Brevet FR2766265A1 — publié le 19990122

Echanaeur de chaleur brasé pour véhicule automobile, et son procédé de fabrication L'invention concerne la technologie des échangeurs de chaleur pour les véhicules automobiles. L'invention s'applique aux différents types d'échangeurs de chaleur que l'on peut rencontrer dans un véhicule, qu'il s'agisse du radiateur de chauffage de l'habitacle, du radiateur de refroidissement du moteur, ou encore du condenseur du circuit de climatisation. Ces échangeurs sont constitués d'un faisceau de tubes à ailettes réalisant l'échange thermique avec le milieu extérieur, et les tubes du faisceau sont reliés de part et d'autre par deux blocs d'extrémité définissant le sens de circulation du fluide dans les tubes et permettant d'introduire le fluide dans l'échangeur et l'en extraire. Chacun des blocs d'extrémité comporte une plaque collectrice ou "plaque à trous" métallique dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, brasés à cette plaque à l'endroit de leur débouché. A cette plaque, généralement désignée "collecteur est associé un capot de fermeture ou "boîte à fluide" de manière que collecteur et boîte définissent un volume commun dans lequel débouchent toutes les extrémités des tubes du faisceau. Ce volume peut éventuellement être subdivisé par des cloisons transversales en sous-volumes distincts permettant de définir la circulation du fluide dans des groupes de tubes particuliers, débouchant dans un même sous-volume. C'est également par la boîte à fluide que sont opérées l'entrée et la sortie du fluide. Un bloc d'extrémité comprend donc un collecteur, une boîte à fluide et une ou plusieurs cloisons transversales séparatrices, qu'il y a lieu d'assembler ensemble. Cet assemblage est habituellement réalisé selon l'une ou l'autre de deux techniques : l'assemblage mécanique, par sertissage de la boîte sur le collecteur avec interposition d'un joint entre ces éléments, ou l'assemblage brasé, où l'ensemble des éléments de l'échangeur technique est passé dans un four de brasage permettant à un métal d'apport d'assurer à la fois la solidarisation des divers éléments et leur étanchéité. Dans cette dernière technique, à laquelle se rapporte l'invention, on comprendra qu'avant passage au four les éléments du bloc d'extrémité - collecteur, boîte et cloison(s) - doivent être mécaniquement préassemblés afin d'assurer un maintien provisoire. Ainsi, dans le FR-A-2 712 968, qui décrit un échangeur de chaleur assemblé par brasage, le préassemblage mécanique est obtenu par des coups de poinçon à la jonction collecteur/boîte, ces coups de poinçon étant donnés au droit de la cloison pour éviter de déformer ailleurs que localement le collecteur et la boîte, la cloison constituant un contre-appui intérieur à l'endroit du coup de poinçon. La difficulté, dans un assemblage brasé, est d'assurer en toute circonstance une étanchéité parfaite entre cloison, collecteur et boîte, afin de réduire la sensibilité de l'échangeur à l'érosion et à la corrosion et de conserver le maximum de ses performances techniques. Jusqu'à présent, cet objectif était difficile à atteindre en raison des dispersions dimensionnelles des pièces, auxquelles venaient s'ajouter les microdéplacements entre boîte et collecteur au moment de la fusion du métal d'apport. I1 était ainsi jusqu'à présent très difficile de braser correctement la cloison à la fois sur le collecteur et sur la boîte, c'est-à-dire qu'il n'était pas possible de garantir avec quasi-certitude l'absence de fuite de part et d'autre des sous-volumes définis à l'intérieur de la boîte à fluide par la cloison. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients, grâce à une technique d'assemblage permettant d'atteindre l'objectif recherché, c'est-à-dire la certitude d'un brasage parfait entre les divers éléments constitutifs du bloc d'extrémité, tout particulièrement sur la totalité du contour de la cloison transversale, garantissant donc une étanchéité parfaite entre les différents sous-volumes de circulation de fluide. L'échangeur de l'invention est du type général connu comprenant un faisceau de tubes parallèles et deux blocs d'extrémité joignant ces tubes, chaque bloc d'extrémité comportant, brasés ensemble : un collecteur en forme de plaque, réunissant les extrémités des tubes du faisceau ; une boîte à fluide, fermant de manière étanche le collecteur de manière à définir avec celui-ci un volume intérieur ; au moins une cloison transversale divisant ledit volume en une pluralité de sous-volumes distincts de circulation de fluide. Selon l'invention, il comporte, outre les liaisons brasées : une première liaison mécanique solidarisant la boîte à la cloison, et une seconde liaison mécanique solidarisant la cloison au collecteur. Le procédé correspondant comporte les étapes consistant à a) assembler un faisceau de tubes parallèles et un collecteur en forme de plaque, réunissant les extrémités des tubes du faisceau ; b) solidariser mécaniquement une boîte à fluide, destinée à fermer de manière étanche le collecteur de manière à définir avec celui-ci un volume intérieur, avec au moins une