EP2923166A1 - Boite collectrice pour vehicule automobile - Google Patents
Boite collectrice pour vehicule automobileInfo
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- EP2923166A1 EP2923166A1 EP13792034.4A EP13792034A EP2923166A1 EP 2923166 A1 EP2923166 A1 EP 2923166A1 EP 13792034 A EP13792034 A EP 13792034A EP 2923166 A1 EP2923166 A1 EP 2923166A1
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- tubes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
- F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
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- F28F2220/00—Closure means, e.g. end caps on header boxes or plugs on conduits
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/16—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded
Definitions
- a collecting box used in a heat exchanger comprises a heat exchange tube receiving collector, to which is attached a lid, which may be metallic or plastic.
- a manifold serves to distribute and pass fluid in the heat exchange tubes, or to collect the fluid exiting these tubes.
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Abstract
Cette boîte collectrice (10) pour véhicule automobile comprend un collecteur (12) pour la réception de tubes d'échange thermique (14) et un couvercle (16) rapporté sur le collecteur (12). La boîte collectrice (10) s'étend dans une direction longitudinale et a une section transversale présentant une hauteur maximale (h) et une largeur maximale (I). Le collecteur (12) est un profilé métallique délimité à ses extrémités longitudinales par deux parois d'extrémité (13) qui s'étendent dans un plan sensiblement transversal. Ces deux parois d'extrémités (13) sont rapportées sur le profilé métallique et la hauteur maximale (h) de la boîte collectrice est supérieure ou égale à au moins une fois et demie la largeur (I) du collecteur.
Description
Boîte collectrice pour véhicule automobile
La présente invention concerne le domaine technique des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles et porte plus spécifiquement sur une boîte collectrice de tels échangeurs.
La boîte collectrice concernée est destinée à être utilisée par exemple dans des radiateurs de circuits auxiliaires de refroidissement, notamment sur des circuits de refroidissement d'air de suralimentation, de batteries ou de circuits électroniques. De manière générale, une boîte collectrice utilisée dans un échangeur thermique comprend un collecteur de réception de tubes d'échanges thermique, sur lequel est rapporté un couvercle, qui peut être métallique ou en plastique. Une telle boîte collectrice a pour fonction de distribuer et de faire passer du fluide dans les tubes d'échange thermique, ou bien de collecter le fluide sortant de ces tubes.
Il se trouve que les boîtes collectrices sont conçues en fonction de contraintes particulières d'échange thermique et impliquent donc une conception particulière pour chaque application, si bien qu'il existe une grande variété de boîtes collectrices pour véhicule automobile. Par exemple, une boîte collectrice pour un radiateur est différente d'une boîte collectrice pour un condenseur. En effet pour un radiateur, la configuration de la boîte est très spécifique et dépend de son application : selon le débit requis, on peut avoir besoin de boîtes relativement grandes pour diminuer la perte de charge. Les collecteurs de ces boîtes sont généralement réalisés par emboutissage. Par ailleurs pour un condenseur, la boîte collectrice doit généralement être très petite et plus ou moins circulaire pour résister aux fortes pressions que subit un condenseur. Les collecteurs de ces boîtes sont généralement des profilés métalliques réalisés au kilomètre.
Cette variété de boîtes collectrices est coûteuse du fait qu'elle implique des étapes et des moyens de mise en œuvre supplémentaires et différents pour chaque échangeur thermique conçu pour un véhicule automobile.
La présente invention a notamment pour but de réaliser une boîte collectrice utilisant le plus possible de pièces standards, de façon à diminuer les coûts de fabrication et de conception, tout en obtenant des pertes de charge relativement basses et en améliorant le rendement thermique d'un échangeur thermique muni
d'une telle boîte collectrice.
A cet effet, l'invention a pour objet une boîte collectrice pour véhicule automobile comprenant un collecteur pour la réception de tubes d'échange thermique, et un couvercle rapporté sur le collecteur, la boîte collectrice s'étendant dans une direction longitudinale et ayant une section transversale présentant une hauteur maximale (h) et une largeur maximale (I), le collecteur étant un profilé métallique délimité, à ses extrémités longitudinales, par deux parois s'étendant dans un plan sensiblement transversal, dites parois d'extrémité, ces deux parois d'extrémité étant rapportées sur le profilé métallique, la hauteur maximale (h) de la boîte collectrice étant supérieure ou égale à au moins une fois et demi la largeur (I) maximale du collecteur.
