Brevet FR2789759A1 — publié le 20000818

Echangeur de chaleur de faible encombrement, en particulier pour véhicule automobile, et son procédé d'assemblage L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une plaque collectrice munie de moyens de sertissage propres à venir en appui contre un rebord périphé- rique d'une boite collectrice en assurant la compression d'un joint d'étanchéité. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui sont utilisés dans les véhicules automobiles, notamment pour assurer le refroidissement du moteur ou le chauffage de l'habitacle. Un tel échangeur de chaleur comprend en outre un faisceau de tubes et d'ailettes, dont les extrémités des tubes sont introduites dans des trous de la plaque collectrice, si bien que les tubes communiquent avec le volume délimité par la plaque collectrice et la boite collectrice. Dans les échangeurs de chaleur connus, l'étanchéité entre la plaque collectrice et la boite collectrice est assurée par le pourtour du joint d'étanchéité, lequel est reçu dans une gorge périphérique de la plaque collectrice qui forme une sorte de gouttière. Cette gorge reçoit aussi le rebord périphérique de la boîte collectrice, contre lequel viennent appuyer les moyens de sertissage de la boîte collectrice. Ces moyens de sertissage peuvent être réalisés par exemple sous la forme de pattes rabattues, contre le rebord de la boîte collectrice. La présence de cette gorge périphérique a jusqu'à présent été obligatoire pour permettre à la fois de loger le pourtour du joint d'étanchéité ainsi que le rebord de la boîte collectri- ce, et de procurer un maintien de ce rebord lors de l'opéra- tion de sertissage. En effet, sans la présence de cette gorge, le rebord périphérique de la boite collectrice aurait tendance à se déplacer vers l'intérieur sous l'effet des pressions importantes qui sont exercées lors de l'opération de sertissage. La présence de cette gorge, qui entoure un fond généralement plat de la plaque collectrice, augmente l'encombrement, spécialement l'encombrement en largeur, de l'échangeur de chaleur. En effet, l'encombrement de la plaque collectrice proprement dite est nettement supérieur à celui du faisceau, lequel est défini habituellement par les ailettes. Or, dans les véhicules actuels, la place dévolue aux équipe- ments est de plus en plus limitée et il s'avère nécessaire de diminuer l'encombrement des échangeurs de chaleur, tout en conservant des performances thermiques comparables. C'est en conséquence l'un des buts de l'invention d'apporter une solution à ce problème. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le rebord périphérique de la boite collectrice comporte un bourrelet d'arrêt qui est propre à pénétrer en premier dans le joint d'étanchéité lors de sa compression, pour procurer une zone de déformation formant butée et s'opposant à un déplacement latéral du rebord périphérique du fait des efforts exercés par les moyens de sertissage. Il en résulte que la coopération du bourrelet d'arrêt et du joint d'étanchéité s'oppose à tout déplacement latéral du rebord périphérique lors de l'assemblage, spécialement lors du sertissage. De ce fait, il n'est plus nécessaire de prévoir que la plaque collectrice comporte une gorge périphérique pour accueillir à la fois le pourtour du joint d'étanchéité et la totalité du rebord périphérique de la plaque collectrice, comme cela était nécessaire auparavant. Ceci permet de limiter l'encombrement de la plaque collec- trice par rapport aux plaques collectrices connues, munies d'une telle gorge périphérique. Avantageusement, le bourrelet d'arrêt est formé en saillie à partir d'une face inférieure du rebord périphérique et est délimitée extérieurement par une face latérale du rebord périphérique. