Brevet FR2751404A1 — publié le 19980123

Echangeur de chaleur à joint d'étanchéité perfectionné, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement les échangeurs de chaleur du type comprenant une boîte à fluide munie d'un pied périphérique, ainsi qu'une plaque collectrice munie d'un bord périphérique délimitant une gorge périphérique de forme générale en U et propre à recevoir au moins partiellement le pied périphérique avec interposition d'un joint d'étanchéité, et terminé par des pattes de sertissage destinées à s'appuyer sur une face supérieure du pied périphérique pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice. Dans ce type d'échangeur, le joint périphérique doit assurer une parfaite étanchéité pour éviter des problèmes de corrosion, ainsi qu'une répartition homogène des contraintes exercées sur le pied périphérique de la boîte à fluide, et par conséquent sur les pattes de sertissage qui l'immobilisent relativement à la plaque collectrice, par le fluide qui circule dans l'échangeur sous pression et à température élevée. Pour ce faire, on utilise habituellement des joints toriques ou plats de grande hauteur, puisque l'étanchéité, à taux de compression constant, est d'autant meilleure que la hauteur du joint est importante. L'espace disponible dans la gorge pour loger le joint d'étanchéité étant réduit, il en résulte qu'une fois les pattes de sertissage repliées, le joint d'étanchéité est comprimé à son maximum. Par conséquent, il ne peut que difficilement absorber les déformations dues à la pression et à la température lorsque l'échangeur est en fonctionnement. Certaines solutions ont été proposées par l'homme de l'art afin d'améliorer la situation. Ainsi, le Brevet US 5 201 368 de Kroetsch propose un joint d'étanchéité qui présente, sur sa partie supérieure, une lèvre destinée à venir s'intercaler entre la face interne de la gorge en U et la face interne du pied périphérique. Cette solution permet d'assurer une très bonne étanchéité, mais, cependant, elle ne permet pas de résoudre le problème de l'absorption des déformations dues à la pression et à la température. un but de l'invention est donc de procurer un échangeur de chaleur qui ne présente pas les inconvénients des échangeurs de la technique antérieure. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type décrit en introduction, dans lequel le joint périphérique possède une section transversale déformable présentant hors compression une surface rapportée au produit de sa hauteur maximale par sa largeur maximale, inférieure à 0,7, et de préférence inférieure à 0,65. La hauteur et la largeur du joint périphérique sont définies en référence à la hauteur et à la largeur de la gorge périphérique en U. Il en résulte que le joint présente un taux de compression sensiblement supérieur à 10%, et pouvant atteindre selon la forme choisie, hors compression, une valeur moyenne de l'ordre de 38%, permettant ainsi une excellente étanchéité entre la boîte à fluide et la plaque collectrice, tout en assurant une réserve de compressibilité propre à supporter les déformations dues à la pression et à la température lorsque l'échangeur est en fonctionnement. Préférentiellement, le joint périphérique est formé dans un matériau choisi parmi les élastomères. Dans un mode de réalisation préférentiel, lorsque la partie inférieure du pied périphérique comprend un talon périphéri que, la section transversale du joint présente, hors compression - deux faces latérales sensiblement opposées et présentant chacune un évidement, - une face supérieure, reliant les faces latérales, de forme sensiblement homologue à celle de la partie inférieure du pied périphérique, de largeur sensiblement égale à celle de la gorge en U, et - une face inférieure, reliant les parties latérales à l'opposé de la face supérieure, et de largeur inférieure au fond de la gorge en U. De la sorte, la compression du joint provoque le comblement, par transfert de matière, des évidements des faces latérales. De plus, cela permet de conserver une hauteur de joint importante. Préférentiellement, la face supérieure du joint comprend un évidement pour loger une partie au moins du talon périphérique. Cela permet de mieux positionner le pied périphérique avant repliement des pattes de sertissage. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement en vue éclatée, et partielle, une boîte à fluide, une plaque collectrice et un joint d'étanchéité, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2A illustre l'assemblage des éléments de la figure 1, et la figure 2B est une vue agrandie d'une partie de la figure 2A; - la figure 3A montre les éléments de la figure 1, après assemblage et sertissage, et la figure 3B est une vue agrandie d'une partie de la figure 3A; et - la figure 4 est une coupe transversale du joint d'étanchéité selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention. Cette partie de l'échangeur de chaleur comprend une boîte à fluide 1 comportant une paroi généralement en matière plastique rigide moulée, destinée à recevoir un fluide, par exemple de l'eau, et comprenant sur sa périphérie un pied périphérique 3 en forme de bourrelet et terminée dans une partie inférieure 4 par un talon périphérique 5. Le pied périphérique comprend une face supérieure 6, une face inférieure 7, une face interne 8 et une face externe 9. Il est destiné à être introduit dans une gorge périphérique 10 de forme générale en U réalisée sur la périphérie d'une plaque collectrice métallique 11 dont une partie centrale 12 sensiblement plane est munie d'une multiplicité d'ouvertures 13 destinées à recevoir chacune l'extrémité 14 d'un tube 15 (voir figure 2A) dans lequel circule le fluide lorsque l'échangeur est en fonctionnement. L'installation du pied périphérique 3 dans la gorge en U 10 s'effectue avec interposition d'un joint périphérique 16 dont une coupe transversale, avant compression, est illustrée sur la figure 4. Ce joint est préférentiellement réalisé dans un matériau choisi parmi les élastomères. La gorge périphérique 10 est délimitée par la paroi d'un bord périphérique 29 réalisé par pliage à la périphérie de la partie centrale 12 de la plaque collectrice 11. Cette gorge comprend une face interne 17, une face externe 19, et un fond 18 dont la largeur L (distance séparant les faces interne 17 et externe 19) définit la largeur de la gorge périphérique 10. L'assemblage des éléments décrits en référence à la figure 1 s'effectue après introduction des extrémités 14 des tubes dans les ouvertures 13 puis solidarisation desdits tubes à la plaque collectrice 11. La solidarisation s'effectue par exemple par brasage dans un four. Cet assemblage comprend le positionnement du joint périphérique 16 à l'intérieur de la gorge périphérique 10, la face inférieure 20 du joint s'appuyant sur le fond 18 de la gorge 10. Dans le mode de réalisation décrit, à titre d'exemple, le joint périphérique présente une coupe transversale dont la surface S, rapportée à la hauteur maximale H multipliée par la largeur maximale L, est sensiblement égale à la valeur 0,7. Dans la suite, on appellera K le rapport sans dimensions S/(HxL). Selon l'invention, ce rapport K, du joint périphérique 16, est inférieur ou égal à la valeur 0,7, et de préférence strictement inférieur à 0,65. Dans le mode de réalisation illustré notamment sur la figure 4, l'aire de la section transversale du joint périphérique 16 est délimitée par une face latérale interne 21, une face latérale externe 22 sensiblement opposée à la face latérale interne 21, une face supérieure 30 et la face inférieure 20 sensiblement opposée à la face supérieure 30. Les faces supérieure 30 et inférieure 20 relient respectivement les faces latérales interne 21 et externe 22 en leurs extrémités respectives. Pour permettre l'obtention du rapport K Dans l'exemple illustré, les évidements 23 et 24 s'étendent jusqu'au niveau de la face inférieure 20, de sorte que l'extension de cette face inférieure 20 soit notablement plus petite que la largeur maximale L du joint, qui est sensiblement identique à celle de la gorge périphérique 10. De plus, on prévoit, au niveau de la face supérieure 30 du joint périphérique 16, un troisième évidement 25 de forme sensiblement homologue à la forme du talon périphérique 5 du pied périphérique de la boîte à fluide 1. Les trois évidements 23, 24 et 25 délimitent ainsi une excroissance (ou saillie) supérieure latérale externe-26 et une excroissance (ou saillie) centrale latérale interne 27 au niveau du joint périphérique 16, excroissances dont les extrémités sont espacées, hors compression, de la largeur L, sensiblement égale à la largeur de la gorge périphérique 10. Ces excroissances 26 et 27 permettent de guider le joint 16 lors de son introduction dans la gorge périphérique 10. La forme particulière du joint périphérique 16 permet d'éviter de le munir de bretelles de maintien, en vue de son immobilisation dans la gorge, permettant ainsi de diminuer sensiblement son coût de fabrication. La