Brevet FR2986313A1 — publié le 20130802

Tube d'échangeur thermique, échangeur thermique et procédé d'obtention correspondant L'invention concerne un procédé d'obtention d'un tube d'échangeur thermique, 5 notamment pour véhicules automobiles, un tube d'échangeur thermique et un échangeur thermique comprenant un faisceau de tels tubes d'échangeur thermique. Généralement, les échangeurs thermiques comportent un faisceau de tubes d'échangeur thermique parallèles et deux collecteurs présentant des orifices dans lesquels sont raccordés les extrémités correspondantes des tubes d'échangeur thermique, 10 par brasage. Les collecteurs sont munis respectivement d'une entrée et d'une sortie pour un fluide, par exemple un fluide de refroidissement, parcourant l'échangeur thermique. Le fluide pénètre donc dans les tubes d'échangeur thermique par l'intermédiaire des collecteurs. 15 Plusieurs technologies sont utilisées pour fabriquer ces tubes, nous considérons ici les tubes d'échangeur thermique réalisés à partir de la technologie par pliage. Généralement, de tels tubes d'échangeur thermique sont obtenus à partir d'une bobine de feuille métallique qui, par suite de son déroulement en bande, est progressivement mise en forme à la section transversale souhaitée par des outillages 20 spécifiques de pliage. Au terme du pliage, les bordures longitudinales de la feuille sont jointes afin de créer un ou plusieurs logements dans le tube d'échangeur thermique. Le tube d'échangeur thermique peut ensuite être découpé à la longueur voulue, en tronçons correspondant aux tubes d'échangeur thermique finaux. Les tubes peuvent par exemple avoir une section transversale en « B », avec 25 deux grandes faces parallèles sensiblement planes reliées par deux petites faces incurvées. Un paramètre à prendre en compte lors du dimensionnement des tubes d'échangeur thermique est la sollicitation mécanique en service. En effet, les tubes d'échangeur thermique sont soumis notamment à la pression du circuit dont ils font 30 partie. -2- Une solution pour augmenter la résistance mécanique du tube d'échangeur thermique est de former une entretoise entre les deux grandes faces parallèles. On peut, par exemple, replier la bande métallique sur elle-même en joignant deux bordures opposées afin de former une cloison interne. La cloison interne sépare le tube en deux canaux de circulation de fluide. La cloison interne vient en butée sur une face plane en regard commune aux deux canaux. Un autre paramètre à prendre en compte lors du dimensionnement des tubes est l'efficacité de l'échange thermique souhaité. Pour améliorer l'efficacité de l'échange thermique, on peut par exemple agencer un intercalaire interne à l'intérieur des tubes. Cet intercalaire interne, par exemple de forme ondulée, perturbe l'écoulement du fluide dans les tubes en augmentant la surface d'échange. Cet intercalaire interne est aussi utilisé pour modifier la pression interne des tubes. Pour agencer l'intercalaire interne dans le tube d'échangeur thermique, on peut par exemple, prévoir de laisser un écart entre la cloison interne et la face plane en regard. L'intercalaire interne parcourt ainsi les deux canaux du tube. Cependant, le constructeur peut souhaiter utiliser deux intercalaires internes, c'est-à-dire un par canal de circulation, ou ne pas utiliser d'intercalaire interne. Dans ce cas, l'écart entre la cloison interne et la face plane en regard n'est pas comblé, et le tube perd en résistance mécanique. Si l'écart entre la cloison interne et la face en regard est supérieur à la limite de brasage, c'est-à-dire à 100p.m, une solution consiste à augmenter la hauteur de la cloison interne afin de combler cet écart. Des inconvénients de cette méthode est qu'elle est longue et nécessite un outillage spécifique. Le procédé présenté par la suite remédie au moins partiellement à ces inconvénients en mettant en place une solution simple et peu coûteuse permettant de réduire l'écart entre la cloison interne et la face plane en regard du tube, sans avoir à adapter la hauteur de la cloison interne. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'obtention d'un tube -3- d'échangeur thermique présentant deux canaux de circulation de fluide séparés par une cloison interne formée par jonction de bordures opposées d'une bande métallique, lesdites bordures opposées présentant respectivement une extrémité en regard d'une paroi interne du tube au niveau d'une zone de jonction, comprenant les étapes suivantes : - on emboutit localement la bande métallique pour obtenir une saillie au niveau de la zone de jonction, - on plie la bande métallique pour former ledit tube d'échangeur thermique avec deux canaux de circulation de fluide en joignant les extrémités des bordures opposées au niveau de la paroi interne emboutie de façon à ce que la saillie soit dirigée vers l'intérieur du tube d'échangeur thermique. Selon un autre aspect du procédé, on positionne la saillie en contact avec les 15 extrémités des bordures opposées. Selon un autre aspect du procédé, lors d'une étape supplémentaire : - on dimensionne la bande métallique de façon à créer un écart entre les extrémités des bordures opposées et la paroi interne du tube au niveau de la zone 20 de jonction, et dans lequel - on emboutit la bande métallique pour obtenir une saillie présentant une hauteur inférieure ou égale à l'écart Selon un autre aspect du procédé, l'écart est compris entre 301..tm et 2001..tm, de 25 préférence entre 501..tm et 701..tm. Selon un autre aspect du procédé, si la hauteur de la saillie est inférieure à l'écart, on choisit la hauteur de la saillie afin que la distance entre la saillie et les extrémités soit inférieure à 1001..tm. 30 -4- Selon un autre aspect du procédé, on brase ensemble les extrémités et la saillie. L'invention a aussi pour objet un tube d'échangeur thermique présentant deux canaux de circulation de fluide séparés par une cloison interne (formée par jonction de bordures opposées d'une bande métallique, lesdites bordures opposées présentant respectivement une extrémité en regard d'une paroi interne du tube au niveau d'une zone de jonction, la paroi interne présentant une saillie dirigée vers l'intérieur du tube au niveau de la zone de jonction. Selon un autre aspect du tube, la paroi interne de la saillie est en contact avec les extrémités. Selon un autre aspect du tube, l'épaisseur de la bande métallique est comprise entre 0,15mm et 0,35mm, de préférence entre 0,20mm et 0,27mm. L'invention a aussi pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes d'échangeur thermique. L'invention a pour principal avantage qu'elle permet d'adapter la forme d'un tube d'échangeur thermique pour combler l'espace entre la cloison interne et la face en 20 regard du tube sans avoir à modifier la hauteur de sa cloison interne. Le procédé décrit est simple et peu coûteux et permet au tube de garder une bonne résistance mécanique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et 25 non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente de façon partielle et schématique un échangeur thermique, la figure 2 représente une vue en perspective du tube d'échangeur thermique obtenu grâce au procédé décrit ci-après, -5- la figure 3 représente un organigramme illustrant les étapes du procédé de fabrication du tube d'échangeur thermique, la figure 4a illustre de façon schématique une bande métallique servant pour la formation du tube d'échangeur thermique, la figure 4a n'étant pas représentative des dimensions de la bande pour la formation du tube d'échangeur thermique, la figure 4b représente de façon schématique une vue partielle en coupe d'un tube d'échangeur dans lequel un intercalaire interne est représenté en tirets, la figure 4c illustre de façon schématique la bande métallique de la figure 4a emboutie. Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. Comme cela est partiellement illustré sur la figure 1, un échangeur thermique 3 comprend classiquement un faisceau de tubes 1 d'échangeur thermique (figure 1) dans 15 lesquels circule un premier fluide, par l'intermédiaire de collecteurs 5 présentant des orifices 2 pour recevoir les extrémités de ces tubes 1. L'échangeur thermique 3 est de forme sensiblement parallélépipédique, un axe longitudinal L est défini selon la longueur de l'échangeur thermique 3, et un axe transversal T est défini selon la largeur de l'échangeur thermique 3. 