Brevet FR2512943A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un échangeur de chaleur ,notamment pour installation de climatisation de véhicule, dans lequel des tubes de diamètres sensiblement différents sont reliés entre eux. Dans des installations de climatisation de véhicules, on utilise des évaporateurs dans lesquels le fluide réfrigérant est réparti en plusieurs écoulements partiels dans un distributeur à venturi. A partir du distributeur à venturi, les tubes sont reliés avec une section relativement faible, aux tubes d'évaporateurs disposés en parallèle et qui ont une section sensiblement plus grosse . Dans les évaporateurs connus, les tubes de distribution sont introduits dans les tubes d'échange de chaleur et ensuite ces derniers sont restreints. Les tubes de distribution sont re- liés de façon étanche aux tubes d'évaporateurs par brasage. I1 n'est pas exclu que, lors du brasage, un ou plusieurs tubes de distribution soient obturés, ce qui se traduit par une diminution de la capacité de l'évaporateur. I1 est par conséquent nécessaire d'effectuer un contr8le fonctionnel coûteux de l'évaporateur pour vérifier si les brasures et le fonctionnement sont corrects. Des problèmes semblables peuvent également se poser dans le cas de liaisons tubulaires brasées de condenseurs, dans lesquels les tubes d'échange de chaleur et les tubes de raccordement ont des diamètres très différents. L'invention a en conséquenoepour but de fournir un échangeur de chaleur du type défini ci-dessus, qui puisse être fabriqué d'une manière simple et peu coûteuse en ce qui concerne la jonction de tubes de différents diamètres et qui soit correct en ce qui concerne l'étanchéité des liaisons. Ce problème est résolu selon l'invention dans le cas d'un échangeur de chaleur du type défini ci-dessus en ce qu'il est prévu à chaque fois entre un tube (6) de petit dia- mètre et un tube d'échange de chaleur (tube d' évaporateur 2) de plus grand diamètre, une pièce intercalaire et en ce que le petit tube (6) est relié par un premier élément de frettage, et le tube d'échange de chaleur (2) par un second élément de frettage, avec la pièce intercalaire. L'avantage essentiel de l'échangeur de chaleur selon l'invention consiste notamment en ce qu'on évite la liaison brasée perturbatrice entre les tubes de raccordement de petit diamètre et les tubes. d'échange de chaleur de grand diamètre et en ce qu'on établit une liaison mécanique à l'aide d'éléments de frettage qui procurent un ajustement solide avec compression résultant de la déformation plastique des extrémités des tubes. Pour établir une telle liaison, il est nécessaire d'utiliser un élément réducteur car un fort élargissement du petit tube et un fort rétrécissement du gros tube ne permettraient pas d'établir facilement une liaison par frettage entre les deux tubes. Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce intercalaire est un fourreau réducteur et le premier et le second élément de frettage sont des anneaux de frettage. Le fourreau réducteur comporte avantageusement deux tronçons cylindriques de diamètres différents et une zone intermédiaire de transition de profil conique. Les tronçons cylindriques sont chacun adaptés par leur diamètre intérieur ou extérieur aux diamètres des tubes à relier. Du fait que dans de nombreux cas il n'est possible que d'effectuer un emmanchement des anneaux de frettage en direction des tubes d'échange de chaleur, il est nécessaire d'emmancher les anneaux de frettage dans la même direction. A cet égard, il est avantageux que le diamètre intérieur du gros anneau. de frettage soit plus grand que le diamètre extérieur du petit anneau de frettage. Pour entraver le moins possible l'écoulement de fluide réfrigérant, il est avantageux que le tube placé, en considérant la direction d'écoulement, en amont de la pièce intercalaire, soit emmanché dans cette pièce intercalaire et que le tube situé, en considérant la direction d'écoulement, en aval de la pièce intercalaire, soit emmanché sur cette dernière. Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce intercalaire est agencée sous la forme d-'un anneau réducteur qui reçoit dans un trou le tube de petit diamètre et qui sert simultanément de premier élément de frettage. Cet agencement de liaison est plus simple et moins coûteux car on supprime un anneau de frettage. Pour obtenir une déformation plastique graduelle et uniforme ainsi qu'une forte pression de frettage, il est avantageux que le trou de l'anneau réducteur présente, dans la direct tion d'emmanchement du tube, d'abord une partie conique de faible angle d'ouverture et, ensuite, une partie cylindrique. Pour réduire autant qu'il est possible, lors du montage de l'anneau réducteur sur l'extrémité du tube, les forces s'exerçant dans la direction longitudinale du tube, il est avantageux de disposer l'anneau réducteur de façon qu' il puisse tourner sur l'extrémitd du tube. L'anneau réducteur comporte avantageusement une surface périphérique cylindrique sur laquelle est emmanchée l'extrémité du tube d' échange de chaleur.Sur l'extrémité du tube d'échange de chaleur, on dispose un anneau de frettage servant de second élément de frettage et qui assure la déformation plastique du tube d'échange de chaleur en exerçant ainsi une pression sur l'anneau réducteur. Pour déterminer la profondeur d'emboltement de l'anneau réducteur dans l'extrémité du tube d'échange de chaleur, il est avantageux que l'anneau réducteur comporte dans sa surface périphérique un collet qui est disposé à l'extrémité distale, en considérant la direction d'emmanchement du tube d'échangement de chaleur, de l'anneau réducteur. Pour permettre également dans ce cas l'emmanchement de l'anneau de frettage en direction du tube d'échange de chaleur, il est avantageux que la hauteur radiale du collet soit plus faible que l'épaisseur de paroi du tube après déformation plastique. Pour obtenir dans de telles liaisons frettées l'étanchéité au fluide réfrigérant qui est nécessaire dans des échangeurs de chaleur et des installations de climatisation, on dépose d'une manière classique sur les surfaces de liaison avant montage un adhésif servant d'agent d'étanchéité. Pour obtenir également sans adhésif l'étanchéité nécessaire au fluide réfrigérant, on ménage dans la surface périphérique de l'anneau réducteur des rainures orientées dans la direction périphérique. Lors de la compression de l'anneau de frettage, la matière du tube flue dans les rainures et assure l'étanchéité des bords, de telle sorte qu' on peut se passer de l'utilisation d'un adhésif. Pour autant que les tubes de l'échangeur de chaleur comportent une extrémité évasée, la longueur d'emboîtement du fourreau réducteur ou de l'anneau réducteur est déterminée par la longueur de l'extrémité évasée. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir un collet radial sur la surface périphérique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de face d'un évaporateur; la figure 2 est une coupe à échelle agrandie de la liaison de tubes comportant un fourreau réducteur; la figure 3 représente une liaison de tubes comportant un anneau réducteur; la figure 4 représente une variante de la figure 3. La figure 1 représente un évaporateur 1 qui se compose essentiellement de tubes parallèles 2 et de plaques d'échange de chaleur 3. le fluide réfrigérant est introduit par l'intermédiaire d'une entrée 4 dans un distributeur à venturi 5, où le fluide réfrigérant est divisé en un certain nombre d'écoulements partiels correspondant aux tubes d'évaporateur 2 branchés en parallèle. Des tubes 6 d'un diamètre relativement petit relient le distributeur à venturi 5 aux tubes d'évaporateur 2 qui ont une diamètre bien plus gros. Pour assurer la liaison des petits tubes 6 avec les gros tubes 2 de l'évaporateur , il est prévu à chaque fois un fourreau réducteur 7 qui est relié à l'aide d'un petit anneau de frettage 8 avec un tube 6 et à l'aide d'un gros anneau de frettage avec un tube d'évaporateur 2.Les extrémités des tubes d'évaporateur 2 - qui ne sont pas visibles sur le dessin - débouchent dans un boîtier collecteur 10 auquel est relié un tuyau d'aspiration 11 d'un compresseur. Sur la figure 2, on a représenté en vue en coupe à échelle agrandie l'assemblage établi entre un tube 6 et un tube d'évaporateur 2. On a désigné