 6 de brides sur la plaque 4 collectrice. [0055] Ainsi qu'illustré sur les figures, la paroi 18 d'obturation comporte des anneaux 27 de raccordement. Ces anneaux 27 de raccordement font saillie de la face 19 extérieure de 6 la paroi 18 d'obturation. Les anneaux 27 de raccordement définissent des passages 28 à travers la paroi 18 d'obturation. Les anneaux 27 de raccordement comprennent une face de contact 29 extérieure s'étendant sur une périphérie extérieure et destinée à coopérer avec les brides 21. Le contact entre ledit anneau de raccordement et des parois d'un conduit traversant chacune desdites brides permet un pré-assemblage avant brasage. Les anneaux 27 de raccordement comprennent une face de contact 30 intérieure dont la fonction sera évoquée ultérieurement. [0056] Le support 6 de brides peut être mono pièce, c'est-à-dire fabriqué d'un seul tenant en référence aux figures 4 à 9, ou bien multi pièces, c'est-à-dire fabriqué par assemblage de plusieurs pièces en référence aux figures 1 à 3. [0057] Dans l'un des compartiments, la boite 1 collectrice comprend préférentiellement, en outre, un tube 31 de répartition munis de trous 32 pour le passage du fluide frigorigène sur toute leur longueur. Les tubes 31 de répartition s'étendent selon l'axe X. Le tube 31 de répartition est raccordé fluidiquement au support 6 de brides. Le tube 31 de répartition est apte à répartir le fluide frigorigène de manière homogène à l'intérieur du compartiment 17. Ceci permet avantageusement d'assurer que le faisceau 3 de l'échangeur 2 de chaleur en communication avec le compartiment correspondant reçoive un débit de fluide frigorigène sensiblement identique entre les tubes. [0058] Une extrémité 33 distalc du tube de répartition est insérée à l'intérieur du support de brides et coopère avec la face de contact 30 intérieure des anneaux 27 de raccordement. Ceci facilite et accélère l'assemblage des tubes 31 de répartition dans la boite 1 collectrice, avant brasage. [0059] Des anneaux 27 de raccordement en saillie vers l'extérieur, c'est-à-dire dans le sens opposé aux compartiments 17, permet de faciliter l'assemblage de la boite 1 collectrice. En particulier il est plus aisé pour un opérateur d'assembler le tube 31 de répartition sur la face de contact intérieur des anneaux 27 de raccordement que sur la face de contact extérieur (dans l'éventualité où les anneaux 27 de raccordement faisaient saillie vers l'intérieur des compartiments 17), ceci en raison du fait que les tubes 31 de répartition sont situées sous le couvercle 5 et donc plus difficiles à manipuler. [0060] Le support de bride permet, en plus d'obturer les compartiments 17, le raccordement fluidique avec les brides 21 et le tube 31 de répartition. Le support 6 de brides sert également de support au tube 31 de répartition. [0061] En plus d'être fixé à la plaque 4 collectrice, le support 6 de brides est aussi fixé au couvercle 5, par brasage. [0062] Le support de brides est en contact avec le couvercle par une épaisseur 48 de matière du couvercle 5 en ce qui concerne ledit couvercle 5 et par la face 20 intérieure en ce qui concerne ledit support 6 de brides. L'épaisseur 48 de matière se présente sous la 7 forme d'une tranche du couvercle 5. L'épaisseur 48 de matière peut aussi se présenter sous la forme d'une fente pratiquée dans le couvercle 5. [0063] La face 20 intérieure et l'épaisseur 48 de matière permettent le brasage. [0064] Avantageusement, la face 20 intérieure du support 6 de brides est sensiblement plane, au moins dans une région s'étendant intérieurement à partir de la plaque 4 collectrice et/ou du couvercle 5. Une face 20 intérieure de contact avec le couvercle 5 sensiblement plane. La forme de cette pièce est ainsi simplifiée. [0065] Dans ce qui suit, seront présentés différents modes de réalisation du supports 6 de brides selon l'invention. [0066] Premier mode de réalisation [0067] Le premier mode de réalisation est représenté sur les figures 1 à 3. [0068] Dans ce mode de réalisation, le support 6 de brides comporte deux pièces complé- mentaires à savoir une pièce d'interface avec le couvercle 5 et une pièce d'interface avec les brides, ci-après respectivement pièce d'interface 34 couvercle et pièce d'interface 35 brides. [0069] La pièce d'interface 35 brides est assemblée à la pièce d'interface 34 couvercle. A cet effet les pièces d'interfaces 34, 35 brides et couvercles comprennent des pattes 36 d'assemblages permettant de solidariser les deux pièces 34, 35 ensembles. [0070] Ainsi qu'illustré sur les figures 2 et 3, la pièce d'interface 34 couvercle définit une face 20 intérieure sensiblement plane. [0071] En particulier la pièce d'interface 34 couvercle est en partie insérée à l'intérieur du couvercle 5. [0072] La pièce d'interface 34 couvercle comprend une patte 37 d'arrêt faisant fonction de butée. [0073] Un support 6 de brides inséré