Brevet FR2794227A1 — publié le 20001201

Echangeur de chaleur à tubes collés, en particulier pour véhicule automobile, et procédé pour sa fabrication L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant un collecteur muni de trous entourés par des collets, une multiplicité de tubes dont les extrémités sont reçues et collées dans les trous du collecteur, et une boîte collectrice coiffant le collecteur. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type, dans lesquels les extrémités des tubes traversent le collecteur et sont solidarisées à celui-ci par collage à l'aide d'une colle liquide qui est ensuite durcie, généralement par polymérisa tion. La réalisation de tels échangeurs de chaleur se heurte à de nombreuses difficultés pratiques liées essentiellement au problème du dépôt de la colle, particulièrement pour assurer la liaison entre chaque extrémité de'tube et le collecteur. Habituellement, les trous du collecteur sont entourés chacun par un collet qui forme un récipient naturel pour le dépôt de la colle. Ce récipient se trouve situé du côté du collecteur qui est opposé à la boîte collectrice et qui regarde les ailettes du faisceau de tubes. Par conséquent, si l'on dépose la colle après assemblage des tubes et du collecteur, ce dépôt de colle doit s'effectuer non seulement du côté des ailettes, ce qui représente une difficulté d'accès, mais également avec les extrémités des tubes dirigées vers le bas. En outre, il faut utiliser une colle suffisamment fluide pour qu'elle puisse pénétrer dans l'espace annulaire ménagé entre l'extrémité de tube et le collet correspondant du collecteur. outre les difficultés de mise en oeuvre signalées précédem ment, il est impossible d'effectuer en même temps une liaison par collage du collecteur avec la boîte collectrice étant donné que la colle doit être déposée sur deux faces opposées du collecteur. Ceci oblige par conséquent à réaliser plu sieurs cycles de dépôt de colle et de durcissement de la colle par polymérisation. Il en résulte une complexité de fabrication qui augmente le coût de l'échangeur de chaleur. Il pourrait être envisagé aussi de déposer de la colle sur l'extrémité du tube après montage du tube dans le collecteur, du côté de la boîte collectrice, c'est-à-dire du côté opposé aux ailettes. Mais, ce dépôt se heurte à des difficultés pratiques étant donné que la colle a tendance à couler sur les collets qui entourent les trous servant au passage des tubes. Ainsi, jusqu'à présent, il n'a pas été possible d'effectuer de manière satisfaisante la liaison par collage des tubes avec le collecteur et encore moins d'effectuer la liaison simultanée ou quasi-simultanée de la boîte collectrice avec le collecteur. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé nients précités. Elle vise notamment à procurer un échangeur de chaleur du type précité permettant de solidariser de manière simple et efficace les extrémités des tubes avec le collecteur. Elle vise également à procurer un tel échangeur de chaleur qui permet de réaliser une solidarisation par collage de la boîte collectrice avec le collecteur, et cela sans nécessiter plusieurs cycles de dépôt de colle et de durcissement de colle par polymérisation. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, lequel comprend en outre un réceptacle, formant faux-collecteur, ayant une forme adaptée au collecteur et comportant des ouvertures de passage des tubes, ce réceptacle étant propre à contenir une quantité donnée d'une colle liquide durcissable, en sorte qu'un rapprochement mutuel du réceptacle et du collecteur provoque la migration de la colle qui vient s'infiltrer entre les extrémités des tubes et les trous en vue de leur solidari- sation par collage. Ainsi, l'échangeur de chaleur de l'invention comprend une pièce supplémentaire, appelée réceptacle ou encore faux- collecteur, qui présente une forme adaptée au collecteur et qui constitue une sorte de récipient propre à recevoir une certaine quantité de colle liquide. Ce récipient comporte des ouvertures de passage destinées à être traversées par les extrémités des tubes et servant ainsi au maintien provisoire des tubes. Il convient alors de rapprocher le réceptacle du collecteur en sorte que les extrémités des tubes traversent les ouvertu res du réceptacle. Ce rapprochement provoque la migration de la colle qui vient s'infiltrer entre les extrémités des tubes et les collets. Il suffit ensuite de durcir la colle, par exemple par