Brevet FR2642155A1 — publié le 19900727

Echangeur de chaleur à tubes collés et procédé pour sa fabrication L'invention concerne un échangeur de chaleur à tubes collés, destiné notamment aux installations de chauffage et/ou de climatisation de véhicules automobiles, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Des échangeurs de chaleur à tubes collés de ce type sont décrits dans la demande de brevet européen n 0 000 189 et dans la demande de brevet allemand n 2 363 992. Ces échangeurs de chaleur connus comprennent un faisceau de tubes et au moins un collecteur en matière plastique -15 qui ménage une multiplicité de trous, dans lequel chaque trou est entouré par une rainure fermée propre à être remplie de colle et dans laquelle peut être introduite l'extrémité d'un tube en vue de sa fixation par collage sur le collecteur. Pour fabriquer un échangeur de chaleur de ce type, on remplit chaque rainure de colle, on introduit ensuite les extrémités des tubes du faisceau dans les rainures correspondantes du collecteur et on durcit ensuite la colle, par exemple par passage dans une étuve. Lors de la fabrication de ces échangeurs de chaleur connus, il peut arriver que les axes des tubes ne soient pas parfai- tement alignés avec les axes correspondants des trous du collecteur. En pareil cas, on ne peut garantir la conti- nuité du film de colle, celui-ci pouvant être partiellement raclé par le bord du tube au moment du montage. I1 peut alors en résulter un défaut de colle et, par conséquent, un défaut d'étanchéité de la liaison entre le tube et le collecteur. L'invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient. Elle propose, à cet effet, un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le collecteur comprend, à l'entrée de chaque rainure, un bourrelet périphérique formé en saillie sur une paroi interne de la rainure et propre à coopérer avec l'intérieur du tube, pour assurer son centrage et garantir ainsi une épaisseur minimale de colle entre le tube et la paroi interne de la rainure. Grâce à l'existence du bourrelet, il existe toujours un espace rempli de colle entre la paroi interne de la rainure et l'intérieur du tube,et cela quels que soient les défauts de coaxialité inhérents au moulage du collecteur et à- l'assemblage du faisceau de l'échangeur. Par ailleurs, ce bourrelet empêche toute fuite de colle lors de l'introduction des tubes du faisceau dans les rainures correspondantes du collecteur. Dans une première forme de réalisation de l'invention, la paroi interne de la rainure est en dépouille, sa section transversale allant en augmentant vers le fond de la rai- nure. En pareil cas, on préfère que la section transversale de la paroi interne de la rainure, au niveau du fond de cette dernière, corresponde sensiblement à la section transversale du bourrelet. On obtient ainsi un guidage et un centrage du tube non seulement au niveau du bourrelet mais aussi au niveau du fond de la rainure. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la paroi interne de la rainure est cylindrique, sa section transversale étant constante et de dimension inférieure à celle de la section transversale du bourrelet. En pareil cas, on préfère que la paroi interne de la rainure se raccorde avec le fond de la rainure par une partie évasée. Cette partie évasée contribue au guidage et au centrage du tube en fin d'introduction dans la rainure. En outre, lorsque l'extrémité du tube vient en butée avec cette partie évasée, il se crée un évasement du tube assurant une meilleure liaison entre le tube et le collecteur, par l'intermédiaire du joint de colle L'invention s'applique tout particulièrement à des échan- geurs de chaleur dans lesquels les tubes sont de section circulaire. En pareil cas, la rainure est annulaire et est, de préférence, formée dans un collet du collecteur qui entoure le trou. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comme défini ci-dessus, ce procédé comprenant les opérations suivantes: - remplir de colle chaque rainure du collecteur; introduire dans chaque rainure l'extrémité d'un tube en direction du fond, de sorte que le bourrelet assure le guidage et le centrage du tube; et durcir la colle pour assurer la liaison entre les tubes et le collecteur. Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un échangeur de chaleur selon la première forme de réalisation précitée, la coupe faisant apparaître du côté gauche le tube avant introduction dans la rainure et, du côté droit, le tube après son introduction dans la rainure; et - la figure 2 est une vue en coupe partielle, analogue à celle de la figure 1, d'un échangeur de chaleur selon la seconde forme de réalisation précitée. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend un collecteur 10 en matière plastique, par exemple en polyamide chargé de fibres de verre. Ce collecteur comprend une plaque 12 qui ménage une multiplicité de trous 14, dont un seul est visible sur la figure. Chaque trou 14 est limité par une paroi cylindrique 16 de section circu- laire et d'axe XX. Cette paroi 16 est formée à l'intérieur d'un collet cylindrique 18 d'axe XX qui présente une paroi externe 20 raccordée, d'une part, à une face 22 de la plaque 12 et, d'autre part, à une face annulaire 24 du collet. Le trou 16 s'étend depuis la face annulaire 24 jusqu'à la face opposée 26 de la plaque 12. Dans l'épaisseur du collet 18, est ménagée une rainure fermée 28 de forme générale annulaire qui est limitée par une paroi interne tronconique 30 en dépouille, d'axe XX, par une paroi externe cylindrique 32 de section circulaire d'axe XX et par une paroi de fond 34 de forme annulaire. A l'entrée de la rainure 28, est prévu un bourrelet périphé- rique 36 formé en saillie sur la paroi interne 30. Le bourrelet 36 comprend un chanfrein 38 qui se raccorde, d'une part, avec la face annulaire 24 et, d'autre part, avec la paroi interne 30 par un bord arrondi 40. La section transversale de la paroi interne 30 augmente progressivement en direction du fond 34 de la rainure, la section transver- sale de la paroi 30 au niveau du fond -34 correspondant sensiblement à la section transversale du bourrelet 36, au niveau du bord arrondi 40. La paroi externe 32 se raccorde sur le bord annulaire 24 par une partie évasée 42. Le bourrelet 36 est venu de moulage avec le collecteur et présente une faible hauteur permettant son démoulage en force. La rainure 28 est propre à être remplie d'une colle 44, par exemple une colle époxy à un seul composant. L'échangeur de chaleur comprend en outre un faisceau formé d'une multiplicité de tubes 46 dont un seul est représenté à la figure 1. Chaque tube comprend un corps cylindrique 48 à section circulaire qui est évasé pour former une extrémité cylindrique 50 de section circulaire de diamètre légèrement supérieur à celui du corps du tube. Le diamètre intérieur de l'extrémité 50 est égal ou très légèrement supérieur au diamètre du bourrelet 36 dans sa région de plus grande épaisseur, c'est-àdire au niveau du bord arrondi 40. Pour fabriquer l'échangeur de chaleur de la figure 1, on remplit chaque rainure 28 d'une quantité appropriée de colle et on positiofine ensuite les extrémités respectives 50 des tubes 46 du faisceau en regard des rainures corres- pondantes, comme montré sur la partie gauche de la coupe de la figure 1, les extrémités des tubes étant sensiblement alignées sur les trous correspondants. On déplace ensuite les tubes parallèlement à l'axe XX, dans le sens indiqué par la flèche F, de manière à plonger chaque extrémité 50 dans la colle 44 contenue dans la rainure correspondante. Au fur et à mesure de ce déplace- ment, la face interne de l'extrémité 50 est guidée et centrée par le bourrelet 36. En fin de course, le bord d'extrémité 52 de l'extrémité 50 vient en appui au niveau du raccordement entre la paroi interne 30 et la paroi de fond 34 de la rainure, ce qui contribue également au centrage du tube. Ainsi, même si les tubes ne sont pas, au départ, correcte- ment alignés avec les trous correspondants, l'alignement est nécessairement réalisé au cours de l'assemblage. On est sûr qu'il existe toujours un film de colle 54, d'épaisseur minimale, compris entre la paroi interne 30 et l'intérieur de l'extrémité 50 du tube, comme montré sur la partie droite de la figure 1. Après introduction des extrémités des tubes dans les rainures correspondantes, il suffit de durcir la colle, par exemple par passage dans une étuve. TL'échangeur de chaleur représenté à la figure 2 est prati- quement identique à celui de la figure 1 et tous les élé- ments communs sont désignés par les mêmes références numé- riques. La seule différence réside dans le fait que la rainure 28 comprend une paroi interne cylindrique 56 et non pas une paroi interne tronconique en dépouille comme dans le cas de la figure 1. Cette paroi cylindrique 56 a une section circulaire constante centrée sur l'axe XX, le diamètre de la paroi 56 étant légèrement inférieur au diamètre du bourrelet 36 dans sa partie de plus grande épaisseur. La paroi 56 se raccorde à la paroi de fond 34 par l'intermédiaire d'une partie évasée 58. La fabrication de l'échangeur de chaleur de la figure 2 s'effectue de la même manière que celui de la figure 1. Toutefois, en fin d'introduction, le bord libre 52 de l'extrémité 50 du tube 46 vient en butée contre la partie évasée 58 et forme ainsi un bord légèrement évasé 60 comme montré sur la partie droite de la figure 2. La partie évasée 58 permet, d'une part, de centrer l'extré- mité 50 en fin -de course d'introduction et, d'autre part, de former le bord évasé 60, contribuant ainsi à un meilleur ancrage de l'extrémité 50 dans la colle. On obtient, dans ce cas, un film 62, d'épaisseur constante, entre la paroi interne cylindrique 56 et l'extrémité 50 du tube. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un échangeur de chaleur comprenant des tubes de section circu- laire, elle s'applique également à des échangeurs de chaleur dans lesquels les tubes ont des sections de formes diffé- rentes, en particulier des sections de forme ovale. Il suffit alors de prévoir des rainures de forme conjuguée dans le collecteur. Par ailleurs, dans les formes de réalisation représentées, chaque rainure est formée dans un collet qui dépend de la plaque à trous. Il est possible, en variante, de former directement les rainures dans la plaque à trous, à condition de prévoir une plaque de plus grande épaisseur. L'invention s'applique tout particulièrement à des échan- geurs de chaleur pour des installations de chauffage et/ou de climatisation pour véhicule automobile. De tels échan- geurs peuvent comporter deux collecteurs prévus respecti- vement aux deux extrémités du faisceau, ou bien un seul collecteur raccordé sur un faisceau de tubes en U. Revendications 1. - Echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes (46) et au moins un collecteur (10) en matière plastique qui ménage une multiplicité de trous (14) et dans lequel chaque trou (14) est entouré par une rainure fermée (28) propre à être remplie de colle-(44) et dans laquelle peut être introduite l'extrémité (50) d'un tube (46) en vue de sa fixation par collage sur le collecteur, caractérisé en ce que le collecteur (10) comprend, à l'entrée de chaque rainure (28), un bourrelet périphérique (36) formé en saillie sur une paroi interne (30;56) de la rainure (28) et propre à coopérer avec l'intérieur de l'extrémité (50) du tube pour assurer son centrage et garantir ainsi une épaisseur minimale de colle (54;62) entre le tube et la paroi interne de la rainure. 2. - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la paroi interne (30) de la rainure (28) est en dépouille, sa section transversale allant en augmen- tant vers le fond (34) de la rainure. 3. - Echangeur de chaleur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la section transversale de la paroi interne (30) de la rainure (28) au niveau du fond (34) de la rainure correspond sensiblement à la section transversale du bour- relet (36). 4. - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la paroi interne (56) de la rainure (28) est cylindrique, sa section transversale étant constante et de dimension inférieure à celle de la section transver- sale du bourrelet (36). 5. - Echangeur de chaleur selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la paroi interne (56) de la rainure (28) se raccorde avec le fond, (34) de la rainure par une partie évasée (58). 6. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en 'ce que le bourrelet (36) est venu de moulage avec le collecteur (10) et présente une faible hauteur pour pouvoir être démoulé en force. 7. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bourrelet (36) comprend un chanfrein (38) qui se raccorde à la paroi interne de la rainure par un bord arrondi (40). 8. - Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les extrémités (50) des tubes (46) sont de section circulaire, caractérisé en ce que la rainure (28) est annulaire et formée dans un collet (18) du collecteur qui entoure le trou (14). 9. - Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: - remplir de colle (44) chaque rainure (28) du collecteur (10); - introduire dans chaque rainure (28) l'extrémité (50) d'un tube (46) en direction du fond (34) de la rainure, de sorte que le bourrelet (36) assure le guidage et le centrage du tube; et - durcir la colle (44) pour assurer la liaison des tubes au collecteur. 10. - Procédé selon la revendication 9, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'on introduit chaque extrémité de tube (50) de manière qu'elle vienne en butée avec la partie évasée (58) du fond de la rainuré pour former un bord évasé (60).