Brevet FR2772899A1 — publié le 19990625

Faisceau à ailettes emboîtées pour échangeur de chaleur L'invention concerne un faisceau pour échangeur de chaleur, notamment pour un dispositif de refroidissement ou de chauffage de véhicule automobile, comprenant une multiplicité d'ailettes identiques formées par des plaques de tôle mince respectives s'étendant sensiblement selon des plans mutuellement parallèles et équidistants, chaque plaque étant traversée par une multiplicité de trous entourés chacun d'un rebord annulaire embouti hors du plan de la plaque, chacun desdits rebords s'emboîtant de manière étanche aux fluides dans le rebord correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, de telle sorte que chaque alignement de rebords ainsi emboîtés de l'ensemble des ailettes forme un canal pour la circulation d'un fluide d'un bout à l'autre du faisceau. Un tel faisceau représente une simplification technologique par rapport aux faisceaux classiques à tubes et ailettes en aluminium ou alliage d'aluminium, les étapes de fabrication des tubes et d'introduction de ceux-ci dans les trous des ailettes étant supprimées. En revanche, il pose le problème de l'étanchéité vis à vis de l'extérieur des canaux formés par les rebords, c'est-à-dire de l'étanchéité de la liaison entre ces derniers. I1 est connu de réaliser cette étanchéité par brasage notamment en même temps que l'assemblage par brasage d'autres composants de l'échangeur de chaleur entre eux et ou avec le faisceau. La fiabilité de l'étanchéité obtenue par brasage n'est cependant pas parfaite. Or, il suffit d'un défaut d'étanchéité de l'un des multiples joints formés chacun entre deux rebords adjacents pour rendre inutilisable le faisceau et par conséquent l'échangeur de chaleur assemblé par brasage dont il fait partie. Le but de l'invention est d'améliorer la fiabilité de l'étanchéité des canaux de circulation de fluide. Un autre but de l'invention est de réduire le coût de réalisation de l'échangeur. L'invention vise notamment t un faisceau du genre défini en introduction, et prévoit que la liaison mécanique des rebords mutuellement emboîtés et l'étanchéité du canal sont assurées par une couche à base d'un polymère organique ou organosilicié. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énoncées ci-après: ledit polymère est un polymère organique thermoplastique. ledit polymère est un polyamide. ledit polymère est un polymère organique thermodurcissable. ledit polymère est une résine époxy. ledit polymère est un polysiloxane. ledit polysiloxane est un élastomère. ladite couche est sous forme d'une peinture. - La paroi de chaque canal est revêtue d'une couche continue à base de polymère. chacun desdits rebords est muni d'un revêtement à base de polymère au moins sur la région de sa face externe et/ou de sa face interne située en regard d'un rebord adjacent, ledit revêtement étant lié de manière étanche audit rebord adjacent ou au revêtement de celui-ci. L'invention a également pour objet un procédé pour réaliser un faisceau tel que défini ci-dessus, dans lequel on empile une multiplicité d'ailettes identiques, formées par des plaques de tôle mince respectives sensiblement planes dont chacune est traversée par une multiplicité de trous entourés chacun d'un rebord annulaire embouti hors du plan de la plaque, de manière que les plans des plaques soient sensible ment parallèles et équidistants et que chacun desdits rebords s'emboîte dans le rebord correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, et on revêt d'une couche à base d'un polymère organique ou organosilicié la paroi de chacun des canaux formés par l'alignement de rebords ainsi emboîtés de l'ensemble des ailettes. Le procédé selon l'invention peut comporter au moins certaines des particularités suivantes: - On applique ladite couche par raclage le long de la paroi de chaque canal. - On remplit chaque canal d'un masse fluide contenant ledit polymère ou un précurseur de celui-ci, on traite par la chaleur l'empilement d'ailettes ainsi garni pour transformer la partie de ladite masse adjacente à la paroi de chaque canal en une couche adhérente à base dudit polymère et on élimine l'excédent de ladite masse. - En variante, on empile une multiplicité d'ailettes identiques, formées par des plaques de tôle mince respectives sensiblement planes dont chacune est traversée par une multiplicité de trous entourés chacun d'un rebord annulaire embouti hors du plan de la plaque, de manière que les plans des plaques soient sensiblement parallèles et équidistants et que chacun desdits rebords s'emboîte dans le rebord correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, chacun desdits rebords étant préalablement muni d'un revêtement contenant un polymère