des parties semblables à la figure 1 par les mêmes références numériques. Le fourreau réducteur 7 comporte deux tronçons cylindriques de différents diamètres, le petit tronçon étant désigné par 12 et le gros tronçon par 13. Entre les deux tronçons 12 et 13, il est prévu une transition conique 14. Dans le tronçon cylindrique 12 de petit diamètre est engagée l'extrémité du tube 6, auquel cas initialement le diamètre extérieur du tube 6 correspond au diamètre intérieur du tronçon cylindrique 12. Sur le tronçon cylindrique 12 du fourreau réducteur 7 est emmanché un anneau de frettage 8 dont le trou comporte, en considérant la direction d'emmanchement, c'est-à-dire la direction orientée vers la transition conique 14, un chanfrein 15, puis un léger cône 16 et enfin un tronçon cylindrique 17.Du fait que le trou présente, dans la zone du cône 16 et du tronçon cylindrique 17, un plus petit diamètre que le diamètre extérieur initial du tronçon cylindrique 12 du fourreairéducteur 7, il se produit, lors de l'emmanchement de l'anneau de frettage 8, une déformation plastique du fourreau réducteur 7 dans la zone du tronçon 12 et également une déformation plastique du tube 6, ce qui établit une bonne liaison de frettage. Pour des raisons de sécurité, le tube 6 peut pénétrer plus profondément dans le fourreau réducteur 7 que ce qui est indiqué sur la figure 2. Le tube d' évaporateur 2 comporte une extrémité évasée 18 dans iaquelle est emmanché le tronçon cylindrique 13 du fourreau réducteur 7. Cette extrémité évasée 18 permet de définir la longueur d'emmanchement du fourreau réducteur 7. Sur l'extrémité évasée 18 est emmanché le gros anneau de frettage 9, à savoir dans la même direction que le petit anneau de frettage sur le fourreau réducteur 7. Le trou de 1! anneau de frettage 9 comporte, initialement en considérant la direction d'emmanchement, un chanfrein 19, puis une partie conique 20 et enfin un tronçon cylindrique 21.Le trou de l'anneau de frettage 9 présente, dans la zone de la partie conique 20 et du tronçon cylindrique 21, un plus petit diamètre que l'extrémité évasée 18,de sorte que, lors de l emmanchement de l'anneau de frettage 9, il se produit une déformation plastique de l'extrémité évasée 18 et du tron çon cylindrique 13 du fourreau réducteur 7. On établit ainsi une bonne liaison de frettage entre le fourreau7 et le tube d'évaporateur 2. Sur la figure 3, on a représenté un assemblage dans lequel un anneau réducteur 22 pourvu d'une surface périphérique cylindrique 23 comporte un trou central qui se compose d'un tronçon cylindrique 24 s'étendant au moins sur la moitié de la longueur du fourreau et d'un tronçon conique 24' présentant un petit angle d'ouverture. Le trou de l'anneau réducteur 22 sert à recevoir le tube 6 de plus petit diamètre qui est enserré dans 1' anneau réducteur 22. Du fait que le tronçon cylindrique 24 du trou prdsen- te un plus petit diamètre que celui du tube 6, on obtient une bonne liaison de frettage entre le tube 6 et l'anneau réducteur 22. Sur la surface périphérique cylindrique 23 de l'anneau réducteur 22 est emmanchée une extrémité évasée 18 d'un tube d'évaporateur 2, la fixation étant assurée à l'aide d'un anneau de frettage 25. Le trou de l'anneau de frettage 25 comporte un tronçon cylindrique 27 et un tronçon conique 25 à l'aide duquel l'emmanchement de I' anneau de frettage 25 est facilité et qui permet d'uniformiser la déformation plastique de l'extrémité évasée 18. Du fait de la déformation plastique de l'extrémité éva sée 18, on obtient une bonne liaison frettée, dtanche au fluide réfrigérant, entre le tube d'évaporateur 2 et l'anneau réducteur 22. La profondeur d'emmanchement de l'anneau réducteur 22 dans le tube d'évaporateur 2 est définie par la longueur de l'extrémité évasée 18.Sur la surface périphérique 23, il est prévu trois rainures 29 orientée dans la direction périphérique. On amis en évidence par des lignes en traits interrompus le contour des éléments avant la déformation plastique. Sur la figure 4, on a représenté un assemblage semblable à celui de la figure 3, le tube d'évaporateur 2 n'étant cependant pas pourvu d'un évasement à son