La présente invention concerne les boites collectrices pour des échangeurs thermiques. Plus précisément, cette invention concerne les échangeurs thermiques utilisés dans les véhicules automobiles, notamment les refroidisseurs d'air de suralimentation et les radiateurs de refroidissement de liquide de refroidissement de moteur.

De manière habituelle, les échangeurs thermiques pour véhicules automobiles comprennent des canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide caloporteur. Lors de sa circulation dans les canaux d'échange thermique, le fluide caloporteur échange de la chaleur avec le milieu entourant les canaux d'échange thermique. Ces échanges de chaleur ont pour but de réchauffer ou de refroidir le fluide caloporteur. Deux boites collectrices respectivement d'entrée et de sortie sont agencés de part et d'autre des canaux d'échange thermique de manière à former un circuit de circulation du fluide caloporteur s'étendant depuis un orifice d'entrée de la boite collectrice d'entrée vers un orifice de sortie de la boite collectrice de sortie. Le fluide caloporteur circule dans ce circuit à travers les différents canaux d'échange thermique.

Ce type d'échangeur thermique est dimensionné pour résister aux températures atteintes lors du fonctionnement normal du véhicule et dissiper suffisamment de chaleur dans des plages de températures définies par les constructeurs automobiles. Les températures le plus extrêmes ne sont atteintes que brièvement lors de certaines étapes de fonctionnement de l'échangeur. Dans le cas d'un radiateur de refroidissement de liquide de refroidissement de moteur, on a estimé que pour 90% du temps de fonctionnement, seul un tiers de la surface d'échange du radiateur serait suffisante pour dissiper suffisamment de chaleur pour satisfaire aux conditions de fonctionnement du moteur. Le radiateur est donc surdimensionné car il n'est utilisé à son plein potentiel que ponctuellement dans le temps.

Dans le cas d'un refroidisseur d'air de suralimentation, les changements fréquents de température en entrée imposent de choisir des matériaux particulièrement résistants pour les boites collectrices. De tels matériaux sont relativement coûteux. Une meilleure régulation des variations de température permettrait d'utiliser des matériaux moins coûteux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un échangeur thermique moins sensible aux températures extrêmes du fluide caloporteur interne entrant dans l'échangeur ou du milieu entourant les canaux d'échange thermique.

A cet effet, l'invention a pour objet une boite collectrice pour échangeur de chaleur comprenant un carter présentant une surface extérieure, et un matériau à changement de phase à l'intérieur du carter.

L'utilisation de la boite collectrice selon l'invention permet d'améliorer l'efficacité de l'échange thermique se produisant à l'intérieur de la boite collectrice.

La boite collectrice peut comporter en outre des saillies d'échange thermique sur la surface extérieur du carter.

Ainsi, les saillies augmentent les transferts thermiques entre le carter et son environnement extérieur, par exemple l'air entrant sous le capot du véhicule dans lequel la boite collectrice est installée, permettant un refroidissement efficace du carter. In fine, le fluide caloporteur qui entre dans la boite collectrice va être au contact d'un carter plus froid permettant ainsi un échange plus efficace de chaleur entre le fluide caloporteur et le carter. Ainsi, au sein même de la boite collectrice, il n'y a pas d'augmentation de surface d'échange entre le fluide caloporteur et le carter, mais c'est en dehors de la boite collectrice que la surface d'échange entre le carter et son environnement est augmentée.

Par ailleurs, par rapport à une boite collectrice sans saillies d'échange thermique mais comprenant un matériau à changement de phase dans son carter, la boite collectrice de la présente invention donne de meilleurs résultats car elle permet notamment au matériau à changement de phase de se décharger, i.e. de refroidir, et ainsi de se régénérer.

Le carter peut être en plastique ou en métal, et est préférentiellement en aluminium. Les saillies peuvent être des ailettes. Auquel cas, le carter présentant un axe longitudinal, les ailettes peuvent s'étendre transversalement à l'axe longitudinal du carter, préférentiellement à 90° de celui-ci.

En variante, les saillies peuvent être des plots. Auquel cas, les plots peuvent être des cylindres droits ou des cônes. Les cylindres droits peuvent être choisis parmi ceux à base circulaire ou rectangulaire. En ce qui concerne les cônes, ceux-ci peuvent être éventuellement tronqués. Bien entendu, une combinaison de deux ou plusieurs de ces formes de plots peut être utilisée selon les besoins de la boite collectrice.

La distance entre deux saillies est avantageusement comprise entre 1 et 3 mm.

L'épaisseur des saillies est avantageusement comprise entre 0,5 et 1 mm.

Le carter sans les saillies peut être circonscrit dans un parallélépipède de plus faible volume, les saillies sont avantageusement contenues dans le parallélépipède de plus faible volume.

La hauteur des saillies est avantageusement inférieure à 10 mm.

Selon un mode de réalisation, la boite collectrice comprend :

- un carter présentant un axe longitudinal, un fond, deux flancs latéraux s'étendant à partir du fond du même côté de celui-ci de manière à donner une section transversale en U, et un espace de logement entre les deux flancs latéraux et le fond ;

- du matériau à changement de phase dans l'espace de logement du carter ;

le matériau à changement de phase est encapsulé dans des tubes.

