FR2745077A1

FR2745077A1 - PLASTIC COLLECTOR BOX FOR HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: FR2745077A1
Application number: FR9602153A
Authority: FR
Inventors: Michel Jacquet; Laurence Gavoret
Original assignee: Valeo Climatisation SA
Current assignee: Valeo Climatisation SA
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-08-22
Anticipated expiration: 2016-02-21
Also published as: FR2745077B1; KR970062645A; CN1168839A; EP0791798A1; BR9701025A

Abstract

L'invention concerne une boîte collectrice pour échangeur de chaleur. La boîte collectrice (1) comprend une structure de base (5) en matière plastique et un revêtement interne (6) en une matière chimiquement inerte propre à former une barrière chimique entre la structure de base (5) et un fluide caloporteur parcourant l'échangeur de chaleur, ce qui permet d'obtenir une boîte collectrice possédant à la fois une bonne tenue mécanique et une bonne résistance à l'hydrolyse vis-à-vis du fluide caloporteur parcourant l'échangeur de chaleur. Application aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.The invention relates to a manifold for a heat exchanger. The collector box (1) comprises a base structure (5) of plastic material and an internal coating (6) of a chemically inert material capable of forming a chemical barrier between the base structure (5) and a heat transfer fluid flowing through it. heat exchanger, which makes it possible to obtain a manifold having both good mechanical strength and good resistance to hydrolysis vis-à-vis the coolant flowing through the heat exchanger. Application to heat exchangers for motor vehicles.

Description

Boite collectrice en matière Dlasticue pour échanmeur de chaleurSlip-off box made of heat exchanger material

L'invention concerne une boite collectrice en matière plastique propre à faire partie d'un échangeur de chaleur, The invention relates to a plastic collector box suitable for being part of a heat exchanger,

notamment de véhicule automobile.in particular of a motor vehicle.

Les boites collectrices de ce type, encore appelées "boites à eau", comprennent une structure de base obtenue par moulage d'une matière plastique. Cette structure de base comprend essentiellement une paroi formant boite et pouvant être coiffée par une plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", dans laquelle sont introduites les extrémités des The collector boxes of this type, also called "water boxes", comprise a basic structure obtained by molding a plastic material. This basic structure essentially comprises a wall forming a box and which can be capped by a collector plate, also called a "hole plate", into which the ends of the

tubes d'un faisceau.tubes of a beam.

Une telle boite collectrice doit posséder une bonne tenue Such a collector box must have a good holding

mécanique pour résister aux chocs et pour permettre l'assea- mechanics to withstand shocks and to allow assault

blage de la plaque collectrice, par l'intermédiaire de pattes de cette dernière, qui sont repliées contre un talon de la plating of the collector plate, through legs of the latter, which are folded against a heel of the

boite collectrice.collector box.

Par ailleurs, une telle boite collectrice doit pouvoir Moreover, such a collector box must be able to

résister à la pression et à la température du fluide calopor- resist the pressure and the temperature of the heat-exchange fluid

teur qui parcourt l'échangeur de chaleur. who travels through the heat exchanger.

Lorsqu'un tel échangeur de chaleur est utilisé en tant que radiateur de refroidissement d'un moteur thermique ou When such a heat exchanger is used as a cooling radiator of a heat engine or

radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobi- radiator for heating the interior of a motor vehicle

le, le fluide caloporteur, habituellement de l'eau glycolée, the, heat transfer fluid, usually brine,

peut atteindre des températures de l'ordre de 120 à 130 C. can reach temperatures of the order of 120 to 130 C.

L'échangeur de chaleur, et en particulier la boite collectri- The heat exchanger, and in particular the collector box,

ce, doit pouvoir résister à des températures pouvant méme it must be able to withstand temperatures that can even

atteindre 150-200 C.reach 150-200 C.

Un autre problème lié aux boites collectrices réside dans le fait que ces dernières doivent également résister à la dégradation, notamment par hydrolyse, sous l'action du fluide Another problem related to the collector boxes lies in the fact that they must also resist degradation, especially by hydrolysis, under the action of the fluid

caloporteur.coolant.

