Brevet FR2789920A1 — publié le 20000825

Procédé de brasage d'un échangeur de chaleur de gaz d'échap- pement L'invention concerne un procédé pour assembler de manière étanche, par brasage, une plaque collectrice délimitant une boîte à fluide d'échangeur de chaleur et une multiplicité de tubes allongés parallèles dont les extrémités traversent des trous respectifs de ladite plaque collectrice pour permettre une communication de fluide entre l'intérieur des tubes et l'intérieur de la boîte à fluide, procâdé dans lequel on fait fondre une brasure pour assurer une liaison étanche entre la périphérie de chaque trou et la surface extérieure du tube correspondant. UJn tel procédé est utilisé en particulier pour l'assemblage d'un échangeur de chaleur destSiné à l'échange de chaleur entre les gaz d'éc. appement d'un véhicule, circulant à l'extérieur des tubes, et un fluide de refroidissement circulant à l'intérieur des tubes, échange de chaleur qui permet d'utiliser une partie de l'énergie calorifique des gaz d'échappement pour le chauffage de!'habitacle du véhicule. Dans ce type d'échangeurs, pour résister au caractère corrosif des gaz d'échappement, les pièces sont en acier inoxydable et la brasure est à base de nickel. Diverses techniques sont utilisées pour appliquer cette brasure. L'une d'elles consiste à déposer à la seringue des gouttes de brasure à l'état de pâte sur la plaque collectri- ce, après mise en place des tubes et au voisinage de ceux-ci. D'autres techniques consistent à tremper les extrémités des tubes assemblées en faisceau dans un liquide contenant la brasure, ou à projeter au pistolet la brasure à l'état de poudre sur les extrémités des tubes du faisceau, ou sur la plaque collectrice avant mise en place des tubes. Toutes ces techniques nécessitent des manipulations complexes et parfois délicates et ne permettent pas une bonne maîtrise de la quantité de brasure appliquée ainsi qu'une bonne étanchéité entre les tubes et la plaque collectrice. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que la brasure est appliquée sur l'une au moins des faces de la plaque collectrice, avant insertion des extremites des tubes; sous forme d'une feuille adhésive souple préalablement perforée en correspondance des trous de la plaque. De telles feuilles adhésives de brasure, notamment à base de nickel, sont couramment disponibles dans le commerce, par exemple sous forme de ruDans munis de pellicules protectri- ces, et sont utilisées pour assembler des pièces présentant des surfaces respectives continues qui sont appliquées l'une contre l'autre avec interposition de la feuille de brasure. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Le contour des perforations de la feuille de brasure coïncide sensiblement avec celui des trous de la plaque collectrice. - Les perforations de la feuille de brasure sont plus petites que les trous de la plaque collectrice. - Les perforations de la feuille de brasure ont sensiblement -a même forme et le même centre que les trous de la plaque collectrice. - Le contour d'une perforation de la feuille de brasure présente des points communs avec celui du trou correspondant de la plaque collectrice, et se situe pour le reste à l'intérieur du contour du trou. - Le contour de la perforation s'éloigne progressivement de celui du trou à partir d'un point commun. - Le contour de la perforation s'éloigne brusquement, par un décrochement, de celui du trou à partir d'un point commun. - Le contour de la perforation, entre deux décrochements, reste à une distance sensiblement constante aà 'intérieur de celui du trou. - À chaque perforation de la feuille de brasure est associé un collet formé par découpe et déformation conjointes de la feuille et s'étendant sensiblement dans la direction longitu- dinale du tube àa part-ir de celle-ci. - On part d'une feuille de brasure présentant une face adhésive et munie d'une pellicule protectrice au moins sur ladite face adhésive, et on découpe la feuille pour l'adapter à la forme de la plaque collectrice et pour réaliser les perforations, avant de retirer la pellicule protectrice et d'appliquer la feuille sur la plaque collectrice. - La feuille est munie d'une seconde pellicule protectrice à l'opposé de ladite face adhésive, qu'on retire après appli- cation de la feuille et avant fusion de la brasure. - On met les tubes en place en les faisant passer à travers les trous de ladite plaque collectrice recouverte par la feuille. - La brasure est à base de nickoel. - La plaque collectrice et les tubes sont en acier inoxyda- ble. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexes. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un échangeur de chaleur selon l'invention pour la récupération de chaleur des gaz d'échappement d'un véhicule automobile. La figure 2 est une vue en élévation d'une plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 1. La figure 3 est une vue partielle en coupe transversale d'une feuille de brasure destinée à être appliquée sur la plaque de la figure 2, après perforation et avant enlèvement des pellicules protectrices. Les figures 4 à 7 montrent différentes formes possibles pour les perforations de la feuille de brasure, et leur disposi- tion par rapport aux trous de la plaque collectrice. La figure 8 est une vue partielle de la plaque collectrice et de la feuille de brasure, en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7. L'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 comprend, de manière connue en soi, un boîtier central de forme cylindrique de révolution composé d'une paroi périphérique cylindrique 1 et de deux parois d'extrémité circulaires 2, 3 formant plaques collectrices. Des tubulures d'entrée et de sortie 4, 5 pour le fluide de refroidissement du moteur du véhicule sont aménagées sur la paroi 1, en des positions diamétralement opposées, l'une au voisinage de la plaque 2 et l'autre au voisinage de la plaque 3. Des trous circulaires répartis sur la surface des plaques 2 et 3 reçoivent les extrémités de tubes 6 allongés parallèlement à l'axe A du boîtier. Deux coupelles annulaires 7, 8, de révolution autour de l'axe A, coiffent respectivement les extrémités du boîtier et se terminent, à l'opposé de celui-ci, par des tubulures axiales 9, 10 qui sont brasées respectivement à des brides 11, 12 destinées à la fixation de l'échangeur de chaleur sur le véhicule. Les parois 1-3, les tubes 6, les coupelles 7, 8 et les brides 11, 12 sont mutuellement assemblés par brasage de manière étanche aux fluides. Les gaz d'échappement pénètrent par la tubulure 9 dans la boite collectrice 13 délimitée par la plaque 2 et la coupelle 7, cheminent à l'intérieur des tubes 6 pour atteindre la boite collectrice 14 délimitée par la plaque 3 et la coupelle 8, et sortent par la tubulure 10. Le fluide de refroidissement pénètre par la tubulure 4 à l'intérieur du boîtier 1-3, o il chemine en balayant la surface extérieure des tubes de manière à recueillir la chaleur des gaz qui circulent à l'intérieur ceux-ci, puis sort par la tubulure 5. La circulation de chaque fluide peut également s'effectuer en sens inverse de celui qui vient d'être décrit. Les plaques collectrices 2, 3, les tubes 6, les coupelles 7, 8 et les brides 10, 12, en contact avec les gaz d'échappement, sont en acier inoxydable. Les plaques collectrices circulaires 2, 3 sont identiques entre elles et les trous circulaires 20 pour le passage des tubes sont régulièrement répartis sur leur surface, par exemple selon un réseau à mailles carrées, comme montré sur la figure 2. La figure 3 est une vue partielle en coupe d'une pastille stratifiée souple découpée aux dimensions de la plaque 2, 3, comprenant une feuille 21 de brasure à base de nickel, recouverte sur l'une 22 de ses faces d'une couche d'adhésif et d'une pellicule protectrice 23, et sur sa face opposée d'une pellicule protectrice 24. La figure 3 montre l'une des perforations 25 ménagée dans la pastille stratifiée 21-24, en correspondance des trous 20. Les perforation 25 peuvent être réalisées par poinçonnage, en même temps que la découpe du contour de la pastille. Avant d'appliquer la feuille 21 sur la plaque 2, 3, il reste à retirer la pellicule 23 pour exposer l'adhésif. La pellicule 24 est ensuite retirée, avant passage au four de brasage. Les figures 4 à 6 montrent quatre formes possibles pour des perforations 25 associées à des trous 20 circulaires devant recevoir des tubes à section elle aussi circulaire. Sur la figure 4, la perforation 25 est circulaire et de même diamètre que le trou 20, son contour venant entièrement en coïncidence avec celui du trou. Sur la figure 5, le contour de la perforation comprend deux arcs AB et CD, diamétralement opposés entre eux, d'un cercle coïncidant avec le contour du trou 20, et deux arcs EF et GH, diamétralement opposés entre eux, d'un cercle de plus petit diamètre que le précédent et de même centre O, les extrémités des arcs du second cercle étant reliées à celles des arcs du premier cercle par des segments sensiblement radiaux formant échelons AE, BG, CH et DF. Sur la figure 6, le contour de la perforation 25 a la forme d'une ellipse dont le grand diamètre KL coïncide avec un diamètre du trou 20. Le contour 25 s'éloigne donc progressi- vement vers l'intérieur de celui du trou 20 depuis chacune des extrémités KL de son grand diamètre jusqu'à chacune des extrémités MN de son petit diamètre. En variante, comme montré sur les figures 7 et 8, à chaque trou 20 de