WO2013007758A1 - Boite collectrice, echangeur thermique et procede d'assemblage correspondant - Google Patents

Boite collectrice, echangeur thermique et procede d'assemblage correspondant Download PDF

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WO2013007758A1
WO2013007758A1 PCT/EP2012/063610 EP2012063610W WO2013007758A1 WO 2013007758 A1 WO2013007758 A1 WO 2013007758A1 EP 2012063610 W EP2012063610 W EP 2012063610W WO 2013007758 A1 WO2013007758 A1 WO 2013007758A1
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plate
end plates
header
sealing means
tubes
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PCT/EP2012/063610
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Christian Riondet
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49373—Tube joint and tube plate structure

Definitions

  • the invention relates to a manifold for a heat exchanger, in particular for a motor vehicle.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising at least one such manifold and a corresponding assembly method of the exchanger.
  • Heat exchangers used in motor vehicles are already known, for example for cooling the engine coolant.
  • such a heat exchanger comprises a bundle of tubes and possibly fins interposed between the tubes, and two manifolds.
  • a header generally comprises at least two parts: a header plate receiving the ends of the tubes and a cover which is fixed on the header plate to close the manifold.
  • Collector boxes of the all-metal type are known, or else with a plastic cover.
  • the type of collector box with plastic cover requires a sealing means, conventionally an elastic seal, to ensure a perfectly sealed connection between the cover and the collector plate.
  • the header plate may comprise a groove or groove for placing and positioning the sealing means. Then, the cover is positioned on the sealing means and the cover is attached to the header plate to close the header.
  • flat collector plates having no groove or groove are known, in particular to facilitate the positioning and the holding in place of the seal.
  • the term "flat collector plate” means that this collector plate extends along a single flat surface, with the exception of any collars conventionally protruding to receive the ends of the tubes. In particular, at its periphery, the collecting plate therefore has no groove or the like, generally used to house the sealing means.
  • the main problem lies in the positioning of the seal on the collector plate, before the installation of the cover, because this positioning operation of the seal is the main cause of difficulties in production.
  • Incorrect positioning of the seal may have several causes.
  • the seal may have a manufacturing defect that causes it to twist, this intrinsic defect of the seal is not easily identifiable because of the dimensions of the seal, or its color.
  • the positioning of the seal is usually a manual operation performed by an operator.
  • the seal comprises protuberances located at the four corners which allow the seal to be stretched, these protuberances then being placed in dedicated slots on the collector plate.
  • a major disadvantage of this solution lies in the need to make slots at different angles of the header plate, which constitutes an additional manufacturing cost and weakens the resistance of the header plate, in particular its resistance to cyclic pressure.
  • the protuberances of the seal protruding from the manifold, they increase the bulk of the manifold.
  • the sealing means is disposed on at least two ends of tubes.
  • the tubes may be deformed during the crimping operation of the lid on the header plate. The forces being transmitted to the tubes by the seal.
  • the invention therefore aims to overcome these disadvantages of the collector boxes of the prior art by providing a solution for simply and reliably position a seal on a collector plate.
  • the subject of the invention is a collecting box for a heat exchanger, comprising:
  • collector plate having openings for the passage of a plurality of heat exchange tubes and at least two end plates on either side of said tubes
  • a lid having a lid base which closes said manifold by compressing said sealing means
  • said end plates have inside said collecting box an axial extension of length greater than or equal to the height of said sealing means, and in that
  • said sealing means is placed in abutment and in tension against said end plates.
  • Said manifold may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • said axial extension of an end plate inside said header box has a length substantially equal to the length of said bundle protruding inside said header box;
  • said sealing means comprises a seal
  • said collecting plate is substantially flat
  • said collecting plate comprises a peripheral groove for receiving said sealing means
  • said groove has a base and two outer and inner wings extending from said base, and such that said inner wing is substantially inclined with respect to said base; said groove has a generally "U" -shaped general shape:
  • said collector plate has at least two openings respectively configured to receive both the ends of an end plate and the adjacent tube;
  • said collector plate has flanges lining said openings.
  • the invention also relates to a heat exchanger, in particular for motor vehicles, comprising a heat exchange bundle comprising a stack of parallel tubes and at least two end plates of said stack parallel to said tubes, characterized in that said exchanger further comprises at least one manifold according to any one of the preceding claims to which said tubes and said end plates are respectively fixed.
  • Said exchanger may further comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in combination:
  • said end plates are substantially straight and are respectively spaced a constant distance from the adjacent tube;
  • said end plates are substantially curved, so that the distance between the end of an end plate and the end of the adjacent tube received in said collecting plate is substantially less than the distance between said plate and said tube; adjacent to the outside of said header plate.
  • the invention also relates to a method for assembling such a heat exchanger, characterized in that it comprises the following steps:
  • said tubes are inserted into the associated openings of said header plate, said end plates are inserted into the associated openings of said header plate,
  • FIG. 1 is a simplified exploded view of a header box according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a flat collector plate of the collector box of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the collector plate of FIG. 2 according to an alternative embodiment
  • FIG. 4 is a schematic cross sectional view showing the manifold plate with flanges according to another variant embodiment
  • FIG. 5 is a simplified exploded view of the manifold with a header plate according to the variant of FIG. 4,
  • FIG. 6 is a perspective view of a complementary seal of the collector plate of FIGS. 4 and 5,
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a collecting plate with a receiving groove of a sealing means according to a second embodiment
  • FIG. 8 is a schematic cross sectional view showing the collecting plate of FIG. 7 according to an alternative embodiment
  • FIG. 9 is a schematic cross sectional view showing the collecting plate of FIG. 7 according to another embodiment variant.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view showing a header plate with a U-shaped receiving groove of a sealing means according to a third embodiment.