La plupart des boîtes collectrices en matière plastique utilisées actuellement sur les échangeurs de chaleur sont en une seule matière et formées à partir de polyamide. Cette matière plastique a pour avantage de présenter une résistance élevée aux chocs. Par contre, cette matière plastique a pour Most of the plastic manifolds currently used on heat exchangers are made of a single material and formed from polyamide. This plastic material has the advantage of having a high impact resistance. On the other hand, this plastic material has for

inconvénient de présenter une faible résistance à l'hydroly- disadvantage of having low resistance to hydrolysis.

se. Pour surmonter cet inconvénient, il est nécessaire de surdimensionner l'épaisseur de la boîte collectrice pour éviter une rupture ou une fatigue prématurée par suite de l'hydrolyse, même partielle, de sa face interne au contact du is. To overcome this disadvantage, it is necessary to oversize the thickness of the collector box to prevent premature rupture or fatigue due to the hydrolysis, even partial, of its internal face in contact with the collector.

fluide caloporteur.coolant.

Par ailleurs, il est connu aussi d'utiliser des boites collectrices en polysulfure de phénylène, car cette matière plastique particulière présente l'avantage de résister à la Furthermore, it is also known to use phenylene polysulfide collecting boxes, because this particular plastic material has the advantage of being resistant to

dégradation par hydrolyse, sous l'action du fluide calopor- degradation by hydrolysis, under the action of the caloporic fluid

teur. Malheureusement, cette matière plastique présente une tor. Unfortunately, this plastic material has a

faible résistance aux chocs.low impact resistance.

C'est la raison pour laquelle on préfère généralement This is why we generally prefer

utiliser des boîtes collectrices en polyamide, en surdimen- use polyamide collecting boxes, in superimposed

sionnant l'épaisseur de la structure de base, notamment de la sizing the thickness of the basic structure, particularly the

paroi dont la face interne est au contact du liquide calopor- wall whose inner face is in contact with the liquid calopor

teur. En outre, un autre inconvénient des boîtes collectrices connues est que le coût de la matière plastique utilisée est élevé, notamment pour les boîtes en polysulfure de phénylène dont le coût de la matière est sensiblement le triple de tor. In addition, another disadvantage of the known collector boxes is that the cost of the plastics material used is high, in particular for the boxes of phenylene polysulfide, the material cost of which is substantially triple that of

celui d'une boite en polyamide.that of a polyamide box.

Il est connu par ailleurs, d'après la publication FR-A- It is also known from the publication FR-A-

2 461 916, de fabriquer des échangeurs de chaleur à partir d'un matériau composite comprenant une couche de support en un alliage à base d'aluminium et une couche de revêtement en un autre alliage à base d'aluminium, et cela pour résister à No. 2,461,916, to manufacture heat exchangers from a composite material comprising a support layer of an aluminum-based alloy and a coating layer of another aluminum-based alloy, and this to withstand

la corrosion.corrosion.

Toutefois, ce matériau convient à la fabrication d'échangeurs de chaleur brasés, c'est-à-dire à une technique différente de celle des échangeurs de chaleur assemblés mécaniquement, dont However, this material is suitable for the manufacture of brazed heat exchangers, that is to say a technique different from that of mechanically assembled heat exchangers, including

les boîtes collectrices sont en matière plastique. the manifolds are made of plastic.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- The object of the invention is in particular to overcome the disadvantages

nients précités.mentioned above.

Elle propose à cet effet une boîte collectrice pour échangeur de chaleur, du type comprenant une structure de base en For this purpose, it proposes a collector box for heat exchanger, of the type comprising a basic structure in

matière plastique moulée.molded plastic material.

Conformément à l'invention, cette structure de base est munie d'un revêtement interne en une matière chimiquement inerte propre à former une barrière chimique entre la structure de base et un fluide caloporteur parcourant l'échangeur de chaleur. Ainsi, la boite collectrice de l'invention combine une structure de base en matière plastique et un revêtement According to the invention, this basic structure is provided with an inner coating of a chemically inert material capable of forming a chemical barrier between the base structure and a coolant flowing through the heat exchanger. Thus, the manifold of the invention combines a plastic base structure and a coating

interne en une matière chimiquement inerte. internal in a chemically inert material.

La matière plastique de la structure de base est choisie avant tout pour ses qualités de tenue mécanique, notamment de The plastic material of the basic structure is chosen primarily for its mechanical strength properties, particularly

résistance aux chocs.impact resistance.

Quant à la matière chimiquement inerte, il n'est pas néces- As for the chemically inert material, it is not necessary

saire qu'elle possède en elle-même une bonne tenue mécanique. it has in itself a good mechanical strength.

