FR3084738A1 - Echangeur de chaleur avec joint d’etancheite comportant au moins une zone d’evidement - Google Patents

Echangeur de chaleur avec joint d’etancheite comportant au moins une zone d’evidement Download PDF

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    • F28D2021/0091—Radiators

Abstract

La présente invention concerne un échangeur de chaleur (1) comprenant : ° un faisceau de tubes d'échange (3) comportant une multiplicité de tubes d'échange (3) à l'intérieur desquels est destiné à circuler un fluide caloporteur, ° une boite à eau (5) disposée à chacune des extrémités des tubes d'échange (3), ladite boite à eau (5) comportant : ▪ une plaque collectrice (51) comprenant une gorge périphérique (511), ladite gorge périphérique (511) comportant un épaulement interne (513), ▪ un capot (52) recouvrant les extrémités des tubes d'échange (3) et dont les bords (521) sont insérés dans ladite gorge périphérique (511) de sorte à former un espace de circulation du fluide caloporteur, ▪ un joint d'étanchéité (6) recouvrant au moins partiellement la face interne de la plaque collectrice (51), ledit joint d'étanchéité (6) assurant l'étanchéité entre la plaque collectrice (51) et les bords (521) du capot (52) au niveau de la gorge périphérique (511), au niveau de l'épaulement interne (513) de la gorge périphérique (511), le joint d'étanchéité (61) comportant au moins une zone d'évidement (61).

Description

Échangeur de chaleur avec joint d’étanchéité comportant au moins une zone d’évidement
L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, et son procédé de fabrication.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une multiplicité de tubes à l’intérieur desquels est destiné à circuler un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur circule plus particulièrement entre une première extrémité d'entrée de fluide caloporteur et une deuxième extrémité de sortie de fluide caloporteur. L’échangeur de chaleur comporte également une première boite à eau reliant les premières extrémités des tubes d'échange et une seconde boite à eau reliant les deuxièmes extrémités desdits tubes d'échange. La première boite à eau permet l’arrivée et la distribution du fluide caloporteur dans les tubes d’échange et la seconde boite à eau permet la collecte et l’évacuation du fluide caloporteur ayant traversé les tubes d’échange.
Ces boites à eau comportent généralement une plaque collectrice traversée par les extrémités des tubes d’échange. La plaque collectrice comporte également une gorge périphérique à l’intérieur de laquelle les bords d’un capot sont insérés de sorte à former la boite à eau. Afin d’assurer l’étanchéité entre les extrémités des tubes d’échange et la plaque collectrice ainsi qu’entre la plaque collectrice et le capot, un joint d’étanchéité est disposé sur la plaque collectrice.
Cependant, lors de l’utilisation de l’échangeur de chaleur, la boite à eau et plus particulièrement le capot subit des cycles d’augmentation de la pression du fluide caloporteur qui entraîne des déformations. Ces déformations engendrent un stress mécanique au niveau de la gorge périphérique de la plaque collectrice qui peut amener une détérioration du capot, de la plaque collectrice ou du joint d’étanchéité et donc augmenter les risques de fuite de fluide caloporteur.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur dont la boite à eau est moins sensible au stress mécanique.
La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comprenant :
° un faisceau de tubes d'échange comportant une multiplicité de tubes d'échange disposés parallèlement les uns des autres à l’intérieur desquels est destiné à circuler un fluide caloporteur, ° une boite à eau disposée à chacune des extrémités des tubes d'échange, ladite boite à eau comportant :
une plaque collectrice comprenant des orifices dans lesquels sont introduits des extrémités des tubes d'échange ainsi qu’une gorge périphérique, ladite gorge périphérique comportant un épaulement interne, un capot recouvrant les extrémités des tubes d'échange et dont les bords sont insérés dans ladite gorge périphérique de sorte à former un espace de circulation du fluide caloporteur, un joint d'étanchéité recouvrant au moins partiellement la face interne de la plaque collectrice, ledit joint d’étanchéité assurant l’étanchéité entre la plaque collectrice et les extrémités des tubes d'échange ainsi qu’entre la plaque collectrice et les bords du capot au niveau de la gorge périphérique, au niveau de Γépaulement interne de la gorge périphérique, le joint d’étanchéité comportant au moins une zone d’évidement.
La zone d’évidement permet de diminuer le stress mécanique au niveau de la liaison entre le capot et la plaque collectrice lors des montées en pression du fluide caloporteur. Cela permet ainsi de diminuer les risques de cassures et de fuites et ainsi permet une plus grande longévité de l’échangeur de chaleur. De plus cette zone d’évidement permet de réduire la masse du joint d’étanchéité. La boite à eau est donc moins sensible au stress mécanique et ce sans qu’il ne soit nécessaire d’augmenter l’épaisseur des parois du capot ou de la plaque collectrice.
