Brevet FR2653847A1 — publié le 19910503

L'invention concerne un joint d'étanchéité pour un interstice soumis à l'action de gaz chauds et situé entre deux éléments de construction pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre selon trois directions dans l'espace et selon des déplacements limités. L'étanchement de tels interstices, par exemple entre un bloc d'échangeur de chaleur et le carter extérieur de l'échangeur, est problématique, puisque d'une part le flux de gaz s'écoulant au travers du bloc d'échangeur de chaleur ne doit pas être en partie dévié autour du bloc, par des interstices d'étanchéité, et que d'autre part apparaissent des dilatations et des modifications de position, d'origine thermique, qui font qu'un étanchement classique semble difficile à réaliser. Une possibilité d'étanchement connue, consiste à prévoir des joints d'étanchéité à brosse qui présentent toutefois l'inconvénient d'une fabrication très complexe et coûteuse. En outre ils sont exposés à une usure importante et présentent une certaine perméabilité au flux de gaz. A partir de là, le but de la présente invention est de fournir un joint d'étanchéité conforme à celui décrit en introduction, qui d'une part est d'une construction simple, et qui d'autre part garantisse un étanchement fiable même dans le cas de variations de position de plus grande importance. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que le joint d'étanchéité conforme à celui décrit en introduction, est constitué par au moins deux éléments d'étanchéité du type soufflet, se chevauchant partiellement, pourvus d'arêtes de pliage et disposés en se succédant dans la direction longitudinale de l'interstice, chacun de ces éléments d'étanchéité étant relié, au niveau d'un point de fixation, à l'un des éléments de construction mobiles, et guidé en coulissement, notamment dans la direction longitudinale de l'interstice, au niveau des deux éléments de construction. Les avantages essentiels de l'invention résident dans le fait que grâce aux éléments d'étanchéité de type soufflet montés de manière coulissante, il est possible de compenser des mouvements relatifs considérables entre les deux éléments de construction, dans toutes les trois directions de l'espace, sans porter préjudice à l'effet d'étanchéité. L'ensemble est par ailleurs d'une fabrication simple et peu onéreuse, et peut être réparé à moindres frais en cas de détérioration, puisque chaque élément d'étanchéité peut être échangé individuellement. Par rapport aux solutions constituant des alternatives, telles que les joints à brosses, il est en définitive possible de réaliser des mouvements relatifs plus importants. Selon un développement préféré de l'invention, chaque élément d'étanchéité présente entre les arêtes de pliage, des zones ou tronçons de paroi parallèles. On obtient ainsi une élasticité des plus grandes dans la direction de l'ondulation. De préférence, les tronçons de paroi parallèles sont orientés de manière inclinée par rapport à un axe transversal médian de l'élément d'étanchéité. Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsque l'on connait une direction de déplacement préférentielle du mouvement relatif entre les deux éléments de construction. Dans ce cas, le joint d'étanchéité est réalisé de telle sorte que les normales aux tronçons de parois parallèles soient orientées sensiblement en direction de la position finale après le mouvement relatif, de sorte que l'on obtienne ainsi une grande élasticité du joint d'étanchéité pour cette position. Selon un autre développement de l'invention, le point de fixation d'un élément d'étanchéité sur l'un des éléments de construction est réalisé sous la forme d'une liaison par vis, par soudage par point, ou par rivet. De préférence, la liaison est une liaison par vis, puisque celle-ci permet un échange simple des éléments d'étanchéité défectueux. De préférence le point de fixation est disposé dans la zone de l'une des extrémités d'un élément d'étanchéité. Ainsi, l'un des deux côtés d'un élément d'étanchéité peut être localisé de manière définie et sans subir les influences des dilatations thermiques. Selon une exécution avantageuse de l'invention, le guidage du coulissement d'un élément d'étanchéité est réalisé au moyen d'un guidage à cheville et trou oblong, à mobilité libre. Ce système est particulièrement avantageux quant à la fabrication, puisque un trou oblong et un trou simple