Le rapport supérieur ou égal à 1 ,5 entre la hauteur et la largeur de la boîte collectrice permet d'homogénéiser les vitesses du fluide s'écoulant dans chaque tube du radiateur. Ceci a pour conséquence d'améliorer le rendement thermique du radiateur. On notera que l'on entend par « partie courbe » une partie non rectiligne.
Ainsi, on propose une boîte collectrice configurée pour être utilisée dans un radiateur, tout en comportant un collecteur pour condenseur. En effet, la hauteur de la boîte est relativement importante, puisqu'elle est au moins une fois et demi supérieure à la largeur du collecteur, donc suffisante pour diminuer la perte de charge du fluide et être utilisée dans un radiateur, tout en comprenant un collecteur présentant la configuration habituelle d'un condenseur : le collecteur est un profilé métallique, réalisable au kilomètre, sur lequel on rapporte les parois d'extrémités, à la différence d'un collecteur traditionnel pour radiateur, réalisé par emboutissage et comprenant donc des parois d'extrémité venues de matière avec le reste du collecteur. En d'autres termes, le collecteur de la boîte collectrice présentée ci- dessus pourrait être utilisé tel quel dans un condenseur, si bien que l'on propose une forme standard de collecteur, utilisable à la fois dans un radiateur et un condenseur. Cela est particulièrement avantageux dans la mesure où il n'est plus nécessaire de fabriquer par exemple un collecteur spécifique pour la conception d'un radiateur de refroidissement de circuit auxiliaire, on peut utiliser celui prévu pour un condenseur. Ceci permet de réduire considérablement les coûts de conception, d'approvisionnement en éléments spécifiques, de fabrication et de mise en œuvre.
En outre, comme le collecteur est un profilé métallique sur lequel on rapporte les
parois latérales, il peut être fabriqué par découpe d'un long profilé fabriqué au kilomètre, ce qui est moins coûteux qu'un emboutissage.
Un autre avantage d'une telle boîte collectrice est qu'elle permet de ne pas trop augmenter l'encombrement, les collecteurs de condenseurs occupant généralement un volume plus faible que les collecteurs habituellement fabriqués pour les radiateurs.
La boîte collectrice telle que définie ci-dessus peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
- Le collecteur présente, selon une section transversale, un contour comprenant au moins une partie courbe s'étendant sur une longueur Lcourbe, cette longueur Lcourbe étant supérieure ou égale à 40 % de la largeur maximale (I) de la boîte collectrice. Cette forme de collecteur, bien que destinée ici à être utilisée dans un radiateur, convient pour être utilisée pour un condenseur, du fait qu'il faut des formes suffisamment courbes, voire quasi-circulaires, pour résister aux fortes pressions subies dans un condenseur. - Les parois d'extrémités sont des parois brasées ou serties sur le profilé. Ainsi, la fabrication de ces collecteurs est facilitée par rapport aux collecteurs de radiateurs habituellement utilisés qui sont réalisés par emboutissage.
- Le couvercle est réalisé en métal. Un avantage particulier réside dans le fait que le couvercle requiert moins de place à l'intérieur du collecteur pour son raccordement au collecteur que dans le cas où le couvercle est réalisé en matière plastique, il en ressort que la largeur maximale du collecteur est diminuée et peut même avoisiner la largeur des tubes d'échange thermique. En effet, dans le cas où le couvercle est en matière plastique, le collecteur doit avoir une largeur de part et d'autre des tubes voisine de 10 millimètres, alors que dans le cas d'un couvercle en métal, cette largeur peut être voisine de 3 ou 4 millimètres. On peut donc utiliser, pour un radiateur, un collecteur ayant la largeur d'un collecteur de condenseur. En outre, la résistance de tels couvercles est supérieure à celle des couvercles en plastique et il est possible de les braser directement sur le collecteur.
L'invention a également pour objet un radiateur pour véhicule automobile,
comportant une boîte collectrice telle que présentée ci-dessus. Ce radiateur peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. - Le radiateur comporte des tubes d'échange thermique, les tubes d'échange thermique étant des tubes extrudés. Ces tubes sont généralement utilisés pour des condenseurs, ils ont des performances d'échange thermique supérieures à celles des tubes normalement utilisés sur les radiateurs classiques.
