Brevet FR2854452A1 — publié le 20041105

Procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et module ainsi obtenu L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, en particulier pour les véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur, chaque échangeur de chaleur étant constitué d'un faisceau de tubes de circulation de fluide raccordés à au moins une boîte collectrice, les tubes de l'un des échangeurs de chaleur étant des tubes pliés formés par pliage et brasage d'une bande de tôle, le module d'échange de chaleur comportant des surfaces de refroidissement. De tels modules, appelés aussi "multi-échangeurs", comprennent au moins deux échangeurs de chaleur ayant des parties structurelles communes, par exemple des surfaces de refroidissement ou des joues latérales, et ils sont généralement assemblés par brasage pour former un ensemble monobloc dans lequel les échangeurs de chaleur sont indissociables. Un exemple typique de tels modules, dans le domaine des véhicules automobiles, est un module composé d'un radiateur de refroidissement et d'un condenseur de climatisation. Le radiateur de refroidissement est parcouru par le fluide de refroidissement du moteur du véhicule, tandis que le condenseur est parcouru par un fluide réfrigérant. Les faisceaux de tubes respectifs du radiateur et du condenseur sont balayés par un même flux d'air. Les pièces qui composent le module sont le plus souvent réalisées en un matériau à base d'aluminium et leur assemblage par brasage s'effectue de préférence en une seule opération. Pour réaliser le brasage, on applique tout d'abord sur la bande de tôle, constituée d'une âme et d'un placage de brasure, un flux de brasage, communément appelé "flux", dont la fonction est d'éliminer la couche superficielle d'oxyde, typiquement d'alumine, qui recouvre la bande de tôle. Les modules d'échange de chaleur sont habituellement réalisés avec des tubes électro-soudés et/ou extrudés qui ne nécessitent donc pas l'application d'un flux de brasage pour le brasage des tubes. En revanche, un problème se pose avec les modules d'échange de chaleur du type défini plus haut du fait que les tubes de l'un au moins des échangeurs de chaleur sont des tubes pliés. En effet, ces tubes pliés sont formés à partir d'une bande de tôle qui est repliée par étapes successives afin de rapprocher ses deux bords longitudinaux jusqu'à obtenir une section fermée. Les bords longitudinaux de la tôle sont alors liés de manière étanche par brasage dans un four, après application d'un flux de brasage. Les procédé connus d'application de flux de brasage ne permettent pas d'utiliser des modules d'échange de chaleur du type défini plus haut, du fait précisément que ces modules ont des tubes pliés qui nécessitent l'application d'un flux de brasage à l'intérieur. Il existe actuellement deux procédés connus pour le dépôt d'un flux de brasage sur des pièces à assembler par brasage, comme les pièces qui constituent un échangeur de chaleur. Selon un premier procédé, le flux de brasage est déposé par trempage. L'échangeur entièrement assemblé est immergé dans un bain d'une solution aqueuse du flux de brasage. Après trempage, l'échangeur est séché, par exemple par étuvage de telle sorte que l'eau s'évapore et que le flux reste seul déposé à la surface des pièces à assembler. Selon un deuxième procédé, une solution aqueuse du flux de brasage est déposée à l'intérieur des tubes par aspersion, au moyen de buses disposées à chacune des extrémités d'un échangeur de chaleur assemblé, c'est à dire comportant les plaques collectrices assemblées aux tubes. Toutefois ces solutions connues ne peuvent être appliquées à la fabrication d'un module d'échange de chaleur tel que défini plus haut. Le procédé de trempage ne peut pas être utilisé pour un module d'échange de chaleur comportant plusieurs échangeurs de chaleur, en particulier un condenseur. En effet, les tubes du condenseur comportent de petits canaux qui risqueraient d'être bouchés par la solution aqueuse du flux. Il serait impossible d'éliminer cette solution après le trempage du module d'échange de chaleur. L'application du flux par l'extérieur, c'est à dire par aspersion des tubes sur les côtés, ne peut pas être utilisée dans le cas de modules entièrement brasés. En effet, ces derniers comportent une boîte collectrice dont le couvercle est en