Brevet FR2709816A1 — publié le 19950317

Echangeur de chaleur brasé utile notamment comme condenseur de climatisation pour véhicule L'invention concerne un échangeur de chaleur brasé utile notamment comme condenseur dans un appareil de climatisation de véhicule automobile. L'échangeur de chaleur de l'invention est du type comprenant - deux collecteurs tubulaires munis chacun de fentes transversales espacées, - des tubes plats disposés parallèlement en faisceau, présentant des grandes faces opposés et emmanchés par leurs extrémités dans les fentes des collecteurs, et - des intercalaires ondulés jouant le rôle d'ailettes et dont chacun est lié à des grandes faces en vis-à-vis de deux tubes adjacents. Les pièces composant les échangeurs de chaleur de ce type, c'est-à-dire les collecteurs, les tubes plats et les intercalaires ondulés, sont généralement formées en aluminium ou en alliages à base d'aluminium. Elles sont, au moins pour certaines d'entre elles, revêtues d'un placage de brasure présentant un point de fusion plus bas que celui de la matière dont ces pièces sont formées. Les tubes plats peuvent être électrosoudés et revêtus alors d'un placage de brasure. Mais on préfère de plus en plus utiliser des tubes plats extrudés, non revêtus de placage de brasure, du fait des difficultés rencontrées pour former un placage sur des tubes venus d'extrusion. Pour fabriquer un échangeur de chaleur de ce type, on dispose tout d'abord les intercalaires entre les tubes pour former un corps d'échangeur, puis on emmanche les extrémités des tubes dans les fentes correspondantes prévues sur les collecteurs, le pas déterminé par les fentes devant correspondre à celui des tubes du corps d'échangeur assemblé. L'échangeur ainsi assemblé est ensuite disposé horizontalement ou verticalement dans un four élevé à une température suffisante pour provoquer la fusion du placage de brasure et la formation de joints de brasure entre les extrémités des tubes et les collecteurs, d'une part, et aux points de contact entre les intercalaires et les tubes, d'autre part. Un des problèmes posés par la fabrication d'un tel échangeur de chaleur est celui de pouvoir assembler facilement les pièces qui le composent et de maintenir ces pièces correctement assemblées jusqu'à la fin de l'opération de brasage, sans qu'il soit nécessaire de recourir à des éléments extérieurs pour maintenir les pièces dans leur position correcte. Lorsque l'on utilise des tubes électrosoudés, il est possible de les comprimer transversalement pour les rapprocher et compenser ainsi l'épaisseur du placage de brasure qui, dans ce cas, est appliquée sur les tubes. Ceci permet de faire coïncider le pas des tubes avec celui des fentes des collecteurs, en vue d'emmancher les extrémités des tubes dans les fentes des collecteurs. Après emmanchement, les tubes maintiennent une pression sur les intercalaires, ce qui permet de maintenir les pièces de l'échangeur dans une position correcte. Lorsque l'on utilise des tubes extrudés, donc sensiblement rigides, il est pratiquement impossible de les comprimer pour compenser l'épaisseur du placage de brasure qui, dans ce cas, est appliquée sur les intercalaires. Il a donc été nécessaire, jusqu'à présent, de diminuer le pas de tube de l'ensemble tubes-intercalaires avant brasage pour qu'il coïncide avec celui des fentes des collecteurs, du moins localement au niveau des extrémités des tubes. Pour cela, on peut soit prévoir des chanfreins d'entrée entourant les fentes des collecteurs pour guider les extrémités des tubes lors de leur emmanchement, soit utiliser un peigne pour ramener les extrémités des tubes au pas voulu. L'inconvénient de cette solution est que les tubes prennent alors une forme en arc de cercle conférant à l'ensemble tubes-intercalaires une forme générale en tonneau avant brasage. Il en résulte que la distance entre deux tubes n'est pas constante, ce qui fait varier la pression sur les intercalaires. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. C'est en particulier un but de l'invention de procurer un échangeur de chaleur du type précité qui permet d'obtenir un bon contact entre les intercalaires et les tubes, et cela jusqu'à la fin de l'opération de brasage. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel échangeur de chaleur qui peut être ensuite facilement brasé, en toute position désirée, dans un four approprié. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction pour lequel on prévoit, dans le but de maintenir les tubes et les intercalaires assemblés en vue du brasage, que chaque tube comporte, sur l'une au moins de ses grandes faces, une nervure longitudinale propre à venir en contact avec l'intercalaire et à exercer une action de serrage s'opposant à tout déplacement relatif du tube et de l'intercalaire. Chaque tube comporte ainsi, soit sur l'une de ses grandes faces, soit sur ses deux grandes faces, une ou plusieurs nervures longitudinales qui exercent une action de serrage sur l'intercalaire venant en contact de la grande face considérée. Cette action de serrage est maintenue lorsque les extrémités des tubes sont emmanchées dans les fentes transversales des collecteurs, ce qui confère une bonne tenue mécanique à l'échangeur assemblé avant brasage. Cette tenue mécanique est conservée pendant toute l'opération de brasage, quelle que soit la position dans laquelle l'échangeur de chaleur est placé dans le four. Ces nervures sont continues et parallèles aux bords du tube. Dans une première forme de réalisation de l'invention, chaque tube comprend une seule nervure formée centralement sur l'une de ses grandes faces. Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, chaque tube comprend au moins une nervure formée sur une face et au moins une autre nervure formée sur une autre face du tube. Cette seconde forme de réalisation est préférée car le tube permet d'exercer une action de serrage sur les deux intercalaires disposés de part et d'autre du tube. Dans une première variante, le tube comprend une nervure disposée centralement sur une face et une autre nervure disposée centralement sur l'autre face. Dans ce cas, la grande face peut être plane et la nervure formée en saillie par rapport au plan de la grande face. On peut aussi former la nervure au sommet d'un dièdre d'angles obtus qui constitue la grande face du tube. Dans une autre variante, chaque tube comprend deux nervures disposées respectivement sur les deux grandes faces et à proximité d'un bord longitudinal. Dans une autre variante, chaque tube comprend une nervure formée centralement sur une grande face et deux nervures formées latéralement sur une autre grande face. Cette solution a pour avantage de permettre un empilement aisé des tubes avant assemblage des échangeurs de chaleur. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, chaque tube plat est formé par extrusion avec la ou les nervures longitudinales qu'il comprend. Un tel tube extrudé peut comporter des cloisons séparatrices internes pour le diviser en plusieurs canaux. La ou chaque nervure peut alors être située au-desus d'un canal afin de pouvoir calibrer le tube aux extrémités en jouant sur la plus grande souplesse de la paroi du tube entre deux cloisons. La largeur de la nervure doit être alors inférieure à celle du canal au-dessus duquel elle est située. En variante, la ou chaque nervure peut être située au-dessus d'une cloison, sa largeur étant alors variable. La forme de la nervure peut être quelconque mais il est préférable qu'elle soit la plus douce possible afin de ne pas marquer l'intercalaire. La hauteur de la nervure dépend à la fois du nombre de nervures par face du tube, de leur espacement, de la hauteur de l'intercalaire et de sa tolérance ainsi que de l'existence de nervures sur une face ou sur deux faces du tube. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en élévation d'un échangeur de chaleur brasé selon l'invention; - la figure 2 est un détail à échelle agrandie de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est un détail à échelle agrandie de la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe d'un tube extrudé selon l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe d'un autre tube extrudé selon l'invention; - la figure 7 est une vue en coupe de deux tubes extrudés empilés, réalisés selon une variante; - la figure 8 est une vue en coupe d'un tube extrudé selon une autre variante; et - la figure 9 est une vue en coupe d'un tube extrudé selon encore une autre variante. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend deux collecteurs tubulaires 10 de section générale cylindrique circulaire et d'axes parallèles. Ces collecteurs sont munis chacun de fentes transversales 12 espacées axialement d'un pas P. L'échangeur de chaleur comprend en outre des tubes plats 14 disposés parallèlement entre eux pour former un faisceau. Les tubes 14 présentent chacun deux grandes faces opposées 16 et ils sont emmanchés chacun par leurs extrémités 18 dans les fentes des collecteurs. Par ailleurs, l'échangeur de chaleur comprend des intercalaires ondulés 20 dont la forme rappelle celle d'une sinusoïde et qui jouent le rôle d'ailettes de refroidissement. Chacun des intercalaires 20 est lié aux grandes faces 16 en vis-àvis appartenant aux deux tubes qui lui sont adjacents. La structure générale d'un tel échangeur de chaleur est en elle-même connue. Les pièces qui le constituent sont avantageusement formées en aluminium ou alliages d'aluminium revêtus d'un placage de brasure. Ces échangeurs sont utilisés généralement pour former des condenseurs destinés à faire partie d'appareils de climatisation pour véhicule automobile. Conformément à l'invention, chaque tube 14 (figures 2 et 3) est muni d'au moins une nervure longitudinale 22 sur l'une au moins de ses grandes faces 16. Dans la forme de réalisation des figure 2 et 3, le tube 14 comprend deux nervures longitudinales 22 formées centralement sur les deux grandes faces 16. Dans la forme de réalisation représentée, chaque tube 14 est formé par extrusion avec la ou les nervures 22 qu'il comporte. Le tube 14 comprend en outre des cloisons transversales 24 reliant les deux faces 16 pour diviser le tube en plusieurs canaux 26 de circulation de fluide. Comme on le voit sur la figure 3, chacune des nervures 22 est située au-dessus d'un canal 26, ce qui autorise une légère déformation transversale du tube au niveau de la nervure, du fait de la souplesse relative de la paroi du tube qui s'étend entre deux cloisons 24. La nervure 22 a, dans l'exemple, une section transversale s'apparentant à celle d'un triangle isocèle au sommet arrondi. L'intercalaire 20, en forme générale de sinusoïde, comprend des parties sensiblement rectilignes 28, qui peuvent être éventuellement gaufrées, et qui sont reliées entre elles par des parties incurvées 30 en forme d'arcs de cercle (figu re 2). Chaque intercalaire 20 est destiné à être lié par brasage aux deux tubes 14 adjacents, par l'intermédiaire des parties incurvées 30. Dans l'exemple, chaque intercalaire 20 est formé d'une âme centrale 32 (figure 4) en aluminium ou alliage d'aluminium, laquelle est revêtue sur ses deux faces d'un placage de brasure 34. Lorsque les tubes 14 et les intercalaires 20 sont assemblés entre eux pour former un corps d'échangeur de chaleur, les nervures 22 viennent au contact des intercalaires et y exercent une action de serrage s'opposant à tout déplacement relatif des tubes et des intercalaires. Si l'on exerce une pression transversale sur les tubes pour les rapprocher entre eux, les nervures 22 ont tendance à provoquer une légère marque dans le placage 34 qui est habituellement formé en un alliage mou à bas point de fusion. Il suffit ensuite d'emmancher les extrémités 18 des tubes dans les fentes 12 des collecteurs 10. Après assemblage, les nervures 22 poursuivent leur action de serrage et s'opposent au déplacement relatif des tubes et des intercalaires. L'ensemble peut alors être placé, en toute position voulue, à l'intérieur d'un four pour assurer le brasage. Bien entendu, les collecteurs 10 sont également revêtus d'un placage de brasure pour assurer une soudure entre les collecteurs et les tubes. Le tube 14 peut être réalisé avec différentes sections transversales. Dans la forme de réalisation de la figure 5, il est prévu une seule nervure 22 formée au centre d'une des deux faces 16 du tube. Dans la forme de réalisation de la figure 6, le tube comporte deux nervures 22 prévues chacune au centre de chaque grande face 16, comme dans le cas des figures 2 et 3. Dans la forme de réalisation de la figure 7, chaque tube 14 