Brevet FR2896863A1 — publié le 20070803

Dispositif de maintien d'un faisceau d'échangeur de chaleur pour le brasage et dispositif de support associé L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de 10 maintien d'un faisceau d'échangeur de chaleur pour le brasage, ainsi qu'un dispositif de support associé au dispositif de maintien. Un échangeur de chaleur brasé connu comprend un faisceau 15 formé par un empilement alterné de tubes et d'intercalaires, dans lequel les intercalaires présentent des ondulations qui sont brasées contre les tubes. L'échangeur de chaleur comporte en outre deux boîtes collectrices d'extrémité dans lesquelles sont reçues les 20 extrémités des tubes du faisceau. Les échangeurs de chaleur brasés de ce type sont le plus souvent brasés en une seule opération par passage dans un four de brasage dont la température est contrôlée pour 25 permettre la fusion d'un apport de brasage venant réaliser une liaison définitive entre les composants de l'échangeur de chaleur. Il est nécessaire pour cela que ces composants soient maintenus provisoirement dans leur position d'assemblage. 30 Il est connu à cet effet de maintenir en compression le faisceau d'échangeur de chaleur au moyen de deux organes d'appui, encore appelés semelles , qui sont disposés de5 part et d'autre du faisceau et d'utiliser aussi des moyens de compression pour solliciter ces deux organes d'appui dans le sens du rapprochement afin de maintenir le faisceau dans un position comprimée pour le brasage. Ces deux organes d'appui sont disposés parallèlement aux tubes du faisceau et de part et d'autre de celui-ci. Pour le brasage, le faisceau est disposé à plat sur un support externe, appelé chaise , qui est lui même placé sur un transporteur, tel qu'un tapis roulant, qui traverse le four de brasage. Dans les outillages connus utilisés jusqu'à présent, les organes d'appui ou semelles sont des éléments de forme 15 générale allongée, qui sont réalisés de façon rigide. La conception d'organes d'appui rigides soulève un certain nombre de problèmes et leur dimensionnement résulte d'un compromis entre les contraintes suivantes : 20 effort suffisant à froid pour maintenir le faisceau, effort suffisant lors du cycle de brasage pour maintenir le faisceau, malgré les variations dimensionnelles dues à la dilatation puis à la fusion 25 de l'apport de brasage, puis au retour à la température ambiante, effort suffisant sur l'extrémité de l'intercalaire, afin que celui-ci soit plaqué sur le tube pour assurer un brasage correct, et 30 -faible effort sur l'extrémité du tube au niveau de la plaque collectrice du collecteur (pied de tube) afin d'éviter une déformation de celui-ci et un risque de fuite. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle vise en particulier à procurer un dispositif de maintien d'un faisceau d'échangeur de chaleur, qui puisse suivre le profil de l'échangeur, et notamment du faisceau, lors des différentes étapes du procédé de fabrication. L'invention propose à cet effet un dispositif de maintien d'un faisceau d'échangeur de chaleur pour son brasage, comprenant au moins un organe d'appui de forme allongée propre à être disposé d'un côté du faisceau. Conformément à l'invention, l'organe d'appui comporte une partie centrale et au moins une partie latérale reliée à la partie centrale par au moins une région charnière, et la partie latérale comporte une zone d'appui pour des moyens de compression. On réalise ainsi un organe d'appui, ou semelle, formé par l'alternance de zones généralement rigides et de zones souples qui lui permettent de suivre la forme, en particulier la forme bombée, de l'échangeur de chaleur et de garantir la géométrie finale. Ainsi, l'organe d'appui épouse la forme de l'échangeur tout au long des étapes du procédé tout en garantissant un appui sur toute la longueur des tubes/intercalaires et en transmettant la force de serrage exercée par les moyens de compression. II en résulte un certain nombre d'avantages. En particulier, l'invention permet de supprimer des plaques d'extrémité, encore appelées joues , ou des tubes d'extrémité. De ce fait, l'organe d'appui peut prendre appui directement sur des intercalaires d'extrémité du faisceau. Ceci se traduit par une diminution du poids de l'échangeur de chaleur et une réduction de son coût. Le dispositif de maintien de l'invention est en outre compatible avec différents types de moyens de compression, en particulier avec un fil de cerclage ou un support de brasage. Le fait