FR3082928A1 - Boite collectrice et echangeur thermique correspondant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une boite collectrice (5a) pour un échangeur thermique comportant : - une plaque collectrice (51a) s'étendant selon une direction longitudinale (L), et - un couvercle (53a) coopérant avec la plaque collectrice (51a) de manière à fermer la boite collectrice (5a), et comprenant une paroi de fond (531) disposée en regard de la plaque collectrice (51a), la paroi de fond (531) présentant au moins une pente (S) selon une direction (D) inclinée par rapport à la direction longitudinale (L). Selon l'invention, le couvercle (53a) comporte au moins un déflecteur (7, 9) agencé à l'intérieur du couvercle (53a), ledit au moins un déflecteur (7, 9) s'étendant au moins en partie selon une direction générale parallèle à la direction (D) inclinée de ladite au moins une pente (S) de la paroi de fond (531). L'invention concerne aussi un échangeur thermique comprenant une telle boite collectrice (5a).
Description
-1Boite collectrice et échangeur thermique correspondant
L’invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques, notamment pour véhicules automobiles. L’invention concerne plus particulièrement une boite collectrice destinée à de tels échangeurs thermiques.
Les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau d’échange thermique et au moins une, généralement deux boites collectrices d’un fluide caloporteur.
Le faisceau d’échange thermique peut comporter une pluralité de tubes d’échange thermique, disposés selon une ou plusieurs rangées à travers lesquels est destiné à s’écouler le fluide caloporteur. Des éléments d’échange thermique, tels que des intercalaires, peuvent également être prévus entre les tubes pour améliorer l’échange thermique. Un deuxième fluide peut traverser le faisceau d’échange thermique en circulant entre les tubes de façon à permettre un échange thermique avec le fluide caloporteur à l’intérieur des tubes.
De façon connue, chaque boite collectrice comprend une plaque collectrice recevant les extrémités des tubes. Un couvercle vient coiffer la plaque collectrice pour fermer la boite collectrice. Les boites collectrices permettent la distribution ou la récupération du fluide caloporteur qui traverse les tubes du faisceau d’échange thermique.
L’échangeur thermique peut être alimenté en fluide caloporteur tel que le liquide de refroidissement du moteur thermique du véhicule comme un mélange d’eau et de glycol, via une boite collectrice présentant une tubulure d’entrée de fluide, par exemple grâce à une pompe de circulation.
Sur les échangeurs thermiques du véhicule automobiles, notamment les radiateurs de refroidissement, il a été constaté une perte de charge interne importante due à une répartition incorrecte du fluide caloporteur tel que le mélange d’eau et de glycol dans les tubes du faisceau d’échange thermique, notamment au niveau des tubes à la fin du faisceau d’échange thermique, c’est-à-dire qui débouchent dans la boite collectrice à l’opposé de la tubulure d’entrée de fluide.
-2Ce problème de répartition incorrecte peut par exemple affecter directement la pression du glycol utilisé et dans ce cas la pompe de circulation peut ne pas être assez puissante pour pousser le glycol et être endommagée. En outre, la mauvaise répartition du liquide de refroidissement dans les tubes du faisceau d’échange thermique peut diminuer les performances d’échange thermique de l’échangeur thermique ce qui peut générer un refroidissement incorrect du moteur thermique qui peut être endommagé.
Afin d’améliorer la répartition du fluide caloporteur dans le faisceau d’échange thermique, on connaît par exemple du brevet FR1291617, une solution pour un radiateur avec une boite collectrice d’entrée présentant une réduction de section progressive, à l’aide de chicanes étagées prévues à l’intérieur de la boite collectrice en s’étendant depuis le couvercle vers le faisceau d’échange thermique, ou réalisées par déformation de la paroi extérieure du couvercle, par exemple par emboutissage.
Cependant, de telles chicanes diminuent la section de passage du fluide caloporteur dans la boite collectrice, le diamètre hydraulique est donc réduit ce qui augmente les pertes de charge de la boite collectrice, et donc du radiateur.
L’invention a notamment pour but de proposer une boite collectrice pour améliorer la répartition du fluide caloporteur dans le faisceau d’échange thermique tout en réduisant les pertes de charge dans la boite collectrice.
A cet effet l’invention a pour objet une boite collectrice pour un échangeur thermique comportant un faisceau d’échange thermique comprenant une pluralité de tubes dans lesquels est destiné à s’écouler un fluide caloporteur, la boite collectrice comportant :
une plaque collectrice configurée pour recevoir les extrémités des tubes et s’étendant selon une direction longitudinale, et un couvercle coopérant avec la plaque collectrice de manière à fermer la boite collectrice en délimitant un volume intérieur de la boite collectrice, et comprenant une paroi de fond disposée en regard de la plaque collectrice, la paroi de fond présentant au moins une pente selon une direction inclinée par rapport à la direction longitudinale de la plaque collectrice, telle que le fluide caloporteur est destiné à
-3s’écouler dans le volume intérieur de la boite collectrice, au moins en partie selon une direction générale d’écoulement parallèle à la direction inclinée de ladite au moins une pente de la paroi de fond.
