Brevet FR2511138A1 — publié le 19830211

Echanqeur de chaleur à ailettes en particulier pour véhicule automobile. L'invention concerne un échangeur de chaleur, utilisable notamment comme radiateur de refroidissement ou de chauffage dans un véhicule automobile, qui comprend un faisceau de tubes à ailettes et des bottes à eau montées aux extrémités de ce faisceau, l'échangeur étant du type dans lequel le faisceau de tubes est formé par des collets tubulaires, embottés les uns dans les autres, que présentent des ailettes. Dans les échangeurs de ce type, la principale difficulté technique concerne l'étanchéité au fluide des tubes formés par les collets des ailettes embossés les uns dans les autres. On a déjà proposé d'assurer cette étanchéité par soudure ou par collage, mais les procédés connus sont longs et peu commodes à mettre en oeuvre et ont donc un prix de revient élevé. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur du type indiqué ci-dessus, dans lequel les inconvénients de la technique antérieure sont évités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur, caractérisé en ce que chaque tube formé par embottement de collets tubulaires les uns dans les autres est muni d'un revetement interne assurant l'étanchéité au fluide sur toute la longueur du tube. Ainsi, selon l'invention, l'étanchéité est assurée, non pas à la jonction ou au chevauchement entre les collets emboîtés les uns dans les autres, mais sur la face interne du tube et sur toute la longueur de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce revêtement est un film tubulaire de matière plastique, qui est par exemple soudé à ses extrémités sur les plaques à trous ou embases montées aux extrémités du faisceau et portant les bottes à eau de 11 échangeur. Cette forme de réalisation de l'invention est particulièrement avantageuse du point de vue du cotit. L'invention propose également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur de ce type, caractérisé en ce qu'il consiste à empiler les unes sur les autres et entre les embases de boItes à eau, lesdites a i 1 e t t e s en emboîtant les uns dans les autres les collets tubulaires de ces plaques pour former le faisceau de tubes, à introduire dans chacun de ces tubes une gaine tubulaire de matière plastique, à l'appliquer étroitement sur la face interne du tube et à la fixer par ses extrémités sur les embases de l'échangeur. Le procédé selon l'invention assure une étanchéité satisfaisante de tous les tubes d'un faisceau d'échangeur de chaleur. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en plan d'un échangeur de chaleur selon l'invention; la figure 2 représente, à plus grande échelle, une ailette selon l'invention la figure 3 est une vue de la face- extérieure d'une plaque à trous ou embase de l'échangeur de chaleur; la figure 4a est une vue en perspective de l'une des traverses de l'échangeur de chaleur de la figure 1; les figures 4b et 4c sont des vues en coupe des extrémités de la traverse montée; la figure 5 est une vue en coupe axiale, à grande échelle, d'un tube d'un faisceau de l'échangeur selon l'invention; et les figures 6 à 9 sont des vues semblables à la figure Sa représentant schématiquement les diverses étapes du procédé selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente en plan un échangeur de chaleur selon l'invention. Cet échangeur de chaleur 10 comprend un corps ou faisceau 11 de type à plaques aux extrémités duquel sont montées des bottes à eau 12 et 13 par l'intermédiaire de plaques à trous ou embases 14 et 15 respectivement. Des traverses 16 s'étendent le long des petits cotés du faisceau 11 et sont fixées à leurs extrémités aux plaques à trous 14 et 15 de manière à réaliser l'assemblage des diverses parties de l'échangeur 10. Chaque botte à eau 12, 13 présente un embout 17, 18 respectivement, dont l'un forme la tubulure d'entrée de fluide dans l'échangeur et dont l'autre forme la tubulure de sortie. Les plaques ou ailettes 20 formant le faisceau 11 de l'échan- geur sont représentées plus en détail dans les figures 2 et 5. Chaque plaque ou ailette 20 est une plaque plane, de forme