Brevet FR2873800A1 — publié le 20060203

VTM1558.FRD Echangeur de chaleur à assemblage mécanique et joint d'étanchéité pour cet échangeur de chaleur L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour des véhicules automobiles, et un joint qu'il comporte. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une multiplicité de tubes traversant des ailettes et ayant des extrémités introduites dans des trous d'une plaque collectrice avec interposition d'un joint d'étanchéité compressible. De tels échangeurs de chaleur sont appelés aussi "échangeurs de chaleur à assemblage mécanique" car les tubes sont d'abord évasés dans une partie supérieure au droit du joint pour assurer l'étanchéité du raccordement des tubes et de la plaque collectrice à l'aide du joint et ensuite évasés à leur extrémité pour réaliser une retenue des tubes dans la plaque collectrice. On connaît des échangeurs de chaleur de ce type, dans lesquels un joint compressible forme des collets entourant les extrémités des tubes. Le document FR 2 740 869 décrit notamment un échangeur de chaleur comportant un joint compressible assurant l'étanchéité suite à la compression de ses collets par un évasement d'étanchéité des tubes. Dans l'état de l'art, on constate que la pression de contact du joint sur le tube n'est pas uniforme et qu'un évasement des collets par rapport aux tubes apparaît à l'extrémité des collets du joint, notamment suite à l'évasement d'étanchéité. Les échangeurs de chaleur de ce type sont en particulier utilisés comme radiateurs de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Cet évasement a alors pour conséquence l'infiltration et l'accumulation d'éléments nocifs contenus dans l'environement de fonctionnement de l'échangeur de chaleur. En particulier, des sels de corrosion ont tendance à s'infiltrer entre le joint et le tube par capillarité et remontent jusqu'à l'extrémité du tube, créant un chemin de fuite pour le fluide le traversant. D'autre part, l'utilisation de joints formant des collets entourant les extrémités des tubes crée la nécessité de l'évasement d'étanchéité précité afin d'assurer l'étanchéité, ce qui a pour effet de rallonger le cycle de production et d'entraîner les effets néfastes favorisant la corrosion comme décrit ci-dessus. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur comportant une plaque collectrice percée de trous bordés par des collets pour recevoir des tubes avec interposition d'un joint d'étanchéité formant un manchon sur chaque tube, le manchon ayant une paroi interne et une paroi externe et présentant une extrémité de forme annulaire qui s'étend au-delà du collet, laquelle l'extrémité du manchon comporte dans une configuration avant assemblage une surépaisseur de forme choisie, la surépaisseur étant agencée pour appuyer, dans une configuration après assemblage, la paroi interne du manchon contre le tube, par contrainte élastique de rappel et dans la région de l'extrémité. L'utilisation d'un tel joint dans un échangeur de chaleur permet de supprimer le besoin d'un évasement d'étanchéité. En effet, la surépaisseur à l'extrémité du manchon crée une contrainte radiale qui appuie le joint contre le tube sans que l'on ait besoin d'une opération d'assemblage supplémentaire. La surépaisseur crée ainsi une précontrainte du joint lors du positionnement du tube dans le couple joint/collecteur. De préférence, la surépaisseur forme une saillie sur la paroi externe du manchon dans la configuration avant assemblage. Avantageusement, la surépaisseur forme une saillie sur la paroi interne du manchon dans la configuration avant assemblage. Ces deux caractéristiques de la surépaisseur permettent de 5 réaliser un joint précontraint le plus approprié à la situation. De préférence, l'extrémité du manchon comporte une face d'extrémité dans la région de laquelle se termine le contact entre le tube et la paroi interne du manchon et une tangente à cette face d'extrémité forme un angle d'évasement avec le tube, lequel angle d'évasement est droit ou obtus. L'utilisation d'un joint présentant une telle extrémité permet d'éviter les infiltrations d'éléments nocifs de l'environnement de fonctionnement de l'échangeur de chaleur. En particulier, lorsque celui-ci est utilisé comme radiateur de refroidissement d'un moteur d'un véhicule automobile, cela empêche des sels de corrosion de s'infiltrer car l'angle formé par le joint avec le tube après assemblage est tel qu'il n'existe pas de jour dans lequel d'éventuels sels de corrosion pourraient se loger pour remonter par capillarité. Avantageusement l'extrémité du manchon forme un bord annu- laire présentant une section de forme trapézoïdale dont la face d'extrémité est la grande base et les deux côtés respectivement la surface de la paroi interne et la surface de la paroi externe dans la région de la surépaisseur. En variante, l'angle d'évasement est obtus et l'extrémité du manchon forme un bord annulaire présentant une section en forme de quadrilatère dont trois côtés sont respectivement la face d'extrémité, la surface de la paroi interne et la