EP0779488B1 - Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile - Google Patents
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- EP0779488B1 EP0779488B1 EP19960119459 EP96119459A EP0779488B1 EP 0779488 B1 EP0779488 B1 EP 0779488B1 EP 19960119459 EP19960119459 EP 19960119459 EP 96119459 A EP96119459 A EP 96119459A EP 0779488 B1 EP0779488 B1 EP 0779488B1
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- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
- F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
- F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
Description
L'invention concerne les échangeurs de chaleur, notamment
pour véhicule automobile, et plus particulièrement ceux en
aluminium brasé ou soudé, du type comprenant une boíte 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, de forme
générale rectangulaire, 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, et ce bord périphérique présente en une
partie terminale une modulation de longueur en créneau
formant pattes de sertissage destinées à s'appuyer sur une
face supérieure du talon périphérique pour l'immobiliser
relativement à la plaque collectrice.
De telles pattes de sertissage s'étendent notamment sur les
côtés longitudinaux (longueur) de l'échangeur.
Dans ce type d'échangeur, pour des raisons de résistance aux
contraintes mécanique et de pression, le talon périphérique
de la boite à fluide est beaucoup plus épais que ne l'est la
paroi qui délimite ladite boíte. Le document FR-A-2 547 403
décrit un tel échangeur.
Or, plus le talon est épais, plus la gorge périphérique doit
être profonde, et donc, plus la distance qui sépare le fond
de la gorge des pattes de sertissage est grande. Cela a pour
conséquence de créer un fort effet de levier qui favorise le
fléchissement du bord périphérique et des pattes de sertissage
sous l'effet de pressions élevées, et ne permet pas une
pression constante desdites pattes de sertissage sur la
surface d'appui du talon périphérique de la boíte à fluide.
Cela peut provoquer des fuites locales au niveau du joint
d'étanchéité, et parfois, une désolidarisation de la plaque
collectrice, par fléchissement de ses bords, et donc une
perte de compression du joint d'étanchéité qui entraíne une
fuite plus importante encore. Le document FR-A-2 422 921 décrit une boíte à eau
dans laquelle les pattes de sertissages sont repliées vers l'intérieur
de l'échangeur perpendiculairement à son côté longitudinal.
Ces effets sont d'autant plus marqués 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
coût et de poids), car ce type d'alliage ne possède pas de
bonnes caractéristiques mécaniques.
Toutes les solutions proposées par l'homme de l'art pour
tenter de résoudre ce problème nécessitent l'utilisation de
pièces métalliques de renforcement souvent compliquées à
réaliser. En conséquence, il n'existe pas actuellement de
solution qui permette de résoudre le problème énoncé ci-avant
simplement et à moindre coût de fabrication.
Un but de l'invention est donc de procurer un échangeur de
chaleur qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients
des échangeurs de la technique antérieure.
L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur suivant la revendication 1.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la distance
entre deux zones épaisses voisines étant au moins égale, par
valeur supérieure, à la somme de l'extension longitudinale
d'une patte de sertissage et d'un multiple, positif ou nul,
de l'extension longitudinale d'une patte de sertissage et de
l'espace séparant deux pattes de sertissage voisines.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la
distance entre deux zones épaisses voisines est égale, par
valeur supérieure, à l'extension longitudinale d'une patte
de sertissage, et l'extension longitudinale d'une zone
épaisse est égale, par valeur inférieure, à l'extension
longitudinale d'une patte de sertissage.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se
réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- les figures 1A et 1B illustrent, en vue de trois-quart, une partie supérieure ou inférieure d'un échangeur de chaleur selon l'invention, dans un mode de réalisation préféré, respectivement avant et après assemblage; et
- la figure 2 est une coupe transversale selon l'axe II-II de l'échangeur illustré sur la figure 1B.
Sur la figure 1A sont illustrées une partie d'une boite à
fluide 1, généralement en matière plastique rigide moulée,
et une partie correspondante d'une plaque collectrice
métallique 2, par exemple, d'une partie supérieure d'un
échangeur de chaleur.
