Brevet FR2787874A1 — publié le 20000630

Procédé de réalisation d'un faisceau à ailettes emboîtées pour échangeur de chaleur L'invention concerne un procédé pour réaliser un faisceau d'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 d'ouvertu- res entourées chacune d'un collet annulaire embouti hors du plan de la plaque, chacun desdits collets s'emboîtant de manière étanche aux fluides dans le collet correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, de telle sorte que chaque alignement de collets 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 procédé représente une simplification par rapport à l'assemblage des 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 ouvertures des ailettes étant supprimées. En revanche, il pose le problème de l'étanchéité visà vis de l'extérieur des canaux formés par les collets, c'est-à-dire de l'étanchéité de la liaison entre ces derniers. Une technique particulièrement simple consisterait à obtenir l'étanchéité au moyen d'un dépôt effectué, notamment sur la surface interne des canaux, à partir d'un milieu de dépôt dans lequel est immergé le faisceau. En pratique cependant, la réalisation d'un dépôt homogène nécessite le renouvelle- ment, à la surface du substrat, des substances consommées par le processus de dépôt, ce renouvellement s'effectuant par diffusion au sein du milieu de dépôt et/ou par transport de courant électrique lorsque ces substances sont chargées électriquement, comme c'est le cas par exemple dans le dépôt par cataphorèse. Or, on constate que le renouvellement des espèces consommées n'est pas assuré convenablement dans les canaux qui sont relativement longs et étroits, de sorte qu'un dépôt appréciable n'est réalisé qu'au voisinage des extrémi- tés de chaque canal. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient, et de permettre un dépôt homogène sur toute la surface des canaux. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit qu'on assemble provisoirement les ailettes dans une disposition relative qui diffère de leur disposition relative dans le faisceau final par un écartement mutuel plus grand desdits plans, de telle sorte que les collets à emboîter sont hors de contact les uns avec les autres, on immerge l'assemblage provisoire dans un milieu de dépôt pour réaliser un dépôt de précurseur sur la totalité de la surface des ailettes, on rapproche les ailettes les unes des autres pour les amener dans la disposition relative du faisceau final, les collets étant en contact mutuel par l'intermédiaire du dépôt de précurseur, et on soumet ce dernier à un traitement propre à le transformer en un revêtement assurant la liaison mécanique des collets mutuel- lement emboîtés et l'étanchéité du canal formé par ceux-ci. Dans l'assemblage provisoire, chaque canal formé par un alignement de collets communique, du fait de l'écartement mutuel de ceux-ci, avec tous les intervalles entre ailettes, par lesquels les substances participant au processus de diffusion peuvent parvenir à l'intérieur des canaux, sur toute la longueur de ceux-ci, par diffusion et/ou transport de courant électrique. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Dans l'assemblage provisoire, le bord libre de chaque collet est en retrait par rapport au plan de l'ailette vers laquelle il est tourné. La circulation au sein du milieu de dépôt, entre l'intérieur et l'extérieur des canaux, est ainsi facilitée du fait qu'elle s'effectue parallèlement aux plans des ailettes, sans "chicanes". - L'écartement des ailettes dans l'assemblage provisoire est défini par des languettes découpées dans celles-ci et repliées hors des plans des plaques, chaque ailette s'ap- puyant sur les extrémités des languettes d'une ailette voisine, lesquelles languettes sont ensuite déformées par le rapprochement des ailettes conduisant au faisceau final. - Les languettes sont inclinées par rapport à la direction du mouvement relatif des ailettes, sur une partie au moins de leur longueur. - Les languettes sont inclinées dans un sens sur une partie de leur longueur et dans le sens opposé sur une autre partie de leur longueur. - Les languettes sont incurvées sur une partie au moins de leur longueur. - Chaque languette