1. Domaine de l'invention

L'invention se rapporte au domaine de la régulation thermique des batteries, et concerne plus particulièrement les échangeurs thermiques pour la gestion thermique des batteries, notamment dans le domaine automobile.

L'invention concerne plus précisément le raccordement entre un tel échangeur thermique et un circuit de régulation thermique dans lequel circule un fluide caloporteur.

2. Art antérieur

L’énergie électrique des véhicules à motorisation électrique et/ou hybride est fournie par une ou plusieurs batteries.

Dans ce type de véhicule, la batterie est généralement formée d'une pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique formant un ou plusieurs modules disposées dans un boîtier de protection afin de former ce que l'on appelle un pack batterie.

La régulation thermique de la batterie est un point important.

En effet, la température de la batterie doit être régulée, à une température avoisinant les 20°C, afin d’assurer la fiabilité, l’autonomie, et la performance du véhicule, tout en optimisant la durée de vie de la batterie.

Afin de réguler la température de la batterie, il est connu d’utiliser un dispositif de régulation thermique assurant les fonctions de chauffage et de refroidissement de la batterie.

Un tel dispositif de régulation thermique comprend notamment un échangeur thermique délimitant un circuit de circulation d'un fluide caloporteur et disposé en contact thermique avec les cellules électriques de la batterie.

Le fluide caloporteur est introduit dans le circuit de circulation, et évacué de celui-ci, par l'intermédiaire de conduits d'alimentation et d'évacuation, connectés de manière étanche à des tubulures d'entrée et de sortie portées par l'échangeur thermique. Pour cela, les conduits d'alimentation et d'évacuation sont insérés à force sur les tubulures d'entrée et de sortie de l'échangeur thermique.

En fin d'insertion, l'extrémité des conduits peut entrer en contact avec la surface de l'échangeur qui doit alors encaisser des efforts relativement importants pouvant aller éventuellement jusqu'à sa détérioration (déformation notamment).

L'emmanchement à force des conduits sur les tubulures de l'échangeur thermique engendre par ailleurs des écarts dimensionnels (dispersion) de montage des conduits sur l'échangeur.

Une fois les conduits positionnés sur les tubulures d'entrée et de sortie de l'échangeur thermique, un collier de serrage est classiquement positionné autour des conduits de sorte à assurer l'étanchéité de la connexion entre les conduits et les tubulures de l'échangeur thermique.

Il existe donc un besoin de proposer une solution de raccordement entre les tubulures d'entrée et sortie d’un échangeur thermique et les conduits d'alimentation et d'évacuation de fluide caloporteur, qui soit fiable et étanche, de conception simple, rapide à mettre en oeuvre, et qui minimise les risques de détérioration de l'échangeur thermique.

3. Résumé de l'invention

A cet effet, l'invention propose un échangeur thermique comprenant une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie d'un fluide caloporteur sur lesquelles sont destinés à être insérés respectivement un conduit d'alimentation et un conduit d'évacuation du fluide caloporteur.

Selon l'invention, ladite tubulure d'entrée et ladite tubulure de sortie présentent chacune sur leur surface extérieure des moyens d'étanchéité et de retenue dudit conduit et une collerette formant butée de limitation d'insertion dudit conduit sur ladite tubulure correspondante.

L’invention consiste à prévoir sur les tubulures d'entrée et de sortie d'un échangeur thermique - des moyens d'étanchéité et de retenue des conduits d'un circuit de régulation thermique venant s'insérer sur ces tubulures, et - des collerettes formant butées qui sont destinées à limiter l'insertion axiale des conduits sur les tubulures de sorte à ne pas dégrader l'échangeur thermique lors du raccordement de l'échangeur thermique au circuit de régulation thermique.

La collerette sert de butée axiale à une extrémité du conduit lorsque celui-ci est emmanché sur la tubulure correspondante.

Elle assure un contre-effort en fin d'insertion ou de mise en place du conduit sur la tubulure, de sorte que l'effort généré par l'extrémité du conduit à la fin de l'insertion n'est plus appliqué sur la surface de l'échangeur (évitant ainsi sa déformation) mais sur la collerette de la tubulure (la collerette subit et amortit donc les efforts d'assemblage à force du conduit sur la tubulure).

Les moyens d'étanchéité et de retenue du conduit ont deux fonctions.

