Brevet FR2369054A1 — publié le 19780526

L invention se rapporte aux échangeurs de chaleur à surface, comportant une semelle massive et des ailettes, en aluminium ou alliage d'aluminium. I1 est connu de fabriquer de tels échangeurs en une seule pièce, par- filage d'aluminium ou par fonderie ; mais ces procédés conduisent à des formes qui donnent un rapport insuffisant entre la surface d'échange des ailettes et la surface de la semelle. Le procédé par usinage aboutit par ailleurs a des cottes prohibitifs. Si, par contre, l'on utilise des ailettes minces fabriquées séparément, la surface d'échange peut Qtre satisfai- sante, mais le procédé de fixation à la semelle présente des inconvénients.En effet, la soudure est très onéreuse, tandis que le collage, la rivure ou la contrainte par serrage ont l'inconvénient de laisser en place, entre l'ailette et la semelle1 une couche d'oxyde ou simplement une surface de contact qui constitue une discontinuité gênant la conduction de chaleur. Selon la présente invention1 un échangeur de chaleur du type susvisé est réalisé au moyen d'un procédé qui consiste à intercaler des feuilles minces d'aluminium et des feuilles de séparation sur une partie de leur hauteur, et à couler un alliage dtalllminium autour des feuilles d'aluminium et dans les intervalles laissés libres entre elles, de façon a constituer une semelle rigide dans laquelle les feuilles d' a1-iiiium sont encastrées sans être soudées sur une partie de leur hauteur située au voisinage de leur partie libre et soudées à ra semelle sur le reste de leur partie engagée dans celle-ci Suivant une particularité importante de l'invention, la hauteur de la partie encastrée et non soudée est au moins égale à deux fois l'épaisseur de chaque feuille, tandis que la hauteur de la partie soudée avec la semelle est au moins égale au produit de l'épaisseur de la feuille par le rapport entre les conductibilités thermiques respectives des matériaux constitutifs de la feuille et de la semelle. Grâce à ces particularités, l'encastrement présente une bonne résistance mécanique, et la conduction thermique s'effectue correctement dans la région soudée, où il y a interpénétration des deux matériaux et absence de couche d'oxyde métallique. Les divers avantages ainsi que les particularités de ltinvention apparaitront clairement à l'aide de la description ci-apres. Au dessin annexé La figure 1 est une vue en élevation d'um moule de derie destiné à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'inwen- tion la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 11 la figure 3 est une coupe suivant III-III de la 1 ;. et la figure 4 est une vue agrandie de l'implantation d'unr ailette de l'échangeur dans la semelle. Aux figures 1 à 3, on voit que des tôles d'alomimium 1 sont intercalées avec des tôles d'acier 2, l'ensemble étwat serr dans un chargeur 3 et placé dans un moule 4. Les cales d'acier ne dépassent pas,. en hauteur, les flancs du chargeur. tamdis q- les ailettes ont une hauteur beaucoup plus grende du cêté où s'effectue la coulée de métal 5. Les cales définissent einsi les intervalles qui sépareront les ailettes dans l'échangeur et la longueur de la portion des ailettes qui restera extérieure â la semelle. On procède, comme illustré par la figure 39 a la cou- lée d'un alliage liquide à base d'aluminium qui constituera la semelle. Le résultat de cette opération est illustré par la figure 4. L'ailette comporte une partie 6 extérieure a la semelle et une partie 7 engagée dans la semelle. On a représementé a pointillés la forme que la partie 7 avait avant fusion le des- sin montre que la portion supérieure AB de la partie 7 ests après le moulage, conservée dans sa forme initiale. Elle n'a pas subi de fusion ; cependant, elle est recouverte d'une couche d'al@@@ime qui va en s'amincissant de A vers B, pour disparaitre cn B. B.Ar delà de B, la portion de lame 7 a subi une fusion et sa surface est déformée. A titre d'exemple, pour une lame d'aluminium par la partie 7 a une longueur de 12 mm et une épaisseur de IL mm, la longueur AB est de 3 à 4 mm. A une distance de 5 à 6 " de A, l'alliage de la semelle 8 a pénétré nettement dans le métal de la lame comme cela apparaît clairement dans la yogi on C. Ré- ciproquement, le métal de la lame a pénétré dans alliage de la semelle, comme cela apparaît clairement dans la session D. IL y a donc soudure. L'aluminium pur a été choisi pour constituer les mi- lettes à cause de