Selon l’invention, le couvercle comporte au moins un déflecteur agencé à l’intérieur du couvercle. Ledit au moins un déflecteur s’étendant au moins en partie selon une direction générale parallèle à la direction inclinée de ladite au moins une pente de la paroi de fond.
Il peut s’agir d’une boite collectrice d’entrée de fluide ou d’une boite collectrice de sortie de fluide.
Ainsi, avec des déflecteurs dans la boite collectrice dans le même sens que l’écoulement souhaité du fluide caloporteur, à savoir dans le sens de la pente de la paroi de fond du couvercle de la boite collectrice, la section de passage du fluide caloporteur n’est pas réduite et on peut améliorer la répartition du fluide caloporteur dans la boite collectrice. Cette meilleure répartition du fluide caloporteur permet de diminuer la perte de charge interne d’un échangeur thermique comportant une telle boite collectrice.
La boite collectrice peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison.
Selon un aspect de l’invention, le couvercle comporte une entrée de fluide. La paroi de fond présente une pente descendante s’étendant depuis une première extrémité au niveau de l’entrée de fluide, vers une deuxième extrémité opposée à l’entrée de fluide, de sorte que le couvercle présente une section décroissante de la première extrémité vers la deuxième extrémité.
La section du couvercle peut réduire progressivement.
La boite collectrice comporte par exemple une tubulure d’entrée, et la pente descendante de la paroi de fond s’étend depuis la tubulure d’entrée vers la deuxième extrémité du couvercle.
En variante, la boite collectrice comporte une tubulure de sortie de fluide, et la paroi de fond présente une pente descendante s’étendant depuis une première extrémité au niveau de la tubulure de sortie vers une deuxième extrémité du couvercle.
Selon un mode de réalisation, la paroi de fond présente au moins deux pentes
-4orientées selon deux directions concourantes, dont :
une première pente ascendante s’étendant depuis une première extrémité de la paroi de fond, et une deuxième pente descendante succédant à la première pente ascendante et s’étendant vers une deuxième extrémité de la paroi de fond.
La première pente ascendante s’étend par exemple jusqu’au milieu de la paroi de fond et la deuxième pente descendante s’étend à partir du milieu de la paroi de fond. Le couvercle présente une section agrandie au milieu du couvercle. Un tel agencement est en particulier adapté pour une boite collectrice intermédiaire permettant une circulation dite en « U » du fluide caloporteur dans le faisceau d’échange thermique de l’échangeur thermique qu’elle est destinée à intégrer.
Selon un autre aspect de l’invention, la direction inclinée de ladite au moins une pente forme un angle inférieur ou égal à 45° avec la direction longitudinale de la plaque collectrice.
Selon encore un autre aspect de l’invention, le couvercle comporte une pluralité de déflecteurs alignés selon au moins une rangée.
Les déflecteurs d’une rangée peuvent être espacés deux à deux d’une distance prédéfinie par exemple de l’ordre de 60mm.
Les déflecteurs de deux rangées peuvent être espacés d’une hauteur prédéfinie, par exemple de l’ordre de 10mm.
Ladite au moins une pente s’étend par exemple sur une longueur inférieure ou égale à la longueur totale de la paroi de fond.
Ladite au moins une rangée de déflecteurs s’étend sur une longueur inférieure ou égale à la longueur de ladite au moins une pente.
Selon un exemple particulier, le couvercle comporte au moins :
un premier déflecteur s’étendant selon une direction générale parallèle à la direction inclinée de ladite au moins une pente de la paroi de fond, et un deuxième déflecteur présentant une partie de répartition du fluide caloporteur dans la boite collectrice s’étendant selon une direction générale parallèle à ladite direction inclinée et une partie de guidage du fluide caloporteur vers les tubes
-5s’étendant selon une direction générale perpendiculaire à la direction longitudinale de la plaque collectrice.
Selon un autre aspect de l’invention, le couvercle comporte deux parois latérales opposées jointes par la paroi de fond.
Le ou les déflecteurs sont disposés sur une face interne d’une paroi latérale du couvercle.
Ledit au moins un déflecteur s’étend par exemple depuis une face interne d’une paroi latérale jusqu’à la face interne de la paroi latérale opposée.
Le couvercle peut comporter au moins une nervure agencée sur une face externe d’une paroi latérale du couvercle au même niveau que ledit au moins un déflecteur.
Ladite au moins une nervure est agencée en face dudit au moins un déflecteur, de sorte que ladite au moins une nervure et ledit au moins un déflecteur s’étendent de part et d’autre de la paroi latérale.
Ladite au moins une nervure s’étend par exemple le long d’une rangée de déflecteurs.
Le couvercle peut comporter une telle nervure sur la face externe de chaque paroi latérale.
L’invention concerne également un échangeur thermique comportant un faisceau d’échange thermique comprenant une pluralité de tubes, et au moins une boite collectrice telle que définie précédemment disposée à une extrémité des tubes.
