Brevet FR2944573A1 — publié le 20101022

BRIDE DE CONNEXION POUR COMPOSANT DE CIRCUIT DE CIRCULATION DE FLUIDE REFRIGERANT La présente invention concerne une bride de connexion pour un composant de circuit de circulation de fluide réfrigérant. Elle concerne également un composant de circuit de circulation de fluide réfrigérant équipé d'une telle bride de connexion, ainsi qu'un système de connexion comprenant une bride de connexion selon l'invention. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la climatisation des véhicules automobiles utilisant des fluides réfrigérants sous haute pression, notamment le dioxyde de carbone CO2. Dans un circuit de circulation de fluide réfrigérant constitué par un io circuit de climatisation à CO2 par exemple, les composants de ce circuit, en particulier les échangeurs de chaleur, tels que le refroidisseur de gaz (� Gas Cooler � en anglais) disposé en aval du compresseur, doivent supporter des températures et des pressions élevées de l'ordre respectivement de 150°C et de 125 bars. Dans ces conditions, le gaz carbonique se trouve dans un état 15 supercritique dont la grande fluidité ajoutée à la pression importante développée posent des problèmes d'étanchéité au niveau de la connexion des composants avec les tubulures du circuit dans lesquelles circule le fluide réfrigérant. Des systèmes de connexion ont donc été proposés dans le but de 20 garantir la meilleure étanchéité possible pour les composants fonctionnant dans ces conditions extrêmes. En particulier, on connaît de la société Contitech un système de connexion comprenant deux brides de connexion complémentaires dont l'une est raccordée à une entrée ou une sortie de fluide du composant, l'autre bride 25 étant fixée à une tubulure du circuit de circuit de circulation à laquelle le composant doit être relié. Les deux brides de connexion présentent en substance les mêmes éléments fonctionnels, à savoir un trou pour le passage du fluide à travers la bride et un épaulement entourant le trou de passage et servant de siège pour un joint d'étanchéité. Lorsque les trous de passage sont disposés en regard et le joint d'étanchéité placé entre les épaulements, des moyens d'écrasement du joint permettent d'obtenir l'étanchéité souhaitée entre les deux brides du système de connexion. On comprend que, compte tenu du haut niveau d'étanchéité recherché, la résistance mécanique des épaulements doit être élevée de manière à ce que ces derniers ne s'affaissent pas sous la pression d'écrasement du joint, et également pour éviter de laisser une empreinte du joint sur les épaulements à la suite des essais d'étanchéité io effectués en usine avant livraison. Le matériau généralement utilisé pour réaliser les brides de connexion est un alliage d'aluminium choisi par exemple dans la série 3xxx. En pratique, les brides de connexion d'un échangeur de chaleur, refroidisseur de gaz (� Gas Cooler �) notamment, sont raccordées à une 15 entrée ou une sortie de fluide réfrigérant, soit par l'intermédiaire d'une tubulure, soit directement fixées à une boîte collectrice du refroidisseur. Dans tous les cas, s'agissant d'un échangeur de chaleur brasé, les brides de connexion sont, dans un premier temps, assemblées mécaniquement avec les autres constituants de l'échangeur, comme le faisceau de tubes et les boîtes 20 collectrices de fluide, puis, l'ensemble ainsi constitué est brasé au four. Cependant, on constate qu'après passage au four de brasage les alliages d'aluminium habituellement utilisés perdent leurs propriétés mécaniques initiales, en particulier leur dureté, de sorte que les brides de connexion deviennent inutilisables dans le cadre de l'application visée, du fait 25 de la déformation des épaulements sous l'effet de la pression d'écrasement du joint. Pour remédier à cet inconvénient, plusieurs solutions peuvent être envisagées. Une première solution consisterait à utiliser pour les brides de 30 connexion un alliage d'aluminium plus dur, comme un alliage chargé en magnésium de la série 6xxx par exemple. Toutefois, une telle solution est incompatible avec la technique de brasage puisque la présence de magnésium conduit à reconstituer très rapidement sur les éléments à braser de l'échangeur la couche d'alumine que l'on cherche par ailleurs à détruire au moyen d'un flux de brasage, tel que celui connu sous la marque commerciale de Nocolok. Une deuxième solution consisterait à effectuer un traitement thermique du composant après brasage, de manière à restituer à l'alliage d'aluminium ses caractéristiques mécaniques initiales, de dureté en particulier. Cependant, ce traitement thermique, incluant par exemple une trempe suivie d'un revenu d'une heure trente à 160°C, est difficilement conciliable avec une production en grande série. io Aussi, un but de l'invention est de proposer une bride de connexion pour un composant de circuit de circulation de fluide réfrigérant, qui permettrait d'obtenir de manière simple, peu coûteuse et sans incidence sur l'opération de brasage, une dureté suffisante au niveau du contact de l'épaulement avec le joint d'étanchéité. 