Brevet FR2574533A1 — publié le 19860613

Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comportant un tube plat et des tuyaux collecteurs ". L'invention concerne un procédé de fabri- cation d'un échangeur de chaleur comportant un tube plat et des tuyaux collecteurs. Ce tube plat est métallique et contient un certain nombre de passages de fluide, les tuyaux collecteurs étant reliés aux extrémités opposées du tube plat. Plus précisément, l'invention concerne un procédé pour relier et brancher un tuyau collecteur à une extrémité du tube plat. Comme échangeur de chaleur typique com- portant un tube de métal plat contenant un certain nom- bre de passages de fluide, et des tubes d'entrée et de sortie de fluide reliés au tube de métal plat par des tuyaux collecteurs fixés aux extrémités opposées de ce tube de métal plat, on connait déjà, dans l'art anté- rieur, un échangeur de chaleur de type à serpentin des- tiné par exemple à être utilisé dans un évaporateur de réfrigérant pour système de conditionnement d'air d'au- tomobile, comme décrit par exemple dans les Brevets U.S.A N 4 350 025 et 4 353 224. L'échangeur de chaleur à serpentin est constitué par le tube de métal plat auquel on donne une forme contournée de serpentin, de manière à obtenir un certain nombre de parties parallèles espacées les unes des autres. UN certain nombre d'éléments d'ailettes plissés sont disposés dans les espaces compris entre parties parallèles adjacentes du tube, et sont fixés à celle-ci par brasure. Les tuyaux collecteurs sont mon- tés de façon fixe aux extrémités opposées respectives du tube plat, un tube d'entrée et un tube de sortie étant reliés respectivement aux tuyaux collecteurs. Dans le Brevet U.S.A N 4 353 224, seuls les tuyaux collecteurs sont représentés en 3 et 4 sur la figure 1 des dessins ci- joints, tandis que sur la figure 5, les tuyaux collecteurs représentés en 3 et 5 font respectivement corps avec le tube d'entrée et le tube de sortie. Dans une disposition pratique, les tuyaux collecteurs sont réalisés sous la forme de parties dif- férentes du tube d'entrée et du tube de sortie, et sont reliés à ceux-ci. Le tube plat et les éléments d'ailettes sont réalisés dans des matériaux très bons conducteurs de la chaleur tels que des alliages d'aluminium. Géné- ralement le tube plat contourné en forme de serpentin est réalisé dans un métal à base d'aluminium contenant 99 % en poids d'Al ou plus, tel que par exemple le métal AA (Aluminium Association d'U.S.A) 1050, comprenant, en poids, 0,25 % de Si ou moins, 0,40 % de Fe ou moins, 0,05 % de Cu ou moins, 0,05 % de Mn ou moins, 0,05 % de Mg ou moins, 0,05 % de Zn ou moins, 0,03 % de Ti ou moins, et 99,50 % d'Al ou plus, ou encore le métal AA 3003 comprenant, en poids, 0,6 % de Si ou moins, 0,7 % de Fe ou moins, 0,05 à 0,20 % de Cu, I,0 à 1,5 % de Mn, 0,10 % de Zn ou moins, et la quantité d'Al nécessaire au complément à 100 %. Les éléments d'ailettes plissés sont réalisés à partir d'une feuille d'alliage d'alumi- nium à braser comprenant un noyau métallique, en AA 3003 par exemple, recouvert d'un revêtement d'alliage d'aluminium de préparation de brasure tel que du AA 3. 4343, 4045 ou 4047 (comprenant, en poids, 0,30 %) de Cu ou moins, 5 à 13 % de Si, 0,80 X de Fe ou moins, 0,15 % de Mn ou moins, Jusqu'à 0,1 X de Mg, 0,20 % de Zn ou moins, Jusqu'à 0,20 % de Ti, et la quantité d'Al nécessaire au complément à 100 X). Les éléments d'ailettes plissés en feuille d'alliage d'aluminium à braser, sont assemblés avec le tube plat contourné en forme de serpentin, en alliage d'aluminium, puis déposés ensuite dans un four à braser, ce qui permet de souder par brasure les éléments d'ai- lettes plissés, sur le tube plat. Les tuyaux collecteurs sont généralement réalisés à partir d'une feuille d'alliage