FR3077129A1 - Boite collectrice pour un echangeur thermique, notamment pour la regulation thermique de batteries, echangeur thermique et procede de fabrication correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une boîte collectrice (11, 12) d'un fluide caloporteur pour un échangeur thermique (1) comprenant au moins un tube (13) de circulation d'un fluide caloporteur, ladite boîte collectrice (11, 12) comprenant une paroi de réception (111) dudit au moins un tube (13) comportant au moins une ouverture (112) de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube (13). Selon l'invention, ladite boîte collectrice (11, 12) est une pièce monobloc en matière plastique, et la surface périphérique de ladite au moins une ouverture (112) de passage dudit au moins un tube (13) est recouverte d'un joint d'étanchéité (113) surmoulé et destiné à venir en contact avec la surface extérieure dudit au moins un tube (13).

Description

Boîte collectrice pour un échangeur thermique, notamment pour la régulation thermique de batteries, échangeur thermique et procédé de fabrication correspondant

1. Domaine technique de l'invention

Le domaine de l'invention est celui des échangeurs thermiques, en particulier pour véhicules automobiles.

L'invention concerne plus particulièrement une boîte collectrice mise en œuvre dans de tels échangeurs thermiques.

L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des dispositifs de régulation thermique des batteries des véhicules automobiles à motorisation électrique et/ou hybride.

2. Etat de la technique

L'énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par une ou plusieurs batteries.

Dans ce type de véhicule, la batterie est généralement formée d'une pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique disposées dans un boîtier de protection afin de former ce que l'on appelle un pack batterie.

Un problème posé réside dans le fait que durant son fonctionnement, la batterie est amenée à chauffer et risque ainsi de s'endommager.

Par ailleurs, en cas de température trop basse, l'autonomie de la batterie peut décroître fortement.

La régulation thermique de la batterie est, par conséquent, un point important.

Il est donc nécessaire d'utiliser des échangeurs thermiques afin de maintenir la batterie à une température acceptable, à savoir entre 20°C et 40°C afin d'assurer la fiabilité, l'autonomie, et la performance du véhicule, tout en optimisant la durée de vie de la batterie.

De tels échangeurs comprennent classiquement un faisceau de tubes reliant entre elles au moins deux boîtes collectrices dans lesquels sont raccordées, de façon fixe et étanche, des extrémités correspondantes des tubes.

Un fluide caloporteur, à savoir un fluide frigorigène dans le cas d'un refroidissement direct ou un fluide de refroidissement dans le cas d'un refroidissement indirect, peut alors circuler dans l'échangeur thermique, plus précisément à travers les boîtes collectrices et les tubes qui sont en contact avec les différentes cellules électriques, de manière à réguler leur température par conduction thermique.

De façon connue, chacune des boîtes collectrices dans laquelle débouchent les tubes du faisceau comporte une plaque collectrice présentant des ouvertures de passage des tubes.

Cette plaque collectrice, généralement désignée collecteur, est coiffée par un couvercle ou boîte à fluide de manière à ce que le collecteur et la boite à fluide définissent un volume commun dans lequel débouchent les extrémités correspondantes des tubes, et par lequel sont opérées le cas échéant l'entrée et la sortie du fluide caloporteur.

Le couvercle est, par exemple, pourvu de raccordements à des conduites d'admission et de collecte de fluide.

Son volume intérieur peut en outre être subdivisé en une pluralité de sous-volumes distincts permettant de réunir ensemble certains groupes de tubes du faisceau de manière à définir une configuration de circulation de fluide prédéterminée dans l'échangeur thermique, avec plusieurs allers et retours de fluide caloporteur dans le faisceau de tubes.

L'une des techniques d'assemblage couramment utilisée à cet effet est l'assemblage brasé, où l'ensemble des éléments de l'échangeur (si ces éléments sont en métal) est passé dans un four de brasage permettant à un métal d'apport de réaliser à la fois la solidarisation des divers éléments (collecteurs, couvercles, faisceau de tubes, etc.) et leur étanchéité.

Cependant, il a été constaté que le brasage des éléments de l'échangeur tend à dégrader la résistance mécanique des tubes, leur tenue à la pression et leur tenue à la corrosion interne et externe.

Cette dégradation de la résistance mécanique peut conduire à une déformation des tubes lorsque ces derniers sont parcourus par un fluide sous pression.

Par ailleurs, lorsque les tubes présentent une section circulaire, il a été observé des défauts de rectitude des génératrices du tube cylindrique suite au brasage.

De la même façon, lorsque les tubes présentent une surface plane orientée vers les batteries (ce qui est le cas des tubes de section oblongue, par exemple), de sorte à avoir une large surface d'échange de la chaleur, il a été observé des défauts de planéité de cette surface plane.

Du fait de ces défauts de rectitude ou de planéité des tubes dus au brasage, le transfert thermique entre les batteries et le refroidisseur n'est pas homogène, si bien que l'échangeur thermique n'assure pas une régulation optimale de la température des batteries.

Une alternative pour assembler la boîte à fluide sur la plaque collectrice, ou collecteur, consiste à sertir cette dernière sur un rebord périphérique de la boîte à fluide, ou couvercle.

