WO2019145642A1 - Échangeur thermique, notamment pour la régulation thermique de batteries - Google Patents

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WO2019145642A1
WO2019145642A1 PCT/FR2019/050151 FR2019050151W WO2019145642A1 WO 2019145642 A1 WO2019145642 A1 WO 2019145642A1 FR 2019050151 W FR2019050151 W FR 2019050151W WO 2019145642 A1 WO2019145642 A1 WO 2019145642A1
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heat exchanger
duct
manifold
conduit
retaining
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PCT/FR2019/050151
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Jean Damien MULLER
François Busson
Boris BARRE
Patrick Boisselle
Bruno Payen
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Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the field of the invention is that of heat exchangers, in particular for motor vehicles.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of thermal control devices for batteries of motor vehicles with electric and / or hybrid motorization.
  • the electrical energy of electrically and / or hybrid powered vehicles is provided by one or more batteries.
  • a problem is that during their operation, the batteries are heated and may be damaged. In addition, if the temperature is too low, the battery life can decrease sharply. The thermal regulation of the battery is, therefore, an important point.
  • heat exchangers In order to regulate the battery temperature and maintain the battery at an acceptable temperature, especially between 20 ° C and 40 ° C, and thus ensure the reliability, autonomy, and performance of the vehicle, while optimizing the life of the battery, it is known to use heat exchangers.
  • Such heat exchangers comprise a bundle of conduits or tubes interconnecting at least two manifolds. The ends of the tubes or ducts are connected in a fixed and sealed manner in these manifolds.
  • a heat transfer fluid such as a coolant, can therefore flow through the conduits and the manifolds in order to heat exchange with the batteries.
  • Each of the manifolds into which the ducts of the bundle open out comprises a header plate having passage holes for the ends of the ducts.
  • the collector plate is also called “collector”. This collector plate is capped by a cover or hood, also called “fluid box”, so as to define a common volume in which the corresponding ends of the ducts open.
  • the lid is, for example provided with connections to the inlet ducts and collection of heat transfer fluid.
  • Such a heat exchanger and in particular in the application of battery cooling, is generally assembled by brazing, that is to say that all the elements of the heat exchanger is passed through a brazing furnace allowing a filler metal to achieve both the joining of the various elements (in particular the collector plate, the cover, the beam) and their tightness.
  • the ducts are secured to the collector plate by brazing at the passage openings of the ducts.
  • the ducts have a flat surface facing the batteries (which is the case of oblong ducts, for example), so as to have a large heat exchange surface, defects have been observed. flatness of this flat surface. Because of these defects due to brazing, the heat transfer between the batteries and the heat exchanger may not be homogeneous, so that the heat exchanger does not ensure optimum regulation of the temperature of the batteries.
  • the aim of the invention is to improve the mechanical strength of the ducts of a heat exchanger in order to optimize, in a particular application, the thermal regulation, in particular the cooling of the battery (s) of a motor vehicle with motorization. electric and / or hybrid.
  • the object of the present invention thus relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, the heat exchanger comprising at least one heat transfer fluid circulation duct, and at least one manifold defining a circulation volume of the heat transfer fluid. wherein an end of said at least one conduit opens.
  • the heat exchanger further comprises:
  • At least one seal having at least one orifice for the passage of said at least one duct and assembled to the manifold, so that said at least one duct and the collector box are mechanically assembled with interposition of said at least one gasket. sealing, and
  • At least one mechanical retaining member of the end of said at least one conduit in the corresponding manifold At least one mechanical retaining member of the end of said at least one conduit in the corresponding manifold.
  • the elements of the heat exchanger are mechanically secured and sealed. Thanks to this mechanical assembly, it does not degrade the mechanical strength of the tubes (unlike a solder assembly) and limit the possible flatness defects of the ducts.
  • the retaining member makes it possible to prevent the sliding of the ducts operation of the heat exchanger
  • the heat exchanger may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination.
  • the retaining member is mounted outside the circulation volume of the coolant defined by the manifold, being on the one hand assembled to the header and on the other hand arranged in support against at least a portion of said at least one conduit.
  • the retaining member is arranged inside the circulation volume of the coolant defined by the manifold.
  • the retaining member is attached to the heat exchanger.
  • the retaining member is formed on an existing element of the heat exchanger.
  • the retaining member comprises at least one elastically deformable element arranged to bear elastically on the end of said at least one duct.
  • the retaining member is assembled in form cooperation with said at least one duct.
  • the retaining member can be assembled by elastic interlocking with said at least one duct.
  • the retaining member is for example assembled by clipping or latching with said at least one duct.
  • the retaining member is arranged to bear against the seal.
  • the retaining member is for example made by tearing the wall of said at least one duct so as to bear against the seal around said at least one duct.
  • the retaining member is arranged in the heat exchanger in a zone devoid of a seal.
  • the manifold comprises a collecting plate having at least one orifice for passing said at least one conduit, and a cover covering the collector plate so as to define the circulation volume of the coolant.
  • Said at least one seal is disposed on the one hand between the header plate and the at least one conduit, and on the other hand between the header plate and the cover.
  • the mechanical assembly between the cover and the header plate can be achieved by crimping two opposite edges of the header plate onto a cover base of the cover.
  • the header comprises a cover defining the volume of circulation of the coolant and having a passage opening of said at least one conduit.
  • Said at least one seal is disposed between the cover and the at least one conduit.
  • the heat exchanger may further comprise a collector plate assembled to the cover with interposition of said at least one seal. Said at least one seal is thus disposed on the other hand between the cover and the collector plate.
  • the retaining member is assembled with on the one hand the collector plate and on the other hand said at least one duct.
  • the retaining member is integral with the cover and extends towards said at least one conduit.
  • the retaining member may comprise at least one of a retaining pin, a retaining tab, a retaining tab, a retaining lug.
  • the retaining member is for example integral with the cover comprises at least one retaining tongue extending towards said at least one duct and cooperating with at least one complementary groove on said at least one duct.
  • the retaining member integral with the cover comprises at least one retaining lug extending towards said at least one duct and cooperating with at least one complementary orifice on said at least one duct.
  • the retaining member comprises a retaining pin having at least one deformation configured to abut against said at least one duct.
  • the retaining member comprises a retaining pin having at least one deformation configured to abut against the collector plate.
  • the deformations each have a half-sphere shape.
  • the collector plate may comprise at least one pin passage and at least one pin-holding member.
  • the pin passage may be formed on the pin holding member.
  • the collector plate may comprise a collar delimiting a passage opening of said at least one conduit and having orifices for passing the pin.
  • said at least one conduit comprises a plurality of heat transfer fluid circulation channels.
  • FIG. 1 is a sectional view at a header box according to a first embodiment of a heat exchanger
  • FIG. 2 is a cross-sectional view at a header box according to a second embodiment of a heat exchanger
  • FIG. 3 schematically and partially shows a multichannel duct for a heat exchanger of FIG. 1 or 2,
  • FIG. 4 schematically represents a heat exchanger of FIG. 1 comprising a pipe retaining pin opening into the collecting box
  • FIG. 5 is a view in longitudinal and partial section at the header of the heat exchanger of FIG. 4;
  • FIG. 6 schematically represents a heat exchanger of FIG. 2 comprising a pipe retaining pin opening into the collecting box
  • FIG. 7 is a view in longitudinal and partial section at the header of the heat exchanger of FIG. 6,
  • FIG. 8 partially shows a perspective view of a deformed conduit for cooperating with a retaining pin of FIG. 4 or 6,
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a heat exchanger of FIG. 1 comprising ducts presenting duct retaining tabs in the manifold,
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion of FIG. 9,
  • FIG. 11 partially shows a perspective view of a duct having the retaining tabs of FIGS. 9 and 10,
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a heat exchanger of FIG. 2 including ducts presenting duct retaining tabs in the manifold,
  • FIG. 13 schematically represents a heat exchanger of FIG. 1 comprising duct retaining tabs arranged in the lid of the manifold
  • FIG. 14 partially shows a perspective view of a duct having a groove for cooperating with retaining tongues of FIG. 13;
  • FIG. 15 is a side view of the duct of FIG. 14,
  • FIG. 16 schematically represents a heat exchanger of FIG. 2 comprising duct retaining tabs formed on the lid of the header box,
  • FIG. 17 schematically and partially shows a heat exchanger according to the second embodiment comprising duct retaining lugs arranged in the lid of the header box,
  • FIG. 18a partially shows a duct presenting a first example of an orifice for cooperating with a retaining pin of FIG. 17,
  • FIG. 18b partially shows a duct presenting a second example of orifice for cooperating with a retaining lug of FIG. 17, and
  • FIG. 18c partially shows a conduit having a plurality of orifices according to the second example for cooperating with a corresponding retaining pin of FIG. 17.
  • the invention relates to a heat exchanger 1, V intended to equip a motor vehicle, in particular of the hybrid or electric type.
  • This heat exchanger 1, 1 ' is in particular designed to regulate the temperature, for example to cool, one or more batteries, forming a source of energy for driving the motor vehicle.
  • the heat exchanger 1, 1 ' is for example intended to be positioned directly in contact with the battery or batteries at the bottom of a protective housing and traversed by a coolant, or indirectly in contact with the battery or batteries in the case of a heat exchanger placed outside the battery protection case.
  • the heat exchanger 1, 1 ' may be a heat exchanger 1, 1 'forming a battery cooler, for so-called indirect cooling, that is to say in which the coolant intended to circulate is a coolant, such as only brine.
  • a coolant such as only brine.
  • Such coolant generally circulates in a separate loop of the air conditioning circuit of the motor vehicle.
  • the operating pressure of the heat exchanger of the invention is, for example, of the order of 1 bar, but may be lower or higher than this value.
  • the heat exchanger 1, 1 comprises:
  • FIGS. 1 to 3 a bundle 3 of tubes or ducts 5, partially visible in FIGS. 1 to 3, in which the heat transfer fluid, such as brine, can circulate, and
  • a single manifold 7 or 7 ' is shown in Figures 1 and 2. Each manifold 7, 7' being intended to collect and distribute the heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 1, 1 'further comprises a fluid inlet and a fluid outlet (not shown) arranged on at least one manifold 7, 7'.
  • each manifold 7, 7' defines a circulation volume V of the coolant in which opens (s) the (s) ducts 5. It is therefore an internal volume V.
  • Each manifold 7, 7 ' is thus in fluid communication with the conduits 5.
  • the manifold 7 or 7 'and the ducts 5, of the heat exchanger 1, 1' are mechanically and sealingly secured together by the interposition of at least one gasket. sealing 9, 9 '.
  • the heat exchanger 1, 1 ' comprises one or more retaining members 11, not shown in Figures 1 and 2, ensuring the locking or maintaining the ends of the ducts 5 in the manifolds 7, 7'.
  • Various solutions for the retention of conduits 5 in the manifold 7 or 7 'applying to the first or second embodiment of this manifold 7, 7' are illustrated in Figures 4 to 18c. Beam
  • each end of the bundle 3 of conduits 5 is intended to be assembled with a box collector 7, 7 '.
  • the conduits 5 of the bundle 3 are placed parallel to each other and are aligned so as to form at least one row in which the coolant, in particular the cooling liquid, such as brine, is intended to circulate.
  • the ducts 5 are advantageously of the same length.
  • the ducts 5 may be rectilinear or substantially straight.
  • the ducts 5, extend mainly in a direction of extension D, schematically in Figures 1 and 2.
  • Each duct 5 comprises two opposite ends.
  • the ducts 5 open at each end, inside the circulation volume V defined by a manifold 7 or 7 'corresponding.
  • the ducts 5 are intended to be in mechanical contact or not with at least one battery of the vehicle (not shown).
  • the ducts 5 are advantageously made of a thermally conductive material, such as a metallic material, for example aluminum or aluminum alloy.
  • the ducts 5 are for example made in the form of flat tubes. By way of example, it is possible to provide ducts 5 with a width of between 15mm and 120mm, with a height of between 2mm and 5mm.
  • the ducts 5 have for example a cross section of generally oblong shape.
