Brevet FR3031804A1 — publié le 20160722

La présente invention concerne un échangeur de chaleur, et plus particulièrement un échangeur de chaleur de type mécanique. Un échangeur de chaleur comprend généralement des tubes, dans lesquels un fluide caloporteur est destiné à circuler, et des éléments d'échange de chaleur reliés à 5 ces tubes. Pour des raisons de gain de poids, il est connu de réaliser les tubes et les éléments d'échange de chaleur dans un alliage d'aluminium. On distingue habituellement des échangeurs de chaleur de type brasé et de type mécanique selon leur procédé de fabrication. 10 Ainsi, dans un échangeur de chaleur de type brasé, les éléments d'échange de chaleur sont reliés aux tubes par brasage. En revanche, dans un échangeur de chaleur de type mécanique, les éléments d'échange de chaleur sont reliés aux tubes par sertissage, sans brasure, c'est-à-dire sans apport de matière. Plus particulièrement, dans un échangeur de chaleur de type brasé, les éléments 15 d'échange de chaleur, appelés dans ce cas « intercalaires », sont reliés aux tubes de la façon suivante. On revêt chaque tube et/ou intercalaire d'une couche de brasure. Puis, on place les tubes et les intercalaires dans un support commun en les agençant les uns par rapport aux autres dans leurs positions relatives sensiblement définitives. Ce support est nécessaire pour maintenir entre eux les tubes et les intercalaires car ces 20 derniers ne sont pas encore reliés entre eux. Enfin, on place l'ensemble comprenant le support et les différents éléments qu'il contient dans un four de façon à chauffer cet ensemble, provoquer la fusion de la brasure et ainsi relier les tubes et les intercalaires entre eux. On notera que cette dernière étape de chauffage se fait en atmosphère neutre et confinée. 25 Par ailleurs, dans un échangeur de chaleur de type mécanique, les éléments d'échange de chaleur, appelés dans ce cas « ailettes », sont reliés aux tubes de la façon suivante. Tout d'abord, on forme dans les ailettes des trous de passage des tubes. Ces trous de passage sont généralement délimités chacun par un bord tombé formant un col. Puis, on dispose les ailettes sensiblement parallèlement entre elles et 30 on enfile chaque tube dans une série de trous alignés des ailettes. Enfin, on provoque une expansion radiale des tubes en passant un outil d'expansion à l'intérieur de ces tubes de façon à lier mécaniquement les tubes et les ailettes par sertissage, les cols délimitant les trous de passage des tubes formant alors des collets serrés autour des tubes. 35 Le procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur de type mécanique ne requiert donc pas, pour l'assemblage des ailettes et des tubes entre eux, de brasure, c'est-à-dire d'apport de matière. Par ailleurs, un tel procédé ne comporte pas d'étape complexe de chauffage dans une atmosphère neutre et confinée. Par conséquent, un échangeur de chaleur de type mécanique est généralement moins cher à fabriquer qu'un échangeur de chaleur de type brasé. Cependant, dans un échangeur de chaleur de type mécanique, on observe dans 5 certains cas des défauts de contact entre les tubes et les cols des ailettes serrés autour des tubes. En effet, lors de l'expansion radiale des tubes, ces derniers, en se déformant, tendent à élargir les cols délimitant les trous de passage des tubes dans les ailettes. Or, l'expansion radiale des tubes est suivie d'un léger retour élastique des tubes en sens inverse de l'expansion. Cet effet de retour élastique dont la forme 10 allongée des tubes est un facteur important, est d'autant plus marqué que l'épaisseur des tubes est réduite pour les alléger et économiser de la matière. La combinaison des effets d'élargissement des cols délimitant les trous de passage des tubes dans les ailettes et de retour radial élastique des tubes peut conduire à l'apparition d'interstices indésirables entre les tubes et les cols des ailettes. 15 Ces interstices forment des passages d'air réduisant les performances de l'échangeur de chaleur, car l'air est un mauvais conducteur de chaleur. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé dans l'état de la technique, notamment dans JPH01239390, d'intercaler des rondelles en matériau à mémoire de forme entre les ailettes et les tubes qu'elles entourent afin d'optimiser le contact entre 20 les tubes et les cols délimitant les trous de passage de ces tubes dans les ailettes. On a également proposé dans l'état de la technique, notamment dans JPS5952195, d'utiliser des tubes en matériau à mémoire de forme dont le diamètre augmente fortement à haute température, ce qui a pour effet de combler les interstices. Ces solutions proposées dans l'état de la technique sont toutefois complexes à 25 mettre en oeuvre et relativement coûteuses. L'invention a pour but de supprimer autant que possible les interstices indésirables entre les tubes et les ailettes serrées autour des tubes d'un échangeur de chaleur de type mécanique, ceci avec des moyens peu coûteux, et sans avoir à modifier notablement le procédé de fabrication de cet échangeur de chaleur. 