FR2892807A1 - Collecteur renforce pour une boite collectrice d'un echangeur de chaleur et boite collectrice comportant un tel collecteur. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un collecteur, du type comprenant une plaque (20) sensiblement plane avec des trous (22) pour recevoir des tubes d'un échangeur de chaleur, ainsi que des bords latéraux (24) relevés s'étendant à un angle de ladite plaque (20) et reliés à celle-ci par au moins une portion incurvée dans laquelle sont réalisées des nervures (52) présentant chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction d'extension des bords latéraux (24). La plaque (20) comporte au moins une nervure supplémentaire (50) entre certains au moins desdits trous (22), lesquelles présentent chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction opposée à la direction d'extension des bords latéraux (24).
Description
RFRO261 1 Collecteur renforcé pour boîte collectrice d'un échangeur de
chaleur et boîte collectrice comportant un tel collecteur L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur et elle concerne plus particulièrement un collecteur pour boîte collectrice, du type comprenant une plaque sensiblement plane avec des ouvertures pour recevoir des tubes d'un échangeur de chaleur, ainsi que des bords latéraux relevés s'étendant à un angle de ladite plaque et reliés à celle-ci par au moins une portion incurvée dans laquelle sont réalisées des nervures présentant chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction d'extension des bords latéraux.
De tels collecteurs sont utilisés en particulier dans des boîtes collectrices obtenues par l'assemblage de deux pièces collectrices, à savoir un collecteur et un couvercle, le collecteur étant le plus souvent réalisé en aluminium ou en alliage à base d'aluminium.
De telles boîtes collectrices sont utilisées dans des échangeurs de chaleur et en particulier dans des radiateurs servant au refroidissement du moteur ou de l'air de suralimentation de véhicules automobiles. Dans de tels radiateurs, le liquide de refroidissement ou l'air de suralimentation, qui circule dans la boîte collectrice et dans les tubes, est à une pression importante et à une température qui peut dépasser 100 C. L'une des principales difficultés dans la conception de telles boîtes collectrices est l'obtention d'une bonne résistance à la pression pour le collecteur, sans utiliser une largeur trop importante de matériau pour le réaliser.
On connaît déjà certaines boîtes collectrices dont la conception vise à résoudre ce problème, comme celle présentée dans US 2003 217838. Dans ce document, le collecteur a une section sensiblement en forme de U, et son épaisseur est doublée par un repli de matière au niveau du raccordement entre les branches du U et le fond de celui-ci. Ce type de conception augmente l'utilisation de matière première, occupe beaucoup d'espace, et la nécessité de braser le collecteur sur lui-même au niveau des replis empêche entre autres l'utilisation d'un revêtement anticorrosif à l'intérieur de celui-ci.
Par FR 2 720 490, on connaît une plaque collectrice présentant des ouvertures dans une région sensiblement plane qui se raccorde à au moins une région incurvée de forme générale cylindrique s'écartant du plan de la région plane, dans laquelle la forme cylindrique est interrompue par une multiplicité de zones en retrait. S'il offre une bonne résistance à la rupture, ce type de plaque collectrice est néanmoins particulièrement mal adapté à l'insertion des tubes.
L'invention vise à améliorer la situation.
L'invention propose à cet effet un collecteur, du type comprenant une plaque sensiblement plane avec des trous pour recevoir des tubes d'un échangeur de chaleur, ainsi que des bords latéraux relevés s'étendant à un angle de ladite plaque et reliés à celle-ci par au moins une portion incurvée dans laquelle sont réalisées des nervures présentant chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction d'extension des bords latéraux, la plaque
3 comportant en outre des nervures supplémentaires entre certains au moins desdits trous. Avantageusement, les nervures de la plaque présentent chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction opposée à la direction d'extension des bords latéraux.
Dans un mode de réalisation, les nervures de la plaque sont disposées entre chacun des trous, et chaque trou est ainsi entouré par deux nervures dont les convexités forment un guide d'insertion de tube.
Un tel collecteur est particulièrement intéressant en ce qu'il offre une forte résistance à la pression à la rupture grâce aux nervures réalisées, tout en offrant la possibilité de guider les tubes pour leur insertion.