- Le couvercle de la boîte collectrice a une section transversale présentant une largeur intérieure maximale (I,), les tubes présentent une largeur extérieure maximale (lt) dans cette section transversale, la largeur intérieure (I,) du couvercle étant très légèrement supérieure à la largeur maximale maximale (lt) d'un tube, cette largeur étant de préférence définie telle que I, < lt + 5 mm (millimètres), et de préférence I, < lt + 2 mm. Ainsi, le couvercle a une largeur qui n'est que très faiblement supérieure à celle des tubes, ce qui permet d'optimiser la compacité de la boîte collectrice et donc faciliter le positionnement de la boîte collectrice dans un véhicule automobile.
- Le radiateur comporte des ailettes d'échange thermique disposées entre les tubes.
- Les tubes ont une largeur comprise entre 10 et 22 millimètres, de préférence entre 12 et 16 millimètres. Cette largeur est définie de préférence comme la largeur extérieure maximale des tubes.
- Le radiateur est configuré pour faire circuler un fluide comprenant de l'eau ou de l'eau et un mélange d'éthylène-glycol.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un collecteur pour une boîte collectrice telle que présentée ci-dessus, au cours duquel le collecteur est obtenu par fabrication d'un profilé métallique comportant une étape de profilage suivie d'une étape de découpe. En d'autres termes, le collecteur est réalisé au moyen d'un profilé fabriqué au kilomètre. Ainsi, un tel procédé de fabrication
permet d'obtenir un radiateur dont le coût de revient est nettement diminué.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles :
la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une boîte collectrice selon un mode de réalisation, et
la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une boîte collectrice similaire à celle de la figure 1 , selon un plan de coupe transversal.
On a représenté sur la figure 1 une boîte collectrice 10 pour échangeur de chaleur, destinée plus spécifiquement à être utilisée sur un radiateur de circuit auxiliaire de refroidissement. Le radiateur est configuré pour faire circuler ici de l'eau et un mélange d'éthylène glycol. La boîte collectrice 10 comporte un collecteur 12 pour la réception de tubes 14 d'échange thermique, et comporte également un couvercle 16 rapporté sur le collecteur 12.
Dans la présente description, la boîte collectrice 10 s'étend selon une direction longitudinale Y et présente une section transversale définie par l'intersection de la boîte collectrice 12 avec un plan (X, Z) perpendiculaire à la direction longitudinale Y. La section transversale de la boîte collectrice est définie par une hauteur maximale h et une largeur maximale I. Dans l'exemple, la hauteur maximale h est au moins une fois et demi supérieure à la largeur maximale I, c'est à dire que h est voisine de 30 millimètres et I est voisine de 19 millimètres. Toutefois, il est envisageable d'avoir une hauteur maximale h qui soit supérieure à deux fois la largeur maximale I.
Le collecteur 12 est un profilé métallique délimité, à ses extrémités longitudinales, par deux parois 13 s'étendant dans un plan transversal, dites parois d'extrémité 13, ces deux parois d'extrémités étant rapportées sur le profilé métallique. En d'autres termes, les parois 13 ne sont pas réalisées par emboutissage d'une plaque métallique formant le collecteur. Le collecteur 12 utilisé ici est un type de collecteur qui est normalement conçu pour fonctionner sur un condenseur. Dans l'exemple, ces parois d'extrémités 13 sont brasées, toutefois il est possible de les sertir ou de les souder.
On peut voir que selon la section transversale, le contour du profilé métallique qui
compose le collecteur 12 ressemble sensiblement à un U. Ce profil est délimité par deux portions courbes 18 reliées entre elles par une portion basse rectiligne 20 et éventuellement prolongées vers le haut par deux portions droites latérales 22. Chaque portion courbe présente une longueur correspondant à ½ Lcourbe, si bien que la somme des longueurs des portions courbes 18 correspond à une longueur Lcourbe qui est, de façon avantageuse, supérieure à 40% de la largeur maximale I de la boîte collectrice 12. Toutefois, dans d'autres cas de figure, cette longueur Lcourbe pourrait aussi être sensiblement égale à 40% de la largeur maximale I de la boîte collectrice.
Dans sa portion basse 20 et ses portions arrondies 18, le collecteur 12 est pourvu d'encoches transversales 24 parallèles entre elles, qui sont disposées à intervalles réguliers selon la direction longitudinale du collecteur. Ces encoches 24 reçoivent des tubes 14 d'échange thermique qui ont été réalisés par extrusion et qui de préférence sont fixés sur le collecteur 12 par brasage.