  • FIG. 10 corresponding to the elements of the figures 1 to 6 or 7 to 9 bear the same references preceded by the one hundred and two.
  • the invention relates to a heat exchanger for a motor vehicle, in particular for cooling the engine coolant.
  • the invention can be applied for a brazed heat exchanger.
  • FIG. 1 is a schematic and simplified representation of a first embodiment of a header box 1 for a heat exchanger comprising a heat exchange bundle 3 shown partly and schematically in FIGS. 2 to 4.
  • the beam 3 comprises a stack of a plurality of tubes 5, arranged in one or more rows of tubes. Only the ends of the tubes 5 are visible in FIGS. 2 to 4. The ends of the tubes 5 protrude by a length L inside the manifold 1.
  • the exchanger further has two end plates 7 on either side of the stack of tubes 5. Only one end plate 7 is shown in FIGS. 2 to 4.
  • An end plate 7 is different and distinct from a tube 5. Such an end plate 7 is therefore different from an end tube.
  • an end plate 7 has no fluid circulation channel while the tubes 5 define circulation channels for a fluid.
  • the exchanger can be fixed for example by brazing.
  • the end plates 7 are disposed at the ends of the bundle 3 before the soldering operation.
  • the end plates 7 participate in setting and maintaining the beam by the apparatus adapted for the brazing operation.
  • an end plate 7 has an axial extension 8 which protrudes by a length U inside the manifold 1.
  • This length may be substantially equal to the length L of exceeding the tubes 5 of the bundle 3. It is further possible to provide fins 9 interposed between two consecutive tubes 5 and between the end plates 7 and the adjacent tubes 5.
  • the end plates 7 also provide a protective role for the fins 9.
  • the end plates 7 are parallel to the tubes 5.
  • end plates 7 may be substantially straight as shown in Figure 2, or alternatively substantially curved (see Figures 3 and 4) to reduce the size of the manifold 1.
  • the end plates 7 are curved so that their ends approach the end of the adjacent tube 5.
  • the distance d between the end of a plate 7 and the end of the adjacent tube 5 opening into the manifold 1 is less than the distance (between the end plate 7 and the adjacent tube 5 on the remainder of the length.
  • the distance d can be almost zero.
  • the manifold 1 comprises:
  • an elastic sealing means such as a seal 13
  • a cover 15 for example of a generally vaulted shape.
  • the seal 13 is disposed on the peripheral contour of the header plate 11.
  • the seal 13 thus has a general shape complementary to the shape of the peripheral contour of the header plate 11.
  • the header plate has a generally rectangular general shape and the seal 13 has a generally rectangular general shape.
  • the seal 13 may further be substantially rounded at the corners.
  • the seal 13 has a substantially circular section.
  • the seal 13 is stretched and is placed in contact with the end plates 7 once tensioned.
  • the end plates 7 being on either side of the stack of tubes 5, they are therefore found at the longitudinal ends of the collecting lacquer 11.
  • the collecting plate 11 has openings 17 for the passage of the ends of the tubes 5 and the ends of the end plates 7.
  • the tubes 5 open into the manifold plate 11 via the openings 17 with a length of protrusion L.
  • the axial extension 8 protrudes inside the collector plate 11 by having a length L
  • This length is greater than or equal to the height h of the seal 13, and may also be substantially equal to the length L of passing of the tubes 5.
  • the collector plate 11 may have collars 19 (see FIGS.
  • the seal 13 has at its longitudinal ends respectively a first peripheral portion 13a and a second contact portion 13b forming a raised protuberance with respect to the first peripheral portion. 13 a.
  • This protrusion 13b of contact is configured to overhang the collar 19 (see Figure 4) receiving the end of an end plate 7, so as to bear against this end plate 7.
  • the seal 13 may have a connecting portion 13c between the peripheral portion 13a and the contact portion 13b.
  • each end plate 7 is received in the same opening 17 as the adjacent tube 5.
  • the header plate 11 has two openings 17 of larger size relative to the other openings; these are the openings 17 located at the ends, here longitudinal with reference to the drawings. These openings 17 of larger dimension are configured to receive both the end of a tube 5 and the end of an end plate 7.
  • the collector plate 11 is flat. It therefore has no groove to receive the seal 13.
  • the header plate 11 has raised or folded edges 21 to define a housing for the seal 13 in the same plane as the openings 17.
  • Crimping tabs 23 are provided on the raised edges 21 of the collector plate 11 to be crimped on the edges of the cover 15.
  • the lid 15 has a lid base 25. This is the lower part of the lid 15 which presses on the seal 13.
  • the seal 13 (shown schematically and simplified) is thus disposed on the peripheral contour of the header plate 11 between the cover foot 25 and the collector plate 11.
  • the seal 13 may have a shape complementary to the shape of the cover foot 25 and is always present between the cover foot 25 and the collector plate 11. There is therefore no direct contact between the cover foot 25 and the collector plate 11.
  • the cover foot 25 also cooperates with the collector plate 11 to be fixed, for example by virtue of the crimping tabs 23 present on the periphery or around the collecting plate 11 and which are folded during crimping on the cover 15. .
  • the lid 15 can thus close the manifold 1 by compressing the seal 13.
  • the extensions 8 of the end plates 7 are here represented substantially straight. Of course, it could also provide a suitable shape, for example substantially curved, to participate in maintaining the seal 13.
  • the second embodiment illustrated in Figures 7 to 9, differs from the first embodiment in that the header plate 111 is not flat but has a groove 127 for receiving the seal 113.
