Brevet FR2472440A1 — publié le 19810703

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une mince plaque de cuivre comprenant au moins un conduit d'écoulement parallèle à son plan. Dans les échangeurs de chaleur et analogues, il est souhaitable de créer une zone superficielle maxi- male de plaque qui cède de la chaleur et qui en re- çoit. En même temps, il est désirable de réaliser une conduction de chaleur maximale du fluide de l'échan- geur de chaleur aux brides ou ailettes qui accroissent O la zone superficielle. On sait que le cuivre et ses alliages sont les meilleurs conducteurs de chaleur dans les applications techniques; pour cette raison, ils sont utilisés chaque fois que ceci est possible financièrement. Les tubes de cuivre à ailettes des chaudières et les radiateurs d'automobiles en allia- ges de cuivre sont des exemples d'applications dans lesquels les métaux du cuivré ont prouvé leur supéri- oritcé sur d'autres métaum, Les propriétés avantageu- ses du cuivre comprennent aussi sa haute résistance f la corrosion, en comparai-son de l'aluminium, par exemple. S'il est nécessaire de chauffer ou de refroidir de grandes surfaces, la fixation des tubes d'achemi- nement du fluide sur les surfaces en question compli- que l'utilisation des métaux du cuivre. Dans ces cas, les, tubes d'acheminement du fluide sont fixés sur les plaques par soudage ou par brasage, de sorte que la construction devient coOteuse et que la conduction de la chaleur du fluide à la plaque est réduite par sui- te de la petite surface de contact et de la soudure. Dans ces cas, les plaques sont souvent fabriquées en aluminium, puis les tubes nécessaires au fluide peu- vent être formés en disposant du graphite dans la zo- ne des conduits d'écoulement désirés entre les deux plaques d'aluminium et en joignant ces dernières l'u- ne à l'autre par un travail à chaud; ensuite, les e conduits d'écoulement sont ouverts en utilisant une pression. En raison de la haute température de tra- vail à chaud, ce procédé n'est pas possible avec les métaux du cuivre et serait en pratique très coOteux. Le but de la présente invention est donc de pro- duire un procédé plus simple et moins coûteux que précédemment pour la fabrication d'une mince plaque de cuivre comportant des conduits d'écoulement paral- lèles à son plan. Au besoin, des tubes internes sépa- rés peuvent être introduits dans les conduits tubu- laires ouverts pour améliorer la résistance à la cor- rosion ou pour quelque autre raison pratique. Les caractéristiques principales de l'invention consistent en ce qu'une billette de cuivre plane et plus épaisse, qui comprend également au moins un con- duit d'écoulement parallèle à son plan et dont l'é- paisseurtotale de la paroi, mesurée dans une direc- tion perpendiculaire au plan de la plaque, est de pré- férence au moins égale approximativement à l'épais- seur de la plaque de part et d'autre du conduit d'é- coulement, est écrouie jusqu'à son épaisseur finale, puis le conduit d'écoulement aplati au cours du lami- nage est ouvert au moyen d'une pression produite à l'intérieur du conduit. En utilisant le procédé conforme à la présente invention, il est possible de produire, en partant du cuivre ou de ses alliages, une tôle ou plaque compre- nant, dans sa direction longitudinale, un nombre approprié de conduits pour le fluide, requis dans l'é- changeur de chaleur. La fabrication commence en cou- lant, par une technique de coulée continue, une bil- lette ayant- un ou plusieurs conduits longitudinaux. Puisque, grâce à la technique de coulée continue, il est possible de fabriquer des billettes relativement minces, d'une épaisseur de 20 mm, la billette peut aisément 8tre formée par la technique d'écrouissage. De cette façon, les conduits produits pendant la cou- lée sont pressés ensemble; toutefois, les surfaces des conduits presséesl'une contre l'autre ne restent qu'en contact mécanique, sans se souder l'une à l'autre. Lorsque la plaque a l'épaisseur désirée, les conduits sont aisément ouverts en utilisant une pression d'eau, par exemple. Le résultat est une pla- que semblable à la plaque d'aluminium mentionnée ci- dessus, dotée