d'utiliser au moins un organe d'appui déformable a pour autre avantage qu'il n'y a pas de contraintes de cisaillement générées au point d'encastrement des tubes d'extrémité au niveau de la boîte collectrice. Ces contraintes de cisaillement sont à l'origine de déformations des tubes qui se traduisent par des risques de fuite au niveau de la jonction entre les tubes et la boîte collectrice. Par ailleurs, du fait que le dispositif de maintien de l'invention permet de supprimer des joues ou tubes d'extrémité, les intercalaires d'extrémité sont brasés sur toute leur surface, ce qui génère un meilleur maintien de l'échangeur de chaleur, d'où une meilleure résistance à la pression. D'autres caractéristiques complémentaires ou alternatives du dispositif de maintien de l'invention sont indiquées ci-après. - L'organe d'appui comporte une partie centrale et deux parties latérales. - Chacune des régions charnières définit un axe de 5 pivotement s'étendant dans une direction sensiblement perpendiculaire à des grands côtés de l'organe d'appui. - Chacun des organes d'appui est une plaque de forme générale rectangulaire ayant deux grands côtés et deux 10 petits côtés et présentant une face intérieure propre à être placée en contact du faisceau et une face extérieure opposée. - Chacune des parties latérales s'étend sur une longueur 15 donnée entre une région charnière et un petit côté, et la zone d'appui de chaque partie latérale se trouve à une distance inférieure ou égale à la moitié de ladite longueur choisie. 20 - Chacune des régions charnières est formée par un amincissement d'épaisseur de l'organe d'appui. - Chacune des régions charnières est formée par au moins une partie coudée reliant la partie centrale à une partie 25 latérale. - La partie latérale d'un organe d'appui est munie d'au moins un plot de maintien formé en saillie du côté tourné vers le faisceau et apte à s'engager dans un intercalaire 30 d'extrémité que comporte le faisceau. Sous un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de support comprenant des moyens de compression qui agissent sur la zone d'appui d'un dispositif de maintien tel que défini ci-dessus. Dans une forme de réalisation préférée le dispositif de support est prévu pour être associé à un dispositif de maintien comprenant deux organes d'appui propres à être disposés de part et d'autre du faisceau d'échangeur de chaleur. En ce cas, les moyens de compression sont propres à solliciter les deux organes d'appui dans le sens du rapprochement pour maintenir le faisceau dans une position comprimée pour le brasage. D'autres caractéristiques complémentaires ou alternatives du dispositif de support de l'invention sont indiquées ci-après. - Les moyens de compression comprennent au moins deux fils de tension s'enroulant chacun autour de deux parties latérales des deux organes d'appui en entourant le faisceau. - Chacune des parties latérales comprend des moyens de 25 retenue pour assurer le passage d'un fil de tension dans la zone d'appui. - Les moyens de compression comprennent des organes de pression propres à être interposés chacun entre une partie latérale d'un organe d'appui et un support extérieur. 30 - Le support extérieur comprend un berceau central apte à recevoir le faisceau disposé à plat et deux consoles d'extrémité rattachées au berceau central et aptes à supporter chacune un organe de pression. - Chaque organe de pression est réalisé sous la forme d'un 5 ressort de compression. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : 10 - la figure 1 est une vue en plan d'un échangeur de chaleur muni d'un dispositif de maintien selon l'invention, dans lequel les organes d'appui sont représentés de manière schématique ; 15 - la figure 2 est une vue de côté d'un organe d'appui selon l'invention, représenté schématiquement ; - la figure 3 est une vue de dessus de l'organe d'appui de la figure 2 ; -la figure 4 est une vue en perspective d'un organe d'appui dans une première forme de réalisation de l'invention ; 25 - la figure 5 est une vue en perspective d'un organe d'appui dans une deuxième forme de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective d'un organe 30 d'appui selon une troisième forme de réalisation de l'invention ; 20 - la figure 7 est une vue partielle montrant la coopération d'un organe d'appui et d'un intercalaire d'extrémité au moyen de plots d'accrochage ; - la figure 8 est une vue partielle analogue à la figure 1 montrant l'un des organes d'appui dans sa configuration à froid ; - la figure 9 est une vue analogue à la figure 8 montrant 10 l'organe d'appui dans sa configuration à la température de brasage ; - la figure 10 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur maintenu au moyen d'un dispositif de 15 maintien et d'un dispositif de support selon l'invention dans une forme de réalisation où les moyens de compression sont constitués par des fils de cerclage ; et - la figure 11 est une vue analogue à la figure 10 dans une 20 forme de réalisation où les moyens de compression sont des ressorts prenant appui sur un support externe. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre un échangeur de chaleur 10 dont les différents composants sont réalisés 25 de préférence dans un matériau à base d'aluminium et sont conçus pour être assemblés entre eux par brasage au cours d'une seule opération. L'échangeur de chaleur 10 comprend un faisceau 12 formé par 30 un empilement alterné de tubes plats 14 et d'intercalaires ondulés 16, dont les ondulations sont brasées contre les tubes plats 14, ces derniers ayant une section transversale de forme générale rectangulaire. Les tubes 14 ont des extrémités respectives qui sont reçues d'un côté dans une boîte collectrice 18 et de l'autre côté dans une autre boîte collectrice 20. Chacune de ces boîtes collectrices est réalisée par l'assemblage d'un collecteur et d'un couvercle, le collecteur comportant des trous pour l'insertion des tubes. Un échangeur de chaleur de ce type est connu en soi. Il 10 peut être utilisé notamment comme échangeur de chaleur dans un véhicule automobile. Les composants de l'échangeur de chaleur sont assemblés mutuellement et maintenus en position par des moyens de 15 maintien provisoire qui doivent assurer notamment la compression des éléments du faisceau (tubes et intercalaires) dans la direction de l'empilement. Le faisceau 12 de l'échangeur de chaleur est maintenu en 20 compression par un dispositif de maintien comportant deux organes d'appui 22 de forme allongée, propres à être disposés de part et d'autre du faisceau 12 en venant prendre appui directement sur deux intercalaires d'extrémité 16, ce qui permet de supprimer l'utilisation de 25 joues ou de tubes d'extrémité. Chacun des organes d'appui 22 est une plaque oblongue, réalisé de préférence en un matériau métallique, comme de l'acier par exemple, comportant une partie centrale 24 30 rigide et deux parties latérales 26 rigides reliées chacune à la partie centrale par une région charnière 28. En outre, chacune des parties latérales 26 comporte une zone d'appui 30 pour des moyens de compression, qui seront décrits en détail plus loin, exerçant une force de compression comme indiqué par les flèches F. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, chaque organe d'appui 22 est une plaque de forme polygonale et en particulier rectangulaire ayant deux côtés longitudinaux 32 (encore appelés grands côtés) et deux petits transversaux 34 (encore appelés petits côtés) et présentant une face intérieure 36 propre à être placée en contact du faisceau (ici contre un intercalaire ondulé 16) et une face extérieure opposée 38 (figure 2). Chacune des régions charnières 28 définit un axe de pivotement XX (figures 2 et 3) s'étendant dans une direction sensiblement perpendiculaire aux côtés longitudinaux 32 (grands côtés). Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, chacune des parties latérales 26 s'étend sur une longueur donnée A entre une région charnière 28 et un côté transversal 34. La zone d'appui 30 de chaque partie latérale se trouve à une distance d inférieure ou égale à la moitié de la distance A, c'est à dire sur A/2. Les régions charnières peuvent être réalisées de différentes manières, à condition qu'elles permettent un déplacement relatif de chacune des parties latérales 26 par rapport à la partie centrale 24 par pivotement autour de l'axe XX pour permettre à l'organe d'appui d'épouser la forme du faisceau. La figure 4 montre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle ces régions charnières 28 sont formées par un amincissement localisé de la matière, par exemple sous la forme d'une rainure à profil en V. La figure 5 montre une variante dans laquelle chacune des régions charnières 28 est formée par au moins une partie coudée reliant la partie centrale 24 à une partie latérale 26. Bien entendu, d'autres solutions sont envisageables pour former les zones charnières précitées. Il entre aussi dans le cadre de l'invention de relier une partie