Les divers éléments (collecteurs, couvercles et tubes) de l'échangeur thermique sont solidarisés ensemble mécaniquement et de manière étanche par interposition de joints d'étanchéité assurant l'étanchéité entre chaque couvercle et les extrémités des tubes, et entre chaque collecteur et le couvercle correspondant, avant le sertissage du couvercle sur le collecteur correspondant.

Une telle structure étanche sertie est par exemple décrite dans le document FR-A-2 700 610.

La mise en œuvre de boîtes collectrices en deux parties nécessite toutefois plusieurs opérations d'assemblage, ce qui augmente les coûts de fabrication de l'échangeur thermique.

Il est en outre nécessaire pour éviter un défaut de montage de maintenir en position le ou les joints d'étanchéité assurant l'étanchéité entre chaque collecteur et les extrémités des tubes lors du montage des tubes dans les collecteurs.

Par ailleurs, pour obtenir une étanchéité sans faille, il est indispensable de contrôler parfaitement l'étape de sertissage du couvercle sur le collecteur.

En particulier, le respect des cotes de sertissage conditionne le taux de compression du joint d'étanchéité, et donc l'étanchéité finale de l'ensemble.

Or ces cotes de sertissage sont difficiles à maîtriser, notamment en raison des tolérances dimensionnelles du couvercle et du collecteur.

En pratique, on constate un taux de compression du joint pouvant typiquement varier d'une pièce à l'autre entre 30 et 60%.

Dans tous les cas, le sertissage étant une opération irréversible, la détection d'un défaut d'étanchéité implique la mise au rebut de l'ensemble de l'échangeur thermique.

3. Exposé de l'invention

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus.

L'invention propose à cet effet une boîte collectrice d'un fluide caloporteur pour un échangeur thermique comprenant au moins un tube de circulation d'un fluide caloporteur, ladite boîte collectrice comprenant une paroi de réception dudit au moins un tube comportant au moins une ouverture de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube.

Selon l'invention, ladite boîte collectrice est une pièce monobloc en matière plastique, et la surface périphérique interne de ladite au moins une ouverture de passage dudit au moins un tube comprend/est garni ou entouré ou recouvert d'un joint d'étanchéité surmoulé et destiné à venir en contact avec la surface extérieure dudit au moins un tube.

L'invention procure ainsi une boîte collectrice pour un échangeur thermique qui est réalisée en un seul composant, par exemple en matière plastique injecté (du type PA66GF30, par exemple).

L'étanchéité de la boîte collectrice est garantie du fait du caractère monobloc de sa conception, aucune reprise n'étant nécessaire.

Il n'est pas nécessaire de prévoir un joint d'étanchéité entre le couvercle et le collecteur.

Seul un joint d'étanchéité est surmoulé sur le pourtour des ouvertures de passages des tubes.

La liaison mécanique et l'étanchéité entre chaque boîte collectrice et les tubes ou conduits de l'échangeur thermique sont assurées par la compression d'un joint d'étanchéité surmoulé entre ces deux composants qui évite ainsi, ou à tout le moins minimise, le risque de fuites de fluide caloporteur.

Grâce à cet assemblage mécanique, on ne dégrade pas la résistance mécanique des tubes (contrairement à un assemblage par brasage) et on limite les éventuels défauts de planéité des tubes.

Une telle boîte collectrice peut être ainsi être fabriquée de façon particulièrement simple et à moindre coût.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit joint d'étanchéité surmoulé est un matériau élastiquement déformable, de préférence un élastomère EPDM ou EPR.

Selon un aspect particulier de l'invention, la boîte collectrice comprend à ses extrémités des premiers moyens de raccord de type femelle et des deuxièmes moyens de raccord de type mâle respectivement.

Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits premiers moyens de raccord de type femelle comprennent un joint d'étanchéité torique rapporté ou surmoulé destiné à venir se loger dans une gorge cylindrique des deuxièmes moyens de raccord de type mâle d'une autre boîte collectrice.

Selon un aspect particulier de l'invention, ladite paroi de réception porte, autour de ladite au moins une ouverture de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube, des moyens de fixation d'une épingle de retenue dudit au moins un tube sur ladite boîte collectrice destinée à coopérer avec des encoches ménagées sur la surface extérieure dudit tube, à proximité de ladite extrémité.

Selon un aspect particulier de l'invention, la chambre intérieure de ladite boîte collectrice présente, au niveau de ladite au moins une ouverture de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube, des languettes de retenue dudit au moins un tube sur ladite boîte collectrice destinées à coopérer avec des rainures ménagées sur la surface extérieure dudit tube, à proximité de ladite extrémité.

Selon un aspect particulier de l'invention, la boîte collectrice comprend en outre une plaque de retenue solidaire de la paroi extérieure de ladite boîte collectrice, ladite plaque de retenue présentant au moins un collet de passage d'un tube disposé en regard de ladite au moins une ouverture, la surface extérieure dudit collet étant destinée à être poinçonnée localement de sorte à former sur la surface intérieure dudit collet au moins une déformation de retenue dudit tube sur ladite boîte collectrice.

Selon un aspect particulier de l'invention, la boîte collectrice comprend en outre une pièce de retenue solidaire de la paroi extérieure ladite boîte collectrice, ladite pièce de retenue présentant au moins un trou de passage d'un tube disposé en regard de ladite au moins une ouverture, ledit trou de passage présentant sur sa surface intérieure au moins un picot souple de retenue dudit tube sur ladite boîte collectrice.