en partie à l'intérieur du couvercle 5 confère plusieurs avantages à savoir : - pré-assembler avec précision le support 6 de brides avant l'opération définitive de brasage, et - améliorer l'étanchéité entre le support 6 de brides et le couvercle 5 sur le long terme. [0074] Le tube 31 de répartition est inséré à travers la pièce d'interface 34 couvercle jusqu'à la pièce d'interface 35 brides de sorte à ce qu'il coopère avec l'un des anneaux 27 de raccordement prévus sur cette dernière, ainsi que précédemment évoqué. [0075] Deuxième mode de réalisation [0076] Le deuxième mode de réalisation est représenté sur les figures 3 à 6. [0077] Dans ce mode de réalisation le support 6 de brides est mono pièce. Un support 6 de brides mono pièce est particulièrement avantageux car ceci améliore les coûts de production tout en facilitant le travail de l'opérateur en réduisant les étapes de fa- 8 brication. [0078] Le support 6 de hrides comprend des pattes 36 d'assemblage aux brides. [0079] Le tube 31 de répartition est inséré à travers le support 6 de brides et coopère avec l'un des anneaux 27 de raccordement. [0080] Ainsi qu'on peut le voir en particulier sur les figures 5 et 6, la face 20 intérieure est sensiblement plane. [0081] Troisième mode de réalisation [0082] Le troisième mode de réalisation est représenté sur les figures 7 à 9, 13 à 16. [0083] Le support 6 de hrides est mono pièce. Un support 6 de hrides mono pièce est parti- culièrement avantageux car ceci améliore les coûts de production tout en facilitant le travail de l'opérateur en réduisant les étapes de fabrication. [0084] Dans ce mode préféré de réalisation le couvercle 5 comporte des fentes 38, 39. Les fentes 38, 39 sont destinées à recevoir la paroi 18 d'obturation du support 6 de brides. [0085] Les fentes 38, 39 sont pratiquées dans le couvercle 5 selon une direction portée par un axe Z perpendiculaire aux axes X et Y. [0086] Des fentes 38 latérales sont situées de chaque côté du couvercle 5 et s'étendent depuis les pattes d'appui sur une hauteur prédéterminée mesurée selon l'axe Z. [0087] Le pied 15 central comprend des fentes 39 centrales sensiblement identiques aux fentes 38 latérales. Les fentes 39 centrales sont situées entre les compartiments 17. [0088] Le support 6 de hrides comporte une paroi de guidage 45 latérale située à chaque extrémité 40 latérale et destinée à être insérée dans les fentes 38 latérales du couvercle 5. [0089] En outre le support 6 de brides comporte une paroi de guidage 46 centrale située entre les anneaux 27 de raccordement et destinée à être insérée dans les fentes 39 centrales du couvercle 5. [0090] Une hauteur mesurée selon l'axe Z des parois de guidage 46, 45 centrale et latérales est sensiblement identique à la hauteur des fentes 39 centrales et latérales. [0091] Un tel assemblage du support 6 de brides à travers le couvercle 5 permet avanta- geusement de solidement pré-assembler ledit support 6 de brides audit couvercle 5, avant brasage. [0092] Par ailleurs, le support 6 de brides comporte un pion 25 d'indexage inférieur destiné à être inséré dans le trou 24 d'indexage pratiquée dans la plaque 4 collectrice. [0093] De plus, le support 6 de brides est muni de deux pattes de fixation 42 supérieures agencées au-dessus des anneaux 27 de raccordement et destinées à être insérés dans des trous de fixation 43 supérieurs pratiqués dans le couvercle 5. [0094] Les pattes de fixation 42 supérieures du support 6 de brides permettent avanta- geusement de mieux pré-assembler ledit support 6 de brides au couvercle 5 avant l'opération finale de brasage. 9 [0095] La boîte collectrice comporte des cloisons 50 étanches qui rappellent sensiblement la forme du support 6 de brides à la différence que les cloisons 50 ne comportent pas d'ouvertures pour le passage d'un fluide. [0096] Les cloisons sont insérées dans le couvercle à travers des fentes 38, 39 et permettent de créer des cloisons dans la boîte 1 collectrice. [0097] Les figures 15 et 16 illustrent une variante du troisième mode de réalisation. Dans cette variante les fentes 38, 39 sont plus hautes selon l'axe Z. Les cloisons 50 et le support 6 de brides sont adaptés en conséquence ainsi qu'on peut le voir sur les figures 15 et 16. [0098] Quatrième mode de réalisation [0099] Le quatrième mode de réalisation est représenté sur les figures 10 à 12. [0100] Le support 6 de brides est mono pièce. Un support 6 de brides mono pièce est parti- culièrement avantageux car ceci améliore les coûts de production tout en facilitant le travail de l'opérateur en réduisant les étapes de fabrication. [0101] Dans ce mode dc réalisation, le support dc brides comporte une gorge 49 destinée à recevoir l'épaisseur 48 de matière du couvercle 5. La configuration dans laquelle le couvercle est inséré dans la gorge 49 permet avantageusement d'améliorer le brasage et favorise l'étanchéité. 10