Brevet FR2179860A1 — publié le 19731123

La présente invention est relative à un échangeur thermique gaz-liquide et, en particulier, à 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 brasés ensemble de sorte qu'entre les tuyaux de refroidissement affectant la forme de tubes plats à chant disposé dans la direction d'écoulement du gaz soit disposée parallèlement une bande à ailettes de refroidissement ondulée. En raison de la tendance actuelle dans le domaine des moteurs à combustion interne, en particulier en raison de l'aug- mentation des valeurs d'accélération et de puissance, le constructeur de radiateurs se trouve confronté à des problèmes nouveaux. C'est ainsi que l'énergie d'échange calorifique plus grande exigée ne peut Btre obtenue par un radiateur à agencement très compact qu'en utilisant une-grande surface d'échange thermique et des matériaux de conductivité thermique élevée, puisque ltespace dont on dispose pour les moteurs à combustion interne est limité 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 envisage la conducttvitE 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 aux exigences de petits échangeurs thermiques compacts à haute puissance d'échange thermique. Comme le cuivre est cependant une matière relativement conteuse, on a tendance à utiliser, au lieu du cuivre, de l'aluminium 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 comne éléments constitutifs que l'on brase les uns aux autres dans un bain ou au four. Ori n'obtient une soudure irréprochable à l'aide d'aluminium revêtu en soudure que si la peau en oxyde qui recouvre l'aluminium est détruite au préalable. I1 faut donc traiter les éléments constitutifs des échangeurs thermiques en aluminium soit avant soit pendant le processus de soudure à l'aide d'un fondant. La forte agressivité chimique du fondant nécessite cependant que l'échangeur thermique soit soigneusement débarrassé du fondant après la soudure. Cette purification est très conteuse 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 procédésssdans lesquels le processus de soudure 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 1'opération de soudure et qu'ainsi les fentes ou les lignes de séparation ne peuvent pas hêtre réunies ou ne peuvent l'être que d'une manière très médiocre, on n'a pas pu jusqu'ici en pratique souder des échangeurs thermiques en aluminium en l'absence de fondant à l'échelle industrielle. En outre, les formes de construction habituelles aujourd'hui, telles que celles qui sont utilisées pour les échangeurs thermiques en laiton et en cuivre, ne conviennent pas pour la soudure en l'absence de fondant d'échangeurs thermiques en aluminium puisqu'il se crée,lors de la soudure 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 être 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 qutil se trouve plusieurs surfaces d'échange thermique reliées en parallèle. Ceci conduit à se servir de nombreux dispositifs 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 roulier, 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 nombre le plus petit possible et que la soudure 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 l'invention en un métal léger, avantageusement en aluminium ou en l'un de ses alliages, l'arrivée et la sortie du liquide pour les tuyaux de refroidissement fermés à leurs extrémités sont formées par les parties des tubes de refroidissement qui dépassent les plans formés par les extrémités des bandes d'ailettes de refroidissement, ces parties étant pourvues de perçages perpendiculaires à la direction d'écoulement de l'air et alignés sur un axe commun, et par des entretoises des tubes disposées coaxialement aux perçages entre les parties qui dépassent de chaque tuyau de refroidissement, le diamètre interne des entretoises correspondant au diamètre des perçages et la largeur d'entretoise correspondant à la distance entre deux tuyaux de refroidissement voisins. Le cas échéant les tuyaux de refroidissement, dont la largeur correspond au moins au diamètre extérieur des entretoises, peuvent être constitués de un ou de plusieurs canaux. Avantageusement les tuyaux de refroidissement sont préparés à partir de deux plaques découpées à la même 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 refroidissemént ne subissent d'insufflation qu'après que l'échangeur thermique a été brasé. I1 faut en tout cas que les bandes d'ailettes de refroidissement aient une forme telle qu'elles puissent être préssées l'une contre l'autre sans destruction des liaisons par soudure. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple La figure unique est une vue en coupe perpendiculairement à la direction d'écoulement de 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 refroidissement fermés à leurs extrémités affectant la forme de tubes plats ainsi que de bandes 2 à ailettes de refroidissement ondulées disposées entre les tuyaux 1 de refroidissement parallèlement à ceux-ci.L'arrivée 3 et la sortie 4 d'eau par les tubes 1 de refroidissement sont formées par les parties des tubes 1 de refroidissement qui dépassent les plans 5, 6 inférieur et supérieur formés par les extrémités des bandes d'ailettes de refroidissement et dans lesquelles sont percés des perçages 7 alignés sur un axe commun dont les diamètres correspondent au diamètre intérieur des entretoises 8 de tuyaux disposées coaxialement aux perçages entre chaque partie des tuyaux de refroidissement et dont les largeurs correspondent à la distance comprise entre deux parties de tuyaux de refroidissement voisines. 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, qui ne se produisent que par pressage des entretoises surfacées et ne présentent donc ni fentes ni lignes de séparation, sont particulièrement favorables à une soudure, c'est- à-dire conviennent au mieux pour une soudure 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 à eux une bande d'ailettes de refroidissement ondulée, caractérisé en ce que l'ar- rivée (3) et la sortie (4) du liquide pour les tuyaux (1) de refroidissement fermés à leurs extrémités sont formées par les parties des tubes (1) de refroidissement qui dépassent les plans (5, 6) formés par les extrémités des bandes d'ailettes de refroidissement, ces parties étant percées de perçages (7) perpendiculaires à la direction d'écoulement de l'air et alignés sur un axe commun, et par des entretoises (8) des tubes disposées entre les tubes (1) de refroidissement coaxialement aux perçages, le diamètre interne des entretoises (8) correspondant au diamètre des perçages (7) et la largeur d'entretoise correspondant à la distance entre deux tuyaux (1) de refroidissement voisins. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur des tuyaux (1) de refroidissement correspond au moins au diamètre extérieur des entretoises (8) des tuyaux. 3. Echangeur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tuyaux (1) 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 de refroidissement à partir de deux plaques découpées à la mamie dimension et accolées par laminage, sur l'une desquelles est imprimé un agent de séparation 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 1 l'absence de fondant sous atmosphère inerte. 6. Modification du procédé suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'on ne pratique une insufflation qu après la brasure.