Brevet FR2969018A1 — publié le 20120622

-1- Procédé de brasage pour échangeur thermique, tube et échangeur thermique correspondants L'invention concerne un procédé de brasage pour échangeur thermique, 5 notamment pour véhicules automobiles, un tube et un échangeur thermique ainsi obtenus. L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques, notamment pour véhicules automobiles. Généralement, les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau 10 de tubes et deux plaques collectrices traversées par les extrémités des tubes du faisceau de tubes et coiffées par des couvercles de boîtiers de distribution de fluide. Des intercalaires peuvent également être prévus entre les tubes dudit faisceau pour améliorer l'échange thermique. Pour les échangeurs à assemblage par brasage, l'ensemble des composants est 15 assemblé et est ensuite brasé dans un four approprié pour constituer l'échangeur thermique. Le brasage s'effectue avec un apport de brasage, le plus souvent réalisé sous la forme d'un placage. D'une manière générale, les tubes utilisés dans les échangeurs thermiques brasés 20 sont réalisés en un matériau métallique peu oxydable, comme l'aluminium ou un alliage d'aluminium. On connaît des échangeurs thermiques brasés dont les tubes du faisceau sont extrudés de façon à définir une pluralité de canaux de circulation pour l'écoulement du fluide. Toutefois, cette solution peut être relativement coûteuse. 25 Selon une autre solution connue, des intercalaires ou ailettes de perturbation, par exemple ondulés, sont agencées à l'intérieur des tubes du faisceau de l'échangeur thermique pour augmenter la surface d'échange thermique et ainsi améliorer les performances de l'échangeur thermique. L'étanchéité de tels tubes comportant deux pièces est donc plus difficile à 30 obtenir. Lors du brasage, il convient de s'assurer du brasage correct en tout point de 2969018 -2- contact entre les intercalaires et les tubes. En effet, en cas de non brasage entre un sommet d'ondulation d'un intercalaire et la surface interne d'un tube, la tenue mécanique du tube est dégradée et le tube peut éclater prématurément sous pression. L'invention a pour objectif de palier ces inconvénients de l'art antérieur, en garantissant un brasage correct des surfaces à l'intérieur des tubes d'échangeur thermique, à moindre coût. À cet effet, l'invention a pour objet un procédé de brasage pour échangeur thermique entre au moins un premier et deuxième fluide, ledit échangeur comprenant un faisceau de tubes pour l'écoulement dudit premier fluide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on plie une bande métallique de façon à former au moins un tube, on agence à l'intérieur dudit tube un intercalaire de perturbation d'épaisseur sensiblement inférieure ou égale à 150 µm, et ladite bande métallique et/ou ledit intercalaire comporte une couche de placage sur au moins une surface à braser de sorte que le ratio du volume de la couche de placage sur le volume à braser soit sensiblement supérieur ou égal à un seuil prédéterminé en fonction de l'écart moyen entre ledit intercalaire et ledit tube, et - on brase ledit tube et ledit intercalaire. Ledit procédé peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : ledit seuil est sensiblement de l'ordre de 1.5 pour un écart moyen de l'ordre 0.05mm entre un tube et un intercalaire; ledit seuil est sensiblement de l'ordre de 1.75 pour un écart moyen de l'ordre de 0.05mm entre un tube et un intercalaire; ledit intercalaire comporte une couche de placage; la surface interne dudit tube comporte une couche de placage ; 2969018 -3- ledit procédé comprend les étapes suivantes : - on prépare une pluralité de tubes comportant une couche de placage sur au moins une surface à braser à l'extérieur desdits tubes; - on empile une pluralité de tubes en interposant des perturbateurs d'écoulement 5 du dit deuxième fluide entre lesdits tubes, et, une couche de placage est disposée sur la surface externe desdits tubes; une couche de placage est disposée sur la surface interne et sur la surface externe desdites tubes. 10 L'invention concerne aussi un tube d'échangeur thermique formé par pliage d'une bande métallique, caractérisé en ce qu'il est brasé selon un procédé de brasage tel que défini ci-dessus. Selon un mode de réalisation, ladite bande métallique comporte de l'aluminium. 15 L'invention concerne encore un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes, caractérisé en ce qu'il est brasé selon un procédé de brasage tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement 20 à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente de façon partielle et schématique un échangeur thermique, la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un tube de l'échangeur de la figure 1, et 25 la figure 3 illustre de façon schématique une bande métallique servant pour la formation du tube de la figure 2. Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. 2969018 -4- L'invention concerne un procédé de brasage de tubes 1 propres à être utilisés dans des échangeurs thermiques brasés. On peut citer comme exemple d'échangeur thermique des condenseurs de climatisation pour des véhicules automobiles. Dans ce cas, l'échange thermique se fait 5 entre un premier fluide tel qu'un fluide frigorigène, et un second fluide de refroidissement tel que de l'eau glycolée. Comme cela est partiellement illustré sur la figure 1, un échangeur thermique 3 comprend classiquement une pluralité de tubes longitudinaux 1 montés entre deux boîtiers de distribution dans lesquels circule un premier fluide, par l'intermédiaire de 10 plaques collectrices 5 (représentées partiellement et schématiquement) déposées transversalement par rapport aux tubes 1 et présentant des orifices (non représentés) pour recevoir les extrémités de ces tubes 1. Des intercalaires ou ailettes de perturbation 7 (figure 2), par exemple de forme 15 sensiblement ondulée, sont disposés à l'intérieur des tubes 1 de façon à perturber l'écoulement du premier fluide dans les tubes 1 en augmentant la surface d'échange. Ces intercalaires 7 sont par exemple brasés aux tubes 1 au niveau des sommets 7a de leurs ondulations et par exemple au niveau des extrémités 7b des intercalaires 7. La perturbation générée par la présence de ces intercalaires 7 dans les tubes 1 20 permet de faciliter les échanges thermiques entre les deux fluides. Ces intercalaires 7 sont réalisées de faible épaisseur, c'est-à-dire sensiblement inférieure à 150 µm, afin de réduire les coûts. Selon un mode de réalisation préféré, les intercalaires 7 présentent une épaisseur de l'ordre de 100 µm. Ces intercalaires 7 sont bien connus de l'homme du métier et ne sont pas décrites 25 plus en détail dans la présente. Les tubes 1 peuvent être séparés les uns des autres par des perturbateurs 9 (figure 1), par exemple ondulés, traversés par le deuxième fluide pour un échange thermique avec le premier fluide. Ces perturbateurs 9 sont dans l'exemple illustré 30 disposés transversalement par rapport à l'axe longitudinal des tubes 1. 2969018 -5- On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre, une vue en coupe d'un tube 1 de tel échangeur 3. Le tube 1 est réalisé à partir d'une bande métallique 11 pliée et brasée. On parle 5 alors de « tube plié ». Cette bande métallique 11 (figure 3) est de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium. La bande métallique 11 est par exemple de forme générale rectangulaire et comprend une première face dite face externe 13 et une deuxième face dite face interne 10 15 parallèle à la face externe 13 et opposée à celle-ci. Les termes « interne » et « externe » sont définis par rapport à l'intérieur et à l'extérieur du tube 1 plié. La bande métallique 11 formant le tube est munie d'une couche de placage sur au moins une surface à braser. En d'autres termes, on prévoit une bande métallique 11 comportant une couche de placage au moins disposée au niveau des zones à braser. 15 Un mode de réalisation propose que la surface à braser soit destinée à être située à l'intérieur dudit tube une fois ce dernier assembler. Selon l'exemple illustré sur la figure 2, le tube 1 formé présente une section transversale sensiblement en « B ». Bien entendu, on peut prévoir d'autres sections. La section transversale en « B » du tube 1 illustré, présente deux canaux de 20 circulation de fluide parallèles juxtaposés 17a et 17b et séparés par une cloison 19 formant entretoise. Pour former un tel tube 1, la bande métallique 11 est repliée de façon à former l'enveloppe des deux canaux parallèles juxtaposés 17a et 17b. Plus précisément, la bande métallique 11 est pliée de sorte que sa face interne 15 délimite les deux canaux 25 17a,17b. La cloison 19 est par exemple réalisée par repliement sensiblement à 90° de deux bordures lia et llb opposées de la bande métallique 11, par exemple les bordures longitudinales de la bande 11. Puis, ces bordures 1la,llb repliées sont adossées l'une contre l'autre pour former conjointement la cloison 19. La face externe 13 au niveau de 30 la bordure lla est donc en regard de la face externe 13 au niveau de la bordure opposée llb. Ainsi, une fois la bande 11 pliée, la face externe 13 de la bande 11 forme la surface externe 21 du tube 1 ainsi formé, et la face interne 15 de la bande 11 forme la surface interne 23 du tube 1 ainsi