20 Les tubes 1 d'échangeur thermique peuvent être séparés les uns des autres par des intercalaires externes 9, par exemple ondulés dans la direction de l'axe L. Ces intercalaires externes 9 sont traversés par un deuxième fluide pour un échange thermique avec le premier fluide. La perturbation générée par la présence de intercalaires externes 9, permet de 25 faciliter les échanges thermiques entre les deux fluides. Un des objectifs du procédé est d'obtenir un tube 1 d'échangeur thermique (figure 2) de hauteur h, de longueur Lt et de largeur k. La hauteur ht du tube 1 est par exemple comprise entre 1,0mm et 2,0mm; de préférence entre 1,2mm et 1,6mm. Les 30 dimensions du tube 1 représenté sur la figure 2 ne sont pas à l'échelle. -6- Le tube 1 est formé par le pliage d'une bande 11 métallique. Le tube 1 présente une paroi externe 13 et une paroi interne 15. Le tube 1 présente une section transversale sensiblement en « B » avec une première grande face 43 et une deuxième grande face 44 parallèles, réunies entres elles par deux petites faces incurvées. Le tube 1 présente 5 aussi une cloison interne 19 située sensiblement au milieu des grandes faces 43, 44 parallèles. Ladite cloison interne 19 est issue de la première grande face 43 et est en regard d'une saillie 50 située sur la paroi interne 15 de la deuxième grande face 44. La cloison interne 19 forme la barre centrale du « B » et divise le tube 1 en deux canaux 17a, 17b de circulation de fluide qui forment les deux boucles du « B ». La cloison 10 interne 19 forme entretoise entre la première 43 grande face et la deuxième 44 grande face. La cloison interne 19 présente une hauteur h,. La cloison interne 19 est par exemple réalisée par des bordures opposées 11a, llb de la bande métallique 11 repliées sensiblement à 90°. Lesdites bordures opposées 11a, llb repliées sont adossées l'une contre l'autre pour former conjointement la cloison 15 19. Les parois externes 13 des bordures opposées 11a, llb sont en contact. Lesdites bordures opposées 11a, llb présentent respectivement une extrémité 12a, 12b. Lesdites extrémités 12a, 12b sont en regard de la paroi interne de la saillie 50 de la deuxième grande face 44 au niveau d'une zone 22 de jonction. Ladite saillie 50 a une hauteur hs, ladite hauteur h, étant définie comme le 20 dépassement de la saillie 50 à l'intérieur du tube 1. Ladite hauteur h, est par exemple comprise entre 301..tm à 2001..tm, de préférence 501..tm à 1001..tm, de préférence 501..tm à 701..tm. La hauteur h, de la saillie 50 est choisie de préférence afin qu'une fois le tube 1 plié, les extrémités 12a, 12b soient en contact avec la saillie 50. En alternative, les 25 extrémités 12a, 12b et la paroi interne 15 de la saillie 50 sont séparées par une distance. Ladite distance étant inférieure à 1001..tm, c'est-à-dire la limite de brasage. Les extrémités 12a, 12b et la paroi interne 15 de la saillie 50 peuvent être brasées facilement. On retrouve ainsi une bonne résistance mécanique. 30 On se réfère maintenant à la figure 3 illustrant les étapes de la réalisation d'un -7- tube d'échangeur thermique, ainsi qu'aux figures 4a, 4b, 4c et 2 illustrant certaines de ces étapes. On décrit en référence à la figure 3, le procédé d'obtention d'un tel tube 1 5 d'échangeur thermique. Le procédé peut comprendre une étape 100 préliminaire de dimensionnement du tube 1. On réalise ledit tube 1 à partir d'une bande 11 métallique. La bande 11 10 métallique est de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium. La bande 11 est représentée de façon schématique et illustrative sur la figure 4a. Pour faciliter la compréhension, les figures ne sont pas à l'échelle. La bande 11 est par exemple de forme générale rectangulaire et comprend une première paroi dite paroi externe 13 et une deuxième paroi dite paroi interne 15 15 parallèle à la paroi 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. Ainsi, une fois la bande 11 pliée, la paroi externe 13 de la bande 11 forme la paroi externe 13 du tube 1 d'échangeur thermique ainsi formé, et la paroi interne 15 de la bande 11 forme la paroi interne 15 du tube 1 d'échangeur thermique ainsi formé (voir figure 2). 20 La bande 11 (figure 4a) présente une longueur Lb, une largeur lb et une épaisseur eb. L'épaisseur eb est par exemple comprise entre 0,15mm et 0,35mm, de préférence entre 0,20mm et 0,30mm, de préférence entre 0,20 et 0,27mm. La bande 11 présente des bordures 11a, 1 lb longitudinales opposées. Les bordures 11a, llb présentent respectivement une extrémité 12a et 12b. 25 On choisit la largeur lb de la bande 11 afin qu'une fois pliée, les bordures 11a, llb soient adossées l'une contre l'autre pour former conjointement la cloison interne 19. Les extrémités 12a, 12b sont en regard de la paroi interne 15 de la deuxième grande face 44 du tube 1 sans la toucher. La hauteur h, de la cloison interne 19 est définie afin que les extrémités 12a, 12b soient séparées de la paroi interne 15 de la deuxième