La boite collectrice d’entrée de fluide et/ou la boite collectrice de sortie de fluide de l’échangeur thermique est telle que définie précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d’un échangeur thermique comportant un faisceau d’échange thermique et deux boites collectrices,
- la figure 2 est une vue partielle de la figure 1 montrant une partie du faisceau et une
-6des boites collectrices selon un premier mode de réalisation,
- la figure 3 est une vue agrandie du couvercle de la boite collectrice de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en coupe et en perspective du couvercle de la boite collectrice de la figure 2,
- la figure 5 est une vue de dessous du couvercle des figures 2 à 4,
- la figure 6a est une vue en perspective d’un premier côté du couvercle des figures 2 à 5,
- la figure 6b est une autre vue en perspective d’un deuxième côté du couvercle opposé à celui de la figure 6a,
- la figure 7 est une vue en coupe du couvercle des figures 2 à 6b montrant en traits discontinus des nervures sur une face externe du couvercle, et
- la figure 8 est une vue en perspective d’une boite collectrice selon un deuxième mode de réalisation.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.
On a représenté sur la figure 1 de façon schématique un échangeur thermique 1 pour véhicule automobile. Il peut s’agir notamment d’un radiateur de refroidissement d’un moteur à combustion interne, ou d’un radiateur de chauffage de l’habitacle du
-7véhicule, d’un radiateur haute température ou basse température, ou d’un échangeur destiné à un circuit de climatisation, ou encore d’un refroidisseur d’air de suralimentation.
Un tel échangeur thermique 1 comprend un faisceau d’échange thermique comportant une pluralité de tubes 3. L’échangeur thermique 1 comporte également au moins une boite collectrice 5a disposée à une extrémité des tubes 3 du faisceau d’échange thermique.
Le faisceau d’échange thermique peut être brasé, c’est-à-dire que les éléments sont assemblés entre eux par brasage. Dans ce cas, les différents éléments du faisceau sont avantageusement réalisés en aluminium ou en alliage à base d’aluminium.
Un fluide caloporteur, tel que le liquide de refroidissement du moteur thermique du véhicule comme un mélange d’eau et de glycol, peut circuler dans les tubes 3. Le fluide caloporteur peut être destiné à circuler en une passe, selon une circulation en « I » comme schématisé sur la figure 1, ou en plusieurs passes par exemple en deux passes selon une circulation en «U ». Le fluide caloporteur, tel que le mélange d’eau et de glycol peut être refroidi par échange thermique avec un deuxième fluide extérieur aux tubes 3 traversant le faisceau d’échange thermique.
Les extrémités des tubes 3 débouchent dans la boite collectrice 5a.
Concernant la boite collectrice 5a, il peut s’agir d’une première boite collectrice 5a. L’échangeur thermique 1 peut comporter une deuxième boite collectrice 5b opposée à la première boite collectrice 5a, comme dans l’exemple représenté sur la figure 1. La deuxième boite collectrice 5b peut être analogue ou non à la première boite collectrice 5 a.
La première boite collectrice 5a peut être une boite collectrice dite d’entrée pour l’admission du fluide caloporteur afin de le distribuer aux tubes 3 débouchant dans la première boite collectrice 5a. La première boite collectrice 5a comporte à cet effet une entrée de fluide, par exemple sous forme de tubulure 50a pour l’entrée du fluide caloporteur, par exemple le liquide de refroidissement en sortie du moteur thermique,
-8comme illustré par la flèche Fe.
La deuxième boite collectrice 5b peut être une boite collectrice dite de sortie pour la récupération du fluide caloporteur ayant circulé dans les tubes 3 débouchant dans la deuxième boite collectrice 5b, et l’évacuation de ce fluide caloporteur hors de l’échangeur thermique 1. La deuxième boite collectrice 5b comporte à cet effet une tubulure 50b pour la sortie du fluide par exemple de l’eau glycolée pour retourner dans la boucle de refroidissement du moteur thermique du véhicule automobile, comme illustré par la flèche Fs.
Le circuit d’écoulement du fluide caloporteur dans l’échangeur thermique 1, après admission par la tubulure d’entrée 50a dans la boite collectrice d’entrée 5a, puis à travers les tubes 3 et la boite collectrice de sortie 5b avant son évacuation par la tubulure de sortie 50b, est schématisé par les flèches Fa, F, Fb sur la figure 1. Les flèches Fa, F et Fb suivent différentes directions, les flèches F étant parallèles aux tubes 3.
La boite collectrice 5a, respectivement 5b, comporte notamment une plaque collectrice 51a, respectivement 51b, et un couvercle 53a, respectivement 53b.
La plaque collectrice 51a, 51b s’étend selon une direction longitudinale L.
La plaque collectrice 51a, 51b est configurée pour recevoir les extrémités des tubes 3. La plaque collectrice 51a, 51b est munie d’orifices (non visibles sur la figure 1) permettant l’insertion des tubes 3. La plaque collectrice 51a, 51b s’étend transversalement par rapport aux tubes 3.