  • This receiving groove 127 has a base 129 and two outer 121 and inner 131 wings which extend from this base 129.
  • the outer flange forms the raised edge 121 of the collector plate 111.
  • the inner flange 131 that is to say inside the collector plate 111, is according to this second embodiment substantially inclined with respect to the general plane defined by the base 129 of the groove 127, so as to to form a continuous slope.
  • the base 129 has, according to the illustrated example, an opening 117 for receiving the end of an end plate 107.
  • an opening 117 is provided symmetrically to receive the end of the other end plate 107.
  • the collector plate 111 has openings 117 along the slope formed by the inner flange 131 for receiving ends of tubes 105.
  • the end plates 107 may be substantially straight ( Figure 7) or substantially curved to approach the ends of the tubes 105 (see Figures 8 and 9).
  • end plates 107 may be respectively received in an opening 117 common with the adjacent tube 105 ( Figure 9).
  • the axial extensions 108 of the end plates 107 have a length U inside the manifold greater than or equal to the height h of the seal 113, and for example substantially equal to the length L of the beam 103 inside the collection box.
  • the third embodiment illustrated in FIG. 10, differs from the second embodiment in that the receiving groove 227 has a generally "U" -shaped general shape.
  • the inner flange 231 is substantially parallel to the outer flange forming the raised edge 221 of the manifold plate 211.
  • the two flanges 221 and 231 are substantially perpendicular to the base 229 of the groove 227.
  • the axial extensions 208 of the end plates 207 have a length U inside the manifold greater than or equal to the height h of the seal 213, and for example substantially equal to the length L exceeding the beam 203 inside the manifold.
  • the end plates 207 may also be substantially straight or curved. And, each end plate 207 may further be received in the same opening 217 with the adjacent tube 205 as shown in FIG.
  • the seal 213 has, at its longitudinal ends, a first peripheral portion 213a received in the groove 227 and a second contact portion 213b configured to overhang the wing internal 231 of the groove 227 so as to bear against this end plate 7.
  • the seal 213 may have a connecting portion 213c between the peripheral portion 213a and the contact portion 213b.
  • This embodiment is substantially similar to the embodiment of the seal 13 according to the first embodiment with flanges 19 bordering the openings 17 (see Figures 5,6).
  • the openings 217 may also be lined or not flanges.
  • the successive steps of assembling a heat exchanger comprising a heat exchange beam 3,103,203 with a stack of parallel tubes 5,105,205 and two end plates 7,107,207 parallel to the tubes 5,105,205 and placed on either side of the tube are described. the stack, and further comprising at least one manifold 1 as described above.
  • the plate 11,111,211 has two openings 17,117,217 at the periphery of the plate 11,111,211 which have a larger dimension adapted to receive both the end of a tube 5,105,205 and the end of an end plate 7,107,207, is introduced these two ends in such an opening.
  • the beam 3,103,203 and the end plates 7,107,207 can then be brazed with the collector plate 11,111,211.
  • the end plates 7, 107, 207 make it possible to participate in setting and maintaining the beam for this soldering operation.
  • the gasket 13,113,213 is positioned in tension against the end plates 7,107,207.
  • the exchanger comprises a second manifold 1 according to the invention
  • the same operations are carried out for fixing the beam 3,103,203 to the second header 1.
  • the exchanger may be mechanically assembled.
  • a sealing means such as a coated seal which extends over the collector plate 11,111,211.
  • a coated seal makes it possible to seal the openings 17, 117, 277 of the manifold plate 11, 111, 211 which serve to receive the ends of the tubes 5, 105, 205 and the ends of the end plates 7, 107, 207.
  • such a header 1 facilitates the positioning of the seal 13,113,213 by putting it in tension before placing it against the end plates 7,107,207, which keeps the seal 13,113,213 correctly on the contour peripheral of the collector plate until the cover 15 is put in place to close the collector box 1.
  • such a manifold 1 may have a smaller footprint by varying the shape of the end plates 7,107,207 to bring them closer to the adjacent tubes 5,105,205.

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Abstract

L'invention concerne une boîte collectrice pour échangeur thermique, comportant : une plaque collectrice (11) présentant des ouvertures (17) pour le passage d'une pluralité de tubes (5) d'échange thermique et d'au moins deux plaques d'extrémité (7) de part et d'autre desdits tubes (5), un moyen d'étanchéité élastique (13) disposé sur le contour périphérique de la plaque collectrice (11), et un couvercle (15) présentant un pied de couvercle (25) qui ferme ladite boîte collectrice en comprimant ledit moyen d'étanchéité (13). Lesdites plaques d'extrémité (7, 107, 207) présentent à l'intérieur de la plaque collectrice (11, 111, 211) une extension axiale de longueur (L') supérieure ou égale à la hauteur (h) dudit moyen d'étanchéité (13, 113, 213), et ledit moyen d'étanchéité (13, 113, 213) est disposé en appui, en étant en tension, contre lesdites plaques d'extrémité (7, 107, 207). L'invention concerne aussi un échangeur thermique comprenant au moins une telle boîte collectrice. L'invention concerne encore le procédé d'assemblage de cet échangeur.

Description

Boîte collectrice, échangeur thermique et procédé d'assemblage correspondant
L'invention concerne une boîte collectrice pour échangeur thermique, en particulier pour véhicule automobile.
L'invention concerne aussi un échangeur thermique comprenant au moins une telle boîte collectrice ainsi qu'un procédé d'assemblage correspondant de l'échangeur.
On connaît déjà des échangeurs thermiques utilisés dans les véhicules automobiles, par exemple pour refroidir le liquide de refroidissement du moteur.
