Brevet FR2728672A1 — publié le 19960628

Echangeur de chaleur à éléments tubulaires emboîtés, notamment pour véhicules automobiles, et procédé de fabrica- tion L'invention concerne un échangeur de chaleur à assemblage d'éléments tubulaires emboîtés, notamment pour véhicules automobiles, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. On connaît déjà des échangeurs de chaleur qui comprennent un faisceau de tubes avec assemblage d'éléments tubulaires par emboîtement d'une extrémité mâle d'un premier élément tubulaire dans une extrémité femelle d'un second élément tubulaire. Les premiers éléments tubulaires peuvent être des tubes de raccordement, par exemple en forme de crosses, et les seconds éléments tubulaires peuvent être des tubes droits et parallèles constituant le faisceau proprement dit et traversant des ailettes, comme enseigné par les Brevets français 89 15309 et 90 16168. Un tel échangeur peut être utilisé notamment comme évapora- teur ou condenseur pour la climatisation d'un véhicule automobile, les tubes du faisceau étant alors parcourus par un fluide frigorigène. Ce fluide frigorigène échange de la chaleur avec un flux d'air qui balaie les tubes du faisceau. Dans un tel échangeur de chaleur, il est impératif d'assurer l'étanchéité de l'assemblage des premiers et seconds éléments tubulaires au niveau de leur raccordement. Une première solution connue consiste à assurer la liaison étanche des assemblages par une opération de brasage qui nécessite un four de brasage. Une autre solution connue consiste à assurer l'assemblage au moyen d'une bague de sertissage ou de serrage qui est déplacée axialement au moyen d'une presse, de manière à entourer l'extrémité femelle dans laquelle a été au préala- ble emboîtée l'extrémité mâle. Une telle bague de sertissage doit comporter un profil interne particulier qui permet d'assurer un serrage progres- sif lorsqu'elle est déplacée axialement autour de l'assem- blage. Cette dernière solution connue nécessite un outillage relativement complexe pour permettre la manipulation des bagues. L'invention vise à éviter les inconvénients précités en proposant une autre solution qui s'apparente dans une certaine mesure à la dernière solution. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les deux extrémités mâle et femelle emboîtées sont serrées par une bague préalable- ment dilatée par augmentation de température et contractée ensuite par retour à la température ambiante. Ainsi, la jonction des deux éléments de tubes se fait par l'intermédiaire d'une bague en utilisant les propriétés de dilatation et de rétraction du matériau de la bague en fonction de la température. Il en résulte que, grâce à l'invention, on supprime les opérations complexes de brasage. On supprime également les opérations à la presse qui sont nécessaires lorsqu'on utilise des bagues de sertissage. Par ailleurs, la géométrie de la bague est simplifiée par rapport aux bagues de sertissage qui doivent comporter un profil interne particulier. Selon une autre caractéristique de l'invention, la bague est formée d'un métal ou alliage métallique propre à se dilater radialement par élévation de la température et à se contrac- ter radialement par abaissement de la température. A titre d'exemple, la bague peut être réalisée en acier, les tubes étant constitués en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le premier élément tubulaire est un tube de raccordement, par exemple en forme de crosse, et le second élément tubulaire est un tube droit du faisceau. L'échangeur de chaleur peut constituer alors un évaporateur ou un condenseur propre à être parcouru par un fluide réfrigérant et utilisable dans une installation de chauf- fage-climatisation de véhicule automobile. Selon une autre particularité de l'invention, la bague comprend une dimension interne initiale inférieure à la dimension externe de l'extrémité femelle et une dimension interne transitoire, après chauffage, qui est supérieure à la dimension externe de l'extrémité femelle. Ainsi, la bague non dilatée ne peut être glissée axialement autour de l'extrémité femelle. Ce n'est qu'après chauffage qu'elle peut être glissée axialement autour de l'extrémité femelle. Lorsqu'ensuite la bague est ramenée à la température ambiante, elle se contracte et assure un serrage par sertissage de l'extrémité femelle autour de l'extrémité mâle. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur du type défini précédemment, qui comprend les opérations suivantes: - préparer une bague de serrage, - chauffer cette bague pour augmenter sa dimension radiale intérieure au-delà de la dimension radiale extérieure de l'élément femelle, - glisser la bague dilatée autour de l'un ou l'autre des deux éléments tubulaires, - emboîter l'extrémité mâle dans l'extrémité femelle, - glisser axialement la bague pour l'amener autour de l'extrémité femelle, et - laisser refroidir la bague, ce qui provoque sa contraction et le serrage des extrémités mâle et femelle préalablement emboitées. Selon une autre particularité, la bague possède une dimen- sion interne initiale inférieure à la dimension externe de l'extrémité femelle et une dimension interne de transition, après chauffage, supérieure à la dimension externe de l'extrémité femelle. Selon une autre particularité de l'invention, le chauffage de la bague est obtenu par passage dans un four, à une température élevée. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un premier élément tubulaire et d'un second élément tubulaire préalablement emboîtés, avant mise en place de la bague; - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 après serrage de la bague; et - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un échangeur de chaleur du type évaporateur ou condenseur obtenu par assemblage selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un premier élément tubulaire 1 comportant une extrémité mâle 2 et un second élément tubulaire 3 comportant une extrémité femelle 4 dans laquelle est emboîtée l'extrémité mâle 2. Dans l'exemple, l'extrémité femelle 4 est élargie pour permettre l'emboîtement de l'extrémité mâle 2. Les éléments tubulaires 1 et 3 sont, dans l'exemple, réalisés dans un métal ou alliage métallique, par exemple en aluminium, et ils ont tous une section circulaire. Le diamètre extérieur de l'extrémité femelle 4 présente une valeur B déterminée. Conformément à l'invention, on utilise une bague 5 qui est glissée au préalable autour du premier élément tubulaire 1 et qui possède un diamètre interne initial A1 inférieur au diamètre externe B précité. Cette bague est réalisée en acier et comporte un profil interne 6 arrondi pour permettre un serrage comme on le verra plus loin. La bague 6 est au préalable passée dans un four, ce qui permet d'élever sa température à une valeur élevée dans des conditions contrôlées. Il en résulte une dilatation de la bague et son diamètre interne augmente pour prendre une valeur A2 (figure 1) qui est supérieure à A1 et qui est également supérieure à B. En conséquence, on peut ensuite glisser la bague autour de l'extrémité femelle, la bague étant toujours dilatée. Ensuite, on laisse refroidir la bague qui tend à reprendre sa dimension initiale. Au fur et à mesure qu'elle se contracte, elle assure un serrage comme montré à la figure 2. Du fait qu'elle retourne vers sa dimension interne initiale A1 qui est inférieure au diamètre externe B de l'extrémité femelle, la bague assure une déformation de cette extrémité femelle en formant une gorge 7 comme montré à la figure 2. La déformation de la paroi de l'extrémité femelle entraîne, par voie de conséquence, une déformation homologue de la paroi 8 de l'extrémité mâle, comme on le voit également sur la figure 2. Ainsi, le retour de la bague à la température ambiante provoque le sertissage des tubes. On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre un échan- geur de chaleur du type évaporateur ou condenseur dans lequel les premiers éléments tubulaires 1 sont ici consti- tués par des tubes en U ou en crosse formant raccordements. Les extrémités mâles 2 des tubes en U sont emboîtées dans les extrémités femelles 4 des tubes 3, qui sont des tubes droits faisant partie d'un faisceau et traversant des ailettes 9. Conformément à l'invention, la mise en place des bagues de serrage peut être effectuée simultanément sur tous les tubes, ce qui facilite la fabrication de l'ensemble. Il est à remarquer qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser de matériau de brasage et de faire appel à des bagues de profils complexes, ni d'utiliser un outillage compliqué. L'échangeur de chaleur de l'invention est utilisable avant tout pour faire partie d'installations de chauffage et/ou de climatisation de véhicules automobiles. Revendications 1.- Echangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes à assemblage d'éléments tubulaires (1, 3) par emboîte- ment d'une extrémité mâle (2) dans une extrémité femelle (4) d'un second élément tubulaire (3), caractérisé en ce que les deux extrémités mâle (2) et femelle (4) emboîtées sont serrées par une bague (5) préalablement dilatée par augmentation de température et contractée ensuite par retour à la température ambiante. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la bague (7) comprend une dimension interne initiale (A1) inférieure à la dimension externe (B) de l'extrémité femelle (4) et une dimension interne (A2) après chauffage, qui est supérieure à la dimension externe (B) de l'extrémité femelle. 3.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bague (7) est formée d'un métal ou alliage métallique propre à se dilater radialement par élévation de la température et à se contracter radialement par abaissement de la température. 4.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier élément tubulaire (1) est un tube de raccordement, par exemple en forme de crosse, et le second élément tubulaire (3) est un tube droit du faisceau. 5.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un évaporateur ou d'un condenseur propre à être parcouru par un fluide réfrigérant. 6.- Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: - préparer une bague de serrage (5), chauffer cette bague (5) pour augmenter sa dimension radiale interne (A1) au-delà de la dimension radiale externe (B) de l'extrémité femelle, glisser la bague dilatée autour de l'une ou l'autre des deux éléments tubulaires, - emboîter l'extrémité mâle (2) dans l'extrémité femelle (4), - glisser axialement la bague (5) pour l'amener autour de l'extrémité femelle (4), et - laisser refroidir la bague, ce qui provoque sa contraction et le serrage des extrémités mâle et femelle emboîtées. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague possède une dimension interne initiale (A1) inférieure à la dimension externe (B) de l'extrémité femelle et une dimension interne après chauffage (A2) supérieure à la dimension externe (B) de l'extrémité femelle. 8.- Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caracté- risé en ce que le chauffage de la bague est obtenu par passage dans un four à température élevée.