On considère dans la suite de la description que le fluide
qui circule dans l'échangeur est de l'eau. Par conséquent,
on appellera la boíte à fluide : boíte 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 boite à eau 1 comprend une paroi 3 conformée destinée à
recevoir l'eau et comprenant sur sa périphérie un talon
périphérique 4 formant bourrelet, comportant une face
supérieure d'appui 5, une face interne 6, une face externe
7 et une face inférieure 8.
Dans toute la description, les références à l'orientation
des éléments sont données relativement à la figure 1. Il est
clair que le retournement de la boíte à eau des figures 1 et
2 placerait un élément qualifié d'inférieur dans une
position qualifiée de supérieure.
La plaque collectrice 2 comprend une partie centrale 9 munie
d'ouvertures 10 autorisant le passage d'extrémités de tubes
11 (voir figure 2), et sur toute la périphérie de cette
partie centrale, un bord périphérique 12 conformé, par
pliage, avant assemblage de l'échangeur.
Les tubes 11 forment un faisceau de tubes et 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".
Le bord périphérique 12 délimite une face interne 13, un
fond 14 et une face externe 15 d'une gorge périphérique 16
de forme générale en U agencée pour loger le talon périphérique
4 avec interposition d'un joint d'étanchéité 17
réalisé dans un matériau déformable et étanche à l'eau, par
exemple en élastomère.
La face externe 15 du bord périphérique présente en une
partie terminale une modulation de longueur en créneau
formant pattes de sertissage 18. Préférentiellement, les
pattes de sertissage sont espacées régulièrement les unes
des autres d'une distance (longitudinale) D, chaque patte
présentant par ailleurs une extension longitudinale L1.
Ces pattes de sertissage, qui sont prédécoupées, sont
destinées à s'appuyer sur la face supérieure d'appui 5 du
talon périphérique 4 pour l'immobiliser relativement à la
plaque collectrice 2 avec interposition du joint d'étanchéité
17. Ce dernier se trouve ainsi disposé dans la gorge
périphérique 16 entre la face externe 15 et le fond 14 du
bord périphérique 12, et la face inférieure 8 du talon
périphérique 4.
Bien entendu, ce joint peut prendre d'autres formes et par
conséquent, il peut être en contact avec d'autres faces.
Le talon périphérique 4 de la boite à eau, qui est préférentiellement
réalisée par moulage d'une matière plastique
renforcée, présente au niveau de sa face supérieure 5 une
modulation d'épaisseur formant une alternance de zone
épaisse 19 et de zone mince 20.
On entend par zone épaisse, une zone du talon périphérique
qui présente une épaisseur identique ou légèrement inférieure
à celle que présentent les talons périphériques des
boites à eau de la technique antérieure. Par conséquent, les
zones dites minces sont celles qui présentent une épaisseur
notablement inférieure à celle des zones épaisses.
La Demanderesse s'est aperçue que de façon surprenante un
talon présentant une telle modulation d'épaisseur possédait
des caractéristiques mécaniques sensiblement identiques à
celles des talons de la technique antérieure, et en tout cas
largement suffisantes pour supporter les différentes
contraintes en fonctionnement et lors de l'assemblage.
Ainsi, la gorge périphérique 16 délimitée par le bord
périphérique 12 est notablement moins profonde que dans les
échangeurs connus, ce qui réduit d'autant la longueur du
bras de levier des pattes de sertissage 18. En conséquence,
les contraintes exercées sur les pattes de sertissage de
l'échangeur proposé sont beaucoup moins importantes que
celles qu'elles subiraient dans un échangeur de la technique
antérieure.
Par ailleurs, lorsque la boíte à eau est réalisée par
moulage, la quantité de matière nécessaire pour la réaliser
est sensiblement moins importante qu'auparavant, ce qui
réduit le coût de fabrication et contribue à l'allégement de
l'échangeur.
Enfin, la présence de zones épaisses 19 sur la face supérieure
d'appui 5 du talon périphérique permet de favoriser
l'écoulement de matière lors du moulage.
De préférence, la distance qui sépare deux zones épaisses 19
voisines (ou l'extension longitudinale d'une zone mince 20)
est égale, par valeur inférieure, à l'extension longitudinale
L1 d'une patte de sertissage 18, et l'extension
longitudinale L2 d'une zone épaisse 19 (ou la distance
séparant deux zones minces 20) est égale, par valeur
supérieure, à la distance D entre deux pattes de sertissage
18 voisines.