  • each duct 5 has a plurality of channels 51 juxtaposed circulation of coolant.
  • the channels 51 of a duct 5 can be separated by reinforcing legs 53 which provide the mechanical strength of the ducts 5 under pressure (that is to say, which minimize the deformation of the ducts 5 under pressure).
  • the shape of the ducts 5 is not limited to the representation of FIG. 3 and other variants can be envisaged.
  • the manifold 7 is made in two separate parts 13 and 15 assembled to one another so as to define the internal volume V of coolant circulation in which the conduits 5 of the bundle 3 open. .
  • the header 7 comprises a header plate 13 and a cover 15 covering the header plate 13 to close the manifold 7.
  • the header plate 13, the cover 15 and the ducts 5, of the heat exchanger 1 are secured together mechanically and sealingly by interposition of the seal 9 sealing between the collector plate 13 and the ducts 5, and between the collector plate 13 and the cover 15.
  • the cover 15 may have a general shape of vault, that is to say a curved shape.
  • the lid 15 has for example a general shape of a "U”.
  • the lid 15 has a peripheral free edge, for example widened, forming a base 151.
  • Such a lid 15 can be made by stamping. Alternatively, the lid 15 may be extruded or molded.
  • the cover 15 may be made of aluminum or aluminum alloy, or alternatively plastic.
  • the collector plate 13 may be a metal plate, for example aluminum or aluminum alloy, or steel.
  • the collector plate 13 can extend in a transverse general direction T with respect to the extension direction D of the ducts 5.
  • the ducts 5 open at one end through the header plate 13. Although not illustrated, the same is true of the opposite end of the ducts 5 through another similar collector plate 13.
  • each collecting plate 13 joins the corresponding ends of the ducts 5 of the 3.
  • each collecting plate 13 comprises one or more orifices 130 for introducing and passing the corresponding conduits 5 (better visible in FIG. 4), which have a contour corresponding to that of a straight section of the ducts 5.
  • these orifices 130 are of generally oblong shape.
  • the collector plate 13 has in the example illustrated in Figure 1, a central portion 131, which is flat or substantially flat, and a peripheral flange 133, which is folded in this example.
  • the header plate 13 is sealingly connected to the cover 15 by its peripheral rim 133, for example by crimping.
  • the manifold plate 13 has on its peripheral flange 133 a plurality of lugs, teeth, tongues or crimping tabs 135 intended to be crimped for example on the base of the lid 151 at the assembly, in particular on a upper face of the lid base 151.
  • Each manifold plate 13 thus holds the corresponding lid 15 in place on the seal 9 and the collector plate 13 after crimping the tabs 135 of the collector plate 13 on the lid 15.
  • the orifices 130 for introducing and passing the ducts 5 are formed at the central portion 131 of the collector plate 133.
  • the orifices 130 may each be delimited by a curved edge forming a collar 137.
  • a groove 139 able to receive the seal 9 and the cover foot 151, can be formed in the header plate 13.
  • the groove 139 is preferably peripheral.
  • the seal 9 is advantageously made of elastomeric material. It can thus be made of ethylene-propylene-diene monomer known under the acronym EPDM.
  • the seal 9 is compressible at the openings 130 for introducing and passing the conduits 5.
  • the seal 9 is in the form of a substantially rectangular sheet 91 which comprises a circumferential sealing bead 93.
  • the bead 93 may extend into the groove 139 of the header plate 13.
  • the seal 9 has one or more orifices 95 (see FIGS. 1 and 4), for the passage of the ducts 5 formed at a central zone of the ply 91. These orifices 95 are of complementary shape to the ends of the ducts. 5, for example oblong. Each duct 5 can be mounted tightly in a corresponding orifice 95 of the seal 9.
  • the orifices 95 are delimited by collars, hereinafter called “nipples" 97. Each nipple 97 of the seal 9 is forced through a collar 137 of the header plate 13 during assembly.
  • the seal 9 In the assembled state of the ducts 5 on the corresponding manifold 7, the seal 9 is compressed in the space between the outer wall of a duct 5 and the collar 137 of an orifice 130 of the plate collector 13 (see FIG. 4). The seal 9 thus seals the connection between each of the ducts 5 and the header plate 13 to prevent leakage of heat transfer fluid.
  • the circumferential sealing bead 93 of the seal 9 is compressed between the cover base 151 and the header plate 13 so as to seal between the cover 15 and the collector plate 13.
  • the bead 93 is sandwiched and compressed between the bottom of the groove 139 and the cover foot 151.
  • a second embodiment of the header 7 ' which differs from the first embodiment, is described in that, in addition to the seal 9', the internal volume V of circulation of heat transfer fluid in which the ducts 5 of the beam 3 open out is no longer defined by the assembly of two parts but by a single piece.
  • the manifold 7 ' comprises a part 15', in which the ends of the ducts 5 open out.
  • this piece is subsequently designated by cover 15 '.
  • the seal 9 ' is arranged to be compressed between the cover 15' and the ends of the duct 5 of the bundle 3.
  • the manifold 7 ' may further comprise an additional piece 13' to be traversed by the conduit or ducts 5 and which is fixed to the lid 15 '.
  • this additional piece is hereinafter named collector plate 13 '.
  • the same seal 9 ' or alternatively another seal, is arranged between the cover 15' and the collector plate 13 ', so that the collector plate 13' compresses this seal 9 'on the cover 15'.
  • the lid 15 ' has at least one orifice 150, for example of generally oblong shape, for the passage of the duct 5.
  • the lid 15' has a general shape whose contour is closed or almost closed to the exception of the orifices 150 for the passage of the ducts 5. This is a generally tubular shape.
  • the cover 15 comprises a chamber 152 having an outline, for example of circular shape defining the internal volume V circulation coolant fluid, and a base 154 comprising two feet 156 separated by a recess 158 central.
  • the orifice 150 opens on the one hand into the chamber 152 and on the other hand at the recess 158 of the base 154.
  • the header plate 13 ' comprises a central wall 132, two opposite edges are extended by flanges 134 curved.
  • the header plate 13 ' has a substantially U-shaped section.
  • each flange 134 carries on its opposite lateral edges assembly means to the cover 15 ', such as crimping tabs 135', which project towards the space between the two flanges 134, being disposed opposite, so as to be folded on the feet 156 of the lid 15 '.
  • a collar 136 extends from one side of the central wall 132 opposite the lid 15 ', delimiting an orifice 130 for introducing and passing the conduit 5.
  • the orifice 130 and the collar 136 are, for example, oblong shape.
  • the shape of the seal 9 ' differs from the shape of the seal 9 according to the first embodiment.
  • the seal 9 'configured to be arranged in a manifold 7' according to the second embodiment, comprises a base 92 from which extends perpendicularly or almost perpendicularly, a nipple 94 sealing.
  • the base 92 is of complementary shape to the recess 158 of the cover 15 ', for example is substantially rectangular.
  • the sealing teat 94 is of complementary shape to the orifice 150 of the lid 15 '.
  • the seal 9 has an orifice 95 'for the passage of the duct 5, which is of complementary shape to the duct 5.
  • the orifice 95' is formed in the base 92 and the nipple 94.
  • the seal is provided by compression of the seal 9'. More specifically, according to the example illustrated in FIG. 2, the base 92 of the seal 9 'is pressed firstly against the central wall 132 of the header plate 13' and secondly against the inner surface. the recess 158 of the lid 15 ', so that it is kept compressed between the lid 15' and the collector plate 13 '.
  • the nipple 94 of the seal 9 ' is force-fitted into the orifice 150 of the lid 15' and partly projects beyond the orifice 150 so as to extend partially into the chamber 152 of the lid 15 '.
  • the conduit 5 passes through the orifice 130 of the collar 136 of the header plate 13 'and the orifice 95' of the seal 9 'opening into the chamber 152 of the cover 15'.
  • the seal 9 ' is compressed by the conduit 5 at the orifice 150 of the lid 15'.
  • the passage of the duct 5 in the seal 9 ' is used to compress radially the outer wall of the teat 94 against the inner wall of the orifice 150 of the lid 15', ensuring the sealing of the duct connection 5 / lid 15 .
  • the duct 5 is preloaded in the nipple 94 of the seal 9 '.
  • the seal 9 ' is thus compressed on the one hand between the conduit 5 and the lid 15' and on the other hand between the header plate 13 and the lid 15 ', at the inner surface of the recess 158, ensuring both the sealing of the connections leads 5 / cover 15 'and cover 15' / collector plate 13 '.
  • FIGS. 4 to 8 there is described a first solution of retaining member 11 which can be applied for a manifold 7 according to the first embodiment (FIGS. 4 and 5) or 7 'according to the second embodiment ( Figures 6 and 7).
  • the retaining member 11 is assembled on the one hand to the manifold 7, 7 'and on the other hand arranged in abutment against at least a portion of the duct 5. More specifically, the retaining member 11 is configured or shaped to cooperate with both the conduit 5 and the collector plate 13 or 13 '.
  • the retaining member 11 is in particular an additional member which is attached to the elements of the heat exchanger 1 or G.
  • the retaining member 11 does not interact with the seal 9 or 9 '.
  • the retaining member 11 is arranged in the heat exchanger 1, 1 'in a zone devoid of a seal 9, 9'.
  • the retaining member 11 according to the first solution is mounted outside the volume V of circulation of the coolant defined by the manifold 7 or 7 '.
  • the retaining member 11 is also made of an elastic material, that is to say elastically deformable material.
  • the retaining member 11 is arranged to elastically bias the duct 5 in position in the manifold 7 or 7 ', and thus ensures the retaining function.
  • the retaining member 11 has a pin 17 or 17 '.
  • This pin 17 or 17 ' has for example two lateral branches 170 connected by a base 171.
  • the duct 5 has, as can be seen more clearly in FIG. 8, two housings 55 such as notches or recesses, for the passage of the pin 17 or 17 ', in particular for the passage of the two lateral branches. 170.
  • the housings 55 are provided at each end of the conduit 5, and on each side. In the case illustrated, the housings 55 are provided at the level of the small rounded edges of the duct 5 of oblong or substantially oblong cross section. The cooperation of the pin 17 or 17 'with these housings 55, makes it possible to block in translation, in the direction D, the duct 5.
  • Each housing 55 may be a recess obtained by deformation of the wall of the last channel 51 (not visible in Figure 5).
  • each housing 55 can then be a notch obtained by removal of material, which does not impact the passage of fluid in the end channels of the duct 5.
  • the pin 17 or 17 ' is adapted according to the embodiment of the manifold 13 or 13'.
  • the manifold 7 or 7 ' in particular, at the level of the header plate 13 or 13', is provided in certain places to allow the passage and the retention of the corresponding pin 17 or 17 ', to ensure a rigid connection between the pin 17 or 17 'and the collector plate 13 or 13' once set in place.
  • the pin passes in the header plate 13, 13 'can be round, oblong, open or closed contour.
  • one or more means or organs can be provided to maintain this pin 17 or 17 '.
  • it can provide a bonding, crimping pin 17 or 17 'or one or more retaining tabs or retaining tabs.
  • additional means or retention members are also adapted according to the embodiment. Applied to the first embodiment
  • the pin 17 is deformed at its lateral branches 170.
  • the deformations 172 of the pin 17 provide the mechanical strength of the duct 5 at the housing 55.
  • the deformations 172 may be central.
  • the housings 55 such as recesses or notches, are formed at a portion of the duct 5 which is not received in the seal 9 or in the slipplate 13. The pin 17 tightens the duct 5 directly.
  • the manifold 7 comprises means 19 for holding the pin 17.
  • the holding members 19 allow the pin to pass through and retain it in the manifold plate 13.
  • the holding members 19 therefore each have a pin passage 20 which may be of open or closed contour, and have any suitable shape, for example round or oblong.
  • these holding members 19 are provided on the manifold plate 13, on the outer side, that is to say on the opposite side to the internal volume V defined by the manifold 7, for the circulation of the coolant.
  • the pin 17 cooperates with the manifold 7, in particular with the manifold plate 13, to ensure the retention of the duct 5 in the manifold 7.