Dans un autre mode de réalisation, les bords latéraux comportent également des nervures, les nervures de chaque bord latéral pouvant présenter chacune une convexité s'étendant dans les directions du bord latéral opposé. Certaines au moins des nervures des bords latéraux peuvent être disposées dans la continuité des nervures de la portion incurvée, ou au contraire être disposées sur le collecteur de manière alternée avec les nervures de la portion incurvée. Avantageusement, les nervures des bords latéraux s'étendent sur une partie des bords latéraux ne comprenant pas l'extrémité de ces derniers.
Un tel collecteur est encore renforcé par la présence des nervures sur les bords latéraux. Le positionnement des nervures des bords latéraux dans la continuité ou au contraire en alternance avec les nervures de la portion incurvée permet de mieux maîtriser les caractéristiques de
4 déformation du collecteur. En outre, le positionnement de la convexité des nervures vers le bord latéral opposé, c'est-à-dire vers l'intérieur de la boîte collectrice lorsque celle-ci montée, permet d'économiser de l'espace.
Enfin, l'étendue limitée des nervures des bords latéraux permet de venir positionner un couvercle à l'intérieur des bords du collecteur, auquel il peut être alors fixé selon des méthodes connues.
Dans un mode de réalisation, le collecteur a une section sensiblement en U, dont les branches forment les bords latéraux. Le collecteur peut être également réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium.
L'invention concerne également une boîte collectrice qui comporte un collecteur ayant les caractéristiques citées ci-dessus, et un couvercle pour fermer le collecteur.
Dans un mode de réalisation, le collecteur et le couvercle ont tous les deux une section sensiblement en forme de U. Les branches de ce U forment des bords latéraux respectifs pour les deux pièces collectrices, le couvercle étant propre à être brasé sur au moins une partie des bords latéraux du collecteur, au voisinage de l'extrémité de ces derniers.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif et tirée d'exemples issus des dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle de côté d'un échangeur de chaleur comprenant une boîte collectrice selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, de la boîte collectrice selon la ligne II-II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe partielle selon la ligne III-III de la figure 2, prise au niveau d'une extrémité de 10 la boîte collectrice ;
- la figure 4 est une vue partielle en perspective montrant les nervures du collecteur ; et
15 - la figure 5 est une vue partielle en perspective d'une variante de la figure 4.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur 10 comprenant une boîte collectrice 12 selon 20 l'invention, dans laquelle débouchent des extrémités de tubes 14 d'un faisceau d'échange de chaleur. Les tubes 14 sont des tubes plats parallèles entre lesquels sont disposés des intercalaires ondulés 16 formant ailettes d'échange de chaleur. L'échangeur 10 comporte une boîte 25 collectrice opposée (non représentée) analogue à la boîte collectrice 12.
L'échangeur 10 trouve une application particulière dans les véhicules automobiles et est conçu pour être réalisé par 30 brasage en une seule opération tout en offrant des performances de résistance à la pression et à la rupture importantes.
Comme on peut le voir sur la vue en coupe de la figure 2, la boîte collectrice 12 se compose de deux pièces métalliques emboîtées destinées à être assemblées par brasage. La boîte collectrice 12 comporte un collecteur 18 réalisé sous la forme d'un élément métallique (par exemple de l'aluminium ou un alliage d'aluminium) à profil en U présentant une paroi de fond ou plaque 20, munie de trous 22 pour l'insertion des tubes 14. Le collecteur présente en outre deux parois latérales ou bords latéraux 24 raccordés à la plaque 20. Les parois latérales 24 du collecteur 18 formant les deux branches du U sont de hauteur identique, la hauteur pouvant toutefois varier par rapport à la paroi de fond 20. La plaque 20 est généralement plane et il en est de même des bords latéraux 24. Ces derniers se raccordent à la plaque 20 en formant un angle d'environ 90 . Cet angle pourrait être différent. Le raccordement de la plaque 20 et des bords latéraux 24 s'effectue par des portions incurvées 26.
Comme on peut le voir sur la figure 1 et également sur la figure 3, les bords latéraux 24 ont une hauteur variable au voisinage de l'extrémité du collecteur 18. En particulier, les bords latéraux 24 du collecteur comportent deux portions incurvées 28 qui s'étendent chacune jusqu'à la 25 plaque 20.
La boîte collectrice 12 comporte une autre pièce, à savoir un couvercle 30 réalisé sous la forme d'un élément métallique (par exemple de l'aluminium ou un alliage 30 d'aluminium) à profil en U présentant une paroi de fond 32 et deux parois latérales 34 raccordées à la paroi de fond 32. Les bords latéraux 34 du couvercle sont généralement plans et font un angle d'environ 90 avec la paroi de fond 32. Comme représenté à la figure 2, les parois latérales 34 du couvercle 30 formant les deux branches du U peuvent être de hauteur identique.