aluminium. Ce couvercle est assemblé au reste de l'échangeur et brasé en une seule opération. La présence de ce couvercle empêche par conséquent l'aspersion du flux de brasage. La présente invention a précisément pour objet un procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur qui remédie à ces inconvénients. Ce procédé de fabrication comprend les opérations suivantes: a) pulvérisation d'une solution d'un flux de brasage dans chaque tube lors du pliage de la bande de tôle et avant formation complète du tube ; b) assemblage des composants du module d'échange de chaleur ; et c) brasage des tubes pliés simultanément au brasage du module d'échange de chaleur. Après les opérations a) et b) de pulvérisation et d'assemblage, les tubes ainsi obtenus ne sont pas complètement terminés puisqu'ils n'ont pas encore été brasés. Cette opération s'effectue en une seule étape, en même temps que le brasage du module d'échange de chaleur entièrement assemblé, conformément au procédé de l'invention. Grâce aux opérations mentionnées ci-dessus, le module d'échange de chaleur peut être réalisé en une seule opération de brasage. En outre, le procédé de l'invention s'applique avantageusement à la réalisation de modules d'échange de chaleur comportant au moins deux échangeurs de chaleur. En particulier, lorsque l'un des échangeurs, par exemple un condenseur, comporte des tubes multi-canaux ayant des canaux fins que l'on ne peut vider complètement par égouttage après qu'ils ont été immergés dans une solution aqueuse de flux de brasage. Il s'applique en outre avantageusement à la réalisation de modules d'échange de chaleur entièrement brasés comportant des couvercles de boîtes collectrices en aluminium ou en alliage d'aluminium assemblés en même temps que les autres pièces du module et qui interdisent l'aspersion par l'intérieur des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, la solution de flux de brasage de l'opération a) de pulvérisation présente une viscosité choisie propre à permettre son application par pulvérisation sur une surface choisie de la bande de tôle. Avantageusement, la viscosité de la solution de flux de brasage correspond à un état intermédiaire entre un état liquide et un état pâteux. Le fait d'utiliser une viscosité choisie permet de pulvériser la solution de flux de brasage dans des conditions contrôlées grâce auxquelles le flux ne risque pas de se déplacer ultérieurement lors du déroulement du procédé. D'autres caractéristiques du procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention, complémentaires ou alternatives, sont énumérées ci-après : - L'opération a) comprend : al) le pliage d'une bande de tôle ayant deux bords longitudinaux, par étapes successives, jusqu'à rapprocher les deux bords longitudinaux l'un de l'autre en laissant toutefois subsister entre eux un espace de pulvérisation ; a2 ) la pulvérisation de la solution de flux de brasage sur une surface choisie de la bande de tôle ; et a3) la fermeture du tube en rapprochant complètement les deux bords longitudinaux l'un de l'autre. - On pulvérise la solution de flux de brasage au moyen d'une buse de pulvérisation introduite dans l'espace de pulvérisation. - La buse de pulvérisation est placée à une distance de la surface choisie, comprise entre 3mm et 7mm. - La buse de pulvérisation a un faisceau d'une largeur comprise entre 10 et 15mm. - La solution de flux de brasage de l'opération a) comprend un flux pour brasage sous atmosphère contrôlée. - Le procédé comprend les opérations suivantes : - on prépare les composants d'un premier échangeur de chaleur comportant des tubes pliés obtenus conformément à l'opération a); - on prépare les composants d'au moins un deuxième échangeur de chaleur ; - on assemble les composants respectifs des échangeurs de chaleur, y compris les surfaces d'échange de chaleur, pour obtenir un module pré-assemblé ;- on pulvérise extérieurement un jet d'une solution d'un flux de brasage sur les composants du module pré-assemblé ; et - on chauffe et brase les composants du module préassemblé en une seule opération. - On pulvérise extérieurement le jet de solution de flux de brasage sur les composants du module pré-assemblé, le module étant disposé sensiblement horizontalement. - La solution de flux de brasage, pulvérisée extérieurement, a une plus faible viscosité que la solution