d'aluminium à braser analogue à celle des éléments d'ailettes plis- sés. Les tuyaux collecteurs sont montés sur le tube plat avant de placer l'ensemble dans le four à braser. Par suite, les tuyaux collecteurs sont également fixés au tube plat par le même processus de brasure que celui permettant de fixer les éléments d'ailettes plissés à ce même tube plat. Ensuite, le tube d'entrée et le tube de sortie sont reliés aux tuyaux collecteurs correspondants par une soudure telle qu'une soudure sous Gaz Inerte au Tungstène (GIT), tout en conservant les orientations prédéterminées des tubes. Lorsqu'on brase les tuyaux collecteurs sur le tube plat, dans une position pour laquelle les tuyaux collecteurs sont placés plus bas que le tube plat, le métal de brasure fondu coule en descendant le long des surfaces des tuyaux collecteurs, de sorte qu'une quantité de métal de brasure suffisante n'est pas apportée aux parties de liaison des tuyaux collecteurs avec le tube plat.-Par suite, on ne peut obtenir une fixation fiable entre les tuyaux collecteurs et le tube plat. De plus, dans le procédé de fabrication selon l'art antérieur, 11 est difficile de brancher et de fixer le tube d'entrée et le tube de sortie aux tuyaux collecteurs respectifs, tout en maintenant les orientations prédéterminées des tubes. L'invention a donc pour but de pallier les inconvénients ci-dessus est créant un procédé per- mettant de relier et de fixer de façon fiable et facile un tuyau collecteur à une extrémité d'un tube plat, pour fabriquer un échangeur de chaleur comportant un tube plat contenant un certain nombre de passages de fluide, et des tuyaux collecteurs fixés aux extrémités opposées du tube plat. L'invention a également pour but-de créer un procédé de fabrication-d'un échangeur de chaleur com- portant un tube plat contenant un certain nombre de pas- sages de fluide, des tuyaux collecteurs fixés sur les extrémités opposées du tube plat, et des tubes d'entrée et de sortie fixés respectivement aux tuyaux collecteurs, dans lequel les tubes d'entrée et de sortie ont préala- blement été solidarisés des tuyaux collecteurs corres- pondants. A-cet effet, l'invention concerne un procédé pour brancher et fixer un tuyau collecteur à une extrémité d'un tube de métal plat contenant un cer- tain nombre de passages de fluide, de manière à fabri- quer un échangeur de chaleur comprenant le tube de métal plat et des tuyaux collecteurs fixés aux extrémités opposées de ce tube de métal plat, procédé caractérisé - en ce qu'il consiste à former dans la surface extérieu- re du tuyau collecteur une fente axiale destinée à recevoir l'extrémité du tube plat; à utiliser un élé- ment de préparation de brasure en métal de préparation de brasure, cet élément de préparation de brasure com- prenant une partie plate courbée munie d'une ouverture longue et une partie de manchon plat faisant saillie sur la surface extérieure de la partie plate courbée, cette partie de manchon comportant une partie creuse reliée à l'ouverture longue, cette partie creuse et cette ouverture longue présentant un contour intérieur légèrement plus grand que le contour extérieur du tube plat; à introduire l'extrémité du tube plat dans la partie de manchon et dans l'ouverture longue de l'élé- ment de préparation de brasure, puis à introduire en- suite cette extrémité du tube plat dans le tuyau col- lecteur par la fente axiale de celui-ci tandis que la partie courbée est en contact avec la surface extérieu- re du tuyau collecteur et à chauffer enfin l'élément de préparation de brasure en même temps que la partie d'extrémité du tube plat et le tuyau collecteur de ma- nière à faire fondre l'élément de préparation de bra- sure pour relier et fixer le tuyau collecteur par bra- sure sur la partie d'extrémité du tube plat. Selon l'invention, comme le tuyau collec- teur est réalisé non pas à partir de la feuille à bra- ser, mais à partir d'une feuille de métal courant ana- logue à celui du tube plat et des tubes d'entrée et de sortie reliés aux tuyaux collecteurs, le tube d'entrée et le tube de sortie peuvent préalablement être soli- darisés des tuyaux collecteurs correspondants. Par suite, le processus de jonction et de fixation des tubes d'entrée et de sortie, aux tuyaux collecteurs cor- respondants, peut être supprimé. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur de type à serpentin typique, selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe des- tinée à illustrer un processus de brasure classique d'un tuyau collecteur à un tube plat; - la figure 3 est une sue en perspective d'un tuyau collecteur utilisé dans la forme de réalisa- tion de la figure 1; - la figure 4 est une vue en perspective d'un élément de préparation de brasure utilisé dans l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective destinée à illustrer une opération de brasure d'un tuyau collecteur à un tube plat selon l'invention; - la figure 6 est une vue en perspective d'un autre échangeur de chaleur de type à serpentin fabriqué selon l'invention; et - la figure 7 est une vue en perspective destinée à illustrer l'opération de brasure d'un tube d'entrée/sortie sur un tube plat, pour fabriquer l'échan- geur de chaleur de la figure 6. Sur la figure 1, l'échangeur de chaleur selon une forme de réalisation de l'invention présente une disposition générale analogue à celle d'un échangeur de chaleur de type à serpentin typique. L'échangeur de chaleur utilise un tube plat contourné en forme de ser- pentin 1, réalisé par exemple en alliage d'aluminium AA 1050. Les éléments d'ailettes plissés 2 sont réalisés par exemple à partir d'une feuille d'alliage d'aluminium à braser comprenant un noyau de métal AA 3003 recouvert d'un revêtement métallique d'alliage d'aluminium de pré- paration de brasure en AA 4045 (comprenant, en poids, 0,30 % de Cu ou moins, 9,0 à 111 0 % de Si, 0,8 % de Fe ou moins, 0,05 % de Mn ou moins, 0,05 % de Mg ou moins, 1,10 % de Zn ou moins, 0,20 % de Ti ou moins, et la quantité d'Al nécessaire au complément à 100 %). Les éléments d'ailettes plissés 2 sont disposés dans les espaces compris entre parties parallèles adjacentes du tube plat contourné en forme de serpentin 1. Ces élé- ments d'ailettes plissés sont soudés par brasure au tube plat 1 en chauffant le tube plat et les éléments d'ailettes plissés ainsi assemblés avec le tube 1, dans un four à braser permettant de faire fondre le métal de revêtement de la feuille à braser. Deux tuyaux collecteurs 3 eta4 sont mon- tés de façon fixe sur les parties d'extrémité opposées du tube plat 1 de façon que les différents passages de fluide du tube plat communiquent avec l'intérieur des tuyaux collecteurs 3 et 4. Chaque tuyau collecteur 3 et 4 comporte une extrémité ouverte et l'autre extrémité fermée. Un tube d'entrée 5 et un tube de sortie 6 sont introduits dans les extrémités ouvertes des tuyaux collecteurs respectifs 3 et 4, et fixés à ceux-ci dans des orientations prédéterminées. Dans l'art antérieur, pour braser chaque tuyau collecteur sur le tube plat, on utilise des tuyaux collecteurs réalisés chacun à partir d'une feuille d'alliage d'aluminium à braser analogue à celle des élé- ments d'ailettes plissés. Sur la figure 2, chaque tuyau collecteur repéré par la référence 11 est muni d'une ouverture axiale longue ou d'une fente 31' et 41' ména- gée dans sa surface extérieure, et dans laquelle vient s'introduire la partie d'extrémité correspondante du tube plat 1. Dans ces conditions, le tuyau collecteur 11 et le tube plat 1 sont chauffés dans un four à bra- ser ce qui permet de les fixer