Généralement, un tel échangeur thermique comprend un faisceau de tubes et éventuellement d'ailettes intercalées entre les tubes, et deux boîtes collectrices.
Une boîte collectrice comprend généralement au moins deux parties : une plaque collectrice recevant les extrémités des tubes et un couvercle venant se fixer sur la plaque collectrice pour fermer la boîte collectrice.
On connaît des boîtes collectrices du type tout métallique ou alors avec un couvercle en plastique.
Le type de boîte collectrice à couvercle en plastique nécessite un moyen d'étanchéité, classiquement un joint d'étanchéité élastique, pour assurer une liaison parfaitement étanche entre le couvercle et la plaque collectrice.
Selon une solution connue, la plaque collectrice peut comporter une gorge ou rainure destinée à placer et positionner le moyen d'étanchéité. Ensuite, le couvercle est positionné sur le moyen d'étanchéité puis le couvercle est fixé sur la plaque collectrice pour fermer la boîte collectrice.
En variante, on connaît des plaques collectrices planes ne disposant pas de gorge ou rainure pour faciliter notamment le positionnement et le maintien en place du joint d'étanchéité. On entend par l'expression « plaque collectrice plane », le fait que cette plaque collectrice s'étend suivant une surface unique plane, à l'exception de collets éventuels classiquement protubérants pour recevoir les extrémités des tubes. En particulier, au niveau de sa périphérie la plaque collectrice ne présente donc aucune gorge ou analogue, généralement utilisée pour loger le moyen d'étanchéité.
Le problème principal réside dans le positionnement du joint d'étanchéité sur la plaque collectrice, avant la mise en place du couvercle, car cette opération de positionnement du joint d'étanchéité constitue l'origine principale des difficultés dans la production.
Un mauvais positionnement du joint d'étanchéité peut avoir plusieurs causes. Notamment, le joint d'étanchéité peut présenter un défaut de fabrication qui l'amène à se tordre, ce défaut intrinsèque du joint n'étant pas facilement repérable en raison des dimensions du joint d'étanchéité, voire de sa couleur.
Par ailleurs, si le joint d'étanchéité est trop long, il y aura constitution de vagues suivant son profil lors de la fixation du couvercle. Ceci entraîne une étanchéité peu satisfaisante et des fuites de fluide à plus ou moins long terme.
Le positionnement du joint d'étanchéité est généralement une opération manuelle effectuée par un opérateur.
Selon une solution connue, le joint d'étanchéité comprend des protubérances situées aux quatre coins qui permettent d'étirer le joint, ces protubérances étant ensuite placées dans des fentes dédiées sur la plaque collectrice. Un inconvénient majeur de cette solution réside dans la nécessité de réaliser des fentes aux différents angles de la plaque collectrice, ce qui constitue un coût de fabrication additionnelle et affaiblit la résistance de la plaque collectrice, en particulier sa résistance à la pression cyclée. Par ailleurs, les protubérances du joint dépassant de la boîte collectrice, elles augmentent l'encombrement de la boîte collectrice.
Selon une autre solution connue, on réalise sur le couvercle des pions, disposés aux angles, destinés à maintenir le joint d'étanchéité en forme, et éventuellement sa mise en tension. Cette solution ne permet que difficilement d'assurer un bon positionnement du joint d'étanchéité le long du couvercle car il peut facilement tomber durant la manipulation du couvercle jusqu'à sa mise en place sur la plaque collectrice.
On connaît par ailleurs une autre solution dans laquelle le moyen d'étanchéité est disposé sur au moins deux extrémités de tubes. Cependant, pour les boîtes collectrices relativement larges, les tubes peuvent déformés durant l'opération de sertissage du couvercle sur la plaque collectrice. Les efforts étant transmis aux tubes par le joint d'étanchéité. L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients des boîtes collectrices de l'art antérieur en proposant une solution pour positionner simplement et de façon fiable un joint d'étanchéité sur une plaque collectrice.
A cet effet, l'invention a pour objet une boîte collectrice pour échangeur thermique, comportant :
- une plaque collectrice présentant des ouvertures pour le passage d'une pluralité de tubes d'échange thermique et d'au moins deux plaques d'extrémité de part et d'autre desdits tubes,
- un moyen d'étanchéité élastique disposé sur le contour périphérique de la plaque collectrice, et
- un couvercle présentant un pied de couvercle qui ferme ladite boîte collectrice en comprimant ledit moyen d'étanchéité,
caractérisée en ce que :
- lesdites plaques d'extrémité présentent à l'intérieur de ladite boîte collectrice une extension axiale de longueur supérieure ou égale à la hauteur dudit moyen d'étanchéité, et en ce que
- ledit moyen d'étanchéité est disposé en appui et en tension contre lesdites plaques d'extrémité.
Ladite boîte collectrice peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- ladite extension axiale d'une plaque d'extrémité à l'intérieur de ladite boîte collectrice présente une longueur sensiblement égale à la longueur dudit faisceau dépassant à l'intérieur de ladite boîte collectrice;
- ledit moyen d'étanchéité comporte un joint d'étanchéité;
- ladite plaque collectrice est sensiblement plane;
- ladite plaque collectrice comporte une gorge périphérique de réception dudit moyen d'étanchéité;
- ladite gorge présente une base et deux ailes externe et interne s'étendant à partir de ladite base, et telles que ladite aile interne soit sensiblement inclinée par rapport à ladite base; - ladite gorge présente une forme générale sensiblement en « U »:
- ladite plaque collectrice présente au moins deux ouvertures respectivement configurées pour recevoir à la fois les extrémités d'une plaque d'extrémité et du tube adjacent;
- ladite plaque collectrice présente des collets bordant lesdites ouvertures.