  • the holding members 19 may be formed by holding lugs, also designated by the reference 19. These holding lugs 19, for example made by cutting, extend from the header plate 13 towards the remainder of the beam 3, the opposite side to the volume V of circulation of the coolant into which the duct 5 opens.
  • the retaining tabs 19 may have a hook shape.
  • the holding tabs 19 are arranged to cooperate with the pin 17 at different locations of the deformations 172. In the example illustrated in FIG. 4, the holding tabs 19 cooperate with end portions, at the top and at the bottom according to the arrangement in FIG. 4, lateral branches 170 of the pin 17.
  • the holding tabs 19 are shaped so as to prevent a rotational movement of the pin 17, to the left or to the right with reference at the disposal of the elements in FIG. 4, when the pin 17 has tightened the duct 5.
  • a rigid connection is provided between the pin 17 and the collector plate 13.
  • one or more bonding points can be provided, for example at the portions of the pin 17 cooperating with the holding tabs 19, to ensure the retention of the pin 17 ensuring the retention of the conduit 5 in the collecting box. 7. Applied to the second embodiment
  • the cooperation between the pin 17' and the duct 5 can be done at a portion of the duct 5 received in the collector plate 13 ', more particularly in the collar 136 (see FIGS. 6 and 7).
  • passages are provided on the collar 136 for the pin 17 '.
  • These are, for example, orifices 21, visible in FIG. 6.
  • the pin passages such as the orifices 21, may be round, oblong.
  • the orifices 21 are here at the level of the small rounded edges for a collar 136 of oblong shape.
  • the pin 17 ' can slip into the corresponding passages, here the orifices 21, and come jam at the notches 55, the conduit 5 opening into the manifold 7'.
  • These are in particular side branches 170 which are inserted through the collar 136 of the header plate 13 'to abut in the notches 55 of the duct 5 ( Figure 8). In this case, the lateral branches 170 of the pin 17 'are straight in order to be able to pass through the collar 136 of the collecting plate 13'.
  • the pin 17 ' also bears against the header plate 13' at a location separate from the orifices 21 for the passage of the pin 17 '. More specifically, the pin 17 'bears on the outer face of a longitudinal side of the collar 136. To do this, the pin 17' may comprise one or more contact portions 173, for example in the form of half spheres, coming to rest on the collar 136 of the collector plate 13 '. In the illustrated example, only two half-sphere contact portions 173 are shown. Of course, this is not limiting. The number of contact portions 173 can be adapted according to the dimensions of the duct 5. In particular according to the width of the duct 5, the length of the pin 17 ', here of its base 170, is adapted, as well as the number of portions. contact 173.
  • the elastic pin 17 ' comes into force on the collector plate 13', and in order to prevent the pin 17 'from rising, with reference to the arrangement of the elements in FIG. 6, provision can be made for the collector box 7 comprises at least one holding member 23 of the pin 17, in particular at the level of the collecting plate 13 ', on the external side, that is to say on the opposite side to the internal volume V, for the circulation of the fluid coolant, defined by the manifold 7 ', also referring to Figure 7.
  • the pin 17' cooperates with the header 7 ', in particular with the header plate 13', to ensure the retention of the conduit 5 in the manifold 7 '.
  • the holding member 21 can be made in the form of a tongue or clip, arranged to bear against a portion of the pin 17 'to lock it in position once inserted into the orifices 21 while bearing against the duct 5.
  • retaining tongue 21 only one retaining tongue 21 is illustrated, of course more than one retaining tongue 21 may be provided, for example two or three retaining tabs 21 may ensure the retention of the pin 17 ', by example in the center and at each end.
  • the pin 17 'adapted for a manifold 7' according to the second embodiment is no longer deformed at the level of the bearing portion against the conduit 5 as for the first embodiment, but at the portions 173 in support against the collector plate 13 '.
  • the mechanical strength of the pin 17 or 17 'in place is not provided at the same location between the two embodiments.
  • a deformation including a punch 138, also referring to Figure 2, in one or more places on the outer wall of the collar 136 of the header plate 13 'to immobilize the pin 17 .
  • Punching 138 shown diagrammatically in FIG. 2, is directed towards the duct 5. According to the example described, such a punching 138 is made at the level of the small rounded edges of the collar 136 having the orifices 21 for the insertion of the pin. 17 '. Punching 138 is provided deep enough to deform the inner wall of collar 136 and pin 17 '. Thus, the width of the orifice 130 is reduced punctually at the collar 136, thus blocking the movement of the pin 17 'bearing against the outside wall of the duct 5.
  • the retaining member 11 is arranged inside the volume V of circulation of the coolant defined by the manifold 7, 7 '.
  • the restraint is achieved by tearing, in one or more places, the wall of the end of each multichannel duct 5 which opens into the corresponding manifold 7, 7 '.
  • the wall is torn at one or more channels 51 of each conduit 5.
  • these channels 51 are open.
  • the end of the ducts 5 can be torn after the insertion of the ducts 5 in the seal 9 and in the collector plate 13 of the manifold 7.
  • the duct 5 is inserted, for example by force-fitting, into the gasket. 9 and in the collector plate 13.
  • the wall of the duct 5 is torn at one or more channels 51, so as to open these channels 51 completely and fold down the torn walls. forming retaining lugs 25, so as to block the duct 5.
  • the end of the ducts 5 can be torn after insertion of the ducts 5 into the seal 9' and into the orifice 150 of the lid 15 '.
  • the conduit 5 is inserted into the seal 9 '.
  • the cover 15 ' can be assembled on the seal 9' receiving the end of the duct 5.
  • the wall of the duct 5 is torn at one or more channels 51, so as to completely open these channels 51 and fold down the torn walls forming retaining tabs 25, so as to block the conduit 5.
  • the torn walls also come to bear on the lid 15 '.
  • FIGS. 13 to 16 there is described a third solution of retaining member 11 which can be applied for a manifold 7 according to the first embodiment (FIG. 13) or 7 'according to the second embodiment (FIG. 16).
  • the retention of the conduit 5 in the manifold 7, 7 ' is achieved by shape cooperation.
  • the retaining member 11 is assembled by shape cooperation with the duct 5.
  • the retaining member 11 therefore comprises at least one clipping member, or a detent member, or spring fastener, made of an elastic material, that is to say elastically deformable.
  • the retaining member 11 may be formed on at least one additional piece or insert 27 (Figure 13) which is attached to an element of the heat exchanger 1 or G, in particular on the lid 15 or 15 ' or alternatively, can be formed directly on one of the components of the heat exchanger 1, G, in particular the lid 15 or 15 '.
  • the need for the additional piece 27 is particularly related to the process of obtaining the lid 15 or 15 '. Namely, in the case of stamping, an additional piece 27 is attached to the lid, as illustrated on the lid 15 of FIG. 13. On the other hand, for a process for obtaining by extrusion or molding, the retainer 11 may be more easily formed directly on the lid, as illustrated on the lid 15 'of FIG. 16.
  • the retaining member 11 is secured to the lid 15, 15 'and extends in the direction of the duct 5.
  • the retaining member 11 is configured or shaped to extend from the lid 15 or 15 'or from the additional piece 27 fitted in the lid 15 or 15' and exert a force on the duct 5.
  • the retaining member 11 does not interact with the seal 9 or 9 '.
  • the mechanical connections between the retaining member 11 and the duct 5 are dissociated from the sealing zone.
  • the retaining member 11 is arranged in the heat exchanger 1, V in a zone devoid of a seal 9, 9 '.
  • the retaining member 11 comprises at least one retaining tab 29 forming the clipping member or more simply a clip.
  • the retaining tongues 29 are advantageously provided to cooperate with both sides of the duct 5.
  • the duct 5 has at its end at least one groove 57.
  • the groove 57 is formed over the entire width of the duct 5.
  • FIG. groove 57 is advantageously provided on both sides of the duct 5, it is particularly the two large sides opposite for a led 5 made by a flat tube as described above. Applied to the first embodiment
  • the lid 15 is generally made by stamping.
  • This fastening can be done by a force adjustment.
  • This additional piece 27 is adjusted to fit the internal shape of the lid 15, on the side of the internal volume V.
  • the additional piece 27 carries one or more retaining tabs 29.
  • the additional piece 27 is thus configured to cooperate with both the lid 15 and the end of the duct 5 opening into the manifold 7.
  • a plurality of additional pieces 27 may be attached to the lid 15.
  • separate retaining tongues 29 may be made discontinuously on the inner side of the additional pieces 27 opening into the circulation volume V of the coolant.
  • the end of the duct 5 push the retaining tongues 29, until they come to engage in the groove 57 corresponding.
  • the retaining tongues 29 must therefore withstand the deformation generated during the passage of the duct 5, so as not to deform permanently.
  • a lid that is made by extrusion or molding.
  • the retaining tab or tabs 29 is made directly on such a cover.
  • the retaining tabs 29 are formed in one piece with the lid 15 '.
  • the lid 15 may be made by extrusion or molding. This provides the possibility of making the retaining tabs 29 directly on the lid 15 '.
  • the retaining tabs 29 may optionally be discontinuous. Such a variant is more easily achievable in the case of a molded lid 15 '.
  • the end of the duct 5 push the retaining tongues 29, until they come to engage in the corresponding groove 57 (see FIG. 15).
  • the retaining tongues 29 must therefore withstand the deformation generated during the passage of the duct 5, so as not to deform permanently.
  • the third solution no longer requires the use of a tool to come to achieve the retaining member 11, as in the second solution.
  • the third solution therefore does not require access to the ends of the ducts 5 opening into the manifold 7, 7 ', which is particularly advantageous for a manifold 7' made according to the second embodiment of which the lid 15 'has a contour almost completely closed.
  • the retention of the duct 5 in the manifold 7 ' is achieved by snapping a retaining member 11 into at least one orifice 59 of the duct 5.
  • the retaining member 11 may be formed on at least one additional piece or insert 270 ( Figure 17) which is attached to the lid 15 '.
  • This additional piece 270 can be made by a clip or a spring ring.
  • the additional piece 270 may be made of metal material, for example aluminum, or plastic.
  • the retaining member 11 comprises at least one retaining lug 290 forming a detent member or more simply a clip.
  • a retaining lug 290 is provided at each end of the additional piece 270 or clip.
  • One or more retaining lugs 290 may be provided on each side in order to cooperate with both sides of the duct 5. This latter variant is notably more easily achievable on one or more additional pieces 270.
  • the retaining member 11 could be formed directly on the lid 15 '.
  • the retaining lugs 290 may therefore be an integral part of the lid 15 ', for example by being molded together with the lid 15' and in the same material, for example plastic.
  • the retaining lugs 290 may also be overmoulded, it is then an insert in the lid mold 15 'and embedded at the time of injection of the plastic.
  • the duct 5 has at its end one or more orifices 59 (see FIGS. 18a to 18c) in which a corresponding retaining lug 290 engages in assembling the duct 5 to the manifold 7 '.
  • the orifices 59 are formed at the end of the two opposite large sides for a duct 5 made by a flat tube as described above.
  • the shape of the orifices 59 can be adapted and is complementary to the shape of the retaining lugs 290.
  • the end of the duct 5 pushes the retaining lugs 290, until the orifices 59 protrude from the lugs 290 which each engage in a corresponding orifice 59.
  • the retaining lugs 290 must therefore withstand the deformation generated during the passage of the duct 5, so as not to deform permanently. There is no additional operation to ensure the retention of the ducts 5, it is done at the same time as the assembly and sealing. Such an assembly is very fast while providing effective restraint. In particular, after assembly, the assembly is no longer removable.
  • the mechanical assembly of the heat exchanger 1 or 1 ' in particular for the thermal regulation of batteries, in particular of a motor vehicle, is relatively easy and makes it possible to guarantee the tightness inside the manifolds 7, 7 ', where the coolant circulates.
  • one or other of the complementary mechanical retention solutions of the ducts 5 in the manifolds 7, 7 ' ensures the mechanical resistance to the pressure of the ducts 5, preventing their separation from the manifolds 7, 7' and guaranteeing thus the sealing of the heat exchanger 1, G.