L'utilisation de matériau à changement de phase dans la boite collectrice permet un dimensionnement de l'échangeur de chaleur plus petit. Par ailleurs, le matériau à changement de phase permet, lors de pic de puissance (augmentation en température) de stocker cette énergie additionnelle pour la restituer plus tard en dehors de ces pics de puissance. Il s'en suit une variation de température plus restreinte ce qui est idéal pour le refroidissement d'air de suralimentation turbo. Également, grâce à l'encapsulation du matériau à changement de phase dans des tubes, le problème de perte de charge est minimisé. Par ailleurs, l'encapsulation du matériau à changement de phase dans les tubes est plus facile que dans des billes. En outre, les tubes ont l'avantage suivant par rapport aux billes : moins de matériau d'encapsulation est nécessaire pour un même volume de matériau à changement de phase. Le corolaire est donc qu'il est possible d'augmenter le volume de matériau à changement de phase par rapport à l'encapsulation par billes.

D'autres caractéristiques optionnelles et non limitatives sont présentées ci-dessous.

L'espace de logement peut être divisé en deux portions suivant un plan sensiblement parallèle au plan moyen du fond : une première portion plus proche du fond représentant 2/3 du volume de l'espace de logement et une deuxième portion plus éloignée du fond représentant 1/3 du volume de l'espace de logement ; le matériau à changement de phase étant présent uniquement dans la première portion.

La boite collectrice peut en outre comprendre un support de tubes comportant une base et deux montants distants l'un de l'autre, les deux montants présentant des orifices, chaque orifices soutenant une extrémité d'un tube. La base de ce support peut être ajourée.

Le carter peut comprendre des moyens de fixation ou de retenu du support de tubes. Ces moyens de fixation ou de retenu peuvent être des moyens de clipsage de la base au carter.

Le support de tubes s'étend avantageusement dans la direction de l'axe longitudinal du carter et les tubes sont disposés dans une direction générale parallèle à l'axe longitudinal du carter. Auquel cas, chacun des montants peut être une plaque ajourée dont la normale à la plaque est colinéaire à l'axe longitudinal du carter, les deux montants étant situés aux extrémités du support, et les tubes peuvent être des tubes droits s'étendant entre les deux montants. En variante, chacun des montants peut être une plaque ajourée dont la normale à la plaque est perpendiculaire à l'axe longitudinal du carter et n'intersecte pas le fond du carter, les deux montants étant situés aux extrémités du support, et les tubes peuvent être des tubes ondulés s'étendant entre les deux montants.

Le carter peut comprendre une plaque transverse étanche sensiblement au milieu de son extension longitudinale séparant l'espace de logement en deux compartiments : un compartiment d'entrée et un compartiment de sortie ;

la boite collectrice pouvant comprendre deux supports de tubes :

- l'un disposé dans le compartiment d'entrée et dont les tubes sont remplis d'un premier matériau à changement de phase ; et

- l'autre dans le compartiment de sortie et dont les tubes sont remplis d'un deuxième matériau à changement de phase ;

le deuxième matériau à changement de phase peut présenter une température de transition de phase comprise entre 0,5 fois et 0,7 fois celle du premier matériau à changement de phase.

Une telle boite collectrice peut être destinée à un échangeur de chaleur d'un radiateur à refroidissement à haute température, dans laquelle le premier matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 90°C et 1 10°C, et le deuxième matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 70°C et 90°C.

Alternativement, une telle boite collectrice peut être destinée à un échangeur de chaleur d'un radiateur à refroidissement à basse température, dans laquelle le premier matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 60°C et 70°C, et le deuxième matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 40°C et 50°C.

Les tubes peuvent en polymère, de préférence en polycarbonate. Alternativement, les tubes peuvent être en métal, de préférence en aluminium. L'avantage du métal par rapport au polymère est une rigidité supérieure pour une épaisseur de paroi inférieure de sorte pour un même espace occupé, il y aura plus de matériau à changement de phase dans des tubes en métal qu'en polymère.

La présente invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant une boite collectrice telle que décrite ci-dessus, par exemple un radiateur à haute température ou un radiateur à basse température.

L'échangeur thermique peut notamment comprendre des canaux d'échange thermique raccordant une boite collectrice d'entrée et une boite collectrice de sortie, ces canaux et boites collectrices étant agencés de manière à former un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur interne depuis un orifice d'entrée de la boite collectrice d'entrée vers un orifice de sortie de la boite collectrice de sortie en passant à travers les différents canaux d'échange thermique, et dans lequel des enveloppes de forme générale tubulaire encapsulant un matériau à changement de phase sont logées dans au moins l'une des boites collectrices, les enveloppes étant sensiblement parallèles entre elles. Ainsi, lorsque la température en entrée du fluide caloporteur interne augmente, ou lorsque la chaleur dissipée dans les canaux d'échange thermique est moins importante, par exemple parce que le milieu entourant les canaux d'échange thermique a une température plus élevée, les enveloppes encapsulant le matériau à changement de phase absorbent temporairement le surplus de chaleur du fluide caloporteur interne traversant l'échangeur thermique en atténuant ainsi les pics de température du fluide caloporteur interne.