Le couvercle 53a, 53b coopère avec la plaque collectrice 51a, 51b correspondante de manière à fermer la boite collectrice d’entrée 5a ou 5b. En particulier, le couvercle 53a, 53b et la plaque collectrice 51a, 51b correspondante coopèrent de manière à définir un volume intérieur de la boite collectrice d’entrée 5a ou 5b pour la circulation du fluide caloporteur.
Le couvercle 53a ou 53b peut avoir une forme de voûte. Le couvercle 53a ou 53b comprend une paroi de fond 531 et deux parois latérales 533 jointes par la paroi de fond 531. La paroi de fond 531 est disposée en regard de la plaque collectrice 51a ou
-951b à l’état assemblé de la boite collectrice 5a, respectivement 5b. La paroi de fond 531 présente une forme générale allongée. Le pourtour périphérique du couvercle 53a, respectivement 53b, du côté opposé à la paroi de fond 531 forme un pied de couvercle de forme complémentaire à la plaque collectrice 5a, respectivement 5b, s’étendant selon la direction longitudinale L.
Le couvercle 53a ou 53b, d’au moins l’une des boites collectrices 5a, 5b peut présenter une portion élargie pour augmenter la section de passage du fluide caloporteur. Il peut s’agir de la boite collectrice d’entrée 5a de fluide ou d’une boite collectrice de sortie 5b de fluide. De préférence, il s’agit de la boite collectrice d’entrée 5 a.
Les figures 1 à 7 concernent un premier mode de réalisation d’une boite collectrice, notamment de la boite collectrice d’entrée 5a, avec un couvercle 53a élargi par exemple au niveau de l’entrée de fluide.
Pour ce faire, la paroi de fond 531 du couvercle 53a présente au moins une pente S selon une direction D (schématisée sur les figures 2 à 4) inclinée par rapport à la direction longitudinale L de la plaque collectrice 51a (visible sur la figure 2).
Le fluide caloporteur est destiné à s’écouler dans le volume intérieur de la boite collectrice d’entrée 5a au moins en partie selon une direction générale d’écoulement qui est parallèle à la direction D inclinée de la pente S de la paroi de fond 531, en se référant aux flèches Fa dans la boite collectrice d’entrée 5a sur la figure 1 et aux figures 2 à 4.
La direction D inclinée de la pente S forme un angle a (voir figure 2) avec la direction longitudinale L de la plaque collectrice 51a qui est inférieur ou égal à 45°.
Dans l’exemple des figures 1 à 7, une seule pente S peut être prévue, et peut s’étendre sur toute la longueur de la paroi de fond 531 ou en variante sur une longueur inférieure à la longueur totale de la paroi de fond 531 comme illustré.
La pente S de la paroi de fond 531 est par exemple descendante depuis une première extrémité au niveau de l’entrée de fluide, par exemple la tubulure d’entrée 50a, vers une deuxième extrémité opposée à l’entrée de fluide. En particulier, la pente S de la paroi de fond 531 s’étend depuis le point le plus haut, en référence à la disposition des
-10éléments sur la figure 2, qui correspond au point où la section du couvercle 53a est la plus grande, en direction de la fin du faisceau de tubes 3, c’est-à-dire vers les tubes 3 qui sont le plus éloignés de la tubulure d’entrée 50a.
Le couvercle 53a présente ainsi une section décroissante. La section du couvercle 53a peut réduire progressivement comme illustré sur les figures 1 à 4.
Le couvercle 53a de la boite collectrice d’entrée 5a comporte de plus un ou plusieurs déflecteurs 7, 9. Le couvercle 53a peut comporter une pluralité de déflecteurs 7, 9 agencés à l’intérieur du couvercle 53a, et donc dans le volume intérieur de la boite collectrice d’entrée 5a. Du fait de cette disposition, on peut parler également de déflecteurs 7, 9 internes.
Les déflecteurs 7, 9 sont agencés dans le sens d’écoulement souhaité du fluide caloporteur dans la boite collectrice d’entrée 5a.
En particulier, les déflecteurs 7, 9 sont agencés dans le couvercle 53a en s’étendant au moins en partie selon une direction générale parallèle à la direction D inclinée de la pente S de la paroi de fond 531, comme cela est mieux visible sur les figures 2 à 4.
Un tel agencement des déflecteurs 7, 9 permet de répartir de manière homogène l’écoulement du fluide caloporteur tel que du liquide de refroidissement dans les tubes 3. En effet, les déflecteurs 7, 9 qui suivent le sens d’écoulement souhaité du fluide caloporteur ont une fonction de guidage. Les déflecteurs 7, 9 permettent de répartir au mieux le fluide caloporteur, dans les tubes 3 du faisceau d’échange thermique, en le forçant à s’écouler vers la partie terminale de la boite collectrice d’entrée 5a, c’est-àdire la partie la plus éloignée de la tubulure d’entrée 50a (voir figures 1 et 2). Ainsi, le fluide caloporteur peut alimenter tous les tubes 3 du faisceau de d’échange thermique, c’est-à-dire aussi bien les premiers tubes 3 en face de la tubulure d’entrée 50a que les tubes finaux qui sont du côté opposé. Cette meilleure répartition du fluide caloporteur dans les tubes 3 permet de diminuer la perte de charge interne.