présente une largeur qui varie dans sa direction longitudinale, son extrémité libre s'étendant, dans l'assemblage provisoire, en travers de l'ouverture laissée par la découpe d'une languette homologue dans une ailette voisine et s'appuyant sur cette dernière de part et d'autre de ladite ouverture. - Chaque languette présente au voisinage de son extrémité libre une région sensiblement plane reliée au reste de la languette par une ligne de pliage transversale et venant en contact surfacique avec l'ailette en regard lors dudit rapprochement. - Chaque languette est réalisée individuellement par une découpe de l'ailette en formant dans cette dernière une ouverture par languette. - Le milieu de dépôt est un bain de cataphorèse et le dépôt de précurseur est réalisé par cataphorèse. - Le précurseur comprend une résine polymérisable et ledit traitement est un traitement de polvmérisation conduisant à un revêtement polymère. - Ladite résine polymérisable est une résine époxy. - Ledit traitement est un traitement thermique. - Les collets sont sensiblement tronconiques. - Ledit revêtement a une épaisseur de l'ordre de 20 micromè- tres. L'invention a également pour objet une ailette pour faisceau d'échangeur de chaleur utilisable dans le procédé tel que défini ci-dessus, ainsi qu'un assemblage provisoire compre- nant une multiplicité de telles ailettes et un faisceau d'échangeur de chaleur tel qu'on peut l'obtenir par ce procédé. L'ailette selon l'invention est formée par une plaque de tôle mince sensiblement plane traversée par une multiplicité d'ouvertures entourées chacune d'un collet annulaire embouti hors du plan de la plaque, des languettes découpées dans cette dernière étant repliées hors dudit plan, de préférence jusqu'à une hauteur par rapport au plan de la plaque supé- rieure à celle des collets. Dans l'assemblage provisoire selon l'invention, les plaques des ailettes sont sensiblement parallèles et équidistantes, chaque collet d'une ailette étant aligné avec des collets des autres ailettes perpendiculairement aux plans des plaques, et chaque ailette s'appuyant sur les extrémités des languettes d'une ailette voisine pour maintenir écartés les uns des autres les collets ainsi alignés. Dans le faisceau selon l'invention, chaque ailette s'appuie sur les extrémités de languettes découpées dans la plaque d'une ailette voisine et repliées hors du plan de cette plaque, la liaison mécanique des collets mutuellement emboîtés et l'étanchéité du canal formé par ceux- ci étant assurées par un revêtement appliqué sur la totalité des surfaces des ailettes y compris les surfaces mutuellement en regard des collets emboîtés. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une vue partielle, en coupe selon la ligne 1- I de la figure 5, d'un faisceau d'échangeur de chaleur selon l'invention. La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant l'assemblage provisoire des ailettes du faisceau. Les figures 3 et 4 sont des vues analogues aux figures 1 et 2 respectivement, relatives à une variante du faisceau. La figure 5 est une vue partielle de dessus d'une ailette avant le pliage des languettes. Les figures 6 et 7 sont des vues partielles de dessus d'une ailette, à plus grande échelle, montrant la disposition d'une paire de languettes respectivement dans le faisceau final et dans l'assemblage provisoire. La figure 8 est une vue analogue à la figure 5 montrant une variante de l'ailette, les languettes étant pliées hors du plan de celle-ci. La figure 9 est une vue partielle montrant deux ailettes selon la figure 8 superposées, en coupe selon la ligne IX-IX. La figure 10 est une vue analogue à la figure 9 montrant ces mêmes ailettes dans le faisceau final. Chacune des figures 1 et 3 montre un faisceau d'ailettes sans tubes, utilisable notamment dans un échangeur de chaleur tel qu'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, par exemple en aluminium ou alliage d'alumi- nium, mutuellement empilées dont chacune comprend une plaque mince de tôle 3 sensiblement plane. Dans chaque plaque 3 sont formés des ouvertures circulaires 4, à la périphérie desquel- les 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 p 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 