surface de la paroi externe dans la région de la surépaisseur. Ces deux types d'extrémité utilisables dans le cadre de l'invention permettent une fabrication simple et fiable d'un joint précontraint pour un échangeur de chaleur selon l'invention. De préférence, les manchons du joint d'étanchéité dépendent d'une âme agencée pour être placée au contact de la plaque collectrice. L'introduction de gorges dans le manchon permet de fournir des espaces qui empêchent la capillarité. L'invention concerne également un joint précontraint tel que celui utilisé dans l'échangeur de chaleur selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, dans laquelle on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe 15 transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention, une fois assemblé ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un manchon d'un joint précontraint utilisé dans une première forme de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention avant l'assemblage de ce dernier; - la figure 3 est une vue schématique en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe schématique partielle du manchon de la figure 2, une fois qu'il a reçu un tube, et avant évasement de ce dernier; - la figure 5 est une vue en coupe d'une variante du manchon de la figure 2; et - la figure 6 représente une autre variante du manchon de la figure 2; et - la figure 7 représente une autre variante du manchon de la figure 2. L'échangeur de chaleur 10 représenté sur la figure 1 comporte un faisceau formé d'une multiplicité de tubes 12 de section ovale qui sont disposés parallèlement entre eux et sur une seule rangée. Les tubes 12 traversent une multiplicité d'ailettes 14 constituées par des plaques métalliques sensiblement rectangulaires parallèles entre elles. L'échangeur de chaleur 10 peut notamment être un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Chaque tube 12 comporte une extrémité libre 16 assemblée mécaniquement à une plaque collectrice 18 encore appelée "collecteur" ou "plaque à trous". La plaque collectrice 18 comporte une âme 20 de forme générale rectangulaire délimitant une multiplicité de trous 22 de section ovale, propres à recevoir les extrémi- tés 16 des tubes. Chaque trou 22 est entouré par un collet 24 dirigé du côté des ailettes 14. L'âme 20 se prolonge par une gouttière périphérique 26 délimitant une gorge et terminée par un rebord périphérique 28 formant des pattes rabattables. La plaque collectrice 18 reçoit un joint d'étanchéité compressible 30 comportant une âme 32 venant s'appliquer sur l'âme 20 de la plaque collectrice 18. Cette âme 32 est reliée à une multiplicité de manchons 34 qui ont chacun un axe XX. Les manchons 34 s'introduisent chacun dans un trou 22 pour assurer l'étanchéité entre l'extrémité 16 d'un tube 12 et le collet 24 correspondant. Par ailleurs, l'âme 32 du joint 30 forme à sa périphérie un bourrelet 36 disposé dans la gouttière 26 de la plaque collectrice 18 et propre à assurer l'étanchéité avec une boîte collectrice (non représentée) lorsque le rebord périphérique 28 est rabattu. L'assemblage mécanique du tube 12 à la plaque collectrice 18 est réalisé par un évasement, dit de retenue, d'une partie supérieure du tube, une fois que son extrémité 16 est reçue dans un manchon 34. Le reste du tube 12 est de section constante. La figure 2 représente une vue en coupe d'un manchon d'un joint utilisé dans une forme de réalisation préférée d'un échangeur de chaleur selon l'invention, avant assemblage de ce dernier. Le joint est avantageusement réalisé en matériau élastomère tel qu'un caoutchouc naturel ou synthétique. Le manchon 34 comporte une ouverture 40 destinée à recevoir le tube 12, délimitée par une paroi interne 42, une paroi externe 44 correspondant à la surface extérieure du manchon 34. Comme on peut le voir sur la figure 3, le manchon 34 a une forme générale ovale caractérisée par un grand axe ZZ et un petit axe YY perpendiculaires entre eux et à l'axe XX. Dans une partie inférieure, le manchon 34 présente une extrémité 46 de forme générale annulaire. L'extrémité 46 comporte une surépaisseur externe 48 sur la paroi externe 44 et une surépaisseur interne 50 sur la paroi interne 42. L'extrémité 46 comporte en outre une face d'extrémité 52 constituant la fin du manchon 34. L'extrémité 46 forme ainsi un bord annulaire présentant une section de forme générale trapézoïdale. La grande base de ce trapèze est constituée par la face d'extrémité 52. Les deux côtés du trapèze sont constitués respectivement par un bord externe 54 de la surépaisseur externe 48 et par un bord interne 56 de la surépaisseur 50. Lors de l'assemblage de l'échangeur de chaleur 10, on dispose dans un premier temps le joint 30 sur la plaque collectrice 18, de sorte que les manchons 34 pénètrent les trous 22. Les manchons 34 sont prévus pour que l'extrémité 46 s'étende au-delà des collets 24 lorsque le joint 30 est en place. Dans un second temps, on introduit chaque tube 12 dans l'ouverture du manchon 40 lui correspondant. Le maintien en place du tube 12 est assuré grâce à un