Les déflecteurs 7, 9 sont disposés sur une face interne d’une paroi latérale 533 du couvercle 53a. En particulier, les déflecteurs 7, 9 peuvent s’étendre depuis une face
-11interne d’une paroi latérale 533 du couvercle 53a jusqu’à la face interne de la paroi latérale 533 opposée, comme cela est mieux visible sur la figure 5.
Par ailleurs, les déflecteurs 7, 9 peuvent être réalisés par injection. La disposition des déflecteurs 7, 9 parallèlement à la pente S de la paroi de fond 531 du couvercle 53a, permet également de faciliter le démoulage des déflecteurs 7, 9 à l’aide de cales montantes dans un moule.
Les déflecteurs 7, 9 peuvent être alignés selon une ou plusieurs rangées, comme cela est mieux visible sur les figures 1 à 4. L’alignement en rangée des déflecteurs 7, 9 permet de limiter la perturbation de l’écoulement du fluide caloporteur dans le volume intérieur de la boite collectrice d’entrée 5a.
La ou chaque rangée de déflecteurs 7, 9 est disposée sur une longueur inférieure ou égale à la longueur de la pente S de la paroi de fond 531.
Le dimensionnement des déflecteurs 7, 9 de la ou des rangées est choisi selon l’application, et par exemple en fonction des cales montantes permettant le démoulage.
Les déflecteurs 7, 9 de chaque rangée sont espacés dans le sens d’écoulement souhaité du fluide caloporteur. Les déflecteurs 7, 9 de chaque rangée sont espacés deux à deux d’une distance prédéfinie d, comme schématisée sur la figure 3. La distance prédéfinie d peut être inférieure à 1cm, par exemple de l’ordre de 60mm.
Les déflecteurs 7, 9 de deux rangées sont espacés d’une hauteur h prédéfinie, dans le sens de la hauteur de la boite collectrice d’entrée 5a selon la disposition des éléments sur la figure 3. La hauteur h prédéfinie est par exemple de l’ordre de 10mm au moins. De plus, les déflecteurs 7 de la rangée la plus proche de la paroi de fond 531 peuvent être espacés de la même hauteur h prédéfinie de la paroi de fond 531.
On peut prévoir au moins un premier déflecteur 7 ou au moins une rangée de premiers déflecteurs 7 s’étendant principalement selon une direction générale parallèle à la direction D inclinée de la pente S de la paroi de fond 531. Il s’agit des déflecteurs 7 les plus proches de la paroi de fond 531, c’est-à-dire ceux du haut en référence à la disposition des éléments sur les figures 2 et 3. Ces premiers déflecteurs 7 sont ceux qui assurent principalement la fonction de guidage du fluide caloporteur pour le répartir dans l’ensemble de la boite collectrice d’entrée 5a.
-12On peut prévoir de plus au moins un deuxième déflecteur 9 ou une rangée de deuxièmes déflecteurs 9 en au moins deux parties s’étendant suivant au deux directions différentes. H s’agit des derniers déflecteurs 9 ou de la dernière rangée, c’est-à-dire les déflecteurs 9 les plus éloignés de la paroi de fond 531 du couvercle 53a, ceux du bas selon la disposition des éléments sur les figures 2 et 3. Il s’agit des déflecteurs 9 les plus proches de la plaque collectrice 51a à l’état assemblé de la boite collectrice d’entrée 5a comme illustré sur la figure 2.
En référence à la figure 3, ces deuxièmes déflecteurs 9 peuvent présenter une partie de répartition 9A du fluide caloporteur et une partie de guidage 9B du fluide vers le faisceau d’échange thermique 3.
La partie de répartition 9A s’étend selon une direction générale parallèle à la direction D inclinée.
La partie de guidage 9B s’étend selon une direction générale perpendiculaire à la direction longitudinale L de la plaque collectrice 51a (en se référant également à la figure 2). Autrement dit, la partie de guidage 9B s’étend parallèlement aux tubes 3 du faisceau d’échange thermique.
Les deuxièmes déflecteurs 9 sont ceux qui permettent d’orienter le fluide caloporteur vers les tubes du faisceau de d’échange thermique 3.
Outre leur fonction de guidage et de répartition du fluide caloporteur, les déflecteurs 7, 9 permettent également d’améliorer la tenue mécanique de la boite collectrice, notamment de la boite collectrice d’entrée 5a dans l’exemple décrit. En effet, les déflecteurs 7, 9 permettent de rigidifier le couvercle 53a pour résister aux efforts lors des essais mécaniques, notamment de pression cyclée, et éviter un gonflement du couvercle 53 a.