  • the or the retaining members 11 according to one or other of the previously described solutions, ensure the blocking of the ducts 5 during assembly, so that the latter resist the operating pressure which tends to make them stand out from the seal 9, 9 '.
  • brazing which guarantees in particular the flatness of the flat surfaces of the ducts 5, for example for mechanical contact with a battery. Therefore, the heat exchange between the tubes of the heat exchanger and the battery, when the heat exchanger is for thermally regulating one or more batteries, are optimized.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur thermique (1) notamment pour un véhicule automobile, l'échangeur thermique (1) comprenant au moins un conduit (5) de circulation d'un fluide caloporteur, et au moins une boîte collectrice (7) définissant un volume (V) de circulation du fluide caloporteur dans lequel une extrémité dudit au moins un conduit (5) débouche. Selon l'invention, l'échangeur thermique (1) comprend en outre : au moins un joint d'étanchéité (9) présentant un orifice pour le passage dudit au moins un conduit (5) et assemblé à la boîte collectrice (7), de sorte que ledit au moins un conduit (5) et la boite collectrice (7) sont assemblés mécaniquement avec interposition dudit moins un joint d'étanchéité (9), et au moins un organe de retenue (11) mécanique de l'extrémité dudit au moins un conduit (5) dans la boîte collectrice (7) correspondante.

Description

Échangeur thermique, notamment pour la régulation thermique de batteries
Le domaine de l’invention est celui des échangeurs thermiques, en particulier pour véhicules automobiles. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des dispositifs de régulation thermique des batteries des véhicules automobiles à motorisation électrique et/ou hybride.
L’énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par une ou plusieurs batteries.
Un problème posé réside dans le fait que durant leurs fonctionnements, les batteries sont amenées à chauffer et risquent ainsi de s’endommager. Par ailleurs, en cas de température trop basse, l’autonomie de la batterie peut décroître fortement. La régulation thermique de la batterie est, par conséquent, un point important.
Afin de réguler la température des batteries et maintenir la batterie à une température acceptable, notamment entre 20°C et 40°C, et ainsi assurer la fiabilité, l’autonomie, et la performance du véhicule, tout en optimisant la durée de vie de la batterie, il est connu d’utiliser des échangeurs thermiques. De tels échangeurs thermiques comprennent un faisceau de conduits ou tubes reliant entre elles au moins deux boîtes collectrices. Les extrémités des tubes ou conduits sont raccordées, de façon fixe et étanche, dans ces boîtes collectrices. Un fluide caloporteur, tel qu’un liquide de refroidissement, peut donc circuler à travers les conduits et les boîtes collectrices afin d’échanger thermiquement avec les batteries.
Chacune des boîtes collectrices dans laquelle débouchent les conduits du faisceau comporte une plaque collectrice présentant des orifices de passage des extrémités des conduits. La plaque collectrice est également appelée « collecteur ». Cette plaque collectrice est coiffée par un couvercle ou capot, aussi appelé « boîte à fluide », de manière à définir un volume commun dans lequel débouchent les extrémités correspondantes des conduits.
Le couvercle est, par exemple pourvu de raccordements à des conduites d’admission et de collecte du fluide caloporteur.
Un tel échangeur thermique, et en particulier dans l’application du refroidissement de batterie, est généralement assemblé par brasage, c’est-à-dire que l’ensemble des éléments de l’échangeur thermique est passé dans un four de brasage permettant à un métal d’apport de réaliser à la fois la solidarisation des divers éléments (notamment la plaque collectrice, le couvercle, le faisceau) et leur étanchéité. En particulier, les conduits sont solidarisés à la plaque collectrice par brasage au niveau des orifices de passage des conduits.
Cependant, il a été constaté que le brasage des éléments de l’échangeur thermique tend à dégrader la résistance mécanique des conduits, leur tenue à la pression et leur tenue à la corrosion interne et externe. Cette dégradation de la résistance mécanique peut conduire à une déformation des conduits lorsque ces derniers sont parcourus par un fluide caloporteur sous pression.
Par ailleurs, lorsque les conduits présentent une surface plane orientée vers les batteries (ce qui est le cas des conduits de section oblongue, par exemple), de façon à avoir une large surface d’échange de la chaleur, il a été observé des défauts de planéité de cette surface plane. Du fait de ces défauts dus au brasage, le transfert thermique entre les batteries et l’échangeur thermique peut ne pas être homogène, si bien que l’échangeur thermique n’assure pas une régulation optimale de la température des batteries.
L’invention a pour but d’améliorer la résistance mécanique des conduits d’un échangeur thermique dans le but d’optimiser, dans une application particulière, la régulation thermique, notamment le refroidissement de la ou des batteries d’un véhicule automobile à motorisation électrique et/ou hybride.
L’objet de la présente invention concerne ainsi un échangeur thermique, notamment pour un véhicule automobile, l’échangeur thermique comprenant au moins un conduit de circulation d’un fluide caloporteur, et au moins une boîte collectrice définissant un volume de circulation du fluide caloporteur dans lequel une extrémité dudit au moins un conduit débouche.
Selon l’invention, l’échangeur thermique comprend en outre :
- au moins un joint d’étanchéité présentant au moins un orifice pour le passage dudit au moins un conduit et assemblé à la boîte collectrice, de sorte que ledit au moins un conduit et la boite collectrice sont assemblés mécaniquement avec interposition dudit moins un joint d’étanchéité, et
- au moins un organe de retenue mécanique de l’extrémité dudit au moins un conduit dans la boîte collectrice correspondante.
Les éléments de l’échangeur thermique sont solidarisés mécaniquement et de manière étanche. Grâce à cet assemblage mécanique, on ne dégrade pas la résistance mécanique des tubes (contrairement à un assemblage par brasage) et on limite les éventuels défauts de planéité des conduits.
En outre, l’organe de retenue permet d’empêcher le glissement des conduits en fonctionnement de l’échangeur thermique
L’échangeur thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison.
Selon une alternative, l’organe de retenue est monté à l’extérieur du volume de circulation du fluide caloporteur défini par la boîte collectrice, en étant d’une part assemblé à la boîte collectrice et d’autre part agencé en appui contre au moins une portion dudit au moins un conduit.
Selon une autre alternative, l’organe de retenue est agencé à l’intérieur du volume de circulation du fluide caloporteur défini par la boîte collectrice.
Selon une variante, l’organe de retenue est rapporté sur l’échangeur thermique.
Selon une autre variante, l’organe de retenue est formé sur un élément existant de l’échangeur thermique.
Selon un aspect de l’invention, l’organe de retenue comporte au moins un élément élastiquement déformable agencé de manière à venir en appui élastique sur l’extrémité dudit au moins un conduit.
Selon un autre aspect de l’invention, l’organe de retenue est assemblé par coopération de forme avec ledit au moins un conduit.
L’organe de retenue peut être assemblé par emboîtement élastique avec ledit au moins un conduit. L’organe de retenue est par exemple assemblé par clipsage ou encliquetage avec ledit au moins un conduit.
Selon un exemple de réalisation, l’organe de retenue est agencé de manière à venir en appui contre le joint d’étanchéité.
L’organe de retenue est par exemple réalisé par déchirement de la paroi dudit au moins un conduit de manière à venir en appui contre le joint d’étanchéité autour dudit au moins un conduit.
Selon un autre exemple de réalisation, l’organe de retenue est agencé dans l’échangeur thermique dans une zone dépourvue de joint d’étanchéité.
Selon un premier mode de réalisation, la boîte collectrice comporte une plaque collectrice présentant au moins un orifice de passage dudit au moins un conduit, et un couvercle recouvrant la plaque collectrice de manière à définir le volume de circulation du fluide caloporteur. Ledit au moins un joint d’étanchéité est disposé d’une part entre la plaque collectrice et ledit au moins un conduit, et d’autre part entre la plaque collectrice et le couvercle. L’assemblage mécanique entre le couvercle et la plaque collectrice peut être réalisé par sertissage de deux bords opposés de la plaque collectrice sur un pied de couvercle du couvercle.
Selon un deuxième mode de réalisation, la boîte collectrice comporte un couvercle définissant le volume de circulation du fluide caloporteur et présentant un orifice de passage dudit au moins un conduit. Ledit au moins un joint d’étanchéité est disposé entre le couvercle et ledit au moins un conduit. L’échangeur thermique peut comporter en outre une plaque collectrice assemblée au couvercle avec interposition dudit au moins un joint d’étanchéité. Ledit au moins un joint d’étanchéité est ainsi disposé d’autre part entre le couvercle et la plaque collectrice.
Selon une solution, l’organe de retenue est assemblé avec d’une part la plaque collectrice et d’autre part ledit au moins un conduit.
Selon une autre solution, l’organe de retenue est solidaire du couvercle et s’étend en direction dudit au moins un conduit.
L’organe de retenue peut comporter au moins un élément parmi une épingle de retenue, une patte de retenue, une languette de retenue, un ergot de retenue.
L’organe de retenue est par exemple solidaire du couvercle comporte au moins une languette de retenue s’étendant en direction dudit au moins un conduit et coopérant avec au moins une rainure complémentaire sur ledit au moins un conduit.
Selon un autre exemple, l’organe de retenue solidaire du couvercle comporte au moins un ergot de retenue s’étendant en direction dudit au moins un conduit et coopérant avec au moins un orifice complémentaire sur ledit au moins un conduit.
Selon encore une autre solution, l’organe de retenue comporte une épingle de retenue présentant au moins une déformation configurée pour venir en appui contre ledit au moins un conduit.
En variante ou en complément, l’organe de retenue comporte une épingle de retenue présentant au moins une déformation configurée pour venir en appui contre la plaque collectrice.
Par exemple, les déformations présentent chacune une forme de demi-sphère.
La plaque collectrice peut comporter au moins un passage d’épingle et au moins un organe de maintien de l’épingle.
Le passage d’épingle peut être formé sur l’organe de maintien de l’épingle.
La plaque collectrice peut comporter un collet délimitant un orifice de passage dudit au moins un conduit et présentant des orifices de passage de l’épingle. Selon encore un autre aspect de l’invention, ledit au moins un conduit comprend une pluralité de canaux de circulation du fluide caloporteur.
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 au niveau d’une boîte collectrice selon un premier mode de réalisation d’un échangeur thermique,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale au niveau d’une boîte collectrice selon un deuxième mode de réalisation d’un échangeur thermique,
- la figure 3 représente de façon schématique et partielle un conduit multicanaux pour un échangeur thermique de la figure 1 ou 2,
- la figure 4 représente de façon schématique un échangeur thermique de la figure 1 comprenant une épingle de retenue de conduits débouchant dans la boîte collectrice,
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale et partielle au niveau de la boîte collectrice de l’échangeur thermique de la figure 4,
- la figure 6 représente de façon schématique un échangeur thermique de la figure 2 comprenant une épingle de retenue de conduits débouchant dans la boîte collectrice,
- la figure 7 est une vue en coupe longitudinale et partielle au niveau de la boîte collectrice de l’échangeur thermique de la figure 6,
- la figure 8 montre de façon partielle une vue en perspective d’un conduit déformé pour coopérer avec une épingle de retenue de la figure 4 ou 6,
- la figure 9 est une vue en coupe transversale d’un échangeur thermique de la figure 1 comportant des conduits présentant des pattes de retenue des conduits dans la boîte collectrice,
- la figure 10 est une vue agrandie d’une portion de la figure 9,
- la figure 11 montre de façon partielle une vue en perspective d’un conduit présentant les pattes de retenue des figures 9 et 10,
- la figure 12 est une vue en coupe transversale d’un échangeur thermique de la figure 2 comportant des conduits présentant des pattes de retenue des conduits dans la boîte collectrice,
- la figure 13 représente de façon schématique un échangeur thermique de la figure 1 comprenant des languettes de retenue des conduits agencées dans le couvercle de la boîte collectrice, - la figure 14 montre de façon partielle une vue en perspective d’un conduit présentant une rainure pour coopérer avec des languettes de retenue de la figure 13,
- la figure 15 est une vue de côté du conduit de la figure 14,
- la figure 16 représente de façon schématique un échangeur thermique de la figure 2 comprenant des languettes de retenue des conduits formée sur le couvercle de la boîte collectrice,
- la figure 17 représente de façon schématique et partielle un échangeur thermique selon le deuxième mode de réalisation comprenant des ergots de retenue des conduits agencés dans le couvercle de la boîte collectrice,
- la figure l8a montre de façon partielle un conduit présentant un premier exemple d’orifice pour coopérer avec un ergot de retenue de la figure 17,
- la figure l8b montre de façon partielle un conduit présentant un deuxième exemple d’orifice pour coopérer avec un ergot de retenue de la figure 17, et
- la figure l8c montre de façon partielle un conduit présentant plusieurs orifices selon le deuxième exemple pour coopérer avec un ergot de retenue correspondant de la figure 17.