cloison transversale divisant ledit volume en une pluralité de sous-volumes distincts de circulation de fluide c) solidariser mécaniquement la cloison, ainsi solidarisée à la boîte, au collecteur ; et d) braser ensemble collecteur, boîte et cloison. De préférence, la solidarisation de la boîte à la cloison est réalisée par sertissage, rivetage ou clinchage de la cloison avec la boîte dans une région centrale de cette dernière. Avantageusement, la solidarisation de la cloison, solidarisée à la boîte, au collecteur est réalisée par déformation locale, à l'endroit de la cloison, d'un rebord du collecteur de manière à repousser la matière de ce dernier dans un intervalle ménagé entre, d'une part, un talon de la cloison faisant saillie transversalement vers l'extérieur et, d'autre part, le rebord périphérique de la boîte en cet endroit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée cidessous d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue générale en élévation d'un échangeur de chaleur de véhicule automobile du type concerné par l'invention. La figure 2 est une coupe, selon II-II de la figure 1, montrant les différents éléments constitutifs du bloc d'extrémité et la manière dont ceux-ci sont assemblés selon l'invention. Les figures 3a et 3b illustrent une variante de l'assemblage de la cloison à la boîte selon la technique dite du "clinchage". La figure 1 représente un échangeur de chaleur dans lequel sont mis en oeuvre les enseignements de l'invention. I1 comporte un faisceau de tube parallèles 10 séparés par des ailettes 12, et il est prévu de part et d'autre du faisceau de tube deux blocs d'extrémité 14, 16 joignant ensemble les tubes. Chaque bloc d'extrémité 14, 16 comporte, comme on peut également le voir sur la coupe de la figure 2, une plaque métallique 18, généralement appelée "collecteur", réunissant les extrémités des tubes du faisceau, plaque à laquelle est associé un élément 20 en forme de couvercle généralement désigné "boîte à fluide" ou "boîte collectrice", relié de manière étanche au collecteur 18 par son rebord périphérique. L'ensemble constitué par le collecteur 18 et la boîte 20 définit un volume dans lequel débouchent les tubes du faisceau. L'un des blocs d'extrémité, dans l'exemple illustré le bloc 14, comporte en outre au moins une cloison transversale 22 divisant le volume intérieur précité en sous-volumes distincts 24, 26 indépendants, à savoir un sous-volume 24 pour l'admission du fluide (par un orifice 28 formé dans la boîte 20) et un sous-volume 26 pour la collecte du fluide et son extraction (par un orifice 30 formé également dans la boîte 20). Le bloc d'extrémité opposé 16, en revanche, ne comporte pas de cloison, afin de diriger le fluide circulant dans un sens dans la moitié des tubes du faisceau reliée au sous-volume 24 vers l'autre moitié des tubes reliée au sous-volume 26, en sens inverse. Dans la configuration illustrée, on a prévu une unique cloison 22, qui permet de diviser le faisceau de tubes en deux groupes de tubes avec des circulations en sens inverses. Cette configuration n'est cependant pas limitative, et l'on peut prévoir une pluralité de cloisons pour réaliser plusieurs allers et retours de fluide dans le faisceau de tubes, par exemple deux cloisons transversales dans le bloc d'extrémité 14 et une cloison transversale centrale dans le bloc d'extrémité 16 pour imposer au fluide une circulation avec deux allers et retours dans le faisceau, etc. L'invention s'applique bien évidemment à de telles variantes, dès lors que l'échangeur de chaleur comporte au moins une cloison séparatrice dans l'un des blocs d'extrémité. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention s'applique au cas où collecteur, boîte et cloison sont assemblés par brasage, c'est-à-dire par la fusion contrôlée d'un métal d'apport pendant une étape de passage dans un four de brasage. Mais avant passage au four il est nécessaire d'opérer un préassemblage des éléments, pour les ajuster à leurs positions définitives respectives. La technique connue consistant à assembler mécaniquement le collecteur à la boîte par des coups de poinçon présente cependant l'inconvénient de ne pas prendre en compte totalement les tolérances dimensionnelles des pièces et les risques de microdéplacements pendant le préassemblage et le passage au four ; elle ne permet donc pas de garantir de façon absolue l'étanchéité finale de l'assemblage après brasage. L'invention propose d'opérer ce préassemblage de manière différente, en deux étapes, à savoir - une première solidarisation mécanique de la cloison à la boîte, et - une seconde solidarisation mécanique de la cloison, ainsi solidarisée à la boîte, au collecteur. Ainsi, boîte et collecteur ne sont pas directement solidarisés entre eux, mais par l'intermédiaire de la cloison, ce qui permet de compenser sans difficulté les tolérances dimensionnelles notamment entre hauteur de cloison et profondeur de boîte sans nuire à l'étanchéité finale de l'assemblage. La figure 2 illustre un exemple d'un tel préassemblage de ces trois éléments. Le collecteur 18 comporte une plaque de base 34, dans