Le couvercle 53a peut comporter en outre au moins une nervure 11 agencée sur une face externe du couvercle 53a, comme illustré sur les figures 6a et 6b. Du fait de cette disposition, on peut également parler de nervure externe 11. En particulier, la ou les nervures 11 sont agencées sur une face externe d’une paroi latérale 533 du couvercle 53a.
-13La ou les nervures 11 sont agencées en face ou au même niveau qu’un ou plusieurs déflecteurs 7 mais du côté externe de la paroi latérale 533. En particulier, une nervure 11 peut s’étendre en face ou au même niveau qu’une rangée correspondante de déflecteurs 7, 9, du côté externe de la paroi latérale 533.
La ou les nervures 11 sont devant ou derrière un ou plusieurs déflecteurs 7, 9 avec interposition de la paroi latérale 533. Autrement dit, chaque nervure 11 et un ou plusieurs déflecteurs 7, 9 correspondants s’étendent de part et d’autre de la paroi latérale 533. Chaque nervure 11 est dans le prolongement du ou des déflecteurs 7, 9 correspondants. Ceci est particulièrement visible sur la figure 7, sur laquelle les nervures 11 qui sont de l’autre côté de la paroi latérale 533 sont représentées par des traits discontinus.
Les déflecteurs 7, 9 s’étendant entre les deux parois latérales 533 opposées du couvercle 53a, de telles nervures 11 peuvent être prévues sur la face externe de chaque paroi latérale 533 du couvercle 53a (voir figures 6a, 6b).
Les nervures 11 viennent en complément des déflecteurs 7, 9 pour renforcer le couvercle 53a de façon à résister aux efforts mécaniques. Ces nervures 11 permettent d’éviter la casse des déflecteurs 7, 9 lors des efforts mécaniques, pour lesquels la contrainte maximale est par exemple au milieu des déflecteurs 7, 9 où peuvent se trouver les lignes de recollement apparaissant lors de l’injection. L’épaisseur des nervures 11 peut être définie selon l’application.
La description qui précède a été faite en référence à la boite collectrice d’entrée 5a. Cette description peut s’appliquer à la boite collectrice de sortie 5b sans sortir du cadre de l’invention. Dans ce cas, la pente de la paroi de fond du couvercle 53b serait descendante depuis la tubulure de sortie 50b.
Un deuxième mode de réalisation est illustré sur la figure 8.
La figure 8 montre une boite collectrice 5c dite intermédiaire qui diffère notamment de la boite collectrice d’entrée 5a ou de sortie 5b de la figure 1 en ce qu’elle permet une circulation dite en « U » du fluide caloporteur dans le faisceau d’échange
-14thermique (non visible sur la figure 8) de l’échangeur thermique qu’elle intègre.
Cette boite collectrice 5c intermédiaire peut être disposée à une extrémité des tubes du faisceau d’échange thermique, et à l’extrémité opposée de ces tubes peuvent être disposées des boites collectrices d’entrée et de sortie, ou une boite collectrice compartimentée avec un compartiment d’entrée et un compartiment de sortie. Le fluide caloporteur admis dans l’échangeur thermique peut par exemple circuler dans une première partie des tubes, être collecté dans la boite collectrice 5c intermédiaire afin d’être orienté vers une deuxième partie des tubes jusqu'à être évacué par le compartiment ou la boite de sortie.
De façon similaire aux boites collectrices 5a, 5b décrites en référence aux figures 1 à 7, la boite collectrice 5c intermédiaire comporte un couvercle 53c et une plaque collectrice (non illustrée) direction longitudinale L. Le couvercle 53c et la plaque collectrice sont destinés à coopérer pour fermer la boite collectrice 5c intermédiaire et définir un volume intérieur pour la circulation du fluide caloporteur.
De façon similaire au premier mode de réalisation, la paroi de fond 531 présente également une forme générale allongée. Le pourtour périphérique du couvercle 53c du côté opposé à la paroi de fond 531 forme un pied de couvercle de forme complémentaire à la plaque collectrice et s’étend également selon la direction longitudinale L.
Le couvercle 53c est élargi ou présente une section agrandie, par exemple sensiblement au milieu du couvercle 53c.
Le couvercle 53c comprend une paroi de fond 531 et deux parois latérales 533 (dont une seule est visible sur la figure 8) jointes par la paroi de fond 531. La paroi de fond 531 est destinée à être disposée en regard de la plaque collectrice (non illustrée) à l’état assemblé de la boite collectrice 5c intermédiaire.
Contrairement à l’exemple des figures 1 à 7, la paroi de fond 531 du couvercle ne présente pas une seule pente mais au moins deux pentes SI, S2 orientées selon deux directions DI, D2 concourantes, chacune étant inclinée par rapport à la direction longitudinale L. En particulier, la paroi de fond 531 présente une première pente SI
-15ascendante selon une première direction DI et une deuxième pente S2 descendante selon une deuxième direction D2, qui succède à la première pente SI ascendante. Comme précédemment, les directions DI, D2, peuvent former chacune un angle inférieur ou égal à 45°.