Ces solutions de retenue des tubes sont simples et permettent une tenue mécanique fiable des tubes sur les boîtes collectrices, notamment lorsqu'il s'agit de tubes extrudés, sous l'effet de la pression interne de l'échangeur thermique et des sollicitations mécaniques exercées durant l'assemblage de l'échangeur thermique, son montage et son utilisation dans le véhicule.

L'invention concerne également un échangeur thermique comprenant deux boîtes collectrices en plastique comprenant chacune une paroi de réception d'au moins un tube de circulation d'un fluide caloporteur munie d'au moins une ouverture de passage dudit au moins un tube, la surface périphérique de ladite au moins une ouverture de passage dudit au moins un tube étant recouverte d'un joint d'étanchéité surmoulé et venant en contact avec la surface extérieure dudit au moins un tube.

L'invention s'applique tout particulièrement aux échangeurs thermiques utilisés pour réguler thermiquement la ou les batteries d'un véhicule automobile à motorisation électrique et/ou hybride.

Il peut également être utilisé comme radiateur dans un système de climatisation d'un véhicule.

La matière plastique permet de réaliser facilement des formes complexes, facilitant ainsi la fixation de l'échangeur thermique sur un boîtier de batteries et le raccordement aisé du couvercle à la boucle de refroidissement et sa fixation (contrairement aux échangeurs brasés qui nécessitent l'ajout de tubulures métalliques et de pattes de fixation sur les couvercles en aluminium extrudé, embouti ou roulé).

Selon un aspect particulier de l'invention, chacune des boîtes collectrices de l'échangeur thermique est constituée d'un assemblage bout à bout de plusieurs boîtes collectrices présentant chacune à une extrémité des premiers moyens de raccord de type femelle et à l'autre extrémité des deuxièmes moyens de raccord de type mâle. Les moyens de raccord non utilisés peuvent être obturés par un bouchon de fermeture.

L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un échangeur thermique pour un véhicule automobile comprenant au moins un tube de circulation d'un fluide caloporteur dont les extrémités pénètrent dans une boîte collectrice, chacune desdites boîtes collectrices comprenant une paroi de réception dudit au moins un tube comportant au moins une ouverture de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube, le procédé comprenant les étapes suivantes :

- obtention de deux boîtes collectrices en plastique,

- surmoulage d'un joint d'étanchéité sur la périphérie de ladite au moins une ouverture de chacune des boîtes collectrices,

- insertion dudit au moins un tube dans ladite au moins une ouverture d'une première boîte collectrice de sorte que l'extrémité du tube traverse ladite au moins une ouverture, et débouche dans la chambre intérieure de la première boîte collectrice en dépassant légèrement,

- on répète les étapes précédentes pour solidariser ledit au moins un tube à la deuxième boîte collectrice dudit échangeur thermique.

L'ensemble des éléments de l'échangeur sont solidarisés mécaniquement et de manière étanche.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un tube est solidarisé simultanément à la première et à la deuxième boîte collectrice dudit échangeur thermique.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un tube est solidarisé simultanément à la première et à la deuxième boîte collectrice dudit échangeur thermique.

Le procédé de fabrication d'un tel échangeur thermique ne requiert donc pas, pour l'assemblage des éléments entre eux, de brasure, c'est-à-dire d'apport de matière, puisque l'assemblage est mécanique.

Ce procédé présente en outre l'avantage de ne pas nécessiter une installation coûteuse et complexe de chauffage dans une atmosphère neutre et confinée.

Cette approche permet de simplifier les opérations d'assemblage et ainsi de réduire le coût de fabrication d'un tel échangeur thermique.

Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un échangeur thermique mettant en œuvre deux boîtes collectrices conformes à l'invention ;

- la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une boîte collectrice selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;

- la figure 3 est une vue de détail d'une des extrémités de la boîte collectrice de la figure 2 ;

- la figure 4 est une vue de détail d'une fente de passage d'un tube de la boîte collectrice de la figure 2 ;

- la figure 5 illustre le montage d'une épingle de retenue d'un tube autour de la fente de la figure 4 ;

- la figure 6 est une vue schématique, en coupe, illustrant le montage d'un tube sur boîte collectrice conforme à l'invention par le biais d'une épingle de retenue ;

- la figure 7 est une vue schématique, en coupe, illustrant une deuxième solution de montage d'un tube sur boîte collectrice conforme à l'invention ;

- la figure 8 est une vue schématique, en coupe, illustrant une troisième solution de montage d'un tube sur boîte collectrice conforme à l'invention, et

- les figures 9A et 9B sont des vues schématiques, en coupe, illustrant une quatrième solution de montage d'un tube sur boîte collectrice conforme à l'invention.

Description détaillée de l'invention

La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un échangeur thermique 1 mettant en œuvre deux boîtes collectrices conformes à l'invention.

Un tel échangeur thermique est destiné à équiper un véhicule automobile de type hybride ou électrique, notamment pour refroidir une ou plusieurs batteries, constituées chacune d'une pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique, formant une source d'énergie pour l'entraînement du véhicule automobile.