Selon d'autres caractéristiques optionnelles correspondant à différents modes de réalisation de l'échangeur thermique selon l'invention :

- le matériau à changement de phase a une chaleur latente de fusion supérieure à 280kJ/m3 ;

- le matériau à changement de phase passe de la phase solide à la phase liquide à une température comprise dans une plage de température de fusion comprise entre 20 et 110°C, et plus particulièrement choisi :

• entre 45 et 55°C si l'échangeur thermique est destiné au refroidissement de l'air de suralimentation du moteur,

• entre 50 et 100°C si l'échangeur thermique est destiné au refroidissement d'une boite de vitesse,

- entre 80 et 1 10°C si l'échangeur thermique est destiné au refroidissement du moteur ;

- le matériau à changement de phase est choisi parmi un acide gras, un alcool gras, une paraffine et un sel hydraté ;

- les enveloppes ont une section circulaire dont le diamètre externe est compris entre 1 et 8mm ;

- le fluide caloporteur interne est sous forme gazeuse ;

- le fluide caloporteur interne est sous forme liquide ;

- l'échangeur thermique comprend des enveloppes positionnées transversalement les unes par rapport aux autres à l'aide de moyens choisi parmi :

- au moins une bague d'entretoisement portée par une enveloppe,

- une plaque transversale munie de pions de positionnement emboîtés dans des orifices d'extrémité d'enveloppes,

- une grille d'entretoisement traversée par des enveloppes, positionnant transversalement les enveloppes traversées entre elles ;

- les canaux d'échange thermique sont des tubes à section sensiblement circulaire ou oblongue ;

- un fluide caloporteur externe, liquide ou gazeux, circule à l'extérieur des canaux d'échange thermique, de manière à échanger de la chaleur avec les canaux d'échange thermique essentiellement par convection,

des ailettes sont conformées sur une surface extérieure de l'au moins une des boites collectrices logeant les enveloppes,

- les ailettes sont conformées sur au moins une portion de surface extérieure localisée en correspondance des dans ladite au moins une boite collectrice.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un radiateur de refroidissement de liquide de refroidissement de moteur, selon un premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 2 est une vue en perspective d'un détail du radiateur de refroidissement représenté à la figure 1 ,

- la figure 3 est une vue en perspective d'un détail du radiateur de refroidissement représenté à la figure 1 avec un arrachement d'une boite collectrice de cet échangeur,

- la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'un détail du radiateur de refroidissement représenté à la figure 1 montrant plus en détail une plaque transversale munie de pions de positionnement,

- la figure 5 est une vue semblable à celle de la figure 3 montrant des bagues d'entretoisement,

- la figure 6 est une vue en perspective d'une enveloppe encapsulant du matériau à changement de phase sur laquelle est placée une bague d'entretoisement,

- la figure 7 est une vue en coupe d'une multitude d'enveloppes de matériau à changement de phase positionnées les unes par rapport aux autres par une grille d'entretoisement,

- la figure 8 est une vue en perspective d'un refroidisseur d'air de suralimentation selon un second mode de réalisation de l'invention, dans laquelle une boite collectrice est représentée en coupe,

- la figure 9 est une vue en perspective d'une enveloppe encapsulant du matériau à changement de phase utilisée dans le refroidisseur représenté à la figure 8, la figure 10 est une vue en perspective d'un détail d'un échangeur de chaleur comprenant une boite collectrice selon la présente invention ; la figure 11 est une vue en perspective d'un détail d'un échangeur de chaleur comprenant une boite à eau dont le carter a été partiellement ôté afin de laisser entrevoir le matériau à changement de phase ;

la figure 12 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une boite collectrice à ailettes selon la présente invention ;

la figure 13 est un agrandissement de la figure 12 ; et

la figure 14 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une boite collectrice à plots selon la présente invention.

la figure 15 est une vue de trois-quarts d'un exemple d'assemblage de tubes droits d'encapsulation de matériau à changement de phase sur un support tel que prévu par la présente invention ;

la figure 16 est une vue de trois-quarts suivant un autre angle du même assemblage de la figure 15 laissant voir la base du support ;

la figure 17 est un schéma montrant la disposition de deux assembles de la figure 15 dans une boite collectrice à compartiment d'entrée et compartiment de sortie de fluide caloporteur ;

la figure 18 est une vue partielle de dessous de la boite collectrice de la figure 17 laissant voir la base du support est les moyens de fixation ou de retenu ; la figure 19 est une vue de trois-quarts d'un exemple d'assemblage de tubes ondulés d'encapsulation de matériau à changement de phase sur un support tel que prévu par la présente invention ;

la figure 20 est le même type de vue que la figure 4 mais avec l'assemblage de la figure 19 ; et

la figure 21 représente de manière schématique un tube ondulé présentant des tronçons rectilignes et des tronçons toriques. Les figures 1 à 7 représentent un échangeur thermique 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention formant par exemple un radiateur de refroidissement de liquide de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile.

Ce radiateur 10 comprend une multitude de canaux d'échange thermique 12 parallèles entre eux. Ces canaux d'échange thermique 12 ont une forme tubulaire dont la section peut être oblongue, circulaire ou autre. Les canaux d'échange thermique 12 sont délimités par des parois 13. Chaque canal 12 est fixé à chacune de ses extrémités à un organe de maintien 14 qui peut aussi être appelé plaque collectrice ou collecteur, qui positionne les canaux 12 les uns par rapport aux autres. Lors du fonctionnement du radiateur 10, un fluide caloporteur interne 16 circule à l'intérieur des canaux d'échange thermique 12. Ce fluide 16 est un liquide de refroidissement, par exemple, de l'eau glycolée. A l'extérieur des canaux d'échange thermique 12, un fluide caloporteur externe 18 circule à travers le radiateur 10. Ce fluide 18 est de l'air. Lorsqu'il circule dans les canaux d'échange thermique 12, le fluide caloporteur interne 16 transmet de la chaleur à des parois 13 des canaux 12. Ainsi, le fluide caloporteur interne 16 refroidit et sa température en sortie des canaux 12 est plus basse qu'en entrée des canaux 12. La chaleur transmise aux parois 13 des canaux 12 d'échange thermique se diffuse par conduction, notamment vers des ailettes de refroidissement 20 logées entre les canaux d'échange thermique 12. Ces ailettes 20 transfèrent leur chaleur, essentiellement par convection, au fluide caloporteur externe 18.

