Brevet FR2742527A1 — publié le 19970620

L'invention concerne les echangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement ceux en aluminium brasé ou soudé du type comprenant une boite à fluide, munie d'un talon périphérique, assemblée par sertissage, avec interposition d'un joint d'étanchéité, sur une plaque collectrice munie d'un bord périphérique. Dans certains échangeurs de chaleur connus, le bord périphérique délimite une gorge périphérique de forme générale en U destinée à recevoir au moins partiellement le talon périphérique et le joint d'étanchéité. Généralement, des moyens de sertissage formant pattes de fixation font saillie à l'extrémité du bord périphérique de la plaque collectrice, et notamment de ses parties longitudinales. Le fluide contenu dans la boite à fluide exerce une pression très importante sur les parois de ladite boite, qui tend à faire s'écarter, par fléchissement, les bords latéraux de la boîte, bien que ceux-ci soient maintenus par les pattes de fixation. Cet effet est d'autant plus marqué dans les échangeurs actuels qui comprennent une plaque collectrice et des tubes réalisés en aluminium ou dans un alliage d'aluminium et de manganèse (principalement pour des raisons de ductilité, de coQt et de poids), car ce type d'alliage ne possédant pas de bonnes caractéristiques mécaniques fléchit sous l'effet de pressions élevées, et ne permet pas une pression constante des pattes de fixation sur la surface d'appui, pouvant entraîner des fuites locales au niveau du joint d'étanchéité. Il en résulte, parfois, une désolidarisation de la plaque collectrice, par fléchissement de ses bords, et donc une perte de compression du joint d'étanchéité qui entraîne une fuite plus importante encore. Les solutions proposées par l'homme de ilart pour tenter de résoudre les problèmes du fléchissement induit par le pliage des pattes de fixation et du mauvais contrôle de la compression du joint d'étanchéité ne sont pas satisfaisantes pour des raisons de difficulté de réalisation et donc de coûts de fabrication. Par ailleurs, dans les échangeurs actuels, la gorge en U est délimitée par pliage du bord périphérique de la plaque collectrice. Or, un tel pliage interdit l'intégration de moyens de fixation sur le bord périphérique de la plaque collectrice, à moins de réaliser celle-ci par moulage, ce qui en augmenterait encore plus le coût. En conséquence, un but de l'invention est de procurer un échangeur de chaleur qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type décrit en introduction, dans lequel, d'une part, le bord périphérique délimite une face interne et un fond d'une gorge périphérique de forme générale en U destinée à recevoir au moins partiellement le talon périphérique avec interposition d'un joint d'étanchéité, et comprend une partie terminale qui prolonge sensiblement à perpendicularité ledit fond de la gorge, et d'autre part, on prévoit une ceinture agencée pour ceinturer le talon périphérique de la boîte à fluide en délimitant une face externe de la gorge et présentant, d'une part, une partie inférieure destinée à être rendue solidaire de la partie terminale de la plaque collectrice, par brasage ou soudage, et d'autre part, une partie supérieure opposée à la partie inférieure et destinée à s'appuyer sur une face supérieure du talon périphérique pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice. La gorge est ainsi réalisée à l'aide de deux éléments rendus solidaires : le bord périphérique et la ceinture, ce qui simplifie notablement la réalisation de la plaque collectrice, et permet, selon le matériau utilisé pour la ceinture de réduire notablement les possibilités de fléchissement. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie supérieure de la ceinture est réalisée sous la forme de pattes de sertissage, lesdites pattes de sertissage étant réparties au moins sur les côtés longitudinaux du bord périphérique. Dans un mode de réalisation préférentiel, la ceinture est réalisée en deux parties complémentaires symétriques ceinturant chacune une moitié du talon périphérique, et de préférence une demi-partie "longitudinale" dudit talon. Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés, comme celui dans lequel la ceinture est réalisée sous la forme de deux demi-parties "transversales". On entend par demi-partie longitudinale, par opposition à une demi-partie transversale, la partie qui ceinture l'ensemble d'un côté longitudinal et une moitié de chaque côté transversal. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la partie terminale du bord périphérique s'étend du côté opposé à la boîte à fluide, sensiblement parallèlement à la face interne. Cela permet de prolonger la partie inférieure de la ceinture, en au moins un endroit choisi, par une patte de fixation. I1 est ainsi désormais possible de fixer des éléments, comme par exemple un pulseur, sur la ceinture de l'échangeur, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens d'accrochage complexes sur les ailettes de l'échangeur, ou bien des passages au travers desdites ailettes. La ceinture selon l'invention peut donc être réalisée simplement à partir de demi-plaques métalliques que l'on découpe afin de réaliser les moyens de sertissage et les moyens de fixation, puis que l'on conforme par pliage selon les dimensions de l'échangeur. Le matériau utilisé pour cette ceinture pourra être identique ou non à celui de la plaque collectrice. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel l'unique figure illustre, en vue de trois-quart, une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention, dans un mode de réalisation préféré. Sur la figure se trouve illustrée, par exemple, la partie supérieure d'un échangeur de chaleur comprenant une boîte à fluide 1, généralement en matière plastique rigide, une plaque collectrice 2 métallique et des tubes 3 métalliques formant faisceau de tubes. Les tubes 3 sont généralement réalisés en aluminium, ou dans un alliage assez ductile comprenant de l'aluminium. La plaque collectrice est réalisée de préférence dans un alliage d'aluminium et de manganèse appartenant à la série dite "3000". Dans la description qui suit, on considère que le fluide qui circule dans l'échangeur est de l'eau. Par conséquent, on appellera la boîte à fluide : boîte à eau. Mais, il est clair que l'invention s'applique également aux échangeurs fonctionnant par exemple avec de l'huile ou avec un gaz. La boîte à eau 1 comprend une paroi 4 conformée destinée à recevoir l'eau. Cette paroi 4 comprend sur sa périphérie un talon périphérique 5 formant bourrelet, comportant une face supérieure d'appui 6, une face interne 7, une face externe 8 et une face inférieure 9. Dans toute la description, les références à l'orientation des éléments sont données relativement à la figure 1. I1 est clair que le retournement de la boîte à eau de la figure 1 placerait un élément qualifié d'inférieur dans une position qualifiée de supérieure. La plaque collectrice 2 comprend une partie centrale munie d'ouvertures iO autorisant le passage des extrémités de tubes 3, et sur toute la périphérie de cette partie centrale, un bord périphérique 11 conformé, par pliage, avant assemblage de l'échangeur. Le bord périphérique 11 comprend une partie latérale 12 prolongeant sensiblement perpendiculairement la partie centrale et une partie inférieure 13 prolongeant la partie latérale 12 de façon sensiblement perpendiculaire, de sorte que cette paroi inférieure soit sensiblement parallèle à la partie centrale. Ces deux parties latérale 12 et inférieure 13 délimitent respectivement une face interne et un fond d'une gorge de forme générale en U agencée pour loger le talon périphérique 5 avec interposition d'un joint d'étanchéité 14 réalisé dans un matériau déformable et étanche à l'eau, par exemple en élastomère. La partie inférieure 13 du bord périphérique il est prolongée sensiblement à perpendicularité, dans une direction opposée à la boîte à eau 1, par une partie terminale 15, de sorte qu'elle soit sensiblement parallèle à la partie latérale 12 et présente une face plane sensiblement verticale. On prévoit également une ceinture métallique 18 délimitant la face externe de la gorge en U sur toute la périphérie de la boîte à eau 1. Elle comprend une paroi 17 destinée à ceinturer le bord périphérique 5, et notamment sa face externe 8. Cette paroi 17 comprend une partie centrale 20 prolongée, vers le bas, par une partie inférieure 19, et vers le haut, par une partie supérieure 21 dans laquelle se trouve découpée une pluralité de pattes de sertissage 22 sur lesquelles on reviendra plus loin. Le joint d'étanchéité se trouve ainsi disposé dans la gorge périphérique entre la partie inférieure 13 du bord périphérique 11, la face inférieure 9 du talon périphérique et la partie centrale 20 de la paroi 17 de la ceinture 18. Bien entendu, ce joint peut prendre d'autres formes et par conséquent, il peut être en contact avec d'autres faces ou parties. La partie inférieure 19 de la paroi 17 de la ceinture 18 est préférentiellement prolongée en des endroits choisis par des pattes de fixation 23 et 28, réalisés par découpe préalable de ladite ceinture i8. Ces pattes de fixation permettent de solidariser à l'échangeur des éléments du moteur, comme par exemple un pulseur de dispositif de chaufrage ez/ou climatisation, ou bien de permettre la fixation de l'échangeur sur un support prévu dans le compartiment moteur, comme par exemple une barrette transversale. Préférentiellement, la ceinture est réalisée en deux pièces 18a et 18b symétriques, soit par rapport à l'axe longitudinal de l'échangeur (comme illustré sur la figure), soit par rapport à l'axe transversal perpendiculaire à cet axe longitudinal. Dans le cas "longitudinal", chaque pièce ceinture une moitié du bord périphérique, et notamment l'un de ses côtés longitudinaux et la moitié de chacun de ses côtés transversaux. Dans le cas "transversal", chaque pièce ceinture une moitié du bord périphérique, et notamment l'un de ses côtés transversaux et la moitié de chacun de ses côtés longitudinaux. Cette ceinture 18 est réalisée par