FR3081216A1 - Echangeur de chaleur comprenant un joint principal d’etancheite et un joint secondaire d’etancheite - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur de chaleur (1) comprenant : - au moins un conduit de circulation d'un fluide, - au moins un collecteur (6a, 6b) dans lequel débouche le conduit de circulation, le collecteur (6a, 6b) comprenant une boite (11a, 1 lb) et une plaque collectrice (8), et - un joint principal d'étanchéité (10) et un joint secondaire d'étanchéité (13) disposés entre la boite (11a, 1 lb) et la plaque collectrice (8), caractérisé en ce que la boite (11a, 11b) comprend un pied périphérique (12) présentant une face avant (12a) et une face arrière (12b) en regard l'une de l'autre, le joint principal d'étanchéité (10) et le joint secondaire d'étanchéité (13) étant respectivement disposés au niveau des faces avant et arrière (12a, 12b) du pied périphérique (12), le pied périphérique (12) étant assemblé par sertissage avec la plaque collectrice (8) sur tout le pourtour de la boite (11a, 1 lb).
Description
L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment dans le domaine automobile. Les échangeurs de chaleur de véhicules automobiles comprennent généralement :
- au moins un conduit de circulation d’un fluide,
- au moins un collecteur dans lequel débouche le conduit de circulation, le collecteur comprenant une boite et une plaque collectrice, et
- un joint principal d’étanchéité disposé entre la boite et la plaque collectrice.
Dans de tels échangeurs de chaleur, le joint doit assurer une étanchéité satisfaisante pour éviter tout problème de fuite. En particulier, le joint doit permettre de prévenir des fuites depuis l’intérieur de l’échangeur de chaleur vers l’extérieur, ou inversement.
Toutefois, un inconvénient de ce type de joint est qu’il assure mal la fonction d’étanchéité lorsque l’échangeur de chaleur se trouve dans un milieu extérieur corrosif.
A cet effet, des tests SWAAT (Sea Water Acidified Test) ou des tests brouillard salin permettent de déterminer la résistance à l’étanchéité de l’échangeur de chaleur.
Le test SWAAT vise par exemple à alterner des phases dans lesquelles l’échangeur de chaleur est mis en contact sur sa face extérieure avec une solution saline, puis est soumis à des phases de mise en pression à une température élevée. La conduite de ce test est par exemple décrite par la norme ASTM G85 Annexe 3.
Bien que l’intégrité du joint d’étanchéité ne soit pas affectée, la solution saline se dépose sous le joint d’étanchéité, cristallise et soulève le joint d’étanchéité. Il en résulte une perte d’étanchéité de l’échangeur de chaleur provoquant des fuites, notamment depuis l’extérieur vers l’intérieur de l’échangeur.
Afin de tenter de surmonter cet inconvénient, les solutions existantes visent l’ajout d’un joint secondaire d’étanchéité disposé entre la boite et la plaque collectrice afin de réaliser une étanchéité extérieure supplémentaire.
Toutefois, l’ajout d’un joint secondaire additionnel tel que décrit dans l’art antérieur ne permet pas de maintenir la boite assemblée avec la plaque collectrice avec un niveau de performance élevé. En effet, en condition d’utilisation, l’échangeur de chaleur est soumis à des contraintes mécaniques, en particulier des vibrations ou des dilatations dues à des changements de pression et de température importants. Un risque existe alors que la boite bouge par rapport à la plaque collectrice, voire se désolidarise de la plaque collectrice, entraînant alors une perte d’étanchéité de l’échangeur de chaleur.
Le but de l’invention est de remédier au moins partiellement à cet inconvénient.
L’invention vise plus précisément à assurer une étanchéité satisfaisante de l’échangeur de chaleur lorsque celui-ci se trouve dans un milieu corrosif, tout en permettant une bonne fixation de la boite avec la plaque collectrice.
A cet effet, selon l’invention, la boite comprend un pied périphérique présentant une face avant et une face arrière en regard l’une de l’autre, le joint principal d’étanchéité et le joint secondaire d’étanchéité étant respectivement disposés au niveau des faces avant et arrière du pied périphérique, le pied périphérique étant assemblé par sertissage avec la plaque collectrice sur tout le pourtour de la boite.
La position du joint secondaire d’étanchéité en regard du joint principal d’étanchéité permet un meilleur maintien de la boîte. Ceci permet d’éviter d’éventuelles fuites résultant d’un déplacement intempestif de la boite par rapport à la plaque collectrice.
