Brevet FR2782157A1 — publié le 20000211

L'invention concerne un échangeur de chaleur avec un ou plusieurs tubes qui présentent des extrémités de tube, comportant au moins une plaque tubulaire qui présente des découpes pour recevoir les extrémités de tube et qui leur est reliée par élargissement des extrémités de tube, dans lequel les tubes présentent une section ovale, en particulier ovale aplatie, avec un grand diamètre A et un petit diamètre B. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur. Avec le document EP-A1 387 678, on connaît un échangeur de chaleur et un procédé pour fixer, avec étanchéité au liquide, une plaque tubulaire sur des extrémités de tube, dans le cas duquel, après la fabrication du composite tube-ailettes de refroidissement, on préforme les extrémités de tube en ce sens que l'on réduit leur grand diamètre et agrandit leur petit diamètre. On emploie dans ce but un outil de repoussage qui présente une structure compliquée. En plus de l'étape de travail supplémentaire du préformage et de l'emploi d'un outil de préformage compliqué, mentionnons comme désavantageux le fait que par suite du renflement des tubes, leur distance l'un de l'autre doit valoir une certaine cote minimale (pas) qui ne peut pas être dépassée par valeur inférieure. Même dans le cas des tubes ovales aplatis qui, du fait de leur section, devraient permettre un pas serré, il faut une distance relativement importante puisque pour poser la plaque tubulaire on élargit leurs extrémités en forme de tulipe. En outre, I'approche radiale de l'outil d'élargissement pour le préformage nécessite une certaine place à côté de la rangée de tubes, ce pour quoi, dans le cas des échangeurs de chaleur à plusieurs rangées, il faut en outre une certaine distance minimale entre deux rangées voisines de tubes. Après la pose de la plaque tubulaire, on déforme à nouveau les extrémités de tube en introduisant un mandrin d'élargissement. À partir du document US 4 5780 317, on connaît un procédé de liaison de tubes avec des tôles de refroidissement dans le cas duquel, après avoir posé des tôles de refroidissement sur les tubes, on tire un mandrin d'emboutissage à l'intérieur des tubes, étant précisé que l'on élargit tout d'abord les tubes selon la direction du grand diamètre puis selon la direction du petit diamètre. Avec un tel mandrin d'emboutissage on ne peut pas réaliser une liaison d'extrémités de tube avec une plaque tubulaire. À partir du document D 44 45 490 Al, on connaît un échangeur de chaleur et un procédé pour sa fabrication dans le cas duquel, après fixation des ailettes aux tubes, on insère les extrémités de tube dans les plaques tubulaires et on les y fixe par le moyen qu'on les élargit aussi bien selon la direction du grand diamètre que selon la direction du petit diamètre. On obtient de ce fait un maintien optimal et une bonne étanchéité. L'invention a pour but de mettre à disposition un échangeur de chaleur et/ou un procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur, dans le cas duquel les extrémités de tube soient exposées à de plus faibles contraintes. Avec un échangeur de chaleur du type mentionné au début, on atteint, selon l'invention, ce but par le moyen que les extrémités de tube élargies présentent une section ovale dont le grand diamètre C est de la même grandeur que le diamètre A des tubes et dont le petit diamètre D est plus grand que le diamètre B des tubes. Dans le cas de l'échangeur de chaleur fini, les tubes présentent d'un bout à l'autre la même valeur du diamètre. Après fixation des ailettes, on élargit donc simplement les extrémités de tube selon la direction du petit diamètre. Ceci présente l'avantage suivant: Les tubes de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention, par exemple un radiateur de véhicule à moteur, sont ainsi, lors de la fixation de la plaque tubulaire, sensiblement moins fortement contraints mécaniquement que dans le cas de l'état de la technique, puisqu'on ne les élargit que selon la direction du petit axe, là o suffisamment de matériau est disponible pour une reprise de fluage. Dans le cas de l'état de la technique, c'est le grand diamètre du tube, avec un rayon de courbure d'environ 1 mm, qui présente la plus grande courbure, de sorte que lors d'un élargissement c'est dans cette zone qu'il subit les plus fortes contraintes puisqu'aucun matériau n'est disponible pour ce qui doit continuer à fluer lors de la mise en forme. Si c'est la zone fortement incurvée que l'on met en forme, alors ce matériau doit fluer depuis la zone faiblement incurvée (la zone ayant le grand rayon de courbure, c'est-à-dire la zone du petit diamètre). Lors d'une mise en forme de ce