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le bourrelet d'arrêt comporte un sommet à profil arrondi raccordant la face inférieure et la face latérale du rebord périphérique. De manière préférentielle, la plaque collectrice comporte un bord relevé propre à servir de guidage à la face latérale du rebord périphérique de la boite collectrice. Dans une forme de réalisation de l'invention, la plaque collectrice comporte une gorge périphérique de profondeur limitée et ayant une largeur supérieure à celle du bourrelet d'arrêt, mais inférieure à celle du rebord périphérique. Cette gorge périphérique sert essentiellement à recevoir le bourrelet d'arrêt et possède des dimensions limitées. Elle ne peut donc être assimilée à la gorge des échangeurs de chaleur connus, qui est prévue pour recevoir la totalité du rebord périphérique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le rebord périphérique de la boîte collectrice est pourvu d'une lèvre intérieure qui est entourée par le bourrelet d'arrêt et qui est propre à pénétrer dans le joint d'étanchéité lors de sa compression. La présence de cette lèvre contribue au maintien latéral du rebord périphérique, notamment lors de l'opération de sertissage. Le bourrelet d'arrêt est de préférence formé au moins sur deux tronçons du rebord périphérique qui sont adjacents à deux flancs opposés de la boite collectrice. Le bourrelet d'arrêt est de préférence continu. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur tel que défini précédemment, lequel comporte les opérations suivantes: - opération de pressage exercée sur la boîte collectrice pour comprimer au moins en partie le joint d'étanchéité en sorte que le bourrelet d'arrêt pénètre en premier lieu dans le joint d'étanchéité pour procurer un maintien latéral du rebord périphérique; et - opération de sertissage par les moyens de sertissage de la plaque collectrice pour compléter la compression du joint d'étanchéité. Dans la description qui suit, faite 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 d'un échangeur de chaleur selon l'invention avant assemblage; - la figure 2 est une vue en coupe à échelle agrandie selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe d'une boite collectrice avant son assemblage avec la plaque collectrice de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe partielle montrant la plaque collectrice de la figure 2 et la boite collectrice de la figure 3 après assemblage. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 à 4 comprend un faisceau 10 (figures 2 et 4) formé d'une multiplicité de tubes 12 ayant une section de forme ovale aplatie et disposés parallèlement entre eux sur une seule rangée. Les tubes 12 traversent une multiplicité d'ailettes 14 constituées par des plaques métalliques rectangulaires et parallèles entre elles. Chaque tube 12 comporte une extrémité libre 16 assemblée mécaniquement à une plaque collectrice 18, encore appelée "collecteur". Les tubes 12, les ailettes 14 et la plaque collectrice 18 sont réalisés en un matériau métallique à base d'aluminium. La plaque collectrice 18 comprend une âme 20 de forme générale rectangulaire dans laquelle sont formés des trous 22 de section ovale propres à recevoir les extrémités 16 des tubes, chaque trou 22 étant entouré par un collet 24 dirigé du côté des ailettes 14. L'âme 20 de la plaque collectrice 18 est repliée sur son pourtour pour former un bord relevé 25 prolongé par des pattes de sertissage 26. Ces pattes, qui ressemblent à des dents ou des créneaux, sont susceptibles d'être rabattues, comme on le verra plus loin, à partir de leur configuration initiale de la figure 2. La plaque collectrice 18 reçoit, sur sa face opposée au faisceau, un joint d'étanchéité compressible 28 (figures 1 et 2) lequel comprend une âme 30 propre à s'appliquer contre l'âme 20 de la plaque collectrice. Cette âme 30 est plane et elle comporte un pourtour 32 qui s'étend jusqu'au pourtour intérieur de la plaque collectrice 18, tel que délimité par le bord relevé 25. Le joint d'étanchéité 28 est formé avec une multiplicité de collets 34 prévus en correspondance des collets 24 de la plaque collectrice 18. Chacun de ces collets 34 est propre à assurer l'étanchéité entre l'extrémité 16 d'un tube et le collet 24 correspondant de la plaque collectrice. Cette étanchéité est assurée en dilatant l'extrémité 16 de chaque tube pour fournir un évasement 36 (figure 1). Chacun des collets 34 comporte ainsi un bourrelet 38 qui dépasse du collet 24 du côté des ailettes 14 du faisceau. Comme on peut le voir sur la figure 2, le pourtour 32 du joint d'étanchéité est reçu dans une petite gorge périphéri- que 39 de profondeur et de largeur limitées que comporte la plaque