Le couvercle 30 est emboîté dans le collecteur 18 de sorte que leurs profils en U respectifs sont orientés dans une même direction, c'est-à-dire à l'opposé des tubes 14 du faisceau de l'échangeur de chaleur.
Il en résulte que les parois latérales 34 du couvercle 30 viennent en contact, par leur côté extérieur, contre une partie des bords latéraux 24 du collecteur 18, du côté intérieur de ces derniers (figure 2).
Le couvercle 30 comporte en outre deux régions d'extrémité 36 (figure 3) dont chacune est recourbée en direction de la plaque 20 du collecteur 18. Dans chacune de ces portions d'extrémité, la paroi de fond 32 du couvercle présente une portion incurvée 38 terminée par un rebord 40 propre à venir en appui contre la plaque 20 du collecteur 18. Le rebord 40 se raccorde lui-même à une partie centrée 42 de chaque bord latéral du couvercle pour fermer la boîte collectrice 12.
On peut ainsi réaliser un brasage sur des surfaces importantes par un contact surfacique procurant une bonne aptitude au brasage. Le collecteur 12 est avantageusement réalisé par pliage d'une tôle métallique propre à lui conférer un profil en U, les trous 22 destinés à l'insertion des tubes 14 étant de préférence réalisés dans la pièce métallique après pliage.
Le couvercle 30 est pour sa part avantageusement réalisé par emboutissage, les portions d'extrémité du couvercle étant également réalisées dans cette opération d'emboutissage. Pour renforcer cette boîte collectrice, des nervures sont réalisées dans le collecteur 18. La figure 4 est une vue partielle en perspective de la boîte collectrice 12 qui permet de mieux voir la répartition des nervures. 10 Avant pliage, le collecteur 18 est embouti pour former trois types distincts de nervures au niveau de la plaque 20, des bords latéraux 24 et des portions incurvées 26.
15 Des nervures 50 sont d'abord réalisées entre chacun des trous 22. Les nervures 50 s'étendent sur toute la largeur de la plaque 20, entre les portions incurvées 26 des bords latéraux 24. Les nervures 50 s'étendent ainsi régulièrement sur la longueur du collecteur 18. 20 Les nervures 50 ont une section sensiblement en forme de V, et sont réalisées vers l'extérieur de la boîte 12. Les nervures 50 présentent ainsi une convexité s'étendant sensiblement dans la direction opposée à la direction 25 d'extension des bords latéraux.
Les nervures 50 forment ainsi des saillies entourant les trous 22. Chaque paire de nervures 50 entourant un trou 22 donné forme un guide d'insertion pour les tubes 14, chacune 30 à l'aide d'une branche du V qui la constitue.
D'autres types de section sont envisageables pour les nervures 50, afin de permettre une insertion encore5 meilleure des tubes 14 tout en assurant une rigidité optimale au collecteur 18.
Des nervures 52 sont réalisées dans les portions incurvées 26. Comme les nervures 50, les nervures 52 s'étendent dans la direction de la largeur de la plaque 20, et elle sont disposées chacune en regard d'une nervure 50 dans la continuité de celle-ci.
Les nervures 52 sont réalisées vers l'intérieur de la boîte 12. Les nervures 52 présentent ainsi une convexité s'étendant sensiblement dans la direction d'extension des bords latéraux 24. Une région 54 permet de relier chaque nervure 50 à la nervure 52 qui est dans sa continuité et qui s'exprime dans une direction sensiblement opposée.
Les nervures 52 permettent d'accroître de manière importante la résistance à la pression et à la rupture. Cet aspect est d'autant plus critique que, traditionnellement, les portions 26 constituent des points faibles importants pour les boîtes collectrices du type de la boîte 12.
Enfin, des nervures 56 sont réalisées dans les bords latéraux 24. Comme les nervures 50 et 52, les nervures 56 s'étendent dans la direction de la largeur de la plaque 20, et elle sont disposées chacune en regard d'une nervure 52, dans la continuité de celle-ci.
Les nervures 56 sont également réalisées vers l'intérieur de la boîte 12. Les nervures 56 présentent ainsi une convexité s'étendant sensiblement dans la direction du bord latéral opposé. Les nervures 56 s'étendent sur la majeure partie des bords latéraux 24, jusqu'à une distance choisie de l'extrémité des bords 24 qui permet le logement et le brasage du couvercle 30 dans le collecteur 18.