Les ailettes de refroidissent 20 sont des feuilles de matériau conducteur thermiquement, ondulées, qui sont fixées aux parois 13 des canaux d'échange thermique 12.

Une boite collectrice d'entrée 22 et une boite collectrice de sortie 24 sont agencées de part et d'autre des canaux d'échange thermiques 12. Ces boites collectrices 22, 24 ont une forme générale allongée et sont fixées de façon connue en soi aux organes de maintien 14. Ainsi, les différents canaux d'échange thermique 12 raccordent la boite collectrice d'entrée 22 à la boite collectrice de sortie 24.

Les boites collectrices 22, 24 sont des organes dont la fonction est de diviser le flux de fluide caloporteur interne 16 entrant dans le radiateur 10 et de fusionner les flux de fluide caloporteur interne 16 sortant des canaux d'échange thermique 12. La boite collectrice d'entrée 22 et la boite collectrice de sortie 24 sont munies respectivement d'un orifice d'entrée 26 et d'un orifice de sortie 28. Les boites collectrices 22, 24 sont aussi munies chacune d'une face de raccordement 30 fixée sur l'organe de maintien 14 correspondant et raccordant les boites collectrices 22, 24 aux canaux 12.

Ainsi, lorsqu'il circule à travers le radiateur 10, le fluide caloporteur interne 16 circule dans un circuit allant depuis l'orifice d'entrée 26 de la boite collectrice d'entrée 22 jusqu'à l'orifice de sortie 28 de la boite collectrice de sortie 24 en passant à travers les différentes boites collectrices 22, 24 et les canaux d'échange thermique 12.

Dans les boites collectrices 22, 24, des enveloppes 32 encapsulant un matériau à changement de phase 34 sont logées. Un matériau à changement de phase 34 est un matériau dont la chaleur latente est importante et qui est utilisé dans une plage de température comprenant sa température de changement de phase. De cette manière, un matériau à changement de phase est susceptible de stocker ou de restituer une grande quantité de chaleur lors de son changement de phase. Le matériau à changement de phase utilisé est choisi parmi un acide gras, un alcool gras, une paraffine et un sel hydraté.

Le matériau à changement de phase 34 utilisé dans ce radiateur 10 à une chaleur latente de fusion supérieur à 280 kJ/m3. Le matériau à changement de phase 34 utilisé a un température de fusion comprise dans un intervalle choisi entre 20 et 110°C, et plus particulièrement parmi 50°C à 100°C, 45°C à 55°C et 80°C à 110°C selon la température prévue du fluide caloporteur interne 16 à l'endroit où il est positionné dans le radiateur 10. Idéalement, la température de fusion du matériau à changement de phase 34 doit être légèrement supérieure à la température du fluide caloporteur interne 16 en contact avec les enveloppes 32 encapsulant ce matériau à changement de phase 34 lorsqu'il n'y a pas surchauffe.

Les enveloppes 32 ont une forme générale tubulaire, de section extérieure comprise entre 1 et 8 mm. Chaque enveloppe 32 est fermée à ces deux extrémités par un bouchon 36.

Les différentes enveloppes 32 sont sensiblement de la même longueur et sont positionnées sensiblement parallèlement les unes par rapport aux autres de manière à former un faisceau 38. Chaque faisceau 38 d'enveloppes 32 est logé dans la boite collectrice 22, 24 correspondante, sensiblement parallèlement à la direction longitudinale de la boite collectrice 22, 24.

Avantageusement, des ailettes sont conformées sur une surface extérieure au d'une des boites collectrices, ou des deux boites collectrices, logeant les enveloppes 32. Ces ailettes augmentent les transferts thermiques entre la boite à eau et son environnement extérieur, par exemple avec l'air entrant sous le capot du véhicule dans lequel la boite collectrice est installée, permettant un refroidissement efficace de la boite à air. Les ailettes permettent d'améliorer l'efficacité de l'échange thermique se produisant à l'intérieur de la boite collectrice et par conséquent, permet au matériau à changement de phase de se décharger, i.e. de refroidir, et ainsi de se régénérer. Les ailettes peuvent être en particulier conformées sur une portion de surface extérieure de la boite collectrice localisée à proximité des enveloppes logées dans la boite collectrice. De préférence, la portion est située sur la boite collectrice en correspondance de la localisation des enveloppes 32 dans ladite au moins une boite collectrice, comme illustré sur la figure 1 avec les ailettes présentes sur des portions de surface extérieure des boites 22 et 24. Ainsi, les ailettes permettent d'améliorer l'échange thermique dans une zone des boites collectrices où sont situées les enveloppes, ce qui améliore encore l'efficacité de l'échangeur thermique avec une meilleure absorption des pics de température et une meilleure régénération du matériau à changement de phase grâce à un refroidissement plus rapide obtenu par la présence d'ailettes sur une zone appropriée de la boite.

Le radiateur 10 comprend des moyens de positionnement transversal 40, 42, 46 des enveloppes 32 les unes par rapport aux autres. Ces moyens de positionnement 40, 42, 46 peuvent comprendre :

- des bagues d'entretoisement 40 (voir figures 5 et 6), portées par les enveloppes

32,

- des plaques transversales 42 (voir figures 1 , 3 et 4) emboîtées dans des orifices

44 ménagés dans l'extrémité des enveloppes 32,

- des grilles d'entretoisement 46 (voir figure 7) traversées par une partie des enveloppes 32, positionnant transversalement les enveloppes 32 entre elles.