L'échangeur thermique est positionné directement au contact de la ou des batteries au fond d'un boîtier de protection et parcouru par un fluide caloporteur, ou indirectement au contact de la ou des batteries dans le cas d'un échangeur thermique placé à l'extérieur du boîtier de protection des batteries.

Comme illustré sur la figure 1, l'échangeur thermique 1 comprend une première boîte collectrice 11 et une deuxième boîte collectrice 12, chaque boîte collectrice définissant au moins une chambre intérieure (référencée 1100 par la suite) destinée à collecter et à répartir le fluide caloporteur, tel que de l'eau glycolée.

L'échangeur thermique 1 comprend en outre un faisceau de tubes ou conduits 13 rectilignes et de même longueur, s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal des boîtes collectrices, destiné à la circulation du fluide caloporteur.

Ces tubes 13 sont, par exemple, des tubes multi-canaux.

Les tubes 13 présentent ici une section droite de forme sensiblement oblongue, au moins une des parties planes des tubes 13 étant destinée à être en contact mécanique ou non avec au moins une cellule de stockage d'énergie électrique (non représentée).

Chaque tube 13 est ici en aluminium extrudé et comprend une première extrémité et une deuxième extrémité.

La première extrémité du faisceau de tubes 13 est destinée à être assemblée avec une paroi de réception, ou paroi collectrice, 111 de la première boîte collectrice 11 et la deuxième extrémité du faisceau de tubes 13 est destinée à être assemblée avec une paroi de réception, ou paroi collectrice (non visible) de la deuxième boîte collectrice 41.

Ainsi, chaque boîte collectrice 11, 12 réunit les extrémités des tubes 13 du faisceau, chaque tube du faisceau étant relié de manière étanche au volume ou chambre intérieur(e) 1100 défini(e) par les parois de chaque boîte collectrice 11, 12.

Chaque boîte collectrice 11, 12 est ainsi en communication fluidique avec les tubes 13.

L'échangeur thermique 1 comprend en outre une connexion fluidique d'entrée 110 et une connexion fluidique de sortie 120 du fluide caloporteur agencées sur au moins une boîte collectrice.

La connexion fluidique d'entrée 110 est ici située à une extrémité longitudinale de la boîte collectrice 11 et la connexion fluidique de sortie 120 est située sur la boîte collectrice 12, à l'extrémité opposée de la boîte collectrice 11.

Ainsi, le fluide caloporteur est introduit dans la première boîte collectrice 11 par la connexion fluidique d'entrée 110, puis est distribué dans les tubes 13 via la paroi de réception 111.

Le fluide circule dans les tubes 13 (dans le sens des flèches), puis débouche dans la seconde boîte collectrice 12 via la paroi de réception correspondante pour finalement être évacué par la connexion fluidique de sortie 120 de la deuxième boîte collectrice 12.

Les boîtes collectrices 11, 12 et les tubes 13 de l'échangeur thermique 1 sont solidarisés ensemble mécaniquement et de manière étanche.

Plusieurs solutions d'assemblage seront décrites par la suite, à titres d'exemples, en relation avec les figures 5 à 9B.

De façon avantageuse, chacune des boîtes collectrices 11, 12 est en matière plastique, ce qui réduit leur coût de fabrication et permet de leur donner aisément des formes très variées.

Du fait que les boîtes collectrices soient en une seule pièce, la brasure n'est plus nécessaire.

Par ailleurs, les ouvertures de passage des tubes 13 ménagées dans les parois de réception des boîtes collectrices 11, 12 sont revêtues sur leur périphérie par un joint surmoulé assurant l'étanchéité entre chaque paroi de réception et les extrémités des tubes 13.

La figure 2 est une vue en perspective d'une boîte collectrice selon un mode de réalisation particulier de l'invention.

La boîte collectrice 11 est une pièce monobloc tubulaire, entièrement en matière plastique, qui est réalisée par injection de matière plastique dans un unique moule.

Les tubes 13 de l'échangeur thermique présentent une pluralité de canaux juxtaposés de circulation du fluide caloporteur (visibles sur la figure 6).

Dans ce mode de réalisation, les canaux d'un tube 13 sont séparés par des jambes de renfort qui assurent la tenue mécanique du tube 13 à la pression (c'est-à-dire qui minimisent la déformation du tube sous la pression).

La paroi de réception 111 des tubes 13 comprend ici deux ouvertures de passage des tubes 13 prenant la forme d'une fente 112, les deux fentes 112 étant alignées et de forme oblongue complémentaire aux tubes 13.

Un joint d'étanchéité 113 est surmoulé sur la paroi des fentes 112 dans chacune desquelles est inséré un tube 13.

Le joint d'étanchéité 113 présente également une forme oblongue complémentaire aux tubes 13.

Le joint d'étanchéité 113 est avantageusement réalisé en un matériau élastiquement déformable, tel qu'un élastomère EPDM (pour éthylènepropylène-diène monomère) ou EPR (pour éthylène-propylène).

Les extrémités de la boîte collectrice 11 sont ouvertes et comprennent des moyens de raccord 114A, 114B de sorte à venir solidariser une autre portion de boîte collectrice dans le prolongement de la boîte collectrice 11 ou bien pour y loger un bouchon de fermeture de l'extrémité.

