Brevet FR2200496A1 — publié le 19740419

La présente invention est relative a un échangeur thermique gaz-liquide et, en particulier, a un radiateur airliquide pour les moteurs à combustion interne, dont les éléments constitutifs en métal léger appliqué sous forme de soudure, avantageusement en aluminium ou en ses alliages, sont Drasés ensemble de sorte qu'entre les tuyaux de refroidissement, aIfec- tant la forme de tuDes plats a chant disposé dans la direction d'écoulement du gaz, soit disposée parallèlement une bande d'ailettes ae refroidissement ondulée. zn raison de la tendance actuelle dans le domaine des moteurs à combustion interne, en particulier en raison ae ltaug- mentation aes valeurs d'accélération et de puissance, le coìs- trusteur de radiateurs se trouve confronté à des problemes nouveaux. d'est ainsi que lténergie d'échange calorifique plus grande exigée ne peut entre obtenue par un radiateur a agencement très compact qu'en utilisant une grande surface échange thermique et aes matériaux ae conductivité thermique elevée, puisque l'espace dont on dispose pour les moteurs à combustion interne est limite et que l'on ne dispose donc pas d'une place plus grande pour le radiateur en cas d'une augmentation de puissance. Si l'on considère la conductivité thermique des matières envisagées pour la construction d'échangeurs thermiques gazliquide, il se révèle que, en pratique, seuls le cuivre et l'aluminium peuvent satisfaire les exigences de petits échangeurs thermiques compacts à haute puissance d'échange thermique. Comme le cuivre est cependant une matière relativement coûteuxe, on a tendance à utiliser, au lieu du cuivre, de 1'ala- minium ou ses alliages pour fabriquer des échangeurs thermiques, ce qui permet d'obtenir en outre une diminution importante du poids. En agençant de manière optimale les tuyaux de refroidissement et leur nervurage, on peut tenir compte des rapports de transmission de la chaleur de chaque milieu et ainsi parvenir à des énergies d'échange thermique élevées. Lors de la fabrication d'échangeurs thermiques en aluminium on utilise des bandes, des plaques ou des tubes d'aluminium appliqués en soudure comme éléments constitutifs que l'on brase les uns aux autres dans un bain ou au four. On n'obtient un soudage irréprochable à l'aide d'aluminium revêtu en soudure que si la peau en oxyde qui recouvre l'aluminium est détruite au préalable. Il faut donc traiter les éléments constitutifs des échangeurs thermiques en aluminium soit avant soit pendant le processus de soudage a l'aide d'un fondant. La forte agressivité chimique du fondant nécessite cependant que 1'éChangeur thermique soit soigneusement débarrassé du fondant après le soudage. Cette purification est très coûteuse et ne réussit entièrement que dans certaines conditions.En particulier, pour les échangeurs thermiques dans lesquels on doit refroidir de l'eau ou des milieux aqueux, on encourt le danger d'une corrosion de l'aluminium par des restes de fondant. C'est pourquoi des procédés, dans lesquels le processus de soudage est effectué sans utilisation de fondant, ont pris de l'importance récemment. Ces procédés sont mis en oeuvre sous atmosphère inerte, c'est-à-dire sous vide ou sous un gaz protecteur. Mais comme, en raison de l'absence de fondant, les conditions de tension superficielle aux endroits de soudure sont peu favorables à l'opération de soudage et qu'ainsi les fentes ou les lignes de séparation ne peuvent pas être réunies ou ne peuvent litre que d'une manière très médiocre, on nta pas pu jusqu'ici souder en pratique des échangeurs thermiques en aluminium en l'absence de fondant à l'échelle industrielle. En outre, les formes de construction habituelles au jourdthui, telles que celles qui sont utilisées pour les échangeurs thermiques en laiton et en cuivre, ne conviennent pas pour le soudage, en l'absence de fondant, d'échangeurs thermiques en aluminium, puisqu'il se crée, lors du soudage des tuyaux à eau dans la plaque de fond, des fissures extraordinairement difficiles à fermer, tandis que, dans le cas de boites à eau incorporées, il se trouve de grandes longueurs de joints longitudinaux à souder qui doivent entre étanches à la pression et à l'eau. En outre, le système d'écoulement du liquide dans l'échangeur thermique doit être, pour que la perte de charge soit supportable, tel qu'il se trouve plusieurs surfaces d'écnange thermique reliées en parallèle. Ceci conduit a se servir ue nombreux aispositifs tenant la pression et/ou étanches aux liquides ainsi que de nombreux raccords thermiquement conducteurs lors de la fabrication de tels échangeurs. Ces raccords doivent, par souci d'économie, être autant que possible préparés en un seul stade ou au plus en deux stades opératoires. L'invention vise à éviter les difficultés qui se produisent dans les échangeurs thermiques en aluminium et, en parti culier, à agencer les échangeurs thermiques de sorte que les endroits de soudure tenant la pression et étanches au liquide n'existent plus qu'en un nomDre le plus petit possible et que le soudage de tous les éléments constitutifs d'un échangeur thermique puisse s'effectuer en un seul stade opératoire d'une manière simple. Dans l'échangeur thermique gaz-liquide suivant 1'in- vention en un métal léger, avantageusement en aluminium ou en l'un de ses alliages les surfaces voisines, s'étendant dans la direction d'écoulement du gaz, des tuyaux de refroidissement fermés à leurs extrémités, sont reliées directement les unes aux autres dans la zone des parties qui dépassent les plans formés par les extrémités des bandes à ailettes, qui ont un diamètre plus grand que celui de la partie restante des tuyaux de refroidissement perpendiculairement à la direction d'écoulement du gaz, et qui présentent