ouvertures 4. Les collets 5 sont de forme tronconique et se recouvrent mutuel- lement sur une partie de leur longueur. Ils sont assemblés entre eux, pour former la paroi de chaque canal 6, de manière étanche au fluide destiné à y circuler, par un revêtement appliqué notamment sur les surfaces en regard des collets. À l'une 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 ''ailette terminale pour assurer un passage étanche du fluide. Dans le cas o 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. La figure 5 illustre une disposition non limitative des collets 5 de chaque ailette, et par conséquent des canaux 6 du faisceau, en deux rangées parallèles et en quinconce. Dans l'assemblage provisoire montré sur la figure 2, les ailettes sont décalées les unes par rapport aux autres d'un pas Pl supérieur au pas p. Alors que p est inférieur à la somme de l'épaisseur d'une plaque 3 et de la hauteur des collets, p' est au contraire supérieur à cette somme, de sorte qu'un intervalle libre e subsiste, dans la direction longitudinale des canaux, entre le sommet de chaque collet 5 et la plaaue 3 voisine. L'écartement mutuel des ailettes est maintenu par des languettes ou picots 7 découpés dans chaque plaque 3 et repliés hors du plan de celle-ci de manière à servir d'appui pour la plaque d'une ailette voisine. Comme montré sur la figure 5, les ailettes sont réalisées au moyen de découpes alignées avec les collets de chaque rangée et disposées chacune à mi-distance entre deux collets voisins. Chaque découpe comprend deux lignes de découpe en arc de cercle 8 symétriques l'une de l'autre par rapport à la ligne joignant les centres des ouvertures 4, et une ligne de découpe diamétrale 9 reliant les milieux des arcs 8. On obtient ainsi deux languettes 7 jumelées disposées respecti- vement de part et d'autre de la ligne 9 et qui peuvent être repliées autour de lignes de pliage respectives 10 dont chacune relie une extrémité d'un arc 8 et une extrémité de l'autre arc 8. La largeur de chaque languette augmente de manière continue d'une valeur minimale correspondant à la longueur de la ligne 10 à une valeur maximale correspondant à la longueur de la ligne 9. La figure 7 montre les deux languettes 7 ainsi repliées pour former une ailette de l'assemblage provisoire de la figure 2, présentant chacune un bord libre d'extrémité 9 défini par la ligne de découpe diamétrale. Le pliage des languettes laisse dans la plaque 3 de l'ailette une ouverture i délimitée par les deux lignes de découpe en arc de cercle 8 et par les deux lignes de pliage 10. Comme vu sur la figure 7, le segment de droite AB représentant le bord 9 de la languette 7 représen- tée à gauche comprend une région médiane CD qui s'étend en travers de l'ouverture 11, et des régions d'extrémité AC et BD qui s'étendent de part et d'autre de cette ouverture, et par conséquent au-dessus de la matière de la plaque 3. Ces régions AC et BD servent donc d'appui pour la plaque d'une ailette voisine. Il en va de même pour les autres languettes. Lorsque l'assemblage provisoire de la figure 2 est immergé dans un milieu de dépôt tel qu'un bain de cataphorèse, les constituants de celui-ci peuvent facilement atteindre l'intérieur des canaux 6 sur toute leur longueur en circulant dans les intervalles e, parallèlement aux plans des plaques 3. On peut ainsi obtenir un dépôt régulier sur toutes les surfaces internes et externes des collets, en même temps que sur le reste de la surface des ailettes, à l'exception des régions en contact mutuel des extrémités des languettes 7 et des plaques 3, o ce dépôt est inutile puisqu'il sert seulement à réaliser l'étanchéité et la liaison mécanique entre les collets. Le dépôt est par exemple une résine polymérisable du type époxy. On comprime ensuite l'assemblage provisoire pour rapprocher les ailettes jusqu'à la disposition du faisceau final montré sur la figure 1. Les languettes 7 s'étendent sensiblement selon des plans inclinés par rapport à la direction longitu- dinale des canaux 6, qui est aussi la direction du mouvement relatif des ailettes. Elles peuvent donc se déformer sans difficulté, sous un effort approprié, avec augmentation de leur inclinaison comme