formé. De plus, la surface externe 21 du tube 1 plié présente deux grandes faces externes 21a,21b opposées et qui sont raccordées par deux petites faces latérales 21c et 21d, par exemple sensiblement incurvées. Les tubes 1 obtenus peuvent ensuite être assemblés avec les intercalaires 7 et les 10 perturbateurs ondulés 9, pour former un faisceau qui peut être brasé. En effet, les divers constituants métalliques à solidariser, d'un tel échangeur thermique 3, sont d'abord assemblés, puis leur solidarisation est assurée par le passage dans un four de brasage. On peut donc réaliser un brasage, en une seule opération, d'un faisceau 15 d'échange comportant un nombre important de tubes 1, d'ailettes de perturbation 7 à l'intérieur des tubes 1, et éventuellement de perturbateurs 9 déposés à chaque fois entre deux tubes 1 successifs. Plus précisément, lors du montage: les tubes 1 sont formés par pliage d'une bande métallique 11; 20 les intercalaires 7 sont agencés à l'intérieur des tubes 1; les tubes 1 sont engagés dans des orifices associés des plaques collectrices 5, sur lesquelles sont montées les boîtiers de distribution d'extrémité de l'échangeur thermique; des perturbateurs 9 peuvent être montés entre les tubes 1 empilés; et 25 l'ensemble est assemblé définitivement par brasage. Le brasage s'effectue classiquement avec utilisation d'un apport de brasage et afin d'améliorer le procédé de brasage on peut aussi utiliser un flux de brasage par exemple appliqué sous la forme d'une pâte dans des conditions contrôlées, qui vient 30 dissoudre la couche d'oxyde formée naturellement sur la surface des parties à assembler -6- 2969018 -7- et vient mouiller les parties à braser pour permettre ainsi à l'apport de brasage de se répandre sur les surfaces de contact. L'apport de brasage est formé le plus souvent d'une couche de placage. Pour le placage, le métal d'apport présente une température de fusion inférieure à celle du métal 5 formant l'âme du tube 1, par exemple l'aluminium. Ici, la couche de plaquage est placée directement sur la bande métallique 11 servant à la fabrication du tube. En ce qui concerne le brasage des surfaces à l'extérieur des tubes 1, à savoir entre les surfaces externes 21 des tubes 1 et les perturbateurs 9 intercalés, on peut appliquer une couche de placage disposée sur la bande métallique 11 de manière à ce que ladite couche soit disposée sur les surfaces externes 21 des tubes 1 et/ou sur les perturbateurs 9. Cependant, la configuration selon laquelle il n'y a pas de couche de placage sur les surfaces externes 21 des tubes 1 nécessite donc des perturbateurs 9 plaqués, ce qui entraîne un surcoût. En conséquence, la couche de placage est, de façon préférentielle, disposée sur la surface externe 21 de chaque tube 21. En ce qui concerne le brasage des surfaces à l'intérieur du tube 1, à savoir le brasage des sommets 7a des intercalaires 7 et par exemple des extrémités 7b des intercalaires 7 sur la surface interne 23 du tube 1, la couche de placage peut être disposés uniquement sur les surfaces à braser des intercalaires 7 ou en variante à la fois sur les intercalaires 7 et sur la surface interne 23 de chaque tube 1. Dans la configuration selon laquelle il n'y a pas de couche de placage sur les surfaces internes 23 des tubes 1, les intercalaires 7 plaqués présentent une épaisseur plus importante, ce qui augment le coût. En conséquence, la couche de placage est de façon préférentielle, également, disposée sur la surface interne 23 de chaque tube 1. Ainsi, pendant le procédé de brasage on plaque avantageusement aussi bien la surface interne 23 que la surface externe 21 du tube 1. Par ailleurs, l'épaisseur de la couche de placage est normée. En effet, la limite de 2969018 -8- l'épaisseur de la couche de placage sur les intercalaires 7 est de l'ordre de 10 à 15% de l'épaisseur de matière de l'intercalaire. De même l'épaisseur de la couche de placage sur la surface interne 23 du tube 1 est définie par une norme et la limite est de l'ordre de 12.5 à 15% de l'épaisseur de matière du tube 1. Afin de garantir un brasage correct à l'intérieur d'un tube 1, il est nécessaire d'avoir un volume de placage suffisant en regard du volume à braser à l'intérieur du tube 1, ce ratio est appelé BCR pour l'anglais « Brazing Confident Ration » (cf relation (1)) : BCR = Volume de placage Volume â braser (1) 10 Si le ratio est insuffisant donc inférieur à un seuil prédéterminé, la quantité de placage sera insuffisante en regard de la zone à braser pour garantir le brasage de tous les plis de l'intercalaire 7 sur la surface interne 23 du tube 1. À titre d'exemple, pour déterminer le volume à braser, on définit la longueur totale à braser que l'on multiplie par l'écart moyen entre la surface interne 23 du tube 1 15 et la surface à braser de l'intercalaire 7. Cet écart moyen est par exemple de l'ordre de 0.05 mm. La Demanderesse a constaté que pour un tel écart de l'ordre de 0.05 mm, avec un ratio BCR supérieur ou égal à 1.5, et en particulier supérieur ou égal à 1.75, on obtient un brasage correct. 