Brevet FR2742857A1 — publié le 19970627

Plaque collectrice pour échangeur de chaleur L'invention concerne une plaque collectrice pour un échangeur de chaleur, en particulier pour une installation de chauffage et/ou de climatisation de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement une plaque collectrice du type comprenant une multiplicité de trous propres à recevoir des extrémités des tubes d'un faisceau, ainsi qu'une gorge périphérique propre à loger un talon périphérique d'une boîte à fluide, avec interposition d'un joint d'étanchéité. Dans les échangeurs de chaleur connus, le joint d'étanchéité est réalisé sous la forme d'un élément séparé en caoutchouc ou analogue, lequel est mis en place lors de l'assemblage de l'échangeur de chaleur pour assurer l'étanchéité du raccorde- ment de la plaque collectrice avec les extrémités des tubes, d'une part, et avec la boîte à fluide, d'autre part. Ce joint d'étanchéité comprend habituellement une plaque de forme adaptée à celle de la plaque collectrice et possédant des manchons propres à être interposés chacun entre un trou de la plaque collectrice et une extrémité de tube, ainsi qu'un bourrelet périphérique propre à être logé dans la gorge périphérique de la plaque collectrice et à être comprimé par le talon périphérique de la boîte à fluide. Généralement, la plaque collectrice comporte des collets qui entourent les trous et qui reçoivent chacun une extrémité de tube. En pareil cas, l'étanchéité du raccordement de la plaque collectrice avec chaque tube est assurée par le manchon correspondant du joint compressible, qui se trouve comprimé entre l'extrémité du tube et le collet correspondant de la plaque collectrice. Cette compression résulte générale- ment d'une opération de sertissage appliquée à l'extrémité du tube pour la déformer radialement vers l'extérieur. r. L'un des inconvénients de cette technique antérieure réside dans le fait que l'étanchéité ne peut être assurée que si le joint d'étanchéité est parfaitement positionné sur la plaque collectrice. Or, comme les opérations d'assemblage se font souvent sur des chaînes automatisées, il peut arriver qu'un joint ne soit pas correctement positionné, ce qui peut être préjudiciable au bon fonctionnement de l'échangeur de chaleur. Un autre inconvénient de ces échangeurs de chaleur connus est que l'épaisseur du joint d'étanchéité doit être suffisamment élevée pour lui assurer une tenue suffisante pour sa manipu- lation, d'o il résulte un surdimensionnement de l'épaisseur du joint d'étanchéité, et donc une utilisation importante de matière. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose à cet effet une plaque collectrice du type défini en introduction, dans laquelle le joint d'étanchéité est surmoulé sur la plaque collectrice pour former avec elle un ensemble unitaire avant assemblage de la plaque collec- trice avec les tubes du faisceau et avec la boîte à fluide. Du fait que le joint d'étanchéité est surmoulé sur la plaque collectrice, il se trouve correctement positionné par rapport à cette dernière, ce qui garantit ensuite l'étanchéité lors de l'assemblage de l'échangeur de chaleur. En outre, du fait que le joint d'étanchéité est surmoulé sur la plaque collectrice, il se trouve supporté par cette dernière et il n'est donc pas nécessaire qu'il possède une tenue propre. En conséquence, l'épaisseur du joint d'étanchéité peut être réduite au minimum, voire réduite à zéro dans certaines régions de la plaque collectrice, d'o il résulte une économie de matière. Selon une autre caractéristique de l'invention, le joint d'étanchéité surmoulé s'étend sur toute une face de la plaque collectrice et présente des régions d'épaisseurs différentes. Avantageusement, le joint d'étanchéité surmoulé comprend une surépaisseur en forme de bourrelet qui s'étend dans la gorge périphérique. Ce bourrelet est destiné à être comprimé par le talon de la boîte à fluide. Le joint d'étanchéité surmoulé comprend de préférence une surépaisseur autour de chaque trou de la plaque collectrice. cette surépaisseur est destinée à garantir l'étanchéité au niveau de la liaison entre la plaque collectrice et l'extré- mité du tube passant par le trou considéré. Dans le cas o chaque trou est bordé par un collet, la surépaisseur entourant le trou s'étend principalement du côté opposé au collet. En effet, il n'est généralement pas nécessaire que la surépaisseur entourant le trou s'étende également à l'inté- rieur du collet. Dans le cas o le collet s'étend du côté opposé à la boîte à fluide, la surépaisseur entourant le trou s'étend principale- ment du côté de la boîte à fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, le joint surmoulé comprend une surépaisseur dans une région destinée à recevoir une extrémité d'une cloison faisant partie de la boîte à fluide afin de délimiter, dans cette dernière, au moins deux compartiments étanches l'un par rapport à l'autre. L'étanchéité au niveau du raccordement de la cloison avec la plaque collectrice s'effectue par compression de la surépais- seur du joint. Le joint surmoulé est avantageusement formé en caoutchouc naturel ou synthétique. