Brevet FR2602582A1 — publié le 19880212

Echangeur de chaleur à tubes collés et son procédé de fabrication. L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment un radiateur pour le refroidissement du moteur ou pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes dont les extrémités sont fixées de façon étanche, au moyen d'un adhésif, dans des trous d'un collecteur sur lequel est montée une boi- te à eau. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'un tel échangeur de chaleur. Généralemen-,dans les échangeurs de chaleur de ce type, un collecteur et une boîte à eau définissant un volume fermé sont diposés à chaque extrémité du faisceau de tubes. Un liquide caloporteur circule entre l'un et l'autre de ces volumes par l'intérieur des tubes et est refroidi par un courant d'air balayant la surface externe des tubes. Un tel radiateur est décrit dans la Demande de Brevet NO 2 499 234. Dans cet échangeur de chaleur connu, l'adhésif est déposé dans une cuvette ménagée dans la face du collecteur tournée vers la boîte à eau. Pour mettre en place l'adhésif, il est donc nécessaire de disposer les tubes verticalement et, après avoir versé l'adhésif liquide sur le collecteur situé vers le haut, d'attendre que cet adhésif ait durci pour retourner l'ensemble de 1800 et mettre en place l'adhésif sur le collecteur opposé. De plus, les extrémités des tubes engagées dans le collecteur ont une section constante. L'adhésif assure donc à lui seul, outre l'étanchéité, la rigidité de l'ensemble et le blocage des tubes contre le glissement longitudinal par rapport aux collecteurs. Ceci oblige à choisir un adhésif ayant une excellente tenue mécanique. Le brevet NO 2 214 875 décrit un échangeur de chaleur à tubes collés dans lequel des chambres annulaires entourant les extrémités des tubes sont ménagées dans l'épaisseur du collecteur pour recevoir l'adhésif, des canaux reliant les différentes chambres étant également prévus pour l'injection de l'adhésif. Ici encore, l'adhésif assure à lui seul l'étanchéité et la tenue mécanique de l'assemblage. De plus, le collecteur et la boîte à eau sont en deux parties qui s'assemblent en enfermant entre elles les extrémités des tubes. Les chambres annulaires et les canaux de jonction sont formés par la coopération de gorges ménagées dans les deux parties. Cette disposition complique la réalisation et l'assemblage des pièces.Enfin, les canaux desservent l'ensemble des chambres en série à partir d'un seul point d'injection, ce qui rend le remplissage complet des chambres long et difficile. Le but de l'invention est de procurer un échangeur de chaleur à tubes collés de structure et de véalisation simples, permettant un remplissage rapide et efficace des chambres sans retournement de l'ensemble tubes-collecteurs et permettant de choisir l'adhésif sans avoir à tenir compte d'exigences en matière de tenue mécanique. L'invention s'applique à un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes dont les extrémités sont fixées de façon étanche dans des trous d'un collecteur en matière plastique sur lequel est montée une boite à eau, l'étanchéité aux liquides entre chaque tube et le collecteur étant assurée par un adhésif remplissant une chambre annulaire ménagée autour du tube dans l'épaisseur du collecteur. Selon l'invention, l'extrémité du tube est élargie et vient en serrage contre la paroi du trou en deux zones annulaires situées de part et d'autre de la chambre de façon à fermer celle-ci et à assurer une liaison mécanique rigide entre le tube et le collecteur, et une multiplicité de canaux d'injection d'adhésif relient les différentes chambres aux côtés du collecteur. Selon une forme de réalisation,il est prévu pour chaque tube un canal d'injection séparé reliant la chambre correspondante à un côté du collecteur. De préférence, tous les canaux d'injection débouchent dans un même côté longitudinal du collecteur. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'on engage avec jeu les extrémités de tubes dans les trous d'un collecteur, qu'on élargit radialement les extrémités des tubes pour assurer un serrage de cellesci contre la paroi des trous en deux zones distantes axialement entre lesquelles subsiste une chambre annulaire autour de chaque tube, et qu'on injecte un adhésif dans les chambres au moyen de canaux ménagés dans le collecteur et débouchant dans les chambres et dans les côtés du collecteur. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, pour l'injection de l'adhésif, on dispose l'ensemble tubes-collecteur de façon que les tubes et les côtés longitudinaux du collecteur s'étendent horizontalement et on remplit toutes les chambres, sans retourner ledit ensemble, par des canaux débouchant dans le côté longitudinal supérieur du collecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe, selon la ligne 1-1 de la figure 2, d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue partiellement en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue partielle de dessus du collecteur équipé de tubes; - la figure 4 est un détail de la figure 1 à plus granae échelle. Le radiateur partiellement illustré dans les figures comprend un collecteur 1 sous forme d'une plaque allongée en matière plastique, disposée horizontalement, et une boite à eau 2, représentée seulement à la figure 1, sous forme d'un bac également en matière plastique dont le bord libre suit le pourtour du collecteur 1 et y est fixé de façon étanche aux liquides. Le collecteur et la boite à eau définissent un volume fermé 4 qui communique avec l'intérieur de tubes verticaux 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 dont les extrémités supérieures sont engagées dans des trous 10 traversant l'épaisseur du collecteur 1. Les tubes ont une section transversale ovale comme le montre la figure 3, et sont alignés en une rangée unique selon la longueur du collecteur. Les tubes sont en contact thermique avec des ailettes 5.A leur extrémité inférieure, ils coopèrent avec un autre collecteur et une autre boite à eau non représentés définissant un volume fermé de sorte qu'un fluide caloporteur peut circuler entre ce dernier volume et le volume 4 par l'intermédiaire des tubes qu'on désignera d'une façon générale par la référence 3. Entre la paroi de chaque trou 10 et la paroi extérieure du tube 3 qui le traverse est définie une chambre annulaire 6, de part et d'autre de laquelle le tube est serré contre la paroi du trou en deux zones annulaires 31 et 32. Comme représenté, la zone inférieure 31, plus éloignée du bord extrême 33 du tube, et la partie 11 de la paroi du trou en contact avec celle-ci, ont une section transversale plus petite que la zone de serrage supérieure 32, plus proche du bord extrême 33, et la partie correspondante 12 de la paroi du trou. La section transversale du trou 10 à la hauteur de la partie 11 est égale, et en tous cas n'est pas inférieure à sa section à la hauteur de la chambre 6, de façon à permettre un démoulage facile lors de la fabrication du collecteur. Le serrage des zones 31 et 32 assure, indépendamment de l'adhésif garnissant la chambre 6, un assemblage rigide du tube et du collecteur 1 et une parfaite immobilisation du tube dans sa direction longitudinale. Des bossages 13 et 14 sont prévus sur les faces principales du collecteur 1 de façon à augmenter localement son épaisseur autour du tube et à améliorer ainsi la rigidité de l'assemblage. A chaque tube 3 est associé un canal d'injection d'adhésif 15 reliant la chambre correspondante à l'un des côtés longitudinaux du collecteur, à savoir le côté 16 situé à gauche sur la figure 1. Les canaux d'injection 15-3 et 15-4 associés aux tubes 3-3 et 3-4 sont visibles à la figure 2. Le procédé d'assemblage de l'échangeur de chaleur est très simple. On engage les extrémités des tubes 3 dans les trous 10 du collecteur, les tubes ayant une section transversale constante leur permettant de passer facilement dans la partie 11 la plus étroite des trous. Lorsque les extrémités des tubes sont en place, on les élargit radialement de façon que leurs zones 31 et 32 soient serrées contre les parties 11 et 12 de la paroi des trous 10. Cette dilatation peut être réalisée par tout moyen connu, par exemple à l'aide d'un poinçon à expansion radiale introduit par l'ouverture d'extrémité du tube. On peut faire appel, pour obtenir le serrage, à l'élasticité du collecteur 1 comme décrit dans le brevet NO 2 512 941 du 14 septembre 1981 au nom de la Demanderesse.La section transversale maximale du tube est obtenue dans la zone de serrage 32 et jusqu'au bord extrême 33 du tube. Un degré d'élargissement ircindre est obtenu entre les zones 32 et 31 et au-desscus de cette dernière, la section transversale de la zone 31 étant encore légèrement inférieure