D'une part, ils permettent d'assurer l'étanchéité entre la tubulure et le conduit correspondant, et ainsi éviter toute fuite du liquide caloporteur circulant dans les tubulures.

D'autre part, ils permettent de verrouiller en position le conduit sur la tubulure correspondante, une fois l'extrémité de ce dernier mise en contact avec la collerette, de façon à ce que les risques de retrait accidentel du conduit soient minimisés.

La solution de l'invention est de conception simple, facilite le montage, et minimise les risques de détérioration de l'échangeur thermique.

Selon un aspect particulier de l'invention, une gorge est ménagée sous la butée. Cette gorge est adaptée pour recevoir un outil ou une pièce d'un moyen d'assemblage afin de mettre en position la collerette dans ledit moyen d'assemblage permettant ainsi de contrôler précisément l'emmanchement du conduit sur la tubulure correspondante.

Selon un aspect particulier de l'invention, une extrémité de ladite tubulure d'entrée et de ladite tubulure de sortie est solidarisée respectivement à un port d'entrée et un port de sortie du fluide caloporteur portés par ledit échangeur thermique.

Les tubulures sont montées sur les ports correspondants de l'échangeur thermique, par exemple par soudage ou brasage, de façon à former un ensemble indissociable avec l'échangeur thermique.

Il n'est donc pas nécessaire d'utiliser d'éléments d'étanchéité spécifiques entre les ports de l'échangeur thermique et les tubulures de raccordement de l'échangeur à un circuit de régulation thermique. Selon un aspect particulier de l'invention, ladite collerette est située au voisinage de l'extrémité de ladite tubulure solidarisée audit port.

La collerette formant butée pour l'extrémité du conduit, qui s'étend sur la périphérie de la tubulure, est située à proximité de la surface de l'échangeur.

De la sorte, la longueur de tubulure « libre », c'est-à-dire destinée à recevoir le conduit avant mise en butée, est suffisamment importante pour permettre une mise en place correcte du conduit sur la tubulure.

Selon un aspect particulier de l'invention, ladite collerette s'étend au moins partiellement sur la surface extérieure de ladite tubulure.

La collerette s'étend sur la totalité de la périphérie externe de la tubulure ou bien sur une portion seulement, sa fonction étant de limiter l’insertion axiale du conduit sur la tubulure.

Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens d'étanchéité et de retenue comprennent au moins une dent circulaire portée par la surface extérieure de ladite tubulure.

La présence d'au moins une dent, ou saillie, sur la surface externe de la tubulure permet d'assurer l'étanchéité entre la surface externe de la tubulure et la surface intérieure du conduit correspondant, en comblant le jeu existant entre le conduit et la tubulure.

Selon un aspect particulier de l'invention, ladite au moins une dent présente une section en forme de cône tronqué dont la base fait face à ladite collerette.

Ce profil spécifique de dent présente l'avantage de supprimer ou à tout le moins de minimiser les risques de retrait accidentel du conduit, lorsqu'il est inséré sur la tubulure correspondante.

Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens d'étanchéité et de retenue comprennent trois dents circulaires espacées le long de la surface extérieure de la tubulure.

La présence de trois dents, ou saillies, espacées optimise encore l'étanchéité entre la tubulure et le conduit correspondant, et réduit encore les risques de retrait accidentel du conduit.

Selon un aspect particulier de l'invention, ladite tubulure d'entrée et ladite tubulure de sortie présentent chacune des moyens de positionnement angulaire dudit conduit correspondant sur ladite tubulure destinés à coopérer avec des moyens de positionnement angulaire complémentaires formés dans chacun desdits conduits.

Les moyens de positionnement angulaire formés sur les tubulures et les conduits permettent d'une part de mettre en place précisément l'extrémité du conduit dans une position prédéterminée autour de la tubulure correspondante, et d'autre part de verrouiller en rotation le conduit sur la tubulure correspondante.

Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de positionnement angulaire comprennent au moins une encoche formée dans ladite collerette, adaptée pour coopérer avec au moins un ergot porté par ledit conduit.

Ces moyens de positionnement angulaire sont relativement aisés à mettre en oeuvre, et facilitent les opérations d'assemblage.

Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de positionnement angulaire comprennent au moins un ergot porté par ladite collerette, adapté pour coopérer avec au moins une encoche formée dans ledit conduit.