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.
En référence aux figures 1 et 2, l’invention concerne un échangeur thermique 1, V destiné à équiper un véhicule automobile, notamment de type hybride ou électrique.
Cet échangeur thermique 1, 1’ est en particulier prévu pour réguler la température, par exemple pour refroidir, une ou plusieurs batteries, formant une source d’énergie pour l’entraînement du véhicule automobile. L’échangeur thermique 1, 1’ est par exemple destiné à être positionné directement au contact de la ou des batteries au fond d’un boîtier de protection et parcouru par un fluide caloporteur, ou indirectement au contact de la ou des batteries dans le cas d’un échangeur thermique placé à l’extérieur du boîtier de protection des batteries.
En particulier, il peut s’agir d’un échangeur thermique 1, 1’ formant refroidisseur de batterie, pour un refroidissement dit indirect, c’est-à-dire dans lequel le fluide caloporteur destiné à circuler est un liquide de refroidissement, tel que de l’eau glycolée. Un tel liquide de refroidissement circule généralement dans une boucle séparée de la boucle de climatisation du véhicule automobile. La pression de fonctionnement de l’échangeur thermique de l’invention est, par exemple, de l’ordre de lbar, mais peut être inférieure ou supérieure à cette valeur.
Pour ce faire, l’échangeur thermique 1, 1’ comporte :
un faisceau 3 de tubes ou conduits 5, partiellement visibles sur les figures 1 à 3, dans lequel peut circuler le fluide caloporteur, tel que de l’eau glycolée, et
au moins une, généralement deux boîtes collectrices 7, 7’, dans lesquelles débouchent des extrémités correspondantes des conduits 5.
Une seule boîte collectrice 7 ou 7’ est représentée sur les figures 1 et 2. Chaque boîte collectrice 7, 7’ étant destinée à collecter et à répartir le fluide caloporteur.
L’échangeur thermique 1, 1’ comprend en outre une entrée de fluide et une sortie de fluide (non représentées) agencées sur au moins une boîte collectrice 7, 7’.
Les deux boîtes collectrices 7, 7’ sont généralement similaires. Deux modes de réalisation de boîte collectrice 7 ou 7’ sont illustrés sur les figures 1 et 2. Selon l’un ou l’autre des modes de réalisation, chaque boîte collectrice 7, 7’ définit un volume de circulation V du fluide caloporteur dans lequel débouche(nt) le(s) conduits 5. Il s’agit donc d’un volume V intérieur. Chaque boîte collectrice 7, 7’ est ainsi en communication fluidique avec les conduits 5.
Comme on le verra plus en détail par la suite, la boîte collectrice 7 ou 7’ et les conduits 5, de l’échangeur thermique 1, 1’ sont solidarisés ensemble mécaniquement et de manière étanche par interposition d’au moins un joint d’étanchéité 9, 9’.
En outre, l’échangeur thermique 1, 1’ comporte un ou plusieurs organes de retenue 11, non représentés sur les figures 1 et 2, assurant le blocage ou le maintien des extrémités des conduits 5 dans les boîtes collectrices 7, 7’. Différentes solutions pour la retenue des conduits 5 dans la boite collectrice 7 ou 7’ s’appliquant au premier ou au deuxième mode de réalisation de cette boite collectrice 7, 7’ sont illustrées sur les figures 4 à l8c. Faisceau
En ce qui concerne plus précisément le faisceau 3 de conduits 5, il présente deux extrémités opposées, seule une extrémité du faisceau 3 étant illustrée sur les figures 1 et 2. Chaque extrémité du faisceau 3 de conduits 5 est destinée à être assemblée avec une boîte collectrice 7, 7’.
Les conduits 5 du faisceau 3 sont placés parallèlement les uns aux autres et sont alignés de façon à former au moins une rangée dans lesquels le fluide caloporteur, notamment le liquide de refroidissement, tel que de l’eau glycolée, est destiné à circuler.
Les conduits 5 sont avantageusement de même longueur.
Les conduits 5 peuvent être rectilignes ou sensiblement droits. Les conduits 5, s’étendent principalement selon une direction d’extension D, schématisée sur les figures 1 et 2.
Chaque conduit 5 comprend deux extrémités opposées. Les conduits 5 débouchent à chaque extrémité, à l’intérieur du volume de circulation V défini par une boite collectrice 7 ou 7’ correspondante.
Les conduits 5 sont destinés à être en contact mécanique ou non avec au moins une batterie du véhicule (non représentée). Les conduits 5 sont avantageusement réalisés dans un matériau conducteur thermique, tel qu’un matériau métallique, par exemple en aluminium ou alliage d’aluminium.
Les conduits 5 sont par exemple réalisés sous formes de tubes plats. À titre d’exemple on peut prévoir des conduits 5 de largeur comprise entre l5mm et l20mm, de hauteur comprise entre 2mm et 5mm. Les conduits 5 présentent par exemple une section droite de forme générale oblongue.
Il s’agit en particulier de conduits 5 extradés. Avantageusement, il s’agit de conduits 5 multicanaux (voir figure 3). Autrement dit, chaque conduit 5 présente une pluralité de canaux 51 juxtaposés de circulation du fluide caloporteur. Les canaux 51 d’un conduit 5 peuvent être séparés par des jambes de renfort 53 qui assurent la tenue mécanique des conduits 5 à la pression (c’est-à-dire qui minimisent la déformation des conduits 5 sous la pression). Bien entendu, la forme des conduits 5 n’est pas limitée à la représentation de la figure 3 et d’autres variantes peuvent être envisagées.
Enfin, les extrémités des conduits 5 sont destinées à être reçues dans le joint d’étanchéité 9 ou 9’ d’une boîte collectrice 7 ou 7’ correspondante, à l’assemblage de l’échangeur thermique 1 ou 1’. Boîte collectrice
Premier mode de réalisation
En référence à la figure 1, on décrit plus en détail un premier mode de réalisation de boîte collectrice 7.
Selon ce premier mode de réalisation, la boîte collectrice 7 est réalisée en deux parties distinctes 13 et 15 assemblées l’une à l’autre de manière à définir le volume V intérieur de circulation de fluide caloporteur dans lesquels débouchent les conduits 5 du faisceau 3.
Plus précisément, la boîte collectrice 7 comporte une plaque collectrice 13 et un couvercle 15 recouvrant la plaque collectrice 13 pour fermer la boîte collectrice 7. La plaque collectrice 13, le couvercle 15 et les conduits 5, de l’échangeur thermique 1 sont solidarisés ensemble mécaniquement et de manière étanche par interposition du joint d’étanchéité 9 assurant l’étanchéité entre d’une part la plaque collectrice 13 et les conduits 5, et d’autre part entre la plaque collectrice 13 et le couvercle 15.
Comme illustré sur la figure 1, le couvercle 15 peut présenter une forme générale de voûte, c'est-à-dire une forme bombée. En section transversale, le couvercle 15 présente par exemple une forme générale d’un « U ».
De plus, le couvercle 15 présente un bord libre périphérique, par exemple élargi, formant un pied de couvercle 151.
Un tel couvercle 15 peut être réalisé par emboutissage. En variante, le couvercle 15 peut être extradé ou encore moulé.
Le couvercle 15 peut être réalisé en aluminium ou en alliage d’aluminium, ou en variante en plastique.
En ce qui concerne plus particulièrement la plaque collectrice 13, il peut s’agir d’une plaque métallique, par exemple en aluminium ou alliage d’aluminium, ou en acier.
La plaque collectrice 13 peut s’étendre selon une direction générale transversale T par rapport à la direction d’extension D des conduits 5.
Les conduits 5 débouchent à une extrémité à travers la plaque collectrice 13. Bien que cela ne soit pas illustré, il en est de même de l’extrémité opposée des conduits 5 à travers une autre plaque collectrice 13 similaire.
Chaque plaque collectrice 13 réunit les extrémités correspondantes des conduits 5 du faisceau 3. Pour cela, chaque plaque collectrice 13 comporte un ou plusieurs orifices 130 d’introduction et de passage des conduits 5 correspondants (mieux visible sur la figure 4) qui présentent un contour correspondant à celui d’une section droite des conduits 5. Autrement dit, dans l’exemple de la figure 1, ces orifices 130 sont de forme générale oblongue.
La plaque collectrice 13 présente dans l’exemple illustré sur la figure 1, une partie centrale 131, qui est plane ou sensiblement plane, et un rebord périphérique 133, qui est replié dans cet exemple. La plaque collectrice 13 est reliée de manière étanche au couvercle 15 par son rebord périphérique 133, par exemple par sertissage. La plaque collectrice 13 comporte à cet effet sur son rebord périphérique 133 une pluralité d’ergots, de dents, de languettes ou de pattes de sertissage 135 destinées à être serties par exemple sur le pied de couvercle 151 à l’assemblage, notamment sur une face supérieure du pied de couvercle 151. Chaque plaque collectrice 13 assure donc le maintien en position du couvercle 15 correspondant sur le joint d’étanchéité 9 et la plaque collectrice 13 après sertissage des pattes 135 de la plaque collectrice 13 sur le couvercle 15.
Les orifices 130 d’introduction et de passage des conduits 5 sont ménagés au niveau de la partie centrale 131 de la plaque collectrice 133. Les orifices 130 peuvent être délimités chacun par un bord recourbé formant un collet 137.
Une gorge 139, apte à recevoir le joint d’étanchéité 9 et le pied de couvercle 151, peut être ménagée dans la plaque collectrice 13. La gorge 139 est préférentiellement périphérique.
Le joint d’étanchéité 9 est avantageusement réalisé en matériau élastomère. Il peut ainsi être réalisé en éthylène-propylène-diène monomère connu sous le sigle EPDM.
Le joint d’étanchéité 9 est compressible au niveau des orifices 130 d’introduction et de passage des conduits 5.
Pour son agencement dans une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation, le joint d’étanchéité 9 se présente sous la forme d’une nappe 91 de forme sensiblement rectangulaire qui comprend un bourrelet 93 d’étanchéité périphérique. Le bourrelet 93 peut s’étendre dans la gorge 139 de la plaque collectrice 13.
Le joint d’étanchéité 9 présente un ou plusieurs orifices 95 (voir figures 1 et 4), pour le passage des conduits 5 ménagés au niveau d’une zone centrale de la nappe 91. Ces orifices 95 sont de forme complémentaire aux extrémités des conduits 5, par exemple oblongs. Chaque conduit 5 peut être monté serré dans un orifice 95 correspondant du joint d’étanchéité 9. Les orifices 95 sont délimités par des collets, appelés par la suite « tétines » 97. Chaque tétine 97 du joint d’étanchéité 9 est forcée à travers un collet 137 de la plaque collectrice 13 lors du montage.
À l’état assemblé des conduits 5 sur la boîte collectrice 7 correspondante, le joint d’étanchéité 9 se trouve comprimé dans l’espace compris entre la paroi extérieure d’un conduit 5 et le collet 137 d’un orifice 130 de la plaque collectrice 13 (voir figure 4). Le joint d’étanchéité 9 assure ainsi l’étanchéité de la liaison entre chacun des conduits 5 et la plaque collectrice 13 pour empêcher les fuites de fluide caloporteur.