En particulier, des tests SWAAT réalisés sur un échangeur de chaleur comprenant un tel joint secondaire montre l’absence de dépôt de sel cristallisé sous le joint principal, ce qui permet donc d’obtenir une meilleure étanchéité.
Selon une réalisation, la plaque collectrice comprend un bord périphérique qui délimite une gorge, le pied périphérique étant disposé dans la gorge du bord périphérique, le bord périphérique comprenant une paroi rabattue sur la face arrière du pied périphérique, le joint secondaire d’étanchéité étant disposé entre la paroi rabattue et la face arrière du pied périphérique.
Selon une autre réalisation, le rapport entre la hauteur du joint secondaire d’étanchéité non comprimé et la hauteur du joint principal d’étanchéité non comprimé est compris entre 10% et 30%.
Selon une autre réalisation, le joint secondaire d’étanchéité a une dureté comprise entre 20 et 80 shore A.
Selon une autre réalisation, le joint secondaire d’étanchéité est choisi parmi un cordon torique de section circulaire et une bande plate.
Selon une autre réalisation, le joint secondaire d’étanchéité est surmoulé avec la boite.
Selon une autre réalisation, le pied périphérique comprend une cavité, le joint secondaire d’étanchéité étant surmoulé dans la cavité.
Selon une autre réalisation, le joint principal d’étanchéité et/ou le joint secondaire d’étanchéité est en un matériau polymère, par exemple en éthylène-propylène-diène monomère ou en silicone.
Selon une autre réalisation, le joint secondaire d’étanchéité est un matériau durcissable se présentant initialement sous la forme d’un produit fluide, visqueux ou pâteux.
Selon une autre réalisation, le pied périphérique présente une face latérale interne et une face latérale externe, la face latérale externe étant en contact direct avec la plaque collectrice.
Dans la suite, on comprend les termes « interne », « externe », « avant », « arrière », « intérieur » et « extérieur » en référence à la disposition des éléments par rapport à l’échangeur de chaleur une fois assemblé tel qu’illustré sur les figures.
H est à noter que, sur les figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Sauf précision contraire, les termes approximativement, sensiblement, environ, de l'ordre de, etc. signifient qu’une légère variation par rapport à la valeur nominale considérée est possible, notamment d’un pourcentage faible, en particulier à 10% près.
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue éclatée en perspective d’un échangeur de chaleur selon l’invention ;
- la figure 2A représente une vue en coupe du pied périphérique de la boite, du joint principal d’étanchéité, du joint secondaire d’étanchéité et du bord périphérique de la plaque collectrice avant assemblage selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 2B représente une vue en coupe du pied périphérique de la boite, du joint principal d’étanchéité, du joint secondaire d’étanchéité et du bord périphérique de la plaque collectrice avant assemblage selon un deuxième mode de réalisation ; et
- la figure 3 représente une vue en coupe du pied périphérique de la boite, du joint principal d’étanchéité, du joint secondaire d’étanchéité et du bord périphérique de la plaque collectrice selon le premier mode de réalisation de la figure 2A après assemblage.
Comme illustrée sur la figure 1, l’invention concerne un échangeur de chaleur 1, en particulier pour véhicule automobile.
L’échangeur de chaleur 1 peut constituer un radiateur de refroidissement d’un moteur ou un radiateur de chauffage de l’habitacle du véhicule.
L’échangeur de chaleur 1 comprend un faisceau d’échange de chaleur 2 entre un premier et un second fluide.
Le premier fluide peut par exemple être de l’air de suralimentation destiné à alimenter le moteur du véhicule.
Le second fluide peut être un liquide de refroidissement, tel que dans un échangeur de chaleur air-eau (WCAC - Water cooled Charge Air Cooler). Le second fluide peut également être de l’air, tel que dans un échangeur de chaleur air-air (ACAC - Air cooled Charge Air Cooler).
Comme illustré à la figure 1, le faisceau d’échange de chaleur 2 comprend un empilement de tubes 3 permettant la circulation du second fluide.
Chacun des tubes 3 s’étend entre deux extrémités 3a, 3b. Les tubes 3 sont plats et de forme généralement rectangulaire.
Des intercalaires 4 sont disposés entre les tubes 3 et forment des ailettes de dissipation de chaleur.
Deux plaques 5a, 5b sont disposées respectivement de part et d’autre de l’empilement de tubes 3 du faisceau d’échange de chaleur 2.