type, le tube est très fortement contraint, en particulier dans la zone du grand diamètre, ce qui peut conduire à des fissures capillaires ou tout au moins à des faiblesses de matériau. On l'évite dans le cas du procédé conforme à l'invention. Grâce à la structure de l'échangeur conforme à l'invention, on peut choisir le rapport entre le grand diamètre C et le petit diamètre D des extrémités de tube sur une plage supérieure à 2:1, en particulier 2,3:1. C'est par ce rapport de dimensions qu'est en particulier déterminé le pas des tubes. Dans la zone du faisceau de tubes, le rapport des diamètres A:B se situe sur une plage supérieure à 3:1, en particulier à 5,6:1. Dans le cas d'un exemple de réalisation, les découpes dans la plaque tubulaire sont formées par des crevés et des moyens d'étanchéité élastiques sont prévus entre les crevés et les extrémités de tube. Ces moyens d'étanchéité élastiques garantissent une liaison étanche au gaz et au liquide entre les extrémités de tube et la plaque tubulaire. Les moyens d'étanchéité élastiques peuvent être formés de garnitures de matière plastique ou de caoutchouc, d'une pâte d'étanchéité durcissant élastiquement, par exemple pâte de silicone ou analogue. Ces moyens d'étanchéité élastiques présentent l'avantage qu'ils reviennent élastiquement et obturent de façon sûre la fente existant entre les extrémités de tube et les crevés. On empêche que la plaque tubulaire se sépare intempestivement des extrémités de tube par le fait que la portion plate des extrémités de tube présente sur sa partie orientée vers l'ouverture du tube un organe empêchant la séparation. Cet organe empêchant la séparation est formé par un élargissement ou renflement local du petit diamètre D. Une autre forme de réalisation de l'invention prévoit que le diamètre du tube non élargi soit supérieur à la dimension du moyen élastique d'étanchéité dans cette direction. De cette façon, on obtient, déjà avant l'introduction dans le tube non élargi, une certaine étanchéité selon la direction du grand diamètre. Cette étanchéité est maintenue même si l'on ne déforme plus l'extrémité du tube selon la direction du grand diamètre. En outre, on atteint, selon l'invention, le but mentionné au début, au moyen d'un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon la structure ci-dessus, par le fait qu'après la pose de la plaque tubulaire sur les extrémités des tubes on enfile un mandrin d'élargissement dans les extrémités des tubes et on agrandit ou élargit simultanément le diamètre A et le diamètre B du tube pour fixer les ailettes, puis le diamètre B du tube pour l'amener au diamètre D. Du fait qu'après la pose de la plaque tubulaire sur les extrémités de tube, on agrandit simultanément le grand diamètre et le petit diamètre de l'ensemble du tube, les ailettes se fixent sur les tubes. Cet élargissement est relativement faible et la contrainte exercée dans le matériau est faible. Du fait que dans les portions plates, on dispose de beaucoup de matériau pour la déformation plastique, on peut procéder ici à des déformations de la section sensiblement supérieures à celles exécutées dans les portions fortement incurvées. Dans le cas de ce faible élargissement, du matériau flue depuis les portions plates vers les portions fortement incurvées. La fixation des extrémités de tube dans la plaque tubulaire est maintenant déjà terminée selon la direction du grand diamètre. Il suffit de fixer encore les extrémités de tube à la plaque tubulaire selon la direction du petit diamètre, ce qui se fait par élargissement selon la direction du petit diamètre, mais ceci est possible sans problème puisqu'une telle déformation ne représente pas une contrainte importante pour le matériau. Les extrémités de tube s'appuient maintenant de façon étanche contre la plaque tubulaire. Dans le cas d'un exemple de réalisation préféré, lors de l'agrandissement du diamètre B, on supporte la partie de la portion plate des extrémités de tube située du côté opposé à l'ouverture du tube pour l'empêcher de s'affaisser. Du fait que l'on évase en tulipe vers l'extérieur la portion plate, la partie de la portion plate non encore mise en forme tend à s'affaisser, ce que l'on empêche par un appui intérieur radial qui de plus facilite la déformation plastique de la portion plate. Enfin on prévoit encore qu'une fois achevé l'agrandissement du diamètre B pour l'amener au diamètre D, on procède localement sur la portion plate à un élargissement empêchant la plaque tubulaire de se séparer de l'extrémité du tube. Cet élargissement consiste par exemple en un évasement supplémentaire local en tulipe ou en un rabattement de la portion plate ou de la totalité de l'extrémité du tube. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention résultent de la description qui suit dans laquelle un exemple de réalisation particulièrement préféré est représenté en détail, en référence aux dessins. Les caractéristiques représentées sur le dessin et mentionnées dans la description peuvent, selon l'invention, être considérées isolément en soi ou en combinaison quelconque. La Figure 1 est une coupe longitudinale d'une extrémité de tube élargie insérée dans une plaque tubulaire. La Figure 2 est une coupe longitudinale II-II de l'extrémité du tube orthogonale à la coupe longitudinale de la Figure 1. La Figure 3 est une coupe III-III du crevé de la plaque tubulaire, un secteur de 90 du crevé étant seulement représenté, dans différents stades de l'élargissement de l'extrémité du tube. La Figure 1 représente une coupe longitudinale d'une liaison d'une extrémité 1 d'un tube 2 avec une plaque tubulaire 3. Sur le tube 2 sont enfilées des ailettes de refroidissement 4 qui ne sont représentées qu'à titre indicatif. La plaque tubulaire 3 présente un crevé 5 dont l'ouverture est plus grande que la section du tube 2 et de l'extrémité 1 du tube. Sur la plaque tubulaire 3 est posée une garniture d'étanchéité en caoutchouc 6 qui présente un collet 7 qui s'appuie contre le crevé 5 et s'étend en direction du tube 2. Ce collet 7 se trouve entre l'extrémité du tube 1 et le crevé 5 et réalise une liaison étanche au gaz et au liquide entre l'extrémité du tube 1 et la plaque tubulaire 3. Sur la vue de la Figure 1, on peut reconnaître le grand diamètre A du tube 2 et le grand diamètre C de l'extrémité du tube 1, le diamètre C étant égal au diamètre A. Sur la Figure 2 est représentée une coupe II-II de la Figure 1, étant précisé qu'ici on peut reconnaître nettement la différence de dimension entre le petit diamètre B du tube 2 et le petit diamètre D de l'extrémité 1 de ce tube. On peut nettement voir en outre le rabattement 8 résultant d'évasement qui sert de moyen empêchant la séparation. Au niveau du rabattement 8, la zone de bordure libre de l'extrémité 1 du tube repose partiellement sur la garniture d'étanchéité en caoutchouc 6. À l'aide des Figures 3a à 3c on décrit la fixation des extrémités 1 des tubes sur la plaque tubulaire 3. Après avoir enfilé les ailettes 4 (non représentées sur la Figure 3), sur les tubes 2, on introduit les extrémités 1 des tubes, soit sans l'aide d'un outil, soit à l'aide d'un outil d'introduction, comme cela est connu par exemple à partir du document DE 33 22 453 Ai pour des tubes ronds, dans la plaque tubulaire 3, en particulier dans les ouvertures des garnitures d'étanchéité en caoutchouc 6 qui se trouvent dans les crevés 5. Les ailettes 4 ont encore leur assise sur les tubes 2 sans serrage. Toutefois, selon la direction du grand diamètre, I'extrémité 1 du tube s'appuie déjà avec précontrainte contre la périphérie intérieure de la garniture d'étanchéité en caoutchouc 6 et la déforme légèrement. Selon la direction du petit diamètre, I'extrémité 1 du tube se trouve encore à une certaine distance de la garniture d'étanchéité en caoutchouc 6. La Figure 3b représente en tireté l'extrémité 1' du tube après le premier élargissement. Ce premier élargissement, qui se fait par introduction d'un mandrin d'élargissement dans les tubes en question 2, sert à fixer les ailettes 4 sur les tubes 2. Le grand diamètre initial est élargi lors de cette opération pour prendre la valeur du diamètre A et le petit diamètre initial est élargi lors de cette opération pour prendre la valeur du diamètre C. Ceci augmente l'appui de la zone fortement incurvée de l'extrémité 1 du tube contre la garniture d'étanchéité en caoutchouc 6. Mais, après comme avant, la portion plate 11 de l'extrémité 1 du tube se trouve à une certaine distance de la garniture d'étanchéité 6. Après ce processus d'élargissement, dans la zone des ailettes 4, le grand et le petit diamètre 2 correspondent au grand et au petit diamètre de l'extrémité 1' du tube. Sur la Figure 3c, I'extrémité 1' du tube, élargie, finie, est représentée en tireté. En introduisant un second mandrin d'élargissement dans l'extrémité 1' du tube, on n'élargit que la portion plate 11 de l'extrémité 1' du tube. Après ce processus d'élargissement, dans la zone des ailettes 4, le grand diamètre A du tube 2 correspond au diamètre C au voisinage de l'extrémité 1 du tube. Par contre, la portion plate 11 de I'extrémité 1' du tube s'est suffisamment élargie, pour prendre la dimension du diamètre D, pour que maintenant l'extrémité 1" du tube repose à plat contre la garniture d'étanchéité en caoutchouc 6, sous une pression régulière. Une liaison étanche au fluide est maintenant réalisée entre l'extrémité 1" du tube et la plaque tubulaire 3. On peut voir nettement en outre sur la Figure 3c que la déformation n'est que minimale dans la zone de la courbure maximale et que les contraintes apparaissant pour les extrémités 1 des tubes sont donc très faibles. Enfin, en même temps que le second élargissement selon la Figure 3c, ou dans une autre phase de travail, on réalise une sécurité empêchant la séparation en ce sens que l'on élargit encore l'extrémité 1" du tube dans la zone du diamètre D ou que l'on rabat la zone de bordure, comme représenté sur la Figure 2. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur avec un ou plusieurs tubes (2) qui présentent des extrémités de tube (1), comportant au moins une plaque tubulaire (3) qui présente des découpes pour recevoir les extrémités de tube (1) et qui leur est reliée par élargissement des extrémités de tube (1), dans lequel des ailettes sont fixées sur les tubes (2) et les tubes (2) présentent une section ovale, en particulier ovale aplatie avec un grand diamètre (A) et un petit diamètre (B), caractérisé par le fait que les extrémités de tube (1) élargies présentent une section ovale dont le grand diamètre (C) est de la même grandeur que le diamètre (A) et dont le petit diamètre (D) est plus grand que le diamètre (B). 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport des diamètres (C): (D) des extrémités de tube (1) est supérieur à 2:1, en particulier à 2,3:1. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les découpes dans la plaque tubulaire (3) sont formées par des crevés (5) et qu'entre les crevés (5) et les extrémités de tube (1) sont prévus des moyens d'étanchéité élastiques. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens d'étanchéité élastiques sont formés de garnitures de matière plastique ou de caoutchouc (6) présentant un collet (7), d'une pâte d'étanchéité durcissant élastiquement, par exemple pâte de silicone ou analogue. 5. Échangeur de chaleur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que le diamètre (A) ou (C) du tube (2), non élargi, est supérieur à la cote du moyen élastique d'étanchéité dans cette direction. 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la portion plate (11) des extrémités de tube (1) présente, sur sa face orientée vers l'ouverture du tube (9), un élément empêchant leur séparation. 7. Échangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément empêchant leur séparation est formé par un élargissement local (8) du diamètre (D). 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rapport des diamètres (A): (B) des tubes (2) dans la zone du faisceau est supérieur à 3:1, en particulier vaut 5,6:1. 9. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur avec un ou plusieurs tubes (2) qui présentent des extrémités de tube (1), comportant au moins une plaque tubulaire (3) qui présente des découpes pour recevoir les extrémités de tube (1) et qui leur est reliée par élargissement des extrémités de tube (1), dans lequel les tubes (2) présentent une section ovale, en particulier ovale aplatie avec un grand diamètre (A) et un petit diamètre (B), dans lequel les extrémités élargies (1) des tubes présentent une section dont le grand diamètre (C) est égal au diamètre (A), et dont le petit diamètre (B) est supérieur au diamètre (D), caractérisé par le fait qu'après la pose de la plaque tubulaire (3) sur les extrémités (1) des tubes on enfile un mandrin d'élargissement (10) dans les extrémités (1) des tubes et on agrandit simultanément le diamètre (A) et le diamètre (B) du tube (2) pour fixer les ailettes, puis le diamètre (B) du tube (2) pour l'amener au diamètre (D). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on pose la plaque tubulaire (3) sur les tubes (2) sans les déformer préalablement. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que l'on insère un collet (7) d'une garniture d'étanchéité en caoutchouc (6) dans les crevés (5) et que l'on introduit les tubes (2) dans la plaque tubulaire (3) au moyen d'outils d'introduction préalablement insérés dans les collets (17) se trouvant dans les crevés (5). 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que l'on procède à l'élargissement du diamètre (B) pour l'amener au diamètre (D) en même temps qu'un élargissement (8) empêchant la plaque tubulaire (3) de se détacher de l'extrémité du tube (1) 13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait qu'après avoir terminé l'agrandissement du diamètre (B) pour l'amener au diamètre (D), on munit localement la portion plate (11) d'un élargissement (8) empêchant la plaque tubulaire (3) de se séparer de l'extrémité (1) du tube.