Brevet FR2817334A1 — publié le 20020531

Echangeur de chaleur brasé, notamment pour véhicule automobile, et son procédé de fabrication L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour les véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une pluralité de tubes plats ayant des extrémités respectives reçues et brasées dans des trous de forme adaptée que présente un collecteur, et dans lequel chaque tube plat a deux grandes faces planes et parallèles réunies par deux petites faces, tandis que chaque trou est délimité par deux grands bords parallèles réunis par deux petits bords. Dans un échangeur de chaleur de ce type, on réalise un ensemble de tubes plats, encore appelé faisceau, et on introduit ensuite les extrémités des tubes dans les trous correspondants du collecteur, en vue de réaliser une liaison par brasage. Habituellement, le faisceau comprend en outre des ailettes qui sont le plus souvent constituées par des intercalaires ondulés disposés entre les tubes. En vue d'une liaison par brasage, les tubes sont généralement revêtus extérieurement d'un placage de brasure qui est amené à fondre lors du brasage pour réaliser la liaison avec le collecteur. Pour réaliser une bonne liaison par brasage, il est indispensable jusqu'à présent que les extrémités des tubes viennent s'ajuster étroitement dans les trous de la plaque collectrice, c'est-à-dire pratiquement sans jeu, pour que la brasure puisse ensuite réaliser une liaison mécanique étanche entre les extrémités des tubes et le collecteur. Or, compte tenu des dispersions de fabrication, il arrive fréquemment que le pas des tubes ne corresponde pas exacte- ment au pas des trous du collecteur et que les dimensions extérieures de l'extrémité du tube ne correspondent pas non plus exactement aux dimensions intérieures du trou. Il en résulte alors soit des jeux, soit au contraire des frottements entre les extrémités des tubes et des trous, pouvant conduire à un arrachage, même partiel, du placage de brasure. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur du type brasé, dans lequel les extrémités des tubes viennent s'adapter étroitement dans les trous correspondants du collecteur en vue d'une bonne liaison par brasage. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les extrémités des tubes comportent chacune deux découpes pratiquées respectivement dans les deux petites faces pour laisser subsister deux pattes issues respectivement des deux grandes faces, ces pattes étant serties contre les grands bords du trou et rabattues contre une face interne du collecteur, avant brasage. Du fait de la présence de ces deux découpes, les grandes faces du tube forment, au niveau de son extrémité, deux pattes parallèles et espacées qui peuvent être serties ensuite contre les grands bords du trou puis rabattues contre la face interne du collecteur. Il en résulte que ces pattes viennent à chaque fois en contact étroit avec les bords du trou et en outre avec la face interne du collecteur, ce qui lui permet ensuite une liaison étanche par brasage. De plus, comme les pattes sont serties ultérieurement, il n'est pas nécessaire qu'elles viennent s'ajuster exactement, avant sertissage, contre les bords du trou. C'est en effet seulement au niveau de l'opération de sertissage que ces deux pattes sont amenées en contact étroit avec les grands bords du trou avant d'être rabattues contre la face interne du collecteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque découpe est délimitée par deux bords longitudinaux opposés et un bord transversal, ce bord transversal étant propre à venir en appui contre une face externe du collecteur, qui est opposée à sa face interne. On comprendra que les bords transversaux respectifs des deux découpes forment des bords de butée limitant l'introduction de l'extrémité du tube dans le trou correspondant du collecteur. Avantageusement, les petites faces du tube sont arrondies, par exemple semi-circulaires, tandis que les petits bords du trou sont droits. Ainsi, les bords transversaux respectifs des découpes ont une forme arrondie qui facilite leur butée contre la face externe du collecteur, au niveau du trou correspondant. Selon une autre caractéristique de l'invention, la largeur extérieure du tube, comme délimitée par ses grandes faces, est, avant sertissage, inférieure à la largeur intérieure du trou, comme délimitée par ses grands bords, de manière à ménager à chaque fois un jeu entre la patte d'une grande face et le grand bord correspondant du trou. La présence de ce jeu permet une introduction sans frottement de l'extrémité du tube qui ne risque pas d'enlever le placage de brasure. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les pattes s'étendent chacune sur une longueur qui est inférieure à la longueur du trou, comme définie entre ses deux petits bords, de manière à définir un jeu au montage. Dans une forme de réalisation de l'invention, les tubes comprennent chacun un seul canal interne. En ce cas, les deux pattes du tube sont de préférences continues. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les tubes comprennent chacun deux canaux internes séparés par une entretoise. En ce cas, l'une des pattes comprend avantageusement une interruption au niveau de l'entretoise. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes sont revêtus ultérieurement d'un placage de brasure. L'échangeur de chaleur comprend en outre avantageusement des intercalaires ondulés disposés entre les tubes et brasés à ces derniers. Ainsi, ces intercalaires peuvent être brasés entre les tubes, en même temps que ces tubes sont brasés avec le collecteur. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur du type défini précédemment, ce procédé comprenant les étapes consistant à : - prévoir au moins un collecteur muni d'une pluralité de trous dont chacun est délimité par deux grands bords parallèles réunis par deux petits bords ; prévoir une pluralité de tubes plats ayant deux grandes faces planes et parallèles réunies par deux petites faces ; pratiquer deux découpes respectivement dans les deux petites faces de chaque tube à son extrémité pour laisser subsister deux pattes issues respectivement des deux grandes faces ; introduire l'extrémité du tube dans un trou correspondant du collecteur ; sertir les pattes contre les grands bords du trou et rabattre les pattes contre une face interne du collecteur ; et réaliser le brasage des extrémités des tubes et du collecteur. 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 perspective d'un échangeur de chaleur brasé selon une première forme de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale correspondant à la figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 ; la figure 4 représente le détail IV à échelle agrandie de la figure 3 ; la figure 5 est une vue de dessus correspondant à la figure 2 ; la figure 6 est une vue partielle en perspective montrant l'extrémité d'un tube avant introduction dans un trou du collecteur ; la figure 7 représente le détail VII de la figure 2 à échelle agrandie, faisant apparaître les pattes d'un tube après sertissage et rabattement ; la figure 8 correspond à la figure 7 et montre les mêmes pattes avant sertissage et rabattement ; La figure 9 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur brasé selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ; - la figure 10 est une vue de dessus correspondant à la figure 9 ; et - la figure 11 est une vue partielle en coupe selon la ligne XI-XI de la figure 10. On se réfère d'abord conjointement aux figures 1 à 5 qui montrent un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, qui comprend un faisceau 10 (voir figure 2) formé d'une multiplicité de tubes plats 12 qui s'étendent parallèlement entre eux, et entre lesquels sont disposés des intercalaires ondulés 14 formant ailettes d'échange de chaleur. Ces intercalaires ondulés 14 ont leurs sommets brasés alternativement sur les tubes 12. L'échangeur de chaleur comprend en outre un collecteur 16 formé à partir d'un profilé métallique présentant un fond plat 18 prolongé par deux bords longitudinaux repliés 20. Ces deux bords sont destinés à être reliés par brasage à une boîte collectrice (non représentée). L'épaisseur e du fond est généralement comprise entre 1 et 2 mm. Dans le fond 18 du collecteur 16, sont aménagés une série de trous 22 de forme rectangulaire, chacun limité par deux grands bords 24 parallèles et deux petits bords 26 parallèles (figure 6). Les trous 22 ont chacun une longueur L et une largeur 1 et ils sont espacés mutuellement avec un pas constant qui correspond à celui des tubes 12 du faisceau 10. Comme on peut le voir notamment d'après les figures 1 et 6, chacun des tubes plats 12 comprend deux grandes faces 28 planes et parallèles, réunies par deux petites faces 30 qui, dans l'exemple, sont arrondies et ont sensiblement une forme semi-circulaire. Dans l'exemple, le tube 12 comporte un seul canal interne. Il peut être réalisé par extrusion ou bien par roulage d'une feuille métallique. On utilise avantageusement un alliage à base d'aluminium, lequel est revêtu extérieurement