L’échangeur de chaleur 1 comprend en outre un collecteur d’entrée 6a et un collecteur de sortie 6b.
Les collecteurs d’entrée et de sortie 6a, 6b sont disposés respectivement de part et d’autre du faisceau d’échange de chaleur 2, en particulier au niveau des extrémités 3a, 3b des tubes 3.
Le collecteur d’entrée 6a comprend une ouverture 7a dans laquelle débouche un conduit de circulation d’entrée (non illustré). De la même façon, le collecteur de sortie 6b comprend une ouverture 7b dans laquelle débouche un conduit de circulation de sortie (non illustré).
Ainsi le premier fluide circule dans le collecteur d’entrée 6a, au voisinage du second fluide dans le faisceau d’échange de chaleur 2, puis dans le collecteur de sortie 6b.
Chaque collecteur 6a, 6b comprend une plaque collectrice 8.
La plaque collectrice 8 est de préférence en métal, par exemple en aluminium, en alliage d'aluminium ou en acier inoxydable.
Comme illustrée sur la figure 1, chaque plaque collectrice 8 est destinée à recevoir les extrémités 3a, 3b des tubes 3 du faisceau d’échange de chaleur 2.
La plaque collectrice 8 est reliée au faisceau d’échange de chaleur 2, par exemple par brasage avec les différents tubes 3 qui le constituent.
Comme illustrée sur les figures 2A, 2B et 3, fa piaque cohectrice 8 comprend un bord périphérique 9 qui s’étend sur tout son pourtour.
Le bord périphérique 9 déhmite une gorge ayant sensibiement un profit en U. La gorge comprend une paroi de fond 9a et deux parois iatéraies 9b, 9c, en particufier une paroi iatéraie interne 9b et une paroi latérale externe 9c. La paroi de fond 9a relie les deux parois latérales 9b, 9c entre elles.
Par le terme « interne », on désigne un élément relativement proche, tandis que le terme « externe » qualifie un élément relativement plus éloigné, de l’intérieur du collecteur 6a, 6b.
Un joint principal d’étanchéité 10 est disposé dans la gorge du bord périphérique 9, en particulier contre la paroi de fond 9a. Le joint principal d’étanchéité 10 s’étend sur tout le pourtour de la plaque collectrice 8.
Le joint principal d’étanchéité 10 est réalisé en un matériau polymère compressible, par exemple en éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) ou en silicone.
Comme illustré plus particulièrement sur les figure 2A et 2B, le joint principal d’étanchéité 10 peut notamment être un joint torique, notamment de section circulaire. Le joint principal d’étanchéité 10 a alors une hauteur H1 (lorsqu’il n’est pas comprimé comme visible sur les figures 2A et 2B) par exemple égale à 2,8 millimètres.
Comme illustré sur la figure 1, chaque collecteur 6a, 6b comprend en outre une boite lia, 11b.
La boite lia, 11b est réalisée en un matériau plastique, par exemple en polyamide (PA) ou en polypropylène (PP). La boite lia, 11b est de préférence réalisée par moulage.
Comme illustrée sur les figures 2A, 2B et 3, chaque boite lia, 11b comprend un pied périphérique 12.
Comme illustré sur les figure 2A et 2B, le pied périphérique 12 comprend une face avant 12a configurée pour venir en contact avec le joint principal d’étanchéité 10.
Le pied périphérique 12 comprend en outre une face arrière 12b, une face latérale interne 12c, et une face latérale externe 12d (les termes « interne » et « externe » devant être compris comme précédemment). Les faces latérales interne et externe 12c, 12d sont configurées pour venir respectivement en regard, de préférence en contact, avec les parois latérales internes et externes 9b, 9c du bord périphérique 9 de la plaque collectrice 8.
Par le terme « avant », on désigne un élément relativement proche, tandis que le terme « arrière » désigne un élément relativement plus éloigné, de la plaque collectrice 8, et plus particulièrement du faisceau d’échange de chaleur 2.
Une boite 1 la, 1 lb est assemblée à la plaque collectrice 8.
Plus particulièrement, le pied périphérique 12 de la boite lia, 11b est assemblé par sertissage avec le bord périphérique 9 de la plaque collectrice 8.
A cet effet, une fois assemblé, le bord périphérique 9 de la plaque collectrice 8 comprend également une paroi 9d rabattue (encore appelée dent de sertissage) sur le pied périphérique 12, notamment sur la face arrière 12b du pied périphérique 12, comme visible sur la figure 3.