des perçages, perpendiculairement à la direction du gaz, et alignés sur un axe commun pour l'arrivée et la sortie du liquide. ne diamètre des tuyaux de refroidissement, perpendicu-lairement à la direction d'écoulement du gaz, dans la zone des parties qui dépassent les plans formés par les extrémités représente de 1,5 à 15 fois environ et mieux de ~ a 10 rois le diamètre de la partie restante du tuyau de refroidissement. ne cas échéant, les tuyaux de refroidissement, où sont placées verticalement et paraîlèllement les bandes à ailettes de refroidissement, peuvent être constitués d'un ou plusieurs canaux. Atantageusement les tuyaux de refroidissement sont préparés à partir de deux plaques découpées a la meme dimension et accolées, sur l'une desquelles a été imprimé un agent de séparation au modèle du système d'écoulement du liquide, par laminage puis par obtention par insufflation hydraulique ou pneumatique du système d'écoulement. Ensuite chaque élément constitutif de l'échangeur thermique est, à la manière classique, disposé dans un dispositif de tension et brasé en l'absence de fondant sous une atmosphère inerte, par exemple sous vide ou sous un gaz de protection au four. Suivant une variante, les tuyaux de refroidissement ne subissent d'insufflation qu'apres que l'échangeur thermique a été brasé. il faut en tout cas que les banques d'ailettes de refroidissement aient une forme telle qu'elles puissent être pressées l'une contre l'autre sans destruction des liaisons par soudure. Au dessin annexé, donné uniquement a titre d'exemple: La figure unique est une vue en coupe perpendiculairement à la direction d'écoulement ae l'air, d'un radiateur de voiture. Le radiateur préparé sous vide par brasure, en l'absence de fondant, de ses éléments constitutifs en un alliage d'aluminium appliqué en soudure, se compose de tuyaux 1 de rerroiais- sement fermés å leurs extrémités affectant la forme de tubes plats, ainsi que ae Dandes 2 à ailettes de reiroidissement ondulées disposees entre les tuyaux 1 de refroidissement parallèlement à ceux-ci. n arrivée ) et la sortie 4 d'eau pour les tubes 1 de relroidissement sont formées par les parties des tunes 1 de refroidissement qui dépassent les plans #, b inférieur et supérieur formés par les extrémités aes bandes 2 d'ailettes de refroidissement et dans lesquelles sont percés des perçages 7 alignés sur un axe commun, perpendiculaire à la direction d'écoulement. Dans la zone des parties des tuyaux 1 de refroidissement qui dépassent les plans > , b supérieur et inferieur des bandes 2 d'ailettes de refroidissement et qui sont soudées ensemble par leurs faces voisines, le diamètre des tuyaux, perpendiculairement à la direction d'écoulement du gaz, est d'environ 2 à 5 fois plus grand pour les mieux extrémités des tuyaux que celui de la partie restante des tuyaux 1. Les avantages de l'invention tiennent en ce que l'échangeur thermique peut être fabriqué d'une manière relativement simple. En utilisant des tuyaux de refroidissement plats obtenus par laminage et insufflation, on diminue beaucoup les endroits qu'il est nécessaire de rendre étanches au liquide et résistants à la pression. Ceux-ci ne se produisent, dans l'échangeur suivant l'invention, qu'aux endroits de soudure en forme de cercle entre les tubes de refroidissement et les entretoises qui leur sont soudées. Ces endroits de soudure ronds ne présentent ni fentes ni lignes de séparation; ils sont particulièrement favorables à une soudure, c'est-à-dire conviennent au mieux pour un soudage en l'absence de fondant. La fabrication d'un échangeur suivant l'invention peut s'effectuer pratiquement sans rebut. REVENDICATIONS 1. Echangeur gaz-liquide, en particulier radiateur air-liquide pour les moteurs à combustion interne, dont les éléments constitutifs en métal léger appliqué en soudure, avantageusement en aluminium ou en ses alliages sont brasés les uns aux autres de manière qu'entre les tuyaux de refroidissement sous forme de tubes plats à chant suivant la direction d'écoulement du gaz soit disposée parallèlement a eux une bande d'ailettes de refroidissement ondulée, caractérisé en ce que les surfaces voisines, s'étendant dans la direction d'écoulement du gaz, des tuyaux de refroidissement fermés à leurs extrémités, sont reliées directement les unes aux autres dans la zone des parties qui dépassent les plans formés par les extrémités des bandes à ailettes, qui ont un diamètre plus grand que celui de la partie restante des tuyaux de refroidissement perpendiculairement à la direction d'écoulement du gaz, et qui présentent desperçages, perpendiculairement à la direction du gaz, et alignés sur un axe commun pour l'arrivée et la sortie du liquide. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre desdites parties représente de #1,# à 15 fois environ, et mieux de 3 à 10 fois celui du reste des tuyaux. 3. Echangeur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tuyaux de refroidissement sont divisés en plusieurs canaux. 4. Procédé de fabrication d'un échangeur gaz-liquide suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer les tuyaux ce refroidissement à partir de deux plaques découpées à la même dimension et accolées par laminage, sur l'une desquelles est imprimé un agent de separation au modèle du système d'écoulement à obtenir, et à obtenir ce système par insufflation pneumatique ou hydraulique. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments constitutifs de l'échangeur sont placés ensemble dans un dispositif de mise sous tension et ensuite sont brasés les uns aux autres en l'absence de tondant sous atmosphere inerte. 6. Variante du procédé suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée par le fait qu'on ne pratique une insufflation qu'apres la brasure.