ensemble par brasure. Par suite, la jonction des éléments d'ailettes plissés 2 au tube plat 1, et la jonction de chaque tuyau collec- teur 11 à ce même tube plat 1, s'effectuent par le même processus de brasure après avoir pré-assemblé les élé- ments d'ailettes plissés et les tuyaux collecteurs, avec le tube plat. Après brasure de chacun des tuyaux col- lecteurs 11 sur le tube plat, le tube d'entrée 5 et le tube de sortie 6 sont introduits dans les tuyaux collec- teurs Il déjà brasés au tube plat 1, et sont fixés ou branchés à ceux-ci par exemple par soudure sous gaz inerte au tungstène, comme indiqué ci-dessus. Le procédé selon l'art antérieur pose les problèmes ci-après lorsqu'on brase les tuyaux collecteurs sur le tube plat et lorsqu'on fixe le tube d'entrée/ sortie au tuyau collecteur correspondant. Dans le cas o l'opération de brasure des tuyaux collecteurs sur le tube plat est effectuée dans une position pour laquelle chaque tuyau collecteur I1l est maintenu à un niveau plus bas que le tube plat 1, comme indiqué sur la figure 2, le métal de revêtement fondu coule en descendant le long des surfaces du tuyau collecteur 11, comme indiqué en 12 sur la figure. Par suite, le tuyau collecteur 11 n'est pas relié de façon fiable au tube plat, comme décrit ci-dessus. De plus, l'opération de jonction du tube d'entrée/sortie au tuyau collecteur correspondant, est difficile à réaliser du fait que chaque tube doit être maintenu dans une orientation prédéterminée pendant cette opération. Si le tube d'entrée/sortie se déplace par rapport à son orientation prédéterminée, l'extrémité libre du tube, munie de moyens d'accouplement (représen- tés en 7a et 7b sur la figure 1) destinés à assurer le branchement à un tuyau de fluide extérieur, ne vient pas se placer dans la position prédéterminée par rapport au corps de l'échangeur de chaleur. La forme de réalisation de 1' invention permet de résoudre le premier problème. En se référant à la figure 3, chaque tuyau collecteur 3 et 4 est réa- lisé dans un alliage d'aluminium tel que par exemple du métal AA 1050 ou AA 3003, et comporte une fente axiale 31 et 41 destinée à recevoir la partie d'extré- mité du tube plat 1. 9. Sur la figure 4, un élément de prépara- tion de brasure 8 est réalisé dans un alliage d'alumi- nium de préparation de brasure. Cet élément de prépara- tion de brasure 8 comporte une partie plate courbée 81 correspondant à la surface cylindrique extérieure de chacun des tuyaux collecteurs 3 et 4. La partie plate courbée 81 est munie d'une ouverture longue 82 corres- pondant à la fente axiale 31 et 41 des tuyaux collec- teurs 3 et 4. Une partie de manchon plat 83 fait saillie sur la surface extérieure de la partie plate courbée 81 et comporte une partie creuse reliée au trou long 82. Sur la figure 5, la brasure de chacun des tuyaux collecteurs 3 et 4 sur le tube plat 1 s'effectue en introduisant une extrémité du tube plat 1 dans la partie de manchon 83 de façon qu'elle dépasse du côté opposé de l'élément de préparation de brasure 8 en passant à travers le trou long 82, en introduisant l'ex- trémité en saillie du tube plat 1 dans la fente axiale 31 (41) du tuyau collecteur correspondant 3 (4) tout en amenant la partie plate courbée 81 en contact avec la surface extérieure du tuyau collecteur 3 (4) comme in- diqué sur la figure 5, puis en chauffant ensuite l'élé- ment de préparation de brasure 8 en même temps que le tube plat 1 et les tuyaux collecteurs 3 et 4, pour faire fondre cet élément de préparation de brasure 8. Cela permet de braser de façon fiable les tubes collec- teurs 3 et 4 sur le tube plat 1. Selon ce procédé, on comprend facilement que la jonction des éléments d'ailettes plissés 2 au tube plat 1, et la jonction de chacun des tuyaux collec- teurs 3, 4 au tube plat 