Elle est choisie pour ses qualités d'inertie chimique, afin de constituer une barrière chimique entre la structure de base et le fluide caloporteur qui parcourt l'échangeur de chaleur, et empêcher ainsi la dégradation de la structure de It is chosen for its qualities of chemical inertness, in order to constitute a chemical barrier between the basic structure and the coolant which runs through the heat exchanger, and thus prevent the degradation of the structure of

base par hydrolyse.base by hydrolysis.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la In a preferred embodiment of the invention, the

structure de base est en une matière plastique, en particu- basic structure is made of a plastic material, in particular

lier une matière thermoplastique, possédant une bonne tenue mécanique. A titre d'exemple, cette matière plastique peut être choisie bond a thermoplastic material, having good mechanical strength. For example, this plastic material can be chosen

notamment parmi un polypropylène ou un polyamide. especially from a polypropylene or a polyamide.

A cet égard, on préfère utiliser le polypropylène car son prix de revient est plus économique que celui du polyamide et In this respect, it is preferred to use polypropylene because its cost price is more economical than that of polyamide and

surtout celui du polysulfure de phénylène. especially that of phenylene polysulfide.

La matière plastique de la structure de base est avantageuse- The plastic material of the basic structure is advantageous

ment armée d'un matériau de renfort, par exemple des fibres with reinforcing material, for example fibers

de verre.of glass.

matière plastique de la structure de base est un polypropy- plastic material of the basic structure is a polypropylene

lène armé de fibres de verre, la teneur en fibres de verre étant comprise entre 10% et 60% en poids. Les fibres de verre reinforced with glass fiber, the content of glass fibers being between 10% and 60% by weight. Glass fibers

utilisées peuvent être des fibres longues ou courtes. used may be long or short fibers.

Le revêtement interne de la boîte collectrice de l'invention est de préférence une matière plastique, en particulier une matière thermoplastique, propre à résister à des températures pouvant aller jusqu'à 150-200 C. Cette matière plastique doit The inner coating of the header of the invention is preferably a plastic material, in particular a thermoplastic material, capable of withstanding temperatures up to 150-200 C. This plastic must

être chimiquement inerte à l'égard du fluide caloporteur. be chemically inert with respect to the coolant.

Le revêtement peut, à titre d'exemple, être réalisé en polysulfure de phénylène, compte tenu des propriétés de The coating may, by way of example, be made of phenylene polysulfide, taking into account the properties of

résistance à l'hydrolyse de cette matière particulière. resistance to hydrolysis of this particular material.

En outre, le polysulfure de phénylène a pour avantage de pouvoir être facilement utilisé, notamment par moulage, et d'être compatible avec les matières plastiques utilisées dans la fabrication des boites collectrices d'échangeurs de chaleur. Du fait que la tenue mécanique de la boîte collectrice est In addition, the phenylene polysulfide has the advantage of being easy to use, especially by molding, and to be compatible with the plastics used in the manufacture of heat exchanger collector boxes. Because the mechanical strength of the collector box is

assurée essentiellement par la structure de base, le revête- provided mainly by the basic structure, the coating

ment interne peut présenter une faible épaisseur, ce qui diminue également son coût et constitue un avantage non may have a small thickness, which also reduces its cost and constitutes a

négligeable, notamment dans le cas du polysulfure de phény- negligible, especially in the case of phenyl polysulphide

lène dont le coût de matière est élevé. which has a high material cost.

Généralement, le revêtement interne aura une épaisseur Generally, the inner liner will have a thickness

inférieure à 1 mm, de préférence inférieure à 0,5 mm. less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm.

La boite collectrice de l'invention peut être obtenue par différents procédés de fabrication. Dans un premier procédé, la structure de base est moulée par injection sur le revêtement interne présent sous forme d'un The collector box of the invention can be obtained by different manufacturing processes. In a first method, the basic structure is injection molded on the inner liner present as a

film mince.thin film.

On peut ainsi appliquer ce film sur un fond de moule et injecter ensuite la matière plastique destinée à constituer It is thus possible to apply this film on a mold base and then to inject the plastic material intended to constitute

la structure de base.the basic structure.

A titre d'exemple, la structure de base peut posséder une épaisseur minimale de 2 mm et le revêtement interne une For example, the basic structure may have a minimum thickness of 2 mm and the inner liner a

épaisseur minimale de 0,2 mm.minimum thickness of 0.2 mm.