La première pente SI ascendante s’étend depuis une première extrémité de la paroi de fond 531, par exemple jusqu’au milieu de la paroi de fond 531 dans le sens de la longueur de la paroi de fond 531.
La deuxième pente S2 descendante s’étend par exemple à partir du milieu de la paroi de fond 531 vers une deuxième extrémité de la paroi de fond 531 opposée à la première extrémité dans le sens de la longueur de la paroi de fond 531.
Le couvercle 53c de la boite collectrice 5c intermédiaire comporte au moins deux déflecteurs 71, 72, 91, 92 agencés à l’intérieur du couvercle 53c, entre les deux parois latérales 533 opposées, dans le sens d’écoulement souhaité du fluide caloporteur dans la boite collectrice 5c intermédiaire.
Contrairement au premier mode de réalisation, les déflecteurs 71, 72 ou 91, 92 d’une rangée ne s’étendent pas tous selon une même direction, mais une partie des déflecteurs 71,91 s’étendent au moins en partie selon une direction générale parallèle à la première direction DI inclinée de la première pente SI et une autre partie des déflecteurs 72, 92 s’étendent au moins en partie selon une direction générale parallèle à la deuxième direction D2 inclinée de la deuxième pente S2.
Comme précédemment, les premiers déflecteurs 71, 72 les plus proches de la paroi de fond 531, c’est-à-dire ceux du haut en référence à la disposition des éléments sur la figure 8, peuvent s’étendre parallèlement aux directions DI, D2. Les deuxièmes déflecteurs 91, 92 formant par exemple la dernière rangée, c’est-à-dire les déflecteurs 91, 92 les plus éloignés de la paroi de fond 531, ceux du bas selon la disposition des éléments sur la figure 8 peuvent présenter une partie de répartition 9A du fluide caloporteur s’étendant parallèlement à la direction DI ou D2 inclinée et une partie de guidage 9B du fluide vers le faisceau d’échange thermique 3 (non représenté sur la figure 8) s’étendant perpendiculairement à la direction longitudinale L.
Le reste de la description des déflecteurs 7, respectivement 9, du premier mode
-16de réalisation en référence aux figures 1 à 7 peut s’appliquer aux déflecteurs 71, 72, respectivement 91, 92, de ce deuxième mode de réalisation.
Le couvercle 53c peut comporter en outre au moins une nervure 11 (non représentée sur la figure 8) agencée sur une face externe du couvercle 53c, comme décrit en référence aux figures 6a à 7.
Ainsi, on dispose, selon le sens d’écoulement souhaité du fluide caloporteur, des déflecteurs 7, 9 ; 71, 72, 91, 92 à l’intérieur d’un couvercle 53a, 53b ou 53c d’une boite collectrice 5a, 5b ou 5c, élargi par exemple au niveau de la tubulure d’entrée de fluide 50a ou au milieu du couvercle 53c.
De tels déflecteurs 7, 9 sont avantageusement prévus au moins dans la boite collectrice d’entrée 5a, ce qui permet d’améliorer la répartition du fluide caloporteur non seulement dans la boite collectrice d’entrée 5a, mais également dans les tubes 3 du faisceau de d’échange thermique et la boite collectrice de sortie 5b. Le fluide caloporteur guidé par les déflecteurs 7, 9 est réparti de façon homogène dans la boite collectrice 5a, et ne reste pas que dans les premiers tubes 3 mais peut être réparti de façon homogène dans l’ensemble des tubes 3.
Les déflecteurs 7, 9 ; 71, 72, 91, 92 permettent une circulation homogène du fluide caloporteur dans l’échangeur thermique 1, ce qui permet une diminution de la perte de charge interne.
Contrairement à l’art antérieur où les chicanes ne sont pas agencées dans le sens de circulation du fluide caloporteur, les déflecteurs 7, 9 ; 71, 72, 91, 92 permettent d’orienter le fluide caloporteur sans réduire les sections de passage dans la boite collectrice 5a, 5b, 5c. Le diamètre hydraulique n’est pas serré contrairement à l’art antérieur, ce qui permet d’éviter notamment une détérioration d’une pompe de circulation qui pourrait ne pas être suffisamment puissante pour pousser le fluide caloporteur.
Enfin, ces déflecteurs 7, 9 ; 71, 72, 91, 92, avantageusement renforcés par des nervures 11, augmentent également la robustesse de la boite collectrice 5a, 5b, 5c notamment lors d’essais mécaniques.