évasement de retenue du tube 12, réalisé en appliquant un outil d'évasage communément appelé "poinçon d'évasement" à l'extrémité 16. La figure 4 représente une vue schématique partielle en coupe de l'échangeur de chaleur 10 au niveau d'un manchon 34 après introduction du tube 12 et avant la réalisation de l'évasement de retenue. Comme on peut le voir sur cette figure, le manchon 34 pénètre le trou 22 et reçoit le tube 12 dans l'ouverture 40. Le passage des tubes 12 pour leur mise en place dans le manchon 34 est facilité par un poinçon dont le diamètre est le même que celui des tubes 12. De ce fait, le tube 12 a un diamètre légèrement supérieur à celui de l'ouverture 40, ce qui sollicite le manchon 34 contre le tube 12. Plus précisément, le fait que le tube 12 a un diamètre plus important que celui de l'ouverture 40 crée dans le manchon 34 une contrainte élastique radiale dirigée vers l'intérieur de l'ouverture 40 représentée par les flèches F. Cette contrainte est uniformisée et intensifiée dans la région de l'extrémité 46 par la surépaisseur externe 48 qui tend à augmenter localement la raideur du manchon 34. La contrainte est encore augmentée par le fait que la surépaisseur interne 50 est comprimée par le tube 12. La face d'extrémité 52 est orthogonale à l'axe XX qui est également l'axe du tube 12 et par conséquent l'angle al formé par une tangente Al à la face d'extrémité 52 avec l'axe XX est droit. De ce fait, le manchon 34 est sollicité contre le tube 12 et il ne peut pas y avoir d'infiltration d'éléments de l'environnement de fonctionnement de l'échangeur de chaleur par capillarité puisque tout espace entre le manchon 34 et le tube 12 est éliminé. L'utilisation d'un joint utilisant le manchon décrit ci-dessus dans un échangeur de chaleur selon l'invention permet donc d'éviter les infiltrations de sels de corrosion, notamment lorsque l'échangeur de chaleur est utilisé comme radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. En outre, la fabrication de cet échangeur est simplifiée puisque l'évasement d'étanchéité n'est plus nécessaire, la contrainte radiale assurant l'étanchéité. La figure 5 illustre une variante du manchon de la figure 2. Pour des raisons de similarité et de simplicité, seuls les éléments différents seront décrits et leurs références seront ajoutées du nombre 100. Dans cette variante, un manchon 134 comporte une extrémité 146 de forme générale annulaire. L'extrémité 146 diffère par ses surépaisseurs externe 148 et interne 150. En effet, la section du bord annulaire formé par l'extrémité 146 a ici la forme d'un quadrilatère quelconque. La face d'extrémité 152 forme un premier côté, les bords 154 et 156 respectivement de la surépaisseur externe 148 et de la surépaisseur interne 150 formant deux autres côtés de ce quadrilatère. Une tangente A2 à la face d'extrémité 152 forme un angle a2 obtus avec l'axe XX. Cela a pour avantage de rendre encore moins probable la remontée de sels de corrosion par capillarité une fois le tube 12 monté dans l'ouverture 40. La figure 6 représente une autre variante du manchon de la figure 2. Ici, la paroi interne 42 du manchon de la figure 2 est creusée de gorges 200 au niveau de l'ouverture 40. Les gorges 200 ont donc une forme ovale comme le manchon 34 et elles libèrent des espaces qui ralentissent les éventuel-les remontées par capillarité entre le manchon 34 et le tube 12. La figure 7 représente une autre variante du manchon de la figure 2. Ici, la paroi interne 242 du manchon 234 présente un profil constant incliné par rapport à l'axe XX. La surépaisseur interne 250 est alors constituée par la partie de la paroi interne 242 de l'extrémité 246 du manchon 234. Il est possible de combiner les diverses variantes décrites ci-dessus et d'utiliser pour le joint tout type de matière qui paraîtra approprié à l'homme du métier. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comportant une plaque collectrice (18) percée de trous (22) bordés par des collets (24) pour recevoir des tubes (12) avec interposition d'un joint d'étanchéité (30) formant un manchon (34; 134) sur chaque tube (12), le manchon (34; 134) ayant une paroi interne (42) et une paroi externe (44) et présentant une extrémité (46; 146) de forme annulaire qui s'étend au-delà du collet (24), caractérisé en ce que l'extrémité (46; 146) du manchon (34; 134) comporte dans une configuration avant assemblage une surépaisseur (48, 50; 148, 150) de forme choisie, la surépaisseur (48, 50; 148, 150) étant agencée pour appuyer, dans une configuration après assemblage, la paroi interne (42) du manchon (34; 134) contre le tube (12), par contrainte élastique de rappel et dans la région de l'extrémité (46; 146). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la surépaisseur forme une saillie (48; 148) sur la paroi externe (44; 144) du manchon (34; 134) dans la configuration avant assemblage. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surépaisseur forme une saillie (50; 150) sur la paroi interne (42; 124) du manchon (34; 134) dans la configuration avant assemblage. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi interne (242) présente un profil constant et est inclinée par rapport à un axe (XX) du manchon. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité (46; 146) du manchon {34; 134) comporte une face d'extrémité (52; 152) dans la région de laquelle se termine le contact entre le tube (12) et la paroi interne du manchon (34; 134) et en ce qu'une tangente (Al; A2) à cette face d'extrémité (52; 152) forme un angle d'évasement (al; a2) avec le tube, lequel angle d'évasement (al; a2) est droit ou obtus. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'extrémité du manchon (34) forme un bord annulaire présentant une section de forme trapézoïdale dont la face d'extrémité (52) est la grande base et les deux côtés respectivement la surface (56) de la paroi interne (42) et la surface (54) de la paroi externe (44) dans la région de la surépaisseur (46, 48). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle d'évasement (a2) est obtus et l'extrémité du manchon (134) forme un bord annulaire présen- tant une section en forme de quadrilatère dont trois côtés sont respectivement la face d'extrémité (152), la surface (156) de la paroi interne (142) et la surface (154) de la paroi externe (144) dans la région de la surépaisseur (146, 148). 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au niveau du collet (24), la paroi interne (42) du manchon (34) est creusée d'au moins une gorge annulaire (200). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les manchons (34; 134) du joint d'étanchéité (30) dépendent d'une âme (32) agencée pour être placée au contact de la plaque collectrice (18). 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'âme (32) est entourée par un bourrelet (36) agencé pour être reçu dans une gorge (26) de la plaque collectrice (18). 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les tubes (12) ont une section de forme généralement ovale ou oblongue. 12. Echangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les tubes (12) ont une section constante dans une région par-delà le trou (22) de la plaque collectrice (18) comportant le manchon (34; 134), et en ce qu'ils ont ensuite une section évasée. 13. Joint d'étanchéité, en particulier pour un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de manchons (34; 134), chaque manchon (34; 134) ayant une paroi interne (42; 142) et une paroi externe (44; 144), le manchon (34; 134) présentant en outre une extrémité (46; 146) de forme annulaire comportant une surépaisseur (48, 50; 148, 150) de forme choisie, la surépaisseur (48, 50; 148, 150) étant agencée pour appuyer la paroi interne (42; 142) du manchon (34; 134) contre un tube (12) qu'il peut recevoir, par contrainte élastique de rappel et dans la région de l'extrémité (46; 146). 14. Joint d'étanchéité selon la revendication 13, caractérisé en ce que la surépaisseur (48; 148) forme une saillie sur la paroi externe (44; 144) du manchon (34; 134). 15. Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que la surépaisseur (50; 150) forme une saillie sur la paroi interne (42; 142) du manchon (34; 134). 16. Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que la paroi interne (242) présente un profil constant et est inclinée par rapport à un axe (XX) du manchon. 17. Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que l'extrémité (46; 146) du manchon (34; 134) comporte une face d'extrémité (52; 152) et en ce qu'une tangente (Al; A2) à cette face d'extrémité (52; 152) forme un angle d'évasement (al; a2) avec un axe (XX) du manchon (34; 134), lequel angle d'évasement (al; a2) est droit ou obtus. 18. Joint d'étanchéité selon la revendication 17, caractéri- sé en ce que l'extrémité (46) du manchon (34) forme un bord annulaire présentant une section de forme trapézoïdale dont la face d'extrémité (52) est la grande base et les deux côtés respectivement la surface (56) de la paroi interne (42; 142) et la surface (54) de la paroi externe (44) dans la région de la surépaisseur (48, 50; 148, 150). 19. Joint d'étanchéité selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'angle d'évasement (a2) est obtus et l'extrémité (146) du manchon (134) forme un bord annulaire présentant une section en forme de quadrilatère dont trois côtés sont respectivement la face d'extrémité (152), la surface (156) de la paroi interne (42; 142) et la surface (154) de la paroi externe (144) dans la région de la surépaisseur (48, 50; 148, 150). 20. Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que la paroi interne (42; 142) du manchon (34; 134) est creusée d'au moins une gorge annulaire (200). 21. Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que les manchons (34; 134) du joint d'étanchéité (30) dépendent d'une âme (32) agencée pour être placée au contact d'une plaque collectrice (18) d'un échan- geur de chaleur (10) selon l'une des revendications 1 à 12. 22. Joint d'étanchéité selon la revendication 21, caractéri- sé en ce que l'âme (32) est entourée par un bourrelet (36) agencé pour être reçu dans une gorge (26) de la plaque 35 collectrice (18).