de ses tubes, produite par un travail à chaud. Pour l'écrouissage, il est avantageux de réa- liser la coulée initiale de telle sorte que la réduc- tion de l'épaisseur due à l'êcrouissage soit égale dans la zone des conduits et dans les "raccords" en- tre ces conduits. Grâce à des techniques de coulée classiques, il est possible de produire des billettes d'une largeur de 700 à 800 mm, dans lesquelles on peut former, par exemple, 4 à 5 conduits dans la direction longitudi- nale. Au surplus, on peut aussi, au besoin, mettre les conduits à proximité plus étroite d'un coté de la plaque, cas dans lequel, si les tubes sont ouverts par insufflation, il est possible d'obtenir une pla- que qui est plus unie d'un côté, les tubes se ren- flant du côté opposé. Une plaque de ce type a de nombreuses applica- tions dans les échangeurs de chaleur, mais la plaque convient spécialement aux cellules solaires o elle offre les avantages suivants par rapport aux autres plaques pour les cellules solaires: - le transfert de la chaleur de la plaque aux tubes est considérablement meilleur que celui des plaques o les tubes ont été fixés sur ladite plaque par un autre procédé quelconque; - la conductibilité de la chaleur du cuivre est plus élevée que celle de l'aluminium, par exemple; - la surface noire produite sur le cuivre est connue comme étant l'une des meilleures surfaces d'absorp- tion; - les propriétés corrosives du cuivre sont plus-avan- tageuses que celles, par exemple, de l'aluminium ou d'autres métaux, et les tubes s'écartant de la cellu- le sont essentiellement des tubes de cuivre, cas dans lequel les mêmes métaux ne provoquent pas une corro- sion galvanique. Des essais ont été effectués pour éliminer cet inconvénient, par exemple, des plaques d'aluminium en montant des tubes de cuivre dans les conduits de la plaque, ce procédé étant peu commode et coOteux - en fonction de l'application de la plaque d'échangeur de chaleur, des tubes internes séparés peuvent être lo- gés dans les conduits ouverts. L'invention est décrite en détail ci-dessous en se référant aux dessins ci-annexés, dans lesquels: la figure 1A est une vue finale en coupe trans- versale d'une billette utilisée pour un exemple de ré- alisation préféré de l'invention; la figure 13 montre la même vue finale en coupe transversale de la billette de la figure 1, après le laminage; la figure 1C est une vue finale en coupe trans- versale de la plaque laminée de la figure 1B, après l'ouverture des conduits par insufflation; et la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale d'une autre billette à utiliser selon le procédé conforme à l'invention. A la figure 1A, la plaque de cuivre ou la pla- que d'alliage de cuivre produite par le procédé de coulée continue est désignée par la référence numéri- que 1; elle comprend deux conduits d'écoulement paral- lèles dont la section droite est ovale. La'paroi des conduits d'écoulement 4 est désignée par 3 et le rac- cord entre les conduits-est indiqué par 2. L'épais- seur de la paroi 3 des conduits d'écoulement 4 est de préférence la moitié de celle de la billette L, mesu- rée perpendiculairement à sa surface, la réduction de l'épaisseur due à l"écrouissage étant égale dans les zones des conduits 4 et du raccord 2 entre les con- duits. La figure 1B montre la billette laminée 1'. Au cours du laminage, la billette 1 de la figure 1A est aplatie et allongée (au besoin, elle s'élargit lors- qu'elle est laminée transversalement). En même temps, les conduits d'écoulement de la billette sont apla- tis, comme indiqué par 4', mais leurs surfaces oppo- sées ne sont pas soudées l'une à l'autre. Finalement, les conduits aplatis 4' sont ouverts par insufflation, si bien que l'on obtient la mince plaque de cuivre ou d'alliage de cuivre 1' pourvues des conduits d'écoulement 4", comme le montre la fi- gure Co La figure 2 représente une autre billette qui comprend deux conduits d'écoulement 4, l'un au-dessus de l'autre, en considérant la direction perpendicu- laire à la surface de la billetteo Ainsi, l'épaisseur totale de la matière, perpendiculairement à la sur- face de la billette 1, est la même dans la zone des ouvertures 4, ainsi que de part et d'autre-de celles- ci, de sorte que la réduction de l'épaisseur due à l'écrouissage est égale dans les zones des ouvertures 4 et de part et d'autre de celles.