L'invention concerne aussi un échangeur thermique, en particulier pour véhicules automobiles, comportant un faisceau d'échange thermique comprenant un empilement de tubes parallèles et d'au moins deux plaques d'extrémité dudit empilement parallèles auxdits tubes, caractérisé en ce que ledit échangeur comporte en outre au moins une boîte collectrice conforme à l'une quelconque des revendications précédentes à laquelle lesdits tubes et lesdites plaques d'extrémité sont respectivement fixés.
Ledit échangeur peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- lesdites plaques d'extrémité sont sensiblement droites et sont respectivement espacées d'une distance constante avec le tube adjacent;
- lesdites plaques d'extrémité sont sensiblement incurvées, de sorte que la distance entre l'extrémité d'une plaque d'extrémité et l'extrémité du tube adjacent reçues dans ladite plaque collectrice est sensiblement inférieure à la distance entre ladite plaque et ledit tube adjacent à l'extérieur de ladite plaque collectrice.
L'invention concerne encore un procédé d'assemblage d'un tel échangeur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on insère lesdits tubes dans les ouvertures associées de ladite plaque collectrice, - on insère lesdites plaques d'extrémité dans les ouvertures associées de ladite plaque collectrice,
- on étire ledit moyen d'étanchéité, et
- on positionne ledit moyen d'étanchéité en tension contre lesdites plaques d'extrémité. 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 éclatée simplifiée d'une boîte collectrice selon un premier mode de réalisation,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique représentant une plaque collectrice plane de la boîte collectrice de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe transversale schématique représentant la plaque collectrice de la figure 2 selon une variante de réalisation,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique représentant la plaque collectrice avec des collets selon une autre variante de réalisation,
- la figure 5 est une vue éclatée simplifiée de la boîte collectrice avec une plaque collectrice selon la variante de la figure 4,
- la figure 6 est une vue en perspective d'un joint d'étanchéité complémentaire de la plaque collectrice des figures 4 et 5,
- la figure 7 est une vue en coupe transversale schématique représentant une plaque collectrice avec une gorge de réception d'un moyen d'étanchéité selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 8 est une vue en coupe transversale schématique représentant la plaque collectrice de la figure 7 selon une variante de réalisation,
- la figure 9 est une vue en coupe transversale schématique représentant la plaque collectrice de la figure 7 selon une autre variante de réalisation, et
- la figure 10 est une vue en coupe transversale schématique représentant une plaque collectrice avec une gorge de réception en « U » d'un moyen d'étanchéité selon un troisième mode de réalisation.
Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références.
Les éléments des figures 5 à 7 correspondants aux éléments des figures 1 à 4 portent les mêmes références précédées de la centaine un.
De même, les éléments de la figure 10 correspondants aux éléments des figures 1 à 6 ou 7 à 9 portent les mêmes références précédées de la centaine deux.
L'invention concerne un échangeur thermique pour véhicule automobile, notamment pour refroidir le liquide de refroidissement du moteur.
En particulier, l'invention peut s'appliquer pour un échangeur thermique brasé.
On a représenté de façon schématique et simplifiée sur la figure 1, un premier mode de réalisation d'une boîte collectrice 1 pour échangeur thermique comportant un faisceau 3 d'échange thermique représenté de façon partielle et schématique sur les figures 2 à 4.
Le faisceau 3 comprend un empilement d'une multiplicité de tubes 5, agencés selon une ou plusieurs rangées de tubes. Seules les extrémités des tubes 5 sont visibles sur les figures 2 à 4. Les extrémités des tubes 5 dépassent d'une longueur L à l'intérieur de la boîte collectrice 1.
L'échangeur présente encore deux plaques d'extrémité 7 de part et d'autre de l'empilement de tubes 5. Seule une plaque d'extrémité 7 est représentée sur les figures 2 à 4.
Une plaque d'extrémité 7 est différente et distincte d'un tube 5. Une telle plaque d'extrémité 7 se distingue donc d'un tube d'extrémité.
En effet, une plaque d'extrémité 7 ne comporte pas de canal de circulation pour fluide tandis que les tubes 5 définissent des canaux de circulation pour un fluide.
De plus, comme dit précédemment, l'échangeur peut être fixé par exemple par brasage. Dans ce cas, les plaques d'extrémité 7 sont disposées aux extrémités du faisceau 3 avant l'opération de brasage.
Ainsi, les plaques d'extrémité 7 participent à la prise et au maintien du faisceau par l'appareillage adapté pour l'opération de brasage.
Par ailleurs, une plaque d'extrémité 7 présente une extension axiale 8 qui dépasse d'une longueur U à l'intérieur de la boîte collectrice 1.
Cette longueur peut être sensiblement égale à la longueur L de dépassement des tubes 5 du faisceau 3. On peut en outre prévoir des ailettes 9 intercalées entre deux tubes 5 consécutifs, et entre les plaques d'extrémité 7 et les tubes 5 adjacents.
Dans ce cas, les plaques d'extrémité 7 assurent en outre un rôle de protection des ailettes 9.
Les plaques d'extrémité 7 sont parallèles aux tubes 5.
De plus, les plaques d'extrémité 7 peuvent être sensiblement droites comme l'illustre la figure 2, ou en variante sensiblement incurvée (cf figures 3 et 4) afin de diminuer l'encombrement de la boîte collectrice 1.
En effet, les plaques d'extrémité 7 sont incurvées de façon à ce que leurs extrémités se rapprochent de l'extrémité du tube 5 adjacent. Ainsi, la distance d entre l'extrémité d'une plaque 7 et l'extrémité du tube 5 adjacent débouchant dans la boîte collectrice 1 est inférieure à la distance ( entre la plaque d'extrémité 7 et le tube adjacent 5 sur le reste de la longueur.