Dans l'exemple ici décrit, les nervures 50, 52 et 56 sont non seulement dans la continuité les unes des autres, mais également continues. Ces nervures forment ainsi une nervure qui s'étend sur toute la largeur du collecteur 18, d'une position proche de l'extrémité d'un bord latéral à une autre position proche de l'extrémité du bord latéral opposé, en passant par la plaque. En outre, si tous les trous 22 représentés sont bordés de nervures 50, 52 et 56, il n'est pas exclu que les trous 22 aux extrémités de la plaque 20 ne soient bordés que d'une seule nervure 50, 52 ou 56 ou pas du tout.
Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 5, les nervures 50 et 52 sont inchangées en leur constitution et leur disposition. En revanche, les nervures 56 sont décalées, et disposées chacune en regard d'un trou 22, c'est-à-dire de manière alternée avec une nervure 52.
L'invention ne se limite pas aux échangeurs de chaleur dont les boîtes collectrices sont réalisées en aluminium ou en alliage d'aluminium. Elle peut notamment s'appliquer à des boîtes collectrices à plaque et à couvercle en matière plastique, des nervures étant réalisées par exemple au niveau de la gorge de la plaque collectrice et entre les trous qu'elle comporte.
En outre, l'homme du métier saura envisager l'ensemble des variantes qui s'imposent à la lecture des revendications qui suivent.
Claims (10)
1. Collecteur, du type comprenant une plaque (20) sensiblement plane avec des trous (22) pour recevoir des tubes (14) d'un échangeur de chaleur, ainsi que des bords latéraux (24) relevés s'étendant à un angle de ladite plaque (20) et reliés à celle-ci par au moins une portion incurvée (26) dans laquelle sont réalisées des nervures (52) présentant chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction d'extension des bords latéraux (24), caractérisé en ce que la plaque (24) comporte au moins une nervure supplémentaire (50) entre certains au moins desdits trous (22), lesquelles présentent chacune une convexité s'étendant sensiblement dans la direction opposée à la direction d'extension des bords latéraux (24).
2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures (50) de la plaque (20) sont disposées entre chacun des trous (22), chaque trou (22) étant ainsi entouré par deux nervures (50) dont les convexités forment un guide d'insertion de tube (14).
3. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords latéraux (24) comportent des nervures (56).
4. Collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les nervures (56) de chaque bord latéral (24) présentent chacune une convexité s'étendant dans la direction du bord latéral (24) opposé. 11
5. Collecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que certaines au moins des nervures (56) des bords latéraux (24) sont disposées dans la continuité des nervures (50) de la portion incurvée (26).
6. Collecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que certaines au moins des nervures (56) des bords latéraux (24) sont disposées sur le collecteur (18) de manière alternée avec les nervures (52) de la portion incurvée (26).
7. Collecteur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les nervures (56) des bords latéraux (24) s'étendent jusqu'à une distance choisie de l'extrémité de ces derniers.
8 Collecteur selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que les nervures (50) de la plaque (20) sont disposées dans la continuité des nervures (52) de la portion incurvée (26), de sorte que les nervures (50, 52, 56) de la plaque (20), de la région incurvée (26) et des bords latéraux (24) forment un ensemble de nervures s'étendant sur toute la largeur du collecteur (18).
9. Collecteur selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que les nervures (50) de la plaque (20) sont disposées dans la continuité des nervures (52) de la portion incurvée (26).
10. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une section sensiblement en U dont les branches forment les bords latéraux (24).3011. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium. 12. Boîte collectrice, caractérisée en ce qu'elle comporte un collecteur selon l'une des revendications 1 à 11, et un couvercle (30) pour fermer le collecteur (18). 10 13. Boîte collectrice selon la revendication 12, caractérisée en ce que le collecteur (18) et le couvercle (30) présentent tous les deux une section sensiblement en forme de U dont les branches forment des bords latéraux (24, 34) respectifs, et en ce que le 15 couvercle est propre à être brasé sur au moins une partie des bords latéraux (24) du collecteur, au voisinage de l'extrémité de ces derniers. 14. Boîte collectrice selon la revendication 12 ou 13, 20 caractérisée en ce que le collecteur (18) et le couvercle (30) sont réalisés en aluminium ou en alliage d'aluminium. 15. Echangeur de chaleur comportant une boite collectrice 25 selon l'une des revendications 12 à 14.5
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