d'un placage de brasure. Comme on peut le voir en particulier sur les figures 6 et 8, le tube 12 comporte une extrémité 32 qui est destinée à être reçue dans un trou 22 du collecteur. Cette extrémité 32 est usinée, avec enlèvement de matière, de manière à réaliser deux découpes 34, chacune délimitée par deux bords longitudinaux opposés 36 et un bord transversal 38 ici de forme sensiblement semi-circulaire. Le tube possède une largeur extérieure la (comme délimitée par les grandes faces 28) qui est légèrement inférieure à la largeur intérieure 1 du trou (voir figures 6 et 8). Les découpes 34 s'étendent sur une hauteur limitée h, définie par la longueur axiale des bords longitudinaux 36. On réalise ainsi deux pattes 40 de forme générale rectangulaire qui sont planes et continues et s'étendent parallèlement entre elles. La largeur de l'extrémité 32 au niveau des pattes 40 correspond à la valeur la déjà mentionnée. Par ailleurs les pattes 40 ont une longueur La qui est sensiblement inférieure à la longueur L du trou 22 comme défini entre ses deux petits bords 26. Il en résulte que l'extrémité 32 peut être introduite dans le trou 22 avec, à chaque fois, un jeu de montage. On trouve en effet un jeu j entre chacune des pattes 40 et le grand bord correspondant 24 du trou (voir figure 8), ainsi qu'un autre jeu j, dans la direction perpendiculaire, entre chaque bord 36 de la découpe et le petit bord 26 du trou. Ce jeu j apparaît plus particulièrement sur le détail de la figure 4. Ainsi, pour réaliser l'échangeur de chaleur, on introduit simultanément les extrémités 32 des tubes dans les trous correspondants 22 du collecteur. A chaque fois, les deux pattes 40 de l'extrémité du tube peuvent entrer sans frotte- ment dans le trou 22, sans risque d'arracher, même partiellement, le placage de brasure. Chacune des pattes 40 s'étend sur une hauteur h (correspondant à la longueur axiale du bord de découpe 36) qui est supérieure à l'épaisseur e de la plaque collectrice. A titre d'exemple, la hauteur h est au moins deux fois l'épaisseur e. En fin d'introduction des extrémités 32 des tubes dans les trous correspondants 22 du collecteur, chaque extrémité vient en appui contre une face externe 42 du collecteur, qui est opposée à une face interne 44. Cette dernière se trouve du côté des bords longitudinaux 20 du collecteur. Il en résulte que les bords transversaux 38 des découpes forment des butées limitant l'introduction des tubes dans le collecteur. Les tubes étant ainsi emmanchés dans le collecteur, on procède ensuite à une opération de sertissage comme montré à la figure 7. Cette opération, réalisée à l'aide d'un mandrin ou autre outil approprié (non représenté), permet de définir deux bords évasés 46 qui viennent s'appliquer étroitement contre les petits côtés 24 du trou 22. Ensuite, les extrémités des pattes 40 sont repliées pour former des bords rabattus 48 qui viennent s'appliquer contre la face interne 44 du collecteur (figure 7). Il en résulte que chacune des pattes 40 se trouve ainsi sertie et rabattue en étant appliquée étroitement à la fois contre le grand bord 24 du trou et la face interne 44 du collecteur. Il suffit ensuite de réaliser un brasage de l'ensemble, de préférence dans un four de brasage approprié, qui est porté à une température appropriée pour faire fondre l'alliage de brasure et de réaliser une liaison étanche entre les extrémités des tubes et le collecteur. Généralement, on réalise le brasage de l'ensemble des composants du collecteur dans une seule opération, c'est-à- dire par un seul passage dans le four de brasage. Il en résulte que ceci permet de réaliser aussi le brasage des intercalaires ondulés avec les tubes du collecteur. Habituellement, un tel échangeur de chaleur comprend aussi un autre collecteur, monté à l'autre extrémité du faisceau, lequel est fermé par une boîte collectrice. Dans l'invention, les différents composants de l'échangeur de chaleur sont avantageusement réalisés en un matériau métallique à base d'aluminium. L'échangeur de l'invention peut comporter une ou plusieurs rangées de tubes plats, ces derniers pouvant comporter soit un seul canal interne, soit plusieurs canaux internes. L'échangeur de chaleur représenté aux figures 9 à 11 s'apparente à celui de la forme de réalisation précédente, si ce n'est que chacun des tubes 12 comprend ici deux canaux internes 50 séparés par une entretoise 52. Les éléments communs avec la forme de réalisation précédente sont désignés par les mêmes références numériques. Chacune des entretoises 52 est formée par