Selon un aspect de l’invention, la zone d’évidement peut être une zone de moindre épaisseur du joint d’étanchéité.
Selon un autre aspect de l’invention, la zone d’évidement peut être une ouverture débouchante, traversant toute l’épaisseur du joint d’étanchéité.
Selon un autre aspect de l’invention, la plaque collectrice et le joint d’étanchéité peuvent avoir une forme rectangulaire comportant deux grands côtés et deux petits côtés.
Selon un autre aspect de l’invention, chacun des grands côtés du joint d’étanchéité peut comporter au moins une zone d’évidement.
Selon un autre aspect de l’invention, les grands côtés peuvent comporter une seule zone d’évidement s’étendant sur au moins 50 % de la longueur desdits grands côtés du joint d’étanchéité.
Selon un autre aspect de l’invention, les grands côtés du joint d’étanchéité peuvent comporter au moins deux zones d’évidement.
Selon un autre aspect de l’invention, chacun des petits côtés du joint d’étanchéité peut comporter au moins une zone d’évidement.
Selon un autre aspect de l’invention, la gorge périphérique peut comporter un fond recouvert par le joint d’étanchéité et la zone d’évidement peut se prolonger transversalement le long de l’épaulement interne jusqu’au point où le joint d’étanchéité recouvre le fond de la gorge périphérique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 montre une représentation schématique en perspective d'un échangeur de chaleur, la figure 2 montre une représentation schématique en perspective d’une boite à eau sans capot d'un échangeur de chaleur, la figure 3 montre une représentation schématique en coupe d’une boite à eau sans capot d'un échangeur de chaleur, la figure 4a montre une représentation schématique en coupe de la jonction entre une plaque collectrice et un capot selon un premier mode de réalisation, la figure 4b montre une représentation schématique en coupe de la jonction entre une plaque collectrice et un capot selon un deuxième mode de réalisation, la figure 5a montre une représentation schématique en perspective d’un joint d’étanchéité selon une première variante, la figure 5b montre une représentation schématique en perspective d’un joint d’étanchéité selon une deuxième variante.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tels critères.
La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1 pour circuit de gestion thermique. Cet échangeur de chaleur 1 comporte des tubes d'échange 3 dans lesquels est destiné à circuler un fluide caloporteur entre une première extrémité du tube d’échange 3, dite d'entrée de fluide caloporteur, et une deuxième extrémité du tube d’échange 3, dite de sortie de fluide caloporteur. Les tubes d’échange 3 sont de préférence disposés parallèles les uns aux autres sur un même plan de sorte à former un faisceau de tubes. Entre les tubes d’échange 3 est destiné à passer un autre fluide caloporteur, généralement de l’air, afin d’échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur circulant dans les tubes d’échanges 3. Des intercalaires ou ailettes peuvent être insérées entre les tubes d’échange 3 afin d’augmenter la surface d’échange.
L’échangeur de chaleur 1 comporte en outre une boite à eau 5 disposée à chacune des extrémités des tubes d'échange 3. Cette boite à eau 5 comporte notamment une plaque collectrice 51 et un capot 52. Une première boite à eau 5 relie les premières extrémités des tubes d'échange 3 et une seconde boite à eau (non représentée) reliant les deuxièmes extrémités desdits tubes d’échange 3. La première boite à eau 5 permet ainsi l’arrivée et la distribution du fluide caloporteur dans les tubes d’échange 3 et la seconde boite à eau permet la collecte et l’évacuation du fluide caloporteur ayant traversé les tubes d’échange 3.
Comme le montrent les figures 2 et 3, la plaque collectrice 51 comporte des orifices dans lesquelles sont introduites des extrémités des tubes d'échange 3. La plaque collectrice 51 comporte également une gorge périphérique 511. Cette gorge périphérique 511 comporte un épaulement interne 513, un fond 514 et un rebord externe 515. Par interne, on entend ici que l’épaulement 513 est du côté de la gorge périphérique 511 le plus proche du centre de la plaque collectrice 51. Par externe, on entend ici que le rebord 515 est du côté de la gorge périphérique 511 le plus éloigné du centre de la plaque collectrice 51. Le sommet des rebords extérieurs 515 peuvent également comporter des pattes de sertissages 516 permettant de fixer le capot 52 lorsqu’elles sont repliées.