La figure 3 est une vue de détail de l'extrémité gauche de la boîte collectrice 11 de la figure 2 montrant de façon détaillée les premiers moyens de raccord ou embout 114A de type femelle.

Les moyens de raccord 114A se présentent sous la forme d'une tubulure de diamètre externe supérieur à celui de la paroi de la boîte collectrice 11 et de diamètre intérieur supérieur à celui de la chambre intérieure 1100 cylindrique de la boîte collectrice 11.

La paroi cylindrique des moyens de raccord 114A présente deux rainures 115 en L, diamétralement opposées et formant élément femelle.

Les deuxièmes moyens de raccord ou embout 114B situés à l'extrémité droite de la boîte collectrice 11 (figure 2) se présentent sous la forme d'une tubulure de diamètre sensiblement égal à celui de la paroi de la boîte collectrice

11. La paroi cylindrique des deuxièmes moyens de raccord 114B présente deux tenons 117 diamétralement opposés qui forment chacun un élément mâle.

On comprend aisément que les tenons 117 de la boîte collectrice 11 sont adaptés pour venir s'engager dans les rainures 115 d'une boîte collectrice de même type, et que les rainures 115 de la boîte collectrice 11 sont destinées à recevoir chacune un tenon d'une autre boîte collectrice de même type.

Ainsi pour assembler deux boîtes collectrices de même type, il est nécessaire d'engager les tenons d'une boîte collectrice dans les rainures de l'autre boîte collectrice en rapprochant les deux boîtes collectrices, puis de faire pivoter l'une par rapport à l'autre (il s'agit donc d'un assemblage à baïonnette).

Il est ainsi possible d'obtenir des boîtes collectrices de grande taille, et par conséquent des échangeurs thermiques de grande taille, à partir d'un assemblage de plusieurs boîtes collectrices 11.

Un joint d'étanchéité 116A torique est rapporté au fond de la tubulure des premiers moyens de raccord 114A de sorte à assurer l'étanchéité de la jonction entre les premiers moyens de raccord 114A de type femelle et les deuxièmes moyens de raccord 114B de type mâle de l'autre boîte collectrice.

Selon une autre approche, le joint d'étanchéité 116 torique est surmoulé à l'intérieur des premiers moyens de raccord 114A.

Ce joint d'étanchéité 116A torique est destiné à venir se loger dans une gorge 116B circulaire périphérique (non visible) ménagée à l'extrémité des deuxièmes moyens de raccord 114B de type mâle.

Ainsi, les deux boîtes collectrices d'un échangeur thermique peuvent chacune être constituées d'une boîte collectrice 11.

Dans une variante, les deux boîtes collectrices d'un échangeur thermique peuvent chacune être constituées d'un assemblage de boîtes collectrices 11 solidarisées bout à bout par le biais des moyens de raccord 114A, 114B.

La figure 4 est vue de détail d'une des fentes 112 de la boîte collectrice 11 ménagée sur la paroi de réception 111.

Comme souligné auparavant, un joint d'étanchéité 113 surmoulé s'étend sur la paroi périphérique de cette fente 112 oblongue.

Les deux extrémités longitudinales de la fente 112 et du joint d'étanchéité 113 s'étendent chacune à l'intérieur d'un plot 118 en forme de demi-cylindre porté par la paroi de réception 111.

Chaque plot 118 est traversé dans sa direction longitudinale par un trou 118A de passage d'une épingle 30 de retenue du tube correspondant (figure 5).

Par ailleurs, la paroi de réception 111 porte, de part et d'autre de la fente 112, quatre pattes ou languettes 119 de forme semi-circulaire d'accroche de l'épingle 30 par clipsage.

Dans une variante, l'épingle 30 est fixée sur la paroi de réception 111 par collage.

La figure 5 est vue de détail de la fente 112 de la figure 4 illustrant le montage de l'épingle 30 dans un plot 118 et son clipsage dans une patte 119.

Bien que ceci ne soit pas visible, l'épingle 30 de retenue traverse les deux plots 118 opposés, par le biais des trous 118A de passage, et vient s'encliqueter avec les deux pattes 119 supérieures.

Ainsi, au niveau de chaque fente 112 est montée une épingle 30 de retenue d'un tube 13.

Les portions 301 de l'épingle 30 situées en vis-à-vis des extrémités arrondies de la fente 112 viennent s'insérer ou s'encliqueter dans deux encoches ou logements ou renfoncement 131 ménagées sur la surface extérieure, au niveau des bords opposés arrondis, du tube 13, comme cela est visible sur la figure 6, bloquant ainsi la translation du tube 13 et retenant ce dernier sur la boîte collectrice 11.

Ces encoches 131 sont obtenues par déformation de la paroi des deux canaux d'extrémité du tube 13, sans pour autant obturer ces canaux 111 d'extrémité. La paroi de ces deux canaux d'extrémité peut présenter une surépaisseur, les encoches étant obtenues par enlèvement de matière, ce qui n'impacte pas le passage du fluide caloporteur dans ces canaux d'extrémité.

L'épingle 30 peut être en métal ou en plastique et applique une pression latérale sur les parois du tube 13, sans endommager ce dernier lors du montage ou au cours du fonctionnement de l'échangeur thermique.