Les bagues d'entretoisement 40 sont des éléments tubulaires placées sur les enveloppes 32. L'épaisseur de ces bagues 40 permet de maintenir éloignées les enveloppes 32 entre elles.

Les plaques transversales 42 sont des plaques logées au niveau des extrémités de faisceaux 38 d'enveloppes 32. Ces plaques 42 sont munies de pions 48 de positionnement qui sont emboîtés dans les orifices 44 ménagés aux extrémités des enveloppes 32 de matériau à changement de phase 34. Les pions de positionnement 48 positionnent axialement et transversalement les enveloppes 32 entre elles.

Les figures 7 à 9 représentent un échangeur thermique selon un second mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, les éléments analogues au premier mode de réalisation sont désignés par des références identiques.

Dans ce mode de réalisation, l'échangeur thermique est un refroidisseur d'air de suralimentation 50. Le premier fluide caloporteur 16 traversant ce refroidisseur est donc un gaz sous pression issu d'un turbocompresseur et destiné à alimenter un moteur thermique. L'on peut voir sur la figure 8 que la forme des enveloppes 32 de matériaux à changement de phase 34 peut être adaptée à l'utilisation que l'on en fait. Notamment, dans ce mode de réalisation, les enveloppes 32 ont un diamètre plus grand que dans le premier mode de réalisation. De cette manière chaque enveloppe 32 contient une plus grande quantité de matériau à changement de phase 34.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible que le second fluide caloporteur 18 soit un liquide.

On se réfère maintenant aux figures 10 à 13. La boite collectrice 1 comprend un carter 11 (voir figure 12). Le carter est en plastique ou en métal et présente une surface extérieure 120. Le carter présente typiquement un axe longitudinal A et une section transverse par rapport à l'axe longitudinal A en U, c'est-à-dire avec une ouverture sur une face. Sur les figures 12 et 13, la face ouverte est opposée à la face visible. Cette ouverture permet la connexion au faisceau d'échange de l'échangeur de chaleur. Le volume intérieur du U est destiné à recevoir un fluide caloporteur pendant le fonctionnement de l'échangeur de chaleur et éventuellement d'autres composants tels qu'un matériau à changement de phase. Ainsi, le carter 11 a une forme de goulot dont les extrémités sont fermées. Par ailleurs, comme visible sur les figures 12 et 13, le « fond » du goulot, i.e. la partie courbe du U, ne présente pas une forme homogène le long de l'axe longitudinal A du carter 11. Le carter 11 est préférentiellement en plastique (par exemple à base de polyamide PA chargé en fibre de verre), ou en aluminium.

La boite collectrice 1 comprend également des saillies 130, 140 d'échange thermique sur la surface extérieure 120 du carter 11 . Les saillies 130, 140 offrent à la boite collectrice 1 des surfaces d'échange thermique supplémentaires afin de refroidir le carter 11 lors du fonctionnement de l'échangeur à chaleur, le carter 11 à son tour permettant le refroidissement du fluide caloporteur. Les saillies 130, 140 sont préférentiellement venues de matière avec le carter, et peuvent ainsi être en plastique ou en métal (préférentiellement en aluminium).

Avantageusement, le carter 11 sans les saillies est circonscrit dans un parallélépipède de plus faible volume P, les saillies 130, 140 sont contenues dans le parallélépipède de plus faible volume P. Le parallélépipède de plus faible volume P est le parallélépipède le plus petit en volume pouvant contenir le carter 11 de la boite collectrice sans prendre en compte les saillies, les éventuels ports pour raccord de tuyau n'étant pas non plus pris en compte. Ainsi, l'encombrement de la boite collectrice 1 et in fine de l'échangeur de chaleur n'est pas augmenté.

Dans un premier mode de réalisation, les saillies sont des ailettes 130 (voir figure

12) . Les ailettes 130 comme saillies d'échange thermique permettent en outre de renforcer mécaniquement la boite collectrice 1 , notamment face aux contraintes de pressions cyclées. Les ailettes 130 peuvent s'étendre transversalement à l'axe longitudinal A du carter 11 , préférentiellement à 90° par rapport à celui-ci. Les ailettes 130 sont avantageusement parallèles les unes aux autres permettant la disposition d'un grand nombre d'ailettes sur la surface extérieure 120 du carter 11 .

Dans un autre mode de réalisation, les saillies peuvent être des plots 140 (voir figure

13) . L'utilisation de plots 140 par rapport aux ailettes 130 a pour avantage l'augmentation de turbulences dans l'air autour de la boite collectrice 1 lors du fonctionnement de celle-ci : ce qui augmente donc le transfert thermique entre la boite collectrice 1 et l'air environnant. Ces plots 140 peuvent être des cylindres droits, préférablement à base circulaire 140a ou rectangulaire 140b (y compris carrée). Les plots 140 peuvent encore être des cônes 140c, éventuellement tronqués. Une combinaison de deux ou plus de types de plots 140 peut être utilisée selon les besoins de la boite collectrice 1 . De préférence, les plots 140 sont répartis de manière homogène sur la surface extérieure 120 du carter 11 . Par exemple, les plots 140 sont répartis sur la surface extérieure 120 du carter 11 suivant une maille carrée, préférentiellement de manière à ce qu'un côté de la maille carrée soit parallèle à l'axe longitudinal A du carter 11 .