Le sertissage est avantageusement continu. Par le terme « sertissage continu », on comprend que le bord périphérique 9 comprend une paroi rabattue 9d sur le pied périphérique 12 sur tout le pourtour de la plaque collectrice 8.
Un sertissage continu permet en particulier d’améliorer le maintien de la boite lia, 11b avec la plaque collectrice 8, notamment en cas de contraintes mécaniques importantes, par exemples de vibrations ou de dilatations thermiques.
Le pied périphérique 12 est configuré pour être reçu dans la gorge du bord périphérique 9 de la plaque collectrice 8 en assurant la compression du joint principal d’étanchéité 10.
Le joint principal d’étanchéité 10 est disposé entre la paroi de fond 9a du bord périphérique et la face avant 12a du pied périphérique 12. Le joint principal d’étanchéité 10 vient de préférence en contact avec la paroi de fond 9a du bord périphérique et la face avant 12a du pied périphérique 12.
Un joint secondaire d’étanchéité 13 est disposé au niveau de la face arrière 12b du pied périphérique 12.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 s’étend sur tout le pourtour de la boite 1 la, 11b.
Comme illustré sur la figure 3, le joint secondaire d’étanchéité 13 est disposé entre la paroi rabattue 9d et la face arrière 12b du pied périphérique 12. Le joint secondaire d’étanchéité 13 est donc disposé sous la paroi rabattue 9d. Le joint secondaire d’étanchéité 13 vient de préférence en contact avec la paroi rabattue 9d du bord périphérique 9 et la face arrière 12b du pied périphérique 12.
Ainsi, la face latérale externe 12d du pied périphérique 12 n’est pas en contact avec un joint d’étanchéité mais est en contact direct avec la paroi latérale 9c du bord périphérique 9.
Par le terme «contact direct», on comprend qu’aucun élément, en particulier aucun joint d’étanchéité, n’est interposé entre la face latérale externe 12d du pied périphérique 12 et avec la paroi latérale 9c du bord périphérique 9.
Cela permet un appui mécanique rigide entre le boîtier lia, 11b et la plaque collectrice 8, ce qui limite tout mouvement relatif entre eux.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut être réalisé selon plusieurs modes de réalisation.
Selon un premier mode de réalisation, le joint secondaire d’étanchéité 13 peut être cordon torique, notamment de section circulaire. Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut également être une bande plate comme illustrée sur les figures 2A et 3.
En particulier, le joint secondaire d’étanchéité 13 peut être réalisé en un matériau polymère compressible, par exemple en éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) ou en silicone. Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut notamment être réalisé dans le même matériau que le joint principal d’étanchéité 10.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut être collé sur la face arrière 12b du pied périphérique 12 ou le bord périphérique 9 avant sertissage.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré plus particulièrement sur la figure 2B, le joint secondaire d’étanchéité 13 est surmoulé avec la boite lia, 11b.
En particulier, le joint secondaire d’étanchéité 13 est réalisé avec la boite lia, 11b par biinjection. Par le terme « bi-injection », on comprend que le joint secondaire d’étanchéité 13 et la boite lia, 11b sont formés par injection de matière, simultanément ou successivement, lors d’une même opération de moulage.
De cette façon, le joint secondaire d’étanchéité 13 est solidaire de la boite lia, 11b. Cela permet d’assurer un bon maintien du joint secondaire d’étanchéité 13 avec la boite lia, 11b.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut par exemple être logé dans une cavité 14 située au niveau de la face arrière 12b du pied périphérique 12, comme visible sur la figure 2B.
Selon un troisième mode de réalisation, le joint secondaire d’étanchéité 13 se présente initialement sous la forme d’un produit fluide, visqueux ou pâteux, apte à se solidifier par la suite.
En particulier, le joint secondaire d’étanchéité 13 peut être en un matériau durcissable, tel qu’un polymère silicone. Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut en particulier être un matériau thermodurcissable.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 peut alors être déposé sous forme fluide sur la face arrière 12b du pied périphérique 12 ou sur le bord périphérique 9 avant sertissage.
Selon ces trois modes de réalisation, le joint secondaire d’étanchéité 13 a par exemple une dureté comprise entre 20 et 80 shore A.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 est ainsi situé vers l’extérieur par rapport au joint principal d’étanchéité 10.