centrale 24 et une partie latérale 26 par plus d'une région charnière, par exemple deux régions charnières. D'autre part, bien que dans les exemples décrits les organes d'appui comportent une partie centrale 24 et deux partis latérales, il est envisageable aussi de réaliser un organe d'appui ayant une seule partie latérale 26 reliée à une partie centrale 24. La figure 6 montre encore une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle chacune des parties latérales 26 comprend des moyens de retenue 40 sous la forme de languettes repliées formant saillie à partir de la face extérieure 38. Ces languettes repliées permettent de positionner un fil de cerclage 42, encore appelé fil de tension, qui s'enroule autour de deux parties latérales des deux organes d'appui en entourant le faisceau, comme on le verra plus loin. Egalement, dans la forme de réalisation de la figure 6, chacune des parties latérales 26 des organes d'appui est munie d'au moins un plot de maintien 44 formé en saillie du côté tourné vers le faisceau, c'est-à-dire à partir de la face intérieure 36, pour s'engager dans un intercalaire d'extrémité, comme on le verra plus loin. On se réfère maintenant à la figure 7 qui représente le dispositif de maintien dans la configuration à froid. La forme bombée de l'échangeur de chaleur est due à la présence d'un apport de brasage sur les tubes et/ou les intercalaires. L'apport de brasage augmente l'encombrement du faisceau de l'échangeur de chaleur jusqu'au passage de ce dernier dans un four de brasage où va s'opérer la fusion de l'apport de brasage. Avant le passage au four de brasage, les extrémités des tubes du faisceau sont reçues dans des trous prévus dans les boîtes collectrices de l'échangeur de chaleur. L'apport de brasage augmentant l'encombrement du faisceau, il va être nécessaire de forcer l'entrée de ces extrémités de tubes dans les boites collectrices. La tension résultant de cette introduction donne la forme bombée de l'échangeur de chaleur. La flexibilité de l'organe d'appui 22 lui permet de suivre la forme bombée de l'intercalaire d'extrémité 16, celui-ci étant donc maintenu sur toute la longueur de l'organe d'appui. Comme on le voit sur la figure 7, les plots 44 tels que définis précédemment, dépassent par rapport au plan d'appui de chaque organe d'appui, c'est-à-dire par rapport à sa face intérieure 36. Du fait que l'organe d'appui 22 forme une success__on de plans, ici trois plans, alors que le faisceau est bombé, les plots viennent assurer le maintien local de l'intercalaire d'extrémité 16. Lors de la mise en compression de l'empilage tubes-intercalaires, les plots viennent s'incruster dans l'intercalaire, ce qui permet de l'empêcher de se déplacer par rapport à l'organe d'appui. La figure 8 est une vue analogue à la figure 7, sauf que les plots 44 n'ont pas été représentés pour simplifier. A la température de brasage, comme montré à la figure 1 et aussi à la figure 9, les deux organes d'appui 22 sont parallèles et la distance entre les organes d'appui définit la côte finale de l'échangeur de chaleur. On se réfère maintenant à la figure 10. On voit que le faisceau 12 de l'échangeur de chaleur, pré-assemblé et équipé d'un dispositif de maintien selon l'invention, est disposé à plat sur un transporteur 46, tel qu'un tapis roulant. Le faisceau 12 (représenté schématiquement) est maintenu en compression par les deux organes d'appui 22 au moyen de fils de cerclage 42 (voir figure 6). L'échangeur de chaleur et les deux organes d'appui 22 sont disposés à plat sur un dispositif de support constitué d'un support 48 comportant un berceau 50 qui forme interface avec le transporteur 46. Un tel support est appelé aussi chaise dans la technique concernée. La figure 1:1 montre une autre variante de réalisation dans laquelle le faisceau 12 et les deux organes de maintien 22 sont disposés sur un support extérieur 48 comprenant un berceau 48 analogue à celui de la figure 10 et deux consoles d'extrémité 52 qui sont rattachées au berceau et qui se dressent verticalement. Les organes de compression sont ici des ressorts de compression 54 interposés entre les organes d'appui 22 et les consoles d'extrémité 52. Chacune des consoles d'extrémité 25 est propre à supporter un organe de pression qui vient prendre appui contre la face extérieure d'un organe de maintien 22 dans la zone d'appui 30. Bien évidemment, au lieu d'utiliser un organe de compression du type ressort, il serait possible d'utiliser un autre type d'organe de