D’autre part, le bourrelet 93 d’étanchéité périphérique du joint d’étanchéité 9 est comprimé entre le pied de couvercle 151 et la plaque collectrice 13 de manière à assurer l’étanchéité entre le couvercle 15 et la plaque collectrice 13. Le bourrelet 93 est pris en sandwich et comprimé entre le fond de la gorge 139 et le pied de couvercle 151.
Deuxième mode de réalisation
On décrit en référence à la figure 2 un deuxième mode de réalisation de la boîte collectrice 7’, qui diffère du premier mode de réalisation par le fait que, outre le joint d’étanchéité 9’, le volume V intérieur de circulation de fluide caloporteur dans lesquels débouchent les conduits 5 du faisceau 3 n’est plus défini par l’assemblage de deux pièces mais par une seule pièce.
Dans la suite, seule les différences des éléments de la boite collectrice 7’ par rapport au premier mode de réalisation sont détaillées.
Selon le deuxième mode de réalisation, la boîte collectrice 7’ comporte une pièce 15’, dans laquelle les extrémités des conduits 5 débouchent. Par analogie avec le premier mode de réalisation, cette pièce est désignée par la suite par couvercle 15’. Le joint d’étanchéité 9’ est agencé de manière à être comprimé entre le couvercle 15’ et les extrémités du ou des conduits 5 du faisceau 3.
Selon la variante illustrée sur la figure 2, la boîte collectrice 7’ peut comporter en outre une pièce additionnelle 13’ destinée à être traversée par le ou les conduits 5 et qui vient se fixer au couvercle 15’. Par analogie, au premier mode de réalisation, cette pièce additionnelle est nommée par la suite plaque collectrice 13’. Dans ce cas, le même joint d’étanchéité 9’, ou en variante un autre joint d’étanchéité, est agencé entre le couvercle 15’ et la plaque collectrice 13’, de sorte que la plaque collectrice 13’ vient comprimer ce joint d’étanchéité 9’ sur le couvercle 15’.
En ce qui concerne le couvercle 15’, il présente au moins un orifice 150, par exemple de forme générale oblongue, pour le passage du ou des conduits 5. Le couvercle 15’ présente une forme générale dont le contour est fermé ou quasiment fermé à l’exception du ou des orifices 150 pour le passage des conduits 5. Il s’agit ici d’une forme générale tubulaire.
Dans cet exemple, le couvercle 15’ comporte une chambre 152 ayant un contour par exemple de forme circulaire définissant le volume V intérieur de circulation de fluide caloporteur, et une embase 154 comprenant deux pieds 156 séparés par un évidement 158 central. L’orifice 150 débouche d’une part dans la chambre 152 et d’autre part au niveau de l’évidement 158 de l’embase 154.
Selon la variante illustrée sur la figure 2, la plaque collectrice 13’, comprend une paroi centrale 132 dont deux bords opposés sont prolongés par des ailes 134 recourbées. Ainsi, la plaque collectrice 13’ présente une section sensiblement en forme de « U ». Dans cet exemple, chaque aile 134 porte sur ses bords latéraux opposés des moyens d’assemblage au couvercle 15’, tels que des pattes de sertissage 135’, qui font saillie en direction de l’espace situé entre les deux ailes 134, en étant disposées en vis-à-vis, de manière à être rabattues sur les pieds 156 du couvercle 15’.
De plus, un collet 136 s’étend depuis un côté de la paroi centrale 132 opposé au couvercle 15’, en délimitant un orifice 130 d’introduction et de passage du conduit 5. L’orifice 130 et le collet 136 sont par exemple de forme oblongue.
La forme du joint d’étanchéité 9’ diffère par rapport à la forme du joint d’étanchéité 9 selon le premier mode de réalisation. Le joint d’étanchéité 9’ configuré pour être agencé dans une boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation, comprend une embase 92 à partir de laquelle s’étend perpendiculairement ou quasi perpendiculairement, une tétine 94 d’étanchéité. L’embase 92 est de forme complémentaire à l’évidement 158 du couvercle 15’, par exemple est sensiblement rectangulaire. La tétine 94 d’étanchéité est de forme complémentaire à l’orifice 150 du couvercle 15’. Le joint d’étanchéité 9 présente un orifice 95’ pour le passage du conduit 5, qui est de forme complémentaire au conduit 5. L’orifice 95’ est ménagé dans l’embase 92 et la tétine 94. À l’assemblage d’un conduit 5, par exemple en force, sur la boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation, l’étanchéité est assurée par compression du joint d’étanchéité 9’. Plus précisément, selon l’exemple illustré sur la figure 2, l’embase 92 du joint d’étanchéité 9’ est plaquée d’une part contre la paroi centrale 132 de la plaque collectrice 13’ et d’autre part contre la surface intérieure de l’évidement 158 du couvercle 15’, de sorte qu’il est maintenu comprimé entre le couvercle 15’ et la plaque collectrice 13’.
La tétine 94 du joint d’étanchéité 9’ est logée à force dans l’orifice 150 du couvercle 15’ et dépasse en partie de l’orifice 150 de façon à s’étendre partiellement dans la chambre 152 du couvercle 15’. Le conduit 5 traverse l’orifice 130 du collet 136 de la plaque collectrice 13’ et l’orifice 95’ du joint d’étanchéité 9’ en débouchant dans la chambre 152 du couvercle 15’. Le joint d’étanchéité 9’ est comprimé par le conduit 5 au niveau de l’orifice 150 du couvercle 15’. Le passage du conduit 5 dans le joint d’étanchéité 9’ permet de comprimer radialement la paroi externe de la tétine 94 contre la paroi interne de l’orifice 150 du couvercle 15’, garantissant l’étanchéité de la liaison conduit 5 / couvercle 15’. Autrement dit, le conduit 5 est monté en précontrainte dans la tétine 94 du joint d’étanchéité 9’.
Le joint d’étanchéité 9’ se trouve donc comprimé d’une part entre le conduit 5 et le couvercle 15’ et d’autre part entre la plaque collectrice 13 et le couvercle 15’, au niveau de la surface intérieure de l’évidement 158, assurant à la fois l’étanchéité des liaisons conduit 5 / couvercle 15’ et couvercle 15’ / plaque collectrice 13’.
Les liaisons d’étanchéité ne sont donc pas aux mêmes endroits par rapport au premier mode de réalisation.
Organe de retenue
Pour empêcher le glissement du ou des conduits 5 par rapport à la boîte collectrice 7, 7’ selon l’un ou G autres des modes de réalisation, différentes solutions de retenue ou maintien par l’intermédiaire d’un ou plusieurs organes de retenue 11 sont décrites ci-après. Il s’agit en particulier d’organes de retenue 11 mécaniques. Ces différentes solutions peuvent s’appliquer à un échangeur thermique 1, 1’ dont la boîte collectrice 7, 7’ est selon le premier ou le deuxième mode de réalisation. Première solution
En référence aux figures 4 à 8, on décrit une première solution d’organe de retenue 11 qui peut s’appliquer pour une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation (figures 4 et 5) ou 7’ selon le deuxième mode de réalisation (figures 6 et 7).
Selon cette première solution, l’organe de retenue 11 est assemblé d’une part à la boîte collectrice 7, 7’ et d’autre part agencée en appui contre au moins une portion du conduit 5. Plus précisément, l’organe de retenue 11 est configuré ou conformé pour coopérer à la fois avec le conduit 5 et la plaque collectrice 13 ou 13’. L’organe de retenue 11 est notamment un organe additionnel qui est rapporté sur les éléments de l’échangeur thermique 1 ou G.
Dans les exemples décrits de cette première solution, l’organe de retenue 11 n’interagit pas avec le joint d’étanchéité 9 ou 9’. Les liaisons mécaniques entre l’organe de retenue 11 et le conduit 5 et la boîte collectrice 7 ou 7’, sont avantageusement dissociées de la zone d’étanchéité. Autrement dit, l’organe de retenue 11 est agencé dans l’échangeur thermique 1, 1’ dans une zone dépourvue de joint d’étanchéité 9, 9’.
En particulier, l’organe de retenue 11 selon la première solution, est monté à l’extérieur du volume V de circulation du fluide caloporteur défini par la boîte collectrice 7 ou 7’.
L’organe de retenue 11 est de plus réalisé dans un matériau élastique, c'est-à-dire élastiquement déformable. L’organe de retenue 11 est agencé de manière à solliciter élastiquement le conduit 5 en position dans la boîte collectrice 7 ou 7’, et assure ainsi la fonction de retenue.
Selon les exemples illustrés, l’organe de retenue 11 comporte une épingle 17 ou 17’. Cette épingle 17 ou 17’ présente par exemple deux branches latérales 170 reliées par une base 171.
De façon complémentaire, le conduit 5 présente, comme cela est mieux visible sur la figure 8, deux logements 55 tels que des encoches ou renfoncements, pour le passage de l’épingle 17 ou 17’, en particulier pour le passage des deux branches latérales 170. Les logements 55 sont prévus à chaque extrémité du conduit 5, et de chaque côté. Dans le cas illustré, les logements 55 sont prévus au niveau des petits bords arrondis du conduit 5 de section droite oblongue ou sensiblement oblongue. La coopération de l’épingle 17 ou 17’ avec ces logements 55, permet de bloquer en translation, selon la direction D, le conduit 5.
Chaque logement 55 peut être un renfoncement obtenu par déformation de la paroi du dernier canal 51 (non visible sur la figure 5). En variante, on peut envisager un conduit 5 dont les parois latérales externes sont plus épaisses, chaque logement 55 peut alors être une encoche obtenue par enlèvement de matière, ce qui n’impacte pas le passage du fluide dans les canaux d’extrémité du conduit 5.
L’épingle 17 ou 17’ est adaptée selon le mode de réalisation de la boîte collectrice 13 ou 13’.
Également, la boîte collectrice 7 ou 7’, en particulier, au niveau de la plaque collectrice 13 ou 13’, est ménagée en certains endroits pour permettre le passage et la retenue de l’épingle 17 ou 17’ correspondante, afin d’assurer une liaison rigide entre l’épingle 17 ou 17’ et la plaque collectrice 13 ou 13’ une fois l’ensemble mis en place. Sans limitation, les passages d’épingle dans la plaque collectrice 13, 13’ peuvent être ronds, oblongs, de contour ouvert ou fermé.
On peut prévoir notamment un ou plusieurs moyens ou organes permettant de maintenir cette épingle 17 ou 17’. À titre d’exemple non limitatif, on peut prévoir un collage, un sertissage de l’épingle 17 ou 17’ ou encore une ou plusieurs pattes de maintien ou languettes de maintien. De tels moyens ou organes de maintien supplémentaires sont également adaptés selon le mode de réalisation. Appliquée au premier mode de réalisation
Pour un échangeur thermique 1 comportant une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation, la coopération entre l’épingle 17 et le conduit 5 d’une part et la plaque collectrice 13 d’autre part, peut être réalisée au niveau de portions différentes de l’épingle 17 (figure 4).
En particulier, l’épingle 17 est déformée au niveau de ses branches latérales 170. Les déformations 172 de l’épingle 17 assurent la tenue mécanique du conduit 5, au niveau des logements 55. Les déformations 172 peuvent être centrales. Dans l’exemple illustré sur les figures 4 et 5, les logements 55, tels que des renfoncements ou encoches, sont ménagés au niveau d’une portion du conduit 5 qui n’est pas reçue dans le joint d’étanchéité 9 ou dans la plaque collectrice 13. L’épingle 17 vient serrer directement le conduit 5.
De plus, la boîte collectrice 7 comporte des moyens ou organes de maintien 19 de l’épingle 17. Les organes de maintien 19 permettent le passage et la retenue de l’épingle dans la plaque collectrice 13. Les organes de maintien 19 présentent donc chacun un passage d’épingle 20 qui peut être de contour ouvert ou fermé, et présenter toute forme appropriée, par exemple ronde ou oblongue. En particulier, ces organes de maintien 19 sont prévus sur la plaque collectrice 13, du côté externe, c'est-à-dire du côté opposé au volume V intérieur défini par la boîte collectrice 7, pour la circulation du fluide caloporteur. Autrement dit, l’épingle 17 coopère avec la boîte collectrice 7, en particulier avec la plaque collectrice 13, pour assurer la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7.