Par le terme « extérieur », on désigne ce qui est disposé en dehors de l’échangeur de chaleur 1 tandis que le terme « intérieur » désigne ce qui est situé dans l’échangeur de chaleur 1. A titre illustratif, les références 15a et 15b sur la figure 3 sont situés respectivement à l’intérieur et à l’extérieur de l’échangeur de chaleur 1.
Le joint secondaire d’étanchéité 13 a de préférence une hauteur H2 (lorsqu’il n’est pas comprimé comme visible sur les figure 2A et 2B) comprise entre 0,3 millimètres et 1 millimètre. Le joint secondaire d’étanchéité 13 a de préférence une hauteur H2 sensiblement égale à 0,5 millimètre.
Ainsi, le rapport entre la hauteur H2 du joint secondaire d’étanchéité 13 et la hauteur H1 du joint principal d’étanchéité 10 est compris entre 10% et 30%, avantageusement de l’ordre de 17%.
Le fait que le joint secondaire d’étanchéité 13 soit d’une hauteur H2 faible, notamment par rapport à la hauteur H1 du joint principal d’étanchéité 10, permet de maintenir de façon rigide la boite lia, 11b avec la plaque collectrice 8.
En effet, si le joint secondaire d’étanchéité 13 a une hauteur trop importante par rapport au joint principal d’étanchéité 10, les joints principal et secondaire d’étanchéité 10, 13 risquent de se déformer en cas de contrainte mécanique importante sur le collecteur 6a, 6b, la boite lia, 11b risquant alors de pivoter par rapport à la plaque collectrice 8, par exemple selon une mouvement indiqué par la flèche 16 sur la figure 3.
Le pied périphérique 12 est alors susceptible de se déchausser de la gorge du bord périphérique 9, entraînant une désolidarisation de la boite lia, 11b avec la plaque collectrice 8, et donc une perte d’étanchéité de l’échangeur de chaleur 1.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1) comprenant :- au moins un conduit de circulation d’un fluide,- au moins un collecteur (6a, 6b) dans lequel débouche le conduit de circulation, le collecteur (6a, 6b) comprenant une boite (lia, 11b) et une plaque collectrice (8), et- un joint principal d’étanchéité (10) et un joint secondaire d’étanchéité (13) disposés entre la boite (lia, 11b) et la plaque collectrice (8), caractérisé en ce que la boite (lia, 11b) comprend un pied périphérique (12) présentant une face avant (12a) et une face arrière (12b) en regard l’une de l’autre, le joint principal d’étanchéité (10) et le joint secondaire d’étanchéité (13) étant respectivement disposés au niveau des faces avant et arrière (12a, 12b) du pied périphérique (12), le pied périphérique (12) étant assemblé par sertissage avec la plaque collectrice (8) sur tout le pourtour de la boite (lia, 11b).
- 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, dans lequel la plaque collectrice (8) comprend un bord périphérique (9) qui délimite une gorge, le pied périphérique (12) étant disposé dans la gorge du bord périphérique (9), le bord périphérique (9) comprenant une paroi (9d) rabattue sur la face arrière (12b) du pied périphérique (12), le joint secondaire d’étanchéité (13) étant disposé entre la paroi rabattue (9d) et la face arrière (12b) du pied périphérique (12).
- 3. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rapport entre la hauteur (H2) du joint secondaire d’étanchéité (13) non comprimé et la hauteur (Hl) du joint principal d’étanchéité (10) non comprimé est compris entre 10% et 30%.
- 4. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le joint secondaire d’étanchéité (13) a une dureté comprise entre 20 et 80 shore A.
- 5. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le joint secondaire d’étanchéité (13) est choisi parmi un cordon torique de section circulaire et une bande plate.
- 6. Echangeur de chaleur (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le joint secondaire d’étanchéité (13) est surmoulé avec la boite (lia, 11b).
- 7. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 6, dans lequel le pied périphérique (12) comprend une cavité (14), le joint secondaire d’étanchéité (13) étant surmoulé dans la cavité (14).
- 8. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le joint principal d’étanchéité (10) et/ou le joint secondaire d’étanchéité (13) est en un matériau polymère, par exemple en éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) ou en silicone.
- 9. Echangeur de chaleur (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le joint secondaire d’étanchéité (13) est un matériau durcissable se présentant initialement sous la forme d’un produit fluide, visqueux ou pâteux.
- 10. Echangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pied périphérique (12) présente une face latérale interne (12) et une face latérale externe (12d), la face latérale externe (12d) étant en contact direct avec la plaque collectrice (8).
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