organique ou organosilicié ou un précurseur de celui-ci sur la région de sa face externe et/ou de sa face interne située en regard d'un rebord adjacent, de telle sorte que ledit revêtement vient en contact avec ledit rebord adjacent ou le revêtement de celui-ci, et on traite par la chaleur l'empilement d'ailettes ainsi obtenu pour transformer le ou les revêtements interposés entre deux rebords en une couche cohérente et adhérente à base dudit polymère. - On applique ledit revêtement sur la totalité de l'une et/ou l'autre des deux faces de chaque ailette. - On applique ledit revêtement par trempage. - On applique ledit revêtement par projection. ledit revêtement ou ladite couche est appliqué, ou ladite masse introduite, sous forme de poudre. ledit polymère est un polyamide. ledit revêtement ou ladite couche est appliqué, ou ladite masse introduite, sous forme liquide ou pâteuse. ledit revêtement ou ladite couche ou ladite masse contient un polysiloxane élastomère ou un précurseur de celui-ci. ledit revêtement ou ladite couche est appliqué sous forme d'une peinture époxy. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un faisceau d'échangeur de chaleur selon l'invention - la figure 2 est une vue de dessus correspondante - les figures 3 à 5 sont des vues partielles en coupe montrant différentes formes d'emboîtement des rebords des ailettes ; et - les figures 6 et 7 sont des vues partielles en coupe, à plus grande échelle que les précédentes, montrant différentes configurations de couches de polymère. Les figures 1 et 2 montrent schématiquement la structure connue d'un faisceau d'ailettes sans tubes, utilisable notamment dans un radiateur de refroidissement du moteur d'entraînement d'un véhicule, ou un radiateur de chauffage de l'habitacle d'un véhicule. Le faisceau 1 est formé d'une multiplicité d'ailettes 2 en aluminium ou alliage d'aluminium mutuellement empilées dont chacune comprend une plaque mince de tôle 3 sensiblement plane. Dans chaque plaque 3 sont formés des trous circulaires 4, autour desquels la matière de la plaque est déformée par emboutissage pour réaliser un rebord annulaire ou collet 5. Toutes les ailettes 1 sont identiques et sont décalées les unes par rapport aux autres d'un pas constant dans la direction perpendiculaire aux plans des plaques 3, de sorte que des canaux 6 allongés dans cette même direction sont formés à travers le faisceau par l'alignement des trous 4. Chaque canal 6 est délimité latéralement par la succession des rebords 5 correspondants, qui sont assemblés entre eux de manière étanche au fluide destiné à y circuler comme il sera décrit en détail plus loin. À lune au moins des extrémités de l'empilement, les canaux 6 communiquent avec une ou plusieurs chambres d'une boîte à fluide non représentée, à travers une plaque collectrice perforée qui coopère avec l'ailette terminale pour assurer un passage étanche du fluide. Dans le cas où une seule boîte à fluide est prévue, les canaux communiquent entre eux deux à deux, à l'extrémité opposée du faisceau, grâce à une plaque d'extrémité appropriée coopérant avec l'ailette terminale correspondante, pour réaliser des trajets en U pour le fluide. Dans l'exemple illustré, les canaux 6 sont disposés en deux rangées parallèles et en quinconce. Toute autre disposition peut être envisagée. Les figures 3 à 5 montrent trois configurations différentes pour les rebords 5 permettant leur emboîtement mutuel. Sur les figures 3 et 5, chaque rebord comprend deux régions cylindriques 5-1 et 5-2 reliées entre elles par une région intermédiaire inclinée 5-3, la région 5-1 étant plus proche du plan de la plaque 3 et de plus grand diamètre que la région 5-2, qui est adjacente au bord libre 5-4 du rebord. La face interne de la région 5-1 d'un rebord est en contact avec la face externe de la région 5-4 d'un rebord voisin, le cas échéant par l'intermédiaire de la couche de polymère selon l'invention, non représentée sur les figures 3 et 5. Les exemples des figures 3 et 5 diffèrent en ce que, dans le premier cas, la longueur axiale de la région 5-1 est plus grande que celle de la région 5-2, la relation inverse apparaissant sur la figure 5. En outre, dans l'exemple de la figure 3, la face interne de la région 5-3 d'un rebord coopère avec la face interne de l'arrondi 5-5 reliant la région 5-1 à la plaque 3 de l'ailette voisine. Sur la figure 5, la paroi du canal 6, formée essentiellement par les faces internes des régions 5-2 des rebords, est sensiblement cylindrique sous réserve de petites gorges annulaires 7 formées en regard des régions intermédiaires 5-3. Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'emboîtement est réalisé grâce à la forme tronconique des collets 5. La configuration de la figure 5 est particulièrement appropriée à la réalisation d'une couche d'étanchéité 10 selon l'invention, recouvrant de manière continue la paroi du canal 6 et remplissant les gorges 7, comme montré sur la figure 6. Une telle couche peut être obtenue en appliquant une masse liquide ou pâteuse par raclage, au moyen d'un dispositif distributeur tel qu'une olive déplacé le long du canal. La masse ainsi déposée est ensuite transformée en une couche solide par séchage, refroidissement ou chauffage, selon que le polymère est présent à l'état dissous ou à l'état fondu ou est formé sur place par polymérisation. I1 est également possible de remplir les canaux 6 d'une masse liquide ou pâteuse ou d'une poudre, soit en versant celle-ci, soit en l'aspirant vers le haut par l'action du vide à partir d'un bain. Le faisceau ainsi garni est alors chauffé, par exemple dans un four, pendant un temps juste suffisant pour que la masse se transforme en une couche solide contenant le polymère, sur l'épaisseur souhaitée à partir de la paroi du canal. L'excédent non transformé est ensuite éliminé et peut être recyclé. La figure 7 montre les rebords tronconiques selon la figure 4, dont la région marginale 5-6 est munie d'un revêtement 11 sur ses faces interne et externe et sur sa tranche, ce revêtement pouvant être réalisé par trempage des régions 5-6 de l'ensemble des rebords d'une même ailette dans un bain. Le revêtement de la face externe d'un rebord est en contact étanche avec la face interne de la région non revêtue d'un rebord voisin. Bien entendu, il est possible de réaliser le revêtement sur une région axialement plus longue de chaque rebord, permettant un contact mutuel des revêtements de deux rebords adjacents. Ce type d'étanchéité est également applicable avec les profils des figures 3 et 5. Selon une variante non représentée, un revêtement est appliqué sur la totalité de l'une des faces de chaque ailette, comprenant soit la face interne, soit la face externe des rebords, ou même de ces deux faces. Un tel revêtement peut être appliqué notamment par projection, ou par immersion totale des ailettes dans un bain fluide ou fluidisé. Bien entendu, l'épaisseur de la couche de polymère doit être faible de manière à présenter une conductibilité thermique suffisante pour ne pas nuire aux échanges de chaleur entre les ailettes et le flux d'air qui les balaiera lors de l'utilisation de l'échangeur de chaleur. Parmi les polymères préférés pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut citer les polyamides, qui sont des résines thermoplastiques, et plus particulièrement les polyamides des types 6-6, 11 et 12. Le polyamide peut être notamment mis en contact avec le substrat à l'état de poudre, puis fondu et solidifié au contact de celui-ci pour former la couche selon l'invention. Parmi les résines thermodurcissabies, les résines époxy sont également particulièrement avantageuses. Elles peuvent être mises en oeuvre sous la forme de peintures époxy. I1 est également possible d'utiliser des poudres époxy, qui seront polymérisées par la chaleur au contact du substrat. Une autre classe de polymères avantageuse est constituée par les polysiloxanes. Ces polymères, appelés couramment silicones, comportent une channe composée d'atomes de silicium et d'oxygène alternés, les atomes de silicium portant des groupes organiques. On peut partir notamment de précurseurs liquides ou pâteux à un composant ou à deux composants, durcissant à chaud ou à froid pour conduire à des polysiloxanes élastomères. Bien entendu, comme dans tous les cas où on souhaite réaliser un revêtement adhérent sur un substrat, un traitement préalable de celui-ci pourra être nécessaire, pouvant comprendre un dégraissage, une activation mécanique ou chimique et le cas échéant l'application d'un primaire adapté à la nature du revêtement final. Revendications 1. Faisceau (1) pour échangeur de chaleur, notamment pour un dispositif de refroidissement ou de chauffage de véhicule automobile, comprenant une multiplicité d'ailettes (2) identiques formées par des plaques (3) de tôle mince respectives s'étendant sensiblement selon des plans mutuellement parallèles et équidistants, chaque plaque étant traversée par une multiplicité de trous (4) entourés chacun d'un rebord annulaire (5) embouti hors du plan de la plaque, chacun desdits rebords s'emboîtant de manière étanche aux fluides dans le rebord correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, de telle sorte que chaque alignement de rebords ainsi emboîtés de I'ensemble des ailettes forme un canal (6) pour la circulation d'un fluide d'un bout à l'autre du faisceau, caractérisé en ce que la liaison mécanique des rebords mutuellement emboîtés et l'étanchéité du canal sont assurées par une couche (10) à base d'un polymère organique ou organosilicié. 2. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polymère est un polymère organique thermoplastique. 3. Faisceau selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit polymère est un polyamide. 4. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polymère est un polymère organique thermodurcissable. 5. Faisceau selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit polymère est une résine époxy. 6. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polymère est un polysiloxane. 7. Faisceau selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit polysiloxane est un élastomère. 8. Faisceau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche est sous forme d'une peinture. 9. Faisceau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de chaque canal est revêtue d'une couche continue (10) à base de polymère. 10. Faisceau selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chacun desdits rebords est muni d'un revêtement (11) à base de polymère au moins sur la région de sa face externe et/ou de sa face interne située en regard d'un rebord adjacent, ledit revêtement étant lié de manière étanche audit rebord adjacent ou au revêtement de celui-ci. 11. Procédé pour réaliser un faisceau (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on empile une multiplicité d'ailettes (2) identiques, formées par des plaques (3) de tôle mince respectives sensiblement planes dont chacune est traversée par une multiplicité de trous (4) entourés chacun d'un rebord annulaire (5) embouti hors du plan de la plaque, de manière que les plans des plaques soient sensiblement parallèles et équidistants et que chacun desdits rebords s'emboîte dans le rebord correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, et on revêt d'une couche (10) à base d'un polymère organique ou organosilicié la paroi de chacun des canaux formés par l'alignement de rebords ainsi emboîtés de l'ensemble des ailettes. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on applique ladite couche par raclage le long de la paroi de chaque canal. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on remplit chaque canal d'un masse fluide contenant ledit polymère ou un précurseur de celui-ci, qu'on traite par la chaleur l'empilement d'ailettes ainsi garni pour transformer la partie de ladite masse adjacente à la paroi de chaque canal en une couche adhérente à base dudit polymère et qu'on élimine l'excédent de ladite masse. 14. Procédé pour réaliser un faisceau selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel on empile une multiplicité d'ailettes (2) identiques, formées par des plaques (3) de tôle mince respectives sensiblement planes dont chacune est traversée par une multiplicité de trous (4) entourés chacun d'un rebord annulaire (5) embouti hors du plan de la plaque, de manière que les plans des plaques soient sensiblement parallèles et équidistants et que chacun desdits rebords s'emboîte dans le rebord correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, chacun desdits rebords étant préalablement muni d'un revêtement (11) contenant un polymère organique ou organosilicié ou un précurseur de celui-ci sur la région de sa face externe et/ou de sa face interne située en regard d'un rebord adjacent, de telle sorte que ledit revêtement (11) vient en contact avec ledit rebord adjacent (5) ou le revêtement (11) de celui-ci, et on traite par la chaleur l'empilement d'ailettes ainsi obtenu pour transformer le ou les revêtements interposés entre deux rebords en une couche cohérente et adhérente à base dudit polymère. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on applique ledit revêtement sur la totalité de l'une et/ou l'autre des deux faces de chaque ailette. 16. Procédé selon lune des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'on applique ledit revêtement par trempage. 17. Procédé selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'on applique ledit revêtement par projection. 18. Procédé selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que ledit revêtement ou ladite couche est appliqué, ou ladite masse introduite, sous forme de poudre. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit polymère est un polyamide. 20. Procédé selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que ledit revêtement ou ladite couche est appliqué, ou ladite masse introduite, sous forme liquide ou pâteuse. 21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit revêtement ou ladite couche ou ladite masse contient un polysiloxane élastomère ou un précurseur de celui-ci. 22. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit revêtement ou ladite couche est appliqué sous forme d'une peinture époxy.