Ceci constitue une alternative pour le positionnement angulaire du conduit par rapport à la tubulure correspondante.

L'invention concerne également un ensemble de régulation thermique comprenant un échangeur thermique tel que décrit précédemment, et au moins un conduit d'alimentation de fluide caloporteur dans ledit échangeur thermique et un conduit d'évacuation du fluide caloporteur hors dudit échangeur thermique.

4. Figures

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur thermique à plaque, comprenant une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie d'un fluide caloporteur auxquelles sont respectivement raccordés un conduit d'alimentation et un conduit d'évacuation du fluide; - la figure 2 est une vue rapprochée des deux tubulures, comprenant chacune des moyens d'étanchéité et de retenue, et une collerette formant butée, avant emmanchement des conduits ;

- la figure 3 est une vue rapprochée des deux tubulures, après emmanchement des conduits, l'extrémité des conduits venant en butée sur les collerettes des tubulures ;

- les figures 4 et 5 illustrent un premier mode de réalisation des moyens de positionnement angulaire, avant et après emmanchement des conduits sur les tubulures, dans lequel la collerette de chaque tubulure est munie d'une encoche destinée à coopérer avec un ergot formé sur le conduit correspondant ;

- les figures 6 et 7 illustrent un second mode de réalisation des moyens de positionnement angulaire, avant et après emmanchement des conduits sur les tubulures, dans lequel la collerette de chaque tubulure est pourvue d'un ergot destiné à coopérer avec une encoche formée dans le conduit correspondant.

5. Description détaillée

5.1 Principe général de l'invention

L'invention propose d'optimiser les opérations de raccordement entre un échangeur thermique, à plaques ou à tubes, délimitant un circuit pour un fluide caloporteur, et les conduits d'alimentation et d'évacuation du fluide caloporteur.

Pour ce faire, l'invention propose que l'échangeur thermique comprenne une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie du fluide caloporteur présentant un profil spécifique, ces tubulures étant solidarisées respectivement à un port d'entrée et à un port de sortie du fluide caloporteur de l'échangeur.

Ces tubulures sont destinées à coopérer chacune avec un conduit souple ou semi-rigide d'amenée ou d'évacuation du fluide caloporteur dans l'échangeur.

Ainsi, un conduit d'alimentation du fluide caloporteur s'emmanche sur la tubulure d'entrée de l'échangeur thermique et le conduit d'évacuation du fluide caloporteur s'emmanche sur la tubulure de sortie de l'échangeur thermique.

Selon le principe général de l'invention, chacune des tubulures d'entrée et de sortie de l'échangeur thermique présente des moyens permettant à la fois d'assurer l'étanchéité entre la tubulure de l'échangeur thermique et le conduit correspondant, et de maintenir en position le conduit sur la tubulure de l'échangeur thermique. Ainsi, les moyens d'étanchéité sont prévus directement sur les tubulures de l'échangeur thermique, ce qui évite la mise en œuvre de joints et autres éléments d'étanchéité additionnels, et simplifie les opérations d'assemblage et la fiabilité de l'ensemble.

Il n'est pas non plus nécessaire d'ajouter des éléments supplémentaires de verrouillage de la position du conduit sur la tubulure de l'échangeur thermique, de type collier par exemple, puisque la forme des tubulures est configurée pour retenir le conduit sur la tubulure.

Par ailleurs, la tubulure d'entrée et la tubulure de sortie de l'échangeur thermique comprennent également une collerette formant une butée axiale pour l'extrémité du conduit venant s'emmancher sur la tubulure.

Ainsi, les efforts d'emmanchement à force du conduit sur la tubulure sont encaissés par la collerette et non pas par la surface de l'échangeur thermique, ce qui évite la dégradation de ce dernier.

5.2 Description de plusieurs modes de réalisation de l'invention

Sur les différentes figures, sauf indication contraire, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence et présentent les mêmes caractéristiques techniques et modes de fonctionnement.

Dans ce qui suit, la présente invention est décrite en lien avec un échangeur thermique à plaques, mais s'applique aussi bien à un échangeur thermique à tubes.

Un échangeur thermique 1 à plaques est illustré sur la figure 1.