La distance d entre deux saillies 130, 140 (voir figure 14) est préférentiellement comprise entre 1 mm et 3 mm permettant de limiter la perte de charge de l'air. La distance d est entendue comme la distance mesurée perpendiculairement, éventuellement perpendiculairement à la tangente, aux faces des saillies 130, 140 au point considéré.

Lorsque la distance d est constante le long du carter 11 , on parle alors de pas p. Ce pas p est préférentiellement compris entre 1 mm et 3 mm. À pas p identique, on a la même augmentation de transfert de chaleur pour les ailettes 130 et les plots 140 répartis en maille carrée.

L'épaisseur e des saillies 130, 140 est préférentiellement constante et comprise entre 0,07 mm et 1 mm, préférentiellement entre 0,5 mm et 1 mm, encore préférentiellement entre 0,7 mm et 1 mm. Les deux derniers intervalles permettent notamment d'éviter que les saillies 130, 140 ne se plient au moindre contact. L'épaisseur e est comprise comme la dimension la plus petite de la saillie 130, 140. Par exemple, pour une ailette 130, l'épaisseur e est la distance entre les deux faces opposées de l'ailette 130 ; pour un plot cylindrique droit à base circulaire 140a, l'épaisseur e est le diamètre de la base circulaire ; pour un plot cylindrique droit à base rectangulaire 140b, respectivement carrée, l'épaisseur e est la largeur de la base rectangulaire, respectivement le côté de la base carrée. Pour les besoins de définition de la présente invention, pour un plot conique 140c ou tronconique (cône tronqué), l'épaisseur e est le diamètre de la base circulaire du cône.

La hauteur h des saillies est préférentiellement inférieure à 10 mm. La hauteur h est comprise comme la distance mesurée en un point de la base de la saillie 130, 140 perpendiculairement à la surface extérieure 120 du carter 11 et la crête de la saillie. De préférence, la hauteur h en chacun des points des saillies 130, 140 est choisie de manière à ce que les saillies 130, 140 occupent la hauteur restante entre la surface extérieure 120 du carter 11 et le parallélépipède de plus faible volume P.

Comme illustré à la figure 11 , la boite collectrice 1 peut avantageusement comprendre en outre un matériau à changement de phase 2 disposé dans l'espace à l'intérieur du carter 11 , c'est-à-dire dans le volume du U. Le matériau à changement de phase 2 est typiquement prévu dans une gaine afin de la contenir dans la boite collectrice 1 .

La boite collectrice 1 peut également comprendre un port d'entrée 15 de fluide caloporteur, un port de sortie 160 de fluide caloporteur et/ou un port de dégazage/expansion 17 du fluide caloporteur pour le raccord de la boite collectrice respectivement à un tuyau d'arrivée de fluide caloporteur, à un tuyau d'évacuation de fluide caloporteur, à un tuyau de dégazage/expansion du fluide caloporteur. Le port d'entrée 15 est généralement prévu à une extrémité du carter 11 tandis que le port de sortie 160 peut être prévu à tout endroit entre les deux extrémités du carter 11. Quand le port de dégazage/expansion 17 est prévu, celui-ci est préférablement disposé à l'extrémité du carter 11 opposée à celle où se trouve le port d'entrée 15.

Cette boite collectrice 1 peut être utilisée dans un échangeur de chaleur 10 et peut être soit une boite à eau, soit une boite à air. Un tel échangeur de chaleur 10 comprend typiquement un faisceau d'échange 3 muni d'une superposition de plaques ou de tubes et ayant généralement une forme parallélépipédique, un carter de faisceau 4 généralement fermé sur quatre faces et ouvert sur deux faces opposées, la boite collectrice 1 étant disposée contre l'une des faces ouvertes de manière à ce qu'un fluide caloporteur puisse passer du faisceau d'échange 3 à la boite collectrice 1 et/ou de la boite collectrice 1 au faisceau d'échange 3.

Un tel échangeur de chaleur 10 peut être un radiateur de refroidissement à haute ou basse température, un radiateur de chauffage d'habitacle, un condensateur, un refroidisseur d'air de suralimentation air/air ou air/eau. On se réfère maintenant aux réalisations des figures 15 à 21 . La boite collectrice 1 comprend ici un carter 11 présentant un axe longitudinal A, un fond 21 et deux flancs latéraux 220, 230 s'étendant à partir du fond 21 du même côté de celui-ci de manière à donner une section transversale en U. L'espace entre les deux flancs 220, 230 et le fond 21 forme un espace de logement pour recevoir notamment le fluide caloporteur lors du fonctionnement de l'échangeur de chaleur. Le fond 21 et les deux flancs latéraux 220, 230 s'étendant dans la direction de l'axe longitudinal A du carter 11 . Le carter 11 comprend typiquement aussi deux flancs d'extrémité prolongeant l'un des flancs latéraux 220, 230 vers l'autre 230, 220 de manière fermer le carter 11 à ses extrémités. Le côté opposé au fond 21 présente une ouverture qui est notamment à coupler à un carter de faisceau d'échange.

