EP1285212B2

EP1285212B2 - Boite collectrice pour un echangeur de chaleur brase

Info

Publication number: EP1285212B2
Application number: EP01938354A
Authority: EP
Inventors: Gérard Gille
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: DE60100862T2; DE60100862D1; JP2003535304A; EP1285212A1; WO2001092807A1; DE60100862T3; EP1285212B1; JP4718752B2

Description

L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile.
Elle concerne plus particulièrement une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur brasé comprenant des parois qui délimitent une chambre, l'une des parois de la chambre étant pourvue d'une ouverture, une tubulure étant raccordée à cette ouverture.
Dans une boîte collectrice de ce genre, la plaque collectrice, que l'on appelle aussi plaque à trous, possède une multiplicité de trous dans lesquels sont reçues les extrémités de tubes qui constituent le faisceau de l'échangeur de chaleur. À ces tubes sont associées des ailettes contribuant à augmenter la surface d'échange de chaleur. La plaque collectrice est formée par une paroi qui délimite une chambre communiquant avec les tubes pour permettre la circulation d'un fluide caloporteur dans le faisceau. L'une des parois de la chambre est munie d'au moins une tubulure pour permettre l'entrée ou la sortie du fluide caloporteur.
Les échangeurs de chaleur brasés comprennent un faisceau monté entre deux boîtes collectrices. Le faisceau est formé d'une multiplicité de tubes disposés parallèlement entre eux et alternant avec des intercalaires. Ces intercalaires sont de type ondulé, c'est-à-dire qu'ils sont formés à partir d'un feuillard métallique déformé pour constituer des ondulations. Ainsi, un intercalaire disposé entre deux tubes adjacents vient au contact respectif des deux tubes par des régions d'extrémité des ondulations.
Habituellement, l'échangeur de chaleur comprend en outre deux joues, encore appelées traverses, qui encadrent le faisceau et sont disposées parallèlement aux tubes. Les différentes pièces sont formées d'une matière métallique revêtue extérieurement d'un alliage de brasure.
Après assemblage, les différentes pièces de l'échangeur sont brasées par passage dans un four. Il est donc nécessaire de les maintenir temporairement en place afin qu'elles ne puissent pas se déplacer mutuellement durant leur passage dans le four avant d'avoir été solidarisées définitivement entre elles. En particulier, il est nécessaire que les tubulures ne se déplacent pas par rapport à la paroi de la chambre.
Actuellement (voir par exemple US-A-4026456 ), la fixation provisoire des tubulures est obtenue en les sertissant sur la boîte collectrice. Une telle opération nécessite un outillage adapté et une reprise de la boîte. Elle est donc coûteuse à effectuer.
La présente invention a pour but de proposer une boîte collectrice, et un échangeur de chaleur comportant une telle boîte, qui permettent une fixation provisoire rapide et peu coûteuse de la tubulure dans une ouverture d'une paroi de la boîte collectrice.
Ce résultat est obtenu grâce à une boîte collectrice conforme à la revendication 1.
La tubulure est introduite manuellement ou automatiquement dans l'ouverture, l'ergot ou les ergots étant placés en regard des encoches correspondantes pratiquées à la périphérie de l'ouverture. Puis la tubulure est tournée angulairement d'un certain angle de manière que l'ergot ou les ergots ne soient plus en regard des encoches. Ainsi la tubulure est maintenue de manière provisoire sur la boîte collectrice de façon stable pendant le passage de l'échangeur dans le four.
Avantageusement la tubulure comporte au moins deux ergots. De préférence, la tubulure comporte trois ergots disposés à 120° l'un de l'autre. L'ouverture comportera alors également trois encoches disposées à 120° l'une de l'autre. De préférence, le nombre des encoches est égal au nombre des ergots de la tubulure, mais cette caractéristique n'est pas indispensable. Le nombre d'encoches peut également être un multiple du nombre d'ergots. On peut imaginer par exemple que l'ouverture comporte six encoches disposées à 60° l'une de l'autre, ce qui permettrait de limiter l'angle de rotation nécessaire pour introduire les ergots dans les encoches.
Fréquemment, la tubulure est coudée et doit s'étendre dans une direction donnée pour être emmanchée avec un conduit souple. Dans ce cas, il est nécessaire de respecter une orientation angulaire précise de la tubulure par rapport à la boîte collectrice. Si la tubulure est montée manuellement, la paroi de la chambre qui comporte l'ouverture est de préférence pourvue d'une butée qui limite la rotation de la tubulure par coopération avec un ergot.
D'autres caractéristiques optionnelles de l'invention sont énoncées ci-après:

