Brevet FR2735220A1 — publié le 19961213

Procédé et installation de fabrication d'un échangeur de chaleur à tubes plats, et échangeur de chaleur ainsi obtenu L'invention concerne un procédé et une installation de fabrication d'un échangeur de chaleur à tubes plats, et l'échangeur de chaleur ainsi obtenu. De tels échangeurs de chaleur sont utilisés notamment dans les véhicules automobiles à moteur à combustion interne pour assurer, soit le refroidissement du moteur, soit le chauffage de l'habitacle. On connaît, en particulier d'après les Brevets français No 91 03411 et No 92 09470 de la Demanderesse, des échangeurs de chaleur de ce type qui comprennent un faisceau de tubes plats parallèles et une plaque collectrice munie de trous dans lesquels sont reçues et brasées les extrémités des tubes, chaque trou présentant une section allongée propre à recevoir deux extrémités de tubes et ayant deux grands côtés opposés formant respectivement deux becs dirigés vers l'intérieur du trou pour combler les espaces subsistants entre la plaque collectrice et les deux extrémités de tubes. Pour fabriquer un tel échangeur de chaleur, les extrémités des tubes sont insérées dans les trous de la plaque collectrice, puis l'ensemble est porté à une température suffisante pour assurer la fusion d'un alliage qui est, soit apporté sous forme de fil ou de poudre, soit présent sous forme d'un revêtement plaqué sur la plaque collectrice et/ou sur les tubes. L'alliage vient ensuite, sous l'action éventuelle d'un flux de brasage ou sous l'action de la gravité, remplir les espaces subsistants entre les deux extrémités de tubes et les bords des trous de la plaque collectrice et, après refroidissement à température ambiante, réaliser une liaison étanche entre le faisceau et la plaque collectrice. Dans de tels échangeurs de chaleur, les trous ont une section de forme allongée propre à recevoir chacun deux tubes de forme sensiblement oblongue dont les sections transversales sont accolées et disposées dans le prolongement l'un de l'autre. Les becs précités permettent de combler les espaces formés entre le bord du trou et les parois des deux tubes au niveau de leur raccordement, empêchant ainsi tout risque de fuite de l'alliage de brasure. Jusqu'à présent, ces becs ont été obtenus par une simple découpe dans la plaque collectrice, celle-ci étant prête pour être ensuite assemblée au faisceau de tubes. Cette solution donne généralement satisfaction dans le cas des échangeurs de chaleur du type précité car chaque trou présente deux becs opposés, ce qui confère une symétrie à la plaque collectrice. La Demanderesse a toutefois constaté que l'on pouvait également réaliser des échangeurs de chaleur d'un type voisin dans lequel chaque trou de la plaque collectrice présente une section allongée propre à recevoir une seule extrémité de tube et possède deux grands côtés opposés dont l'un forme au moins un bec dirigé vers l'intérieur du trou pour combler un espace subsistant entre la plaque collectrice et l'extrémité du tube, cet espace résultant d'une région d'agrafage ou de pliage de l'une des faces planes du tube. En effet, la solution précitée présente un inconvénient dans le cas où il ne faut prévoir qu'un seul bec par trou du fait que la plaque collectrice a alors une forme dissymétrique et qu'il faut donc lui donner une orientation convenable au moment de l'assemblage sur les tubes du faisceau. L'invention a notamment pour but de surmonter cet inconvénient. Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur à tubes plats du type comprenant un faisceau de tubes plats parallèles et une plaque collectrice munie de trous dans lesquels sont reçues et brasées les extrémités des tubes, chaque trou présentant une section allongée propre à recevoir au moins une extrémité de tube et ayant deux grands côtés opposés dont l'un au moins forme un bec dirigé vers l'intérieur du trou pour combler un espace subsistant entre la plaque collectrice et au moins une extrémité du tube. Conformément à l'invention, le procédé comprend une opération de conformation consistant à former chaque bec par déformation de la plaque collectrice dans la région du grand côté du trou, après une opération d'insertion des extrémités de tubes dans les trous de la plaque collectrice. Ainsi, dans tous les cas, la plaque collectrice utilisée comprend au départ des trous de forme oblongue, dépourvus de becs, et ayant donc une forme symétrique. I1 n'y a donc pas de problème d'orientation