La distance d peut être quasi nulle.
En se référant à nouveau à la figure 1, la boîte collectrice 1 comprend :
- une plaque collectrice 11
- un moyen d'étanchéité élastique tel qu'un joint d'étanchéité 13,
- un couvercle 15, par exemple de forme générale sensiblement en voûte.
Le joint d'étanchéité 13 est disposé sur le contour périphérique de la plaque collectrice 11. Le joint d'étanchéité 13 présente donc une forme générale complémentaire à la forme du contour périphérique de la plaque collectrice 11.
Selon l'exemple illustré sur la figure 1, la plaque collectrice présente une forme générale sensiblement rectangulaire et le joint d'étanchéité 13 présente une forme générale sensiblement rectangulaire. Le joint 13 peut de plus être sensiblement arrondi aux angles. En outre, selon le mode de réalisation, le joint d'étanchéité 13 présente une section sensiblement circulaire.
Le joint d'étanchéité 13 est étiré puis est disposé en contact avec les plaques d'extrémité 7 une fois tendu. Les plaques d'extrémité 7 étant de part et d'autre de l'empilement de tubes 5, elles se retrouvent donc aux extrémités longitudinales de la laque collectrice 11.
La plaque collectrice 11 comporte des ouvertures 17 pour le passage des extrémités des tubes 5 et des extrémités des plaques d'extrémité 7.
Ainsi, les tubes 5 débouchent à l'intérieur de la plaque collectrice 11 via les ouvertures 17 avec une longueur de dépassement L.
De même, l'extension axiale 8 dépasse à l'intérieur de la plaque collectrice 11 en présentant une longueur L\
Cette longueur est supérieure ou égale à la hauteur h du joint d'étanchéité 13, et peut être sensiblement également à la longueur L de dépassement des tubes 5.
Par ailleurs, la plaque collectrice 11 peut présenter des collets 19 (cf figures 4 et
5) bordant les ouvertures 17 pour recevoir les extrémités des tubes 5 et des plaques d'extrémité 7.
Dans ce cas, comme on le remarque sur les figures 4 et 6, le joint d'étanchéité 13 présente respectivement à ses extrémités longitudinales une première partie périphérique 13a et une deuxième partie 13b de contact formant une protubérance surélevée par rapport à la première partie périphérique 13 a. Cette protubérance 13b de contact est configurée pour surplomber le collet 19 (cf figure 4) recevant l'extrémité d'une plaque d'extrémité 7, de façon à venir en appui contre cette plaque d'extrémité 7.
Le joint d'étanchéité 13 peut présenter une portion de liaison 13c entre la partie périphérique 13a et la partie de contact 13b.
Par ailleurs, lorsque les plaques d'extrémité 7 sont incurvées de sorte que leurs extrémités se rapprochent de celles des tubes adjacents 5, les ouvertures 17 correspondantes sont donc également rapprochées.
De plus, afin de diminuer encore l'encombrement général de la boîte collectrice
1 on peut prévoir que chaque plaque d'extrémité 7 soit reçue dans la même ouverture 17 que le tube 5 adjacent.
À cet effet, la plaque collectrice 11 présente deux ouvertures 17 de plus grande dimension par rapport aux autres ouvertures; il s'agit des ouvertures 17 se situant aux extrémités, ici longitudinales en référence aux dessins. Ces ouvertures 17 de plus grande dimension sont configurées pour recevoir à la fois l'extrémité d'un tube 5 et l'extrémité d'une plaque d'extrémité 7.
Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, la plaque collectrice 11 est plane. Elle ne comporte donc pas de gorge pour recevoir le joint d'étanchéité 13.
La plaque collectrice 11 présente des bords surélevés ou repliés 21 permettant de définir un logement pour le joint d'étanchéité 13 dans le même plan que les ouvertures 17.
Des pattes de sertissage 23 sont prévues sur les bords surélevés 21 de la plaque collectrice 11 pour être serties sur les bords du couvercle 15.
De plus, le couvercle 15 présente un pied de couvercle 25. Il s'agit de la partie inférieure du couvercle 15 qui vient appuyer sur le joint d'étanchéité 13.
Le joint d'étanchéité 13 (représenté de façon schématique et simplifiée) est donc disposé sur le contour périphérique de la plaque collectrice 11 entre le pied de couvercle 25 et la plaque collectrice 11.
En outre, le joint d'étanchéité 13 peut présenter une forme complémentaire de la forme du pied de couvercle 25 et est toujours présent entre le pied de couvercle 25 et la plaque collectrice 11. Il n'y a donc pas de contact direct entre le pied de couvercle 25 et la plaque collectrice 11.
Le pied de couvercle 25 coopère en outre avec la plaque collectrice 11 pour se fixer, par exemple grâce aux pattes de sertissage 23 présentes sur la périphérie ou le pourtour de la plaque collectrice 11 et qui sont rabattues, lors du sertissage, sur le couvercle 15.
Le couvercle 15 peut ainsi fermer la boîte collectrice 1 en comprimant le joint d'étanchéité 13.
Par ailleurs, les extensions 8 des plaques d'extrémités 7 sont ici représentées sensiblement droites. Bien entendu, on pourrait aussi prévoir une forme adaptée, par exemple sensiblement recourbée, pour participer au maintien du joint d'étanchéité 13. Le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 7 à 9, diffère du premier mode de réalisation en ce que la plaque collectrice 111 n'est pas plane mais présente une gorge 127 de réception du joint d'étanchéité 113.