Dans un second procédé, la structure de base et le revêtement interne sont moulés par bi-injection. Cela signifie que les matières respectives de la structure de base et du revêtement In a second method, the base structure and the inner liner are molded by bi-injection. This means that the respective materials of the basic structure and the coating

interne sont moulées pratiquement en même temps par injec- are molded at almost the same time by injecting

tion. En pareil cas, la structure de base possède avantageusement une épaisseur minimale de 2 mm et le revêtement interne une tion. In such a case, the base structure advantageously has a minimum thickness of 2 mm and the inner liner a

épaisseur minimale de 0,4 mm.minimum thickness of 0.4 mm.

Dans le second procédé, l'épaisseur minimale du revêtement interne est en principe supérieure à l'épaisseur minimale du premier procédé, dans lequel ce revêtement interne est In the second method, the minimum thickness of the inner liner is in principle greater than the minimum thickness of the first method, in which this inner liner is

réalisé sous la forme d'un film préexistant. realized in the form of a pre-existing film.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se In the description that follows, given as an example, we

réfère au dessin annexé, sur lequel la figure unique repré- refers to the attached drawing, in which the single figure represents

sente une vue partielle en élévation, avec arrachement, d'un échangeur de chaleur équipé d'une boîte collectrice selon l'invention. L'échangeur de chaleur représenté sur le dessin comprend une Seen a partial view in elevation, with tearing, of a heat exchanger equipped with a header according to the invention. The heat exchanger shown in the drawing comprises a

boîte collectrice 1 en matière plastique assemblée mécanique- manifold 1 made of plastic material mechanical assembly-

ment à une plaque collectrice métallique 2. Cette plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", reçoit les extrémités d'une pluralité de tubes 3 formant faisceau et This collector plate, also called a "perforated plate", receives the ends of a plurality of tubes 3 forming a bundle and

traversant une multiplicité d'ailettes 4. crossing a multiplicity of fins 4.

La boite collectrice 1 comprend une structure de base 5, c'est-à-dire essentiellement une paroi, en matière plastique moulée munie d'un revêtement interne 6 destiné à venir au contact d'un fluide caloporteur traversant l'échangeur de chaleur. Autrement dit, le revêtement interne 6 forme une interface ou barrière entre la structure de base 5 et le The collector box 1 comprises a base structure 5, that is to say essentially a wall, made of molded plastic material provided with an internal coating 6 intended to come into contact with a heat transfer fluid passing through the heat exchanger. In other words, the inner liner 6 forms an interface or barrier between the base structure 5 and the

fluide caloporteur.coolant.

Dans l'exemple représenté, l'échangeur de chaleur est destiné à être utilisé comme radiateur de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile ou encore comme In the example shown, the heat exchanger is intended to be used as a cooling radiator of an internal combustion engine of a motor vehicle or else as

le. Le fluide caloporteur est généralement de l'eau, addi- the. The coolant is usually water, addi-

tionnée d'antigel, par exemple de l'eau glycolée dont la antifreeze, for example brine

température peut atteindre des valeurs aussi élevées que 120- temperature can reach values as high as 120-

C et même exceptionnellement des valeurs limites pouvant C and even exceptionally limit values

atteindre 150-200 C.reach 150-200 C.

La matière plastique de la structure 5 est, dans l'exemple, une matière thermoplastique choisie parmi un polypropylène et The plastics material of the structure 5 is, in the example, a thermoplastic material selected from polypropylene and

un polyamide.a polyamide.

On utilise avantageusement un polypropylène armé de fibres de It is advantageous to use a polypropylene reinforced with

verre dont la teneur est comprise entre 10% et 60% en poids. glass whose content is between 10% and 60% by weight.

Pour un radiateur d'un véhicule de tourisme, l'épaisseur minimale de la structure 5 est habituellement de l'ordre de 2 mm. Le revêtement interne 6 est une matière plastique et, plus précisément, une matière thermoplastique. Dans l'exemple, il For a radiator of a passenger vehicle, the minimum thickness of the structure 5 is usually of the order of 2 mm. The inner liner 6 is a plastic material and, more specifically, a thermoplastic material. In the example, he

s'agit de polysulfure de phénylène. this is phenylene polysulfide.

Cette matière est chimiquement inerte et forme une barrière This material is chemically inert and forms a barrier

chimique qui protège la structure 5 vis-à-vis de la dégrada- chemical structure that protects structure 5 from degradation

tion, notamment par hydrolyse, de la part du fluide calopor- particularly by hydrolysis, from the caloporous fluid

teur. Le revêtement interne 6 a, dans l'exemple, une épaisseur tor. The inner liner 6 has, in the example, a thickness

inférieure à 0,5 mm.less than 0.5 mm.