de la plaque collectrice par rapport aux tubes du faisceau. L'invention s'applique en particulier à un procédé dans lequel on prévoit une plaque collectrice dont chaque trou est entouré par un bord relevé s'étendant dans une direction généralement perpendiculaire au plan de la plaque collectrice. Selon l'invention, l'opération de conformation comprend alors une déformation localisée du bord relevé, vers l'intérieur du trou. Autrement dit, il suffit d'écraser localement le bord relevé pour former le bec en déplaçant localement le bord relevé vers l'intérieur du trou. Cette opération de conformation est effectuée avantageusement par matriçage ou poinçonnage. Avantageusement, l'opération de conformation est effectuée simultanément sur tous les trous, ce qui permet de former les becs au cours de la même opération. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'opération de conformation comprend la formation d'au moins un bec le long d'un grand côté de chaque trou. Cette première forme de réalisation convient essentiellement au cas où chaque trou de la plaque collectrice reçoit un seul tube dont une face est agrafée ou repliée. Dans une autre forme de réalisation, l'opération de conformation comprend la formation de deux becs respectivement le long des deux grands côtés de chaque trou. Cette seconde forme de réalisation convient essentiellement aux échangeurs de chaleur dans lesquels chaque trou de la plaque collectrice reçoit deux tubes plats, tels que connus antérieurement. Sous un autre aspect, l'invention concerne une installation pour la mise en oeuvre du procédé, cette installation comprenant des moyens de conformation des becs, combinés à des moyens d'insertion des tubes ainsi que des moyens de commande pour actionner les moyens de conformation après insertion des extrémités de tubes dans les trous de la plaque collectrice. Dans une forme de réalisation préférée, les moyens d'insertion comprennent un support pourvu d'une platine propre à positionner la plaque collectrice et des moyens pour déplacer la platine par rapport au faisceau de tubes dans une direction d'insertion parallèle aux tubes et perpendiculaire au plan de la platine, tandis que les moyens de conformation comprennent une matrice de poinçonnage solidaire du support et déplaçable par rapport à celui-ci entre une position éloignée de la platine et une position rappro chée de la platine dans laquelle la matrice de poinçonnage déforme la plaque collectrice pour former les becs. Avantageusement, les moyens de commande sont opératoires pour déplacer le support dans un sens correspondant à l'insertion des tubes dans les trous de la plaque collectrice, la matrice étant éloignée de la platine, pour déplacer ensuite la matrice afin de la rapprocher de la platine et conformer les becs de la plaque collectrice ayant reçu au préalable les tubes, et pour déplacer la matrice en sens inverse afin de l'éloigner de la platine. Selon une autre caractéristique, la matrice de poinçonnage comprend des logements de forme adaptée à celle des extrémités de tubes pour les recevoir et des poinçons bordant les logements et servant à la conformation des becs. Avantageusement, la matrice de poinçonnage comprend des broches mobiles propres à s'introduire dans les extrémités des tubes préalablement à la conformation des becs. L'invention concerne également un échangeur de chaleur, obtenu par la mise en oeuvre du procédé précité ou par l'utilisation de l'installation précitée. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention après assemblage par brasage de la plaque collectrice et du faisceau de tubes plats; - la figure 2 est une vue partielle de dessus, et à échelle agrandie, de la plaque collectrice montrant un trou dans lequel sont reçus deux tubes plats; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, mais sans les tubes; - la figure 4 est une vue partielle en coupe d'une installation d'assemblage selon l'invention avant insertion des extrémités de tubes dans la plaque collectrice; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une vue partielle en plan de la plaque collectrice avant insertion des tubes du faisceau;; - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 6; - les figures 8, 9, 10 et 11 sont des vues analogues à celles de la figure 6 au cours de diverses phases opératoires; - la figure 12 est une vue en coupe selon la ligne XII-XII de la figure 11; - la figure 13 est une vue partielle en plan d'une plaque collectrice dont un trou reçoit un tube replié; - la figure 14 est une vue analogue à celle de la figure 13 mais sans le tube; - la figure 15 est une vue partielle en plan d'une plaque collectrice dont un trou reçoit un tube agrafé; et - la figure 16 est une vue analogue à celle de la figure 15, mais sans le tube. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats parallèles 12 disposés par paires et d'une multiplicité d'intercalaires ondulés 14. Ces intercalaires ondulés sont disposés entre deux paires adjacentes de tubes ainsi qu'entre chacune des paires d'extrémité et une joue latérale correspondante 16 (figure 4 en haut). Chaque tube 12 a une section allongée (figure 2) délimitée par deux grandes faces planes opposées 18 et deux petites faces semi-circulaires 20. Les deux tubes 12 d'une même paire sont accolés par deux petites faces 20 adjacentes, de sorte que les sections des tubes soient dans le prolongement l'un de l'autre dans une direction axiale XX parallèlement aux faces planes 18. Les tubes 12 ont des extrémités libres 22 qui sont nues et non recouvertes par les intercalaires 14. Les extrémités 22 de deux tubes d'une même paire sont reçues dans un trou 24 de section allongée (figures 1, 2 et 3) ménagé au travers d'une plaque collectrice 26, encore appelée plaque à trous, de forme générale rectangulaire. La plaque 26 a une forme générale rectangulaire et elle est munie, à son pourtour, d'un bord replié 28 délimitant une gorge périphérique 30. Cette gorge est destinée à recevoir un rebord périphérique 32 faisant partie d'une paroi de bote à eau 34, avec interposition d'un joint d'étanchéité 36. Le bord replié 28 comporte des pattes d'extrémité 38 destinées à être rabattues pour assurer le maintien de la boîte à eau et la compression du joint 36, cela d'une manière en soi connue. Comme on le voit mieux sur la figure 3, le trou 24 a une section oblongue adaptée à celle des deux extrémités de tubes réunis. Le trou 24 comprend deux grands côtés opposés 40 parallèles entre eux et à l'axe XX et espacés d'une largeur 1 légèrement supérieure à la largeur d'un tube plat, tel que délimitée par ses deux grandes faces planes 18. Chaque trou 24 est en outre délimité par deux petits côtés semi-circulaires 42 de rayon légèrement supérieur au rayon externe des petites faces 20 des tubes. Le trou 24 a une longueur L légèrement supérieure au double de la longueur transversale d'un tube plat, telle que définie entre ses deux petites faces semi-circulaires 20. Ainsi, chaque trou 24 peut recevoir les extrémités 22 de deux tubes adjacents en vue d'une opération ultérieure de brasage. Cette opération de brasage fournit un joint de brasage 44 (figure 1) à la jonction du bord du trou 24 et des parois des deux tubes reçus dans le trou. Comme on le voit également sur la figure 1, chaque trou 24 est entouré d'un bord relevé 46 qui s'étend dans une direction généralement perpendiculaire au plan de la plaque et donc généralement parallèle aux axes des tubes. Comme on le voit aux figures 2 et 3, les deux grands côtés 40 du trou 24 comportent chacun, en leur milieu, un bec 48 dirigé vers l'intérieur du trou. Les deux becs 48 se font face et sont destinés à combler au moins en partie l'espace délimité entre les grands côtés 40 du trou et les deux petites faces adjacentes 20 des deux tubes 12. Si ces deux becs n'étaient pas présents, il serait pratiquement impossible de combler l'espace ainsi délimité, par le seul joint de brasure 44. L'invention se rapporte à la conformation des deux becs 48 qui, jusqu'à présent, étaient préparés à l'avance dans la plaque collectrice. Conformément à l'invention, ces deux becs 48 sont conformés par déformation localisée du bord relevé 46, postérieurement à l'insertion des deux extrémités 22 dans le trou 24. On décrira maintenant une installation selon l'invention en référence aux figures 4 et 5. L'installation comprend un support 50 muni, en partie supérieure, d'une platine 52 formée en saillie et qui présente un contour annulaire de forme générale rectangulaire adapté à celui de la gorge 30 de la plaque collectrice 26. La plaque 26 peut ainsi être déposée et positionnée sur la platine 52, en sorte que la gorge périphérique 30 soit orientée vers le bas. Dans cette position, les extrémités 38 du bord 28 de la plaque collectrice 26 ne sont pas rabattues. La platine 26 est ainsi positionnée de façon précise, les bords relevés 46 des trous 24 étant tournés vers le bas. L'installation comprend en outre des