rectangulaire, réalisée par exemple en aluminium et ayant une épaisseur très faible, par exemple de l'ordre de 0,1 à 0,2 mm. Dans cette plaque sont percés des trous 21, disposés par exemple selon deux rangées rectilignes et parallèles, chaque trou 21 étant bordé par un collet cylindrique tubulaire 22 s'étendant perpendiculairement d'un côté de la plaque 20 et se terminant par une extrémité 23 de plus petit diamètre dont le bord interne 24 est arrondi ou incurvé (figure 5). Cette configuration des collets 22 permet de les emboîter les uns dans les autres sur une certaine hauteur déterminant la distance entre deux plaques 20 consécutives empilées pour former le faisceau 11. Des crevés 25 sont encore formés dans chaque plaque 20, pour constituer des persiennes ou analogues, améliorant la qualité de l'échange thermique entre le faisceau 11 et le fluide qui le balaie. L'une des plaques à trous ou embases 14, 15 a été représentée à plus grande échelle en figure 3. Cette plaque à trous 14 (ou 15) est une plaque plane, à contour sensiblement rectangulaire, réalisée par exemple en matériau plastique et qui présente également deux rangées de trous 50 présentant une extrémité 26 de grand diamètre débouchant sur la face extérieure de la plaque ou embase 14 et une extrémité opposée 27 débouchant sur la face intérieure de celle-ci, c'est-àdire da cavé du faisceau de tubes 11, qui est de plus petit diamètre. Chaque trou 50 de la plaque à trous ou embase 14 (ou 15) comprend (figure 5) une partie intermédiaire cylindrique circulaire 28 s'épanouissant vers l'extrémité 26 selon une surface gauche incurvée 29, et qui est reliée à l'extrémité opposée 27 par un élargissement 30 à contour incurvé. Chaque embase ou plaque à trous 14, 15 présente également des découpes ou décrochements 31, de forme rectangulaire, pratiqués dans ses côtés longitudinaux au voisinage de ses extrémités. Ces décrochements 31 sont destinés à recevoir des pattes 32 formées aux extrémités des traverses d'assemblage 16 (figure 4a). Sur la face extérieure de chaque embase 14, 15 est formée une rainure 33 destinée à recevoir le bord de la botte à eau correspondante 12, 13. Chaque botte à eau peut être fabriquée également en matière plastique et etre assemblée par soudure par ultrasons à son embase ou plaque à trous associée. Avantageusement, les deux bottes à eau 12 et 13 sont identiques, et les embases ou plaques à trous 14, 15 sont également identiques. Chaque traverse d'assemblage 16 des embases 14, 15 sur les extrémités du faisceau 11 est formée d'une barre plate 35 dont les extrémités longitudinales sont repliées en U pour former des étriers 36 destinés à recevoir, avec interposition d'une garniture 38 d'élastomère ou analogue, les extrémités des plaques à trous ou embases 14, 15. Les pattes 32 précitées dépendent latéralement de ces étriers 36 La barre plate 35 forme, par exemple par crevé, des pattes 37 de fixation de l'échangeur. Avantageusement, les traverses 16 sont montées de la façon suivante : les pattes 32 de l'étrier inférieur 36 de chaque traverse 16 sont placées dans les décrochements 31 de la plaque à trous inférieure 15 de l'échangeur, de façon à ce que ces pattes 32 soient appliquées à pression sur les fonds de ces décrochements (figure 4c) ou,en d'autres termes, que la plaque à trous inférieure 15 soit serrée assez fortement entre ces pattes 32. Par contre (figure 4b, les pattes latérales 32 dépendant de l'étrier supérieur 36 de chaque traverse 16 sont simplement introduites dans les décrochements 31 de la plaque à trous ou embase supérieure 14 et permettent un déplacement relatif de cette plaque à trous par rapport aux traverses 16. Ce montage permet d'absorber les différences de dilatation et de contraction entre le faisceau 11 et les traverses 16. Dans le mode de réalisation représenté en figure 5, la face inférieure ou face interne de la plaque à trous 14 est appliquée sur la face supérieure de la première ailette 20 dont les collets tubulaires 22 sont emboîtés, par leurs extrémités inférieures 23, dans les trous 21 de l'ailette 20 immédiatement inférieure. Les collets 22 de la