Le revêtement 6 peut être utilisé sous la forme d'un film de faible épaisseur, typiquement de l'ordre de 0,2 mm, appliqué dans un fond de moule. Ensuite, on injecte la matière plastique destinée à former la structure 5. Les deux matières permettent d'obtenir une boîte collectrice qui combine les propriétés de tenue mécanique de la matière plastique de la structure de base 5 et la résistance à l'hydrolyse de la The coating 6 may be used in the form of a thin film, typically of the order of 0.2 mm, applied in a mold bottom. Next, the plastic material intended to form the structure 5 is injected. The two materials make it possible to obtain a collecting box which combines the mechanical strength properties of the plastic of the base structure 5 and the resistance to hydrolysis of the

matière plastique du revêtement interne 6. plastic material of the inner lining 6.

Dans un autre procédé, la structure de base 5 et le revête- In another method, the basic structure 5 and the coating

ment interne 6 sont moulés conjointement par un procédé de bi- injection. La structure de base doit, en pareil cas, posséder une épaisseur minimale de 2 mm, comme dans le cas précédent. Par contre, le revêtement interne 6 doit posséder une épaisseur minimale légèrement supérieure à celle du film. A titre d'exemple, on peut utiliser une épaisseur de 0,4 mm pour le revêtement interne 6 et une épaisseur de 2,1 mm pour la structure de base 5, ce qui donne une épaisseur totale de 6 are jointly molded by a bi-injection process. In this case, the basic structure must have a minimum thickness of 2 mm, as in the previous case. On the other hand, the inner liner 6 must have a minimum thickness slightly greater than that of the film. By way of example, a thickness of 0.4 mm can be used for the inner lining 6 and a thickness of 2.1 mm for the base structure 5, which gives a total thickness of

l'ordre de 2,5 mm.the order of 2.5 mm.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de Of course, the invention is not limited to the forms of

réalisation décrites précédemment à titre d'exemple. embodiment described previously by way of example.

Il est possible d'envisager d'autres variantes, notamment en ce qui concerne le choix de la matière plastique de la structure de base et le choix de la matière du revêtement interne. It is possible to envisage other variants, in particular as regards the choice of the plastic material of the basic structure and the choice of the material of the inner lining.

Claims

claims

A collector box for a heat exchanger, of the type comprising a basic structure (5) of plastic material, characterized in that the base structure (5) is provided with an internal coating (6) of a clean chemically inert material to form a chemical barrier between the base structure (5) and a heat transfer fluid flowing through

the heat exchanger.

Container according to Claim 1, characterized in that the base structure (5) is made of a plastic material, in particular a thermoplastic material,

possessing good mechanical strength.

3. collector box according to one of claims 1 and 2,

characterized in that the plastic material of the structure

base (5) is selected from polypropylene and polyamide.

of.

4. collector box according to one of claims 1 to 3,

characterized in that the plastic material of the structure

base (5) is reinforced with reinforcing material, in particular

bind glass fibers.

5. collector box according to one of claims i to 4,

characterized in that the plastic of the base structure is a polypropylene reinforced with glass fibers, the glass fiber content being between 10% and 60% by weight.

weight.

Container according to one of Claims 1 to 5,

characterized in that the inner lining (6) is in one

plastic material, in particular a thermoplastic

that, able to withstand temperatures that can go

up to 150-200 C.

7. collector box according to one of claims i to 6,

characterized in that the plastic material of the inner liner is a chemically inert material with respect to the

coolant, such as phenylene polysulfide.

8. collector box according to one of claims 1 to 7,

characterized in that the inner liner (6) has a thickness of less than 1 mm, preferably less than

0.5 mm.

Container according to one of claims 1 to 8,

characterized in that the base structure (5) is injection-molded on the inner lining (6) present under

form of a thin film.

Container according to claim 9, characterized in that the base structure (5) has a minimum thickness of 2 mm and the inner lining (6) a thickness

minimum of 0.2 mm.

11. collector box according to one of claims 1 to 8,

characterized in that the basic structure (5) and the

inner liner (6) are bi-injection molded.

Container according to claim 11, characterized

in that the base structure (5) has a minimum thickness of 2 mm and the inner lining a minimum thickness of 0.4 mm