La boite collectrice 1 comprend également du matériau à changement de phase 300 dans l'espace de logement du carter 11 . Ce matériau à changement de phase 300 est encapsulé dans des tubes 310, 320. Typiquement chacun de ces tubes 310, 320 présente une section transversale circulaire, dont le diamètre extérieur est préférentiellement compris entre 1 et 8 mm. Ils sont scellés à leurs deux extrémités 311 , 321 , par exemple par le même matériau que celui dans lequel ils sont faits, par des rivets 312 ou par sertissage (comme expliqué plus loin). L'extension des tubes 310, 320 peut être rectiligne (figures 15 à 18) ou ondulée (figure 19 à 21 ). Par ondulée, on comprend dans le cadre du présent exposé toute forme arrondie allant du zigzag au créneau, par exemple sinusoïdale ou présentant des tronçons rectilignes 323 reliés entre eux par des tronçons toriques 324, de préférence dessinant un demi-arc de cercle ; c'est cette dernière forme qui est représentée sur les figures 19 à 21 . La plus petite distance séparant les parois de deux tubes 310, 320 est de préférence comprise entre 0,5 et 2 mm.

De manière générale, le matériau de changement de phase 300 peut comprendre de la paraffine et/ou des huiles végétales.

Les tubes 310, 320 peuvent être en polymère, par exemple du polycarbonate, du polyester, du polyamide ; notamment quand leur extension est rectiligne, éventuellement chargé. Dans ce cas, les tubes 310, 320 présentent une paroi d'épaisseur comprise entre 0,05 et 0,4 mm. Les tubes 310, 320 peuvent encore être en métal, de préférence en aluminium, permettant d'avoir des tubes d'une épaisseur moindre que des tubes en plastiques car l'aluminium est plus conducteur thermiquement et plus solide que le plastique. Dans ce cas, les tubes 310, 320 présentent une paroi d'épaisseur comprise entre 0,05 et 0,5 mm, de préférence en dessous de 0,2 mm. Le métal a pour avantage de permettre un transfert de chaleur plus important entre le fluide caloporteur et le matériau à changement de phase 300 qu'un polymère. Par ailleurs, la résistance mécanique du métal est supérieure à celle des polymères, permettant de prévoir des tubes 310, 320 présentant une paroi d'épaisseur inférieure, typiquement entre ... et ... mm. Par conséquent, pour un même volume extérieur de tube, une quantité supérieure de matériau à changement de phase 300 peut être placée dans chaque tube 310, 320. Par ailleurs, le métal est particulièrement adapté pour des tubes 320 à extension ondulée car il procure une meilleure tenue mécanique empêchant la déformation des tubes ondulés par la pression exercée par le fluide caloporteur, le poids des tubes 320, ou à cause des hautes chaleurs pouvant régner dans la boite collectrice 1 .

L'espace de logement peut être divisé en deux portions 240, 250 suivant un plan sensiblement parallèle au plan moyen du fond 21 du carter 11 : une première portion 240 plus proche du fond 21 et une deuxième portion 250 plus éloignée du fond 21 du carter ; le matériau à changement de phase 300 étant présent uniquement dans la première portion 240. La première portion 240 représente préférentiellement un volume de l'espace de logement plus grand que la deuxième portion 250, notamment entre 55 et 75% du volume de l'espace de logement, préférentiellement entre 60 et 70% du volume de l'espace de logement, de préférence 2/3, la deuxième portion 250 occupant le reste du volume de l'espace de logement.

Afin de maintenir les tubes 310, 320 dans la boite collectrice et notamment dans la première portion 240 de l'espace de logement, la boite collectrice 1 peut comprendre en outre un support de tubes 400 comportant une base 410 et deux montants 420 distants l'un de l'autre, les deux montants 420 présentant des orifices 421 , chaque orifices 421 soutenant une extrémité 311 , 321 d'un tube 310, 320, notamment par un des rivets 312, 322 servant à boucher le tube, ou par sertissage de chaque extrémité 311 , 321 du tube 310, 320 sur la surface entourant un orifice 421 du montant 420. Les montants 420 permettent le centrage des tubes 310, 320 dans la boite collectrice 1. Le support de tubes 400 est préférentiellement réalisé en polymère, toujours de préférence en polyamide, encore de préférence en polyamide 6.6. La base 410 et les deux montants 420 peuvent être venus de moulage.

La base 410 est avantageusement ajourée, par exemple présentant la forme d'une grille avec des orifices 411 préférentiellement oblongs s'étendant toujours préférentiellement dans la même direction que l'axe longitudinal A du carter. Cette grille permet de retenir les tubes 310, 320 si jamais un de ceux-ci se décroche des orifices 421 des montants 420.

Par ailleurs, le carter 11 peut comprendre des moyens de fixation ou de retenu 280 du support de tubes 400, notamment par couplage à la base 410. Dans un mode de réalisation, les moyens de fixation ou de retenu 280 sont des moyens de clipsage de la base 410 du support de tubes 400 au carter 11 . Par exemple, chacun des moyens de clipsage est une cale dont la section est un triangle rectangle dont un des côtés autre que l'hypoténuse est fixé contre une paroi intérieure du carter, la paroi pouvant être celle d'une plaque transverse étanche (décrite un plus loin), l'autre côté autre que l'hypoténuse est tourné vers le fond de sorte que l'hypoténuse est tourné vers l'ouverture du carter. L'autre côté autre que l'hypoténuse joue le rôle d'une butée retenant le support, et notamment par contact avec la base, dans la première portion de l'espace de logement. Dans un mode de réalisation, deux moyens de clipsage 280 sont utilisés pour fixer ou retenir un support de tubes 400, par exemple sur deux de ses côtés opposés, notamment les deux côtés opposés le long d'un axe parallèle à l'extension du support de tubes 400. Les moyens de clipsage 280 sont de préférence venus de matière avec le carter 11 , notamment avec les flancs d'extrémité du carter et/ou avec la plaque transverse 200.