compression, par exemple un vérin à vis ou un autre moyen analogue. L'invention trouve une application particulière à la fabrication d'échangeurs de chaleur brasés pour véhicules automobiles. Ces échangeurs peuvent être réalisés notamment sous la forme d'un radiateur de refroidissement pour moteur de véhicule automobile, d'un radiateur de chauffage de l'habitacle, d'un refroidisseur d'air de suralimentation, ou encore d'un échangeur utilisé dans des installations de climatisation de véhicules automobiles. Revendications 1. Dispositif de maintien d'un faisceau d'échangeur de chaleur pour son brasage, comprenant au moins un organe d'appui (22) de forme allongée propre à être disposé d'un côté du faisceau (12), caractérisé en ce que l'organe d'appui (22) comporte une partie centrale (24) et au moins une partie latérale (26) reliée à la partie centrale par au moins une région charnière (28), et en ce que la partie latérale (26) comporte une zone d'appui (30) pour des moyens de compression (42 ; 54). 2. Dispositif de maintien selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'appui (22) comporte une partie centrale (24) et deux parties latérales (26). 3. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacune des régions charnières (28) définit un axe de pivotement (XX) s'étendant dans une direction sensiblement perpendiculaire à des grands côtés (32) de l'organe d'appui (2 2) . 4. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun des organes d'appui (22) est une plaque de forme générale rectangulaire ayant deux grands côtés (32) et deux petits côtés (34) et présentant une face intérieure (36) propre à être placée en contact du faisceau et une face extérieure opposée (38). 5. Dispositif de maintien selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des parties latérales (26) 15s'étend sur une longueur donnée (A) entre une région charnière (28) et un petit côté (34), et en ce que la zone d'appui (30 de chaque partie latérale (26) se trouve à une distance (d) inférieure ou égale à la moitié (A/2) de ladite longueur choisie. 6. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacune des régions charnières (28) est formée par un amincissement d'épaisseur de l'organe d'appui. 7. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacune des régions charnières (28) est formée par au moins une partie coudée reliant la partie centrale (24) à une partie latérale (26). 8. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie latérale (26) d'un organe d'appui (22) est munie d'au moins un plot de maintien (44) formé en saillie du côté tourné vers le faisceau et apte à s'engager dans un intercalaire d'extrémité (16) que comporte le faisceau (12). 9. Dispositif de support comprenant des moyens de compression (42 ; 54) qui agissent sur la zone d'appui (30) d'un dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Dispositif de support selon la revendication 9 pour un dispositif de maintien comprenant deux organes d'appui (22) propres à être disposés de part et d'autre du faisceau d'échangeur de chaleur, caractérisé en ce que les moyens de compression (42 ; 54) sont propres à solliciter les deuxorganes d'appui (22) dans le sens du rapprochement pour maintenir le faisceau dans une position comprimée pour le brasage. 11. Dispositif de support selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de compression comprennent au moins deux fils de tension (42) s'enroulant chacun autour de deux parties latérales (26) des deux organes d'appui (22) en entourant le faisceau (12). 12. Dispositif de support selon la revendication 11, caractérisé en ce que chacune des parties latérales (26) comprend des moyens de retenue (40) pour assurer le passage d'un fil de tension (42) dans la zone d'appui (30). 13. Dispositif de support selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens de compression comprennent des organes de pression (54) propres à être interposés chacun entre une partie latérale (26) d'un organe d'appui (22) et un support extérieur (48). 14. Dispositif de support selon la revendication 13, caractérisé en ce que le support extérieur (48) comprend un berceau central (50) apte à recevoir le faisceau (12) disposé à plat et deux consoles d'extrémité (52) rattachées au berceau central (50) et aptes à supporter chacune un organe de pression (54). 15. Dispositif de support selon l'une des revendications 13 30 et 14, caractérisé en ce que chaque organe de pression est réalisé sous la forme d'un ressort de compression (54).