dernière ailette 20, ou ailette inférieure, sont emboîtés par leurs extrémités inférieures 23 dans les trous cylindriques 28 de l'embase inférieure 15. On se réfère maintenant aux figures 6 à 9 qui représentent schématiquement les diverses phases du procédé selon l'invent ion. Lorsque le faisceau 11 de 11 échangeur a été constitué par empilement des plaques 20 les unes sur les autres et embout tement des collets 22 les uns dans les autres, et que les embases ou plaques à trous 14 et 15 ont été disposées de part et d'autre de ce faisceau 11 et maintenues en place par les traverses 16 comme représenté en figure 1, on introduit dans chaque tube 40 du faisceau ainsi formé une gaine tubulaire 41 de matériau plastique, par l'extrémité supérieure dudit tube 40.La gaine 41 est préformée et est enfilée de façon sensiblement étanche sur l'extrémité inférieure d'un tube 42 d'amenée d'air chaud sous pression Chaque tube 42 est associé à une pièce formant capot ou bouchon 43 qui est appliquée autour de l'extrémité supérieure 26 de chaque trou de l'embase supérieure 14 et qui ferme cette extrémité supérieure de façon étanche au moyen d'un joint annulaire d'étanchéité 44. La gaine tubulaire 41 est avantageusement en une matière plastique telle que du polyéthylène, chargée d'un oxyde métallique tel que l'oxyde de magnésium ou l'alumine, ou encore du noir de carbone, afin d'améliorer notamment sa conductivité thermique et/ou sa rigidité et sa résistance au fluage. Cette gaine tubulaire 41 est fermée à son extrémité infé rieure 45 et a une longueur qui est sensiblement égale ou légèrement supérieure à celle du faisceau 11. te diamètre de cette gaine 41 est bien évidemment inférieur au diamètre de la partie la plus étroite de chaque tube 40, c'est-à-dire de l'extrémité inférieure 23 de chaque collet 22. Pour fixer les idées, on indiquera, à titre d'exemple, que la longueur d'une gaine 41 peut être de l'ordre de 30 à 40 cm et son diamètre de 3 à 4 ou 5 mm. Le procédé selon l'invention consiste ensuite à amener de l'air chaud sous pression à l'intérieur de chaque gaine 41 par les tubes 42. Sous l'effet de cette amenée d'air chaud, la gagne 41 se dilate et se déforme de façon à venir s'appliquer étroitement sur la face interne de chaque tube 40 (figure 7) et former ainsi un film de revetement continu 46 sur toute la surface interne du tube 40. L'air chaud amené par le tube 42 peut etre à une pression de l'ordre de 2 à 3 bars, sa température peut etre de 1200C (et peut varier en fonction de la matière plastique utilisée), l'épaisseur finale du film de revetement 46 sur les parois internes des tubes 40 étant par exemple de l'ordre de 0,05 mm. A son extrémité inférieure, chaque gaine 41 a été soutenue par un support de façon à s'appliquer sur l'épanouissement 29 de chaque trou de l'embase inférieure 15. Cette extrémité inférieure reste néanmoins fermée comme indiqué en figure 7. A son extrémité supérieure, la gaine 41 reste dans un premier temps appliquée de façon étanche autour de l'extrémité inférieure du tube 42 puis, dans un second temps, se libère de l'extrémité inférieure dudit tube en raison de l'amenée de l'air chaud sous pression et va s'appliquer étroitement sur l'épanouissement 29 du trou de l'embase supérieure 14. L'amenée d'air chaud sous pression est alors stoppée (sa durée totale d'action étant de l'ordre de quelques secondes) puis les tubes 42 et les pièces annulaires 43 sont écartées de l'embase supérieure 14 (figure 8). L'étape suivante, représentée en figure 9, consiste à fixer les extrémités épanouies de chaque film de revêtement 46 sur les parties d'épanouissement 29 des embases 14 et 15. Pour cela, des enclumes chauffantes 47, présentant des surfaces concaves 48 de forme appropriée, -sont appliquées sur les extrémités du revêtement 46 pour les souder sur les parties épanouies 29 des trous des embases 14 et- 15 et réaîiser-1'étan- chéité. En même temps que l'enclume inférieure 47 réalise le soudage de l'extrémité inférieure d'un revêtement 46, elle réalise aussi l'ouverture de cette extrémité inférieure. Il est avantageux que les plaques à trous ou embases