Par ailleurs, le positionnement respectif des zones et des
pattes de sertissage est prévu de sorte qu'après repliement
chaque patte de sertissage s'insère entre deux zones
épaisses 19 voisines et s'appuie sur la zone mince 20 en
regard de laquelle elle se trouve.
Le repliement des pattes est effectué après solidarisation
des pièces métalliques (plaque collectrice 2 et tubes 11)
par brasage dans un four, par exemple, puis positionnement
des joints d'étanchéité 17 et du talon périphérique 4 de la
boite à eau dans la gorge périphérique 16. Il s'effectue
vers l'intérieur, suivant un axe X-X sensiblement parallèle
à un côté longitudinal de l'échangeur, jusqu'à ce que les
pattes de sertissage 18 pressent la face supérieure 5 du
talon périphérique 4 de chaque boite à eau 1 contre le bord
périphérique 12 de la plaque collectrice 2, comprimant ainsi
les joints d'étanchéité 17, tout en immobilisant ledit talon
périphérique 4 à l'intérieur de la gorge périphérique 16.
L'intensité de la compression peut être ajustée en déplaçant
la position de l'axe de repliement X-X.
Afin d'obtenir une bonne répartition de la pression sur
l'ensemble des joints, il est préférable de prévoir une
répartition 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 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, on peut envisager de prévoir moins de zones épaisses
qu'il n'y a d'espaces vides entre pattes de sertissage. Pour
cela il suffit que la distance entre deux zones épaisses
voisines soit au moins égale, par valeur supérieure, à la
somme de l'extension longitudinale L1 d'une patte de
sertissage et d'un multiple de l'extension longitudinale L1
d'une patte de sertissage et de l'espace séparant deux
pattes de sertissage voisines D.
Ou bien on peut prévoir des pattes de sertissage présentant
une extension longitudinale différente (supérieure ou
inférieure) de celle des zones minces.
Par ailleurs, on a décrit une modulation d'épaisseur obtenue
directement lors de l'étape de moulage de la boite à eau,
mais il est clair qu'elle peut être également obtenue par
découpe.
Claims (5)
- Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant une boíte à fluide (1) munie d'un talon périphérique (4) présentant au niveau de sa face supérieure (5) une modulation d'épaisseur formant une alternance de zones épaisses (19) et de zones minces (20), ainsi qu'une plaque collectrice (2) présentant un bord périphérique (12) délimitant une gorge périphérique (16) de forme générale en U, destinée à recevoir au moins partiellement le talon périphérique (5) avec interposition d'un joint d'étanchéité (17), et présentant en une partie terminale des pattes de sertissage (18) destinées à s'appuyer sur une face supérieure (5) du talon périphérique (4) pour l'immobiliser relativement à la plaque collectrice (2), caractérisé en ce que les pattes de sertissage (18) sont formées par une modulation de longueur en créneau de ladite partie terminale de la plaque collectrice (2), et en ce que chaque zone épaisse (19) est agencée pour s'insérer entre deux pattes de sertissage (18) voisines après repliement de celles-ci vers l'intérieur, suivant un axe (x-x) sensiblement parallèle à un côté longitudinal dudit échangeur, de sorte que les pattes de sertissage (18) s'appuient sur les zones minces (20) de la face supérieure (5) en regard desquelles elles se trouvent, avec une intensité de compression ajustable.
- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre deux zones épaisses voisines est au moins égale, par valeur supérieure, à la somme de l'extension longitudinale (L1) d'une patte de sertissage et d'un multiple, positif ou nul, de l'extension longitudinale (L1) d'une patte de sertissage et de l'espace séparant deux pattes de sertissage voisines (D).
- Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la distance entre deux zones épaisses (19) voisines est égale, par valeur supérieure, à l'extension longitudinale (L1) d'une patte de sertissage (18).
- Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extension longitudinale (L2) d'une zone épaisse (19) est égale, par valeur inférieure, à l'extension longitudinale (L1) d'une patte de sertissage (18).
- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pattes de sertissage (18) s'étendent également sur les côtés transversaux dudit échangeur.
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