peuvent être obtenus de manière simple par poinçonnage de la tôle. Par ailleurs, le point de fixation de l'un des éléments d'étanchéité et le trou oblong de l'élément d'étanchéité voisin, peuvent être maintenus au moyen d'un élément de maintien commun. Cet élément de maintien peut être constitué par un rivet ou une cheville ou, de préférence, une vis avec embase, la vis étant insérée dans l'une des parois à étancher en s'appuyant sur l'embase. L'embase présente une dimension qui correspond au diamètre du trou et à la largeur du trou oblong, pour assurer une fixation sans jeu de l'un des éléments d'étanchéité, et la mobilité de l'autre élément d'étanchéité dans une direction. Les éléments d'étanchéité comportent de préférence entre 1 et 10 arêtes de pliage, en fonction des différences de dilatation devant être compensées, rapportées à la largeur de l'interstice. De préférence on choisira environ 4 à 6 arêtes de pliage. Une exécution préférée de l'invention, prévoit que le joint d'étanchéité est conçu pour étancher un interstice d'étanchéité en forme de "L", entre un élément de construction extérieur et un élément de construction intérieur, un premier élément d'étanchéité rendant étanche l'une des branches de l'interstice, à partir d'un coin d'élément de construction, tandis qu'un deuxième élément d'étanchéité rend étanehe l'autre branche de l'interstice en venant buter latéralement contre le premier élément d'étanchéité. C'est seulement grâce à cet agencement qu'il est possible d'étancher de manière avantageuse des interstices qui présentent des coudes à angle droit, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des éléments d'étanchéité de configuration spéciale pour les zones de coin. Dans ce cas, le premier élément d'étanchéité est de préférence fixé dans la zone de coin, sur l'élément de construction extérieur, et le deuxième élément d'étanchéité, dans la zone de coin de l'élément de construction intérieur. Il est ainsi possible de minimiser les interstices d'étanchéité résiduels entre les éléments d'étanchéité et les éléments de construction, même dans le cas de dilatations thermiques plus importantes. Il est ainsi par exemple possible que les éléments de construction constituent un bloc d'une matrice de tubes et une paroi- enveloppe de cette dernière, par exemple le carter extérieur d'un échangeur de chaleur. Le matériau pour les éléments d'étanchéité sera choisi en fonction du domaine d'utilisation; dans le cas de l'étanchement d'un échangeur de chaleur, il est avantageux de mettre en oeuvre des alliages réfractaires à base de fer ou de nickel. Il est par contre également tout à fait possible d'utiliser des matériaux non métalliques, par exemple des céramiques ou des matières plastiques. Finalement, selon une variante de l'invention, les éléments d'étanchéité peuvent être d'une conception multi-couches, notamment à deux couches. L'invention va maintenant être décrite plus en détail, au regard des dessins annexés qui montrent: Fig. 1 une vue en biais d'un ensemble d'étanchéité coudé, Fig. 2 une vue en biais d'un autre ensemble d'étanchéité, Fig. 3a une coupe schématique d'un élément d'étanchéité, Fig. 3b une coupe schématique de l'élément d'étanchéité, à une autre température, Fig. 4 une coupe de l'interstice d'étanchéité entre deux éléments de construction espacés, Fig. 5 une vue schématique de biais d'un échangeur de chaleur, Fig. 6 une vue schématique de biais d'une mode de réalisation d'élément d'étanchéité, Fig. 7 une coupe ainsi qu'une vue schématique de biais d'une fixation d'un élément d'étanchéité, Fig. 8 une coupe d'une autre fixation d'élément d'étanchéité, Fig. 9 une coupe d'une troisième fixation d'élément d'étanchéité. Le joint d'étanchéité (la) représenté sur la figure 1, et destiné à étancher un interstice en forme de "L" entre un élément de construction extérieur (2) et un élément de construction intérieur (3), qui n'est indiqué que par une ligne interrompue, se compose de plusieurs éléments d'étanchéité (4a) en forme de soufflet se chevauchant partiellement. Les deux éléments de construction (2) et (3) sont ici mobiles l'un par rapport à l'autre dans les trois directions de l'espace, de sorte que l'interstice en forme de "L" se modifie quant à sa forme et à sa largeur. Les éléments d'étanchéité (4a) du type soufflet présentent chacun, deux tronçons de paroi (5a,5b) opposés, orientés parallèlement aux éléments de construction (2,3) et entre lesquels sont disposées 1 à 10 arêtes de pliage. Les tronçons de paroi (5a,5b) sont reliés aux éléments de construction (2, 3) par l'intermédiaire d'éléments de liaison, un point de fixation (7) et un certain nombre de fixations coulissantes (8) étant prévus. Le point de fixation (7) est de préférence réalisé sous la forme d'un rivet ou d'une vis, qui sont insérés dans un perçage de l'élément d'étanchéité (4a). Les fixations coulissantes (8) sont réalisées sous la forme de liaisons par cheville et trou oblong, une cheville étant de préférence insérée dans l'un des éléments de construction (2,3) en étant logée de manière coulissante dans le trou oblong de l'élément d'étanchéité (4a). Deux éléments d'étanchéité (4a) qui se succèdent en direction longitudinale de l'interstice d'étanchéité, se chevauchent dans une zone (9) de leur étendue. Dans la zone du coude (10), le joint d'étanchéité (la) est configuré de manière à ce qu'un élément d'étanchéité (4c) soit mis en place en étant adapté au coude de l'élément de construction extérieur (2), tandis que l'élément d'étanchéité (4b) qui vient y buter, s'applique par l'une des extrémités sur le tronçon de paroi (5b) de l'autre élément d'étanchéité (4c). Les points de fixation (7) sont de préférence situés dans la zone de l'un des côtés de chaque élément d'étanchéité (4) pour maintenir le plus faible possible les dilatations thermiques entre le côté et le point de fixation, tandis que par ailleurs, les dilatations thermiques entre le point de fixation (7) et l'autre côté de l'élément d'étanchéité (4), ne posent pas de problèmes, puisque cet autre côté peut se déplacer par rapport au point de fixation (7), en direction longitudinale de l'interstice, du fait des fixations coulissantes (8). De préférence, le point de fixation (7) d'un élément (4a) et l'une des fixations coulissantes (8) de l'élément d'étanchéité voisin (4b) sont superposés de manière à ce que l'élément de fixation, par exemple sous la forme d'un rivet, fasse simultanément office d'élément de guidage de la fixation coulissante (8) de l'autre élément d'étanchéité (4b). La figure 2 se distingue de la figure 1, par le fait qu'un élément d'étanchéité (4a) présente une ondulation qui, par rapport aux tronçons de paroi (5a) et (5b), est inclinée transversalement à la direction de l'étendue de l'interstice. Cette configuration est choisie lorsque l'on est en présence d'une direction de déplacement relatif, induit thermiquement, dans le sens indiqué par les flèches (11), de sorte que l'élément d'étanchéité (4a) de type soufflet, se trouve à nouveau, à la fin du mouvement relatif, dans sa position la plus favorable quant à son élasticité, qui correspond à la position de repos conforme à la figure 2. Les flèches (11) indiquées sur la figure 2, caractérisent donc un déport réciproque, induit thermiquement, des deux éléments de construction (2,3), parallèlement à un plan vertical commun, par rapport auquel l'élément d'étanchéité (4a) est incliné, en partie (ondulation), autour de sa direction longitudinale. Dans ce cas, l'élément d'étanchéité (4a) est monté sur une baguette coudée (13) qui est à nouveau fixée sur l'élément de construction extérieur (2) par l'intermédiaire du dispositif de fixation (14). De manière analogue, l'élément d'étanchéité (4b) est fixé sur l'élément de construction (2), par l'intermédiaire d'une baguette coudée (13b). Sur la figure 4, est représenté un interstice d'étanchéité en forme de "U", entre deux éléments de construction (2) et (3), qui est étanché par un grand nombre d'éléments d'étanchéité (4) tels que représentés sur les figures 1 et 2. Les lignes interrompues (12) caractérisent la zone de deux éléments d'étanchéité voisins qui se chevauchent. Les points de fixation (7) sont représentés par des croix (X), chacun des éléments d'étanchéité (4) étant lié de manière fixe, à un endroit, avec l'un des éléments de construction (2,3). Les fixations coulissantes (8) sont représentées sous forme de "T'!, chacun des éléments d'étanchéité (4) comportant de préférence 3 fixations coulissantes (8). Les points de fixation (7c) des éléments d'étanchéité (4c) disposés dans le coin, se situent à proximité immédiate de la zone de coin de l'élément de construction extérieur (2), de sorte que les interstices résiduels, entre les faces de bout des éléments d'étanchéité (4c) et l'élément de construction extérieur (2), puissent être