Entre les tubes, on trouve des ailettes d'échange thermique, qui permettent d'améliorer le rendement d'échange thermique du radiateur. Dans l'exemple, le couvercle 16 de la boîte collectrice 12 est réalisé en aluminium, mais il pourrait également être fabriqué à partir d'autres métaux. Il a un contour selon la section transversale qui ressemble globalement à un U dont le haut serait évasé et est muni d'un fond plat 26 et de deux parois latérales 28. Les extrémités des portions latérales 28 du couvercle sont de préférence légèrement évasées et brasées avec des extrémités du profilé métallique, selon deux cordons de brasure 30 latéraux qui s'étendent longitudinalement par rapport à la boîte collectrice.
En référence à la figure 2, on voit que selon la section transversale du collecteur, le couvercle 13 de la boîte collectrice 12 a une largeur intérieure lh que les tubes 14 ont une largeur maximale lt extérieure et que la largeur interne I, est très légèrement supérieure à la largeur maximale lt. Dans l'exemple, les tubes ont une largeur lt qui est de 14 millimètres, mais leur largeur pourrait être différente et être comprise entre 10 et 22 millimètres, et de préférence entre 12 et 16 millimètres.
Un collecteur tel que décrit ci-dessus est fabriqué par un procédé comportant une étape de profilage suivie d'une étape de découpe. L'étape de profilage est réalisée
en faisant passer une bande de métal entre des paires de rouleaux successives jusqu'à obtention de la forme sensiblement en U telle que définie plus haut. Ensuite, le profilé est découpé à la longueur nécessaire pour réaliser la boîte collectrice. Simultanément on réalise les encoches.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés ci-dessus et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible que la largeur I, soit de préférence définie telle que I, < lt + 5 millimètres, et de préférence I, < lt + 2 millimètres.
Claims
1 . Boîte collectrice (10) pour véhicule automobile comprenant un collecteur (12) pour la réception de tubes d'échange thermique (14), et un couvercle (16) rapporté sur le collecteur (12), la boîte collectrice (10) s'étendant dans une direction longitudinale et ayant une section transversale présentant une hauteur maximale (h) et une largeur maximale (I), le collecteur (12) étant un profilé métallique délimité, à ses extrémités longitudinales, par deux parois (13) s'étendant dans un plan sensiblement transversal, dites parois d'extrémité (13), ces deux parois d'extrémités (13) étant rapportées sur le profilé métallique, caractérisée en ce que la hauteur maximale (h) de la boîte collectrice est supérieure ou égale à au moins une fois et demi la largeur maximale (I) du collecteur.
2. Boîte collectrice (10) selon la revendication précédente, dans laquelle, le collecteur (12) présente, selon une section transversale, un contour comprenant au moins une partie courbe s'étendant sur une longueur Lcourbe, cette longueur Lcourbe étant supérieure ou égale à 40 % de la largeur maximale (I) de la boîte collectrice (10).
3. Boîte collectrice (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les parois d'extrémités (13) sont des parois brasées ou serties sur le profilé.
4. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le couvercle (16) est réalisé en métal.
5. Radiateur pour véhicule automobile comportant une boîte collectrice (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
6. Radiateur selon la revendication précédente, comportant des tubes d'échange thermique (14), dans lequel les tubes d'échange thermique sont des tubes extrudés.
7. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel le couvercle (16) de la boîte collectrice (10) a une section transversale présentant une largeur intérieure maximale (I,), les tubes (14) présentent une largeur extérieure maximale (lt) dans cette section transversale, la largeur intérieure (I,) du couvercle (16) étant très légèrement supérieure à la largeur maximale (lt) d'un tube, cette largeur étant de préférence définie telle que I, < lt + 5 mm (millimètres), et de préférence I, < lt + 2 mm.
8. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comportant des ailettes d'échange thermique disposées entre les tubes (14).
9. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel les tubes (14) ont une largeur comprise entre 10 et 22 millimètres, de préférence entre 12 et 16 millimètre.
10. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, configuré pour faire circuler un fluide comprenant de l'eau ou de l'eau et un mélange d'éthylène-glycol.
1 1. Procédé de fabrication d'un collecteur (12) pour une boîte collectrice (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, au cours duquel le collecteur est obtenu par fabrication d'un profilé métallique comportant une étape de profilage suivie d'une étape de découpe.
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