Brevet FR2130070A1 — publié le 19721103

a présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur comprenant des tubes aplatis disposés parallèlement entre eux et dont les passages d'écoulement sont réunis à leurs deux extrémités, à des chambres collectrices destinées à contenir un fluide et délimitées chacune par deux tôles et par des élér..ents de liaison qui réunissent les deux tôles, le long de leurs bords parallèles à la direction de l'écoulement, par soudage avec apport de métal, cet échangeur comprenant également une chicane de turbulence disposé dans le passage de chaque tube aplati. -On connaît déjà des échangeurs de chaleur, par exemple des refroidisseurs ou radiateurs à courants croisés, du type récité, dans lesquels les tubes aplatis sont formés par deux tôles planes qui sont maintenues à un certain écartement mutuel par des barrettes de fermeture délimitant latéralement les passages d'écoulement de ces tubes. Pour construire un échangeur de chaleur de ce type, on doit superposer des tôles planes revêtues de soudure, avec interposition de barrettes de fermeture, et les maintenir sous pression. Ensuite, on introduit l'en- semble ainsi formé dans un four de soudage ou dans un bain de soudage où les divers éléments sont assemblés par des soudures. L'assemblage des divers éléments de l'échangeur de chaleur est un travail relativement difficile. En outre, il est difficile de garantir que, dans tout un ensemble de tubes aplatis, toutes les surfaces en contact mutuel seront presses les unes sur les autres avec une pression qui assure un soudage parfait. Cette pression est critique parce que, lorsqu'elle est trop forte, le flux décapant ne peut pas s'infiltrer dans les joints, tandis que, si elle est au contraire trop faible, il peut se former des espaces intercalaires trop grands dans lesquels il n'est pas possible d'éviter la présence 'inclusions de flux qui conduisent à une co rosion prématurée. Lorsqu'un tel ensemble de tubes aplatis est assemblé par soudage, il est nécessaire de fixer par soudage, avec métal d'apport ou par fusion aux deux extrémités des tubes aplatis des boîtes destinées à former des chambres collectrices pour contenir un fluide, par exemple l'huile dans le cas d'un raditeur d'huile refroidi par l'air. L'invention a pour but de réaliser un échangeur de chaleur qui puisse être fabriqué avec une dépense de travail aussi réduite que possible et dans lequel il soit garanti que les surfaces qui sont appuyées les unes sur les autres le soient avec une pression possédant la valeur optimale pour le soudage. Suivant l'invention, le problème est résolu, dans le cas d'un échangeur de chaleur du type précité, par le fait qu'on utilise comme éléments de liaison pour l'assemblage des deux tôles formant un tube aplati, le bord de l'une des tôles qui est rabattu pour recouvrir entièrement le bord de vautre tôle, en ce que la chicane de turbulence de chaque tube aplati est serré entre les deux tôles de ce tube, en ce que, pour former les chambres collectrices, des segments de tube sont interposés entre les tôles adjacentes de deux tubes aplatis voisins, aux deux extrémités de ces tubes, tandis que des collets formés dans les tôles par eìboutissage et dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des segments de tube sont engagés dans ces segments, et en ce que les parties des tôles et des segments de tuce qui sont appuyés les unes sur les autres sont assemblées par soudage. Du fait que dans chaque tube aplati l'une des tôles présente des bords rabattus pour recouvrir entièrement le bord de l'autre tôle, chaque tube aplati ne comporte qu'un seul joint soudé pour sa limite latérale, par opposition aux deux joints soudés que l'on obtient en utilisant des barrettes de fermeture latérales. En outre, la formation des tubes aplatis ne nécessite pas l'utilisation de barrettes de fermeture.Le mode de réalisation des chambres collectrices, dans lequel on utilise aux deux extrémités des tubes aplatis des segments de tube interposés entre les tôles adjacentes des tubes voisins et dans lesquels sont emmanchés des collets formés dans les tôles par emboutissage, économise également les barrettes entretoises uti lises antérieurement pour les espaces intercalaires entre les tubes aplatis. ar ailleurs, il n'est pas nécessaire de prévoir des chambres collectrices séparées, qu'il serait nécessaire de souder, par apport de métal ou par fusion, après l'assemblage du faisceau de tubes par soudage puisque l'assemblage des tubes aplatis au moyen de leurs collets engagés dans les segments de tubes a également pour effet de former les chambres coLlectrice; destinées à contenir le fluide qui parcourt les tubes aplatis. Toutefois, l'avantage décisif de l'échangeur de chaleur suivant l'invention consiste en ce que cet échangeur pe être fabriqué par un procédé particulièrement avantageux, avec une dépense extrêmement réduite et