15 Ce but est atteint, conformément à la présente invention, grâce à une bride de connexion pour un composant de circuit de circulation de fluide réfrigérant, ladite bride comprenant un corps de bride présentant un trou de passage dudit fluide réfrigérant à travers ledit corps de bride et un épaulement s'étendant autour dudit trou de passage, destiné à recevoir un joint 20 d'étanchéité, remarquable en ce qu'un insert de renforcement est disposé sur ledit épaulement, ledit insert étant réalisé en un matériau présentant une résistance mécanique supérieure à la résistance mécanique du matériau constituant ledit épaulement. Ainsi, la dureté recherchée est obtenue au moyen d'un insert de 25 renforcement qui est placé sur l'épaulement de la bride après brasage du composant. Cet insert n'ayant pas subi lui-même de traitement thermique dans le four de brasage peut être réalisé dans un matériau choisi parmi ceux classiquement utilisés pour les échangeurs de chaleur de circuit de climatisation. En particulier, ce matériau peut être le même que celui 30 constituant la bride elle-même, à savoir un alliage d'aluminium de la série 3xxx par exemple, la différence étant que, l'insert de renforcement n'étant passé au four de brasage, l'alliage d'aluminium qui le constitue n'a pas perdu ses propriétés mécaniques de dureté, ce qui n'est pas le cas de la bride de connexion. Cependant, si l'on veut augmenter encore les qualités de dureté de l'insert de renforcement, on peut utiliser un alliage d'aluminium plus dur, comme un alliage de la série 6xxx chargé en magnésium. Bien entendu, d'autres matériaux non métalliques peuvent être 5 envisagés pour réaliser l'insert de renforcement. En résumé, la résistance mécanique à l'écrasement du joint d'étanchéité est fournie par l'insert de renforcement et non par la bride elle-même, étant entendu que la pression d'écrasement n'est que partiellement transmise à la bride si la surface de contact entre l'insert et l'épaulement est io plus importante qu'entre le joint métallique et l'insert. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit insert de renforcement est collé sur ledit épaulement. On obtient ainsi une bonne étanchéité entre l'insert et la bride. Avantageusement, l'invention prévoit pour faciliter le positionnement de 15 l'insert dans la bride que l'insert de renforcement et l'épaulement présentent des profils conjugués de centrage dudit insert sur ledit épaulement. L'invention concerne également un composant de circuit de circulation d'un fluide réfrigérant, remarquable en ce qu'il comporte au moins une bride de connexion selon l'invention. Il pourra s'agir, par exemple, d'un échangeur 20 de chaleur comprenant, notamment, un faisceau d'échange de chaleur relié de part et d'autre à des boîtes collectrices de fluide réfrigérant, ladite bride étant prévue, par exemple, au niveau de l'une et/ou l'autres desdites boîtes. Enfin, l'invention concerne en outre un système de connexion d'un composant de circuit de circulation de fluide réfrigérant à une tubulure dudit 25 circuit, remarquable en ce que ledit système comprend : - une première bride de connexion selon l'invention, - une deuxième bride de connexion complémentaire destinée à être reliée à ladite tubulure, comprenant un corps de bride présentant un trou de passage dudit fluide réfrigérant à travers ledit corps de bride et un épaulement 30 s'étendant autour dudit trou de passage, disposé en regard de l'épaulement de la première bride de connexion, - un joint d'étanchéité placé entre lesdits épaulements, - des moyens d'écrasement dudit joint d'étanchéité entre lesdits épaulements. Selon l'invention, la surface d'écrasement du joint d'étanchéité sur l'insert de renforcement est inférieure à la surface de contact entre l'insert et l'épaulement de la première bride de connexion. Comme cela a été mentionné plus haut, cette disposition a pour avantage de ne transmettre que s partiellement à la bride la pression d'écrasement du joint. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur thermique to équipé de deux brides de connexion conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe d'un système de connexion comprenant une bride conforme à l'invention et une bride complémentaire. La figure 3 est une vue en coupe d'une variante de la bride de connexion selon l'invention. Is Sur la figure 1 est représenté un composant 10 d'un circuit de circulation d'un fluide réfrigérant, comme par exemple un refroidisseur de gaz (� Gas Cooler �) d'un circuit de climatisation utilisant du dioxyde de carbone CO2 comme fluide réfrigérant. Bien entendu, le composant 10 considéré pourrait être un autre échangeur de chaleur du circuit de climatisation tel que 20 l'évaporateur, voire même un échangeur de chaleur interne, un détendeur ou un compresseur. D'autre part, et bien que l'invention s'applique plus particulièrement au cas du dioxyde de carbone, d'autres fluides réfrigérants peuvent être envisagés comme celui connu sous la référence R134A. Dans l'exemple de la figure 1, le fluide réfrigérant circule à travers le 25 composant 10 entre une bride 100a d'entrée et une bride 100b de sortie, lesquelles sont directement fixées sur une boîte collectrice 11 du composant. Cependant, l'invention s'étend au cas où les brides 100a, 100b seraient fixées à des tubulures elles- mêmes fixées à la boîte collectrice 11. Le problème qui se pose avec ce type de composant est que les brides 30 100a et 100b doivent présenter une étanchéité parfaite lorsqu'elles sont raccordées aux tubulures assurant la circulation du fluide réfrigérant à travers le circuit de climatisation, ce problème étant d'autant plus crucial lorsqu'il s'agit d'un circuit à dioxyde CO2 dont la pression en entrée et en sortie du refroidisseur de gaz peut dépasser 120 bars. Pour résoudre ce problème, il est proposé le système de connexion de la figure 2 qui montre comment la boîte collectrice 11 du composant 10 peut être raccordée à une tubulure 20 du circuit de climatisation. Dans ce système de connexion, la bride 100 est fixée sur la boîte collectrice 11 par brasage en même temps que sont brasés entre eux les divers éléments du composant 10, comme le faisceau de tubes, les boîtes collectrices, etc. Un trou 110 pour le passage du fluide réfrigérant à travers la to bride 100 est ménagé dans le corps 101 de bride. D'autre part, on peut observer sur la figure 2 la présence d'un épaulement 120 entourant le trou 110 de passage de manière à servir de siège à un joint 300 d'étanchéité. Par ailleurs, une deuxième bride 200 de connexion complémentaire est reliée à une tubulure 20 du circuit de climatisation par soudage par exemple. 15 La bride 200 de connexion a une structure sensiblement identique à celle de la première bride 100, à savoir qu'elle comporte un corps 201 de bride traversé par un trou 210 de passage du fluide réfrigérant, et un épaulement 220 entourant le trou 210. Les trous 110, 210 de passage ainsi que les épaulements 120, 220 20 sont configurés de sorte à se trouver respectivement en regard lorsque les brides 100, 200 sont assemblées par engagement d'une vis 240 traversant le corps 201 de la deuxième bride 200 dans un trou 140 taraudé dans le corps 101 de la première bride 100. L'ensemble de la vis 240 et du trou taraudé 140 servent non seulement 25 à assembler les deux brides 100, 200 l'une sur l'autre, mais également à écraser le joint 300 d'étanchéité après que ce dernier ait été placé entre les deux épaulements 120, 220. De préférence, le joint 300 est réalisé en un matériau métallique élastique capable de reprendre sa forme initiale lorsque les brides sont démontées, ceci afin d'en permettre la récupération et la 30 réutilisation. Les brides 100, 200 de connexion peuvent être constituées du même alliage d'aluminium, comme un alliage de la série 3xxx par exemple, classiquement utilisé dans les échangeurs de chaleur. Cependant, la première bride 100 de connexion ayant subi une opération de brasage, sa dureté mécanique s'en trouve affectée, comme cela a déjà été expliqué plus haut. Par contre, la deuxième bride 200 de connexion ne connaît pas cet inconvénient puisqu'elle n'est pas impliquée dans le brasage du composant 10. Ainsi, sous l'action de la pression d'écrasement, nécessairement élevée pour garantir l'étanchéité de la connexion malgré les fortes pressions pouvant être développées par le fluide réfrigérant, CO2 en particulier, l'épaulement 120 de la bride 100, dont la dureté est diminuée, risque de se déformer, avec pour io conséquence de ne pas obtenir le niveau d'étanchéité recherché et de marquer sur l'épaulement la trace du joint 300 lors des tests d'étanchéité