Brevet FR3049699A1 — publié le 20171006

Echangeur thermique et procédé de fabrication d'un échangeur thermique L'invention concerne un échangeur thermique et un procédé de fabrication d'un échangeur thermique. On connait par la demande de brevet US 2011/0239696 un évaporateur qui permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant dans l'évaporateur et le flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle qui traverse l'évaporateur préalablement à sa distribution à l'intérieur de l'habitacle à travers une bouche de distribution d'air de la climatisation. L'évaporateur comporte des tubulures pour l'alimentation et le refoulement en fluide réfrigérant. L'invention vise notamment à améliorer le montage de la ou des tubulures. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur thermique comportant un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, cet échangeur étant relié à au moins une tubulure, notamment une tubulure en aluminium, agencée pour l'alimentation ou le refoulement du fluide de refroidissement, le procédé comportant les étapes suivantes : - fournir un connecteur agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure, ce connecteur pouvant être un composant de l'échangeur ou être un composant déporté monté à une extrémité de la tubulure opposée à l'échangeur, - disposer la tubulure de raccordement sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique entre eux, - disposer un insert amplificateur de brasure en contact avec l'un au moins du connecteur et de la tubulure, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le connecteur et la tubulure, 3049699 2 - braser ensemble la tubulure et le connecteur en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur, l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape. 5 Un procédé de brasage / soudage par induction permet de mieux concentrer les flux thermiques à l'endroit de la brasure/soudure. Ceci peut permettre de préserver les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion de la matière, hors de la zone de brasage, car la brasure est plus 10 ponctuelle, plus rapide et nécessite moins d'énergie. Les puissances des sources électriques générant un champ induit stable sont assez importantes (4 a 10 kW). Pour réduire les temps de soudage/brasage, de plusieurs minutes à moins d'une minute, par exemple d'environ 90 secondes à 30 secondes, 15 des concentrateurs peuvent être utilisés afin de concentrer le flux magnétique vers la zone de soudage/brasage et pour réduire les puissances des sources électriques. Le temps de brasage/soudage peut être encore réduit grâce à l'invention. 20 En particulier, l'insert amplificateur de brasure, notamment en fer ou acier inox, permet d'augmenter le rendement énergétique de l'induction car l'effet de peau est plus petit pour l'insert amplificateur que la tubulure ou le connecteur en aluminium. Le fait de placer un insert amplificateur à l'endroit de la brasure 25 permet d'augmenter rapidement la température de l'aluminium, par exemple le connecteur, en contact et de faire ainsi fondre la matière d'apport. L'invention permet de conserver les propriétés mécaniques du connecteur, notamment la dureté, sur le côté opposé à la tubulure en 3049699 3 réduisant le temps de chauffe et la température moyenne de la pièce. La chaleur est concentrée sur la zone de brasage/soudage. Selon un aspect de l'invention, la tubulure et le connecteur sont réalisés à base d'aluminium et l'insert amplificateur présente une résistivité 5 électrique plus élevée que celle de l'aluminium. Selon un aspect de l'invention, la conductivité électrique de l'insert amplificateur est inférieure à 12.106 S/m. Selon un aspect de l'invention, la conductivité thermique de l'insert amplificateur est inférieure à 80 W/mK. 10 Selon un aspect de l'invention, l'insert est réalisé à base de fer. Selon un aspect de l'invention, l'insert est réalisé à base d'acier inox. Selon un aspect de l'invention, le procédé comporte l'étape suivante : - disposer un organe d'apport de matière de brasage entre la 15 tubulure et le connecteur, avant l'application de l'induction magnétique, cet organe d'apport de matière de brasage étant fondu par l'application de l'induction. Un flux de décapage peut être appliqué ou non Selon un aspect de l'invention, cet organe d'apport de matière 20 présente une forme annulaire. Cet organe peut par exemple être un anneau de brasage. L'organe peut être un fil. Selon un aspect de l'invention, cet organe d'apport de matière comporte un métal, par exemple comporte un alliage Si/Al. Selon un aspect de l'invention, le connecteur comporte un passage 25 pour recevoir au moins partiellement la tubulure, et une gorge est agencée entre la tubulure et ce passage pour recevoir l'organe d'apport de matière. Selon un aspect de l'invention, le connecteur comporte un bord chanfreiné à l'entrée du passage de manière à aménager ladite gorge. 