Des moyens sont prévus pour immobiliser la tubulure dans une position finale de son mouvement de rotation, par serrage dans la direction de son axe de rotation.
Lesdits moyens d'immobilisation comprennent une rampe formée sur la face interne de ladite paroi de manière à coopérer avec un ergot, et une saillie radiale formée sur la tubulure en regard de la face externe de la paroi de manière à serrer progressivement la paroi munie de la rampe entre ladite saillie et l'ergot, à l'approche de ladite position finale.
Ladite butée est disposée de manière à arrêter ledit mouvement de rotation dans ladite position finale.
La face interne de la paroi présente une saillie juxtaposée à une encoche dans la direction circonférentielle de manière à coopérer avec un ergot ayant franchi cette encoche pour permettre un mouvement de rotation seulement dans un sens déterminé.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :

la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une boîte collectrice pour un échangeur de chaleur selon l'invention, comprenant une tubulure en cours d'assemblage ;
la figure 2 est une autre vue partielle en perspective analogue à la figure 1 ;
les figures 3 et 4 sont des vues agrandies analogues à la figure 2 montrant la tubulure respectivement avant et après assemblage ;
la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une tubulure, montrant également en coupe une partie de la paroi de la boîte collectrice dans l'ouverture de laquelle l'extrémité de la tubulure vient d'être introduite ;
la figure 5a est un détail agrandi de la figure 5 ;
la figure 6 est une vue analogue à la figure 5a, montrant la tubulure à la fin de son mouvement de rotation ;
la figure 7 est une vue en perspective montrant la tubulure dans sa position finale et la partie adjacente de la paroi de la boîte collectrice ; et
la figure 8 est une vue en élévation de la région de la paroi représentée sur les figures 5 à 7 comportant l'ouverture.