sa très bonne conductibilité thermique (soit K2 = 0,51). L'alliage constitutif de la semelle est choisi de fa çon à posséder une résistance mécanique supérieure à celle de l'aluminium pur, une bonne conductibilité thermique (soit X1 o,48) et une bonne aptitude à la fonderie, qui lui permettra de pénétrer facilement entre les ailettes. I1 est nécessaire, pour que le rendement de l'échangeur soit correct, que K1 soit inférieur à~K2, sans toutefois être trop faible, pour éviter qu'un stock thermique ne se constitue dans la semelle. A titre d'exemple, cet alliage pourra être de l'Alpax (alliage comportant 13 % de silicium). La longueur minimum que doit avoir la portion-de 1 t ai- lette soudée à la semelle pour que les calories soient correctement transférées de la semelle aux ailettes est égale au produit de ltépaisseur de l'ailette par le rapport K2/K1 -(la surface de contact entre la partie soudée de l'ailette et la semelle est alors au moins égale au produit de la section de l'ailette par le rapport E2/E1). I1 convient de faire observer que, dans la portion encastrée AB de l'ailette, la couche d'alumine empêche les transferts thermiques. Par ailleurs, du fait que la soudure, réalisée dans des conditions difficiles, risque en certains endroits de détruire la solidité de l'ailette, il est avantageux de prévoir une longueur encastrée AB qui soit environ le double de l'apaisseur de l'ailette. Il importe que la matière constitutive de la semelle ait un point de fusion inférieur à celui de la matière constitutive de l'ailette, afin que cette dernière ne fonde pas sur toute la profondeur engagée dans la semelle. C'est le cas dans l'exem- ple cité, où les points de fusion sont respectivement de 5750 pour l'alliage et 6800 pour l'aluminium pur. Compte tenu de cette différence des points de fusion, et du fait que la capacité calorifique de l'aluminium est de 0,22 cal/g, tandis que sa chaleur spécifique de fusion est de 94 cal/g, il est relativement difficile d'obtenir la fusion partielle des ailettes recherchée. Comme on le voit en T à la figure 3, l'alliage, en tombant dans le moule, provoque des tourbillons au niveau du dépassement des ailettes et ces tourbillons éliminent lroxyde dans la région EB (figure 4). Ils apportent en outre des calories en quantité suffisante pour que la soudure puisse s'effectuer. , Diverses variantes du procédé pourront être mises en oeuvre En particulier, la portion des ailettes qui dépasse pourra être lavée, pendant la coulée de la semelle, de l'alliage liquide porté à température élevée (950 par exemple), de façon à mettre en contact avec ladite portion une masse d'alliage très supérieure à la masse de ladite portion (trois fois plus grande par exemple). Ce lavage a en outre pour effet d'entratner l'o- oxyde qui stest formé à la surface des plaques pendant leur mani pulsation. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, constitué d'au moins une ailette d'aluminium encastrée dans une semelle rigide, caractérisé en ce qu'iL consiste à couler un al- liage d'aluminium autour d'au moins une feuille d'aluminium, la partie coulée formant une semelle et chaque feuille formant une ailette, le procédé de fonderie pesant conduit de façon telle que la partie de chaque feuille voisine de la semelle soit simplement encastrée dans celle-ci, tandis que la partie qui stin- troduit le plus profondément dans la semelle est soudée intimement à la semelle. 2. Echangeur de chaleur obtenu au moyen du procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que la hauteur de la partie encastrée et non soudée est au moins égale à deux fois llépais- seur de chaque feuille, tandis que la hauteur de la partie soudée avec la semelle est au moins égale au produit de L'épaisseur de la feuille par le rapport entre les conductibilités thermiques respectives des matériaux constitutifs de la feuille et de la semelle. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les feuilles sont en aluminium pur, tandis que la semelle est en un alliage d'aluminium ayant un coefficient de con ductibilité thermique et une température de fusion inférieurs à ceux de l'aluminium pur. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérlsé en ce que ledit alliage est de l'Alpax. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par un apport complémentaire de calories, effectué au moment de la coulée, à l'extrémité des ailettes qui doit etre noyée dans la semelle, afin d'en provoquer la fusion.