Cette gorge de réception 127 présente une base 129 et deux ailes externe 121 et interne 131 qui s'étendent à partir de cette base 129.
L'aile externe forme le bord relevé 121 de la plaque collectrice 111.
L'aile interne 131, c'est-à-dire à l'intérieur de la plaque collectrice 111, est selon ce deuxième mode de réalisation sensiblement inclinée par rapport au plan général défini par la base 129 de la gorge 127, de façon à former une pente continue.
La base 129 présente selon l'exemple illustré une ouverture 117 pour recevoir l'extrémité d'une plaque d'extrémité 107. Bien entendu, une ouverture 117 est prévue de façon symétrique pour recevoir l'extrémité de l'autre plaque d'extrémité 107.
De même, la plaque collectrice 111 présente des ouvertures 117 tout au long de la pente formée par l'aile interne 131 pour recevoir des extrémités de tubes 105.
Bien évidemment, de façon similaire au premier mode de réalisation, les plaques d'extrémité 107 peuvent être sensiblement droites (figure 7) ou sensiblement incurvées pour se rapprocher des extrémités des tubes 105 (cf figures 8 et 9).
En complément ou en variante, les plaques d'extrémité 107 peuvent être respectivement reçues dans une ouverture 117 commune avec le tube 105 adjacent (figure 9).
De même, les extensions axiales 108 des plaques d'extrémité 107 présentent une longueur U à l'intérieur de la boîte collectrice supérieure ou égale à la hauteur h du joint 113, et par exemple sensiblement égale à la longueur L de dépassement du faisceau 103 à l'intérieur de la boîte collectrice.
En outre, de façon similaire au premier mode de réalisation les ouvertures 117 peuvent ou non être bordées de collets.
Le troisième mode de réalisation illustré sur la figure 10, diffère du deuxième mode de réalisation en ce que la gorge de réception 227 présente une forme générale sensiblement en « U ». Dans ce cas, l'aile interne 231 est sensiblement parallèle à l'aile externe formant le bord relevé 221 de la plaque collectrice 211. Les deux ailes 221 et 231 sont sensiblement perpendiculaires à la base 229 de la gorge 227.
Comme pour les premier et deuxième modes de réalisation, les extensions axiales 208 des plaques d'extrémité 207 présentent une longueur U à l'intérieur de la boîte collectrice supérieure ou égale à la hauteur h du joint 213, et par exemple sensiblement égale à la longueur L de dépassement du faisceau 203 à l'intérieur de la boîte collectrice.
Les plaques d'extrémité 207 peuvent aussi être sensiblement droites ou incurvées. Et, chaque plaque d'extrémité 207 peut en outre être reçue dans une même ouverture 217 avec le tube adjacent 205 comme l'illustre la figure 10.
Dans ce cas, comme l'illustrent les figures 6 et 10, le joint d'étanchéité 213 présente, à ses extrémités longitudinales, une première partie périphérique 213a reçue dans la gorge 227 et une deuxième partie 213b de contact configurée pour surplomber l'aile interne 231 de la gorge 227 de façon à venir en appui contre cette plaque d'extrémité 7.
Le joint d'étanchéité 213 peut présenter une portion de liaison 213c entre la partie périphérique 213a et la partie de contact 213b.
Cette variante de réalisation est sensiblement similaire à la réalisation du joint d'étanchéité 13 selon le premier mode de réalisation avec des collets 19 bordant les ouvertures 17 (cf figures 5,6).
Bien évidemment, selon ce troisième mode de réalisation, les ouvertures 217 peuvent aussi être bordées ou non de collets. On décrit maintenant, les étapes successives d'assemblage d'un échangeur thermique comprenant un faisceau 3,103,203 d'échange thermique avec un empilement de tubes 5,105,205 parallèles et deux plaques d'extrémité 7,107,207 parallèles aux tubes 5,105,205 et placées de part et d'autre de l'empilement, et comprenant en outre au moins une boîte collectrice 1 telle que décrite précédemment.
Dans une première étape, on introduit les extrémités des tubes 5,105,205 et des plaques d'extrémité 7,107,207 dans les ouvertures 17,117,217 associées de la plaque collectrice 11, 111, 211.
Lorsque la plaque 11,111,211 présente deux ouvertures 17,117,217 à la périphérie de la plaque 11,111,211 qui présentent une dimension plus grande adaptée pour recevoir à la fois l'extrémité d'un tube 5,105,205 et l'extrémité d'une plaque d'extrémité 7,107,207, on introduit ces deux extrémités dans une telle ouverture.
On peut alors braser le faisceau 3,103,203 et les plaques d'extrémité 7,107,207 avec la plaque collectrice 11,111,211. Les plaques d'extrémité 7,107,207 permettent de participer à la prise et au maintien du faisceau pour cette opération de brasage.
On positionne ensuite dans une deuxième étape le joint d'étanchéité 13,113,213 sur le contour périphérique de la plaque collectrice 11,111,211 en contact avec les plaques d'extrémité 7,107,207.
A cet effet, on prend le joint d'étanchéité 13,113,213 et on l'étiré au préalable, par exemple de façon manuelle ou encore de façon automatique, avant d'être mis en contact avec les plaques d'extrémité 7,107,207 une fois tendu. Le joint d'étanchéité 13,113,213 étiré est donc mis en tension, de sorte qu'il présente des dimensions supérieures à ses dimensions au repos et qu'il peut ainsi être facilement mis en position sur la plaque collectrice 11, 111, 211.
Ainsi, à l'étape suivante, on positionne le joint d'étanchéité 13,113,213 en tension contre les plaques d'extrémité 7,107,207.