comprend une nervure 22a prévue au centre d'une des grandes faces et deux nervures latérales 22b formées près des deux bords latéraux du tube. Cette disposition facilite l'empilement des tubes, avant assemblage des échangeurs de chaleur, pour leur transport et leur stockage. Dans la forme de réalisation de la figure 8, le tube comprend deux nervures 22c formées chacune au sommet d'un dièdre d'angle obtus p qui constitue une grande face 16 du tube. Dans la forme de réalisation de la figure 9, le tube comprend deux nervures 22d disposées respectivement sur les grandes faces 16 et à proximité d'un bord longitudinal 36. Dans les différentes formes de réalisation représentées aux figures 5 à 9, les nervures sont à chaque fois prévues audessus d'un canal 26, ce qui autorise une légère déformation du tube, dans le sens transversal, compte tenu de la souplesse relative de la paroi. En variante, on pourrait prévoir que les nervures soient formées à chaque fois au-dessus d'une cloison 24. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un échangeur de chaleur comportant des tubes extrudés, elle pourrait s'appliquer également à des tubes électrosoudés, bien que la formation des nervures soit plus facile à obtenir avec un procédé d'extrusion. L'invention s'applique tout particulièrement à la réalisation de condenseurs pour des appareils de climatisation de véhicule automobile. Revendications 1.- Echangeur de chaleur brasé, comprenant - deux collecteurs tubulaires (10) munis chacun de fentes transversales (12) espacées les unes des autres, - des tubes plats (14) disposés parallèlement en faisceau, présentant des grandes faces opposées (16) et emmanchés par leurs extrémités (18) dans les fentes (12) des collecteurs (10), et - des intercalaires ondulés (20) jouant le rôle d'ailettes et dont chacun est lié à des grandes faces (16) en vis-à-vis appartenant à deux tubes adjacents (14), caractérisé en ce que, dans le but de maintenir les tubes (14) et les intercalaires (20) assemblés en vue du brasage, chaque tube (14) comporte, sur l'une au moins de ses grandes faces (16), une nervure longitudinale (22) propre à venir en contact avec l'intercalaire (20) et à exercer une action de serrage s'opposant à tout déplacement relatif du tube et de l'intercalaire. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube (14) comprend une seule nervure (22) formée centralement sur une de ses grandes faces (16). 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube (14) comprend au moins une nervure (22) sur une grande face (16) et au moins une nervure (22) sur une autre grande face (16). 4.- Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque tube (14) comprend une nervure (22) formée centralement sur une grande face (16) et une autre nervure (22) formée centralement sur une autre grande face (16). 5.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque grande face (16) est plane et en ce que la nervure (22) est en saillie par rapport au plan de la grande face. 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la nervure (22c) est formée au sommet d'un dièdre d'angle obtus (p) qui constitue la grande face (16) du tube (14). 7.- Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque tube (14) comprend deux nervures (22d) formées respectivement sur les deux grandes faces (16) et à proximité d'un bord longitudinal (36). 8.- Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube (14) comprend une nervure (22a) formée centralement sur une grande face (16) et deux nervures (22b) formées latéralement sur une autre grande face (16). 9.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque tube plat (14) est formé par extrusion avec la ou les nervures longitudinales (22) qu'il comprend. 10.- Echangeur de chaleur selon la revendication 9, dans lequel chaque tube (14) comporte des cloisons (24) le divisant en canaux (26), caractérisé en ce que la ou chaque nervure longitudinale (22) est formée au-dessus d'un canal (26). 11.- Echangeur de chaleur selon la revendication 9, dans lequel chaque tube (14) comporte des cloisons (24) le divisant en canaux (26), caractérisé en ce que la ou chaque nervure longitudinale (22) est formée au-dessus d'une cloison (24).