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant au moins une plaque collectrice telle que définie précédemment, montée à une extrémité d'un faisceau de tubes et munie d'une boîte à fluide. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue de dessus d'une plaque collectrice munie d'un joint d'étanchéité surmoulé conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est un détail de la figure 2 après mise en place d'un tube; et - la figure 4 est une vue analogue à la figure 4 après assemblage de la plaque collectrice à des tubes d'un faisceau et à une boîte à fluide. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui montrent une plaque collectrice 10 équipée d'un joint d'étanchéité surmoulé 12. La plaque collectrice 10 est une plaque métallique, par exemple en aluminium, de forme générale rectangulaire, comportant un fond 14 au travers duquel sont ménagés une multiplicité de trous 16 bordés chacun par un collet 18. Dans l'exemple, la plaque collectrice comporte quatre rangées de trous 16, de forme circulaire, entourés chacun par un collet cylindrique circulaire 18. La plaque collectrice est munie d'un rebord périphérique 20 qui s'étend dans une direction généralement perpendiculaire au fond 14 et dans une direction opposée à celle des collets 18. Le rebord périphérique 20 est muni de dents 22 propres à être repliées à angle droit, comme on le verra plus loin. Le rebord périphérique 20 s'étend sur tout le contour rectangulaire de la plaque collectrice 10 et délimite une gorge périphérique 24, à section en forme de U, qui s'étend sur toute le pourtour de la plaque collectrice 10. Le joint d'étanchéité 12, qui est surmoulé sur la plaque collectrice 10, comprend un fond 26 de forme générale rectangulaire s'adaptant, lors du surmoulage, sur le fond 14 de la plaque collectrice 10. Il possède une épaisseur réduite dans des régions 28 et 30 proches de la gorge périphéri- que 24. Au-delà de ces régions 28 et 30, le joint d'étan- chéité 12 comporte un bourrelet 32, de contour général rectangulaire, qui s'étend dans la gorge périphérique 24. Comme on peut le voir sur la figure 2, ce bourrelet 32 est formé par une surépaisseur du joint qui présente une épais- seur ou hauteur nettement plus importante que celle des régions 28 et 30. En outre, le bourrelet 32 n'occupe qu'une partie de la section de la gorge 24, c'est-à-dire celle située le plus à l'extérieur le long du rebord 20. Par ailleurs, le joint comporte une surépaisseur 34 située dans la partie centrale, cette surépaisseur 34 possédant une épaisseur supérieure à celle des régions 28 et 30, mais inférieure à celle du bourrelet 32. La surépaisseur 34 assure la continuité avec des surépais- seurs 36 et 38 ayant une forme, au moins en partie annulaire, qui entourent les trous 16 (figures 1 et 2). Comme on le voit mieux sur la figure 2, ces surépaisseurs 36 et 38 bordent chacune un trou 16 et s'étendent principalement du côté opposé aux collets 18. En outre, ces surépaisseurs 36 et 38 ont un diamètre interne inférieur au diamètre interne des collets 18. Le joint d'étanchéité 12 est surmoulé sur la plaque collec- trice 10 par injection d'un matériau d'étanchéité approprié, par exemple d'un caoutchouc naturel ou synthétique, ou d'un autre élastomère convenable. L'injection du matériau s'effec- tue entre la plaque collectrice 10 qui joue le rôle de moule et un contre-moule (non représenté). Ainsi, le joint d'étanchéité 12 se trouve lié à la plaque collectrice 10 pour former avec elle un ensemble unitaire prêt à être utilisé pour l'assemblage d'un échangeur de chaleur. Dans cet ensemble unitaire, le joint d'étanchéité 12 se trouve nécessairement placé dans une position correcte par rapport à la plaque collectrice 10. De plus, du fait que le joint est supporté et soutenu par la plaque collectrice 10, il peut présenter une épaisseur minimale, notamment dans les régions 28 et 30, d'o il résulte une économie de matière. Cette économie de matière résulte également du fait qu'il n'est pas nécessaire que le joint d'étanchéité comporte, comme auparavant, des manchons venant se placer à l'intérieur des collets de la plaque collectrice. La plaque collectrice 10 ainsi équipée du joint surmoulé 12 reçoit ensuite une multiplicité de tubes 40 (figure 3) dont chacun possède une extrémité 42 qui est évasée radialement pour assurer la compression du joint d'étanchéité, au niveau des surépaisseurs 36 et 38, et garantir l'étanchéité au