Sur la figure 1, la boîte collectrice comprend une première partie 10 et une seconde partie 12, chacune formée à partir d'une feuille métallique, avantageusement en aluminium, qui est conformée par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage.
La première partie 10 comporte un fond 14 qui est généralement plat et de forme rectangulaire allongée. Ce fond 14 est destiné à constituer la plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", de la boîte collectrice. Ce fond comporte à cette effet une pluralité de trous espacés 16 de forme allongée destinés à recevoir des tubes 18 faisant partie du faisceau de l'échangeur de chaleur. Dans l'exemple décrit, il s'agit de tubes plats 18 entre lesquels sont disposées des ailettes 20 réalisées sous la forme d'intercalaires ondulés.
La partie 10 comprend en outre deux flancs latéraux 22 repliés en vis à vis, et qui sont généralement plans et parallèles entre eux. Ces flancs se raccordent sensiblement perpendiculairement au fond 14 par deux lignes de pliage 24 qui sont parallèles entre elles. Les flancs latéraux 22 comportent dans leur partie centrale des prolongements respectifs 26 et 28. Le prolongement 26 comporte une ouverture 30 tandis que le prolongement 28 est complètement fermé. L'ouverture 30 est de forme circulaire et est destinée à permettre l'adaptation d'une tubulure 32 de section circulaire.
La seconde partie 12 s'adapte sur les flancs latéraux 22 en sorte que ces deux parties délimitent conjointement un volume fermé qui communique avec les tubes 18 du faisceau. On comprendra qu'il est possible ainsi de réaliser en une seule opération de brasage un échangeur de chaleur comprenant un faisceau formé par une multiplicité de tubes et d'ailettes, en même temps qu'une ou deux boîtes collectrices.
On a représenté sur la figure 2 une vue en perspective des prolongements respectifs 26 et 28 des flancs latéraux 22. On constate que l'ouverture 30, formée dans le prolongement 26, comporte des encoches 34, qui sont au nombre de trois dans l'exemple de réalisation représenté. Les encoches 34 sont disposées à 120° l'une de l'autre. L'extrémité de la tubulure 32 qui s'engage dans l'ouverture 30 comporte trois ergots 36, eux aussi disposés à 120° l'un de l'autre. Ces ergots forment des protubérances en saillie vers l'extérieur de la tubulure.
Lorsque les ergots 36 sont en regard des encoches 34, on peut introduire l'extrémité de la tubulure dans l'ouverture 30 comme représenté par la flèche F1 sur la figure 3. La tubulure 32 comporte une collerette 40 qui limite la pénétration de la tubulure dans l'ouverture 30. Lorsque la collerette 40 est en appui sur la paroi 26 de la boîte collectrice, on tourne la tubulure dans un sens ou dans l'autre d'un certain angle, par exemple 10 ou 20° (comme montré par la flèche F2 sur la figure 4), de telle sorte que les ergots ne se trouvent plus en regard des encoches 34. La tubulure est ainsi maintenue de manière suffisamment ferme sur la boîte collectrice pour qu'il soit possible d'effectuer l'opération de brasage sans qu'elle se déplace. En particulier, les ergots 36 sont conformés de telle manière qu'un léger serrage de la tubulure sur la paroi 26 soit obtenu.
Toutefois, il arrive fréquemment que la tubulure 32, au lieu d'être cylindrique droite comme représenté dans l'exemple, présente une forme coudée. Dans ce cas, elle devra être disposée selon une orientation angulaire précise par rapport à la boîte collectrice afin de la raccorder à une conduite souple du circuit de circulation du fluide. Si la tubulure est introduite par un robot, ce dernier peut être réglé de manière à donner une orientation angulaire convenable et aucune mesure supplémentaire n'est nécessaire. Si la tubulure est introduite manuellement par un opérateur, la paroi 26 comportera de préférence un bossage 42 (figures 3 et 4), obtenu par exemple par poinçonnage, et formant une butée qui limite le mouvement de rotation de la tubulure par rapport à la boîte collectrice. Lorsque l'un des ergots 36 vient en butée contre le bossage 42, l'angle de rotation convenable est obtenu.
Il est important que les encoches 34 aient une faible dimension de manière à pouvoir être comblées par l'alliage de brasage lors de l'opération de brasage.
Les figures 5 à 8 illustrent une variante de l'échangeur de chaleur selon l'invention, dans laquelle des moyens sont prévus pour immobiliser par serrage la tubulure dans la position finale de son mouvement de rotation, définie par la butée de la paroi, de manière à éviter une inversion de ce mouvement. Sur les figures 7 et 8, pour plus de clarté, seule une région de forme carrée de la paroi, concentrique à l'ouverture, est représentée.
La tubulure 50 est coudée et son extrémité 52 qui s'engage dans la boîte collectrice présente ici un ergot unique 54, associé à une encoche unique 56 de l'ouverture généralement circulaire 58 traversée par la tubulure. Une butée 60 analogue à la butée 42 des figures 3 et 4 est formée au bord de l'ouverture 58, à une distance angulaire de l'encoche 56, autour de l'axe A de l'ouverture, légèrement supérieur à 90° de manière à limiter la rotation de la tubulure à un angle de 90° dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, comme vu de l'intérieur de la boîte collectrice, selon la flèche F de la figure 8. En outre, une rampe 62 est juxtaposée à la butée 60, à une distance angulaire de 90° par rapport à l'encoche 56. La rampe 62, comme la butée 60, est réalisée par déformation, dans la direction de l'axe A, de la paroi 64 de la boîte collectrice, dans laquelle est ménagée l'ouverture 58.
On voit sur la figure 5, et mieux encore sur la figure 5a, que l'intervalle 66 qui sépare axialement l'ergot 54 de la collerette 68, analogue à la collerette 40 des figures 1 à 4, de la tubulure 50 a une largeur supérieure à l'épaisseur de la paroi 64, de sorte que la tubulure peut tourner librement autour de l'axe A après que l'ergot a été engagé à travers l'encoche 56. Après une rotation d'un angle voisin de 90°, l'ergot parvient en regard de la rampe 62, qui présente en vis-à-vis de celui-ci une surface 70 inclinée de manière à s'éloigner progressivement du plan de la face externe 72, tournée vers la collerette 68, de la paroi 64, jusqu'à une distance maximale très légèrement supérieure à la largeur de l'intervalle 66 de manière à réaliser un serrage axial de la paroi 64 entre l'ergot 54 et la collerette 68, après une rotation de 90°, tandis que l'ergot 54 vient en appui dans la direction circonférentielle sur la butée 60, qui fait saillie jusqu'à une distance de la paroi 72 sensiblement supérieure à la largeur de l'intervalle 66. La poursuite du mouvement de rotation est ainsi empêchée par la butée 60, tandis qu'un mouvement en sens inverse est interdit par le serrage axial de la rampe 62, lequel évite également un défaut de perpendicularité entre l'axe de la tubulure et le plan de la paroi 72.
Une saillie 74 semblable à la butée 60 est réalisée par déformation de la paroi 64, en une position légèrement décalée par rapport à l'encoche 56 dans le sens inverse de celui du mouvement de rotation de la tubulure. Cette saillie coopère avec l'ergot 54 pour empêcher un mouvement de rotation de la tubulure dans le mauvais sens lors de sa mise en place manuelle.
Il est bien entendu que les moyens de serrage comprenant la rampe 62 et les moyens de détrompage comprenant la saillie 74, bien qu'incorporés ici dans un même mode de réalisation, peuvent être mis en oeuvre indépendamment les uns des autres. En outre, les uns et/ou les autres peuvent être utilisés en combinaison avec une multiplicité d'ergots telle que décrite dans le premier mode de réalisation.
L'échangeur de chaleur de l'invention peut être utilisé notamment pour constituer un radiateur de refroidissement du moteur ou un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile.