collectrice 18. Cette petite gorge est située à la jonction de l'âme 20 et du bord relevé 25. De plus, l'échangeur de chaleur comporte une plaque de protection 41 (figures 2 et 4), à profil général en U, propre à prendre appui entre la plaque collectrice 18 et la première ailette 14 du faisceau. Cette plaque protège les bourrelets 38 du joint d'étanchéité ainsi que les extrémité des tubes 12 dans la région des bourrelets. En outre, elle garantit un écart de valeur choisie entre la première ailette du faisceau et la plaque collectrice. L'échangeur de chaleur comporte en outre une boîte collec- trice 40 (figure 3) avantageusement réalisée par moulage d'une matière plastique. Cette boîte collectrice présente une face ouverte de forme générale rectangulaire délimitée par un rebord périphérique 42, encore appelé "talon" ou "pied". Ce rebord périphérique 42 comporte essentiellement une face inférieure 44, une face supérieure 46 et une face extérieure ou latérale 48. Conformément à l'invention, le rebord périphérique 42 comporte un bourrelet d'arrêt 50, de contour rectangulaire, formé en saillie à partir de la face inférieure 44 et délimité extérieurement par la face latérale 48. Ce bourrelet d'arrêt 50 comporte un sommet 52 à profil arrondi qui raccorde la face inférieure 44 et la face latérale 48. En outre, le rebord périphérique 42 est pourvu d'une lèvre intérieure 54 de contour rectangulaire (figure 3) qui est entourée par le bourrelet d'arrêt 50. Conformément à l'inven- tion, le bourrelet d'arrêt est formé au moins sur deux tronçons longitudinaux 56 du rebord périphérique qui sont adjacents à deux flancs opposés 58 de la boîte collectrice. Toutefois, on préfère que le bourrelet d'arrêt 50 ainsi que la lèvre intérieure 54 s'étendent tous deux sur tout le pourtour du rebord périphérique. La boîte collectrice 40 comporte en outre un sommet 60 qui réunit notamment les flancs 58. On décrira maintenant l'assemblage de l'échangeur de chaleur en référence aux figures 2 à 4. Dans la position initiale, la plaque collectrice 18, préala- blement raccordée au faisceau 10, est équipée du joint d'étanchéité 28 (figure 2). Dans cette position, les pattes de sertissage 26 sont dans le prolongement du bord relevé 25 de la plaque collectrice. Au départ, le joint 28 n'est pas comprimé (à l'exception de ses collets 34), et son pourtour 32 est reçu dans la gorge 39, dont la largeur est supérieure à celle du bourrelet d'arrêt 50, mais inférieure à celle du rebord périphérique 42. Pour réaliser l'assemblage, on place la boîte collectrice 40 dans l'alignement de la plaque collectrice 18 comme montré aux figures 2 et 3 considérées conjointement. Généralement, la plaque collectrice est maintenue fixe et la boîte collec- trice est déplacée en translation dans le sens de la flèche F (figure 3) de manière que le rebord périphérique 42 s'approche du joint 28. Au cours de ce déplacement, la face extérieure 48 du rebord périphérique 42 est guidée d'abord par les pattes de sertissage 26 (qui sont en position relevée) puis par le bord relevé 25 de la plaque collectrice. Il en résulte que le bourrelet d'arrêt 50 vient pénétrer en premier lieu dans le joint d'étanchéité 28 ce qui procure une zone de déformation formant butée et s'opposant à un déplace- ment latéral du rebord périphérique. I1 est à noter que la lèvre intérieure 54 vient ensuite au contact avec le joint ce qui permet de compléter ce maintien latéral. Il en résulte que le joint ainsi déformé coopère avec le bourrelet d'arrêt et, dans une moindre mesure, avec la lèvre intérieure 54 ce qui permet d'assurer un maintien latéral du rebord périphérique 42 et spécialement de ses tronçons longitudinaux 56. Au cours d'une opération ultérieure (figure 4) les pattes de sertissage 26 sont rabattues à angle droit de manière à venir appuyer contre la face supérieure 46 du rebord périphérique. Cette opération de sertissage engendre des efforts très importants qui complètent la compression du joint d'étanchéi- té. Du fait que le rebord périphérique 42 est maintenu latéralement, cette opération de sertissage ne risque pas d'engendrer de déplacement du rebord 42, spécialement de ses tronçons longitudinaux 56, si bien que les flancs 58 de la boite collectrice