On peut alors venir fermer la boîte collectrice 1 en comprimant le joint d'étanchéité 13,113,213 à l'aide du couvercle 15 et par exemple sertir la plaque collectrice 11 , 111 ,211 sur ce couvercle 15.
Lorsque l'échangeur comporte une deuxième boîte collectrice 1 selon l'invention, on réalise les mêmes opérations pour la fixation du faisceau 3,103,203 à la deuxième boîte collectrice 1.
Selon un autre mode de réalisation, l'échangeur peut être à assemblage mécanique.
Dans ce cas, on peut prévoir un moyen d'étanchéité tel qu'un joint nappé qui s'étend sur la plaque collectrice 11,111,211. Un tel joint nappé permet de rendre étanches les ouvertures 17,117,217 de la plaque collectrice 11,111,211 qui servent à accueillir les extrémités des tubes 5,105,205 et les extrémités des plaques d'extrémité 7,107,207.
On comprend donc qu'une telle boîte collectrice 1 permet de faciliter le positionnement du joint d'étanchéité 13,113,213 en le mettant en tension avant de la placer contre les plaques d'extrémité 7,107,207, ce qui permet de maintenir le joint 13,113,213 correctement sur le contour périphérique de la plaque collectrice jusqu'à la mise en place du couvercle 15 pour fermer la boîte collectrice 1.
En outre, une telle boîte collectrice 1 peut présenter un moindre encombrement en faisant varier la forme des plaques d'extrémité 7,107,207 pour les rapprocher des tubes 5,105,205 adjacents.

Claims

REVENDICATIONS
1. Boîte collectrice pour échangeur thermique, comportant : - une plaque collectrice (11,111,211) présentant des ouvertures (17,117,217) pour le passage d'une pluralité de tubes (5,105,205) d'échange thermique et d'au moins deux plaques d'extrémité (7,107,207) de part et d'autre desdits tubes (5,105,205),
- un moyen d'étanchéité élastique (13,113,213) disposé sur le contour périphérique de la plaque collectrice (11 , 111 ,211), et
- un couvercle (15) présentant un pied de couvercle (25) qui ferme ladite boîte collectrice en comprimant ledit moyen d'étanchéité (13,113,213), caractérisée en ce que
- lesdites plaques d'extrémité (7,107,207) présentent à l'intérieur de ladite boîte collectrice une extension axiale (8,108,208) de longueur (U) supérieure ou égale à la hauteur (h) dudit moyen d'étanchéité (13,113,213), et en ce que
- ledit moyen d'étanchéité (13,113,213) est disposé en appui, en étant en tension, contre lesdites plaques d'extrémité (7,107,207).
2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite extension axiale (8,108,208) d'une plaque d'extrémité (7,107,207) à l'intérieur de ladite boîte collectrice présente une longueur (U) sensiblement égale à la longueur (L) dudit faisceau dépassant à l'intérieur de ladite boîte collectrice.
3. Boîte collectrice selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit moyen d'étanchéité (13,113,213) comporte un joint d'étanchéité.
4. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite plaque collectrice (11,111,211) est sensiblement plane.
5. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite plaque collectrice (11,111,211) comporte une gorge périphérique (127,227) de réception dudit moyen d'étanchéité (13,113,213).
6. Boîte collectrice selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite gorge (127) présente une base (129) et deux ailes externe (121) et interne (131) s'étendant à partir de ladite base (129), et telles que ladite aile interne (131) soit sensiblement inclinée par rapport à ladite base (129).
7. Boîte collectrice selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite gorge (227) présente une forme générale sensiblement en « U ».
8. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite plaque collectrice (11,111,211) présente au moins deux ouvertures (17,117,217) respectivement configurées pour recevoir à la fois les extrémités d'une plaque d'extrémité (7,107,207) et du tube adjacent (5,105,205).
9. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite plaque collectrice (11,111,211) présente des collets (19) bordant lesdites ouvertures (17,117,217).
10. Échangeur thermique, en particulier pour véhicules automobiles, comportant un faisceau (3,103,203) d'échange thermique comprenant un empilement de tubes (5,105,205) parallèles et d'au moins deux plaques d'extrémité (7,107,207) dudit empilement parallèles auxdits tubes (5,105,205), caractérisé en ce que ledit échangeur comporte en outre au moins une boîte collectrice (1) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes à laquelle lesdits tubes (5,105,205) et lesdites plaques d'extrémité (7,107,207) sont respectivement fixés.
11. Échangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites plaques d'extrémité (7,107,207) sont sensiblement droites et sont respectivement espacées d'une distance constante avec le tube adjacent (5,105,205).
12. Échangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites plaques d' extrémité (7,107,207) sont sensiblement incurvées, de sorte que la distance (d) entre l'extrémité d'une plaque d'extrémité (7,107,207) et l'extrémité du tube adjacent (5,105,205) reçues dans ladite plaque collectrice (11,111,211) est sensiblement inférieure à la distance (cT) entre ladite plaque (7,107,207) et ledit tube (5,105,205) adjacent à l'extérieur de ladite plaque collectrice (11,111,211).
13. Procédé d'assemblage d'un échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on insère lesdits tubes (5,105,205) dans les ouvertures (17,117,217) associées de ladite plaque collectrice (11, 111, 211), - on insère lesdites plaques d'extrémité (7,107,207) dans les ouvertures (17,117,217) associées de ladite plaque collectrice (11,111,211),
- on étire ledit moyen d'étanchéité (13,113,213), et
- on positionne ledit moyen d'étanchéité (13,113,213) en tension contre lesdites plaques d'extrémité (7,107,207).
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