La plaque collectrice 51 comprend une âme, pouvant être de forme générale rectangulaire, délimitant une multiplicité d’orifices, de section correspondante à la forme de la section des tubes d’échange 3 et propres à recevoir les extrémités des tubes d’échange 3. Chaque orifice est bordé par un premier collet 517 (visible sur la figure 3) dirigé vers l'intérieur du faisceau. Les premiers collets 517 peuvent avantageusement venir de matière avec la plaque collectrice 51 et être par exemple formés en même temps que les orifices par emboutissage.
Le capot 52 recouvre les extrémités des tubes d'échange 3 et la plaque collectrice 51 de sorte à former un espace de circulation du fluide caloporteur. Les bords 521 du capot 52 (visibles sur les figures 4a et 4b) sont insérés dans ladite gorge périphérique 511. Les bords 521 peuvent notamment comporter un épaulement 522 sur la face extérieur du capot 52. Cet épaulement 522 permet l’appui des pattes de sertissages 516 et ainsi la fixation du capot 52. Les bords 521 peuvent également comporter une arête inférieure 523 orientée vers l’intérieur de la gorge périphérique 511 afin d’améliorer l’étanchéité.
La boite à eau 5 comporte également un joint d'étanchéité 6 recouvrant au moins partiellement la face interne de la plaque collectrice 51. On entend ici par face interne de la plaque collectrice 51 sa face qui est destinée à être à l’intérieur de la boite à eau 5. Ce joint d’étanchéité 6 assure l’étanchéité entre la plaque collectrice 51 et les extrémités des tubes d'échange 3 ainsi qu’entre la plaque collectrice 51 et les bords 521 du capot 52 au niveau de la gorge périphérique 511.
Le joint d'étanchéité 6 comporte une âme 63 venant s'appliquer sur l'âme de la plaque collectrice 51. Cette âme 63 du joint d'étanchéité 6 comporte une multiplicité de deuxièmes collets 65 qui s'introduisent respectivement dans les premiers collets 517 des orifices de la plaque collectrice 51. Par ailleurs, le joint d'étanchéité 6 peut former à sa périphérie un bourrelet 64 disposé dans la gorge périphérique 511 et propre à assurer l'étanchéité avec le capot 52 en relation avec l’arête inférieure 523, notamment lorsque les pattes de sertissages 516 sont rabattues.
Le joint d’étanchéité 6 est ainsi d’une seule pièce sur la face interne de la plaque collectrice 51. Cela permet notamment un montage aisé et sécurisé.
Comme le montrent les figures 4a et 4b, au niveau de l’épaulement interne 513 de la gorge périphérique 511, le joint d’étanchéité 6 comporte au moins une zone d’évidement 61. Cette zone d’évidement 61 permet de diminuer le stress mécanique au niveau de la liaison entre le capot 52 et la plaque collectrice 51 lors des montées en pression du fluide caloporteur. Cela permet ainsi de diminuer les risques de cassures et de fuites et ainsi permet une plus grande longévité de l’échangeur de chaleur 1. De plus cette zone d’évidement 61 permet de réduire la masse du joint d’étanchéité. La boite à eau 5 est donc moins sensible au stress mécanique et ce sans qu’il ne soit nécessaire d’augmenter l’épaisseur des parois du capot 52 ou de la plaque collectrice 51.
Cette zone d’évidement 61 peut notamment se prolonger transversalement le long de l’épaulement interne 513 jusqu’au point où le joint d’étanchéité 6 recouvre le fond 514 de la gorge périphérique 511, comme illustré sur les figures 4a et 4b.
Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 4a, la zone d’évidement 61 est une zone de moindre épaisseur du joint d’étanchéité 6. Ce premier mode de réalisation permet également d’avoir un joint d’étanchéité 6 qui recouvre complètement la face interne de la plaque collectrice 51 et ainsi évite que le fluide caloporteur ne puisse s’immiscer entre le joint d’étanchéité 6 et la plaque collectrice 51.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 4b, la zone d’évidement 61 peut-être une ouverture débouchante, traversant toute l’épaisseur du joint d’étanchéité 6. Ce deuxième mode de réalisation permet de réduire d’autant le poids du joint d’étanchéité 6, mais il permet également une fabrication plus aisée du joint d’étanchéité 6.
Comme dit plus haut et comme illustré par les figures 5a et 5b, la plaque collectrice 51 et le joint d’étanchéité 6 peuvent avoir une forme rectangulaire. Du fait de cette forme rectangulaire le joint d’étanchéité 6 comporte deux grands côtés 7a et deux petits côtés 7b.
De préférence, les zones d’évidements 61 sont réalisées sur les grands côtés 7a du joint d’étanchéité 6. En effet, ce sont au niveau de ces grands côtés 7a que le stress mécanique est le plus important dans la boite à eau 5. Ainsi, chacun des grands côtés 7a peut comporter au moins une zone d’évidement 61.