3049699 4 Le connecteur peut être une bride d'interface sur l'échangeur. En variante, le connecteur peut être un bloc monté à une extrémité des tubulures. Selon un aspect de l'invention, le procédé comporte l'étape 5 suivante : - retirer l'insert amplificateur de la tubulure et du connecteur une fois que la tubulure et le connecteur sont brasés ensemble. Selon un aspect de l'invention, l'induction magnétique est générée par un générateur d'induction. 10 Selon un aspect de l'invention, ce générateur comporte un concentrateur de flux, lequel est à distance de la tubulure et du connecteur lors de l'application de l'induction. Selon un aspect de l'invention, le procédé comporte l'étape suivante : disposer plusieurs inserts amplificateurs en contact avec l'un au 15 moins du connecteur et de la tubulure. Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est disposé à l'extérieur de la tubulure. Selon un aspect de l'invention, l'insert extérieur comporte deux parties annulaires agencées pour entourer la tubulure en formant un 20 anneau. Par exemple l'insert peut être un anneau disposé au voisinage de l'anneau de brasage. Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est disposé à l'intérieur de la tubulure. Par exemple l'insert intérieur est un cylindre plein ou creux. 25 Selon un aspect de l'invention, l'insert comporte un bord chanfreiné de manière à éviter de blesser la tubulure lorsque l'insert est approché de la tubulure. 3049699 5 Selon un aspect de l'invention, le générateur d'induction comporte une nappe inférieure en U mis en place autour du connecteur lors de l'étape d'induction. Selon un aspect de l'invention, la nappe inférieure en U se prolonge 5 de chaque côté vers le haut par un coude en U orienté vers l'intérieur du connecteur, chaque coude se prolongeant par un bras rectiligne parallèle à une arête supérieure du connecteur. Un ou deux concentrateurs peuvent être montés sur les nappes qui génèrent l'induction. Ces concentrateurs peuvent par exemple se faire face 10 mutuellement. Selon un aspect de l'invention, l'insert comporte au moins un masque plaqué contre au moins une face du connecteur de manière à augmenter la concentration de chaleur à l'endroit du brasage. Selon un aspect de l'invention, le masque présente une forme en U. 15 Selon un aspect de l'invention, les bras parallèles du U présentent chacun une largeur comprise entre 1 Omm et 14mm. Selon un aspect de l'invention, la branche transversale du U présente une largeur plus faible que la largeur des bras parallèles du U. Selon un aspect de l'invention, les branches parallèles du U sont 20 repliées sur une arête du connecteur. Selon un aspect de l'invention, deux masques sont plaqués sur deux faces opposées du connecteur. Selon un aspect de l'invention, ces deux masques sont symétriques l'un par rapport à l'autre. 25 Selon un aspect de l'invention, le masque présente une épaisseur inférieure à lmm. Selon un aspect de l'invention, l'insert est laissé en place sur le connecteur à l'issu du procédé de fabrication. 3049699 6 Selon un aspect de l'invention, l'insert est un anneau, notamment en fer. Selon un aspect de l'invention, l'insert est introduit entre le connecteur et la tubulure, avant l'étape de brasage. 5 Selon un aspect de l'invention, l'insert est placé dans une gorge du connecteur. Selon un aspect de l'invention, l'insert est placé entre le connecteur et un organe d'apport de matière de brasage de manière à ce que, après l'étape d'induction, l'insert est recouvert, notamment totalement, par la 10 matière fondue de l'organe d'apport de matière notamment pour éviter tout contact avec l'extérieur. Selon un aspect de l'invention, l'insert présente un volume plus faible que celui de l'organe d'apport de matière. Selon un aspect de l'invention, l'insert annulaire présente une 15 section transversale ovale, oblongue ou rectangulaire. Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est une pièce distincte de l'organe d'apport de matière. Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est intégré dans l'organe d'apport de matière. 20 Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est assemblé avec l'organe d'apport de matière, par exemple par collage. Selon un aspect de l'invention, l'échangeur est un évaporateur ou un condenseur pour le système de climatisation, ou tout autre dispositif d'échange thermique tel qu'un refroidisseur d'eau ou chiller. 25 L'invention concerne encore un échangeur thermique, notamment pour un système de climatisation, notamment de véhicule automobile, obtenu selon le procédé décrit ci-dessus, cet échangeur thermique comportant : 3049699 7 - un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, - un connecteur agencé pour être en communication fluidique avec l'un au moins des canaux du 5 faisceau, - une tubulure de raccordement monté sur le connecteur par brasage par induction. 