d'une façon qui donne des liaisons soudées d'une très haute qualité. L'invention a donc également pour objet un procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur suivant l'invention.Ce procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur suivant l'invention dans lequel on part de tôles revêtues de soudure est caractérisé en ce que, pour chaque intervalle entre tubes aplatis, on prépare deux segments ae tube d'un diamètre intérieur prédéterminé, que dans chacune des tôles on emboutit d'un côté deux collets cylindriques destinés r-espectivement à la formation des deux chambres collectrices et dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des segments des tubes, qu'on interpose au moins une chicane de turbulence entre les faces de deux tôles qui sont à l'opposé des collets, quton réunit les deux tôles entre elles, par déformation de toute la longueur de leurs bords, de façon que ces tôles soient appliquées avec pression sur la chicane de turbulence qu'on réunit ensuite les tubes aplatis réalisés de cette façon au moyen des segments de tube en emmanchant les collets des tubes aplatis voisins dans les extrémités opposées des segments de tube, qu'on maintient en position dassemhlae les tubes aplatis qui sont formés mais non encore soudés,/quton introduit l'ensemble dans un four de soudage ou un bain de soudage. Du fait que les deux tôles qui limitent un tube aplati sont réunies par déformation de toute la longueur de leurs bords de manière qu'elles soient appuyées avec pression sur la chicane ue turbulence, les deux tôles prennent appui l'une sur l'autre par leurs bords de telle sorte qu'elles sont appliquées l'une sur l'autre avec une pression qu'on peut déterminer à l'avance avec une relative précision et de sorte que cet assemblage garantit l'obtention d'un soudage parfait. Le fait que les tubes aplatis réalisés de cette façon sont réunis entre eux par les segments de tubes, les collets de deux tubes aplatis voisins étant emmanchés dans les extrémités opposées des segments de tubes, permet d'obtenir un assemblage très simple des tubes aplatis, ce mode dlassemblage garantissant également l'obtention d'un soudage parfait.En effet, le diamètre intérieur des segments de tube peut être réalisé à une côte qu'on peut fixer avec une précision relativement grande. La même observation est valable pour le diamètre extérieur des collets emboutis des tôles. Il suffit pour cela d'utiliser, pour l'alésage intérieur des segments de tube et pour l'emboutissage des collets, des outils dimensionnés avec une précision appropriée pour obtenir par ce moyen un ajustement précis des collets dans les segments de tubes. Par ailleurs, cette précision d'ajustement des collets dans les segments de tube a également pour effet que les surfaces externes des collets et les surfaces internes des segments de tubes sont appuyées les unes sur les autres avec une précision qui assurent l'obtention d'un soudage parfait et exempt d'inclusions de flux décapant.Un avantage particulier de ce mode d'assemblage consiste en ce qu'il n'est nécessaire d'exercer aucune force pour maintenir les tubes aplatis en position d'assemblage, puisque ces derniers ont seulement à être maintenus assemblés avec un serrage suffisant pour éviter qu'ils ne tombent sous l'effet de leur propre poids. lorsqu'on place ensuite les éléments qui sont ainsi maintenus assemblés dans un four de soudage ou un bain de soudage, les surfaces en contact se soudent les unes aux autres de sorte que lorsqu'on extrait les éléments ainsi assemblés du four ou du bain, l'échangeur de chaleur est pratiquement terminé. Dans un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on peut monter deux couvercles sur les extrémités des tubes aplatis assemblés sans fixation rigide avant de placer l'ensemble dans le four de soudage ou de le plonger dans le bain de soudage. a Ce mode opératoire/non seulement pour effet de simplifier le maintien des tubes aplatis en position d'assemblage lors du soudage mais également de donner lieu à une forme particulièrement avantageuse de réalisation de l'échangeur de chaleur suivant l'invention, dans laquelle les couvercles forment des éléments commodes pour le montage de l'échangeur. La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée ; Sur ces dessins - la figure 1 est une vue de côté avec arrachements partiels d'un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de profil de l'exemple de réalisation de la figure 1, - la figure 3 est une coupe suivant la ligne III III de la figure 1, - la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV IV de la figure 3, - les figures 5 et 6 sont respectivement une vue de profil et une vue de dessus d'une tôle de turbulence destinée aux tubes aplatis de l'exemple de réalisation suivant les figures 1 à 4. L'échangeur de chaleur représenté sur les dessins peut avantageusement être utilisé compile radiateur