maintenus les plus faibles possibles, indépendamment des dilatations thermiques. Le point de fixation (7a) de l'élément d'étanchéité (4a) est agencé dans la zone du coude de l'élément de construction intérieur (3), pour maintenir le plus faible possible l'interstice entre les deux éléments d'étanchéité (4a,4c), indépendamment des différences de température. Le point de fixation (7b) de l'élément d'étanchéité (4b) constitue simultanément une fixation coulissante de l'élément d'étanchéité (4a) directement voisin, tandis que la fixation coulissante (8a) assure simultanément le guidage de l'élément d'étanchéité (4a), ainsi que de l'élément d'étanchéité voisin (4b). Sur la figure 3a est représenté, selon une coupe schématique, le mode de réalisation conforme à la figure 2, les deux éléments de construction (2, 3) étant dans une position réciproque en forme de "U" déformé élastiquement. Sur la figure 3b, l'élément de construction (2) a été déplacé d'une certaine distance par rapport à l'élément de construction (3), ce qui peut par exemple être provoqué par des dilatations thermiques induites par des gaz chauds, par exemple lors de la déformation d'un échangeur de chaleur de grande dimension. Dans cette position, l'élément d'étanchéité du type soufflet est ici dans l'état détendu, et présente sa plus grande élasticité. Il est ainsi possible d'augmenter sensiblement la durée de vie dans conditions de températures critiques, parce que les contraintes de flexion admissibles sont plus élevées aux températures plus basses. Le joint d'étanchéité conforme à l'invention peut notamment également être utilisé à des températures extrêmement basses, dans des installations de réfrigération. La figure 5 montre une utilisation du joint d'étanchéité dans le cas d'un échangeur de chaleur (19) à courants croisés opposés, qui se compose essentiellement de deux tubes collecteurs (20a,b) qui sont reliés entre- eux par deux matrices de tubes profilés (21a,b) en forme de "iU" et disposées parallèlement quant à leur écoulement. Le gaz à réchauffer, par exemple de l'air comprimé, est amené par le tube collecteur (20a), se répartit dans les deux matrices de tubes profilés (21a,b), et est ensuite évacué par le tube collecteur (20b). Pour l'échauffement, un courant de gaz chaud est conduit au travers des matrices de tubes profilés (21a,b), dans la direction indiquée par (22), en croisant les écoulements de directions opposées du courant inversé du gaz à réchauffer qui est amené (air comprimé). Ce courant de gaz chaud est guidé par une paroi de canal rectangulaire (23), par exemple un carter. Les éléments d'étanchéité (4) conformes à l'invention sont disposés dans l'interstice entre les matrices de tubes profilés (21a,b) et la paroi de canal (23), et empêchent ainsi le courant de gaz chaud de contourner les matrices de tubes profilés (21a,b). Le gaz chaud s'écoulant extérieurement sur les matrices de tubes profilés (21a,b) provoque d'une part leur dilatation dans leur direction axiale, ce qui réduit l'interstice par rapport à la paroi de canal (23). En même temps, les tronçons de tubes profilés situés à l'entrée du courant de gaz chaud (22) et représentés dans le bas de la figure, s'échauffent plus que ceux situés en-haut, en raison de la température plus élevée, de sorte que les zones cintrées des matrices de tubes profilés (21a,b) se déplacent simultanément également dans la direction (22). Du fait de ce déplacement thermo-induit, les éléments d'étanchéité représentés sur les figures 1 et 2 conviennent particulièrement à l'étanchement de cet interstice. Sur la figure 6 est représenté un élément d'étanchéité (4) qui est constitué de deux couches (16a,b). On obtient ainsi, avec un élément d'étanchéité d'une raideur plus importante, une course de déplacement élastique plus grande. Cette conception est particulièrement bien adaptée lorsque la largeur de l'interstice (voir fig. 4) est relativement faible, alors que la pression de part et d'autre de l'élément d'étanchéité (4) est relativement élevée. Chacune des couches (16a,b) se compose de préférence de tôle de O,2mm. La figure 7 montre un mode de réalisation de l'élément de maintien (15), qui d'une part sert à la fixation d'un élément d'étanchéité (4a) et d'autre part au maintien coulissant de l'élément d'étanchéité voisin (4b). Le mode de réalisation représenté de l'élément de maintien (15), comprend une vis avec une embase (17) dont