Brevet FR2689620A1 — publié le 19931008

Procédé de fabrication d'un chauffe-eau à circulation Pour distributeur de boissons chaudes et chauffe-eau obtenu par ce procédé L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un chauffe-eau à circulation pour distributeur de boissons chaudes telles que café et thé, ledit chauffeeau comprenant un corps de chauffe électrique tubulaire conformé sensiblement en U et un tube de conduite d'eau destiné à être relié mécaniquement et thermiquement au corps de chauffe. Dans les chauffe-eau connus de ce genre, le tube de conduite d'eau est généralement assemblé au corps de chauffe par brasage Le tube est alors soudé au corps par fusion d'un métal d'apport, ce qui apporte une bonne adhésion. L'inconvénient du brasage réside dans le fait que le métal d'apport, par exemple un alliage d'aluminium au silicium, est différent du matériau du tube et du corps, en général en aluminium En effet, le métal d'apport doit avoir un point de fusion beaucoup plus bas ( 580 'C) que celui dudit matériau ( 660 'C) Il n'y a pas donc pratiquement pas de fusion dudit matériau, mais seulement une très légère pénétration du métal d'apport par capillarité dans ledit matériau Ceci a pour résultat de former un milieu discontinu constituant un frein au passage du flux d'énergie calorifique De plus, le brasage est un procédé long et coûteux En effet, il est nécessaire d'une part, de sertir une plaque de jonction autour du corps et -du tube pour assurer la liaison mécanique pendant l'opération de brasage, et d'autre part de décaper les pièces et de cuire au four (environ deux heures) l'ensemble corps- cordon de soudure-tube Ce procédé consomme aussi beaucoup d'énergie Dans d'autres chauffe-eau connus, le corps de chauffe et le tube de conduite d'eau sont formés d'une seule pièce par extrusion et reliés entre eux par une cloison qui permet un bon transfert thermique L'inconvénient majeur d'un tel procédé est de ne pas pouvoir utiliser toutes les dimensions et formes souhaitées pour le bitube constitué par la cloison, le corps et le tube En effet, le cintrage du tube pour obtenir une conformation en U, d'une part, nécessite de donner à la cloison une longueur et un positionnement particuliers et, d'autre part, ne permet pas d'utiliser un tube de conduite d'eau de diamètre très important. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, d'offrir un procédé d'assemblage entre le corps de chauffe et le tube de conduite d'eau qui assure une excellente liaison thermique et mécanique et qui soit rapide tout en permettant d'utiliser différentes formes et dimensions pour le corps et le tube. Selon l'invention, on cintre séparément le corps de chauffe et le tube de conduite d'eau; puis on relie le tube de conduite d'eau au corps de chauffe par une soudure à l'arc électrique sous flux de gaz neutre. Ainsi, grâce à la soudure à l'arc sous flux de gaz neutre, on obtient une bonne liaison mécanique et un excellent transfert thermique entre le corps de chauffe et le tube de conduite d'eau En effet, ce procédé provoque la fusion d'une partie35 du matériau des pièces à souder et il y a donc diffusion entre les matériaux des pièces à souder, et éventuellement entre lesdits matériaux et un métal d'apport extérieur Ainsi l'énergie thermique traverse un milieu continu depuis le corps de chauffe vers le tube de conduite d'eau De plus, ce procédé n'impose pas de contraintes de formes et de dimensions pour le corps de chauffe et le tube de conduite d'eau. Par ailleurs, ce procédé est relativement économique car la consommation en gaz neutre, en métal d'apport éventuel et en énergie électrique est assez faible Le procédé peut être aisément robotisé dans le cas d'une fabrication en grande série De plus, il est particulièrement rapide puisqu'il ne nécessite aucune préparation et que l'opération de soudure ne prend que quelques secondes. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1, illustre schématiquement le procédé de fabrication d'un chauffe-eau selon l'invention; la figure 2 est une vue de dessous d'un chauffe-eau selon l'invention; la figure 3 est une coupe selon la ligne III III de la figure 2. Le procédé tel qu'illustré sur la figure 1 est destiné à la fabrication d'un chauffe-eau à circulation qui est destiné à être monté dans un distributeur de boissons chaudes telles que café et thé et qui comprend un corps de chauffe électrique tubulaire 1 conformé sensiblement en U et un tube de conduite d'eau 2 destiné à être relié mécaniquement et thermiquement au corps de chauffe. Selon l'invention, on cintre séparément le corps de chauffe 1 et le tube de conduite d'eau 2 selon des courbes homothétiques; on place le corps 1 et le tube 2 de façon pratiquement adjacente dans un dispositif de maintien provisoire D; puis on relie le tube de conduite d'eau 2 au corps de chauffe 1 par une soudure à l'arc électrique sous flux de gaz neutre On utilise, par exemple, de l'argon ou un mélange argon hélium