polymérisation, pour solidariser les extrémités des tubes avec le collecteur, tout en solidarisant en même temps le collecteur et le réceptacle. Le réceptacle est de préférence une pièce métallique, avantageusement en aluminium, ayant une épaisseur moindre que le collecteur. Selon une caractéristique de l'invention, les ouvertures du réceptacle permettent l'introduction des tubes avec un léger serrage pour former un joint sensiblement étanche vis-à-vis de la colle liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, les ouvertu res du réceptacle sont entourées par des chanfreins pour faciliter l'introduction des tubes. Ces chanfreins ont avantageusement une forme adaptée aux collets du collecteur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les trous du collecteur définissent un jeu autour des extrémités des tubes pour favoriser l'infiltration de la colle liquide. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le réceptacle comprend un bord périphérique relevé pour la réception d'un bord périphérique de la boîte collectrice. Ceci permet de confiner de la colle servant à assurer la solidarisation ultérieure de la boîte collectrice avec le collecteur. Avantageusement, le collecteur comprend un bord périphérique relevé propre à délimiter, conjointement avec le bord périphérique relevé du réceptacle, une gorge périphérique propre à être remplie de colle liquide et à recevoir le bord périphérique de la boîte collectrice. Dans l'invention, la colle liquide est avantageusement une colle polymérisable, en particulier du type silicone. Sous un autre aspect, l'invention propose un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur tel que défini précé demment, lequel comprend les opérations suivantes : a) mise en place du réceptacle sur les extrémités des tubes; b) dépôt d'une quantité donnée de colle liquide durcissable dans le réceptacle préalablement placé à l'horizontale ; c) mise en place du collecteur au-dessus du réceptacle et sur les extrémités des tubes ; d) rapprochement du collecteur vers le réceptacle de manière à provoquer la migration de la colle venant s'infiltrer entre les extrémités des tubes et les trous du collecteur ; et e) durcissement de la colle pour solidariser les extrémités des tubes au collecteur et pour solidariser le réceptacle et le collecteur. Lorsque l'on souhaite solidariser également la boîte collec trice avec le collecteur, le procédé de l'invention comprend en outre l'opération suivante : c l ) mise en place du bord périphérique de la boite collec trice dans le réceptacle. L'opération c l ) de mise en place de la boîte collectrice peut être réalisée soit simultanément soit après l'opération c) de mise en place du collecteur. L'invention s'applique en particulier à la fabrication d'un échangeur de chaleur ayant deux ensembles formés chacun d'un collecteur coiffé par une boîte collectrice. En ce cas, l'opération e) de durcissement de la colle peut être soit réalisée séparément pour chaque ensemble collec- teur-boîte collectrice, soit réalisée simultanément pour ces deux ensembles et cela en fonction de la consistance de la colle utilisée. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention, représenté en cours de fabrica tion après mise en place du réceptacle sur les extrémités des tubes et avant mise en place du collecteur et de la boîte collectrice ; - la f igure 2 est une vue en coupe analogue à la f igure 1 après mise en place du collecteur et mise en place de la boîte collectrice ; et - la figure 3 est une vue en élévation d'un échangeur de chaleur à deux ensembles collecteur-boîte collectrice réalisés selon l'invention. L'échangeur de chaleur représenté partiellement sur la figure 1 comprend un collecteur 10, encore appelé plaque collectri ce, réalisé sous la forme d'une plaque métallique emboutie, avantageusement en aluminium. Le collecteur 10 comprend une pluralité de trous 14 entourés par des collets individuels 16 de forme sensiblement tronconique. Ces trous sont destinés à recevoir les extrémités correspondantes 18 de tubes 20, dont un seul est représenté sur les dessins. Ces tubes sont disposés parallèlement en eux pour former un faisceau et ils traversent en outre des ailettes métalliques 22 formant surfaces d'échange de chaleur. Les collets 16, de par leur forme tronconique, facilitent l'introduction des extrémités 18 des tubes. Le collecteur 10 comporte un bord périphérique relevé 24 destiné à coopérer ultérieurement