Le tube 13 traverse la fente 112 recouverte du joint d'étanchéité 113 de sorte à déboucher dans la chambre intérieure 1100 cylindrique de la boîte collectrice 11.

Les encoches 131 sont situées à l'extérieure de la boîte collectrice 11 une fois le tube 13 assemblé sur cette dernière.

Le passage du tube 13 dans la fente 112 bordée du joint d'étanchéité 113 permet de comprimer radialement la paroi externe du tube 13 contre la paroi interne du joint d'étanchéité 113 de sorte à garantir l'étanchéité de la liaison tube 13/ boîte collectrice 11.

Autrement dit, le tube 13 est monté en précontrainte (ou serré) dans le joint d'étanchéité 113.

Cette butée de tube est une solution simple et fiable pour la tenue mécanique du tube sur la boîte collectrice.

La figure 7 présente une autre solution de retenue des tubes 13 sur la boîte collectrice 11 au moyen de deux languettes ou clips 40 s'étendant l'une vers l'autre dans la chambre intérieure 1100 cylindrique de la boîte collectrice 11 au niveau des fentes 112 de passage d'une des extrémités des tubes 13.

Le tube 13 traverse la fente 112 recouverte du joint d'étanchéité 113 de sorte à déboucher dans la chambre intérieure 1100 cylindrique de la boîte collectrice 11.

Les languettes 40 coopèrent avec des rainures 132 s'étendant sur les deux faces externes opposées du tube 13, à chaque extrémité des canaux.

Les languettes 40 bloquent tout déplacement en translation des tubes 13 et permettent donc d'immobiliser le positionnement longitudinal des tubes 13 dans la chambre intérieure 1100 de la boîte collectrice 11.

Les rainures 132 sont situées à l'extérieure dans la chambre intérieure 1100 cylindrique de la boîte collectrice 11 une fois le tube 13 assemblé sur cette dernière.

On note que les languettes 40 peuvent être réalisées d'un seul tenant ou en plusieurs parties réparties longitudinalement dans la chambre intérieure 1100 de la boîte collectrice 11.

Ces languettes 40 peuvent être formées lors du moulage de la boîte collectrice 11 en plastique ou être formées par une pièce rapportée venant se fixer dans la chambre intérieure 1100 de la boîte collectrice 11. Elles doivent être suffisamment souples pour se déformer lors de l'insertion de l'extrémité du tube 13 et suffisamment rigides pour assurer la tenue mécanique du tube 13 une fois celui-ci en place.

La figure 8 présente encore une autre solution de retenue des tubes 13 sur la boîte collectrice 11 au moyen d'une plaque 50 métallique (en aluminium, par exemple) qui est rapportée et sertie sur la surface extérieure de la boîte collectrice 11.

Cette plaque 50 de retenue présente plusieurs collets 502 de forme oblongue venant se positionner en regard des fentes 112 garnies chacune d'un joint d'étanchéité 113 surmoulé.

Le joint d'étanchéité 113 est ici surmoulé sur la périphérie de la fente 112 et s'étend en partie entre la surface extérieure de la boîte collectrice 11 et la plaque 50, de sorte à optimiser l'étanchéité de l'assemblage mécanique des tubes 13 sur la boîte collectrice 11.

Une fois le tube 13 engagé dans le collet 502 et la fente 112 correspondante, une déformation 501 prenant la forme d'un poinçon est formée sur les deux bords arrondis de chaque collet 502 de la plaque 50 de retenue. Ce poinçonnage sur la paroi extérieure du collet 502 entraîne une légère déformation de la paroi intérieure du collet 502 et de la paroi extérieure du tube 13, de sorte à permettre la tenue mécanique du tube 13 et son blocage en translation par rapport à la boîte collectrice 11.

Les figures 9A et 9B présentent encore une autre solution de retenue des tubes 13 sur la boîte collectrice 11 au moyen d'une pièce 60 en plastique injecté rapportée.

On note que la section de la boîte collectrice 11 présente une forme en oméga.

La pièce 60 de retenue est solidarisée à la boîte collectrice 11 par encliquetage, par exemple, et présente des fentes 602 adaptées au passage des tubes 13 et venant se positionner en regard des fentes 112 de la boîte collectrice

11.

Le joint d'étanchéité 113 surmoulé s'étend sur le pourtour des fentes 112 mais aussi en partie sur la surface extérieure de la boîte collectrice 11 de sorte à être pris en sandwich entre cette surface extérieure et la pièce 60 de retenue (on optimise ainsi l'étanchéité de l'assemblage mécanique des tubes 13 sur la boîte collectrice 11).

Au moins deux picots 601 souples (en plastique) sont portés par la paroi intérieure de chaque fente 602. Ces picots 601 permettent le passage d'un tube 13 et la tenue mécanique de ce dernier (c'est-à-dire son blocage en translation par rapport à la boîte collectrice 11.

Chacun des tubes 13 présente des encoches ou renfoncements 131 locaux sur ses bords extérieurs arrondis dans lesquels viennent se loger les picots 601.

Au lieu de picots, il est possible de prévoir des nervures ou autres formes de retenue.

Les quatre solutions d'assemblage mécanique des tubes 13 sur la boîte collectrice 11, illustrées en relation avec les figures 5 à 9B, permettent d'empêcher le glissement, sous l'effet de la mise sous pression du fluide caloporteur, des tubes 13 par rapport à l'ensemble constitué par le joint d'étanchéité 113 et la boîte collectrice 11.