le diamètre correspond au diamètre du perçage (24) et à la largeur du trou oblong (25). La vis (15) est fixée dans l'élément de construction (2) au moyen d'un filetage (26). Mais les deux éléments d'étanchéité (4a) et (4b) conservent toutefois une mobilité limitée pour compenser des dilatations dûes à la pression et à la température. La figure (8) montre une variante de mode de réalisation de l'élément de maintien (15) se présentant dans ce cas, sous la forme d'une cheville (27) soudée dans l'élément de construction (2). Cette cheville présente également une embase (17), de manière analogue au mode de réalisation selon la figure 7. Sur la figure 9 est représenté un autre mode de réalisation de l'invention, selon lequel l'élément de maintien (15) est réalisé sous la forme d'un rivet (28) qui relie entre-eux de manière flottante, les deux éléments d'étanchéité (4a,b). Cela signifie qu'il n'y a pas d'autre liaison fixe avec l'un des deux éléments de construction à cet endroit. REVENDICATIONS. 1. Joint d'étanchéité pour un interstice soumis à l'action de gaz chauds et situé entre deux éléments de construction (2,3) pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre selon trois directions dans l'espace et selon des déplacements limités, le joint d'étanchéité étant constitué par au moins deux éléments d'étanchéité du type soufflet (4a,b,c), se chevauchant partiellement, pourvus d'arêtes de pliage (6) et disposés en se succédant dans la direction longitudinale de l'interstice, chacun de ces éléments d'étanchéité étant relié, au niveau d'un point de fixation (7), à l'un des éléments de construction mobiles (2,3), et guidé en coulissement, notamment dans la direction longitudinale de l'interstice, au niveau des deux éléments de construction (2,3). 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément d'étanchéité (4) comporte, entre des arêtes de pliage (6), des tronçons de paroi parallèles (5a,b). 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tronçons de paroi parallèles (5a,b) sont orientés de manière inclinée par rapport à un axe médian transversal de l'élément d'étanchéité (4). 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de fixation (7) est réalisé sous la forme d'une liaison par vis, par soudage par point, ou par rivet. 5. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de fixation (7) est disposé dans la zone de l'une des extrémités d'un élément d'étanchéité (4). 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation coulissante (8) d'un élément d'étanchéité (4) est constituée par un guidage à trou oblong et cheville. 7. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (4) comportent entre 1 et 10 arêtes de pliage (6). 8. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est conçu pour étancher un interstice d'étanchéité en forme de "L", entre un élément de construction extérieur et un élément de construction intérieur (2,3), un premier élément d'étanchéité (4c) rendant étanche l'une des branches de l'interstice, à partir d'un coin d'élément de construction, tandis qu'un deuxième élément d'étanchéité (4a ou 4b) rend étanche l'autre branche de l'interstice en venant buter latéralement contre le premier élément d'étanchéité. 9. Joint d'étanchéité selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier élément d'étanchéité est fixé dans la zone de coin, sur l'élément de construction extérieur (2), et le deuxième élément d'étanchéité dans la zone de coin de l'élément de construction intérieur (3). 10. Joint d'étanchéité selon la revendication 1 ou 8, caractérisé en ce que les éléments de construction constituent un bloc d'une matrice de tubes (21a,b) et une paroi-enveloppe de cette dernière, par exemple le carter extérieur (23) d'un échangeur de chaleur (19). 11. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constitutif des éléments d'étanchéité (4), est un alliage réfractaire à base de Fe ou Ni. 12. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (4) sont d'une conception multi-couches, notamment à deux couches. 13. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de fixation (7) de l'un des éléments d'étanchéité (4a) et le trou oblong (8) de l'élément d'étanchéité voisin (4b), sont maintenus au moyen d'un élément de maintien commun (15). 14. Joint d'étanchéité selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément de maintien (15) est constitué par un rivet ou une cheville ou une vis à embase.