20 En effet, pour un BCR de l'ordre de 1.4 avec un écart moyen de l'ordre de 0.05 mm entre un tube 1 et un intercalaire 7, la Demanderesse a constaté que tous les plis de l'intercalaire 7 ne sont pas correctement brasés à la surface interne 23 du tube 1. Or dès qu'un pli n'est pas brasé à la surface interne 23 d'un tube 1, la tenue mécanique du tube 1 est dégradée. 25 Le ratio BCR supérieur ou égal à un seuil de 1.75 pour un écart moyen de 0.05 entre un tubes 1 et un intercalaire 7, permet de garantir un brasage correct des plis de l'intercalaire 7 sur la surface interne 23 du tube 1, pour des intercalaires 7 d'épaisseur relativement faible, par exemple inférieure à 150 µm voire de l'ordre de 100 µm, tel que 5 2969018 -9- mentionné précédemment. Ainsi, le procédé de brasage prévoit qu'une couche de placage soit disposée sur l'intercalaire 7 au niveau des sommets 7a et éventuellement des extrémités 7b, et/ou sur la surface interne 23 du tube 1, en s'assurant que le ratio BCR du volume de la couche 5 de placage sur le volume à braser soit supérieur au seuil prédéterminé en fonction de l'écart moyen entre le tube 1 et les sommets 7a. Par ailleurs, on peut noter qu'après brasage on peut déterminer le volume de placage utilisé pour le brasage à partir de la quantité résiduelle de placage à l'intérieur 10 des tubes 1 et de la quantité de placage présente au niveau des jointures entre l'intercalaire 7 et la surface interne 23 d'un tube 1. Ainsi, avec un tel procédé on obtient un échangeur thermique 3 à faible coût présentant des tubes 1 dits pliés et dont les ailettes de perturbation 7 sont relativement 15 fine, tout en garantissant un contact entre tous les plis des ailettes de perturbation 7 sur les surfaces internes 23 des tubes 1. REVENDICATIONS1. Procédé de brasage pour échangeur (3) thermique entre au moins un premier et deuxième fluide, ledit échangeur comprenant un faisceau de tubes (1) pour l'écoulement dudit premier fluide, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes : - on plie une bande métallique de façon à former au moins un tube, - on agence à l'intérieur dudit tube un intercalaire de perturbation d'épaisseur sensiblement inférieure ou égale à 150 µm, et ladite bande métallique et/ou ledit intercalaire comporte une couche de placage sur au moins une surface à braser de sorte que le ratio du volume de la couche de placage sur le volume à braser soit sensiblement supérieur ou égal à un seuil prédéterminé en fonction de l'écart moyen entre ledit intercalaire et ledit tube, et - on brase ledit tube et ledit intercalaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit seuil est sensiblement de l'ordre de 1.5 pour un écart moyen de l'ordre 0.05 mm entre un tube (1) et un intercalaire (7). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit seuil est sensiblement de l'ordre de 1.75 pour un écart moyen de l'ordre de 0.05 mm entre un tube (1) et un intercalaire (7). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de placage est disposée sur ledit intercalaire (7). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de placage est disposée sur la surface interne (23) dudit tube (1). 2969018 -11- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on prépare une pluralité de tubes comportant une couche de placage sur au moins une surface à braser à l'extérieur desdits tubes (1); 5 - on empile une pluralité de tubes (1) en interposant des perturbateurs (9) d'écoulement du dit deuxième fluide entre lesdits tubes (1). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une couche de placage est disposée sur la surface externe (21) desdits tubes (1). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 10 qu'une couche de placage est disposée sur la surface interne (23) et sur la surface externe (21) desdites tubes (1). 9. Tube d'échangeur thermique formé par pliage d'une bande métallique, caractérisé en ce qu'il est brasé selon un procédé de brasage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 15 10. Tube selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite bande métallique comporte de l'aluminium. 11. Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes (1) caractérisé en ce qu'il est brasé selon un procédé de brasage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.