avec le bord périphérique 26 d'une boîte collectrice 28 propre à coiffer le collecteur 10 pour délimiter avec lui une chambre interne communiquant avec les tubes 20. L'échangeur de chaleur comprend en outre un réceptacle 30, encore appelé faux collecteur, qui présente une forme adaptée au collecteur 10. Ce réceptacle 30 est formé en une pièce métallique emboutie, avantageusement en aluminium, avec une épaisseur moindre que le collecteur. Ce réceptacle 30 comporte des ouvertures 32 pour le passage des tubes, ces ouvertures étant entourées individuellement par un chanfrein 34 pour faciliter l'introduction des tubes. Les chanfreins 34 ont une forme adaptée aux collets 16. Par ailleurs, le collecteur 30 comprend un bord périphérique relevé 36 destiné à coopérer avec le bord périphérique 26 de la boîte collectrice 28, comme on le verra plus loin. Les ouvertures 32 du réceptacle 30 permettent l'introduction des tubes avec un léger serrage, tandis que les trous 14 du collecteur 16 définissent un jeu autour des extrémités des tubes, et cela pour les raisons qui vont être expliquées maintenant. Pour fabriquer l'échangeur de chaleur on introduit d'abord les extrémités 18 des tubes 20 dans les ouvertures 32 du réceptacle 30, cette introduction étant facilitée par les chanfreins 34. Après introduction, les extrémités 18 des tubes dépassent quelque peu des trous 32. Le réceptacle 30 est disposé horizontalement, de telle sorte que les chan freins 34 soient en saillie vers le haut et que le bord périphérique 36 soit également dirigé vers le haut. On constitue ainsi une sorte de récipient dans lequel on dépose une quantité donnée d'une colle liquide durcissable 38. Cette dernière vient remplir le réceptacle dans les espaces délimités par le bord périphérique relevé 36 et les chan freins 34, sans toutefois atteindre le niveau des ouvertures 32. Dans une opération ultérieure, on met en place le collecteur 10 au-dessus du réceptacle 30 et sur les extrémités 18 des tubes 20. On fait alors coïncider les extrémités 18 des tubes avec les trous 14 du collecteur 10. On rapproche ensuite le collecteur 10 du réceptacle 30 pour les amener dans la position de la figure 2, ce qui assure ainsi la migration de la colle 38 qui vient s'infiltrer entre les extrémités 18 des tubes et les trous 14 du collecteur. Etant donné que les ouvertures 32 du réceptacle permettent l'introduction des tubes avec un léger serrage, elles forment un joint sensiblement étanche vis-à-vis de la colle liquide, si bien que celle-ci ne peut s'immiscer entre les tubes et les ouvertures 32 du réceptacle. Par contre, du fait que les trous 14 du collecteur définissent un jeu autour des extrémi tés des tubes, cela facilite l'infiltration de la colle liquide qui vient ainsi s'immiscer dans l'espace annulaire délimité entre les trous 14 et les extrémités 18 des tubes, en créant ainsi un manchon de colle comme on le voit sur la figure 2. Le bord périphérique relevé 36 du réceptacle et le bord périphérique relevé homologue 24 du collecteur définissent conjointement une gorge périphérique 40 (figure 1) propre à être remplie de colle liquide et à recevoir le bord périphé rique 26 de la boîte collectrice 28. La mise en place de la boîte collectrice 28 peut être réalisée soit simultanément soit après l'opération de mise en place du collecteur. La colle liquide utilisée est avantageusement une colle liquide polymérisable, en particulier du type silicone. Ainsi, après durcissement de cette colle liquide, le collec teur se trouve solidarisé aux extrémités des tubes et à la boîte collectrice. En outre, le réceptacle est solidarisé au collecteur. L'invention s'applique en particulier à la fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant deux ensembles collecteur- boîte collectrice, montés aux deux extrémités d'un faisceau de tubes et d'ailettes, comme montré à la figure 3. En pareil cas, l'opération de durcissement de la colle peut être réalisée soit séparément pour chaque ensemble collec- teur-boîte collectrice, soit simultanément pour les deux ensembles collecteur-boîte collectrice, et cela en fonction de la consistance de la colle utilisée. L'invention s'applique tout particulièrement à la fabrication des échangeurs de chaleur de véhicule automobile. De tels échangeurs de chaleur peuvent constituer notamment un radiateur de refroidissement du moteur, un radiateur du chauffage de l'habitacle ou encore un évaporateur ou un condenseur de