Le gaz neutre évite la formation d'oxyde sur le métal en fusion L'arc électrique est provoqué entre ledit corps et ledit tube et une électrode 3 disposée dans un conduit 4 o circule ledit gaz (selon les flèches F), pour constituer ainsi une torche de soudage 5. Les pièces à souder et l'électrode sont à cet effet reliées à une source de courant 6 dont l'intensité est d'environ 150 A et dont la tension est de 16 à 18 V L'avantage de la soudure à l'arc est de fournir une chaleur suffisante pour provoquer la fusion du matériau, par exemple l'aluminium, des pièces à souder On peut ainsi, sans métal d'apport extérieur faire simplement fondre le matériau d'une partie des pièces à souder, qui se mélangent de manière à former un milieu continu n'offrant aucune barrière à l'énergie thermique Dans le cas d'un corps de chauffe dont la section est polygonale, la liaison intime constituée par la fusion du matériau est avantageusement effectuée dans une région angulaire dudit corps. Mais on relie avantageusement le tube de conduite d'eau 2 au corps de chauffe 1 à l'aide d'un métal d'apport 7 destiné à fondre sous l'effet de l'arc électrique Ce métal d'apport va lui-même se mélanger au matériau des pièces à souder pour former un milieu continu Pour cela, on utilise de préférence un métal d'apport 7 de même nature que celle du matériau du corps de chauffe et du tube de conduite d'eau, par exemple l'aluminium. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, comme on le voit sur la figure 1, le métal d'apport 7 se présente sous la forme d'un fil bobiné constituant l'électrode 3 On dévide en continu l'électrode 3 par l'intérieur du conduit 4 de la torche de soudage 5, à partir d'une bobine 8 et, par exemple, grâce à des galets rotatifs motorisés 9 A l'intérieur du conduit 4 dans lequel circule le gaz neutre, le fil est maintenu en position grâce à un guide 10 qui sert également de contact électrique avec la source de courant 6. L'arc électrique se produit à l'extrémité libre 11 du fil (soudure de type M I G). Le tube de conduite d'eau 2 et le corps de chauffe 1 sont maintenus pendant l'opération de soudage par un dispositif de maintien provisoire D qui sert aussi de contact électrique avec la source de courant 6. Selon un autre mode de réalisation de l'invention (non représenté) on amène le métal d'apport en continu par l'extérieur de la torche de soudage et l'on utilise alors une électrode en tungstène (soudure de type T I G). Ce procédé de fabrication peut aisément être robotisé En effet, il suffit que la torche de soudage 5 soit guidée par un robot (non représenté) pour suivre la forme du corps de chauffe 1 et du tube de conduite d'eau 2, on peut donc utiliser des formes quelconques Mais il est avantageux de cintrer préalablement le corps de chauffe 1 et le tube de conduite d'eau 2 respectivement selon deux arcs de cercle homothétiques On peut alors souder selon la zone ménagée entre ledit corps et ledit tube, cette zone ayant elle-même la forme d'un arc de cercle Ceci permet d'utiliser une torche de soudage fixe On place alors le dispositif de maintien du tube de conduite d'eau et le corps de chauffe sur un plateau rotatif Il suffit donc de faire tourner le plateau par rapport à la torche pendant l'opération de soudage pour obtenir une soudure en arc de cercle Cette solution est particulièrement économique. Comme on le voit mieux sur les figures 2 et 3, le chauffe-eau comportant en outre un support 13 pour un thermostat 14 et un fusible 15, on soude le support 13 au tube de conduite d'eau également par soudure à l'arc électrique sous flux de gaz neutre. Ainsi, le bon transfert thermique réalisé grâce à la soudure à l'arc permet d'obtenir une réponse rapide du thermostat 14 et du fusible 15, et donc d'améliorer la sécurité. Le chauffe-eau, représenté aux figures 2 et 3 et obtenu par le procédé selon l'invention, comprend le corps de chauffe 1 et le tube de conduite d'eau 2, qui sont reliés entre eux par un cordon de soudure 16 provenant de la fusion du métal d'apport 7. La soudure à l'arc permet d'utiliser des pièces de dimensions et de formes quelconques et de disposer le cordon de soudure 16 à un endroit idéal pour obtenir un bon transfert thermique. Dans un mode de réalisation préféré, le corps de chauffe 1, qui est en général cylindrique au départ, est compacté préalablement au cintrage de manière que sa section ait une forme polygonale Le cordon de soudure entre le corps de chauffe 1 et tube de conduite d'eau 2 est alors déposé dans une région angulaire 17 dudit corps de chauffe 1, de manière à obtenir une zone de bon contact thermique avec le tube de conduite d'eau. La forme polygonale permet d'obtenir une surface supérieure plane 18 sur laquelle pourra être posée une plaque P de maintien au chaud destinée à maintenir au chaud l'infusion, et ainsi, on améliore le transfert thermique entre le corps de chauffe et ladite plaque De plus, la forme polygonale permet d'éviter lors du cintrage que