Brevet FR2693545A1 — publié le 19940114

Echangeur de chaleur à plusieurs rangées de tubes, notamment pour véhicules automobiles L'invention concerne un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes parallèles disposés en rangées et présen- tant des extrémités respectives reçues dans une plaque collec- trice munie de trous. De tels échangeurs de chaleur sont utilisés notamment dans les véhicules automobiles à moteur à combustion interne pour constituer soit un radiateur de refroidissement du moteur, soit un radiateur de chauffage de l'habitacle Dans l'une ou l'autre de ces deux applications, les tubes du faisceau sont parcourus par un fluide, généralement de l'eau additionnée d'un antigel, servant au refroidissement du moteur, tandis qu'un flux d'air balaie les tubes du faisceau. Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, il est prévu habituellement autant de trous dans la plaque collectrice que de tubes dans le faisceau, pour que chaque extrémité de tube soit reçue individuellement dans un trou de la plaque collectrice et soit relié à étanchéité à cette dernière. Dans la Demande de brevet français No 91 03411, au nom de la Demanderesse, on a proposé un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes parallèles disposés en rangées, une plaque collectrice munie de trous recevant chacun les extrémités respectives de plusieurs tubes adjacents appartenant à des rangées différentes du faisceau, ainsi qu'un joint d'étanchéité compressible muni de collerettes dont chacune d'elles est placée dans un trou et comporte des parties annulaires entourant respectivement les extrémités des tubes reçues dans le trou. Du fait que les extrémités respectives de plusieurs tubes sont reçues dans un seul trou de la plaque collectrice, au lieu d'être reçues chacune individuellement dans un trou de la plaque collectrice, l'entraxe ou pas des tubes, d'une rangée à l'autre, peut être amené à une valeur minimale. On peut ainsi optimiser les performances de l'échangeur de chaleur, et cela pour une largeur minimale de la plaque collectrice. Toutefois, dans l'échangeur de chaleur du type cité en dernier lieu, la forme des trous ne permet pas d'obtenir, après assemblage, un taux de compression uniforme du joint sur toute la périphérie des tubes introduite dans un même trou. Cette compression est plus faible dans la région du joint comprise entre deux extrémités de tubes adjacentes car cette région du joint est plus épaisse que les autres. Il peut donc en résulter un défaut d'étanchéité qui est préjudiciable au bon fonctionnement de l'échangeur de chaleur. C'est en conséquence un but de l'invention de remédier à cet inconvénient. C'est aussi un but de l'invention de procurer un échangeur de chaleur de ce type permettant d'obtenir un taux de compression uniforme du joint sur toute la périphérie des tubes, et notamment dans la région du joint comprise entre les deux extrémités de tubes adjacentes. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type précité, dans lequel les parties annulaires de chaque collerette du joint se rejoignent deux à deux dans une région d'intersec- tion qui comporte des surépaisseurs de matière propres à être comprimées entre le bord du trou et les extrémités de tubes qu'il reçoit. Ces surépaisseurs de matière permettent de compenser le manque de compression dans la région d'intersection du joint, qui est comprise entre deux extrémités de tubes adjacentes. De ce fait, on garantit une parfaite étanchéité au niveau du raccordement entre les tubes du faisceau et la plaque collectri- ce. La région d'intersection de la collerette peut comprendre des surépaisseurs de matière disposées à l'intérieur de la colle- rette et propres à être comprimées par les extrémités de tubes reçues dans les parties annulaires de la collerette. Avantageusement, la région d'intersection de la collerette comprend une paire de surépaisseurs de matière disposée à l'intérieur de chacune des parties annulaires de la collerette. Dans le cas o la collerette est prévue pour s'adapter sur des extrémités de tubes ayant une section de forme générale ovale ou elliptique possédant un grand axe, les surépaisseurs de chaque paire sont avantageusement disposées symétriquement de part et d'autre de ce grand axe. La région d'intersection de la collerette peut comprendre des surépaisseurs de matière disposées à l'extérieur de la colle- rette et propres à être comprimées par le bord du trou. En ce cas, cette région d'intersection comprend avantageusement deux surépaisseurs opposées propres à être comprimées entre deux régions opposées du trou, qui forment un étranglement. L'échangeur de chaleur peut comprendre à la fois des surépais- seurs de matière disposées à l'intérieur de la collerette et des surépaisseurs de matière disposées à l'extérieur de la colleret- te. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue partielle de dessus d'une plaque collectrice faisant partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe d'un joint d'étanchéité destiné à équiper la plaque collectrice des figures 1 et 2; la figure 4 est une coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes assemblés sur la plaque collectrice des figures 1 et 2 avec interposition du joint d'étanchéité de la figure 3; et la figure 5 est une vue d'extrémité, à échelle agrandie, d'une collerette du joint d'étanchéité des figures 3 et 4 montrant les surépaisseurs de la région d'intersection représentées en trait plein avant compression et en trait interrompu après compres- sion. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une plaque collectrice 10, encore appelée "plaque à trous", possédant une âme 12 de forme générale rectangulaire L'âme 12 est formée de préférence en un matériau métallique et est limitée par deux bords parallèles 14 correspondant aux deux grands côtés du rectangle et deux autres bords parallèles (non montrés sur les dessins) correspondant aux petits côtés du rectangle. Comme le montre la figure 2, chacun des bords 14 comprend d'abord une partie 16 raccordée à angle droit avec l'âme 12, une partie 18 raccordée à angle droit avec la partie 16 et enfin une partie 20 raccordée à angle droit à la partie 18 Les parties 16 et 18 de chaque bord 14 définissent ainsi une gorge 22 s'éten- dant sur toute la périphérie de la plaque 10 et dont la fonction sera expliquée plus loin Chacune des parties 20 est crénelée sur son bord libre pour définir une série de pattes 24 propres à être rabattues pour assurer l'assemblage de la plaque collectrice avec une paroi de boîte à eau (non représentée). Au travers de l'âme 12 de la plaque collectrice 10 sont formés des trous oblongs 26, identiques entre eux, dont trois sont visibles sur la figure 1 Chacun des trous 26 possède, dans le sens de sa longueur, un axe de symétrie XX' qui s'étend perpendiculairement aux bords 14 de la plaque collectrice 10. Chacun des trous 26 est formé par la réunion de deux sections ovales identiques 28 qui s'intersectent au niveau d'un étrangle- ment 30. Dans l'exemple, les deux sections 28 sont généralement ellipti- ques, leurs grands axes respectifs étant alignés dans la direction de l'axe XX' Les centres respectifs des deux sections elliptiques 28 définissent entre eux un entraxe ou pas P Par ailleurs, la distance entre deux trous adjacents 26 définit un entraxe E dont la direction est perpendiculaire à celle du pas P. Chacun des trous 26 est entouré par un collet 32 dont le contour correspond à celui des deux sections 28, y compris leur étranglement 30 Chacun des collets 30 est en saillie par rapport à l'âme 12 du côté opposé aux pattes 24 Comme on le verra plus loin, chaque trou 26 est destiné à recevoir les extrémités respectives de deux tubes appartenant à deux rangées adjacentes d'un faisceau formé de deux rangées de tubes Au sein d'une même rangée, les tubes sont séparés deux à deux par un entraxe E (figure 1). On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente un joint d'étanchéité 34 destiné à être appliqué sur la plaque collec- trice 10 Le joint 34, réalisé en une matière élastomère compressible, comprend une âme 36 de forme générale rectangu- laire correspondant à celle de l'âme 12 de la plaque collectrice L'âme 36 est limitée par deux bourrelets longitudinaux 38 correspondant aux deux grands côtés du rectangle et deux bourrelets latéraux (non représentés) correspondant aux deux petits côtés du rectangle Les bourrelets 38 se rattachent à l'âme 36 par un voile de matière 40 On obtient ainsi un bourrelet s'étendant sur toute la périphérie du joint et propre à être introduit dans la gorge de la plaque collectrice. L'âme 36 est munie de collets compressibles 42 dont chacun a une forme adaptée à celle d'un trou 26 pour pouvoir être introduite dans ce dernier lorsque l'âme 36 du joint 34 est appliquée contre l'âme 12 de la plaque collectrice. Chaque collet 42 affecte ainsi la forme générale d'un 8 formé de deux parties annulaires ovales 44 réunies entre elles par une région d'intersection 46 formant pont de matière entre les deux parties annulaires Ainsi, lorsqu'un collet compressible 42 est introduit dans un collet 32 d'une plaque collectrice 10, les deux parties annulaires 44 du collet 42 s'engagent respective- ment dans les deux sections 28 du trou 26, la région d'intersec- tion 46 venant se placer dans l'étranglement 30 L'âme 36 forme, à l'intérieur de chaque collet compressible 42, deux orifices propres à recevoir chacun une extrémité d'un tube du faisceau. Comme montré à la figure 4, l'échangeur de chaleur comprend aussi un faisceau 52 formé de deux rangées de tubes 54 de section non circulaire qui traversent une multiplicité d'ailet- tes parallèles 56 Les tubes 54 sont séparés deux à deux par un entraxe E au sein d'une même rangée et par un pas P d'une rangée à l'autre Les tubes 54 possèdent des extrémités respectives 58 de forme non circulaire écartées l'une de l'autre avec le même entraxe et le même pas que les tubes. Un échangeur de chaleur, tel qu'il vient d'être décrit jusqu'à présent, est décrit dans la Demande de brevet français mention- née précédemment. Conformément à l'invention, la région d'intersection 46 de la collerette 42 comprend tout d'abord une paire de surépaisseurs de matière 60 disposée à l'intérieur de chacune des deux parties annulaires 44 de la collerette 42 (figure 5) Dans le cas présent, les parties annulaires 44 sont prévues pour s'adapter chacune autour d'une extrémité 58 ayant, comme déjà