de flux de brasage utilisée dans les tubes pliés. Sous un autre aspect, l'invention concerne un module d'échange de chaleur tel qu'obtenu par la mise en u̇vre du procédé défini ci-dessus. Dans ce module d'échange de chaleur, les surfaces d'échange de chaleur sont de préférence des intercalaires ondulés. L'invention s'applique tout particulièrement à un module d'échange de chaleur, dans lequel l'un des échangeurs de chaleur est un radiateur de refroidissement, et l'autre des échangeurs de chaleur est un condenseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la figure 1 est une vue en perspective d'un module d'échange de chaleur comportant un radiateur de refroidissement et un condenseur ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un tube plié du radiateur de refroidissement du module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail en perspective illustrant l'insertion des extrémités des tubes de la figure 2 dans la plaque collectrice du radiateur de refroidissement du module d'échange de chaleur de la figure 1 ; - les figures 4a et 4b illustrent les étapes de réalisation du tube plié représenté sur la figure 2 ;- la figure 5 illustre le dépôt d'un flux de brasage sur une surface du tube de l'invention ; et - la figure 6 illustre l'aspersion des tubes d'un module d'échange de chaleur. On a représenté sur la figure 1 une vue en perspective d'un module d'échange de chaleur composé d'un radiateur de refroidissement 2 d'un moteur de véhicule automobile et d'un condenseur de climatisation 4. Le radiateur de refroidissement 2 est constitué de façon connue d'un corps réalisé à partir d'un faisceau de tubes 6 de circulation de fluide montés entre deux boîtes collectrices 8 munies d'une tubulure d'entrée et d'une tubulure de sortie (non représentée) pour le fluide de refroidissement du moteur du véhicule. Seule l'une des boîtes collectrices 8 et sa tubulure 10 est visible sur le dessin. La boîte collectrice 8 forme le couvercle d'une plaque collectrice 12 dans laquelle sont aménagés des orifices 14 de forme allongée correspondant à la section transversale des tubes 6 pour recevoir une extrémité des tubes 6. Ces derniers sont, par exemple, des tubes pliés à deux canaux de circulation de fluide, comme on le verra plus loin. Des intercalaires ondulés 16 formant surfaces d'échange de chaleur sont disposés entre les tubes 6 et en contact thermique avec eux. Le condenseur 4 est constitué d'un corps réalisé à partir d'un faisceau de tubes 18 de circulation de fluide montés entre deux boîtes collectrices 20 munies d'une tubulure d'entrée et d'une tubulure de sortie pour un fluide réfrigérant. Seule l'une des boîtes collectrices 20 est visible sur le dessin. Elle comporte des orifices allongés 22 pour la réception des tubes 18, lesquels sont des tubes à plusieurs canaux, de préférence réalisés par extrusion. Des intercalaires ondulés 24 formant surfaces d'échange de chaleur sont disposés entre les tubes 18 et en contact thermique avec eux. Dans l'exemple de réalisation représenté, les intercalaires 16 du radiateur 2 et les intercalaires 24 du condenseur 4 sont distincts et les faisceaux respectifs du radiateur et du condenseur sont maintenus entre eux par deux joues latérales 26, dont chacune est munie de deux bords relevés de rigidification 28. Seule l'une des joues 26 est visible sur le dessin. Les pièces ci-dessus sont formées avantageusement en aluminium ou en alliage d'aluminium et sont destinées à être assemblées, puis brasées en une seule opération, pour constituer un module d'échange de chaleur, ou "multi-échangeur", dans lequel le radiateur et le condenseur sont indissociables. Dans une variante de réalisation, non représentée, les faisceaux respectifs du radiateur et du condenseur pourraient avoir des surfaces d'échange de chaleur communes, par exemple des intercalaires ondulés communs ou des ailettes plates communes, pour assurer la solidarisation des deux faisceaux après brasage. On a représenté sur la figure 2 une vue en section transversale d'un tube 6 du radiateur de refroidissement 2. Chaque tube 6 est constitué d'une bande métallique repliée de manière à former l'enveloppe de deux canaux parallèles 30 et 32. Ces canaux sont séparés par une entretoise réalisée par le repliement à 90[deg] depuis la surface du tube 6 vers son intérieur, des deux bordures opposées 