conservent leur écartement initial. On comprendra que la plaque collectrice 18 est dépourvue de gorge périphérique comme dans la technique antérieure, c'est- à-dire d'une gorge périphérique propre à recevoir le rebord périphérique 42 dans son entier. En effet, la gorge périphé- rique 39 de l'invention, qui au demeurant est facultative, présente une profondeur limitée et une largeur limitée, cette dernière étant supérieure à celle du bourrelet d'arrêt, mais inférieure à celle du rebord périphérique. En fait, cette gorge 39 est prévue essentiellement pour la réception du bourrelet d'arrêt 50 et d'une partie du pourtour du joint, une fois comprimé. La présence de cette gorge contribue à guider le bourrelet d'arrêt 50 contre le bord relevé 25 de la plaque collectrice. L'invention permet ainsi de réaliser un échangeur de chaleur dont les dimensions de la plaque collectrice, et en particu- lier sa largeur L (figure 4), sont inférieures à celles des échangeurs de chaleur connus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. En particulier, l'invention peut s'appliquer à des échangeurs de chaleur comportant une ou plusieurs rangées de tubes. De plus, elle n'est pas limitée à des tubes assemblés mécanique- ment à la plaque collectrice, mais peut s'appliquer aussi à des tubes brasés à la plaque collectrice. L'échangeur de chaleur de l'invention trouve de nombreuses applications, notamment dans le domaine de l'automobile. Il peut alors être utilisé en particulier en tant que radiateur de refroidissement du moteur, ou encore en tant que radiateur de chauffage de l'habitacle. Revendications 1. Echangeur de chaleur, du type comprenant une plaque collectrice (18) munie de moyens de sertissage (26) propres à venir en appui contre un rebord périphérique (42) d'une boite collectrice (40) en assurant la compression d'un joint d'étanchéité (28), caractérisé en ce que le rebord périphérique (42) de la boîte collectrice (40) comporte un bourrelet d'arrêt (50) qui est propre à pénétrer en premier dans le joint d'étanchéité (28) lors de sa compression, pour procurer une zone de déformation formant butée et s'opposant à un déplacement latéral du rebord périphérique (42) du fait des efforts exercés par les moyens de sertissage (26). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le bourrelet d'arrêt (50) est formé en saillie à partir d'une face inférieure (44) du rebord périphérique (42) et est délimité extérieurement par une face latérale (48) du rebord périphérique (42). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le bourrelet d'arrêt (50) comporte un sommet (52) à profil arrondi raccordant la face inférieure (44) et la face latérale (48) du rebord périphérique (42). 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la plaque collectrice (18) comporte un bord relevé (25) propre à servir de guidage à la face latérale (48) du rebord périphérique (42) de la boîte collec- trice. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque collectrice (18) comporte une gorge périphérique (39) de profondeur limitée et ayant une largeur supérieure à celle du bourrelet d'arrêt (50), mais inférieure à celle du rebord périphérique (42). il 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que le rebord périphérique (42) de la boîte collectrice (40) est pourvu d'une lèvre intérieure (54) qui est entourée par le bourrelet d'arrêt (50) et qui est propre à pénétrer dans le joint d'étanchéité (28) lors de sa compression. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bourrelet d'arrêt (42) est formé au moins sur deux tronçons (56) du rebord périphérique qui sont adjacents à deux flancs opposés (58) de la boîte collectrice (40). 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bourrelet d'arrêt (50) est continu. 9. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: - opération de pressage exercée sur la boite collectrice (40) pour comprimer au moins en partie le joint d'étanchéité (28) en sorte que le bourrelet d'arrêt (50) pénètre en premier dans le joint d'étanchéité pour procurer un maintien latéral du rebord périphérique (42); et - opération de sertissage par les moyens de sertissage (26) de la plaque collectrice pour compléter la compression du joint d'étanchéité (28).