indiqué, une section de forme générale ovale ou elliptique possédant un grand axe XX'. Les surépaisseurs 60 de chaque paire sont disposées symétrique- ment par rapport à ce grand axe XX' du côté de l'extrémité de la section ovale ou elliptique qui se rattache à la région d'intersection 46. Avant compression du joint, les surépaisseurs 60 sont délimitées par un bord droit qui constitue une corde empiétant sur la section ovale ou elliptique destinée à être occupée ensuite par une extrémité de tube 58. Après mise en place d'une extrémité 58, la surépaisseur est comprimée et son bord initialement droit se trouve incurvé pour épouser la forme ovale ou elliptique de l'extrémité 58, comme montré en trait interrompu sur la figure 5. Comme le montre également la figure 5, la région d'intersection 46 comprend aussi deux surépaisseurs de matière 62 disposées à l'extérieur de la collerette et propre à être comprimées par le bord du trou 30 Les surépaisseurs 62 limitent par conséquent la région d'intersection 46 dans une direction perpendiculaire à celle du grand axe XX' Les surépaisseurs 62 relient chacune l'extérieur des deux parties annulaires 44 Les surépaisseurs 62 possèdent, avant compression du joint, une forme incurvée telle que représentée en trait plein sur la figure 5. Après compression du joint, les deux surépaisseurs 62 se trouvent comprimées respectivement entre deux régions opposées de l'étranglement 30 du trou 26 (figure 1) Les deux surépais- seurs 62 viennent alors épouser la forme des deux régions opposées de l'étranglement 30 comme montré en trait interrompu sur la figure 5 Il en résulte que les deux surépaisseurs 62 se rapprochent l'une de l'autre ce qui comprime également le joint. Ainsi, la région d'intersection 46 est comprimée non seulement dans la direction de l'axe XX', mais aussi dans une direction perpendiculaire à cet axe. Les surépaisseurs 60 et 62 permettent ainsi de compenser le manque de compression dans le cas du joint décrit dans la Demande de Brevet français mentionnée plus haut. Il est à noter que le taux de compression entre la collerette et l'extrémité du tube est sensiblement constant non seulement dans les parties annulaires 44, mais aussi dans la région d'intersec- tion 46. L'invention peut s'appliquer aussi à des échangeurs de chaleur dont les sections d'extrémités des tubes ont des formes différentes. Elle s'applique également à des échangeurs de chaleur comportant plus de deux rangées de tubes, dans lesquelles chacune des collerettes du joint comporte alors plus de deux parties annulaires et au moins deux régions d'intersection. Revendications 1 Echangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes parallèles disposés en rangées, une plaque collectrice munies de trous recevant chacun les extrémités respectives de plusieurs tubes adjacents appartenant à des rangées différentes du faisceau, ainsi qu'un joint d'étanchéité compressible muni de collerettes dont chacune d'elles est placée dans un trou et comporte des parties annulaires entourant respectivement les extrémités des tubes reçues dans le trou, caractérisé en ce que les parties annulaires ( 44) de chaque collerette ( 42) du joint ( 34) se rejoignent deux à deux dans une région d'intersection ( 46) qui comporte des surépaisseurs de matière ( 60,62) propres à être comprimées entre le bord du trou ( 26) et les extrémités de tubes ( 58) qu'il reçoit. 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région d'intersection ( 46) de la collerette ( 42) comprend des surépaisseurs de matière ( 60) disposées à l'inté- rieur de la collerette et propres à être comprimées par les extrémités de tubes ( 58) reçues dans les parties annulaires ( 44) de la collerette. 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la région d'intersection ( 46) de la collerette ( 42) comprend une paire de surépaisseurs de matière ( 60) disposées à l'intérieur de chacune des parties annulaires ( 44) de la collerette. 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 3, dans lequel la collerette ( 42) est prévue pour s'adapter sur des extrémités de tubes ( 58) ayant une section de forme générale ovale ou elliptique possédant un grand axe (XX'), caractérisé en ce que les surépaisseurs ( 60) de chaque paire sont disposées symétri- quement de part et d'autre de ce grand axe. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région d'intersection ( 46) de la collerette ( 42) comprend des surépaisseurs de matière ( 62) disposées à l'exté- rieur de la collerette et propres à être comprimées par le bord du trou ( 26). 6 Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux surépaisseurs de matière opposées ( 62) propres à être comprimées entre deux régions opposées du trou ( 26), formant-un étranglement ( 30). 7 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications i à 6, caractérisé en ce que la région d'intersection ( 46) de la collerette comprend des surépaisseurs de matière ( 60) disposées à l'intérieur de la collerette et des surépaisseurs de matière ( 62) disposées à l'extérieur de la collerette. 8 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le taux de compression entre la collerette ( 42) du joint et l'extrémité du tube est sensiblement constant.