par suite de la résistance offerte par le collecteur 1 dans la portion 11 de plus faible section du trou 10. Le serrage des zones 31 et 32 du tube assure, outre les fonctions mécaniques décrites ci-dessus,la formation d'une chambre annulaire 6 fermée par les zones de serrage de façon suffisamment étanche pour éviter des fuites de l'adhésif qui y sera introduit. Après avoir solidarisé ainsi, le cas échéant, les deux extrémités des tubes dans deux collecteurs, on procède à l'assemblage de la ou des boíte(s) à eau 2 sur le ou les collecteur(s) et à l'injection de l'adhésif dans les chambres 6, l'ordre de ces deux opérations étant indifférent. Pour l'injection de l'adhésif, on dispose l'échangeur de chaleur assemblé ou l'ensemble tubes-collecteurs de façon que les tubes s'étendent horizontalement et que le côté longitudinal 16 du ou des collecteur(s) dans lequel débouchent les canaux d'injection 15 soit dirigé vers le haut. L'adhésif peut alors être introduit dans toutes les chambres sans manipulation intermédiaire de l'échangeur de chaleur. Si nécessaire, un évent peut être prévu pour l'évacuation de l'air des chambres 6 dans l'une au moins des zones de serrage, à l'opposé du point d'injection. L'invention, qui a été décrite pour un échangeur de chaleur comportant une seule rangée de tubes, est également utilisable pour des échangeurs comportant deux rangées ou plus. Dans ce cas, il est possible de prévoir des canaux d'injection partant des deux côtés longitudinaux opposés du collecteur pour desservir les chambres associées aux tubes des différentes rangées, mais ceci présente l'inconvénient de nécessiter un retournement de l'échangeur de chaleur au cours du remplissage des chambres. Cet inconvénient peut être supprimé en disposant les tubes en quinconce de façon que les chambres puissent être desservies par des canaux partant d'un même côté longitudinal du collecteur perpendiculairement à ce lui ci, ou en orientant obliquement les canaux partant d'un même côté du collecteur pour qu'ils atteignent les différentes chambres. Bien entendu, l'invention est également applicable lorsque les tunes sont à section circulaire. Revendications. 1. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes (3) dont les extrémités sont fixées de façon étanche dans des trous (10) d'un collecteur en matière plastique (1) sur lequel est montée une boîte à eau (2), l'étan- chéité aux liquides entre chaque tube et le collecteur étant assurée par un adhésif remplissant une chambre annulaire (6) ménagée autour du tube dans l'épaisseur du collecteur, caractérisé en ce que l'extrémité du tube est élargie et vient en serrage contre la paroi du trou en deux zones annulaires (31,32) situées de part et d'autre de la chambre de façon à fermer celle-ci et à assurer une liaison mécanique rigide entre le tube et le collecteur, et qu'une multiplicité de canaux (15) d'injection d'adhésif relient les différentes chambres aux côtés du collecteur. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du tube est élargie jusqu'à une section transversale plus grande dans celle (32) desdites zones annulaires la plus proche du bord extrême (33) du tube que dans celle (31) la plus éloignée de ce bord. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu pour chaque tube un canal d'injection séparé reliant la chambre correspondante à un côté (16) du collecteur. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que tous les anaux d'injection débouchent dans un même côté longitudinal du collecteur. 5. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on engage avec jeu les extrémités de tubes dans les trous d'un collecteur, qu'on élargit radialement les extrémités des tubes pour assurer un serrage de celles-ci contre la paroi des trous en deux zones distantes axialement entre lesquelles subsiste une chambre annulaire autour de chaque tube, et qu'on injecte un adhésif dans les chambres au moyen de canaux ménagés dans le collecteur et débouchant dans les chambres et dans les côtés du collecteur. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour l'injection de l'adhésif, on dispose l'ensem- ble tubes-collecteur de façon que les tubes et les côtés longitudinaux du collecteur s'étendent horizontalement et qu'on remplit toutes les chambres, sans retourner ledit ensemble, par des canaux débouchant dans le côté longitudinal supérieur du collecteur.