Claims

Boîte collectrice pour un échangeur de chaleur brasé comprenant des parois (12, 14, 22) qui délimitent une chambre, l'une des parois (22) de la chambre étant pourvue d'une ouverture (30), une tubulure (32) étant raccordée à l'ouverture (30), caractérisée en ce que :
a. lesdites parois sont définies par une première (10) et une seconde partie (12) chacune formée à partir d'une feuille métallique qui est conformée par des opérations classiques de découpages et d'emboutissage, ladite première partie comportant un fond (14), généralement plat et de forme rectangulaire allongée, muni de trous (16) destinés à recevoir des tubes (18), et deux flancs latéraux repliés en vis-à-vis (22) généralement plans et parallèles entre eux, lesdits flancs se raccordant sensiblement perpendiculairement au fond (14) par deux lignes de pliage (24) qui sont parallèles entre elles, lesdits flancs latéraux comportant des prolongements respectifs dans leur partie centrale, ladite ouverture (30) étant prévue dans l'un desdits prolongements,

b. ladite tubulure (32) comporte au moins un ergot (36),

c. l'ouverture (30) comporte au moins une encoche (34) pour le passage du ou des ergot (36), en sorte que, pendant le brasage, la tubulure peut être maintenue provisoirement dans l'ouverture par l'ergot ou les ergots après rotation de la tubulure dans l'ouverture.
Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre d'encoches (34) est égal au nombre d'ergots (36).
Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre d'encoches (34) est un multiple du nombre d'ergots (36).
Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tubulure (32) comporte au moins.deux ergots (36).
Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tubulure (32) comporte trois ergots (36) disposés à 120° l'un de l'autre.
Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de la chambre qui comporte l'ouverture (30) est pourvue d'une butée (42) qui limite la rotation de la tubulure (32) par coopération avec un ergot (36).
Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des moyens (62) sont prévus pour immobiliser la tubulure dans une position finale de son mouvement de rotation, par serrage dans la direction de son axe de rotation (A).
Boîte collectrice selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'immobilisation comprennent une rampe (62) formée sur la face interne de ladite paroi (64) de manière à coopérer avec un ergot (54), et une saillie radiale (68) formée sur la tubulure en regard de la face externe (72) de la paroi de manière à serrer progressivement la paroi munie de la rampe entre ladite saillie et l'ergot, à l'approche de ladite position finale.
Boîte collectrice selon la revendication 8, rattachée à la revendication 6, caractérisée en ce que ladite butée (60) est disposée de manière à arrêter ledit mouvement de rotation dans ladite position finale.
Boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face interne de la paroi présente une saillie (74) juxtaposée à une encoche (56) dans la direction circonférentielle de manière à coopérer avec un ergot ayant franchi cette encoche pour permettre un mouvement de rotation seulement dans un sens déterminé.
Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend au moins une boîte collectrice selon l'une des revendications précédentes.