34 et 36 de la bande métallique. Les surfaces en vis à vis des bordures 34 et 36 sont brasées pour assurer l'étanchéité du tube 6. Les tubes 6 ont, comme déjà indiqué, leurs extrémités engagées dans les orifices 14 de deux plaques collectrices 12 (figure 3) sur lesquelles sont montées les boîtes collectrices 8 du radiateur. Lors du montage, les intercalaires ondulés 16 sont placés entre les tubes 6 pour constituer le faisceau du radiateur 2. Par ailleurs, les intercalaires ondulés 24 sont placés entre les tubes 18 pour constituer le faisceau du condenseur 4. On a représenté sur les figures 4a et 4b deux étapes successives de la formation par pliage d'un tube 6. La bande de tôle 42, initialement plane, passe dans une série de galets successifs (non représentés) qui la déforment progressivement. Sur la figure 4a, les bords longitudinaux de la tôle 42 ont été repliés à 90[deg] pour former les bordures 34 et 36. La tôle est ensuite repliée autour des régions 44 et 46 afin de constituer les petits côtés du tube. Ces petits côtés peuvent être arrondis, comme dans l'exemple représenté, ou bien ils peuvent être carrés. Par souci de simplification, on a représenté seulement deux étapes du formage du tube sur les figures 4a et 4b mais il va de soi que, dans la pratique, le formage se fait de manière progressive au cours de nombreuses étapes successives.Dans l'état représenté sur la figure 4b, le profil du tube est déjà presque fermé. Toutefois, avant de refermer complètement le tube, pour arriver à la forme représentée sur la figure 2, on procède à une opération d'application de flux (fluxage), comme représenté sur la figure 5. Sur la figure 5, une buse de pulvérisation 48 est introduite entre les bordures 34 et 36 du tube 6 en cours de formation avant que ces bordures ne se rejoignent. La buse 48 est insérée dans un espace de pulvérisation 50 compris entre les bordures 34 et 36. Cet espace est sensiblement compris entre 4mm et 10mm pour un tube de dimension courante. La buse projette un faisceau 52 d'une solution d'un flux de brasage, de préférence un flux pour brasage sous atmosphère contrôlée. La largeur 54 du faisceau 52 est de préférence comprise entre 10 et 15mm et la buse est placée à une distance 56 comprise entre 3 et 7mm de la face interne 58 du tube 6. La solution de flux de brasage, ainsi pulvérisée, présente une viscosité choisie propre à permettre son application par pulvérisation sur une surface choisie de la bande de tôle. Cette viscosité correspond avantageusement à un état intermédiaire entre un état liquide et un état pâteux, ce qui permet à la solution de ne pas couler après sa pulvérisation. Le pliage du tube 6 est ensuite achevé, de manière que les bordures 34 et 36 se rejoignent, comme représenté sur la figure 2. Les tubes 6 et les intercalaires ondulés sont ensuite introduits dans une machine dite "de mariage" qui permet d'apparier les tubes 6 aux orifices 14 des plaques collectrices 12. Le module d'échange de chaleur est ensuite assemblé. On monte en particulier les boîtes collectrices. On pulvérise extérieurement une solution d'un flux de brasage sur les faisceaux de tubes respectifs du radiateur et du condenseur, depuis l'extérieur des tubes. Pour cela, on utilise de préférence une solution aqueuse classique qui a une plus faible viscosité que la solution de flux de brasage utilisée dans les tubes pliés. Cette pulvérisation ne pénètre pas dans les canaux fins du module d'échange de chaleur, de telle sorte que les risques de bouchage sont évités. Cette pulvérisation a pour but de revêtir de flux de brasage les surfaces qui ne l'ont pas été lors de la première opération, c'est-à-dire toutes les surfaces à l'exception de l'intérieur des tubes du radiateur de refroidissement et l'intérieur des tubes du condenseur. On chauffe ensuite le module d'échange de chaleur entièrement assemblé, puis on le brase de manière classique dans un four de brasage. On a représenté sur la figure 6 l'étape d'aspersion des tubes 6 du radiateur de refroidissement 2. Le module d'échange de chaleur, constitué du radiateur de refroidissement 2 du .condenseur 4, est disposé à plat sur un tapis roulant 60. Les tubes 6 passent sous des buses 62 qui délivrent un jet 64 d'une solution d'un flux de brasage. On peut ainsi revêtir extérieurement les surfaces du radiateur de refroidissement d'un flux de