Les organes de maintien 19 peuvent être formés par des pattes de maintien, également désignées par la référence 19. Ces pattes de maintien 19, par exemple réalisées par découpe, s’étendent depuis la plaque collectrice 13 en direction du reste du faisceau 3, du côté opposé au volume V de circulation du fluide caloporteur dans lequel débouchent le conduit 5. Les pattes de maintien 19 peuvent présenter une forme de crochet. Les pattes de maintien 19 sont agencées de manière à coopérer avec l’épingle 17 en des endroits différents des déformations 172. Dans l’exemple illustré sur la figure 4, les pattes de maintien 19 coopèrent avec des portions d’extrémités, en haut et en bas selon la disposition sur la figure 4, des branches latérales 170 de l’épingle 17. Les pattes de maintien 19 sont conformées de manière à empêcher un mouvement de rotation de l’épingle 17, vers la gauche ou vers la droite en référence à la disposition des éléments sur la figure 4, lorsque l’épingle 17 vient serrer le conduit 5. On assure une liaison rigide entre l’épingle 17 et la plaque collectrice 13.
En complément, on peut prévoir un ou plusieurs points de collage par exemple au niveau des portions de l’épingle 17 coopérant avec les pattes de maintien 19, pour garantir le maintien de l’épingle 17 assurant la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7. Appliquée au deuxième mode de réalisation
Pour un échangeur thermique V comportant une boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation, la coopération entre l’épingle 17’ et le conduit 5 peut se faire au niveau d’une portion du conduit 5 reçue dans la plaque collectrice 13’, plus particulièrement dans le collet 136 (voir figures 6 et 7).
Pour ce faire, des passages sont ménagés sur le collet 136 pour l’épingle 17’. Il s’agit par exemple d’orifices 21, visibles sur la figure 6. Sans limitation, les passages d’épingle, tels que les orifices 21, peuvent être ronds, oblongs. Les orifices 21 sont ici au niveau des petits bords arrondis pour un collet 136 de forme oblongue. L’épingle 17’ peut se glisser dans les passages correspondants, ici les orifices 21, et venir coincer au niveau des encoches 55, le conduit 5 débouchant dans la boîte collectrice 7’. Il s’agit en particulier des branches latérales 170 qui sont insérées à travers le collet 136 de la plaque collectrice 13’ pour venir en appui dans les encoches 55 du conduit 5 (figure 8). Dans ce cas, les branches latérales 170 de l’épingle 17’ sont droites pour pouvoir passer dans le collet 136 de la plaque collectrice 13’.
En outre, en se référant de nouveau à la figure 6, l’épingle 17’ vient également en appui contre la plaque collectrice 13’ en un endroit distinct des orifices 21 pour le passage de l’épingle 17’. Plus précisément, l’épingle 17’ vient en appui sur la face externe d’un côté longitudinal du collet 136. Pour ce faire, l’épingle 17’ peut comporter une ou plusieurs portions de contact 173, par exemple sous forme de demi-sphères, venant se poser en appui sur le collet 136 de la plaque collectrice 13’. Dans l’exemple illustré, seules deux portions de contact 173 en demi-sphères sont représentées. Bien entendu, ceci n’est pas limitatif. Le nombre de portions de contact 173 peut être adapté en fonction des dimensions du conduit 5. Notamment selon la largeur du conduit 5, la longueur de l’épingle 17’, ici de sa base 170, est adaptée, ainsi que le nombre de portions de contact 173.
L’épingle élastique 17’ vient en force sur la plaque collectrice 13’, et afin d’éviter que l’épingle 17’ ne remonte, en référence à la disposition des éléments sur la figure 6, on peut prévoir que la boîte collectrice 7’ comporte au moins un organe de maintien 23 de l’épingle 17, en particulier au niveau de la plaque collectrice 13’, du côté externe, c'est-à- dire du côté opposé au volume V intérieur, pour la circulation du fluide caloporteur, défini par la boîte collectrice 7’, en se référant également à la figure 7. Selon ce mode de réalisation également, l’épingle 17’ coopère avec la boîte collectrice 7’, en particulier avec la plaque collectrice 13’, pour assurer la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7’.
Selon l’exemple illustré sur la figure 6, l’organe de maintien 21 peut être réalisé sous forme de languette ou clip, agencé pour venir en appui contre une portion de l’épingle 17’ pour la bloquer en position une fois insérée dans les orifices 21 en étant en appui contre le conduit 5.
Dans l’exemple illustré, seule une languette de maintien 21 est illustrée, bien entendu plus d’une languette de maintien 21 peut être prévue, par exemple deux ou trois languettes de maintien 21 peuvent assurer la retenue de l’épingle 17’, par exemple au centre et à chaque extrémité.
L’épingle 17’ adaptée pour une boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation est déformée non plus au niveau de la portion en appui contre le conduit 5 comme pour le premier mode de réalisation, mais au niveau des portions 173 en appui contre la plaque collectrice 13’. La tenue mécanique de l’épingle 17 ou 17’ en place n’est pas assurée au même endroit entre les deux modes de réalisation.
En complément, on peut prévoir en outre une déformation, notamment un poinçonnage 138, en se référant également à la figure 2, en un ou plusieurs endroits, sur la paroi extérieure du collet 136 de la plaque collectrice 13’ pour immobiliser l’épingle 17’. Le poinçonnage 138, schématisé sur la figure 2, est dirigé vers le conduit 5. Selon l’exemple décrit, un tel poinçonnage 138 est réalisé au niveau des petits bords arrondis du collet 136 présentant les orifices 21 pour l’insertion de l’épingle 17’. Le poinçonnage 138 est prévu suffisamment profond pour déformer la paroi intérieure du collet 136 et l’épingle 17’. On diminue ainsi ponctuellement la largeur de l’orifice 130 au niveau du collet 136, bloquant ainsi le déplacement de l’épingle 17’ en appui contre la paroi extérieure du conduit 5.
Deuxième solution
En référence aux figures 9 à 12, on décrit une deuxième solution pour assurer la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7 ou 7’. Contrairement à la première solution, l’organe de retenue 11 n’est pas une pièce additionnelle rapportée dans l’échangeur thermique 1 ou 1’ mais est formé directement par ou sur l’un des composants de l’échangeur thermique 1, 1’, en particulier par le conduit 5 lui-même.
Selon la deuxième solution, l’organe de retenue 11 est agencé à l’intérieur du volume V de circulation du fluide caloporteur défini par la boîte collectrice 7, 7’.
Plus précisément, selon cette deuxième solution, la retenue est réalisée par le déchirement, en un ou plusieurs endroits, de la paroi de l’extrémité de chaque conduit 5 multicanaux qui débouche dans la boîte collectrice 7, 7’ correspondante. En particulier, la paroi est déchirée au niveau d’un ou plusieurs canaux 51 de chaque conduit 5. En clair, ces canaux 51 sont ouverts.
L’extrémité d’un conduit 5 présentant plusieurs parois déchirées pour former les pattes de retenue 25 est mieux visible sur la figure 11. À chaque endroit, la paroi est déchirée complètement jusqu’à venir en butée contre le joint d’étanchéité 9 ou 9’ (figures 9, 10, 12), de manière à former une patte de retenue 25. Appliquée au premier mode de réalisation
Pour un échangeur thermique 1 comportant une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation (figures 9, 10), l’extrémité des conduits 5 peut être déchirée après l’insertion des conduits 5 dans le joint d’étanchéité 9 et dans la plaque collectrice 13 de la boîte collectrice 7. Notamment, lors de l’assemblage, on insère le conduit 5, par exemple par emmanchage à force, dans le joint d’étanchéité 9 et dans la plaque collectrice 13. Ensuite, au moyen d’un outil, on vient déchirer la paroi du conduit 5 au niveau d’un ou plusieurs canaux 51, de façon à ouvrir complètement ces canaux 51 et rabattre les parois déchirées formant pattes de retenue 25, de façon à bloquer le conduit 5. Appliquée au deuxième mode de réalisation
Pour un échangeur thermique G comportant une boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation (figure 12), l’extrémité des conduits 5 peut être déchirée après l’insertion des conduits 5 dans le joint d’étanchéité 9’ et dans l’orifice 150 du couvercle 15’. Notamment, lors de l’assemblage, on insère le conduit 5 dans le joint d’étanchéité 9’. Le couvercle 15’ peut être assemblé sur le joint d’étanchéité 9’ recevant l’extrémité du conduit 5. Ensuite, comme précédemment, au moyen d’un outil, on vient déchirer la paroi du conduit 5 au niveau d’un ou plusieurs canaux 51, de façon à ouvrir complètement ces canaux 51 et rabattre les parois déchirées formant pattes de retenue 25, de façon à bloquer le conduit 5.
On pourrait envisager en variante, que les parois déchirées viennent également en appui sur le couvercle 15’. Dans ce cas, il est nécessaire d’adapter la forme du couvercle 15’ au niveau de la réception de l’ensemble joint / conduit, notamment en prévoyant un plat, c'est-à-dire une surface plane ou quasiment plane, plus importante, plus large, autour de l’orifice 150, pour que les parois déchirées formant pattes de retenue 25 puissent venir en appui dessus.
Troisième solution
En référence aux figures 13 à 16, on décrit une troisième solution d’organe de retenue 11 qui peut s’appliquer pour une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation (figure 13) ou 7’ selon le deuxième mode de réalisation (figure 16).
Selon cette troisième solution, la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7, 7’ est réalisée par coopération de forme. Autrement dit, l’organe de retenue 11 est assemblé par coopération de forme avec le conduit 5.
Plus particulièrement la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7, 7’ est réalisée par emboîtement élastique, notamment par clipsage ou encliquetage. L’organe de retenue 11 comporte donc au moins un organe de clipsage, ou un organe d’encliquetage, ou de fixation ressort, réalisé dans un matériau élastique, c'est-à-dire élastiquement déformable.
Pour ce faire, l’organe de retenue 11 peut être formé sur au moins une pièce additionnelle ou insert 27 (figure 13) qui est rapportée sur un élément de l’échangeur thermique 1 ou G, en particulier sur le couvercle 15 ou 15’ ou en alternative, peut être formé directement sur l’un des composants de l’échangeur thermique 1, G, en particulier le couvercle 15 ou 15’.
La nécessité de la pièce additionnelle 27 est notamment liée au procédé d’obtention du couvercle 15 ou 15’. À savoir, dans le cas d’un emboutissage, une pièce additionnelle 27 est rapportée sur le couvercle, comme illustré sur le couvercle 15 de la figure 13. En revanche, pour un procédé d’obtention par extrusion ou moulage, l’organe de retenue 11 peut être plus facilement formé directement sur le couvercle, comme illustré sur le couvercle 15’ de la figure 16.
Dans les exemples de la troisième solution, l’organe de retenue 11 est solidaire du couvercle 15, 15’ et s’étend en direction du conduit 5. L’organe de retenue 11 est configuré ou conformé pour s’étendre depuis le couvercle 15 ou 15’ ou depuis la pièce additionnelle 27 ajustée dans le couvercle 15 ou 15’ et venir exercer un effort sur le conduit 5.
Dans les exemples décrits de cette troisième solution, l’organe de retenue 11 n’interagit pas avec le joint d’étanchéité 9 ou 9’. Les liaisons mécaniques entre l’organe de retenue 11 et le conduit 5, sont dissociées de la zone d’étanchéité. Autrement dit, l’organe de retenue 11 est agencé dans l’échangeur thermique 1, V dans une zone dépourvue de joint d’étanchéité 9, 9’.
Selon les exemples illustrés, l’organe de retenue 11 comporte au moins une languette de retenue 29 formant l’organe de clipsage ou plus simplement un clip. On peut prévoir une seule languette de retenue 29 s’étendant dans le sens de la longueur du couvercle 15, 15’, qui correspond au sens de la largeur du conduit 5. En variante, on peut prévoir plusieurs languettes de retenue 29 discontinues. Cette dernière variante est notamment plus facilement réalisable sur une ou plusieurs pièces additionnelles 27. Les languettes de retenue 29 sont avantageusement prévues pour coopérer avec les deux côtés du conduit 5.