effectués en usine. Pour éviter ces inconvénients, il est proposé, comme le montre la figure 2, de disposer sur l'épaulement 120 de la bride 100 un insert 130 de is renforcement sur lequel est placé le joint 300 d'étanchéité. Cet insert 130 est mis en place après brasage de la première bride 100 et présente une dureté supérieure à celle de la bride après qu'elle ait été brasée. Le matériau de l'insert 130 de renforcement peut donc être le même que celui constituant la première bride 100, voire également la deuxième bride 200, comme un alliage 20 d'aluminium de la série 3xxx. On peut également utiliser un alliage plus dur, par exemple un alliage de la série 6xxx chargé en magnésium. Comme cela a déjà été mentionné plus haut, l'insert 130 de renforcement peut être réalisé dans un matériau non métallique, à condition que sa résistance mécanique soit supérieure à celle du matériau constituant 25 l'épaulement 120. La surface d'écrasement du joint 300 d'étanchéité sur l'insert 130 de renforcement étant inférieure à la surface de contact entre l'insert et l'épaulement 120, la pression exercée sur l'épaulement à l'écrasement du joint 300 est relativement faible, ce qui permet d'éviter toute déformation sensible 30 de l'épaulement. Un avantage supplémentaire de l'insert 130 est que, n'étant pas soumis à un brasage au four, il présente un état de surface de bonne qualité en termes de rugosité et d'absence de pollution due au flux de brasage. De manière à garantir une meilleure étanchéité de la connexion, l'insert 130 de renforcement est, par exemple, collé sur l'épaulement 120. Cependant, d'autres modes de fixation peuvent être envisagés. Enfin, la figure 3 illustre une variante dans laquelle l'insert 130' et 5 l'épaulement 120' présentent des profils conjugués facilitant le centrage de l'insert 130' lors de son montage dans le corps 101' de la bride 100'. REVENDICATIONS1. Bride de connexion pour un composant (10) de circuit de circulation de fluide réfrigérant, ladite bride (100) comprenant un corps (101) de bride présentant un trou (110) de passage dudit fluide réfrigérant à travers ledit corps de bride et un épaulement (120) s'étendant autour dudit trou de passage, destiné à recevoir un joint (300) d'étanchéité, caractérisée en ce to , qu'un insert (130) de renforcement est disposé sur ledit épaulement (120), ledit insert étant réalisé en un matériau présentant une résistance mécanique supérieure à la résistance mécanique du matériau constituant ledit épaulement (120). 2. Bride de connexion selon la revendication 1, dans laquelle ledit insert (130) 15 de renforcement est collé sur ledit épaulement (120). 3. Bride de connexion selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle l'insert (130') de renforcement et l'épaulement (120') présentent des profils conjugués de centrage dudit insert sur ledit épaulement. 4. Composant de circuit de circulation d'un fluide réfrigérant, caractérisé en ce 20 qu'il comporte au moins une bride (100) de connexion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Composant selon la revendication 4, dans lequel ledit circuit de circulation de fluide réfrigérant est un circuit de climatisation. 6. Composant selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est constitué 25 par un échangeur (10) de chaleur d'un circuit de climatisation. 7. Composant selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel ledit fluide réfrigérant est du dioxyde de carbone (CO2). 8. Système de connexion d'un composant (10) de circuit de circulation de fluide réfrigérant à une tubulure (20) dudit circuit, caractérisé en ce que ledit 30 système comprend : - une première bride (100) de connexion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, reliée audit composant (10), 2944573 io - une deuxième bride (200) de connexion complémentaire destinée à être reliée à ladite tubulure (20), comprenant un corps (201) de bride présentant un trou (210) de passage dudit fluide réfrigérant à travers ledit corps de bride et un épaulement (220) s'étendant autour dudit trou de passage, disposé en 5 regard de l'épaulement (120) de la première bride (100) de connexion, - un joint (300) d'étanchéité placé entre lesdits épaulements (120, 220), - des moyens (140, 240) d'écrasement dudit joint (300) d'étanchéité entre lesdits épaulements. 9. Système de connexion selon la revendication 8, dans lequel la surface to d'écrasement du joint (300) d'étanchéité sur l'insert (130) de renforcement est inférieure à la surface de contact entre l'insert et l'épaulement (120) de la première bride (100) de connexion. 15