Selon une première variante illustrée à la figure 5a, les grands côtés 7a comportent au moins deux zones d’évidement 61. Ces zones d’évidement 61 sont séparées entre-elles par une languette 66 reliant Pâme 63 du joint d’étanchéité 6 avec la partie destinée à être placée dans la gorge périphérique 511 de la plaque collectrice 51. Pour cette première variante, les zones d’évidement 61 peuvent avantageusement être placées au niveau des zones de plus forts stress mécanique de la boite à eau 5. L’emplacement, la longueur et le nombre de ces zones d’évidement 61 peuvent varier selon l’emplacement, l’étendue et le nombre des zones de plus fort stress mécanique. Un étude d’identification préalable de ces zones de plus fort stress mécanique peut ainsi être réalisée selon le type et la taille de l’échangeur de chaleur 1 afin d’optimiser l’emplacement, la longueur et le nombre des zones d’évidement 61.
Selon une deuxième variante illustrée à la figure 5b, les grands côtés 7a peuvent comporter une seule zone d’évidement 61 s’étendant sur au moins 50 % de la longueur desdits grands côtés 7a. Cette variante permet par exemple d’uniformiser les types de joints d’étanchéité 6 et ainsi permettre des économies lors de la fabrication de l’échangeur de chaleur 1.
Il est également tout à fait possible d’imaginer une variante particulière (non représentée) dans laquelle chacun des petits côtés 7b peut comporter également au moins une zone d’évidement 61. Les petits côtés 7b peuvent comporter au moins une zone d’évidement 61 en combinaison avec des grands côtés 7a comportant eux aussi des zones d’évidement 61. H est également tout à fait possible d’imaginer que seuls les petits côtés 7b comportent des zones d’évidement 61.
Ainsi, on voit bien que du fait de la présence des zones d’évidement 61, la boite à eau 5 est plus résistante au stress mécanique engendré par les montées de pression. De ce fait, l’échangeur de chaleur 1 est moins sujet aux fuites et a une durée de vie plus importante.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Echangeur de chaleur (1) comprenant :
    ° un faisceau de tubes d'échange (3) comportant une multiplicité de tubes d'échange (3) disposés parallèlement les uns des autres à l’intérieur desquels est destiné à circuler un fluide caloporteur, ° une boite à eau (5) disposée à chacune des extrémités des tubes d'échange (3), ladite boite à eau (5) comportant :
    une plaque collectrice (51) comprenant des orifices dans lesquels sont introduits des extrémités des tubes d'échange (3) ainsi qu’une gorge périphérique (511), ladite gorge périphérique (511) comportant un épaulement interne (513), un capot (52) recouvrant les extrémités des tubes d'échange (3) et dont les bords (521) sont insérés dans ladite gorge périphérique (511) de sorte à former un espace de circulation du fluide caloporteur, un joint d'étanchéité (6) recouvrant au moins partiellement la face interne de la plaque collectrice (51), ledit joint d’étanchéité (6) assurant l’étanchéité entre la plaque collectrice (51) et les extrémités des tubes d'échange (3) ainsi qu’entre la plaque collectrice (51) et les bords (521) du capot (52) au niveau de la gorge périphérique (511), caractérisé en ce qu’au niveau de l’épaulement interne (513) de la gorge périphérique (511), le joint d’étanchéité (61) comporte au moins une zone d’évidement (61).
  2. 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d’évidement (61) est une zone de moindre épaisseur du joint d’étanchéité (6).
  3. 3. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d’évidement (61) est une ouverture débouchante, traversant toute l’épaisseur du joint d’étanchéité (6).
  4. 4. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque collectrice (51) et le joint d’étanchéité (6) ont une forme rectangulaire comportant deux grands côtés (7a) et deux petits côtés (7b).
  5. 5. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des grands côtés (7a) du joint d’étanchéité (6) comporte au moins une zone d’évidement (61).
  6. 6. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les grands côtés (7a) du joint d’étanchéité (6) comportent une seule zone d’évidement (61) s’étendant sur au moins 50 % de la longueur desdits grands côtés (7a).
  7. 7. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les grands côtés (7a) du joint d’étanchéité (6) comportent au moins deux zones d’évidement (61).
  8. 8. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que chacun des petits côtés (7b) du joint d’étanchéité (6) comporte au moins une zone d’évidement (61).
  9. 9. Échangeur de chaleur (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la gorge périphérique comporte un fond (514) recouvert par le joint d’étanchéité (6) et que la zone d’évidement (61) se prolonge transversalement le long de l’épaulement interne (513) jusqu’au point où le joint d’étanchéité (6) recouvre le fond (514) de la gorge périphérique (511).
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