10 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un 15 évaporateur selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2a et 2b illustrent, schématiquement et partiellement, un générateur d'induction pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, selon deux vues, - les figures 3 à 5 illustrent différents modes de réalisation de 20 l'invention. On a représenté sur la figure 1 un échangeur thermique 1 selon l'invention. Cet échangeur thermique peut être notamment utilisé en tant qu'évaporateur d'une boucle de climatisation d'un véhicule automobile, 25 dans laquelle circule un premier fluide, tel qu'un fluide réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment. L'échangeur thermique 1 est par exemple destiné à conditionner un deuxième fluide, tel que le flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule automobile, par échange thermique avec le fluide réfrigérant 30 circulant dans l'échangeur thermique. L'échangeur thermique 1 est par 3049699 8 exemple placé à l'intérieur d'un boîtier de climatisation généralement situé dans l'habitacle du véhicule. Lorsque la boucle de climatisation fonctionne de façon à refroidir le flux d'air à destination de l'habitacle, le fluide réfrigérant s'évaporant au 5 sein de l'échangeur thermique 1 travaillant en évaporateur capte de l'énergie calorique du flux d'air à destination de l'habitacle, afin de permettre le passage du fluide réfrigérant d'une phase liquide à une phase gazeuse. Selon l'exemple illustré, l'échangeur thermique 1 comprend un 10 faisceau de tubes ou canaux d'échange thermique 3 empilés. Le faisceau présente en outre deux plaques de fermeture 5 de part et d'autre des tubes d'échange thermique 3, c'est-à-dire aux extrémités longitudinales du faisceau. Au moins l'une des plaques de fermeture 5 présente au moins un orifice qui débouche dans un embout 47 ou 49 pour 15 l'alimentation ou le refoulement en fluide réfrigérant. Dans le cas où le fluide réfrigérant est du CO2, les plaques de fermeture 5 sont absentes. Sur ces embouts 47 et 49 côte à côte, se raccordent respectivement des tubulures 7 et 9. 20 Ces tubulures 7, 9 se raccordent, à leurs extrémités opposées à l'échangeur 1, à un bloc 10 généralement en aluminium formant un connecteur au sens de l'invention. Dans l'exemple de la figure 3, le procédé de fabrication de l'échangeur comporte les étapes suivantes : 25 - disposer la tubulure 7 ;9 de raccordement sur le connecteur 10 en vue de permettre une liaison fluidique entre eux, - disposer un insert amplificateur de brasure 11 en contact avec l'un au moins du connecteur 10 et de la tubulure 7 ;9, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le 30 connecteur et la tubulure, 304 96 99 9 - braser ensemble la tubulure 7 ;9 et le connecteur 10 en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur 11, l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape. 5 La tubulure 7 ;9 et le connecteur 10 sont réalisés à base d'aluminium et l'insert amplificateur présente une résistivité électrique plus élevée que celle de l'aluminium. Selon un aspect de l'invention, la conductivité électrique de l'insert amplificateur est inférieure à 12.106 S/m. 10 Selon un aspect de l'invention, la conductivité thermique de l'insert amplificateur est inférieure à 80 W/mK. L'insert 11 est réalisé à base de fer ou à base d'acier inox. Un organe d'apport de matière 12 de brasage entre la tubulure 7 ;9 et le connecteur 10, avant l'application de l'induction magnétique, cet 15 organe d'apport de matière de brasage étant fondu par l'application de l'induction. Cet organe d'apport de matière 12 présente une forme annulaire. Le connecteur 10 comporte un passage 14 pour recevoir partiellement la tubulure 7 ;9, et une gorge 15 est agencée entre la tubulure 20 et ce passage pour recevoir l'organe d'apport de matière 12. Le connecteur 10 comporte un bord chanfreiné 16 à l'entrée du passage de manière à aménager ladite gorge 15. L'insert amplificateur 11 est retiré de la tubulure 7 ;9 et du connecteur 10 une fois la tubulure et le connecteur sont brasés ensemble. 25 Dans l'exemple de la figure 3, sont utilisés plusieurs inserts amplificateurs 11 en contact avec le connecteur et la tubulure. 304 96 99 10 Lun des inserts amplificateurs 11 est disposé à l'extérieur de la tubulure et comporte deux parties annulaires 11 a et 11 b agencées pour entourer la tubulure en formant un anneau. L'autre insert amplificateur 11 est disposé à l'intérieur de la tubulure. 5 Par exemple l'insert intérieur est un cylindre plein ou creux. L'insert 11 comporte un bord chanfreiné 19 de manière à éviter de blesser la tubulure 7 ;9 lorsque l'insert est approché de la tubulure. Comme illustré sur les figures 2a et 2b, l'induction magnétique est générée par un générateur d'induction 20. 10 Ce générateur 20 peut comporter un concentrateur de flux 39, lequel est à distance de la tubulure et du connecteur lors de l'application de l'induction. Le générateur d'induction 20 comporte une nappe inférieure en U 21 mis en place autour du connecteur lors de l'étape d'induction. 