la plaque 2, 3 peut être associé un collet 26 formé, en même temps que la perforation 25, par découpe et déformation de la feuille 21. Le collet 26 s'étend sensible- ment perpendiculairement au plan de la plaque collectrice 2, 3, c'est-à-dire parallèlement à l'axe du tube. Les formes de perforations illustrées sur les figures 5 et 6, qui ne sont que des exemples des multiples formes possibles, éventuellement adaptées à des trous et à des tubes non circu- laires, permettent d'optimiser le contact entre la brasure et les tubes tout en évitant de déchirer la feuille de brasure lors de l'introduction des tubes. Le collet des figures 7 et 8 a la même fonction. Dans une variante non illustrée, le contour de la perforation est situé entièrement à l'intérieur du contour du trou, la distance entre ceux-ci pouvant être sensiblement uniforme, par exemple dans le cas d'une perforation et d'un trou circulaires et concentriques, ou au contraire variable. Revendications !. Procédé pour assembler de manière étanche, par brasage, une plaque collectrice (2, 3) délimitant une boite à fluide (13, 14) d'échangeur de chaleur et une multiplicité de tubes allongés parallèles (6) dont les extrémités traversent des trous respectifs (20) de ladite plaque collectrice pour permettre une communication de fluide entre l'intérieur des tubes et l'intérieur de la boite à fluide, procédé dans !0 lequel on fait fondre une brasure pour assurer une liaison étanche ent-re La céri-hérie de chaque trou et la surface extérieure du tube correspondant, caractérisé en ce que la brasure est appliquée sur l'une au moins des faces de la plaque collectrice, avant insertion des extrémités des tubes, sous forme d'une feuille adhésive souple (21) préalablement perforée (25) en correspondance des trous (20) de la plaque. 2. Procédé selon -la revendication 1, caractérisé en ze que le contour des perforations de la feuille de brasure coïncide sensiblement avec celui des trous de la plaque collectrice. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations (25) de la feuille de brasure sont plus petites que les trous (20) de la plaque collectrice. 4. Procédé selon La revendication 3, caractérisé en ce que les perforations de la feu ile de brasure ont sensiblement la même forme et Le même centre que les trous de la plaque collectrice. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contour d'une perforation de la feuille de brasure présente des points communs (AB, CD) avec celui du trou correspondant de la:Laque collectrice, et se situe pour le reste à l'intérieur du contour du trou. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le contour de la perforation s'éloigne progressivement de celui du trou à partir d'un point commun (K, L). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le contour de la perforation s'éloigne brusquement, par un décrochement (AE, BG, CH, DF), de celui du trou à partir d'un point commun (A, B, C, D). 8. Prccédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le contour de la perforation, entre deux décrochements (AE, DF), reste à une distance sensiblement constante à l'inté- rieur de celui du trou. S. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'àa chaque perforation (25) de la feuille de brasure est associé un collet i26) formé par découpe et déformation conointes de la feui'lle 21) et s'étendant sensiblement dans la direction longitudinale du tube à partir de celle-ci. 0. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on part d'une feuille de brasure (21) présentant une face adhésive (22) et munie d'une pellicule protectrice i23; au moins sur ladite face adhésive, et qu'on découpe la feuille pour l'adapter la forme de la plaque collectrice et pour réaliser les perfcrations (25), avant de retirer la pellicule protectrice et d'appliquer la feuille sur la plaque collectrice. 1l. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la feuille est munie d'une seconde pellicule protectrice (24) à l'opposé de ladite face adhésive, qu'cn retire après appli- cation de la feuille et avant fusion de la brasure. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met les tubes en place en les faisant passer à travers les trous de ladite plaque collectrice recouverte par la feuille. 3. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce Aue la brasure est à base de nickel. 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque collectrice et les tubes sont en acier inoxydable. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes pour l'assemblage d'un échangeur de chaleur destiné à l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement d'un véhicule, circulant à l'intérieur des tubes, et un fluide de refroidissement circulant à!'extérieur des tubes.