d'huile refroidi par 11 air. Dans la forme de réalisation représentée, il comprend pour la circulation de l'huile huit tubes aplatis 21 qui sont disposés parallèlement et à un certain écartement mutuel. Les intervalles 22 entre les tubes aplatis 21 sont prévus pour l'écoulement de l'air de rejroidissement. Dans ces intervalles 22 sont agencées des tôles de turbulence 23 dont on n'a représenté qu'une partie schématiquement sur la figure 1, pour la clarté du dessin. les extrémités des tubes aplatis 21 sont réunies entre elles par des liaisons tubulaires, de sorte que ces dernières forment ensemble des chambres collectrices 25 et 26 destinées à recevoir l'huile à son arrivée, et à son départ. Pour coiffer les extrémités des tubes aplatis 21 qui forment les chambres collectrices 25 et 26, il est prévu un couvercle 27 pour chaque extrémité. Chacun des tubes aplatis 21 est composé de deux tôles 31 et 32 allongées en forme de bandes (figure 4) entre lesquelles est interposée une tôle de turbulence 33, laquelle présente des séries juxtaposées et décalées de crevés 34 qui sont ouverts sur les côtés et forment de cette façon des passages 35 pour dévier la circulation de l'huile. Les bords 36 de la tôle 31 sont décalés par rapport à la partie plane de cette tôle par un contre-coude 37 et sont rabattus en formant un arc en U. Ainsi qu'il ressort de la figure 3, les tôles 31 et 32 présentent une découpe dépourvue d'angles de sorte que l'on n'éprouve aucune difficulté pour munir le bord 36 de la tôle 31 du contre-coude 37 et de la déformation en U sur toute sa longueur. Ce bord 36 roulé en U de la tôle 31 est enveloppé par un bord 40 de la tôle 32, qui est déformé de la même façon aaais qui n'est pas décalé par rapport à la partie plane de cette tôle par un contre-coude, de sorte que les deux tôles 31 et 32 sont maintenues en position d'assemblage, même avant le soudage, par ce rabattement des deux tôles 31 et 32, l'une sur l'autre. Chacune des deux tôles 31 et 32 d'un même tube aplati 21 est munie à chacune de ses extrémités arrondies d'un collet cylindrique 38 en saillie vers l'extérieur. les collets 38 de chaque paire de tubes aplatis 21 adjacents sont engagés dans les extrémités de deux segments de tube 39 qui, dans l'exemple d'exécution représenté, jouent également le rôle d'entretoises entre les tubes aplatis 21. Les tôles 31 et 32 sont revêtues de soudure de sorte que, après un traitement approprié dans un four de soudage, ou un bain de soudage, les parties des collets 38 et des segments de tubes 39 qui sont en contact sont soudées les unes aux autres. L'échangeur de chaleur décrit plus haut peut être fabriqué d'une façon très simple. A cet effet, on prépare pour chaque intervalle 22 entre tubes 21 deux segments de tubes 39 qui possèdent un diamètre intérieur prédéterminé avec précision. Dans chacune des tôles 31 et 32, prévues pour l'échangeur de chaleur, on forme ensuite òar emboutissage sur un côté, pour donner naissance aux chambres collectrices 25 et 26, deux collets cy liniiriques 38 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des segments de tubes 39. Ensuite, on munit le bord 36 de chaque tôle 31, sur toute sa longueur, d'un contre-coude 37 dirigé vers le côté qui est à l'opposé des collets 38 et on le déforme pour obtenir un arc en U, ainsi qu'on le voit sur les coupes des figures 1 à 4. Sur la tôle 01 ainsi formée, on pose ensuite la tôle de turbulence 33, sur/face qui est à l'opposé des collets 38 et on applique ensuite sur cette tôle la face de la tôle 32 qui est à l'opposé des collets 38.Les crevés 34 de la tôle de turbulence 33 sont dimensionnés de façon que la tôle 32, qui est encore plate, se trouve à un certain écartement du bord relevé 36 de la tôle 31. Ensuite, on presse les tôles 31 et 32 l'une sur l'autre, de façon que, après déformation élastique de la tôle de turbulence 33, la tôle 32 entre en contact avec le bord relevé de la tôle 31. Maintenant, on rabat le bord 40 de la tôle 32s sur toute sa longueur, autour du bord 36 de la tôle 31, de sorte que les deux tôles 31 et 32 sont ainsi maintenues en position d'assemblage en surmontant la force de déformation élastique de la tôle de turbulence 33, et les bords 36 et 40 des deux tôles sont alors appuyés les uns sur les autres avec pression.Ensuite, on réunit entre eux les tubes 21 ainsi okte- nus autmoyen des segments de tubes 39, en emmanchant les collets 38 des tubes aplatis voisins dans les extrémités opposées des segments de tubes 39. Avant d'assembler lws tubes 21 au moyen des segments de tubes 39, on interpose entre les tubessplatis, c'est-à-dire dans les intervalles formés entre ces tubes, des tales de turbulence 23 pour la circulation de l'air ; ces tôles sont d'une constitution analogue à celle des tôles de turbulences 33 prévues pour l'huile.Ensuite, on emmanche sur les collets extérieurs 38' des tubes aplatis extérieurs du faisceau de