face supérieure 30 du joint périphérique 16 présente, dans cet exemple, une forme sensiblement homologue à la forme de la face inférieure 7 du pied périphérique 3. Ainsi, le simple fait de placer le pied périphérique 3 sur le joint périphérique 16 assure automatiquement le positionnement de ce dernier dans la gorge périphérique 10. L'étape finale d'assemblage consiste en la compression du joint périphérique 16 de sorte que l'on obtienne une parfaite étanchéité au niveau de la liaison plaque collectrice 11/pied périphérique 3. Cette compression est obtenue par repliement de pattes de sertissage 28 réalisées à l'extrémité de la face externe 19 de la paroi du bord périphérique 29 délimitant la gorge en U 10 de la plaque collectrice 11. Les figures 3A et 3B illustrent un tel assemblage après sertissage. Les pattes de sertissage 28 s'appuient sur la face supérieure 6 du pied périphérique 16 contraignant ainsi la face inférieure 7 dudit pied périphérique à venir écraser le joint périphérique 16 au niveau de sa face supérieure 30. En raison, d'une part, de son élasticité et, d'autre part, des premier 23 et second 24 évidements réalisés au niveau de ses faces latérales interne 21 et externe 22, le joint périphérique 16 est du type déformable. La compression exercée provoque la déformation du joint par un transfert de matière qui tend à combler les évidements 23 et 24. Le joint périphérique 16, une fois comprimé, épouse alors la forme de la gorge périphérique 10. Selon la valeur du coefficient K choisie, et par conséquent selon la forme particulière du joint d'étanchéité, on peut ainsi obtenir un taux de compression moyen (du joint périphérique 16) d'environ 35%, ce qui est notablement supérieur au taux de compression des joints de la technique antérieure. Un tel mode de compression par, notamment, transfert de matière, permet au joint d'étanchéité de ne pas être comprimé à son maximum. Il est par conséquent capable d'absorber des variations de compression dues à des surpressions à l'intérieur de la boîte à fluide et/ou à des températures élevées. L'invention ne se limite 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. Ainsi, la forme du joint d'étanchéité pourra varier de celle décrite, pourvu que le rapport K décrit ci-avant soit inférieur ou égal à 0,7. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant une boîte à fluide (1) munie d'un pied périphérique (3), ainsi qu'une plaque collectrice (11) munie d'un bord périphérique (29) délimitant une gorge périphérique (10) de forme générale en U et propre à recevoir au moins partiellement le pied périphérique (3) avec interposition d'un joint d'étanchéité (16), et terminé par des pattes de sertissage (28) destinées à s'appuyer sur une face supérieure (6) du pied périphérique (3) pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice (11), caractérisé en ce que ledit joint périphérique (16) possède une section transversale déformable présentant hors compression une surface (S) rapportée au produit de sa hauteur maximale (H) par sa largeur maximale (L), inférieure à 0,7, ce qui permet d'obtenir un taux de compression du joint supérieur à 10%. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, hors compression, la surface (S) du joint (16) rapportée au produit de la hauteur maximale (H) par la largeur maximale (L), est inférieure à 0,65. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la partie inférieure (4) du pied périphérique (3) comprend un talon périphérique (5), caractérisé en ce que ladite section transversale présente hors compression: - deux faces latérales (21,22) sensiblement opposées et présentant chacune un évidement (23,24), - une face supérieure (30), reliant les faces latérales (21,22), de forme sensiblement homologue à celle de la partie inférieure (4) du pied périphérique (3), de largeur (L) sensiblement égale à celle de la gorge en U, et - une face inférieure (20), reliant les parties latérales (21,22) à l'opposé de la face supérieure (30), et de largeur inférieure au fond (18) de la gorge en U (10), de sorte que la compression du joint (16) provoque le comblement, par transfert de matière, de l'évidement (23,24) de chacune de ses faces latérales (21,22). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie supérieure du joint (16) comprend un autre évidement (25) pour loger une partie au moins du talon périphérique (5). 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint (16) est formé dans un matériau choisi parmi les élastomères.