En complément, le conduit 5 présente à son extrémité, au moins une rainure 57. Dans l’exemple de la figure 14, la rainure 57 est réalisée sur toute la largeur du conduit 5. Comme on le voit sur la figure 15, une telle rainure 57 est avantageusement prévue des deux côtés du conduit 5, il s’agit notamment des deux grands côtés opposés pour un conduit 5 réalisé par un tube plat tel que décrit précédemment. Appliquée au premier mode de réalisation
Pour une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation (figure 13), le couvercle 15 est généralement réalisé par emboutissage.
Dans l’exemple illustré sur la figure 13, une pièce additionnelle 27 pour assurer le clipsage est solidarisée au couvercle 15. Cette solidarisation peut se faire par un ajustement en force. Cette pièce additionnelle 27 est ajustée pour épouser la forme interne du couvercle 15, du côté du volume V intérieur.
La pièce additionnelle 27 porte une ou plusieurs languettes de retenue 29. La pièce additionnelle 27 est donc configurée pour coopérer à la fois avec le couvercle 15 et l’extrémité du conduit 5 débouchant dans la boîte collectrice 7.
En variante, plusieurs pièces additionnelles 27 peuvent être rapportées sur le couvercle 15. En particulier, avec une telle variante, des languettes de retenue 29 distinctes peuvent être réalisées de façon discontinue du côté interne des pièces additionnelles 27 débouchant dans le volume V de circulation du fluide caloporteur.
Lorsque le conduit 5 est assemblé avec la boîte collectrice 7, l’extrémité du conduit 5 poussent les languettes de retenue 29, jusqu’à ce qu’elles viennent s’enclencher dans la rainure 57 correspondante. Les languettes de retenue 29 doivent donc résister à la déformation générée lors du passage du conduit 5, pour ne pas se déformer de manière permanente. Lorsque la plaque collectrice 13 est sertie sur le couvercle 15, l’ensemble est bloqué.
Selon une alternative non représentée, on peut envisager un couvercle qui soit réalisé par extrusion ou moulage. Dans ce cas, on peut prévoir que la ou les languettes de retenue 29 soit réalisées directement sur un tel couvercle. Appliquée au deuxième mode de réalisation
Dans l’exemple illustré sur la figure 16, les languettes de retenue 29 sont formées d’une seule pièce avec le couvercle 15’.
Pour une boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation, le couvercle 15 peut être réalisé par extrusion ou par moulage. Ceci offre la possibilité de réaliser les languettes de retenue 29 directement sur le couvercle 15’.
Selon une variante non représentée, les languettes de retenue 29 peuvent éventuellement être discontinues. Une telle variante est plus facilement réalisable dans le cas d’un couvercle 15’ moulé.
Comme précédemment, lorsque le conduit 5 est assemblé avec la boîte collectrice 7’, l’extrémité du conduit 5 poussent les languettes de retenue 29, jusqu’à ce qu’elles viennent s’enclencher dans la rainure 57 correspondante (voir figures 14, 15). Les languettes de retenue 29 doivent donc résister à la déformation générée lors du passage du conduit 5, pour ne pas se déformer de manière permanente.
La troisième solution ne nécessite plus l’utilisation d’un outil pour venir réaliser l’organe de retenue 11, comme dans la deuxième solution. La troisième solution ne nécessite donc pas d’accès aux extrémités des conduits 5 débouchant dans la boîte collectrice 7, 7’, ce qui est particulièrement avantageux pour une boîte collectrice 7’ réalisée selon le deuxième mode de réalisation dont le couvercle 15’ a un contour quasi complètement fermé.
Quatrième solution
Une quatrième solution est illustrée sur les figures 17 à l8c. Seules les différences de cette quatrième solution par rapport à la troisième solution sont explicitées ci-après.
Dans l’exemple de la figure 17, une boîte collectrice 7’ selon le deuxième mode de réalisation est représentée. On pourrait envisager une variante similaire avec une boîte collectrice 7 selon le premier mode de réalisation.
Selon cette quatrième solution, la retenue du conduit 5 dans la boîte collectrice 7’ est réalisée par encliquetage d’un organe de retenue 11 dans au moins un orifice 59 du conduit 5.
Pour ce faire, l’organe de retenue 11 peut être formé sur au moins une pièce additionnelle ou insert 270 (figure 17) qui est rapportée sur le couvercle 15’. Cette pièce additionnelle 270 peut être réalisée par une agrafe ou une bague ressort. La pièce additionnelle 270 peut être réalisée en matière métallique, par exemple en aluminium, ou en plastique.
Selon l’exemple illustré, l’organe de retenue 11 comporte au moins un ergot de retenue 290 formant un organe d’encliquetage ou plus simplement un clip. Dans l’exemple de la figure 17, un ergot de retenue 290 est prévu à chaque extrémité de la pièce additionnelle 270 ou agrafe. On peut prévoir un ou plusieurs ergots de retenue 290 de chaque côté afin de coopérer avec les deux côtés du conduit 5. Cette dernière variante est notamment plus facilement réalisable sur une ou plusieurs pièces additionnelles 270. En alternative, l’organe de retenue 11 pourrait être formé directement sur le couvercle 15’. Les ergots de retenue 290 peuvent donc faire partie intégrante du couvercle 15’, par exemple en étant moulés en même temps que le couvercle 15’ et dans la même matière, par exemple en plastique. Les ergots de retenue 290 peuvent aussi être surmoulés, c'est alors une pièce rapportée dans le moule de couvercle 15’ et noyée au moment de l’injection du plastique.
De façon complémentaire, le conduit 5 présente à son extrémité, un ou plusieurs orifices 59 (voir figures l8a à 18c) dans lesquels un ergot de retenue 290 correspondant vient s’engager à l’assemblage du conduit 5 à la boîte collectrice 7’. Le ou les orifices 59 sont ménagés à l’extrémité des deux grands côtés opposés pour un conduit 5 réalisé par un tube plat tel que décrit précédemment. Bien entendu, la forme des orifices 59 peut être adaptée et est complémentaire de la forme des ergots de retenue 290.
Lorsque le conduit 5 est assemblé avec la boîte collectrice 7’, l’extrémité du conduit 5 pousse les ergots de retenue 290, jusqu’à ce que les orifices 59 dépassent les ergots 290 qui viennent s’enclencher chacun dans un orifice 59 correspondant. Les ergots de retenue 290 doivent donc résister à la déformation générée lors du passage du conduit 5, pour ne pas se déformer de manière permanente. Il n’y a pas d’opération supplémentaire pour assurer la retenue des conduits 5, celle-ci se fait en même temps que l’assemblage et l’étanchéité. Un tel assemblage est très rapide tout en offrant une retenue efficace. En particulier, après assemblage, l’ensemble n’est plus démontable.
Ainsi, pour empêcher que les conduits 5 ne ressortent de la boîte collectrice 7’, sous l’effet de la pression, les conduits 5 ne sont pas déformés, comme dans les précédentes solutions, mais on utilise des orifices 59 réalisés sur les côtés des conduits 5.
Bien entendu, les modes de réalisation qui sont décrits ci-dessus ne sont nullement limitatifs. Toute autre variante peut être envisagée, notamment les caractéristiques décrites dans les modes de réalisation peuvent être isolées, combinées ou interchangées.
On comprend donc que quel que soit le mode de réalisation de la présente invention, l’assemblage mécanique de l’échangeur thermique 1 ou 1’, en particulier destiné à la régulation thermique de batteries notamment de véhicule automobile, est relativement aisé et permet de garantir l’étanchéité à l’intérieur des boîtes collectrices 7, 7’, où circule le fluide caloporteur. En complément, l’une ou l’autre des solutions de retenue mécanique complémentaire des conduits 5 dans les boîtes collectrices 7, 7’ assure la résistance mécanique à la pression des conduits 5, empêchant leur désolidarisation des boîtes collectrices 7, 7’ et garantissant ainsi l’étanchéité de l’échangeur thermique 1, G. En d’autres termes le ou les organes de retenue 11 selon l’une ou l’autre des solutions précédemment décrites, assurent le blocage des conduits 5 lors de l’assemblage, de sorte que ces derniers résistent à la pression d’utilisation qui a tendance à les faire ressortir du joint d’étanchéité 9, 9’ .
Il n’est donc pas nécessaire de recourir au brasage, ce qui garantit notamment la planéité des surfaces planes des conduits 5, par exemple pour un contact mécanique avec une batterie. Par conséquent, les échanges thermiques entre les tubes de l’échangeur thermique et la batterie, quand l’échangeur thermique est destiné à réguler thermiquement une ou des batteries, sont optimisés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Échangeur thermique (1, G) notamment pour un véhicule automobile, l’échangeur thermique (1, G) comprenant au moins un conduit (5) de circulation d’un fluide caloporteur, et au moins une boîte collectrice (7, 7’) définissant un volume (V) de circulation du fluide caloporteur dans lequel une extrémité dudit au moins un conduit (5) débouche,
caractérisé en ce que l’échangeur thermique (1, G) comprend en outre :
au moins un joint d’étanchéité (9, 9’) présentant au moins un orifice (95, 95’) pour le passage dudit au moins un conduit (5) et assemblé à la boîte collectrice (7, 7’), de sorte que ledit au moins un conduit (5) et la boite collectrice (7, 7’) sont assemblés mécaniquement avec interposition dudit moins un joint d’étanchéité (9, 9’), et
au moins un organe de retenue (11) mécanique de l’extrémité dudit au moins un conduit (5) dans la boîte collectrice (7, 7’) correspondante.
2. Échangeur thermique (1, G) selon la revendication 1, dans lequel l’organe de retenue (11) est monté à l’extérieur du volume (V) de circulation du fluide caloporteur défini par la boîte collectrice (7, 7’), en étant d’une part assemblé à la boîte collectrice (7, 7’) et d’autre part agencé en appui contre au moins une portion dudit au moins un conduit (5).
3. Échangeur thermique (1, G) selon la revendication 1, dans lequel l’organe de retenue (11) est agencé à l’intérieur du volume (V) de circulation du fluide caloporteur défini par la boîte collectrice (7, 7’).
4. Échangeur thermique (1, G) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’organe de retenue (11) comporte au moins un élément élastiquement déformable (17, 17’, 29, 290) agencé de manière à venir en appui élastique sur l’extrémité dudit au moins un conduit (5).
5. Échangeur thermique (1, G) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’organe de retenue (11) est assemblé par coopération de forme avec ledit au moins un conduit (5).
6. Échangeur thermique (1, G) selon la revendication 3, dans lequel l’organe de retenue (11) est réalisé par déchirement de la paroi dudit au moins un conduit (5), de manière à venir en appui contre le joint d’étanchéité (9, 9’) autour dudit au moins un conduit (5).
7. Échangeur thermique (1, ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’organe de retenue (11) est agencé dans l’échangeur thermique (1, ) dans une zone dépourvue de joint d’étanchéité (9, 9’).
8. Échangeur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel :
la boîte collectrice (7) comporte une plaque collectrice (13) présentant au moins un orifice (130) de passage dudit au moins un conduit (5), et un couvercle (15) recouvrant la plaque collectrice (13) de manière à définir le volume (V) de circulation du fluide caloporteur, et
ledit au moins un joint d’étanchéité (9) est disposé d’une part entre la plaque collectrice (13) et ledit au moins un conduit (5), et d’autre part entre la plaque collectrice (13) et le couvercle (15).
9. Échangeur thermique ( ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel :
la boîte collectrice (7’) comporte un couvercle (15’) définissant le volume de circulation du fluide caloporteur et présentant un orifice (150) de passage dudit au moins un conduit (5), et
ledit au moins un joint d’étanchéité (9’) est disposé entre le couvercle (15’) et ledit au moins un conduit (5).
10. Échangeur thermique (1, ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de retenue (11) comporte au moins un élément parmi une épingle de retenue (17, 17’), une patte de retenue (25), une languette de retenue (29), un ergot de retenue (290).
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