le corps de chauffe ne se vrille Dans la pratique, on utilise, par exemple, une section parallèlèpipédique ayant une hauteur d'environ 9 ou 10 mm. La soudure à l'arc permet aussi d'utiliser des tubes de conduite d'eau de différentes dimensions L'augmentation de la section du tube permet d'augmenter la puissance électrique et donc le débit d'eau sans faire varier beaucoup la température (environ 950 C). De préférence, on conforme la section du tube de conduite d'eau de manière oblongue selon un axe vertical, le cordon de soudure entre le tube et le corps s'étend alors d'une région angulaire inférieure 17 du corps de chauffe jusqu'à la région médiane 19 du tube de conduite d'eau Ainsi, les bulles de vapeur formées au contact de cette région médiane 19 se détachent de la paroi pour s'élever dans la partie supérieure, les bulles étant remplacées par de l'eau qui est ainsi continuellement renouvelée. Ainsi, alors que l'on utilisait habituellement un tube cylindrique de diamètre intérieur de 9 à 10 mm pour une puissance de 800 Watt environ, on peut ici utiliser, pour obtenir une puissance supérieure à 1000 Watt par exemple, un tube oblong ayant une largeur interne 1 de 10 à 12 mm pour une hauteur interne h de 14 à 16 mm. En effet, il est important de disposer le cordon de soudure 16 dans la région médiane 19 proche de la mi-hauteur du tube de conduite d'eau Cela permet de maintenir un contact prolongé entre l'eau et la région latérale chaude, puisque l'on évite que le transfert thermique ait lieu dans la partie supérieure du tube o se formerait un matelas de vapeur isolant l'eau de la région chaude. Dans l'exemple de réalisation, la région angulaire inférieure 17 est située environ à 9-10 mm de la plaque de maintien au chaud, tandis que la partie médiane du tube est située à 7-8 mm de la partie supérieure du tube La partie supérieure du tube est donc située en dessous de la surface supérieure plane 18 du corps de chauffe et donc en dessous de la plaque P de maintien au chaud. Revendications 1 Procédé de fabrication d'un chauffe-eau à circulation qui est destiné à être monté dans un distributeur de boissons chaudes telles que café et thé et qui comprend un corps de chauffe électrique tubulaire ( 1) conformé sensiblement en U et un tube de conduite d'eau ( 2) destiné à être relié mécaniquement et thermiquement au corps de chauffe, caractérisé en ce que l'on cintre séparément le corps de chauffe ( 1) et le tube de conduite d'eau ( 2); puis on relie le tube de conduite d'eau ( 2) au corps de chauffe ( 1) par une soudure à l'arc électrique sous flux de gaz neutre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on relie le tube de conduite d'eau ( 2) au corps de chauffe ( 1) à l'aide d'un métal d'apport ( 7) destiné à fondre sous l'effet de l'arc électrique provoqué entre ledit tube et ledit corps et une électrode ( 3) disposée dans un conduit ( 4) o circule ledit gaz, pour constituer ainsi une torche de soudage ( 5). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise un métal d'apport ( 7) de même nature que celle du matériau du corps de chauffe ( 1) et du tube de conduite d'eau ( 2), par exemple l'aluminium. 4 Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le métal d'apport ( 7) se présentant sous la forme d'un fil bobiné constituant l'électrode ( 3), on dévide en continu l'électrode ( 3) par l'intérieur du conduit ( 4) de la torche de soudage ( 5). Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on amène le métal d'apport en continu par l'extérieur de la torche de soudage et l'on utilise une électrode en tungstène. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, le chauffe-eau comportant en outre un support ( 13) pour un thermostat ( 14) et un fusible ( 15), on soude le support ( 13) au tube de conduite d'eau ( 2) également par soudure à l'arc électrique sous flux de gaz neutre. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on cintre le corps de chauffe ( 1) et le tube de conduite d'eau ( 2) respectivement selon deux arcs de cercle homothétiques, puis on soude selon une zone ménagée entre ledit corps et ledit tube. 8 Chauffe-eau à circulation fabriqué selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le corps de chauffe ( 1) et le tube de conduite d'eau ( 2) sont reliés entre eux par un cordon de soudure ( 16) provenant de la fusion du métal d'apport ( 7). 9 Chauffe-eau selon la revendication 8, caractérisé en ce que, la section du corps de chauffe ( 1) étant polygonale, le cordon de soudure entre le corps de chauffe ( 1) et le tube de conduite d'eau ( 2) est déposé dans une région angulaire ( 17) dudit corps de chauffe. Chauffe-eau selon la revendication 9, caractérisé en ce que, la section du tube de conduite d'eau ( 1) étant oblongue selon un axe vertical, le cordon de soudure entre le tube de conduite d'eau ( 2) et le corps ( 1) s'étend d'une région angulaire inférieure ( 17) du corps de chauffe jusqu'à une région médiane ( 19) du tube de conduite d'eau.