la réunion de deux bords longitudinaux 54 (figure 11) d'un feuillard métallique qui est plié pour constituer le tube, et cela d'une manière en soit connue. Il est à noter en outre que l'une des pattes 40 comprend une interruption 56 (figures 9 et 10) située au niveau de l'entretoise 52, tandis que l'autre patte 40 est continue. La réalisation des découpes au niveau des extrémités des tubes peut être réalisée par toute opération mécanique appropriée, avec enlèvement de matière. Ainsi, le procédé de fabrication de l'invention permet de réaliser un sertissage et un rabattement des pattes respecti- ves des extrémités des tubes, avant l'opération de sertissage, garantissant une bonne introduction des tubes, sans risque d'arracher l'alliage de brasure. Ensuite, compte tenu des jeux de montage, l'invention permet de s'affranchir des tolérances de fabrication. L'invention trouve une application particulière aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, en particulier à des radiateurs de refroidissement du moteur ou encore à des radiateurs de chauffage de l'habitacle Revendications 1. Echangeur de chaleur du type comprenant une pluralité de tubes plats ayant des extrémités respectives reçues et brasées dans des trous de forme adaptée conjuguée que présente un collecteur, et dans lequel chaque tube plat a deux grandes faces planes et parallèles réunies par deux petites faces, tandis que chaque trou est délimité par deux grands bords parallèles réunis par deux petits bords, caractérisé en ce que les extrémités (32) des tubes (12) comportent chacune deux découpes (34) pratiquées respectivement dans les deux petites faces (30) pour former deux pattes (40) issues respectivement des deux grandes faces (28), et en ce que ces pattes sont serties contre les grands bords (24) du trou (22) et rabattues contre une face interne (44) du collecteur (16), avant brasage. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque découpe (34) est délimitée par deux bords longitudinaux opposés (36) et un bord transversal (38), lequel est propre à venir en appui contre une face externe (42) du collecteur qui est opposée à sa face interne (44). 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les petites faces (30) du tube (12) sont arrondies, tandis que les petits bords (26) du trou (22) sont droits. 4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur extérieure (lao) du tube (12), comme délimitée par ses grandes faces (28), est, avant sertissage, inférieure à la largeur intérieure (1) du trou, comme délimitée par ses grands bords (24), de manière à ménager à chaque fois un jeu (j) entre la patte (40) d'une grande face (28) et le grand bord (24) correspondant du trou. 5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pattes (40) s'étendent chacune sur une longueur (La) qui est inférieure à la longueur (L) du trou (22), comme définie entre ses deux petits bords (26), de manière à définir un jeu (j) au montage. 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes (12) comprennent chacun un seul canal interne. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux pattes (40) du tube sont continues. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes (12) comprennent chacun deux canaux internes (50) séparés par une entretoise (52). 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'une des pattes (40) comprend une interruption (56) au niveau de l'entretoise (52). 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les tubes (12) sont revêtus extérieurement d'un placage de brasure. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des intercalaires ondulés (14) disposés entre les tubes (12) et brasés à ces derniers. 12. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - prévoir au moins un collecteur (16) muni d'une pluralité de trous (22) dont chacun est délimité par deux grands bords parallèles (24) réunis par deux petits bords (26) ; - prévoir une pluralité de tubes plats (12) ayant deux grandes faces (28) planes et parallèles réunies par deux petites faces (30) ; - pratiquer deux découpes (34) respectivement dans les deux petites faces (30) de chaque tube (12) à son extrémité pour laisser subsister deux pattes (40) issues respectivement des deux grandes faces (28) ; - introduire l'extrémité (32) du tube dans un trou (22) correspondant du collecteur (16) ; - sertir ces pattes (40) contre les grands bords (24) du trou (22) et rabattre ces pattes contre une face interne (44) du collecteur ; et - réaliser le brasage des extrémité (32) des tubes (12) avec le collecteur (16).