Il comprend deux plaques accolées, dont l'une est destinée à être mise en contact thermique des batteries d'un véhicule automobile de type électrique ou hybride pour leur régulation thermique, les deux plaques délimitant entre elles un circuit de circulation d'un fluide caloporteur.

La surface 10 de la plaque supérieure porte un port d'entrée 11 et un port de sortie 12 du fluide caloporteur, prenant la forme d’un col de la plaque, qui sont destinés à être raccordés respectivement à un conduit d'alimentation 21 et à un conduit d'évacuation 22 du fluide reliés à une boucle de régulation thermique d'un véhicule, dans cet exemple. Les conduits d'alimentation 21 et d'évacuation 22 du fluide sont de préférence souples ou semi-rigides, et par exemple fabriqués dans un matériau choisi parmi un polyamide 6, un polyamide 12, un copolymère ou un matériau composite.

Afin de raccorder les conduits 21, 22 au port d'entrée 11 et au port de sortie 12 respectivement de l'échangeur thermique 1, l'invention prévoit l'utilisation de tubulures ou manchons de raccordement 31, 32, et plus précisément une tubulure d'entrée 31 et une tubulure de sortie 32, représentées sur la figure 2.

Une des extrémités de chacune des tubulures de raccordement 31, 32 est solidarisée de façon étanche au port 11, 12 respectif, de préférence par brasage ou soudage.

Les tubulures de raccordement 31, 32 sont, par exemple, fabriquées en aluminium.

Comme visible sur la figure 2, les tubulures de raccordement 31, 32 présentent un profil spécifique qui assure à la fois une fonction d'étanchéité et une fonction de maintien en position des conduits 21, 22, une fois ces derniers emmanchés à force sur les tubulures de raccordement 31, 32.

Plus précisément, chaque tubulure de raccordement 31, 32 comprend sur sa surface extérieure sensiblement cylindrique une pluralité de dents 33, ou saillies, circulaires arrangées.

Dans l'exemple illustré, trois dents 33 circulaires périphériques sont espacées régulièrement le long de l'axe principal de chaque tubulure de raccordement 31, 32, sur la périphérie de ces dernières.

On définit ici l'axe principal comme étant l'axe longitudinal des tubulures de raccordement 31, 32, perpendiculaire à la surface 10 de l'échangeur thermique 1.

Chaque dent 33, vue selon un plan incluant l'axe principal de la tubulure de raccordement, possède un profil en forme de cône tronqué.

La base du cône tronqué, plus large que son sommet, est orientée vers les ports d'entrée 11 et de sortie 12 de l'échangeur thermique 1.

Ce profil de dents, qui peut schématiquement être défini comme une forme « en sapin », permet d'assurer l'étanchéité de l'assemblage entre les conduits 21, 22 et les tubulures de raccordement 31, 32. Les tubulures de raccordement 31, 32 pourraient comporter un nombre de dents 33 plus ou moins élevé, la répartition de ces dents 33 le long de l'axe principal pouvant différer de celle illustrée sur les figures.

Par ailleurs, le profil des dents 33 permet de retenir les conduits 21, 22 sur les tubulures de raccordement 31, 32 une fois les conduits 21, 22 insérés sur les tubulures : les dents 33 s'élargissent en effet vers la surface 10 de l'échangeur thermique 1, ce qui supprime, ou à tout le moins minimise, les risques de retrait accidentel des conduits 21, 22.

Selon l'invention, chaque tubulure de raccordement 31, 32 porte une collerette 34, formant butée, qui s'étend sur la surface extérieure de la tubulure de raccordement 31, 32, au voisinage du port d'entrée 11 ou de sortie 12 correspondant, c'est-à-dire au voisinage de l'extrémité de la tubulure de raccordement 31, 32 orientée vers l'échangeur thermique 1.

La collerette 34 est plus précisément située entre la pluralité de dents 33 et le port 11, 12 correspondant, selon l'axe principal de la tubulure de raccordement 31, 32.

Cette collerette 34 peut être « intégrale », c'est-à-dire formée sur la totalité de la périphérie de la tubulure de raccordement 31, 32, ou « partielle », c'est-à-dire formée seulement sur une portion de la périphérie de la tubulure de raccordement 31, 32.

Lorsqu'un conduit 21, 22 est inséré à force sur la tubulure de raccordement 31, 32 correspondante, son extrémité libre vient prendre appui contre la collerette 34, comme illustré sur la figure 3.