brasage permettant notamment le brasage des zones de contact entre les tubes 6 et les intercalaires ondulés 16, ainsi qu'entre les extrémités des tubes 6 et les plaques collectrices 12 et entre ces dernières et les boîtes collectrices 8. Le flux de brasage est également déposé à la jonction entre les tubes 18 du condenseur 4 et les intercalaires ondulés 24, ainsi qu'à la jonction entre les tubes 18 et les boîtes collectrices 20. Revendications 1 - Procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (2 ; 4), chaque échangeur de chaleur étant constitué d'un faisceau de tubes de circulation de fluide (6 ; 18) raccordés à au moins une boîte collectrice (8 ; 20), les tubes (6) de l'un (2) des échangeurs de chaleur étant des tubes pliés formés par pliage et brasage d'une bande de tôle, le module d'échange de chaleur comportant des surfaces de refroidissement (16 ; 24), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : a) pulvérisation d'une solution d'un flux de brasage dans chaque tube (6) lors du pliage de la bande de tôle et avant formation complète du tube ; b) assemblage des composants du module d'échange de chaleur ; et c) brasage des tubes pliés (6) simultanément au brasage du module d'échange de chaleur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution de flux de brasage de l'opération a) présente une viscosité choisie propre à permettre son application par pulvérisation sur une surface choisie de la bande de tôle. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la viscosité de la solution de flux de brasage correspond à un état intermédiaire entre un état liquide et un état pâteux. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'opération a) comprend : al) le pliage d'une bande de tôle (42) ayant deux bords longitudinaux (34, 36) par étapes successives, jusqu'à rapprocher les deux bords longitudinaux (34, 36) l'un de l'autre en laissant toutefois subsister entre eux un espace de pulvérisation (50) ; a2) la pulvérisation de la solution de flux de brasage sur une surface choisie de la bande de tôle ; et a3) la fermeture du tube (6) en rapprochant complètement les deux bords longitudinaux (34, 36) l'un de l'autre. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on pulvérise la solution de flux de brasage au moyen d'une buse de pulvérisation (48) introduite dans l'espace de pulvérisation (50). 6 - Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la buse de pulvérisation (48) est placée à une distance (56) de la surface choisie, comprise entre 3mm et 7mm. 7 - Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la buse de pulvérisation (48) a un faisceau d'une largeur comprise entre 10 et 15mm. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la solution de flux de brasage de l'opération a) comprend un flux pour brasage sous atmosphère contrôlée. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que : - on prépare les composants d'un premier échangeur de chaleur (2) comportant des tubes pliés (6) obtenus conformément à l'opération a); - on prépare les composants d'au moins un deuxième échangeur de chaleur (4) ; - on assemble les composants respectifs des échangeurs de chaleur (2, 4), y compris les surfaces d'échange de chaleur (16, 24), pour obtenir un module pré-assemblé ; - on pulvérise extérieurement un jet d'une solution d'un flux de brasage sur les composants du module pré-assemblé ; - on chauffe et brase les composants du module pré-assemblé en une seule opération. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on pulvérise extérieurement le jet de solution de flux de brasage sur les composants du module pré-assemblé, le module étant disposé sensiblement horizontalement. 11 - Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la solution de flux de brasage, pulvérisée extérieurement, a une plus faible viscosité que la solution de flux de brasage utilisée dans les tubes pliés. 12 - Module d'échange de chaleur tel qu'obtenu par la mise en oeuvre du procédé de l'une des revendication 1 à 11. 13 - Module d'échange de chaleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les surfaces d'échange de chaleur sont des intercalaires ondulés (16, 24). 14 - Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'un (2) des échangeurs de chaleur est un radiateur de refroidissement, tandis que l'autre (4) des échangeurs de chaleur est un condenseur.