Le support de tubes 400 peut s'étendre dans la direction de l'axe longitudinal A du carter 11 et les tubes 310, 320 sont disposés dans une direction générale parallèle à l'axe longitudinal A du carter 11. Auquel cas, chacun des montants 420 peut être une plaque ajourée dont la normale à la plaque est colinéaire à l'axe longitudinal du carter, les deux montants 420 étant situés aux extrémités du support 400, et les tubes 310 sont préférentiellement des tubes droits s'étendant entre les deux montants 420, de préférence suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal A du carter 1 1 . Dans cette variante, les orifices 421 présents sur la plaque ajourée sont préférentiellement répartis suivant une maille carrée, triangulaire ou hexagonale. Dans une autre variante, chacun des montants 420 peut être une plaque ajourée dont la normale à la plaque est perpendiculaire à l'axe longitudinal A du carter 1 1 et n'intersecte pas le fond 21 du carter 11 , les deux montants 420 étant situés aux extrémités du support 400, et les tubes 320 sont préférentiellement des tubes ondulés s'étendant entre les deux montants 420. Dans cette variante, chaque tube ondulé 320 ondule de préférence entre deux lignes virtuelles 51 , 52 parallèles s'étendant dans la même direction que l'axe longitudinal A du carter 11 et séparées d'une distance proche de celle séparant les deux flancs latéraux 220, 230 du carter 11 , par exemple entre 80 et 99 % de celle distance. Toujours dans cette variante, les tubes ondulés 320 sont disposés par couches avec un seul tube 320 par couche et chacun des montants 420 ajourés présente une rangée d'orifices 421 superposés les uns aux autres suivant une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal A du carter 11 et n'intersectant aucun flanc latéraux 220, 230 du carter 11.

L'espace de logement peut être divisé en deux compartiments 260, 270, notamment un compartiment d'entrée 260 de fluide caloporteur et un compartiment de sortie 270 de fluide caloporteur. Pour cela, le carter 11 peut comprendre une plaque transverse 200 étanche sensiblement au milieu de son extension longitudinale. La plaque transverse 200 peut être venue de matière avec le carter 11 notamment les deux flancs latéraux 220, 230 de celui-ci. La boite collectrice 1 peut alors comprendre deux supports de tubes 400 :

- l'un disposé dans le compartiment d'entrée 260 et dont les tubes 310, 320 sont remplis d'un premier matériau à changement de phase ; et

- l'autre dans le compartiment de sortie 270 et dont les tubes 310, 320 sont remplis d'un deuxième matériau à changement de phase.

Les premier et deuxième matériaux à changement de phase peuvent être les mêmes. Cependant, il est parfois plus avantageux qu'ils soient différents, notamment de sorte que le deuxième matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 0,5 fois et 0,7 fois celle du premier matériau à changement de phase. Par exemple, le premier matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 90°C et 110°C, et le deuxième matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 70°C et 90°C. Cette variante est particulièrement avantageuse lorsque la boite collectrice est destinée à un échangeur de chaleur d'un radiateur à refroidissement à haute température. Autre exemple, le premier matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 60°C et 70°C, et le deuxième matériau à changement de phase présente une température de transition de phase comprise entre 40°C et 50°C. Cette variante est particulièrement avantageuse lorsque la boite collectrice est destinée à un échangeur de chaleur d'un radiateur à refroidissement à basse température.

La boite collectrice 1 peut comprendre également un port d'entrée 291 de fluide caloporteur, notamment si la boite collectrice 1 est une boite collectrice d'entrée, ou un port de sortie 292 de fluide caloporteur, notamment si la boite eau 1 est une boite collectrice de sortie (circulation du fluide caloporteur en I). Dans le cas où la boite collectrice 1 est une boite collectrice d'entrée et de sortie (circulation du fluide caloporteur en U), celle-ci peut comprendre un port d'entrée 291 débouchant dans le compartiment d'entrée 260, et un port de sortie 292 débouchant dans le compartiment de sortie 270. Chacun des ports d'entrée ou de sortie 291 , 292 présente une ouverture débouchant préférentiellement à la fois dans la première portion 240 et à la fois dans la deuxième portion 250 de l'espace de logement. De préférence, la totalité de l'aire de l'ouverture débouche dans la première portion 240. Le port d'entrée 291 est de préférence venu de matière avec le carter, notamment un des flancs latéraux 220, 230 de celui-ci. De même, le port de sortie 292 est de préférence venu de matière avec le carter, notamment un des flancs latéraux 220, 230 de celui-ci. Quand les deux types de port sont prévus, ils sont de préférence placés du même côté du carter 11.

De manière générale, le carter 11 doté d'un port d'entrée 291 ainsi que la disposition du matériau à changement de phase sont réalisés de manière à ce qu'en fonctionnement, le fluide caloporteur entre d'abord au contact avec les tubes encapsulant le matériau à changement de chaleur par le port d'entrée 291 avant de sortir du côté du carter ouvert vers le faisceau d'échange auquel la boite collectrice 1 est couplée.

Une telle boite collectrice 1 peut être utilisée dans un échangeur de chaleur, par exemple un radiateur à haute température ou un radiateur à basse température, notamment de tels radiateurs mécaniques ou brasés. Un tel échangeur de chaleur comprend en outre un faisceau d'échange comprenant un empilement de tubes et un carter de faisceau logeant le faisceau d'échange. Le carter de faisceau étant fixé à la boite collectrice 1 . Du matériau à changement de phase peut également être prévu dans les tubes du faisceau d'échange, notamment pour les radiateurs mécaniques.