30 A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube et au moins une ailette, le tube étant relié à l'ailette par sertissage de ce tube dans un collet ménagé dans l'ailette, caractérisé en ce que le tube et/ou l'ailette est revêtu(e) d'une couche d'un matériau distinct de ceux des tube et ailette, cette couche formant une réserve de matériau de colmatage d'un défaut éventuel de contact entre le 35 tube et le collet, ce matériau de colmatage étant activable par fusion. Dans l'échangeur de chaleur selon l'invention, les ailettes sont reliées aux tubes par sertissage, comme cela est habituel pour un échangeur de chaleur de type mécanique. On conserve donc les principales étapes d'un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur de type mécanique. Le matériau de colmatage revêtant chaque tube et/ou chaque ailette de l'échangeur de chaleur selon l'invention permet un colmatage efficace d'un défaut 5 éventuel de contact entre le tube et le collet. Il n'est donc pas nécessaire de modifier notablement le procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur de type mécanique pour obtenir un échangeur de chaleur selon l'invention. Il suffit de prévoir, après la liaison du tube à l'ailette par sertissage de ce tube dans le collet ménagé dans l'ailette, une étape de chauffage provoquant la fusion 10 de la couche de matériau de colmatage. Le matériau de colmatage en fusion comble facilement les interstices formant des défauts de contact entre le tube et le collet. Ce chauffage peut être réalisé avec des moyens et dans des conditions simples car la fusion du matériau de colmatage n'est pas destinée à réaliser une brasure de liaison du tube avec l'ailette, délicate à maîtriser, mais uniquement à colmater tout éventuel 15 interstice entre le tube et le collet ménagé dans l'ailette. L'échangeur selon l'invention ne comporte pas, ou uniquement très peu, d'interstices entre l'ailette et le tube dans lequel de l'air peut s'infiltrer. Les performances de l'échangeur de chaleur s'en trouvent grandement améliorées. On a pu constater un potentiel de gain de puissance de l'ordre de 8% en 20 moyenne et de l'ordre de 15% en cas de flux important du fluide circulant dans le tube. De préférence, l'épaisseur de la couche de matériau de colmatage est inférieure à 50 micromètres. On a déterminé qu'il s'agissait là d'une épaisseur suffisante pour colmater les éventuels défauts de contact entre le tube et le collet. 25 De préférence, le matériau de colmatage a une température de fusion inférieure à 300°C. Le fait que le matériau de colmatage ait une température de fusion inférieure à 300°C permet d'assurer sa fusion à une température bien inférieure à celles utilisées dans un procédé de brasage d'un échangeur de chaleur de type brasé. 30 Il est donc possible d'utiliser des moyens d'apport de chaleur plus simples que ceux utilisés pour fabriquer un échangeur de chaleur de type brasé, comme par exemple un flux d'air chaud, ne requérant pas de four à atmosphère confinée. De plus, les tubes et les ailettes de l'échangeur de chaleur étant réalisés généralement dans un alliage d'aluminium dont la température de fusion est bien 35 supérieure à 300°C, le chauffage du matériau de colmatage ne risque pas de provoquer des fusions locales indésirables des tubes et des ailettes ni une altération de leurs caractéristiques mécaniques par action thermique. La température de chauffage du matériau de colmatage ne remet donc pas en cause la tenue mécanique d'un échangeur de chaleur de type mécanique, dont les tubes sont sertis dans les ailettes, comme pourrait le faire par contre les températures mises en jeu dans les procédés de brasage qui sont de l'ordre de 500°C ou plus. De préférence, le matériau de colmatage est un alliage comprenant essentiellement de l'étain. Un alliage comportant essentiellement de l'étain présente un point de fusion peu élevé, est peu coûteux et bon conducteur de chaleur. L'usage de cet alliage se prête donc bien à la mise en oeuvre de l'invention. De préférence, le collet est formé par un bord tombé de l'ailette. Selon un mode de réalisation, le tube et l'ailette sont réalisés dans un même matériau mono-alliage, par exemple un matériau à alliage comprenant principalement de l'aluminium. Selon un autre mode de réalisation, le tube et l'ailette sont chacun réalisés dans 15 deux matériaux différents, chacun de ces matériaux étant néanmoins un matériau à alliage comprenant principalement de l'aluminium. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube et au moins une ailette, du type dans lequel on relie le tube à l'ailette par sertissage de ce tube dans un collet ménagé dans l'ailette, 20 caractérisé en ce que préalablement à la liaison du tube à l'ailette, on revêt ce tube ou cette ailette d'une couche d'un matériau distinct de ceux des tube et ailette, cette couche formant une réserve de matériau de colmatage d'un défaut éventuel de contact entre le tube et le collet, ce matériau de colmatage étant activable par fusion, 25 et après la liaison du tube à l'ailette par sertissage de ce tube dans le collet ménagé dans l'ailette, on chauffe le matériau de colmatage de façon à provoquer sa fusion permettant le colmatage d'un défaut éventuel de contact entre le tube et le collet. 