En outre, un tel assemblage mécanique permet d'empêcher le déplacement des tubes 13 lors du montage et l'utilisation de l'échangeur thermique 1.

On comprend que chacune des boîtes collectrices de l'échangeur thermique comprend plusieurs fentes réparties sur sa longueur et revêtues chacune d'un joint d'étanchéité surmoulé, de sorte que chaque tube de l'échangeur thermique 1 soit associé à une fente et un joint d'étanchéité surmoulé.

Ceci permet d'assurer l'étanchéité de l'échangeur thermique 1 qui est assemblé mécaniquement, comme détaillé par la suite, et non pas par brasage conformément à l'art antérieur.

Procédé de fabrication de l'échangeur thermique

On décrit maintenant un exemple de procédé de fabrication d'un échangeur thermique conforme à l'invention.

Au cours d'une première étape, on obtient par injection plastique deux boîtes collectrices 11,12,

On procède ensuite au surmoulage des joints d'étanchéité dans les fentes 112 de la paroi de réception 111, et éventuellement au surmoulage du joint d'étanchéité 116A torique dans les premiers moyens de raccord 114A. Dans une variante, ce joint d'étanchéité 116A torique est rapporté.

Au cours d'une troisième étape, l'extrémité d'un tube 13 est insérée ou emmanchée à force dans le joint d'étanchéité 113 surmoulé d'une des fentes 112 de sorte que l'extrémité du tube 13 traverse la fente 112, et débouche dans la chambre intérieure 1100 cylindrique de la boîte collectrice 11 en dépassant légèrement.

Dans une étape optionnelle, selon une mise en œuvre particulière, une plaque 50 est rapportée et sertie sur la boîte collectrice 11 avant l'insertion des tubes 13, puis un poinçon 501 est formé aux deux extrémités arrondies de chaque collet 502 de la plaque 50.

Dans une étape optionnelle, selon une autre mise en œuvre particulière, une pièce 60 en plastique injecté rapportée est encliquetée sur la boîte collectrice 11, avant l'insertion des tubes 13, et présente des fentes 602 adaptées au passage des tubes 13.

Les mêmes étapes sont mises en œuvre pour assembler les autres tubes 13 à la première boîte collectrice 11, et pour assembler l'autre extrémité des tubes 11 à la deuxième boîte collectrice 12.

Ces étapes sont de préférence mises en œuvre simultanément des deux côtés des tubes 13.

Dans une étape optionnelle, selon une mise en œuvre particulière, des épingles de retenue des tubes 13 sont ensuite montées sur chacune des boîtes collectrices 11,12.

Ainsi, l'assemblage mécanique de l'ensemble de l'échangeur thermique 1 est relativement aisé et permet d'obtenir un bon niveau d'étanchéité à l'intérieur des boîtes collectrices 11,12 où circule le fluide caloporteur.

Il n'est donc pas nécessaire de recourir au brasage pour assurer la tenue mécanique à la pression et l'étanchéité de l'échangeur thermique selon l'invention, ce qui garantit la planéité de la surface plane des tubes 13.

Par conséquent, les échanges thermiques entre les tubes de l'échangeur thermique et les cellules de stockage d'énergie électrique (quand l'échangeur thermique est destiné à réguler thermiquement une ou des batteries) sont optimisés.

Autres aspects et variantes

On note que dans une application, l'échangeur thermique de l'invention peut être utilisé pour chauffer ou refroidir une ou plusieurs batteries selon les conditions et les besoins, de sorte à réguler leur température.

Un fluide caloporteur parcourant l'échangeur thermique peut dans ce cas absorber la chaleur émise par la ou les batteries afin de les refroidir ou, selon les besoins, il peut leur apporter de la chaleur si la température de la ou des batteries est insuffisante pour son/leur bon fonctionnement.

Selon les besoins, un tel échangeur thermique peut également être utilisé en tant que radiateur dans un véhicule.

Outre le fait que l'assemblage mécanique des composants d'un échangeur thermique conforme à l'invention permet de ne pas dégrader les propriétés mécaniques des tubes et d'améliorer la planéité des surfaces des tubes en contact avec les batteries (ou en regard des ces dernières), une telle approche présente d'autres avantages par rapport à un échangeur thermique de l'art antérieur assemblé par brasage.

L'approche de l'invention permet ainsi d'éviter la pollution interne par le flux résiduel de brasage qui réagit avec le liquide de refroidissement en dégradant ses propriétés anti-corrosion et de gélification, ce qui peut aboutir à une perte de performance thermique du refroidisseur (échangeur thermique) par bouchage des canaux des tubes.

Les tubes sont de préférence en aluminium extrudé et leur taille peut varier de 10 mm à 110 mm de large et de 2 mm à 5 mm de haut, par exemple.

Les tubes peuvent présenter d'autres formes de section, comme une section circulaire ou ovale, par exemple.

Dans une variante de réalisation, les tubes multicanaux sont électro-soudés mais ne présentent pas dans ce cas de jambe de renfort entre les canaux.

Les connexions fluidiques d'entrée et de sortie du fluide caloporteur peuvent être disposées respectivement sur chacune des deux boîtes collectrices (comme dans le mode de réalisation décrit précédemment) ou alors, sur la même boîte collectrice.