soient en matiere plastique, avantageux car cela facilite la soudure du revêtement 46 sur les parties épanouies 29 des trous desdites embases. Dans l'échangeur selon 11 invention, chaque tube du faisceau est formé par emboitement de collets tubulaires cylindriques les uns dans les autres et par disposition d'un revêtement continu étanche sur la face interne du tube. Ce revêtement résiste au fluide (par exemple au liquide) qui circule dans les tubes de l'échangeur, résiste également aux variations de pression et de température ainsi qu'aux dilatations et contractions du faisceau. Le procédé selon l'invention permet une automatisation de la fabrication de l'échangeur de chaleur. Revendications. 1. Echangeur de chaleur, tel qu'un radiateur d'un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne, comprenant un faisceau de tubes à ailettes et des boîtes à eau montées aux extrémités du faisceau par l'intermédiaire de plaques à trous ou embases, dans lequel le faisceau est formé par un empilement d'ailettes présentant des collets tubulaires emboîtés les uns dans les autres pour former les tubes, caractérisé en ce que chaque tube (40) ainsi formé est muni d'un revêtement interne (46) assurant l'étanchéité au fluide sur toute la longueur dudit tube. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement interne (46) est de forme tubulaire continue ouverte à ses extrémités et est fixé auxdites extrémités sur les plaques à trous ou embases (14, 15) des boîtes a eau. 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement (46) est un film tubulaire de matière plastique, par exemple soudé à ses extrémités sur lesdites plaques à trous ou embases (14, 15). 4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière plastique est du polyéthylène, comprenant par exemple une charge d'alumine, d'oxyde de magnésium ou de noir de carbone. 5. Echangeur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le revêtement a une épaisseur de l'ordre de 0,05 mm. 6. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trous (50) des plaques à trous ou embases (14, 15) sont à partie intermédiaire (28) cylindrique et à extrémités épanouies ou élargies (26, 27). 7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux plaques à trous ou embases (14,15) sont identiques et par exemple en matière plastique. 8. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à empiler les unes sur les autres et entre les plaques à trous ou embases (14 et 15) lesdites ailettes (20) en emboîtant les uns dans les autres les collets tubulaires (22) de ces ailettes pour former le faisceau (11) de tubes (40), à introduire dans chacun des tubes (40) une gagne tubulaire (41) de matière plastique, à l'appliquer étroitement sur la face interne du tube (40) et à fixer ses extrémités sur les plaques à trous ou embases (14 , 15) de 1 échangeur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on place dans les tubes (40) des gaines (41) fermées à leur extrémité inférieure et on amène de l'air chaud sous pression dans ces gaines pour les appliquer étroitement sur les parois internes des tubes. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque gaine (41) de matière plastique est enfilée à étanchéité, par son extrémité ouverte, sur un embout ou conduit (42) d'amenée d'air chaud sous pression. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit embout ou conduit (42) est associé à un capot (43) assurant une fermeture étanche de l'extrémité supérieure du tube (40) du faisceau dans lequel est introduite la gaine (41) de matière plastique. 12. Procédé s#elon l'une des revendications 8 à 11, caract & risé en ce que les extrémités des gaines (41) sont fixées par soudage sur les parois (29) des trous de l'embase (14, 15) formant les débouchés des tubes (40) dans les bottes à eau. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on ouvre l'extrémité fermée de chaque gaine (41) en méme temps qu'on la soude sur l'embase (15) correspondante. 14. Procédé selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que chaque gaine (41) a une longueur sensiblement égale à celle du tube correspondant du faisceau (11).