-ci. L'épaisseur de la billette de la figure 1A est de préférence de 15 à 20 mm et l'épaisseur de la mince plaque de la figure IC est de préférence de 0,6 à i mm. Dans les billettes des figures IA et 2, les conduits ont une forme de section droite ovale, mais il est évident que les conduits peuvent avoir aussi bien une autre forme quelconque, par exemple, ronde, rhombique, etc. Pareillement, les conduits ne doivent pas néces- sairement être au centre de la billette 1 comme indi- qué à la figure 1A, mais peuvent être plus proches d'une surface de la billette; dans ce cas, une surfa- ce de la plaque laminée munie des conduits ouverts par insufflation, est quelque peu plus unie que la surface opposée. Exemples: Une tôle de cuivre type DLP d'une épaisseur de 0,6 mm et d'une largeur de 250 mm est fabriquée en utilisant le procédé conforme à l'invention. Des con- duits (2 de ceux-ci) ayant--une section droite en for- me d'amande sont ouverts dans la tôle en utilisant une pression d'air de 1 N/mm * l'épaisseur de la pa- roi des conduits étant de 0,3 mm, par exemple, confor- mément aux instruction de fabrication suivantes: 1. - Coulée d'une billette profilée, dont la section droite est représentée à la figure de référence, se- lon des techniques de coulée continue, jusqu'aux di- mensions de section droite de 20 mm x 250 mm; épais- seur maximale aux ouvertures: 38 mm et épaisseur de la paroi: 10 mm; dimensions principales des conduits de la billette: 18 mm de haut et 40 mm de large; - Ecrouissage de la billette coulée jusqu'à 0,6 mm, sans recuit intermédiaire; 0 - Ouverture des conduits tubulaires au moyen d'air comprimé (1 N/mm2), en utilisant un outil à ouvrir approprié et un ajutage d'air, l'extrémité opposée de la plaque étant fermée par une pression. 2. - Coulée d'une billette profilée selon l'exemple précédent; Lubrification des ouvertures pendant la coulée en utilisant une émulsion de laminage; - Ecrouissage jusqu'à une épaisseur de 0,67 mm; - Recuit d'adoucissement dans un four à recuire; - Ecrouissage jusqu'à une épaisseur de 0,6 mm; - 7- - Ouverture des conduits tubulaires comme dans-l'exemple précédent. Les plaques de l'exemple ont aussi été revêtues de chrome noir avant l'ouverture des conduits. - 8 - REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une mince plaque ou tôle de cuivre ou d'un alliage de cuivre, la plaque ou tôle ayant au moins un conduit d'écoulement parallèle à son plan, caractérisé en ce.qu'une billette de cuivre plane, plus épaisse, qui comprend également au moins un conduit d'écoulement parallèle à son plan et dont l'épaisseur totale de la paroi, mesurée dans une direction perpendiculaire au plan de la plaque, est de préférence au moins égale approximativement à l'épaisseur de la plaque de part et d'autre du conduit d'écoulement, est écrouie jusqu'à son épaisseur finale, puis le conduit d'écoulement aplati durant le laminage est ouvert au moyen d'une pression produite à l'intérieur du conduit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une billette, dont l'épaisseur est de préférence de 15 à 20 mm, est écrouie jusqu'à l'épaisseur requise, ordinairement 0,4 à 1 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la billette écrouie présente des conduits d'écou- lement d'une section droite ovale. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la billette écrouie présente des conduits d'écou- lement plus proches d'une de ses surfaces en vue de produire une mince plaque de cuivre comprenant des conduits d'écoulement, une surface de la plaque se renflant davantage que la surface opposée dans la zone des conduits d'écoulement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la billette écrouie comprend plus d'un conduit d'écoulement l'un au-dessus de l'autre, en considérant la direction perpendiculaire à la surface de la billette. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérizé en ce qu'un tube interneséparé est monté dans le conduit d'écoulement ouvert.