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation 5 décrits précédemment et fournis uniquement à titres d'exemples.

Notamment, la forme de l'épingle n'est pas limitée à celle illustrée sur les figures, ni même le nombre de tenons et rainures des moyens de raccord mâle et femelle.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Boîte collectrice (11, 12) d’un fluide caloporteur pour un échangeur thermique (1) comprenant au moins un tube (13) de circulation d'un fluide caloporteur, ladite boîte collectrice (11, 12) comprenant une paroi de réception (111) dudit au moins un tube (13) comportant au moins une ouverture (112) de passage d’une des extrémités dudit au moins un tube (13), caractérisée en ce que ladite boîte collectrice (11, 12) est une pièce monobloc en matière plastique, et en ce que la surface périphérique de ladite au moins une ouverture (112) de passage dudit au moins un tube (13) est recouverte d'un joint d'étanchéité (113) surmoulé et destiné à venir en contact avec la surface extérieure dudit au moins un tube (13).
2. 2. Boîte collectrice (11, 12) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit joint d'étanchéité (113) surmoulé est un matériau élastiquement déformable, de préférence un élastomère EPDM ou EPR.
3. 3. Boîte collectrice (11, 12) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend à ses extrémités des premiers moyens de raccord (114A) de type femelle et des deuxièmes moyens de raccord de type mâle (114B) respectivement.
4. 4. Boîte collectrice (11, 12) selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens de raccord (114A) de type femelle comprennent un joint d'étanchéité (116A) torique rapporté ou surmoulé destiné à venir se loger dans une gorge (116B) cylindrique des deuxièmes moyens de raccord de type mâle (114B) d'une autre boîte collectrice (11,12).
5. 5. Boîte collectrice (11, 12) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite paroi de réception (111) porte, autour de ladite au moins une ouverture (112) de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube (13), des moyens de fixation d'une épingle (30) de retenue dudit au moins un tube (13) sur ladite boîte collectrice (11, 12) destinée à coopérer avec des encoches (131) ménagées sur la surface extérieure dudit tube (13), à proximité de ladite extrémité.
6. 6. Boîte collectrice (11, 12) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la chambre intérieure (1100) de ladite boîte collectrice (11, 12) présente, au niveau de ladite au moins une ouverture (112) de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube (13), des languettes (40) de retenue dudit au moins un tube (13) sur ladite boîte collectrice (11, 12) destinées à coopérer avec des rainures (132) ménagées sur la surface extérieure dudit tube (13), à proximité de ladite extrémité.
7. 7. Boîte collectrice (11, 12) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une plaque (50) de retenue solidaire de la paroi extérieure de ladite boîte collectrice (11,12), ladite plaque (50) de retenue présentant au moins un collet (502) de passage d'un tube (13) disposé en regard de ladite au moins une ouverture (112), la surface extérieure dudit collet (502) étant destinée à être poinçonnée localement de sorte à former sur la surface intérieure dudit collet (502) au moins une déformation (501) de retenue dudit tube (13) sur ladite boîte collectrice (11,12).
8. 8. Boîte collectrice (11, 12) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce (60) de retenue solidaire de la paroi extérieure ladite boîte collectrice (11, 12), ladite pièce (60) de retenue présentant au moins un trou de passage d'un tube (13) disposé en regard de ladite au moins une ouverture (112), ledit trou de passage présentant sur sa surface intérieure au moins un picot (601) souple de retenue dudit tube (13) sur ladite boîte collectrice (11,12).
9. 9. Echangeur thermique (1), caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtes collectrices (11, 12) selon l’une des revendications 1 à 8 comprenant chacune une paroi de réception (111) d'au moins un tube (13) de circulation d'un fluide caloporteur munie d'au moins une ouverture (112) de passage dudit au moins un tube (13), la surface périphérique de ladite au moins une ouverture (112) de passage dudit au moins un tube (13) étant recouverte d'un joint d'étanchéité (113) surmoulé et venant en contact avec la surface extérieure dudit au moins un tube (13).
10. 10. Procédé d'assemblage d'un échangeur thermique (1) pour un véhicule automobile comprenant au moins un tube (13) de circulation d'un fluide caloporteur dont les extrémités pénètrent dans une boîte collectrice (11, 12), chacune desdites boîtes collectrices (11, 12) comprenant une paroi de réception (111) dudit au moins un tube (13) comportant au moins une ouverture (112) de passage d'une des extrémités dudit au moins un tube (13), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

    - obtention de deux boîtes collectrices (11,12) selon l'une des revendications 1 à 8 ;

    - surmoulage d’un joint d'étanchéité (51) sur la périphérie de ladite au moins une ouverture (112) de chacune des boîtes collectrices (11,12),

    - insertion dudit au moins un tube (13) dans ladite au moins une ouverture (112) d'une première boîte collectrice (11) de sorte que l'extrémité du tube (13) traverse ladite au moins une ouverture (112), et débouche dans la chambre intérieure (1100) de la première boîte collectrice (11) en dépassant légèrement,

    - on répète les étapes précédentes pour solidariser ledit au moins un tube (13) à la deuxième boîte collectrice (12) dudit échangeur thermique (1).