1, s'effectuent également par le même processus de brasure, après avoir pré-assemblé les éléments d'ailettes plissés, les tuyaux collecteurs et les éléments de préparation de brasure, avec le tube -plat. Après le processus de brasure, le tube d'entrée 5 et le tube de sortie 6 sont branchés et fixés aux tuyaux collecteurs respectifs 3 et 4 de la même manière que dans l'art antérieur, pour constituer ainsi l'échangeur de chaleur complet représenté sur la figure 1. Dans cette forme de réalisation, comme le tube d'entrée/sortie est relié à son tuyau collecteur correspondant après le processus de brasure, le second problème posé par l'art antérieur n'est pas résolu. Dans le procédé de Jonction et de branche- ment du tuyau collecteur au tube plat selon l'invention, comme le tuyau collecteur est réalisé non pas à partir d'une feuille à braser mais à partir d'un alliage d'alu- minium ordinaire, le tuyau collecteur peut être réalisé d'une seule pièce avec le tube d'entrée/sortie. Il est évident que l'utilisation d'un tel tube d'entrée/sortie faisant corps avec la partie de tuyau collecteur, permet de résoudre le second problème ci-dessus. Sur les figures 6 et 7, la partie de tube d'entrée 9a et la partie de tube de sortie 9b sont préalablement réalisées solidairement l'une de l'autre à partir d'un alliage d'aluminium tel que AA 3003, pour former un tube d'entrée 9 d'une seule pièce, tandis que le tube de sortie 10 est également réalisé en AA 3003 pour former une partie de tube de sortie O10a et une partie de tuyau collecteur lob solidaires l'une de l'autre. Chacune des parties de tuyau collecteur 9b et lob est munie d'une fente axiale semblable à la fente 31 de la figure 3. Le tube plat 1 et l'élément de prépara- tion de brasure 8 de la figure 4 sont assemblés sur la partie de tuyau collecteur (9b (lob) comme indiqué sur la figure 7, de la même manière que dans la forme de 1i réalisation de la figure 5. Ensuite, l'élément de pre- paration de brasure 8 est chauffé en même temps que la partie de tuyau collecteur 9b (lob) et que le tube plat 1, pour faire fondre cet élément de préparation de bra- sure 8. Ainsi, le tube d'entrée 9 et le tube de sortie sont fixés au tube plat 1, ce qui termine la fabri- cation de l'échangeur de chaleur comme indiqué sur la figure 6. Dans cette forme de réalisation, comme il n'est pas nécessaire de relier le tube d'entrée/ sortie au tuyau collecteur après le processus de brasure, le second problème mentionné ci-dessus se trouve résolu. 1.2 R E V E N D I C A T I 0 M S REVENDICATIONS ) Procédé pour brancher et fixer un tuyau collecteur (3, 4) à une extrémité d'un tube de métal plat (1) contenant un certain nombre de passages de fluide, de manière à fabriquer un échangeur de cha- leurcomprenant le tube de métal plat (1) et des tuyaux collecteurs (3, 4) fixés aux extrémités opposées de ce tube de métal plat (1), procédé caractérisé en ce qu'il consiste à former dans la surface extérieure du tuyau collecteur (3, 4) une fente axiale (31, 41) des- tinée à recevoir l'extrémité du tube plat (1); à uti- liser un élément de préparation de brasure (8) en métal de préparation de brasure, cet élément de préparation de brasure comprenant une partie plate courbée (81) munie d'une ouverture longue (82) et une partie de man- chon plat (83) faisant saillie sur la surface extérieure de la partie plate courbée (81), cette partie de manchon (83) comportant une partie creuse reliée à l'ouverture longue (82), cette partie creuse et cette ouverture lon- gue (82) présentant un contour intérieur légèrement plus grand que le contour extérieur du tube plat (1); à introduire l'extrémité du tube plat (1) dans la par- tie de manchon (83) et dans l'ouverture longue (82) de l'élément de préparation de brasure, puis à introduire ensuite cette extrémité du tube plat (1) dans le tuyau collecteur (3, 4) par la fente axiale (31, 41) de celui- ci tandis que la partie courbée (81) est en contact avec la surface extérieure du tuyau collecteur (3, 4), et à chauffer enfin l'élément de préparation de brasure (8) en même temps que la partie d'extrémité du tube plat (1) et le tuyau collecteur (3, 4), de manière à faire fondre l'élément de préparation de brasure (8) pour relier et fixer le tuyau collecteur (3, 4) par brasure sur la partie d'extrémité du tube plat (1). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube plat (1) et le tuyau collecteur (3, 4) sont réalisés dans un alliage d'alumi- nium et en ce que l'élément de brasure (8) est réalisé dans un alliage d'aluminium de préparation de brasure. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'un des tuyaux collecteurs (3, 4) est formé.d'une seule pièce avec une partie de tube d'entrée (5). 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'autre des tuyaux collecteurs (3, 4) est formé d'une seule pièce avec une partie de tube de sortie (6). ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube de métal plat (1) est préalablement réalisé sous une forme contournée de serpentin. ) Procédé de fabrication d'un échan- geur de chaleur selon la revendication 1, comprenant un tube de métal plat (1) en alliage d'aluminium conte- nant un certain nombre de passages de fluide, et des tuyaux collecteurs (3, 4) branchés et fixés aux extré- mités opposées du tube plat, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consistant à réa- liser le tube plat (1) et les tuyaux collecteurs (3, 4) dans un alliage d'aluminium, et à réaliser des éléments de préparation de brasure (8) dans un alliage d'aluminium de préparation de brasure, chacun des tuyaux collecteurs (3, 4) comportant une fente axiale (31, 41) destinée à recevoir une extrémité du tube plat (1), chaque élé- ment de préparation de brasure (8) comportant une par- tie plate courbée (81) munie d'une ouverture longue (82) et une partie de manchon plat (83) faisant saillie sur la surface extérieure de la partie plate courbée (81), cette partie de manchon (83) comportant une par- tie creuse reliée à l'ouverture longue (82), cette partie creuse et cette ouverture longue (82) présentant un contour intérieur légèrement plus grand que le con- tour extérieur du tube plat (1); à introduire chacune des extrémités opposées du tube plat (1) dans la partie de manchon (83) et dans l'ouverture longue (82) de cha- que élément de préparation de brasure (8), puis à in- troduire ensuite chaque extrémité du tube plat (1) dans chacun des tuyaux collecteurs (3, 4) par la fente axiale (31, 41) de ceux-ci tandis que-chacune des parties cour- bées (81) est en contact avec la surface extérieure de chacun des tuyaux collecteurs (3, 4) et à chauffer en- fin les éléments de préparation de brasure (8) en même temps que les parties d'extrémité du tube plat (1) et les tuyaux collecteurs (3, 4), de manière à faire fondre ces éléments de préparation de brasure (8) pour relier et fixer par brasure les tuyaux collecteurs (3, 4) sur les parties-d'extrémité opposées du tube plat (1). ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube plat (1) est préalablement réalisé sous une forme contournée de serpentin, en ce que des éléments d'ailettes plissés (2) sont préalable- ment formés à partir de feuilles d'aluminium à braser, et en ce que ces éléments d'ailettes plissés (2) sont disposés dans les espaces compris entre parties paral- lèles adjacentes du tube plat contourné en forme de serpentin (1). 8 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tuyaux collecteurs (3, 4) sont réalisés de manière à comporter respectivement une partie de tube d'entrée (5) et une partie de tube de sortie (6).