laquelle débouchent les tubes du faisceau, prolongés par un rebord périphérique 36. La boîte 20, quant à elle, comporte une partie centrale 38 et un rebord périphérique 40 dont une face externe vient s'appliquer contre une face interne du rebord périphérique 36 du collecteur 18 (ou l'inverse). Le premier assemblage mécanique de la cloison 22 à la boîte 20 est réalisé par exemple par sertissage d'une languette 42 pénétrant dans un orifice homologue du corps 38 de la boîte 20. L'extrémité 44 de cette languette est par exemple écrasée au moyen d'une bouterolle 46. L'ensemble boîte-cloison ainsi assemblé mécaniquement est dans un deuxième temps assemblé au collecteur 18 et, de façon caractéristique de l'invention, cet assemblage mécanique est réalisé entre le collecteur et la cloison. A cet effet, le rebord 36 est par exemple déformé en 48 dans un intervalle 50 défini par un talon 52, saillant transversalement vers l'extérieur, de la cloison 22. Cette déformation est par exemple obtenue au moyen d'un poinçon 54. On comprendra que ce mode d'assemblage assure un ajustement parfait de la boîte à la cloison et de la cloison au collecteur, et permet de compenser éventuellement les tolérances dimensionnelles de hauteur de cloison et de profondeur de boîte grâce à l'intervalle 50. La cloison est en effet plaquée contre le fond de la boîte grâce au premier assemblage mécanique et plaqué contre le collecteur grâce au second assemblage mécanique ; on est ainsi certain d'obtenir une étanchéité parfaite à l'endroit de la cloison après fusion du métal d'apport dans le four de brasage. Diverses variantes sont envisageables, notamment pour les modes d'assemblage mécanique entre les divers éléments. Par exemple, le sertissage de la cloison à la boîte peut être remplacé par un rivetage ou encore, comme illustré figures 3a et 3b, par un assemblage connu dans la technique sous le terme de "clinchage" : on prévoit dans ce cas au centre de la cloison 22 une découpe 56 en forme de queue d'aronde qui sera remplie par repoussage (en 58) du fond 38 de la boîte 20 cette technique, qui permet d'éviter toute solution de continuité dans le fond de la boîte, évite tout risque de défaut d'étanchéité à l'endroit de la liaison mécanique entre cloison et boîte. Revendications 1. Echangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes parallèles (10) et deux blocs d'extrémité (14, 16) joignant ces tubes, chaque bloc d'extrémité comportant, brasés ensemble - un collecteur (18) en forme de plaque, réunissant les extrémités des tubes du faisceau, - une boîte à fluide (20) fermant de manière étanche le collecteur de manière à définir avec celui-ci un volume intérieur, - au moins une cloison transversale (22) divisant ledit volume en une pluralité de sous-volumes distincts (24, 26) de circulation de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte, outre les liaisons brasées: - une première liaison mécanique (44) solidarisant la boîte (20) à la cloison (22), et - une seconde liaison mécanique (48) solidarisant la cloison (22) au collecteur (18). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel la première liaison est réalisée par sertissage (44), rivetage ou clinchage (58) de la cloison avec la boîte dans une région centrale de cette dernière. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la seconde liaison est réalisée par déformation locale (48), à l'endroit de la cloison, d'un rebord (36) du collecteur de manière à repousser la matière de ce dernier dans un intervalle (50) ménagé entre, d'une part, un talon (52) de la cloison faisant saillie transversalement vers l'extérieur et, d'autre part, le rebord périphérique (40) de la boîte en cet endroit. 4. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, comportant les étapes consistant à a) assembler un faisceau de tubes parallèles (10) et un collecteur (18) en forme de plaque, réunissant les extrémités des tubes du faisceau, b) solidariser mécaniquement (44) une boîte à fluide (20), destinée à fermer de manière étanche le collecteur de manière à définir avec celui-ci un volume intérieur, avec au moins une cloison transversale (22) divisant ledit volume en une pluralité de sous-volumes distincts (24, 26) de circulation de fluide, c) solidariser mécaniquement la cloison (22), ainsi solidarisée à la boîte (20), au collecteur (18), et d) braser ensemble collecteur (18), boîte (20) et cloison (22). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'étape b de solidarisation de la boîte à la cloison est réalisée par sertissage (44), rivetage ou clinchage (58) de la cloison avec la boîte dans une région centrale de cette dernière. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel l'étape c) de solidarisation de la cloison, solidarisée à la boîte, au collecteur est réalisée par déformation locale (48), à l'endroit de la cloison, d'un rebord (36) du collecteur de manière à repousser la matière de ce dernier dans un intervalle (50) ménagé entre, d'une part, un talon (52) de la cloison faisant saillie transversalement vers l'extérieur et, d'autre part, le rebord périphérique (40) de la boîte en cet endroit.