grande face 30 44 par un écart h, (figure 4b). Cet écart h, permet d'agencer un éventuel intercalaire -8- interne 7, représenté en tiret, d'épaisseur e, dans le tube 1. La valeur de l'écart h, correspond sensiblement à l'épaisseur e, de l'intercalaire interne 7. Cette épaisseur e, est comprise entre 301..tm à 2001..tm, de préférence 501..tm à 1001..tm, de préférence 501..tm à 701..tm. Lorsqu'on souhaite utiliser un intercalaire interne 7 par canal 17a, 17b, ou qu'on ne souhaite pas utiliser d'intercalaires internes 7, l'écart h, n'est plus nécessaire. Il faut donc le combler pour que le tube 1 ait une bonne résistance mécanique. Pour cela, on prévoit de déformer la bande 11. On peut délimiter plusieurs portions sur la bande 11 afin de déterminer où se 10 situera la déformation (figure 4a). Des premières portions 31a, 31b, représentées en pointillé, et une seconde portion 32 sont définies en fonction de la section transversale que l'on veut donner au tube 1. Dans notre exemple, on veut obtenir une section transversale en forme de « B ». On situe la seconde portion 32 au niveau de la zone 22 de jonction entre les 15 extrémités 12a, 12b, et la paroi interne 15 du tube 1. Selon l'exemple illustré on définit la zone 22 de jonction sensiblement au centre de la largeur lb de la bande 11, et les deux premières portions 31a, 3 lb se trouvent de part et d'autre de la zone 22 de jonction. On prévoit de déformer la bande au niveau de la seconde portion 32 de la bande 11. 20 Lors de l'étape 101 (figure 3), on emboutit la paroi externe 13 du tube 1. Selon l'exemple décrit, on emboutit la paroi externe 13 de la portion 32 (figure 4c). Une première molette est enclenchée sur la paroi externe 13 de la bande 11. Une saillie 50 est ainsi réalisée au niveau de la zone 22 de jonction. 25 Selon une première variante, on choisit la hauteur h, de la saillie 50 afin que ladite saillie 50 soit en contact avec les extrémités 12a, 12b une fois la bande 11 pliée. Dans ce cas la hauteur h, de la saillie 50 est égale à l'écart he, c'est-à-dire comprise entre 301..tm et 2001..tm. Selon une deuxième variante, la hauteur h, de la saillie 50 est inférieure à l'écart 30 h, Dans ce cas on choisit la hauteur h, de la saillie 50, afin que la distance entre la -9- saillie 50 et les extrémités 12a, 12b soit inférieure à 100p.m, c'est à dire la limite de brasage, une fois la bande 11 pliée. A titre d'exemple, si l'écart h, est égal à 200p.m, la hauteur h, de la saillie 50 est égale à 100p.m. De préférence la hauteur h, de la saillie 50 est comprise entre 50p.m à 70p.m. Dans tous les cas, la différence entre l'écart h, et la hauteur h, de la saillie 50 est inférieur ou égal à 100p.m, c'est-à-dire à la limite de brasage. On peut prévoir en plus de cette étape d'emboutissage localisé, avec un emboutissage global de la bande 11 métallique. Dans ce cas, on utilise des secondes molettes afin de réaliser des bossages sur l'ensemble de la bande 11. Les bossages ainsi formés perturberont l'écoulement du fluide dans les canaux 17a, 17b de circulation de fluide et amélioreront les échanges thermiques. Lors d'une étape 102, on plie la bande métallique 11 pour former les deux canaux de circulation 17a, 17b (figure 2) en joignant les bordures opposées 11a, llb au niveau de la zone 22 de jonction. On peut par exemple, plier les bordures opposées 11a, llb sensiblement à 90° et courber deux portions de la bande 11 qui formeront les deux petites faces incurvées du tube 1. On peut ensuite envisager d'insérer un ou des intercalaires internes 7 dans 20 chaque canal 17a, 17b du tube 1 plié. Enfin, on rabat les bordures opposées 11a, llb de façon à les adosser l'une contre l'autre. On ferme ainsi le tube 1 et on forme ainsi la cloison interne 19 du tube 1 d'échangeur thermique. L'éventuel intercalaire interne 7 peut donc être insérer en cours de pliage, avant 25 le rabat complet de la bande 11. Si la hauteur h, de la saillie 50 est égale à l'écart he, alors les extrémités 12a, 12b sont en contact avec la paroi interne 15 de la saillie 50. Si la hauteur h, de la saillie 50 est inférieure à l'écart he, la distance entre les extrémités 12a, 12b et la paroi interne 15 de la saillie 50 doit être inférieure à 100p.m 30 pour permettre le brasage. Cette distance est inférieure à 100p.m (c'est-à-dire à la limite -10- de brasage). La bande 11 pliée présente la hauteur ht, la largeur lt, et la longueur LB. La forme générale de la bande 1 lpliée, et conséquemment