montré sur la figure 1, les bords 9 de deux languettes jumelées se rapprochant l'un de l'autre comme montré sur la figure 6. On procède alors & la polymérisation de la résine pour obtenir un revêtement étanche de résine polymérisée aussi bien sur les surfaces internes et externes des canaux que sur les surfaces en regard des collets emboîtés. La polymérisation peut être effectuée par un traitement thermique. Elle peut avoir lieu déjà en partie avant la compression du faisceau. L'assemblage provisoire représenté sur la figure 4 diffère de celui de la figure 2 par le fait que chaque languette 7, au lieu d'être simplement repliée hors du plan de la plaque 3 en s'étendant selon un plan incliné, est incurvée de manière à être inclinée dans un sens au voisinage de la ligne de pliage , deux languettes jumelées se rapprochant l'une de l'autre en s'éloignant du plan de la plaque 3, et dans le sens opposé au voisinage de son bord libre 9, les languettes jumelées s'éloignant alors l'une de l'autre en s'éloignant dudit plan. Cette disposition facilite encore la déformation des languet- tes lors de la compression du faisceau, cette déformation s'effectuant avec augmentation de la courbure et pratiquement sans glissement des bords d'extrémité 9, pour aboutir à la configuration de la figure 3. Dans la variante des figures 8 à 10, à chacune des ouvertures formées par la découpe des languettes ccrrespond une seule languette 21, l'ouverture et la languette présentant une forme rectangulaire et la languette étant rattachée au reste de l'ailette par une ligne de pliage 22 s'étendant selon un petit côté du rectangle. La réalisation d'une seule languette par ouverture permet de réduire la surface des ouvertures. De plus, une région d'extrémité 23 sensiblement plane de la languette, adjacente au bord libre d'extrémité 24 de celle- ci, est repliée selon une ligne de pliage transversale 25, par rapport au reste de la languette, de manière à s'étendre en regard de la matière de l'ailette voisine. Dans le faisceau final, comme on le voit sur la figure 10, la région 23 vient en contact surfacique avec l'ailette voisine, à laquelle elle est collée par le revêtement d'étanchéité, renforçant ainsi mécaniquement le faisceau. Bien entendu, la forme des languettes et des ouvertures correspondantes peut être différente de celles décrites et représentées. Le nombre de languette(s) par ouverture peut être choisi indépendamment de cette forme, deux languettes rectangulaires pouvant par exemple être réalisées dans une ouverture rectangulaire.. Revendications 1. Procédé pour réaliser un faisceau (1) d'échangeur de chaleur, notamment pour un dispositif de refroidissement ou de chauffage de véhicule automobile, comprenant une multipli- cité 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 d'ouvertures (4) entourées chacune d'un collet annulaire (5) embouti hors du plan de la plaque, chacun desdits collets s'emboîtant de manière étanche aux fluides dans le collet correspondant de l'ailette vers laquelle il est tourné, de telle sorte que chaque alignement de collets ainsi emboîtés de l'ensemble des ailettes forme un canal (6) pour la circulation d'un fluide d'un bout à l'autre du faisceau, caractérisé en ce qu'on assemble provisoirement les ailettes dans une disposition relative qui diffère de leur disposition relative dans le faisceau final par un écartement mutuel (p') plus grand desdits plans, de telle sorte que les collets à emboîter sont écartés les uns des autres, on immerge l'assemblage provi- soire dans un milieu de dépôt pour réaliser un dépôt de précurseur sur la totalité de la surface des ailettes, on rapproche les ailettes les unes des autres pour les amener dans la disposition relative du faisceau final, les collets étant en contact mutuel par l'intermédiaire du dépôt de précurseur, et on soumet ce dernier à un traitement propre à le transformer en un revêtement assurant la liaison mécanique des collets mutuellement emboîtés et l'étanchéité du canal formé par ceux-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'assemblage provisoire, le bord libre de chaque collet est en retrait par rapport au plan de l'ailette vers laquelle il est tourné. 