Brevet FR2592819A1 — publié le 19870717

La présente invention concerne les tubes qui sont utilisés pour la réalisation d'échangeurs de chaleur, et plus particulièrement d'échangeurs de chaleur assemblés mécaniquement, c'est-à-dire qui ne comportent ni soudure, ni brasure. On utilise, de longue date, des échangeurs assemblés mécaniquement dans lesquels les tubes de section ronde sont engagés dans des passages de tube bordés de collets qui sont pratiqués dans des ailettes. Ces tubes sont ensuite gonflés pour assurer un contact serré entre leur paroi et les ailettes et, par conséquent, permettre une bonne transmission de la chaleur. Les extrémités des tubes sont ensuite engagées dans des garnitures élastiques qui sont elles-mêmes mises en place dans des passages de tube de plaques collectrices destinées à être assemblées à des boites à eau. Les échangeurs de chaleur ci-dessus donnent généralement satisfaction quant à leur tenue mécanique, mais ils sont peu satisfaisants au point de vue aérodynamique, du fait de la forme circulaire des tubes. Cette forme circulaire des tubes nuit également à une bonne alimentation thermique des ailettes, la base circulaire des tubes offrant peu de contacts avec lesdites ailettes. Il est normalement recherché que les tubes d'un échangeur de chaleur soit plats ou ovales pour les deux raisons précitées. La présente invention crée un nouveau procédé de fabrication de tubes bon marché présentant une section proche d'un rectangle avec des grands côtés arqués et des petits côtés également arqués, ces tubes étant néanmoins susceptibles de supporter des efforts transversaux de compression leur permettant d'être serrés dans les collets et dans les garnitures d'étanchéité des plaques collectrices sans qu'il en résulte des déformations. Conformément à l'invention, le procédé pour la fabrication des tubes d'échangeurs de chaleur est caractérisé en ce qu'on forme à partir d'une bande métallique une ébauche de tube présentant deux grands côtés en arc de cercle reliés, à leurs extrémités destinées à former les petits côtés, par deux segments arqués et une partie semi-circulaire tournée vers l'intérieur de l'ébauche, puis en ce qu'on relie les deux bords de la bande métallique par une soudure avant de développer les segments arqués et chaque partie semicirculaire suivant un arc convexe. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une élévation schématique d'un faisceau échangeur de chaleur mettant en oeuvre des tubes obtenus conformément à l'invention. La fig. 2 est une coupe vue sensiblement suivant la ligne Il-Il de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe transversale d'une ébauche de tube. Le dessin montre un échangeur de chaleur qui comporte des tubes 1 et des dissipateurs 2 constitués par des ailettes. Les extrémités des tubes 1 sont engagées dans des plaques collectrices 3 dont une seule est représentée. De préférence, l'étanchéité entre les plaques collectrices 3 et les tubes est assurée par des garnitures élastiques 4. La paroi externe des tubes 1 est serrée dans des collets 5 que présentent les ailettes 2. Pour réaliser le faisceau d'échangeurs de chaleur décrit ci-dessus, on fabrique tout d'abord une ébauche de tube telle que celle représentée à la fig. 3, qui est réalisée avantageusement par électro-soudure, c'està-dire, qu'elle est fabriquée à partir d'une bande métallique pliée dont les deux bords sont ensuite réunis par une soudure 6, par exemple une soudure à halite fréquence. La fig. 3 montre que l'ébauche des tubes est formée pour présenter deux grands côtés 7, 8 en arc de cercle, ces deux grands côtés étant réunis par des tronçons désignés dans leur ensemble par 10 et qui comportent chacun une partie semi-circulaire 11 concave tournée vers l'intérieur du tube et raccordée aux grands côtés 7, 8 par deux segments arqués 12, 13. Lors de la fabrication de l'ébauche, on fait en sorte que la soudure 6 se trouve au voisinage de la partie médiane d'un des grands côtés 7, 8 en arc de cercle et que le périmètre extérieur de ladite ébauche soit supérieur d'environ 2 % au périmètre intérieur du collet S des ailettes 2. Pour fabriquer l'échangeur de chaleur décrit brièvement ci-dessus, on engage les ébauches de tube dans les collets 5 des ailettes 2. Les ailettes 2 sont fabriquées en métal malléable par exemple en aluminium ou en cuivre et les collets sont de préférence légèrement inclinés de sorte que leur paroi interne s'applique convenablement contre les grands côtés 7, 8 en arc de cercle qui tendent à les déformer en les écartant. On procède ensuite au moyen d'un mandrin, par exemple une olive, engagé à force dans les ébauches des tubes à la déformation des tronçons 10. L'olive a pour effet de dérouler, en augmentant le rayon, les parties des segments arqués 12, 13, jusqu'à inverser la courbure de la partie semi-circulaire 11 devenant un arc convexe, ce qui fait que le tube prend, en section, une forme ovolde comme illustrée par les tronçons en traits interrompus en 14 à la fig. 3. Le mandrin peut présenter un évidement en regard des parties en arc de cercle 7, 8 pour éviter le cordon de soudure 6 de l'ébauche. Dans une variante, on fait en sorte que la longueur des segments arqués 12, 13 et de la partie semi-circulaire 11 soit supérieure à celle nécessaire pour former la partie