extrémité. Cependant, pour définir la profondeur d'emmanchement de l'anneau réducteur 22 dans le tube d'évaporateur 2, l'anneau réducteur comporte sur sa surface périphérique 23 un collet 28 dont le diamètre est plus petit que le diamètre extérieur du tube d'évaporateur 2 après déformation plastique. Les références numériques indiquées sur la figure 4 concordent avec celles de la figure 3 pour désigner des parties identiques. On a mis en évidence à nouveau par des lignes en traits interrompus le contour des éléments avant la déformation plastique. L'invention n'est pas limitée à des évaporateurs comportant les assemblages tubulaires représentés, mais elle peut par exemple être appliquée également à des condenseurs dans lesquels des tubes de diamètres très différents sont assemblés de la manière décrite. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur, notamment pour installations de climatisation de véhicules, dans lequel des tubes de diamètres très différents sont assemblés les uns avec les autres, caractérisé en ce qu'il est prévu à chaque fois entre un tube (6) de petit diamètre et un tube d'échange de chaleur (tube d'évaporateur 2) de plus grand diamètre, une pièce intercalaire et en ce que le petit tube (6) est relié à la pièce intercalaire par un premier élément de frettage, tandis qu le tube d'échange de chaleur (2) est relié à la pièce intercalaire par un second élément de frettage. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce intercalaire est un fourreau réducteur (7) et en ce que le premier et le second élément de frettage sont constitués par des anneaux de frettage (8, 9) 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du gwos anneau de frettage (9) est supérieur du diamètre extérieur du petit anneau de frettage (8). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fourreau réducteur (7) comporte deux tronçons cylindriques ( 12, 13) de diamètres différents et une zone intercalaire de transition (14) de profil conique. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube (6) est emmanché dans le tronçon cylindrique (12) de petit diamètre et en ce que le petit anneau de frettage (8) est emmanché sur le tronçon cylindrique (12). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce intercalaire est un anneau réducteur (22) qui reçoit dans un trou le tube (6) de petit diamètre et qui sert simultanément de premier élément de frettage. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le trou de l'anneau réducteur (22) comporte, en considérant la direction d'emmanchement du tube (6) initialement un tronçon conique (24') de petit angle d'ouverture et, ensuite, un tronçon cylindrique (24). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'anneau réducteur (22) comporte une surface périphérique cylindrique (23) sur laquelle est emmanchée l'extrémité du tube d'échange de chaleur et en ce qu'un anneau de frettage (25) servant de second élément de frettage est engagé sur l'extrémité du tube d' échange de chaleur (2). 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'anneau réducteur (22) comporte sur sa surface périphérique (23) un collet (28) qui est disposé sur l'extrémité distale, en considérant la direction d'emmanchement du tube d'échange de chaleur (2), de l'anneau réducteur, et en ce que la hauteur radiale du collet (28) est plus faible que l'épaisseur de paroi du tube. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la surface périphérique cylindrique (23) au moins une rainure (29) orientée dans la direction périphérique de l' anneau réducteur (2). 11. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le tube dg échange de chaleur (2) comporte une extrémité évasée (18), dans laquelle est emmanché le tronçon cylindrique (13) de grand diamètre du fourreau réducteur (7) ou bien la surface périphérique (23) de l'anneau réducteur (22) e en ce que le plus gros anneau de frettage (9,25) est emmanché sur l'extrémité évasée (18). 12. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, 3 ou 11, caractérisé en ce que les anneaux de frettage (8, 9, 25) comportent un trou comprenant au moins un tronçon cylindrique (17, 21, 27) et un tronçon conique (16 20, 26).