15 La nappe inférieure en U 21 se prolonge de chaque côté vers le haut par un coude en U 22 orienté vers l'intérieur du connecteur, chaque coude se prolongeant par un bras rectiligne 23 parallèle à une arête supérieure 24 du connecteur 10. Les deux concentrateurs 39, visibles schématiquement sur la figure 20 2b, sont montés sur la nappe 21 et les bras 23. Ces concentrateurs 39 sont disposés de part et d'autre du bloc 10. Dans une variante illustrée à la figure 4, l'insert 11 comporte deux masques 30 plaqués chacun contre une face 31 du connecteur de manière à augmenter la concentration de chaleur à l'endroit du brasage. 25 Le masque 30 présente une forme en U. Les bras 33 parallèles du U présentent chacun une largeur comprise entre lOmm et 14mm. 304 96 99 11 La branche transversale 34 du U présente une largeur plus faible que la largeur des bras parallèles du U. Les branches 33 parallèles du U sont repliées sur une arête du connecteur. 5 Ces deux masques 30 sont symétriques l'un par rapport à l'autre. Dans la variante de la figure 5, l'insert 11 est laissé en place sur le connecteur à l'issu du procédé fabrication. L'insert est un anneau 40, notamment en fer. L'insert 40 est introduit entre le connecteur 10 et la tubulure 7 ;9, 10 avant l'étape de brasage.et est placé dans une gorge 41 du connecteur. L'insert 40 est placé entre le connecteur et un organe d'apport de matière de brasage 42 de manière à ce que, après l'étape d'induction, l'insert est recouvert, notamment totalement, par la matière fondue de l'organe d'apport de matière notamment pour éviter tout contact avec 15 l'extérieur. L'insert 40 présente un volume plus faible que celui de l'organe d'apport de matière 42. L'insert annulaire 40 présente une section transversale ovale, oblongue ou rectangulaire. 20 Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est une pièce distincte de l'organe d'apport de matière. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un échangeur thermique comportant un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, cet échangeur étant relié à au moins une tubulure, notamment une tubulure en aluminium, agencée pour l'alimentation ou le refoulement du fluide de refroidissement, le procédé comportant les étapes suivantes : - fournir un connecteur (10) agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure, ce connecteur pouvant être un composant de l'échangeur ou âtre un composant déporté monté à une extrémité de la tubulure opposée à l'échangeur, disposer une tubulure de raccordement (7 ;9) sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique entre eux, disposer un insert amplificateur de brasure (11, 30, 40) en contact avec l'un au moins du connecteur et de la tubulure, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le connecteur et la tubulure, braser ensemble la tubulure et le connecteur en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur, l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la tubulure et le connecteur sont réalisés à base d'aluminium et l'insert 30 amplificateur présente une résistivité électrique plus élevée que celle de l'aluminium. 3049699 13 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la conductivité électrique de l'insert amplificateur est inférieure à 12.106 81m. 5 4, Procédé selon l'une des revendications précédentes, la conductivité thermique de l'insert amplificateur est inférieure à 80 W/mK, 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'insert est réalisé à base de fer ou à base d'acier inox. 10 6, Procédé selon l'une des revendications précédentes, le procédé comporte l'étape suivante : disposer un organe d'apport de matière de brasage (12 ; 42) entre la tubulure et le connecteur, avant l'application de 15 l'induction magnétique, cet organe d'apport de matière de brasage étant fondu par l'application de l'induction. 7. Procédé selon la revendication précédente, le connecteur comporte un passage pour recevoir au moins partiellement, la tubulure, et 20 une gorge (15, 41) est agencée entre la tubulure et ce passage pour recevoir l'organe d'apport de matière. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le procédé comporte l'étape suivante : 25 - retirer l'insert amplificateur de la tubulure et du connecteur une fois que la tubulure et le connecteur sont brasés ensemble. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'insert 30 comporte au moins un masque (30) plaqué contre au moins une face du connecteur de manière à augmenter la concentration de chaleur à l'endroit du brasage, 3049699 14 10. Procédé selon la revendication précédente, le masque présente une forme en U, 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, l'Insert 5 est laissé en place sur le connecteur à l'issu du procédé de fabrication, 12. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'insert est placé entre le connecteur et un organe d'apport de matière de brasage de manière à ce que, après l'étape d'induction, l'insert est 10 recouvert, notamment totalement, par la matière fondue de l'organe d'apport de matière. 15