30 Le matériau de colmatage en fusion comble facilement les interstices formant des défauts de contact entre le tube et le collet. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire de placer les tubes et les ailettes dans un support commun destiné à les maintenir entre eux avant chauffage, car le matériau de colmatage est chauffé après la liaison des tubes aux ailettes par sertissage de ces 35 tubes dans les collets ménagés dans les ailettes. De préférence, on chauffe le matériau de colmatage de façon à provoquer sa fusion au moyen d'un flux d'air chaud. De préférence, pour relier le tube à l'ailette, on enfile le tube dans un trou de l'ailette destiné à former le collet, et on provoque une expansion radiale du tube, de préférence en passant un outil d'expansion à l'intérieur de ce tube, de façon à lier mécaniquement le tube et l'ailette par sertissage, le collet étant serré autour du tube. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail selon la flèche II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-Ill de la figure 2. On a représenté sur les figures 1 à 3 un échangeur de chaleur selon invention désigné par la référence générale 10. L'échangeur de chaleur 10 est destiné à équiper un véhicule automobile. L'échangeur de chaleur 10 comprend des tubes 12, dans lesquels un fluide caloporteur classique est destiné à circuler, et des éléments d'échange de chaleur 14 reliée à ces tubes 12. L'échangeur de chaleur 10 est de type mécanique. Plus particulièrement, les tubes 12 sont reliés aux éléments d'échange de chaleur, appelés dans ce cas ailettes 20 14, par sertissage des tubes 12 dans des collets 16 ménagés dans les ailettes 14. On appelle sertissage ici l'enchâssement des tubes dans les ailettes tel que décrit précédemment de sorte que les tubes se retrouvent serrés dans les ailettes au niveau des ailettes. En effet, en se référant plus particulièrement aux figures 2 et 3, on voit que les 25 ailettes sont munies de trous 18 de passage des tubes 12. Ces trous de passage 18 sont délimités chacun par un bord tombé formant un col 20. Dans l'exemple décrit, les tubes 12 ont chacun une forme générale allongée et comportent une section sensiblement ovale. Les tubes 12 sont agencés sensiblement parallèlement entre eux, de façon à former une rangée unique. 30 Les ailettes 14 ont une forme générale sensiblement plane et sont agencées dans l'échangeur de chaleur 10 de façon sensiblement parallèle entre elles et perpendiculaire aux directions longitudinales des tubes 12. Chaque tube 12 est enfilé dans une série de trous 18 alignés des ailettes 14. Les tubes 12 sont serrés dans les cols 20 qu'ils traversent, si bien que ces cols 20 forment 35 les collets 16. Dans l'exemple illustré, les tubes 12 et les ailettes 14 sont réalisés dans un même matériau mono-alliage, plus particulièrement un matériau à alliage comprenant principalement de l'aluminium. Dans cet exemple, chaque tube 12 est revêtu d'une couche de matériau 22 distinct des matériaux des tubes et des ailettes. Pour des raisons de clarté, on a représenté cette couche de matériau 22 sur un seul des tubes 12 de la figure 1. Selon un autre mode de réalisation, ce sont les ailettes qui sont revêtues d'une couche de matériau 22 distinct des matériaux des tubes et des ailettes. Selon encore un autre mode de réalisation, les tubes et les ailettes sont revêtues d'une couche de matériau 22 distinct des matériaux des tubes et des ailettes. De préférence, l'épaisseur de cette couche de matériau 22 est inférieure à 50 micromètres. Cette couche 22 forme une réserve de matériau de colmatage 22 d'un défaut éventuel de contact entre le tube 12 qu'elle recouvre et chaque collet 16 traversé par ce tube 12. Ce matériau de colmatage 22 est activable par fusion. De préférence, le matériau de colmatage 22 à une température de fusion inférieure à 300° C. Ainsi, le matériau de colmatage 22 est par exemple un alliage comprenant essentiellement de l'étain. En effet, comme on peut le voir sur la figure 2, dans certains cas, après sertissage d'un tube 12 dans un collet 16, il existe un défaut de contact entre le tube 12 et le collet 16 qu'il traverse. Ainsi, sur la figure 2, on a représenté des interstices 24 correspondant à un défaut de contact entre le tube 12 et le collet 16 qu'il entoure. Lorsque le matériau de colmatage 22 est activé par fusion, il s'écoule, par capillarité, dans les interstices 24 et les bouche. Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 2, le matériau de colmatage 22 colmate les interstices 24 de façon à assurer une jonction thermique de qualité entre le tube 12 et le collet 16. Le comblement des interstices peut s'observer au microscope optique. Le fait que 25 le matériau de colmatage 22 comblant les interstices 24 résulte d'une solidification de ce matériau après fusion peut être observé par micrographie, la fusion ayant modifié sa microstructure. L'échangeur de chaleur 10 selon invention est simple à fabriquer car il reprend l'essentiel des étapes d'un procédé de fabrication classique d'un échangeur de type 30 mécanique. Préalablement à la liaison de chaque tube 12 aux ailettes 14, on revêt ce tube 12 d'une couche de matériau de colmatage 22. La couche de matériau de colmatage 22 peut être appliquée sur toute la surface externe du tube ou sur seulement une partie de celle-ci. De même dans les modes de 35 réalisation où les ailettes sont revêtues d'une couche de matériau, la couche de matériau de colmatage 22 peut être appliquée sur toute la surface de l'ailette ou sur seulement une partie de celle-ci. Pour relier chaque tube 12 aux ailettes 14, on enfile d'abord le tube 12 dans les trous de passage 18 alignés des ailettes 14. Puis, on provoque une expansion radiale du tube 12, de préférence en passant un outil d'expansion à l'intérieur de ce tube 12, de façon à lier mécaniquement le tube 5 12 aux ailettes 14 par sertissage. Les collets 16 traversés par les tubes sont alors serrés autour du tube. Après la liaison du tube 12 aux ailettes 14 par sertissage de ce tube 12 dans les collets 16 ménagés dans les ailettes 14, on chauffe le matériau de colmatage 22 de façon à provoquer sa fusion et le colmatage d'un défaut éventuel de contact entre le 10 tube 12 et chaque collet 16. Lorsque le matériau de colmatage 22 a une température de fusion inférieure à 300°C, il est généralement possible de réaliser l'étape de chauffage au moyen d'un flux d'air chaud, qui suffit à provoquer la fusion du matériau de colmatage 22. Ce mode de chauffage présente l'avantage de ne pas nécessiter une installation 15 coûteuse ou complexe. De plus, il ne remet pas en cause la rigidité de la structure de l'échangeur de chaleur 10, ce qui évite l'utilisation de moyens de support pour les tubes 12 et les ailettes 14. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur comprenant au moins un tube (12) et au moins une ailette (14), le tube (12) étant relié à l'ailette par sertissage de ce tube dans un collet (16) ménagé dans l'ailette (14), caractérisé en ce que le tube et/ou l'ailette est revêtu(e) d'une couche d'un matériau (22) distinct de ceux des tube et ailette, cette couche formant une réserve de matériau de colmatage (22) d'un défaut éventuel de contact entre le tube (12) et le collet (16), ce matériau de colmatage étant activable par fusion. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur de la 10 couche de matériau de colmatage (22) est inférieure à 50 micromètres. 3. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le matériau de colmatage (22) a une température de fusion inférieure à 300°C. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau de colmatage (22) est un alliage comprenant essentiellement de 15 l'étain. 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le collet (16) est formé par un bord tombé de l'ailette (14). 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le tube (12) et l'ailette (14) sont réalisés dans un même matériau mono-alliage, 20 par exemple un matériau à alliage comprenant principalement de l'aluminium. 7. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant au moins un tube (12) et au moins une ailette (14), du type dans lequel on relie le tube (12) à l'ailette (14) par sertissage de ce tube (12) dans un collet (16) ménagé dans l'ailette (14), caractérisé en ce que 25 préalablement à la liaison du tube (12) à l'ailette (14), on revêt ce tube (12) et/ou cette ailette (14) d'une couche d'un matériau (22) distinct de ceux des tube (12) et ailette (14), cette couche formant une réserve de matériau de colmatage (22) d'un défaut éventuel de contact entre le tube (12) et le collet (16), ce matériau de colmatage étant activable par fusion, et 30 après la liaison du tube (12) à l'ailette (14) par sertissage de ce tube (12) dans le collet (16) ménagé dans l'ailette (14), on chauffe le matériau de colmatage (22) de façon à provoquer sa fusion permettant le colmatage d'un défaut éventuel de contact entre le tube (12) et le collet (16). 8. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon la revendication 7, 35 dans lequel on chauffe le matériau de colmatage (22) de façon à provoquer sa fusion au moyen d'un flux d'air chaud. 9. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon la revendication 7 ou8, dans lequel pour relier le tube (12) à l'ailette (14) on enfile le tube dans un trou (18) de l'ailette destiné à former le collet (16), et on provoque une expansion radiale du tube (12), de préférence en passant un outil d'expansion à l'intérieur de ce tube (12), de façon à lier mécaniquement le tube et l'ailette par sertissage, le collet (16) étant serré autour du tube (12).