découpe préalable d'une plaque réalisée dans un matériau ou un alliage métallique de haute résistance mécanique et propre à être brasée, au niveau de sa partie inférieure 19, sur la face plane verticale 16 de la partie terminale 15 du bord périphérique 11. De préférence, le matériau utilisé est un alliage d'aluminium, de magnésium et de silicium de la série dite "6000" à durcissement structural, qui présente des caractéristiques mécaniques plus élevées que les alliages de la série 3000. Ces alliages de la série 6000 ne peuvent pas être utilisés directement pour fabriquer les plaques collectrices, car ils contiennent une trop grande proportion de magnésium qui gêne le brasage des tubes sur les plaques collectrices. La ceinture est ensuite conformée selon la forme de léchan- geur. L'assemblage d'un échangeur selon l'invention est le suivant. Dans un premier temps, on positionne le faisceau de tubes 3 dans les ouvertures 10 des plaques collectrices conformées 2 des parties supérieure et inférieure de l'échangeur. Puis, dans un second temps, on positionne la partie inférieure 19 de la ceinture 18 contre la face plane 16 de la partie terminale 15 du bord périphérique 11, et cela pour chaque boîte à eau. On peut prévoir à cet effet de petites pattes amovibles. Ensuite, dans un troisième temps, on place l'assemblage ainsi constitué dans un four de brasage afin de solidariser, sous atmosphère inerte, à l'aide d'un flux de fluoaluminates de potassium, par exemple, les éléments en contact. Dans un quatrième temps, on place les joints d'étanchéité 14 dans les gorges en U respectives des parties supérieure et inférieure de l'échangeur, et on positionne chaque boîte à eau dans la gorge en U correspondante. Enfin, dans un cinquième temps, on replie vers l'intérieur, suivant un axe X-X sensiblement parallèle à un côté longitudinal, l'ensemble des pattes de sertissage 22, jusqu'à ce qu'elles pressent la face supérieure 6 du talon périphérique 5 de chaque boîte à eau 1 contre le bord périphérique li de la plaque collectrice 2, comprimant ainsi les joints d'étanchéité 1t, tout en immobilisant ledit talon périphérique 5 à l'intérieur de la gorge périphérique. L'intensité de la compression peut être ajustée en déplaçant la position de l'axe de repliement X-X relativement à la ligne d'intersection entre les pattes de fixation 22 et la partie centrale 20 de la paroi 17 de la ceinture 18. Afin d'obtenir une bonne répartition de la pression sur l'ensemble des joints, il est préférable de prévoir une répartition régulière des pattes de sertissage sur toute la longueur des côtés longitudinaux de l'échangeur. Bien entendu, lorsque l'on prévoit de fortes pressions dans l'échangeur, il peut être également utile de réaliser des pattes de sertissage sur les côtés transversaux. L'invention ne se iimite pas aux deux modes de réalisation décrits ci-avant, mais en embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Revendications 1.- Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant une boîte à fluide (1) munie d'un talon périphérique (5) et une plaque collectrice (2) présentant un bord périphérique (11), caractérisé en ce que ledit bord périphérique (11) délimite une face interne et un fond d'une gorge périphérique de forme générale en U destinée à recevoir au moins partieliement le talon périphérique (5) avec interposition d'un joint d'étanchéité (14), et comprend une partie terminale (15) qui prclonge sensiblement à perpendicularité la partie (13) du bord périphérique délimitant le fond de la gorge, et en ce qu'il comprend une ceinture (18) agencée pour ceinturer le talon périphérique (5) de la boîte à fluide (i) en délimitant une face externe de la gorge et présentant, d'une part, une partie inférieure (19) destinée à être rendue solidaire de la partie terminale (15) de la plaque collectrice (2), par brasage ou soudage, et d'autre part, une partie supérieure (2i) opposée à la partie inférieure (19) et destinée à s'appuyer sur une face supérieure (6) du talon périphérique (5) pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice (2). 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure (21) de la ceinture (18) est réalisée sous la forme de pattes de sertissage (22), lesdites pattes de sertissage étant réparties au moins sur les côtés longitudinaux du bord périphérique (11). 3.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie terminale (15) du bord périphérique (11) s'étend du côté opposé à la boîte à fluide (1), sensiblement parallèlement à la face interne de la gorge en U. 4.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ceinture (18) est réalisée en deux parties complémentaires symétriques (18a et 18b) ceinturant chacune une moitié du talon périphérique (5). 5.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque partie complémentaire (18a et 18b) ceinture une demi-partie longitudinale dudit échangeur. 6.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie inférieure (15) de la ceinture (18) est prolongée en au moins un endroit choisi par une patte de fixation (23,24).