3. Procédé selon l'une des revendications J et 2, caracté- risé en ce que les collets sont sensiblement tronconiques. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écartement (p') des ailettes dans l'assemblage provisoire est défini par des languettes (7) découpées dans celles-ci et repliées hors des plans des plaques, chaque ailette s'appuyant sur les extrémités (9) des languettes d'une ailette voisine, lesquelles languettes sont ensuite déformées par le rapprochement des ailettes condui- sant au faisceau final. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les languettes sont inclinées par rapport à la direction du mouvement relatif des ailettes, sur une oartie au moins de leur longueur. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les languettes sont inclinées dans un sens sur une partie de leur longueur et dans le sens opposé sur une autre partie de leur longueur. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caracté- risé en ce que les languettes sont incurvées sur une partie au moins de leur longueur. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caracté- risé en ce que chaque languette présente une largeur qui varie dans sa direction longitudinale, son extrémité libre (9) s'étendant, dans l'assemblage provisoire, en travers (CD) de l'ouverture (11) laissée par la découpe d'une languette homologue dans une ailette voisine et s'appuyant sur cette dernière de part et d'autre (AC, BD) de ladite ouverture. 9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque languette présente au voisinage de son extrémité libre une région sensiblement plane reliée au reste de la languette par une ligne de pliage transversale et venant en contact surfacique avec l'ailette en regard lors dudit rapprochement. 10. Procédé selon l'une des revendications 4 à 9, caracté- risé en ce que chaque languette est réalisée individuellement par une découpe de l'ailette en formant dans cette dernière une ouverture par languette. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu de dépôt est un bain de cataphorèse et en ce que le dépôt de précurseur est réalisé par cataphorèse. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le précurseur comprend une résine polymérisable et que ledit traitement est un traitement de polymérisation conduisant à un revêtement polymère. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite résine polymérisable est une résine époxy. 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit traitement est un traitement thermique. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement a une épaisseur de l'ordre de 20 micromètres. 16. Ailette (2) pour faisceau d'échangeur de chaleur utilisable dans le procédé selon l'une des revendications 4 à 10, formée par une plaque (3) de tôle mince sensiblement plane traversée par une multiplicité d'ouvertures (4) entourées chacune d'un collet annulaire (5) embouti hors du plan de la plaque, des languettes (7) découpées dans cette dernière étant repliées hors dudit plan. 17. Ailette selon la revendication 16, caractérisée en ce que la hauteur (p') des languettes par rapport au plan de la plaque est supérieure à celle des collets. 18. Assemblage provisoire comprenant une multiplicité d'ailettes (2) selon l'une des revendications 16 et 17, dont les plaques (3) sont sensiblement parallèles et équidistan- tes, chaque collet d'une ailette étant aligné avec des collets des autres ailettes perpendiculairement aux plans des plaques, et chaque ailette s'appuyant sur les extrémités (9) des languettes (7) d'une ailette voisine pour maintenir écartés les uns des autres les collets ainsi alignés. 19. Faisceau (1) d'échangeur de chaleur tel que défini dans l'une des revendication 1 à 15 et tel qu'on peut l'obtenir par le procédé selon l'une des revendications 4 à 10, chaque ailette (2) s'appuyant sur les extrémités (9) de languettes (7) découpées dans la plaque (3) d'une ailette voisine (2) et repliées hors du plan de cette plaque, la liaison mécanique des collets (5) mutuellement emboîtés et l'étanchéité du canal (6) formé par ceux-ci étant assurées par un revêtement appliqué sur la totalité des surfaces des ailettes y compris les surfaces mutuellement en regard des collets emboîtés.