du tube 1, n'est pas affectée par la saillie 50. Le tube 1 pourra donc facilement être inséré dans les orifices 2 des collecteurs 5 5 de l'échangeur thermique 3. Une fois le pliage achevé, on peut lors d'une étape 103, couper la bande 11 de longueur Lb dans laquelle le ou les intercalaires internes 7 sont éventuellement agencés, en tubes 1 d'échangeur thermique de longueur Lt. 10 Selon une variante, la bande métallique 11 de longueur Lb est coupée à la longueur Lt de tube 1 souhaitée avant l'insertion éventuelle du ou des intercalaires internes 7. Enfin, lors d'une étape 104 on peut solidariser les extrémités 12a, 12b, le ou les 15 éventuel(s) intercalaire(s) interne(s) 7 et la paroi interne 15 du tube 1 en les brasant ensemble. On comprend donc que ce procédé permet d'adapter facilement la forme d'un tube 1 d'échangeur thermique, selon qu'il est destiné à contenir ou non un intercalaire 20 interne 7. Ce procédé permet de conférer une bonne résistance mécanique au tube 1 sans avoir à changer la hauteur hc de la cloison interne et sans changer la forme générale du tube 1. REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'un tube (1) d'échangeur thermique présentant deux canaux de circulation de fluide (17a, 17b) séparés par une cloison interne (19) formée par jonction de bordures opposées (11a, 11b) d'une bande métallique (11), lesdites bordures opposées (11a, 11b) présentant respectivement une extrémité (12a, 12b) en regard d'une paroi interne (15) du tube (1) au niveau d'une zone (22) de jonction, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - on emboutit localement la bande métallique (11) pour obtenir une saillie (50) au niveau de la zone (22) de jonction, - on plie la bande métallique (11) pour former ledit tube (1) d'échangeur thermique avec deux canaux de circulation de fluide (17a, 17b) en joignant les extrémités (12a, 12b) des bordures opposées (11a, 11b) au niveau de la paroi interne (15) emboutie de façon à ce que la saillie (50) soit dirigée vers l'intérieur du tube 1 d'échangeur thermique. 2. Procédé d'obtention d'un tube (1) d'échangeur thermique selon la revendication 1, dans lequel lors de l'étape de pliage, on positionne la saillie (50) en contact avec les extrémités (12a, 12b) des bordures opposées (11a, 11b). 3. Procédé d'obtention d'un tube (1) d'échangeur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape préliminaire lors de laquelle on dimensionne la bande métallique de façon à créer un écart he entre les extrémités (12a, 12b) des bordures opposées (11a, 11b) et la paroi interne (15) du tube (1) au niveau de la zone (22) de jonction, et dans lequel - on emboutit la bande 11 métallique pour obtenir une saillie (50) présentant une hauteur hs inférieure ou égale à l'écart he-12- 4. Procédé d'obtention d'un tube (1) d'échangeur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écart h, est compris entre 301..tm et 2001..tm, de préférence entre 501..tm et 701..tm. 5. Procédé d'obtention d'un tube (1) d'échangeur thermique selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en que ce si la hauteur h, de la saillie (50) est inférieure à l'écart he, on choisit la hauteur h, de la saillie (50) afin que la distance entre la saillie (50) et les extrémités (12a, 12b) soit inférieure à 1001..tm. 6. Procédé d'obtention d'un tube (1) d'échangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on brase ensemble les faces d'extrémité (12a, 12b) et la saillie (50) 7. Tube (1) d'échangeur thermique présentant deux canaux de circulation de fluide (17a, 17b) séparés par une cloison interne (19) formée par jonction de bordures opposées (11a, 11b) d'une bande métallique (11), lesdites bordures opposées (11a, 11b) présentant respectivement une extrémité (12a, 12b) en regard d'une paroi interne (15) du tube au niveau d'une zone (22) de jonction, caractérisé en ce que la paroi interne (15) présente une saillie (50) dirigée vers l'intérieur du tube (1) au niveau de la zone (22) de jonction. 8. Tube (1) d'échangeur thermique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi interne (15) de la saillie (50) est en contact avec les extrémités (12a, 12b). 9. Tube (1) d'échangeur thermique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la bande 11 métallique est comprise entre 0,15mm et 0,35mm, de préférence entre 0,20mm et 0,27mm. 10. Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes (1) d'échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 7 à 9.