tubes ainsi obtenu des segments de tubes terminaux 41 qui présentent, à leur extrémité extérieure, un filetage intérieur 42 dans lequel on vissera les appareils de raccordement 43. On pose en outre sur la surface externe de chacun des tubes aplatis 21 extérieurs une tôle de turbulence 23 et, sur cette dernière, une tôle de fermeture 44 revêtue de soudure. Ensuite, on embotte sur les extrémités du paquet ou faisceau de tubes aplatis qui contiennent les chambres collectrices 25 et 26 des couvercles 27 qui maintiennent le paquet en position d'assemblage.Les couvercles 27 présentent, sur la face interne de leurs petits côtés, des saillies embouties 45 par lesquelles ces couvercles prennent appui contre les plaques 44 et les segments de tubes terminaux 41. &commat; Les couvercles 27 sont également composés d'une tôle revêtue de soudure. L'ensemble ainsi formé est ensuite introduit dans un four de soudage ou plongé dans un bain de soudage, où les tôles en contact entre elles sont assemblées par la sodure déposée sur elles. Lorsqu'on extraitcet ensemble du four ou du bain de soudage, l'échangeur de chaleur est terminé. Ainsi qu'il ressort de la description donnée cidessus, les tôles de turbulence 23 et 33 sont soudées sur les tôles des tubes aplatis par le revêtement de soudure de ces derniers. En remplacement des tôles de turbulence prévues dans l'exemple décrit et représenté, on peut également prévoir des chicanes de turbulence différentes qui soient suffisamment élastiques pour engendrer la pression qui applique les bords des tôles des tubes les uns sur les autres. les tôles sont de préférence des tôles d'aluminium. IEVENDICATIOhTS 1 - Echangeur de chaleur comprenant des tubes aplatis dis osées parallèlement entre eux dont les passages d'écoulement sont réunis aux deux extrémités à des chambres collectrices destinées à contenir un fluide et sont délimités par deux tôles et par des éléments ue liaison qui réunissent les deux tôles, par souaage par apport de métal, le long de leurs bords parallèles à la airection de l'écoulement, et cet échangeur comprenant également une chicane de turbulence disposée dans le pas sae de chaque tube aplati, cet échangeur étant caractérisé en ce qu'on utilise comme éléments de liaison pour l'assemblage des deux tôles formant un tube aplati, le bord de l'une des tôles qui est rabattu pour recouvrir entièrement le bord de l'autre tôle, en ce que la chicane de turbulence de chaque tube aplati est serré entre les deux tôles de ce tube, en ce que, pour former les chambres collectrices, des segments de tube sont inter po entre les tôles adjacentes de deux tubes aplatis voisins, aux deux extrémités de ces tubes tandis que des collets formés dans les tôles par emboutissage et dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des segments de tube sont engagés dans ces segments, et e ce que les parties des tôles et des segments de tube qui sont appuyez les unes sur les autres sont assemblées par soudage. 2 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle pour coiffer chacune des extrémités du faisceau de tubes aplatis formant une chambre collectrice. 3 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte, comme chicanes de turbulence, des tôles de turbulence dont les parties en contact avec les tôles des tubes aplatis sont soudées à ces dernières. 4 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bords des tôles sont recourbé sensiblement en U. 5 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tôles présentent une découpe de forme allongée et exempte d'angles vifs. 6 - Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 5, en partant de tôles revêtues de soudure, caractérisé en ce que, pour chaque intervalle entre tube aplatis, on prépare deux segments de tube d'un diamètre intérieur prédéterminé, que dans chacune des tôles on emboutit d'un côté deux collets cylindriques destinés respectivement à la formation des deux chambres collectrices et dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des segments des tubes, qu'on interpose au moins une chicane de turbulence entre les faces de deux tôles qui sont à l'opposé des collets, qu'on réunit les deux tôles entre elles, par déformation de toute la longueur de leurs bords, de façon que ces tôles soient appliquées avec pression sur la chicane de turbulence, qu'on réunit ensuite les tubes aplatis réalisés de cette façon au moyen des segments de tube en emmanchant les collets des tubes aplatis voisins dans les extrémités opposées des segments de tube, qu'on maintient en position d'assemblage, les tubes aplatis qui sont formés mais non encore soudés, et qu'on introduit l'ensemble dans un four de soudage ou un bain de soudage. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on emboîte deux couvercles sur les extrémités des tubes aplatis assemblés sans liaison rigide, avant d'introduire l'ensemble dans le four ou le bain de soudage.