La collerette 34 a donc pour fonction principale de limiter l'insertion axiale du conduit 21, 22 et d'encaisser les efforts en fin d'opération d'emmanchement du conduit 21, 22 sur la tubulure de raccordement 31, 32 correspondante, ce qui évite à la surface 10 de l'échangeur thermique 1 de subir ces efforts et d'être dégradée.

En d'autres termes, la collerette 34 permet de contrer les efforts appliqués par l'extrémité du conduit 21, 22 à la fin du mouvement d'enfoncement du conduit 21, 22 sur la tubulure de raccordement 31, 32 correspondante.

La collerette 34 permet également de positionner avec un minimum de dispersion l'extrémité du conduit 21, 22 sur la tubulure de raccordement 31, 32, puisque la mise en position se fait à partir de la collerette 34 directement et non à partir de la surface 10 de l'échangeur thermique 1, limitant ainsi la chaîne de cotes. Selon un aspect optionnel de l'invention, une gorge 35 est ménagée sous la collerette 34. Cette gorge 35 est adaptée pour recevoir un outil ou une pièce d'un moyen d'assemblage (non représentés ici) afin de mettre en position la collerette 34 dans ledit moyen d'assemblage permettant ainsi de contrôler précisément l'emmanchement du conduit 21, 22 sur la tubulure de raccordement 31, 32 correspondante.

Selon un aspect optionnel de l'invention, les tubulures de raccordement 31, 32 peuvent additionnellement porter des moyens de positionnement angulaire du conduit 21, 22 par rapport à l'échangeur thermique 1.

Ces moyens de positionnement angulaire, formés sur la collerette 34 des tubulures de raccordement 31, 32, peuvent prendre la forme d'une encoche ou d'un ergot et sont destinés à coopérer avec des moyens de positionnement angulaire complémentaires formés au niveau de l'extrémité libre des conduits 21, 22.

Selon un premier mode de réalisation, illustré sur les figures 4 et 5, une encoche 341 est formée dans la collerette 34 et s'étend sur la hauteur totale de la collerette 34.

L'encoche 341 pourrait également s'étendre sur une portion seulement de la hauteur de la collerette 34, pourvu que la cavité formée soit suffisante pour recevoir un élément de forme complémentaire.

Cette encoche 341 est adaptée pour coopérer avec un ergot 23, de forme complémentaire, faisant saillie à l'extrémité du conduit 21, 22.

La figure 5 représente les conduits 21, 22 lorsqu'ils sont mis en position sur les tubulures de raccordement 31, 32 correspondantes.

Le bord périphérique de l'extrémité libre des conduits 21, 22 vient se positionner contre la surface périphérique supérieure de la collerette 34 correspondante, et chaque ergot 23 vient s'imbriquer dans l'encoche 341 correspondante de la collerette 34.

Selon un second mode de réalisation, illustré sur les figures 6 et 7, l'encoche 24 est formée sur le bord périphérique de l'extrémité libre des conduits 21, 22.

Un ergot 342, de profil complémentaire à l'encoche 24, est quant à lui formé sur la collerette 34 des tubulures de raccordement 31, 32, et s'étend selon l'axe longitudinal de la tubulure de raccordement correspondante. Plus précisément, l'ergot 342 s'étend à partir de la collerette 342, selon l'axe principal de la tubulure de raccordement, vers les dents 33.

Dans ces deux modes de réalisation des moyens de positionnement angulaire, la coopération de l'encoche 341, 24 et de l'ergot 23, 342 permet d'une part de solidariser le conduit 21, 22 et la tubulure de raccordement 31, 32, et d'autre part de positionner angulairement l'extrémité du conduit 21, 22 par rapport à la tubulure de raccordement 31, 32 afin d'empêcher tout mouvement de rotation.

L'ergot 23 et l'encoche 24 du conduit 21, 22, sont de préférence réalisés par découpe de l'extrémité du conduit 21, 22.

L'encoche 341 et l'ergot 342 de la collerette 34, sont de préférence réalisés par usinage ou par formage.

Il est à noter que chaque conduit et chaque collerette peuvent porter plusieurs ergots ou encoches.

Il est à noter, par ailleurs, que l'échangeur thermique de l’invention peut être utilisé comme radiateur dans un véhicule automobile.