climatisation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et est susceptible de nombreuses variantes. Revendications 1 . Echangeur de chaleur du type comprenant un collecteur (10) muni de trous (14) entourés par des collets (16), une multiplicité de tubes (20) dont les extrémités (18) sont reçues et collées dans les trous (14) collecteur, et une boîte collectrice (28) coiffant le collecteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un réceptacle (30), formant faux-collecteur, ayant une forme adaptée au collec teur et comportant des ouvertures (32) de passage des tubes, ce réceptacle étant propre à contenir une quantité donnée d'une colle liquide durcissable (38), en sorte qu'un rappro chement mutuel du réceptacle (30) et du collecteur (10) provoque la migration de la colle qui vient s'infiltrer entre les extrémités (18) des tubes et les trous (14) du collecteur en vue de leur solidarisation par collage. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracté risé en ce que le réceptacle (30) est une pièce métallique, avantageusement en aluminium, ayant une épaisseur moindre que le collecteur (10). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ouvertures (32) du réceptacle (30) permettent l'introduction des tubes (20) avec un léger serrage pour former un joint sensiblement étanche vis-à-vis de la colle liquide. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ouvertures (32) du réceptacle (30) sont entourées par des chanfreins (34) pour faciliter l'introduction des tubes. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caracté risé en ce que les chanfreins (34) du réceptacle (30) ont une forme adaptée aux collets (16) du collecteur (10). 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les trous (14) du collecteur (10) définissent un jeu autour des extrémités des tubes (20) pour favoriser l'infiltration de la colle liquide. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réceptacle (30) comprend un bord périphérique relevé (36) pour la réception d'un bord périphé rique (26) de la boîte collectrice (28). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caracté risé en ce que le collecteur (10) comprend un bord périphéri que relevé (24) propre à délimiter, conjointement avec le bord périphérique relevé (36) du réceptacle, une gorge périphérique (40) propre à être remplie de colle liquide et à recevoir le bord périphérique (26) de la boîte collectrice (28). 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la colle liquide est une colle polymérisable, en particulier du type silicone. 10. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : a) mise en place du réceptacle (30) sur les extrémités (18) des tubes (20) ; b) dépôt d'une quantité donnée de colle liquide dans le réceptacle (30) préalablement placé à l'horizontale ; c) mise en place du collecteur (10) au dessus du réceptacle (30) et sur les extrémités des tubes (20) ; d) rapprochement du collecteur (10) vers le réceptacle (30) de manière à provoquer la migration de la colle venant s'infiltrer entre les extrémités des tubes (20) et les trous (14) du collecteur (10) ; et e) durcissement de la colle pour solidariser les extrémités des tubes (20) au collecteur (10) et pour solidariser le réceptacle (30) et le collecteur (10). 11. Procédé selon la revendication 10 pour la fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération suivante : cl) mise en place du bord périphérique (26) de la boîte collectrice (28) dans le réceptacle (30). 12. Procédé selon la revendication il, caractérisé en ce que 1 opération cl ) de mise en place de la boite collectrice (28) est réalisée simultanément à l'opération c) de mise en place du collecteur (10). 13. Procédé selon la revendication il, caractérisé en ce que l'opération cl) de mise en place de la boîte collectrice (28) est réalisée après l'opération c) de mise en place du collecteur (10). 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur ayant deux ensembles formés chacun d'un collecteur (10) coiffé par une boîte collectrice (28), caractérisé en ce que l'opération e) de durcissement de la colle est réalisée séparément pour chaque ensemble collecteur-boîte collectrice. 15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur ayant deux ensembles formés chacun d'un collecteur (10) coiffé par une boîte collectrice (28), caractérisé en ce que l'opération e) de durcissement de la colle est réalisée simultanément pour les deux ensembles collecteur-boîte collectrice.