niveau du raccordement. L'évasage des tubes est effectué par sertissage au moyen d'un outil approprié, tel qu'une broche introduite axialement dans l'extrémité du tube. Après mise en place des tubes, la plaque collectrice 10 reçoit une boite à fluide 44, comme on le voit sur la figure 4. Cette boîte à fluide 44 est réalisée par moulage d'une matière plastique et comporte une paroi de fond 46 qui aboutit à un talon périphérique 48 propre à venir se loger dans la gorge 24 de la plaque collectrice 10 pour comprimer le bourrelet 32 du joint d'étanchéité 12. Ce talon 48 comporte une nervure périphérique 50 destinée à venir se loger entre le bourrelet 32 et les parties 28 et 30, de moindre épaisseur, du joint d'étanchéité 12. Par ailleurs, la boîte à fluide 44 comporte une cloison interne 52 terminée par une extrémité 54 propre à assurer la compression du joint d'étanchéité 12, dans la région de la surépaisseur centrale 26. Lorsque la boîte à fluide 44 est correctement positionnée par rapport à la plaque collectrice , il suffit d'assurer une compression sur l'ensemble de la plaque collectrice pour comprimer le joint d'étanchéité 12. Ensuite, il suffit de replier les pattes 22 du rebord 20, (comme montré par les flèches de la figure 4) pour assurer la solidarisation de la boîte à fluide 44 avec la plaque collectrice 10. Ceci assure automatiquement l'étanchéité au niveau du raccordement de la boite à fluide 44 et de la plaque collectrice 10. Lorsque la cloison 52 vient comprimer le joint 12 dans sa surépaisseur 26, cela permet de délimiter deux compartiments 56 et 58, étanches l'un par rapport à l'autre, à l'intérieur de la boîte à fluide 44, servant à l'entrée et à la sortie d'un fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur ainsi réalisé peut comporter une autre boîte à fluide à l'extrémité opposée des tubes 40. En variante, ceux-ci peuvent être constitués par des tubes en épingle ou en U, auquel cas l'échangeur de chaleur ne comporte qu'une seule boîte à fluide. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée sur les dessins et elle s'étend à d'autres variantes. Il est possible notamment de prévoir que, dans certaines régions, l'épaisseur du joint d'étanchéité soit nulle, ce qui permet d'augmenter encore plus l'économie de matière. L'échangeur de chaleur ainsi réalisé peut servir par exemple de radiateur pour le refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ou de radiateur de chauffage de l'habitacle d'un tel véhicule. Revendications 1. Plaque collectrice pour échangeur de chaleur, comprenant une multiplicité de trous (16) propres à recevoir des extrémités (42) des tubes (40) d'un faisceau, ainsi qu'une gorge périphérique (24) propre à loger un talon périphérique (48) d'une boîte à fluide (44) avec interposition d'un joint d'étanchéité (12), caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (12) est surmoulé sur la plaque collectrice (10) pour former avec elle un ensemble unitaire avant assemblage de la plaque collec- trice (10) avec les tubes (40) du faisceau et avec la boîte à fluide (44). 2. Plaque collectrice selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que le joint d'étanchéité surmoulé (12) s'étend sur toute une face de la plaque collectrice (10) et présente des régions (28, 30, 32, 34, 36, 38) d'épaisseurs différentes. 3. Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité surmoulé (12) comprend une surépaisseur (32) en forme de bourrelet qui s'étend dans la gorge périphérique (24) de la plaque collec- trice (10). 4. Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité surmoulé (12) comprend une surépaisseur (36, 38) autour de chaque trou (16). 5. Plaque collectrice selon la revendication 4, dans laquelle chaque trou (16) est bordé par un collet (18), caractérisée en ce que la surépaisseur (36, 38) entourant le trou (16) s'étend principalement du côté opposé au collet (18). 6. Plaque collectrice selon la revendication 5, dans laquelle le collet (18) s'étend du côté opposé à la boîte à fluide (44), caractérisée en ce que la surépaisseur (36, 38) entourant le trou (16) s'étend principalement du côté de la boîte à fluide (44). 7. Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité surmoulé (12) comprend une surépaisseur (26) dans une région du joint destinée à recevoir une extrémité (54) d'une cloison (52) faisant partie de la boîte à fluide (44), afin de délimiter dans cette dernière au moins deux compartiments (56, 58) étanches l'un par rapport à l'autre. 8. Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité surmoulé (12) est en caoutchouc naturel ou synthétique. 9. Echangeur de chaleur comprenant au moins une plaque collectrice selon l'une des revendications 1 à 8, montée à une extrémité d'un faisceau de tubes (40) et munie d'une boîte à fluide (44).