arquée 14. De cette manière, lorsque les segments arqués 12, 13 sont progressivement déroulés et que la partie semi-circulaire 11 voit sa courbure inversée, il en résulte un déplacement latéral dans le sens des flèches f1, f2 des grands côtés 7, 8 sans que leur courbure soit modifiée, c'est-à-dire que ces grands côtés demeurent des arcs de cercle non déformés mais déplacés en translation. Il résulte de cela que les grands côtés 7, 8 déforment de manière appréciable les collets 5 des ailettes 2, ce qui assure un contact serré entre les tubes et les ailettes et, par conséquent, une bonne transmission thermique. Le tube finalement obtenu présente deux grands côtés 7, 8 en arc de cercle et deux petits côtés 14 également en arc de cercle, ce qui fait qu'il est susceptible de supporter des efforts de compression élevés sans qu'il en résulte de déformation. Les extrémités des tubes mis en place dans les ailettes peuvent, par conséquent, être engagées à force dans les garnitures élastiques 4 des plaques collectrices 3. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en assurant le formage des parties arquées 14 formant les petits côtés du tube après mise en place des plaques collectrices 3. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, il est avantageux d'utiliser des métaux à limite élastique élevée pour la réalisation des tubes car ainsi les parois sont maintenues sous précontrainte après l'inversion des parties semi-circulaires 11. L'invention réalisant le serrage entre les tubes et les ailettes d'un échangeur par déformation d'une ébauche, l'emploi d'un métal à limite élastique élevée pour cette dernière est possible, contrairement aux procédés connus par gonflage qui demandent un allongement du métal des tubes au-delà de la limite élastique. Selon l'invention le métal de l'ébauche peut recevoir, par exemple par placage au cours du laminage, une couche extérieure de métal mou bon conducteur de la chaleur (Al-Cu par exemple). Cette couche extérieure viendra au cours de la fabrication des échangeurs de chaleur combler les interstices entre tubes et ailettes et améliorer ainsi la transmission de la chaleur. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication de tubes d'échangeurs de chaleur, caractérisé en ce qu'on forme à partir d'une bande métallique, une ébauche de tube présentant deux grands côtés (7, 8) en arc de cercle reliés à leurs extrémités destinées à former les petits côtés par deux segments arqués (12, 13) et une partie semi-circulaire (11) tournée vers l'intérieur de l'ébauche, puis en ce qu'on relie les deux bords de la bande métallique par une soudure avant de développer les segments arqués et chaque partie circulaire suivant un arc convexe. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on exécute la soudure (6) au voisinage de la partie médiane d'un des grands côtés de l'ébauche de tube avant de procéder au déroulement des segments arqués (12, 13) et au retournement de la courbure des parties semi-circulaires (11). 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on prévoit dans les ébauches les deux segments arqués (12, 13) et chaque partie semi-circulaire (11) tournée vers l'intérieur du tube pour que la longueur de métal disponible soit supérieure à celle nécessaire au simple déroulement et respectivement au retournement des segments arqués (12, 13) et des parties semi-circulaires (11) de sorte que la formation de la partie arquée convexe (14) délimitant chaque petit côté du tube repousse vers l'extérieur les deux grands côtés en arc de cercle (7, 8). 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ébauche est fabriquée à partir d'un métal à limite élastique élevée. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on munit l'ébauche de tube d'un revêtement extérieur en métal plus mou que celui cons titutif de ladite ébauche. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le métal de revêtement de l'ébauche est un alliage AlCu. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le métal de revêtement de l'ébauche est mis en place par placage. 8 - L'application du tube de l'une des revendications 1 à 7, à la réalisation d'un échangeur de chaleur dans lequel les ébauches de tubes sont engagées dans des collets (5) d'ailettes (2) avant que les segments arqués (12, 13) et les parties semi-circulaires (11) soient respectivement dSveloppds et voient leur c#ourbure inversée. 9 - L'application selon la revendication 8, à un échangeur dans lequel au moins une plaque collectrice dont les passages de tubes sont munis de garnitures élastiques est enfilée sur l'extrémité des tubes après le développement des segments arqués (12, 13) et l'inversion de la courbure semi-circulaire en un arc convexe. 10 - L'application selon la revendication 8, à un échangeur comportant des plaques tubulaires dont les passages de tubes sont munis de garnitures élastiques dans lesquelles les extrémités des ébauches de tube sont engagées et dans laquelle le développement des segments arqués (12, 13) et l'inversion de la courbure des parties semi-circulaires (11) sont réalisés postérieurement à l'engagement dans lesdites garnitures élastiques. 11 - L'application selon l'une des revendications 4 à 10, dans laquelle les tubes présentent un revêtement extérieur en métal plus mou que celui qui les constitue.