Claims (10)
1. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) pour un échangeur thermique (1) comportant un faisceau d’échange thermique comprenant une pluralité de tubes (3) dans lesquels est destiné à s’écouler un fluide caloporteur, la boite collectrice (5a, 5b ; 5c) comportant :
- une plaque collectrice (51a, 51b) configurée pour recevoir les extrémités des tubes (3) et s’étendant selon une direction longitudinale (L), et
- un couvercle (53a, 53b ; 53c) • coopérant avec la plaque collectrice (51a, 51b) de manière à fermer la boite collectrice (5a, 5b ; 5c) en délimitant un volume intérieur de la boite collectrice (5a, 5b ; 5c), et • comprenant une paroi de fond (531) disposée en regard de la plaque collectrice (51a, 51b), la paroi de fond (531) présentant au moins une pente (S ; SI, S2) selon une direction (D ; DI, D2) inclinée par rapport à la direction longitudinale (L) de la plaque collectrice (51a, 51b), telle que le fluide caloporteur est destiné à s’écouler dans le volume intérieur de la boite collectrice (5a, 5b ; 5c), au moins en partie, selon une direction générale d’écoulement parallèle à la direction inclinée (D ; DI, D2) de ladite au moins une pente (S ; SI, S2) de la paroi de fond (531), caractérisée en ce que le couvercle (53a, 53b ; 53c) comporte au moins un déflecteur (7, 9 ; 71, 72, 91, 92) agencé à l’intérieur du couvercle (53a, 53b ; 53c), ledit au moins un déflecteur (7, 9 ; 71, 72, 91, 92) s’étendant au moins en partie selon une direction générale parallèle à la direction (D ; DI, D2) inclinée de ladite au moins une pente (S ; SI, S2) de la paroi de fond (531).
2. Boite collectrice (5a) selon la revendication 1, dans laquelle :
- le couvercle (53 a) comporte une entrée de fluide et
- la paroi de fond (531) présente une pente (S) descendante s’étendant depuis une première extrémité au niveau de l’entrée de fluide, vers une deuxième extrémité opposée à l’entrée de fluide, de sorte que le couvercle (53a) présente une section
-18décroissante de la première extrémité vers la deuxième extrémité.
3. Boite collectrice (5c) selon la revendication 1, dans laquelle la paroi de fond (531) présente au moins deux pentes (SI, S2) orientées selon deux directions (DI, D2) concourantes, dont :
- une première pente (SI) ascendante s’étendant depuis une première extrémité de la paroi de fond (531), et
- une deuxième pente (S2) descendante succédant à la première pente (SI) ascendante et s’étendant vers une deuxième extrémité de la paroi de fond (531).
4. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la direction inclinée (D ; DI, D2) de ladite au moins une pente (S ; SI, S2) forme un angle inférieur ou égal à 45° avec la direction longitudinale (L) de la plaque collectrice (51a, 51b).
5. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le couvercle (53a, 53b ; 53c) comporte une pluralité de déflecteurs (7, 9 ; 71, 72, 91, 92) alignés selon au moins une rangée.
6. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le couvercle (53a, 53b ; 53c) comporte au moins :
- un premier déflecteur (7 ; 71, 72) s’étendant selon une direction générale parallèle à la direction inclinée (D ; DI, D2) de ladite au moins une pente (S ; SI, S2) de la paroi de fond (531), et
- un deuxième déflecteur (9 ; 91, 92) présentant une partie de répartition (9A) du fluide caloporteur dans la boite collectrice (5a, 5b ; 5c) s’étendant selon une direction générale parallèle à ladite direction inclinée (D ; DI, D2) et une partie de guidage (9B) du fluide caloporteur vers les tubes (3) s’étendant selon une direction générale perpendiculaire à la direction longitudinale (L) de la plaque collectrice (51a, 51b).
7. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le couvercle (53a, 53b ; 53c) comporte deux parois latérales (533) opposées jointes par la paroi de fond (531), et ledit au moins un déflecteur (7, 9 ; 71, 72, 91, 92) s’étend depuis une face interne d’une paroi latérale (533) jusqu’à la face interne de la paroi latérale (533) opposée.
8. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon la revendication 7, dans laquelle le couvercle comporte au moins une nervure (11) agencée sur une face externe d’une paroi latérale (533) du couvercle (53a, 53b ; 53c) au même niveau que ledit au moins un déflecteur (7, 9 ; 71, 72, 91, 92).
9. Boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon la revendication 8, dans laquelle le couvercle (53a, 53b ; 53c) comporte au moins une nervure (11) agencée sur la face externe de chaque paroi latérale (533).
10. Échangeur thermique (1) comportant un faisceau d’échange thermique comprenant une pluralité de tubes (3), caractérisé en ce qu’il comporte au moins une boite collectrice (5a, 5b ; 5c) selon l’une quelconque des revendications précédentes disposée à une extrémité des tubes (3).
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| US673767A (en) * | 1900-04-10 | 1901-05-07 | Mary J Eycleshymer | Steam-radiator. |
| FR1291617A (fr) * | 1961-03-13 | 1962-04-27 | Const Mecaniques Et Aeronautiq | Perfectionnements aux radiateurs d'automobiles |
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2018
- 2018-06-21 FR FR1855536A patent/FR3082928B1/fr active Active
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2019
- 2019-06-21 WO PCT/FR2019/051519 patent/WO2019243754A1/fr active Application Filing
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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