moyens (non représentés) pour maintenir le faisceau 10 dans une position fixe déterminée au-dessus du support 50 et de sa platine. Dans cette position fixe, les tubes 12 sont dans l'alignement axial des trous respectifs 24 de la plaque collectrice 26. L'installation comprend des moyens de déplacement 54 représentés schématiquement aux figures 4 et 5 pour déplacer le support 50 dans une direction d'insertion I, ce qui permet de faire pénétrer les extrémités 22 des tubes dans les trous 24 correspondants de la plaque collectrice. Le corps 50 est creux et reçoit une matrice de poinçonnage 56 qui peut coulisser à l'intérieur du support 50, parallèlement à la direction d'insertion I, entre deux positions d'extrémité, à savoir une position rapprochée de la platine, et une position éloignée de la platine (celle représentée aux figures 4 et 5). Ainsi, la matrice de poinçonnage reste toujours solidaire du support 50 et se déplace avec lui. La matrice 56 comprend une face supérieure 58 généralement plane située en regard de la plaque collectrice 26 déposée sur la platine. A partir de cette face supérieure 58 sont formés des logements 60 qui définissent chacun une empreinte en creux propre à recevoir les extrémités 22 de deux tubes adjacents. Dans chaque iogement 60 débouche une broche 62 déplaçable axialement par rapport à la matrice 56. Les broches 62 sont propres à s'introduire dans les extrémités 22 des tubes préalablement à la conformation des becs 48. Chaque logement 60 est bordé latéralement par deux poinçons 64 qui ont pour fonction d'écraser localement le bord 46 d'un trou au milieu d'un grand côté 40 de celui-ci pour former un bec 48. L'invention sera expliquée maintenant en référence aux figures 6 à 12. La position de départ (figures 6 et 7) correspond à celle des figures 4 et 5, dans laquelle la plaque collectrice 26 est positionnée sur la platine 52, et dans laquelle le support 50 est éloigné du faisceau 10, tandis que la matrice 56 est également éloignée de la platine 52. Comme on le voit sur les figures 6 et 7, chacun des grands côtés 40 du trou 24 est continu, c'est-à-dire sans bec. Dans cette position de départ, la plaque collectrice 26 est centrée par rapport aux tubes du faisceau et les trous 24 de la plaque collectrice sont dans l'alignement axial des tubes 12. Dans une opération ultérieure, on agit sur les moyens de déplacement 54 pour déplacer conjointement le support 50, la matrice 56 et les broches 62. I1 en résulte que les extrémités 22 des tubes 12 pénètrent dans les trous 24 comme représenté à la figure 8. Dans une opération ultérieure (figure 9), les broches 62 sont déplacés verticalement de façon à s'introduire dans les extrémités 22 des tubes 12 afin de les guider dans la plaque collectrice. Ensuite, comme représenté à la figure 10, la matrice 56 est déplacée de sa position éloignée à sa position rapprochée et vient déformer le bord relevé 26 de chaque trou au milieu de chacun des grands côtés 40, ce qui permet de former les deux becs 48. Ensuite, on éloigne l'ensemble formé par le support 50, la matrice 56 et les broches 62. I1 en résulte que la plaque collectrice 26 se trouve assemblée au niveau des extrémités des tubes, le support 50 revenant vers sa position initiale à l'état vide (figures 11 et 12). Dans les opérations précitées, la conformation des becs 48 est réalisée simultanément pour tous les trous 24 de la plaque collectrice. I1 suffit ensuite de procéder au brasage des extrémités des tubes et de la plaque collectrice. De la comparaison des figures 7 et 12, on voit comment les poinçons de la matrice 56 agissent contre le bord relevé 46 entourant le trou 24 pour former les deux becs 48, par écrasement de la matière. Il est à noter que, sur la figure 12, les tubes 12 ont été omis pour simplifier le dessin. Le procédé et l'installation de l'invention peuvent être également utilisés pour l'assemblage d'échangeurs de chaleur dans lesquels chaque trou de la plaque collectrice reçoit une seule extrémité de tube. Comme montré à la figure 13, le trou 24 reçoit ici un seul tube plat 12 du type tube replié, qui comporte deux bords repliés 70 ramenés l'un contre l'autre et perpendiculairement à l'un des grands côtés de la section. Dans ce cas, on forme un seul bec 48 sur un grand côté 40 du trou, comme on le voit mieux sur la figure 14. Dans le cas de la figure 15, chaque trou 24 reçoit un seul tube 12 du type agrafé qui présente deux bords d'extrémité 72 enroulés l'un sur l'autre à la manière d'une agrafe. On prévoit aussi un seul bec 48 sur celui des deux grands côtés du trou qui est en vis-à-vis des extrémités repliées 72. Dans l'exemple, le bec 48 n'est pas exactement au milieu de ce grand côté. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Elle s'applique tout particulièrement aux échangeurs de chaleur de véhicules automobiles. Revendications 1.- Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau (10) de tubes plats (12) parallèles et une plaque collectrice (26) munie de trous (24) dans lesquels sont reçues et brasées les extrémités (22) des tubes (12), chaque trou (24) présentant une section allongée propre à recevoir au moins une extrémité de tube et ayant deux grands côtés opposés (40) dont l'un au moins forme un bec (48) dirigé vers l'intérieur du trou (24) pour combler un espace subsistant entre la plaque collectrice (26) et au moins une extrémité de tube, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de conformation consistant à former chaque bec (48) par déformation de la plaque collectrice (26) dans la région du grand côté (40) du trou, après une opération d'insertion des extrémités (22) des tubes (12) dans les trous (24) de la plaque collectrice (26). 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on prévoit une plaque collectrice (26) dont chaque trou (24) est entouré par un bord relevé (46) s'étendant dans une direction généralement perpendiculaire au plan de la plaque collectrice, caractérisé en ce que l'opération de conformation comprend la déformation localisée du bord relevé (46) vers l'intérieur du trou (24). 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'opération de conformation est effectuée par matriçage ou poinçonnage. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'opération de conformation est effectuée simultanément sur tous les trous (24) pour former les becs (48) au cours d'une même opération. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'opération de conformation comprend la formation d'au moins un bec (48) le long d'un grand côté (40) de chaque trou (24). 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'opération de conformation comprend la formation de deux becs (48) respectivement le long des deux grands côtés (40) de chaque trou (24). 7.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (54, 56, 62) de conformation des becs combinés à des moyens d'insertion des tubes et des moyens de commande (54) pour actionner les moyens de conformation (50, 56, 62) après insertion des extrémités (22) des tubes (12) dans les trous (24) de la plaque collectrice (26). 8.- Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens d'insertion des tubes comprennent un support (50) pourvu d'une platine (52) propre à positionner la plaque collectrice et des moyens (54) pour déplacer la platine (52) par rapport au faisceau de tubes dans une direction d'insertion (I) parallèlement aux tubes et perpendiculairement au plan de la platine, et en ce que les moyens de conformation comprennent une matrice de poinçonnage (56) solidaire du support (50) et déplaçable par rapport à celui-ci entre une position éloignée de la platine et une position rapprochée de la platine, dans laquelle la matrice de poinçonnage déforme la plaque collectrice pour former les becs (48). 9.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de commande (54) sont opératoires pour déplacer le support (50) dans un sens correspondant à l'insertion des tubes (12) dans les trous (24) de la plaque collectrice (26), la matrice (56) étant éloignée de la platine (52) pour déplacer la matrice (56) et la rapprocher de la platine (52) pour conformer les becs (48) de la plaque collectrice (26) ayant reçu au préalable les extrémités de tubes, et pour déplacer ensuite la matrice (56) en sens inverse pour l'éloigner de la platine (52). 10.- Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que la matrice (56) comprend des logements (60) de forme adaptée à celle des extrémités des tubes ainsi que des poinçons (64) bordant les logements pour conformer les becs (48). 11.- Installation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la matrice (56) comprend des broches mobiles (62) propres à s'introduire dans les extrémités des tubes préalablement à la conformation des becs (48). 12.- Echangeur de chaleur, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon lune des revendications 1 à 6, ou par l'utilisation de l'installation selon l'une des revendications 7 à 11.